IEEE Paper Template in A4 (V1) - Fakultas Teknik – UNTAG Cirebon

Desain Automasi Reverse Forward Motor DC
berbasis Mikrokontroler dan Sel Surya sebagai
Pasokan Energi
Andri puguh1, Erfan subiyanta2, Agus Siswanto3
1
Mahasiswa Teknik Elektro
Universitas17 Agustus1945 Cirebon
2,3
Dosen Teknik Elektro
Universitas17 Agustus1945 Cirebon
1
[email protected],
3
[email protected],
Abstrak — Alat membuka dan menutup tirai atau
gorden secara otomatis bekerja berdasarkan prinsip
mikrocontroller menggunakan sensor LDR, motor dc
sebagai penggerak tirai dan memanfaatkan sell surya
sebagai sumber energi. Motor dc menggerakan belt yang
kemudian dapat menggeserkan tirai. Jika sensor LDR
(Light Dependent Resistor ) menerima cahaya lebih dari
batas atas yang telah ditentukan pada program maka
motor bergerak, dan apabila cahaya yang diterima oleh
LDR (Light Dependent Resistor ) kurang dari batas bawah
yang telah ditentukan pula maka motor akan bergerak ke
arah berlawanan. Dan jika sensor LDR (Light Dependent
Resistor ) berada diantara kedua batas tersebut maka tirai
berhenti. Alat pembuka / penutup tirai atau gorden
otomatis dapat di aplikasikan pada tempat tinggal, alat ini
dapat bekerja sendiri saat sensor LDR (Light Dependent
Resistor )menerima cahaya matahari sehingga penghuni
tidak harus membuka dan menutup tirai atai gorden secara
manual,Alat ini juga hemat listrik karena alat ini
menggunakan sel surya sebagai sumber energi yang
memenfaatkan cahaya matahari.
[email protected]
banyak sekali yang terbuat dari alat elektronika mulai dari
mesin cuci, kompor listrik, pendingin ruangan, dan lainlain.
Salah satu peralatan rumah tangga yang tidak
kalah penting dengan peralatan yang lain yaitu tirai atau
gorden. Tirai atau gorden adalah potongan kain atau
tekstil yang digunakan untuk menghalangi cahaya. Tirai
biasa digantung di bagian dalam jendela suatu bangunan
untuk menghalangi masuknya cahaya. Pada saat malam
untuk mencegah cahaya keluar dari bangunan, mencegah
orang di luar untuk dapat melihat bagian dalam ruangan,
sering kali untuk alasan privasi. Walaupun tirai tergolong
peralatan rumah tangga yang sederhana akan tetapi
penggunaannya sangat diperlukan. Membuka dan
menutup tirai menjadi pekerjaan yang sering terlupakan,
hal tersebut terjadi karena begitu banyak ruangan yang
ada sehingga merepotkan apabila harus menutup dan
membuka tirai satu persatu disetiap ruangan yang ada.
Berdasarkan latar belakang tersebut maka penulis
membuat judul tugas akhir yaitu ―Desain Automasi
Reverse-Forward Motor DC Berbasis Mikrokontroler
dan Sel Surya Sebagai Pasokan Energi‖. Oleh karena
itu, pembuatan alat penggerak tirai otomatis ini sangat
diperlukan. Untuk dapat membuka atau menutup tirai
secara otomatis menggunakan mickrokontroller arduino
uno ini sangat ramah lingungan, karena alat ini
memanfaatkan sell surya atau tenaga matahari sehingga
tidak perlu menggunakan listrik PLN untuk menjalankan
alat tersebut. Sistem kendali otomatis tirai bekerja pada
saat pagi hari dan sore hari, ketika ada cahaya masuk
dipagi hari maka otomatis tirai akan terbuka, dan pada
saat hari mulai gelap tirai otomatis akan menutup sendiri.
Kata kunci : Motor DC, Microcontroller, LDR, dan Sel
Surya.
I.
2
PENDAHULUAN
Dengan kemajuan teknologi elektronika yang
sangat pesat dan begitu cepat mengalami revolusi melalui
sarana atau media. Berbagai jenis peralatan telah dibuat
oleh manusia untuk memenuhi keinginan dan kebutuhan
dalam menjalankan segala aktivitas. Kemajuan ilmu
pengetahuan dan teknologi mendorong manusia untuk
berusaha mengatasi masalah yang timbul disekitarnya.
Pada era modern seperti sekarang, manusia lebih
cenderung membutuhkan alat-alat elektronika yang
canggih untuk membantu pekerjaan mereka menjadi lebih
mudah dan praktis. Mulai dari peralatan rumah tangga,
alat komunikasi, sistem keamanan, dan lain-lain yang
sudah digantikan menggunakan alat-alat elektronika yang
canggih. Saat ini peralatan rumah tangga juga sudah
II. DASAR TEORI
A. Motor DC
Motor DC ( arus searah ) adalah Sebuah motor
listrik yang mengubah energi listrik menjadi energi
mekanik. Kebanyakan motor listrik beroperasi melalui
interaksi medan magnet dan konduktor pembawa arus
untuk menghasilkan kekuatan, meskipun motor
61
elektrostatik menggunakan gaya elektrostatik. Proses
menghasilkan energi listrik dari energi mekanik, yang
dilakukan oleh generator seperti alternator, atau dinamo.
Banyak jenis motor listrik dapat dijalankan sebagai
generator. Motor listrik dan generator yang sering disebut
sebagai mesin-mesin listrik. Motor listrik DC (arus searah)
merupakan salah satu dari motor DC. Mesin arus searah
dapat berupa generator DC atau motor DC. Generator DC
alat yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik
DC. Motor DC alat yang mengubah energi listrik DC
menjadi energi mekanik putaran. Sebuah motor DC dapat
difungsikan sebagai generator , generator DC juga dapat
difungsikan sebagai motor DC.
Pada motor DC kumparan medan disebut stator
(bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar
disebut rotor (bagian yang berputar). Jika tejadi putaran
pada kumparan jangkar dalam pada medan magnet, maka
timbul tagangan GGL ( Gaya Gerak Listrik) yang
berubah-ubah arah pada setiap setengah putaran, sehingga
merupakan tegangan bolak-balik.
Prinsip dari arus searah adalah membalik phasa
negatif dari gelombang sinusoidal menjadi gelombang
yang mempunyai nilai positif dengan menggunakan
komutator, dengan demikian arus yang berbalik arah
dengan kumparan jangkar yang berputar dalam medan
magnet, dihasilkan tegangan GGL ( Gaya Gerak Listrik ).
6
c.
Sikat-sikat: Sikat - sikat ini berfungsi sebagai
jembatan bagi aliran arus jangkar dengan bebas,
dan juga memegang peranan penting untuk
terjadi proses komutasi.
d.
Komutator : Komutator ini berfungsi sebagai
penyearah mekanik yang dipakai bersama-sama
dengan sikat. Sikat-sikat ditempatkan sedemikian
rupa sehingga komutasi terjadi pada saat sisi
kumparan berbeda.
e.
Jangkar: Jangkar dibuat dari bahan ferromagnetic
dengan maksud agar kumparan jangkar terletak
dalam daerah yang induksi magnetik besar, agar
ggl induksi yang dihasilkan dapat bertambah
besar.
f.
Lilitan jangkar: Belitan jangkar merupakan
bagian yang terpenting pada mesin arus searah,
berfungsi untuk tempat timbul tenaga putar
motor.
1) Prinsip Kerja Motor DC : Jika arus lewat pada suatu
konduktor, timbul medan magnet di sekitar konduktor.
Medan magnet hanya terjadi di sekitar sebuah
konduktor jika ada arus mengalir pada konduktor
tersebut. Arah medan magnet ditentukan oleh arah
aliran arus pada konduktor. Dapat dilihat pada gambar
2.2.
Gambar 2.1 Bagian-bagian dari motor DC
Fungsi bagian bagian Motor DC
a. Badan Mesin: Badan mesin ini berfungsi sebagai
tempat mengalirnya fluks magnet yang
dihasilkan kutub magnet, sehingga harus terbuat
dari bahan ferromagnetik. Fungsi lain adalah
untuk meletakkan alat-alat tertentu dan
mengelilingi bagian-bagian dari mesin, sehingga
harus terbuat dari bahan yang benar-benar kuat,
seperti dari besi tuang dan plat campuran baja.
b.
