skripsi rancang bangun baterai charge control