Gambar 2.2 Konduktor Yang Dikelilingi Medan Magnet
Pada motor dc, daerah kumparan medan yang
dialiri arus listrik akan menghasilkan medan magnet yang
melingkupi kumparan jangkar dengan arah tertentu.
Konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik
(motor) maupun sebaliknya berlangsung melalui medan
magnet, dengan demikian medan magnet disini selain
berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan energi,
sekaligus sebagai tempat berlangsungnya proses
perubahan energi, daerah tersebut dapat dilihat pada
gambar 2.3.
Inti Kutub Magnet dan Belitan Penguat Magnet :
Inti kutub magnet dan belitan penguat magnet ini
berfungsi untuk mengalirkan arus listrik agar
dapat terjadi proses elektromagnetik. Adapun
aliran fluks magnet dari kutub utara melalui
celah udara yang melewati badan mesin.
62
listrik dalam dinamo. Commutator juga membantu
dalam transmisi arus antara dinamo dan sumber daya.
Dalam memahami sebuah motor, penting untuk
mengerti apa yang dimaksud dengan beban motor.
Beban dalam hal ini mengacu kepada keluaran tenaga
putar / torque sesuai dengan kecepatan yang
diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan ke
dalam tiga kelompok :
1.
Gambar 2.3 Proses Perubahan Energi Pada Medan Magnet
Agar proses perubahan energi mekanik dapat
berlangsung secara sempurna, maka tegangan sumber
harus lebih besar daripada tegangan gerak yang
disebabkan reaksi lawan. Memberi arus pada kumparan
jangkar yang dilindungi oleh medan maka menimbulkan
perputaran pada motor.Untuk menentukan arah putaran
motor digunakan kaedah Flamming tangan kiri. Kutubkutub magnet menghasilkan medan magnet dengan arah
dari kutub utara ke kutub selatan. Jika medan magnet
memotong sebuah kawat penghantar yang dialiri arus
searah dengan empat jari, maka timbul gerak searah ibu
jari. Gaya ini disebut gaya Lorentz, yang besarnya sama
dengan F. Prinsip motor adalah aliran arus di dalam
penghantar yang berada di dalam pengaruh medan magnet
akan menghasilkan gerakan. Besarnya gaya pada
penghantar akan bertambah besar jika arus yang melalui
penghantar bertambah besar.Motor DC memiliki tiga
komponen utama:
2.
3.
Beban torque konstan adalah beban permintaan
keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan
operasinya namun torquenya tidak bervariasi.
Contoh beban dengan torque konstan adalah
corveyors, rotary kilns, dan pompa displacement
konstan.
Beban dengan variabel torque adalah beban
dengan torque yang bervariasi dengan kecepatn
operasi. Beban variabel torque adalah pompa
sentrifugal dan fan (torque bervariasi sebagai
kuadrat kecepatan).
Beban dengan energi konstan adalah beban
dengan permintaan torque yangberubah dan
berbanding terbalik dengan kecepatan. Untuk
beban dengan daya konstan adalah peralatanperalatan mesin.
2) Jenis-Jenis Motor DC
a.
a. Kutub Medan
Secara sederhana digambarkan bahwa interaksi dua
kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada
motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang
stasioner dan dinamo yang menggerakan bearing pada
ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana
memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub
selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi
bukan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan.
Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek
terdapat satu atau lebih elektromagnet.Elektromagnet
menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai
penyedia struktur medan.
Motor Arus Searah Penguat Terpisah Motor jenis
ini, penguat magnet mendapat arus dari sumber
tersendiri dan terpisah dengan sumber arus ke rotor.
Sehingga arus yang diberikan untuk jangkar dengan
arus yang diberikan untuk penguat magnet tidak
terikat antara satu dengan lainnya secara kelistrikan.
Gambar 2.4 Rangkaian motor DC dengan Penguat Terpisah
b. Dinamo
Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan
menjadi elektromagnet. Dinamo yang berbentuk
silinder,
dihubungkan
ke
penggerak
untuk
menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang
kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang
dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan
selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi,
arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan
selatan dinamo.
b.
c. Commutator
Komponen ini terutama ditemukan dalam motor
DC. Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus
Motor Arus Searah dengan Penguat Sendiri
Motor jenis ini yaitu jika arus penguat magnet
diperoleh dari motor itu sendiri. Berdasarkan
hubungan lilitan penguat magnet terhadap lilitan
jangkar motor DC dengan penguat sendiri dapat
dibedakan
:
1.
Motor DC Shunt
Motor ini dinamakan motor DC shunt
karena cara pengkabelan motor ini yang parallel
63
(shunt) dengan kumparan armature. Motor DC shunt
berbeda dengan motor yang sejenis terutama pada
gulungan kawat yang terkoneksi parallel dengan
medan armature. Harus ingat bahawa teori
elektronika dasar bahwa sebuah sirkuit yang parallel
juga disebut sebagai shunt. Karena gulungan kawat
diparalel dengan armature, maka disebut sebagai
shunt winding dan motor disebut shunt motor. Motor
DC shunt memiliki skema berikut:
Gambar 2.6 Karakteristik Motor dc shunt
2. Motor DC Seri
Motor ini dipasang secara seri dengan kumparan
armature. Motor ini, kurang stabil. Pada torsi yang tinggi
kecepatan menurun bila kecepatannya rendahmaka
kecepetan motor naik. Namun, pada saat tidak terdapat
beban motor ini akan cenderung menghasilkan kecepatan
yang sangat tinggi. Tenaga putaran yang besar ini
dibutuhkan pada elevator dan Electric Traction.
Kecepatan ini juga dibutuhkan pada mesin jahit. Motor
DC disusun dengan skema berikut:
Gambar 2.5 Rangkaian Motor DC shunt
Pada motor shunt, gulungan medan (medan
shunt) disambungkan secara paralel dengan
gulungan dinamo (A). Oleh karena itu total arus
dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan
arus dinamo.
Karakter kecepatan motor DC tipe shunt adalah :
1.
2.
Kecepatan pada prakteknya konstan tidak
tergantung pada beban (hingga torque tertentu
setelah kecepatannya berkurang) dan oleh karena
itu cocok untuk penggunaan komersial dengan
beban awal yang rendah, seperti peralatan mesin.
Kecepatan dapat dikendalikan dengan cara
memasang tahanan dalam susunan seri dengan
dinamo (kecepatan berkurang) atau dengan
memasang tahanan pada arus medan (kecepatan
bertambah).
Gambar 2.7 Rangkaian Motor DC Seri
Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt)
dihubungkan secara seri dengan gulungan dinamo (A).
Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus dinamo.
Karakter kecepatan dari motor DC tipe seri adalah :
Motor ini tidak dapat memproduksi arus yang
besar ketika mulai melakukan putaran seperti pada medan
kumparan seri. Hal ini berarti motor parallel mempunyai
torsi awal yang lemah. Ketika voltase diaplikasikan ke
motor listrik, resistansi yang tinggi pada kumparan
parallel menjaga arus mengalir lambat. Kumparan
armature untuk motor shunt juga sama dengan motor seri
dan menggunakan arus untuk memproduksi medan
magnetik yang cukup kuat untuk membuat kumparan
armature memulai putaran. Dalam industry, motor shunt
digunakan pada Mesin bubut, Drills, Boring Mills,
pembentuk, dan Spinning. Berikut adalah contoh boring
mills yang sering digunakan pada industri.
Motor shunt mempunyai kecapatan hampir
konstan. Pada tegangan jepit konstan, motor ini
mempunyai putaran yang hampir konstan walaupun
terjadi perubahan beban. Perubahan kecepatan hanya
sekitar 10 %. Untuk pemakaian kipas angin, blower,
pompa centrifugal, elevator, pengaduk, mesin cetak, dan
juga untuk pengerjaan kayu dan logam.
1.
2.
Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM
Harus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa
ada beban sebab motor akan mempercepat tanpa
terkendali.
Karena kumparan medan terseri dengan
kumparan armature, motor DC seri membutuhkan jumlah
arus yang sama dengan arus yang mengalir melalui
kumparan armature. Pengoperasian dari motor ini sangat
mudah untuk dimengerti. Kumparan medan terkoneksi
secara seri dengan kumparan armature. Hal ini berarti
bahwa power teraplikasi pada salah satu ujung dari
kumparan medan yang seri dan ujung lain dari kumparan
armature yang terkoneksi dengan brush. Ketika voltase
diberikan, arus mulai mengalir dari terminal power supply
yang negative ke kumparan yang seri dan kumparan
armature. Kumparan armature tidak berputar ketika
tegangan pertama kali diberikan dan satu-satunya
hambatan pada sirkuit berasal dari konduktor yang
digunakan pada armature dan kumparan penguat medan.
64
Kerena konduktor ini sangat besar, maka konduktor ini
hanya memiliki hambatan yang kecil.
Hal ini menyebabkan motor mengambil arus
yang besar dari power supply. Ketika arus yang besar
mulai mengalir ke kumparan penguat medan dan
kumparan armature maka terbentuk medan magnetic yang
cukup kuat. Karena arusnya amat besar, hal ini
menyebabkan kumparan menjadi jenuh, yang akan
memproduksi medan magnet yang amat kuat. Dalam
industri, motor ini digunakan sebagai electric traction,
elevator, kompresor udara, penyedot debu, dan pengering
rambut. Yang biasa ditemui pada mesin mobil. Ketika
pada saat pertama kali dihidupkan, mobil memerlukan
tenaga putaran yang kuat untuk membuat mesin dalam
mobil hidup. Motor-motor seri cocok untuk penggunaan
yang memerlukan torsi penyalaan awal yang tinggi,
seperti derek dan alat pengangkat hoist
Karakter dari motor DC tipe kompon / gabungan
ini adalah, makin tinggi persentase penggabungan ( yakni
persentase gulungan medan yang dihubungkan secara
seri ) , makin tinggi pula torque penyalaan awal yang
dapat ditangani oleh motor ini. Pada motor kompon
mempunyai dua buah kumparan medan dihubungkan seri
dan paralel dengan angker. Bila motor seri diberi penguat
shunt tambahan seperti gambar dibawah disebut motor
kompon shunt panjang.
Gambar 2.10 Rangkaian Motor DC Kompon Panjang
Bila motor shunt diberi tambahan penguat seri
seperti pada Gambar 2.11 disebut motor kompon shunt
pendek
Gambar 2.8 Karakteristik Motor DC seri
3. Motor DC Kompon
Motor Kompon DC merupakan gabungan motor
seri dan shunt. Pada motor kompon, gulungan medan
(medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri
dengan gulungan dinamo (A). Sehingga, motor kompon
memiliki torque penyalaan awal yang bagus dan
kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase
penggabungan (yakni persentase gulungan medan yang
dihubungkan secara seri), makin tinggi pula torque
penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini.
Dalam industri, motor ini digunakan untuk pekerjaan apa
saja yang membutuhkan torsi besar dan kecepatan yang
constant.
Gambar 2.11 Rangkaian Motor Kompon Pendek
B. Arduino Uno
Arduino
UNO
adalah
sebuah
board
mikrokontroler yang didasarkan pada ATmega328.
Arduino UNO mempunyai 14 pin digital input/output (6
di antaranya dapat digunakan sebagai output PWM), 6
input analog, sebuah osilator Kristal 16 MHz, sebuah
koneksi USB, sebuah power jack, sebuah ICSP header,
dan sebuat tombol reset. Arduino UNO memuat semua
yang dibutuhkan untuk menunjang mikrokontroler, mudah
menghubungkannya ke sebuah computer dengan sebuah
kabel USB atau mensuplainya dengan sebuah adaptor AC
ke DC atau menggunakan baterai untuk memulainya
Gambar 2.9 Karakteristk Motor DC kompon
65
Clock Speed
16 MHz
Referensi desain Arduino dapat menggunakan
sebuah Atmega8, 168, atau 328, model saat ini
menggunakan Atmega328, tetapi Atmega8 ditampilkan
pada skema sebagai referensi. Konfigurasi pin identik
pada semua ketiga prosesor tersebut.Daya (Power)
Arduino UNO dapat disuplai melalui koneksi USB atau
dengan sebuah power suplai eksternal. Sumber daya
dipilih secara otomatis.
Suplai eksternal (non-USB) dapat diperoleh dari
sebuah adaptor AC ke DC atau battery. Adaptor dapat
dihubungkan dengan mencolokkan sebuah center-positive
plug yang memliki panjang 2,1 mm ke power jack dari
board. Kabel lead dari sebuah battery dapat dimasukkan
dalam header/kepala pin Ground (Gnd) dan pin Vin dari
konektor POWER.Board Arduino UNO dapat beroperasi
pada sebuah suplai eksternal 6 sampai 20 Volt. Jika
disuplai dengan yang lebih kecil dari 7 V, kiranya pin 5
Volt mungkin mensuplai kecil dari 5 Volt dan board
Arduino UNO bisa menjadi tidak stabil. Jika
menggunakan suplai yang lebih dari besar 12 Volt,
voltage
regulator
bisa
kelebihan
panas
dan
membahayakan board Arduino UNO.
Pin-pin dayanya adalah sebagai berikut:
1. VIN. Tegangan input ke Arduino board ketika
board sedang menggunakan sumber suplai
eksternal (seperti 5 Volt dari koneksi USB atau
sumber tenaga lain yang diatur). yang dapat
menyuplai tegangan melalui pin ini, atau jika
penyuplaian tegangan melalui power jack,
aksesnya melalui pin ini.
2. 5V. Pin output ini merupakan tegangan 5 Volt
yang diatur dari regulator pada board. Board
dapat disuplai dengan salah satu suplai dari DC
power jack (7-12V), USB connector (5V), atau
pin VIN dari board (7-12). Penyuplaian tegangan
melalui pin 5V atau 3,3V membypass regulator,
dan dapat membahayakan board. Hal itu tidak
dianjurkan.
3. 3V3. Sebuah suplai 3,3 Volt dihasilkan oleh
regulator pada board. Arus maksimum yang
dapat dilalui adalah 50 mA.
4. GND. Pin ground.
Gambar 2.13 Arduino Uno
Arduino Uno berbeda dari semua board Arduino
sebelumnya, Arduino UNO tidak menggunakan chip
driver FTDI USB-to-serial. Sebaliknya, fitur-fitur
Atmega16U2 (Atmega8U2 sampai ke versi R2)
diprogram sebagai sebuah pengubah USB ke serial. Revisi
2 dari board Arduino Uno mempunyai sebuah resistor
yang menarik garis 8U2 HWB ke ground, yang
membuatnya lebih mudah untuk diletakkan ke dalam DFU
mode. Revisi 3 dari board Arduino UNO memiliki fiturfitur baru sebagai berikut:
1. Pinout 1.0: ditambah pin SDA dan SCL yang dekat
dengan pin AREF dan dua pin baru lainnya yang
diletakkan dekat dengan pin RESET, IOREF yang
memungkinkan shield-shield untuk menyesuaikan
tegangan yang disediakan dari board. Untuk ke
depannya, shield dijadikan kompatibel / cocok
dengan board yang menggunakan AVR yang
beroperasi dengan tegangan 5V dan dengan Arduino
Due yang beroperasi dengan tegangan 3.3V. Yang
ke-dua ini merupakan sebuah pin yang tak terhubung,
yang disediakan untuk tujuan kedepannya
2. Sirkit RESET yang lebih kuat
3. Atmega 16U2 menggantikan 8U2
―Uno‖ berarti satu dalam bahasa Italia dan
dinamai untuk menandakan keluaran (produk) Arduino
1.0 selanjutnya. Arduino UNO dan versi 1.0 akan menjadi
referensi untuk versi-versi Arduino selanjutnya. Arduino
UNO adalah sebuah seri terakhir dari board Arduino USB
dan model referensi untuk papan Arduino.Untuk
mengetahiu data data tentang Arduino uno dapa dilihat
secara Ringkas Pada tabel 2.1.
1)Memori: ATmega 328 mempunyai 32 KB (dengan 0,5
KB digunakan untuk bootloader). ATmega 328 juga
mempunyai 2 KB SRAM dan 1 KB EEPROM (yang
dapat dibaca dan ditulis (RW/read and written) dengan
EEPROM library).
Tabel 2. 1
Spesifikasi Arduino Uno
Mikrokontroler
ATmega328
Tegangan pengoperasian 5V
Tegangan input yang
7-12V
disarankan
Batas tegangan input
6-20V
14 (6 di antaranya menyediakan keluaran
Jumlah pin I/O digital
PWM)
Jumlah pin input analog 6
Arus DC tiap pin I/O
40 Ma
Arus DC untuk pin 3.3V 50 Ma
32 KB (ATmega328), sekitar 0.5 KB
Memori Flash
digunakan oleh bootloader
SRAM
2 KB (ATmega328)
EEPROM
1 KB (ATmega328)
2) Input dan Output: Setiap 14 pin digital pada Arduino
Uno dapat digunakan sebagai input dan output,
menggunakan fungsi pinMode(),digitalWrite(), dan
digitalRead(). Fungsi-fungsi tersebut beroperasi di
tegangan 5 Volt. Setiap pin dapat memberikan atau
menerima suatu arus maksimum 40 mA dan mempunyai
sebuah resistor pull-up (terputus secara default) 20-50
kOhm. Selain itu, beberapa pin mempunyai fungsi-fungsi
spesial:
1. Serial: 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk
menerima (RX) dan memancarkan (TX) serial data
66
2.
3.
4.
5.
TTL (Transistor-Transistor Logic). Kedua pin ini
dihubungkan ke pin-pin yang sesuai dari chip Serial
Atmega8U2 USB-ke-TTL.
External Interrupts: 2 dan 3. Pin-pin ini dapat
dikonfigurasikan untuk dipicu sebuah interrupt
(gangguan) pada sebuah nilai rendah, suatu kenaikan
atau penurunan yang besar, atau suatu perubahan
nilai. Lihat fungsi attachInterrupt() untuk lebih
jelasnya.
PWM: 3, 5, 6, 9, 10, dan 11. Memberikan 8-bit
PWM output dengan fungsi analogWrite().
SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK).
Pin-pin
ini
mensupport
komunikasi
SPI
menggunakan SPI library.
LED: 13. Ada sebuah LED yang terpasang,
terhubung ke pin digital 13. Ketika pin bernilai
HIGH LED menyala, ketika pin bernilai LOW LED
mati.
4)Programming :Arduino UNO dapat diprogram dengan
software Arduino. Pilih ―Arduino Uno dari menu Tools >
Board(termasuk mikrokontroler pada board).
5) Proteksi Arus Lebih :USB Arduino UNO mempunyai
sebuah sebuah sekring reset yang memproteksi port USB
komputer dari hubungan pendek dan arus lebih. Walaupun
sebagian besar komputer menyediakan proteksi internal
sendiri, sekring menyediakan sebuah proteksi tambahan.
Jika lebih dari 500 mA diterima port USB, sekring secara
otomatis akan memutuskan koneksi sampai hubungan
pendek atau kelebihan beban hilang.
6) Karakteristik Fisik :Panjang dan lebar maksimum dari
PCB Arduino UNO masing-masingnya adalah 2.7 dan 2.1
inci, dengan konektor USB dan power jack yang
memperluas dimensinya. Empat lubang sekrup
memungkinkan board untuk dipasangkan ke sebuah
permukaan atau kotak. Sebagai catatan, bahwa jarak
antara pin digital 7 dan 8 adalah 160 mil. (0.16"), bukan
sebuah kelipatan genap dari jarak 100 mil dari pin lainnya.
Arduino UNO mempunyai 6 input analog, diberi
label A0 sampai A5, setiapnya memberikan 10 bit resolusi
(contohnya 1024 nilai yang berbeda). Secara default, 6
input analog tersebut mengukur dari ground sampai
tegangan 5 Volt, dengan itu mungkin untuk mengganti
batas atas dari rangenya dengan menggunakan pin AREF
dan fungsi analog Reference(). Di sisi lain, beberapa pin
mempunyai fungsi spesial:
1. TWI: pin A4 atau SDA dan pin A5 atau SCL.
Mensupport komunikasi TWI dengan menggunakan
Wire library
2. Ada sepasang pin lainnya pada board:
a. AREF. Referensi tegangan untuk input analog.
Digunakan dengan analogReference().
b. Reset. Membawa saluran ini LOW untuk mereset
mikrokontroler. Secara khusus, digunakan untuk
menambahkan sebuah tombol reset untuk
melindungi yang memblock sesuatu pada board.
C. LDR (Light Dependent Resistor)
LDR (Light Dependent Resistor), ialah jenis
resistor yang berubah hambatannya karena pengaruh
cahaya. Bila cahaya gelap nilai tahanannya semakin besar,
sedangkan cahayanya terang nilainya menjadi semakin
kecil. LDR (Light Dependent Resistor) adalah jenis
resistor yang biasa digunakan sebagai detector cahaya
atau pengukur besaran konversi cahaya. Light Dependent
Resistor, terdiri dari sebuah cakram semikonduktor yang
mempunyai dua buah elekrtroda pada permukaannya.
Resistansi LDR berubah seiring dengan perubahan
intensitas cahaya yang mengenainya. Dalam keadaan
gelap resistansi LDR sekitar 10 M dan dalam keadaan
terang sebesar 1 k atau kurang. LDR terbuat dari bahan
semikonduktor seperti cadmium sulfide. Dengan bahan ini
energy dari cahaya yang jatuh menyebabkan lebih banyak
muatan yang dilepas atau arus listrik meningkat. Artinya
resistansi bahan telah mengalami penurunan.
3)Komunikasi : Arduino UNO mempunyai sejumlah
fasilitas untuk komunikasi dengan sebuah komputer,
Arduino lainnya atau mikrokontroler lainnya. Atmega 328
menyediakan serial komunikasi UART TTL (5V), yang
tersedia pada pin digital 0 (RX) dan 1 (TX). Sebuah
Atmega 16U2 pada channel board serial komunikasinya
melalui USB dan muncul sebagai sebuah port virtual ke
software pada komputer. Firmware 16U2 menggunakan
driver USB COM standar, dan tidak ada driver eksternal
yang dibutuhkan. Bagaimanapun, pada Windows, sebuah
file inf pasti dibutuhkan. Software Arduino mencakup
sebuah serial monitor yang memungkinkan data tekstual
terkirim ke dan dari board Arduino. LED RX dan TX
pada board akan menyala ketika data sedang ditransmit
melalui chip USB-to-serial dan koneksi USB pada
komputer (tapi tidak untuk komunikasi serial pada pin 0
dan 1). Atmega328 juga mensupport komunikasi I2C
(TWI) dan SPI. Software Arduino mencakup sebuah Wire
library untuk memudahkan menggunakan bus I2C.
Gambar 2. 14 LDR (Light Dependent Resistor)
LDR digunakan untuk mengubah energy cahaya
menjadi energy listrik. Saklar cahaya otomatis dan alarm
pencuri adalah beberapa contoh alat yang menggunakan
LDR. Tetapi karena responnya terhadap cahaya cukup
lambat, LDR tidak digunakan pada situasi di mana
intensitas cahaya berubah secara drastis. Sensor ini akan
berubah nilai hambatannya apabila ada perubahan tingkat
kecerahan cahaya.
1)
67
Prinsip Kerja LDR: Pada saat gelap atau cahaya
redup, bahan dari cakram tersebut menghasilkan
elektron bebas dengan jumlah yang relative kecil.
dibilang bahasa C adalah induk dari bahasa pemrograman
saat ini.
Beberapa kelebihan dari bahasa C adalah sebagai berikut :
1. Banyak memiliki operator untuk mengolah /
memanipulasi data.
2. Bahasa C termasuk sebagai bahasa yang terstruktur
sehingga program dapat lebih mudah dipahami atau
dikembangkan.
3. Bahasa C lebih mudah dimengerti karena lebih mirip
kepada bahasa manusia.
4. Mengenal data pointer.
5. Bahasa C tersedia hampir di semua jenis computer.
6. Kode bahasa C sifatnya adalah portable dan
fleksibel untuk semua jenis computer.
7. Bahasa C hanya menyediakan sedikit kata-kata
kunci, hanya terdapat 32 kata kunci.
8. Proses executable program bahasa C lebih cepat.
9. Dukungan pustaka yang banyak.
10. C adalah bahasa yang terstruktur
11. Bahasa C termasuk bahasa tingkat menengah
Sehingga hanya ada sedikit elektron untuk
mengangkut muatan elektrit. Artinya pada saat
cahaya redup, LDR ( Light Dependent Resistor )
menjadi konduktor yang buruk, atau bisa disebut
juga LDR ( Light Dependent Resistor ) memiliki
resistansi yang besar pada saat gelap atau cahaya
redup. Pada saat cahaya terang, ada lebih banyak
elektron yang lepas dari atom bahan
semikonduktor tersebut. Sehingga akan lebih
banyak elektron untuk mengangkut muatan
elektrit. Maka pada saat cahaya terang, LDR (
Light Dependent Resistor )menjadi konduktor yang
baik, atau bisa disebut juga LDR ( Light
Dependent Resistor ) memiliki resistansi kecil pada
saat cahaya terang. Penerapan lain dari sensor LDR
ini ialah alarm Pencuri.
Misalnya untuk rangkaian system alarm cahaya
(menggunakan LDR) yang aktif ketika terdapat
cahaya. Ketika kita akan mengatur kepekaan LDR
(Light Dependent Resistor) dalam suatu rangkaian
maka kita perlu menggunakan potensiometer. Kita
atur letaknya agar ketika mendapat cahaya maka
buzzer atau bell akan berbunyi dan ketika tidak
mendapat cahaya maka buzzer atau bell tidak akan
berbunyi.
Sedangkan kelemahan dari bahasa C adalah :
1. Banyak operator atau cara penulisan program
kadang menimbulkan kebingungan para pemakainya.
2. Perlunya ketelitian dalam penulisan program karena
perintah (statement) dalam bahasa C bersifat case
sensitif (huruf kapital dan huruf kecil dibedakan.
Kekurangan-kekurangan tersebut akan banyak
terjadi pada awal-awal mempelajari bahasa C.
3. Bagi pemula pada umumnya akan kesulitan
menggunakan pointer.
D. Bahasa Pemrograman C
Bahasa Pemrograman C diciptakan dan
dikembangkan oleh Brian Kernighan dan Denis Ritchie di
Bell Research Labs. Bahasa Pemrograman C secara
khusus diciptakan dengan tujuan agar para programmer
(orang yang membuat program komputer) dapat
mengakses seluruh internal register. I/O slots dan absolute
address dari sebuah komputer. Pada awal tahun 1960-an,
sistem operasi komputer mulai menjadi jauh lebih
kompleks karena adanya pengenalan multi terminal dan
kemampuan multi prosessor. Pada saat itu, sistem operasi
diciptakan dengan menggunakan bahasa assembly (bahasa
pemrograman tingkat rendah). Banyak pengembang yang
menyadari bahwa suatu sistem operasi dapat
dikembangkan lebih lagi, tidak cukup dengan
menggunakan bahasa assembly. Inilah asal mula Bahasa
C yang dimplementasikan pada Digital Equipment
Corporation PDP-7. Pada perkembangan lebih lanjut
Bahasa
Pemrograman
C
digunakan
untuk
mengimplementasikan Sistem Operasi Unix.
Bahasa C atau C++ adalah suatu bahasa
pemrograman. Bahasa C termasuk sebagai bahasa
pemrograman tingkat menengah, bahasa C bias dipelajari
dengan lebih mudah karena mudah dimengerti tetapi
mempunyai kemampuan yang tinggi. Bahasa C bisa
digunakan untuk merekayasa program untuk segala
kebutuhan, baik untuk aplikasi bisnis, matematis atau
bahkan game.
Bahasa Pemrograman C telah mengalami banyak
evolusi sejak awal diciptakanya hingga saat ini. Saat ini,
banyak Bahasa Pemrograman yang merupakan
turunan/varian/keluarga dari Bahasa C seperti: C ++, Java
Script, PHP, Java, perl dan lain sebagainya. Bisa juga
E. Relay
Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan
secara
listrik
dan
merupakan
komponen
Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2
bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal
(seperangkat Kontak Saklar/Switch). Relay menggunakan
Prinsip Elektromagnetik untuk menggerakkan Kontak
Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power)
dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi.
Sebagai contoh, dengan Relay yang menggunakan
Elektromagnet 5V dan 50 mA mampu menggerakan
Armature Relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk
menghantarkan listrik 220V 2A.
Gambar 2. 15 Bentuk Relay
68
Gambar 2. 16 Simbol Relay
Selain Golongan Relay diatas, terdapat juga
Relay-relay yang Pole dan Throw-nya melebihi dari 2
(dua). Misalnya 3PDT (Triple Pole Double Throw)
ataupun 4PDT (Four Pole Double Throw) dan lain
sebagainya.
Untuk lebih jelas mengenai Penggolongan Relay
berdasarkan Jumlah Pole dan Throw, dapat dilihat pada
Pada dasarnya, Relay terdiri dari 4 komponen dasar yaitu :
1. Electromagnet (Coil)
2. Armature
3. Switch Contact Point (Saklar)
4. Spring
Kontak Poin (Contact Point) Relay terdiri dari 2 jenis
yaitu :
1. Normally Close (NC) yaitu kondisi awal sebelum
diaktifkan akan selalu berada di posisi CLOSE
(tertutup)
2. Normally Open (NO) yaitu kondisi awal sebelum
diaktifkan akan selalu berada di posisi OPEN
(terbuka)
Berdasarkan gambar diatas, sebuah Besi (Iron Core) yang
dililit oleh sebuah kumparan coil yang berfungsi untuk
mengendalikan Besi tersebut. Apabila kumparan Coil
diberikan arus listrik, maka akan timbul gaya
elektromagnet yang kemudian menarik armature untuk
berpindah dari Posisi sebelum (NC) ke posisi baru (NO)
sehingga menjadi Saklar yang dapat menghantarkan arus
listrik di posisi barunya (NO). Posisi dimana armature
tersebut berada sebelumnya (NC) menjadi OPEN atau
tidak terhubung. Pada saat tidak dialiri arus listrik,
Armature akan kembali lagi ke posisi Awal (NC). Coil
yang digunakan oleh Relay untuk menarik Contact Poin
ke Posisi Close biasa hanya membutuhkan arus listrik
yang relatif kecil.
Gambar 2.17 :
Gambar 2.17 Relay berdasarkan Pole dan Throw
2)
1) Arti Pole dan Throw pada Relay: Karena Relay
merupakan salah satu jenis dari Saklar, maka istilah Pole
dan Throw yang dipakai dalam Saklar juga berlaku pada
Relay. Berikut ini adalah penjelasan singkat mengenai
Istilah Pole and Throw :
1. Pole : Banyaknya Kontak (Contact) yang
dimiliki oleh sebuah relay
2. Throw : Banyaknya kondisi yang dimiliki oleh
sebuah Kontak (Contact)
Berdasarkan penggolongan jumlah Pole dan Throw-nya
sebuah relay, maka relay dapat digolongkan menjadi :
1. Single Pole Single Throw (SPST) : Relay
golongan ini memiliki 4 Terminal, 2 Terminal
untuk Saklar dan 2 Terminalnya lagi untuk Coil.
2. Single Pole Double Throw (SPDT) : Relay golongan
ini memiliki 5 Terminal, 3 Terminal untuk Saklar
dan 2 Terminalnya lagi untuk Coil.
3. Double Pole Single Throw (DPST) : Relay golongan
ini memiliki 6 Terminal, diantaranya 4 Terminal
yang terdiri dari 2 Pasang Terminal Saklar
sedangkan 2 Terminal lainnya untuk Coil. Relay
DPST dapat dijadikan 2 Saklar yang dikendalikan
oleh 1 Coil.
4. Double Pole Double Throw (DPDT) : Relay
golongan ini memiliki Terminal sebanyak 8
Terminal, diantaranya 6 Terminal yang merupakan 2
pasang Relay SPDT yang dikendalikan oleh 1
(single) Coil. Sedangkan 2 Terminal lainnya untuk
Coil.
Fungsi-fungsi dan Aplikasi Relay: Beberapa fungsi
Relay yang telah umum diaplikasikan kedalam
peralatan Elektronika diantaranya adalah :
1.
Relay digunakan untuk menjalankan Fungsi
Logika (Logic Function)
2. Relay digunakan untuk memberikan Fungsi
penundaan waktu (Time Delay Function)
3. Relay digunakan untuk mengendalikan Sirkuit
Tegangan tinggi dengan bantuan dari Signal
Tegangan rendah.
Ada juga Relay yang berfungsi untuk melindungi Motor
ataupun komponen lainnya dari kelebihan Tegangan
ataupun hubung singkat.
F. IC Driver Motor Shield
IC L293D L293D adalah driver motor sirkuit
terpadu (IC). Motor driver bertindak sebagai penguat
arus karena mereka mengambil sinyal kontrol arus
rendah dan memberikan sinyal arus yang lebih tinggi.
Sinyal arus yang lebih tinggi ini digunakan untuk
menggerakkan motor. L293D berisi dua jembatan
sirkuit sopir inbuilt. motor DC dapat digerakkan
secara bersamaan, baik dalam arah maju dan mundur.
Operasi dua motor dapat dikendalikan oleh logika
masukan pada pin 2 & 7 dan 10 & 15. Masukan logika
00 atau 11 akan menghentikan motor yang sesuai.
Logika 01 dan 10 akan memutar searah jarum jam dan
berlawanan arah jarum jam arah, masing- masing.
Namun, pada
Tugas akhir ini saya hanya
menggunakan satu motor saja yaitu pada sisi pin 1
hingga pin 8.
69
G.
Gambar 2.19 menunjukan ilustrasi sel surya dan juga
bagian-bagian lain Secara umum terdiri dari :
Sel surya
1. Substrat/Metal backing
Selsurya atau juga sering disebut fotovoltaik adalah
divais yang mampu mengkonversi langsung cahaya
matahari menjadi listrik. Sel surya bisa disebut sebagai
pemeran utama untuk memaksimalkan potensi sangat
besar energi cahaya matahari yang sampai kebumi,
walaupun selain dipergunakan untuk menghasilkan listrik,
energi dari matahari juga bisa dimaksimalkan energi
panasnya melalui sistem solar thermal.Sel surya dapat
dianalogikan sebagai divais dengan dua terminal atau
sambungan, pada saat kondisi gelap atau tidak cukup
cahaya berfungsi seperti dioda, dan saat disinari dengan
cahaya matahari dapat menghasilkan tegangan. Ketika
disinari, maka satu sel surya komersial menghasilkan
tegangan dc sebesar 0,5 sampai 1 volt, dan arus shortcircuit dalam skala milliampere per cm2. Besar tegangan
dan arus ini tidak cukup untuk berbagai aplikasi, sehingga
umumnya sejumlah sel surya disusun secara seri
membentuk modul surya. Satu modul surya biasanya
terdiri dari 28-36 sel surya, dan total menghasilkan
tegangan dc sebesar 12 V dalam kondisi penyinaran
standar (Air Mass 1.5). Modul surya tersebut bisa
digabungkan secara paralel atau seri untuk memperbesar
total tegangan dan arus outputnya sesuai dengan daya
yang dibutuhkan untuk aplikasi tertentu. Ilustrasi dari
modul surya dapat dilihat pada gambar 2.18.
Substrat adalah material yang menopang seluruh
komponen sel surya. Material substrat juga harus
mempunyai konduktifitas listrik yang baik karena juga
berfungsi sebagai kontak terminal positif sel surya,
sehinga biasa digunakan material metal atau logam seperti
aluminium atau molybdenum. Untuk sel surya dyesensitized DSSC( Dye Sensityzed Solar Cells ) dan sel
surya organik, substrat juga berfungsi sebagai tempat
masuknya cahaya sehingga material yang digunakan yaitu
material yang konduktif tapi juga transparan sepertiii ITO
( Indium Tin Oxide) dan FTO ( Flourine Doped Tin Oxide
).
2. Material Semikonduktor
Material semikonduktor merupakan bagian inti
dari sel surya yang biasanya mempunyai tebal sampai
beberapa ratus mikrometer untuk sel surya generasi
pertama (silikon), dan 1-3 mikrometer untuk sel surya
lapisan tipis. Material semikonduktor inilah yang
berfungsi menyerap cahaya dari sinar matahari. Untuk
kasus pad Gambar 2.23, semikonduktor yang digunakan
adalah material silikon, yang umum diaplikasikan di
industri elektronik. Sedangkan untuk sel surya lapisan
tipis, material semikonduktor yang umum digunakan dan
telah masuk pasaran yaitu contohnya material
Cu(In,Ga)(S,Se)2 (CIGS), CdTe (kadmium telluride), dan
amorphous
silikon,
disamping
material-material
semikonduktor potensial lain yang dalam sedang dalam
penelitian
intensif
seperti Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTS)
dan Cu2O (copper oxide).
Gambar 2.18 Modul Sel Surya
Bagian semikonduktor tersebut terdiri dari
junction atau gabungan dari dua material semikonduktor
yaitu semikonduktor tipe-p (material-material yang
disebutkan diatas) dan
tipe-n (silikon tipe-n,
CdS,dll) yang membentuk p-n junction. P-n junction ini
menjadi kunci dari prinsip kerja sel surya. Pengertian
semikonduktor tipe-p, tipe-n, dan juga prinsip p-n junction
dan sel surya akan dibahas dibagian ―cara kerja sel
surya‖.
1) Struktur Sel Surya : Sesuai dengan perkembangan
sains&teknologi, jenis-jenis teknologi sel surya pun
berkembang dengan berbagai inovasi. Ada yang
disebut sel surya generasi satu, dua, tiga dan empat,
dengan struktur atau bagian-bagian penyusun sel yang
berbeda pula.Struktur dan cara kerja dari sel surya
umum berada dipasaran saat ini yaitu sel surya
berbasis material silikon juga secara umum mencakup
struktur dan cara kerja sel surya generasi pertama (sel
surya silikon) dan kedua (thin film/lapisan tipis).
3. Kontak Metal/Contact Grid
Selain substrat sebagai kontak positif, diatas
sebagian material semikonduktor biasa dilapiskan material
metal atau material konduktif transparan sebagai kontak
negatif.
4.
Gambar 2. 19 Struktur Sel Surya komersial yang
menggunakan material silikon sebagai semikonduktor.
Lapisan Antireflektif
Refleksi cahaya harus diminimalisir agar
mengoptimalkan
cahaya
yang
terserap
oleh
semikonduktor. Oleh karena itu biasanya sel surya dilapisi
oleh lapisan anti-refleksi. Material anti-refleksi ini adalah
70
lapisan tipis material dengan besar indeks refraktif optik
antara semikonduktor dan udara yang menyebabkan
cahaya dibelokkan ke arah semikonduktor sehingga
meminimumkan cahaya yang dipantulkan kembali.
5.
Enkapsulasi / Cover Glass
Bagian ini berfungsi sebagai enkapsulasi untuk
melindungi modul surya dari hujan atau kotoran.
2) Cara kerja sel surya: Sel surya konvensional bekerja
menggunakan prinsip p-n junction, yaitu junction
antara
semikonduktor
tipe-p
dan
tipe-n.
Semikonduktor ini terdiri dari ikatan-ikatan atom yang
terdapat
elektron
sebagai
penyusun
dasar. Semikonduktor tipe-n mempunyai kelebihan
elektron (muatan negatif) sedangkan semikonduktor
tipe-p mempunyai kelebihan hole (muatan positif)
dalam struktur atomnya. Kondisi kelebihan elektron
dan hole tersebut bisa terjadi dengan mendoping
material dengan atom dopant. Dalam mendapatkan
material silikon tipe-p, silikon didoping oleh atom
boron, sedangkan untuk mendapatkan material silikon
tipe-n, silikon didoping oleh atom fosfor. Ilustrasi
pada gambar 2.20 menggambarkan junction
semikonduktor tipe-p dan tipe-n.
Gambar 2. 21 Simulasi Cara Kerja Sel surya
III. PERANCANGAN PERANGKAT KERAS
DAN LUNAK
A. Study Literatur
a.
b.
c.
Mempelajari tentang pemrograman software
arduino uno dalam penunjang pembuatan
software aplikasi sistem kendali.
Mempelajari tentang desain rangkaian dari
microkontroler arduino ke PCB.
Mempelajari tentang teknik interface antara input
dan output arduino dengan LDR sebagai input
dan motor DC yang dapat berputar reverseforwardsebagai output.
B. Konfigurasi Sistem
Diagram blok rangkaian merupakan salah satu
bagian terpenting dalam perancangan suatu alat, karena
dari diagram blok rangkaian inilah dapat diketahui cara
kerja rangkaian keseluruhan. Sehingga keseluruhan
diagram blok rangkaian tersebut menghasilkan suatu
sistem yang dapat difungsikan atau dapat bekerja sesuai
dengan perancangan. Adapun secara keseluruhan sistem
ini dibagi menjadi dua bagian, yaitu perangkat keras
(hardware) dan perangkat lunak (software).
Gambar 2.20 Junction antara semikonduktor tipe-p (kelebihan
hole) dan tipe-n (kelebihan elektron).
Peran dari p-n junction ini adalah untuk
membentuk medan listrik sehingga elektron dan hole bisa
diekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan listrik.
Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak, maka
kelebihan elektron bergerak dari semikonduktor tipe-n ke
tipe-p sehingga membentuk kutub positif pada
semikonduktor
tipe-n,
dan
kutub
negatif
pada semikonduktor tipe-p. Akibat dari aliran elektron
dan hole ini maka terbentuk medan listrik yang
mana ketika cahaya matahari mengenai susunan p-n
junction ini mendorong elektron bergerak dari
semikonduktor menuju kontak negatif, yang selanjutnya
dimanfaatkan sebagai listrik, dan hole bergerak menuju
kontak positif menunggu elektron datang.
Gambar 3.1 Diagram blok Sistem
Untuk sistem kerja secara umum pada rancang
bangun pada sistem kendali reversed forward motor DC
dan penggerak tirai terhadap input LDR ini, bertujuan
pada sistem kendali untuk menjalankan motor sebagai
pembuka/ penutup tirai dan mengontrol secara otomatis.
Input pada alat ini menggunakan LDR yang akan
membaca intensitas cahaya kemudian dikirim ke dalam
71
program pada microkontroler arduino yang telah
terhubung langsung dengan driver sistem kontroler motor
DC. Motor DC ini dapat berputar reverse-forward guna
untuk dapat membuka dan menutup tirai, pada konstruksi
pembuka / penutup tirai otomatis ini dipasang limit switch
untuk membatasi pergerakan pada saat posisi terbuka atau
tertutup.
C.
Perancangan dan pembuatan perangkat keras
(HARDWARE)
Gambar 3.3 Skema Penyambungan Relay ke Motor
Dalam perancangan pembuka / penutup tirai
otomatis ini menggunakan arduino uno sebagai dasar
utama, Sehingga diperlukan sebuah modul ardoino uno
sebagai otak pengontrol sistem. Perancangan Perangkat
Keras dilakukan untuk menciptakan sebuah alat yang bisa
membuka dan menutup tirai otomatis yang dapat
dioperasikan dengan sensor ldr menggunakan arduino
uno.Untuk perancangan hardware pembuka / penutup tirai
otomatis berbasis mikrokontrollerdan sel surya sebagai
supply energi diperlukan:
1) Baterai :Baterai 12 V DC berfungsi sebagai sumber
tegangan ke rangkaian Arduino Uno dan Driver
Motor shield
2) LDR (Light Dependent Resistor):LDR (Light
Dependent Resistor) digunakan sebagai sakelar
otomatis sebagai input yang akan mengidentifikasi
intensitas cahaya yang didapat yang kemudian
diproses oleh microkontroler arduino.
3) Arduino:Arduino yang berisi mikrokontroler ini
menggunakan Arduino UNO R3 yang digunakan
untuk mengolah data dari input dan menghasilkan
output yang diinginkan dari program yang telah
dibuat.
4) Relay: Relay berfungsi untuk menyalakan dan
mematikan lampu dengan daya 220 AC.
5) Driver Interface:Driver interface sebagai antar muka
antara mikrokontroler arduino dengan rangkaian
daya.
6) Motor DC: Motor DC berfungsi sebagai penggerak
untuk membuka dan menutup tirai.
7) Lampu: Lampu berfungsi sebagai output dari Ldr.
8) Solarcell: Solar cell berfungsi sebagai pengisi daya
baterai dengan memanfaatkan sumber dari Cahaya
matahari
Skema rangkaian layout PCB alat pembuka /
penutup tirai atau gorden otomatis bagian atas dapat
dilihat pada Gambar 3.4
Gambar 3.4 Layout PCB Penggerak Tirai Bagian Atas
Skema rangkaian layout PCB alat pembuka /
penutup tirai atau gorden otomatis tampak bawah dapat
dilihat pada Gambar 3.5
Gambar 3.5 Layout PCB Penggerak Tirai Bagian Bawah
D.
Perancangan dan pembuatan perangkat lunak
(SOFTWARE)
1) Perancangan Perangkat Lunak : Pembuatan program
data pada mikrokontroller adalah menuliskan kode atau
perintah pada Arduino dalam mikrokontroler, penulisan
perintah ini menggunakan bahasa pemrograman C pada
software
Code
Vision
AVR.
Program
data
yangdirencanakan untuk mikrokontroler pada tugas akhir
ini mempunyai fungsi sebagai berikut :
1. Menerima input dari sensor LDR
Gambar 3.2 Perancangan Sistem Kendali
2. Memproses sinyal input dari sensor LDR
3. Nilai output dari rangkaian sensor cahaya,
selanjutnya akan diterima oleh Pin input pada
mikrokontroler
dan
mikrokontroler
akan
72
memberikan
nilai
output
pada
PORD.0
danPORTD.1
dari
mikrokontroller
dan
menjadinilai masukan bagi rangkaian driver motor.
cuaca cerahah tetap tidak langsung terhadap sinar matahari,
ketiga saattat cuaca mendung, keempat saat senja (menjelang
malam), terakhir saattat malam hari dengan cahaya lampu.
Ketiga nilai ini akan di rata-ratakanan untukuk dapat
menentukan settingan nilai LDR yaitu pada nilai ke dua cerah
tidak langsung ( waktu pagi hari ) Sekitar Pukul 05.30 –
06.0000 pada pengujian ini nilai input LDR > 50 maka tirai
terbuka dan untukuk meutup tirai pada tahap pengujian ke
lima pada saat senja (waktu tu maghrib)sekitar pukul 17.30 –
18.00 pada pengujian nilai inputLDRR diperoleh nilai < 50 di
serial monitor arduino maka tirai menutup. Berikut tabel
pengujian nilai intensitas cahaya dari ke tiga waktu yang
dieroleh.
2 ) Flowchart sistem program
Tabel 4. 1
Pengujian nilai input LDR
Keterangan
Has Has Hasil
il 1
il 2
3
Pagi hari
97
94
96
Siang hari
521 524 529
Mendung
112 111 110
Senja (waktu magrib)
48
45
47
Malam (cahaya lampu) 31
29
30
Rata-rata
95
524
111
46
30
Gambar 3. 6 Flowchart sistem program
B. Pengujian Input LDR ke Relay dengan Indikator
Lampu Led
Berdasarkan Gambar 3. 6 Flowchart sistem
program merupakan sistem kerja Penggerak Tirai
Otomatis dimulai dari LDR memberikan input untuk
membaca kondisi cahaya, saat cahaya redup maka motor
DC running forward untuk menutup tirai sampai
mencapai batas waktu yang telah ditentukan maka motor
DC forwardstop . Setelah waktu tercapai LDR akan
kembali membaca cahaya bila cuaca terang maka motor
DC running reversed untuk membuka tirai sampai batas
waktu yang ditentukan maka motor DC reversed stop.
Pada pengujian ini telah menginterface kan nilai
intensitas cahaya dari LDR yang kemudian diproses pada
arduino. Ketika LDR belum mendapat nilai settingan
maka lampu led dalam kondisi mati, dan di saat LDR
mendapat nilai settingan maka lampu led menyala.
IV. PENGUJIAN DAN ANALISA HASIL
PERCOBAAN
C. Pengujian komponen pembuka / penutup
menggunakan motor DC reversed-forward .
1.
Pada bab ini dilakukan pengujian dan analisa terhadap
beberapa alat yang telah dirancang dan dibuat pada bab
sebelumnya. Untuk tahap-tahap pengujian yang akan
dilakukan sebagai berikut :
1.
2.
3.
Pengujian awal LDR terhadap intensitascahayayang
didapatp pada saat
pagi hari, kondisi cerah,
mendung dansaatmalam ai untuk memperoleh nilai
settingan pada program Arduino IDE.
Pengujian input LDR dari nilai intensitas cahaya
yang didapaat ke relay dengan indikator lampu led
(Output)
Pengujian keseluruhan komponen pembuka /
penutup ti
tirai menggunakan motor DC
reversed-forward .
2.
tirai
Ketika tahap pengujan diharapkan otomatisasi
alat sensor LDR terkena cahaya yang masuk
melelui sensor, maka sensor akan memberikan
input pada Arduino UNO, maka relay 1 akan
aktif, kemudian motor akan bekerja membuka
tirai, ketika mengenai batas waktu yang
ditentukan, maka motor akan berhenti dan ketika
itu pula busser 1 akan bunyi.
Ketika tahap pengujian diharapkan otomatisasi
alat sensor LDR tehalang dari caraya , maka
relay 1 akan pasif, kemudian motor akan
berputar ke kanan dan motor akan nutup tirai ,
ketika mengenai batas waktu yang ditentukan ,
maka motor akan berhenti dan ketika itu pula
busser 1 akan mati.
D. Pengujian Tegangan Keluaran Sel Surya
A. Pengujian Awal LDR terhadap Intensitas Cahaya
Pengujian awal ini untuk memastikan agar Sel surya
dapat mengisi Pengujiaini dlakukan setiap jam mulai pukul
07.00 hingga pukul 16.00 pada saat cuaca cerah, dengan dua
cara yang pertama sel surya diletakan diatas atap rumah
secara tegak lurus , yang kedua dengan cara pelacakan posisi
Pengujian awal ini untuk memperoleh nilai settingan
inputtut LDR pada program Arduino.Pengujian ini dilakukan
3 kali denganan waktu berbedada dan kondisi
cuacaberbeda.Pertama saat pagi hariiri cuaca cerahah
langsung terhadap sinar matahari, kedua saat pagi hariiri
73
matahari. Pengujian ini dilakukan agar dapat menentukan
daya optimal sel surya.
Universitas 17 Agustus 1945 Cirebon, saya banyak
mendapatkan bantuan, dorongan baik moril maupun
spiritual dan informasi dari berbagai pihak. Pada
kesempatan ini syay ingin mengucapkan rasa terima kasih
yang sebesar besarnya kepada :
1. Dr. Ir. Hery Sonawan, MT, selaku Dekan
Fakultas Teknik
2. Bapak Erfan subiyanta M. Eng selaku dosen
pembimbing atas segala
bantuan baik berupa
bimbingan , diskusi, arahan, waktu, serta ilmu
yang bermanfaatyang telah diberikan.
3. Bapak agus Siswanto ST., MT selaku
pembimbing juga kaprodi Teknik Elektro yang
telah meluangkan waktu untuk memberikan
bimbingan, dukungan, semangat, koreksi dan
nasehatnya.
4. Orang tua tercinta yang slalu memberikan
dorongan dan memberikan kasih sayang,
semangat, doa yang tiada hentinya dan banyak
nasehat disaat saya belajar sehingga sampai
selsaianya penyusunan Tugas akhir ini.
5. Istri tercinta Restiati, S. Pd yang selalu memberi
semangat dan motivasi dalam menyusun Tugas
Akhir ini.
6. Seluruh Dosen pengajar dijurusan Teknik Elektro
yang telah memberikan pengajaran dan
bimbingan kepada penulis
7. Seluruh civitas Universitas 17 agustus 1945
Cirebon atas semua ilmu yang bermanfaat yang
telah diberikan..
8. Teman-teman mahasiswa prodi teknik elektro
UNTAG 1945 Cirebon
9. Untuk semua pihak yang tidak bisa disebutkan
satu per satu sehingga Laporan Tugas Akhir ini
selesai disusun.
Tabel 4. 2
Pengujian Keluaran Tegangan Sel Surya
Jam
Tegak Lurus
Pelacakan
07.00
9 V
10 V
08.00
10 V
12 V
09.00
12 V
14 V
10.00
14 V
14 V
11.00
16 V
16 V
12.00
16 V
16 V
13.00
16 V
16 V
14.00
16 V
16 V
15.00
14 V
14 V
16.00
12 V
14 V
Berdasarkan dari tabel 4.2 pengujian tegangan
sel surya dengan cara tegak lurus dan pelacakan dapat
diperoleh nilai output tegangan sel surya maksimal dalam
satu hari adalah 4 jam dimulai pada pukul 11.00 hingga
14.00. Dapat menghasilkan 3500 mah.
V KESIMPULAN
A. Kesimpulan
Setelah melewati tahap pemasangan, realisasi,
pengujian dan analisis Sistem Tugas Akhir ini, maka dapat
diambil kesimpulan bahwa sebagai berikut :
1.
2.
3.
4.
5.
Dengan ini alat dapat mengontrol tirai secara
otomatis untuk membuka maupun menutup dilihat
dari nilai intensitas cahaya yang didapat dari LDR.
Tirai akan membuka dan menutup secara otomatis
berdasarkan intensitas cahaya yang telah ditentukan
pada program arduino.
Intensitas cahaya yang didapat saat cuaca mendung
dan akan datangnya malam pada sensor LDR
melalui serial Monitor berbasis Arduino adalah
senilai < 50.
Sumber energi pada pembuka dan penutup tirai
otomatis ini menggunakan sel surya yang
memanfaatkan cahaya matahari sehingga dapat
menghemat listrik PLN.
Dari hasil pengujian dapat disimpulkan bahwa
program dan hardware keduanya dapat berjalan
dengan benar.
REFERENSI
[1] Naidoo, Kumi, Perubahan Iklim Global Energi
Bersih Energi Matahari, diakses 25 Juli 2016, online
http://www.greenpeace.org
[2] Herman Widodo,Soemitro. 1985.Robot Otomasi
Industri.Jakarta: Elex Media Komputindo.
[3] Mustaqim. 2010. Analisa Peralihan Motor Arus
Searah Dengan Bantuan Pemrograman Komputer.
Teknik Elektro Universitas Dipenogoro
[4] Tim Skripsi. 2016. Pedoman PenulisanSkripsi.
Cirebon: Fakultas TeknikUniversitas17Agustus 1945
[5] Zazuli, Aplikasi Tenaga Surya, diakses 17 Juli 2016,
online
http://www.panelsurya.com/index.php/id/home/
UCAPAN TERIMAKASIH
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah
Yang Maha Esa atas segala nikmat, karunia serta ridhonya
sehingga penulis dapat menyelesaikan proposal tugas
akhir ini yang berjudul Desain Automasi ReverseForward Motor Dc Berbasis Mikrokontroller Dan Sel
Surya Sebagai Suply Energi
dalam Menyelsaikan Tugas Akhir ini dan selama belajar
di Program studi Teknik Elektro Fakultas Teknik
74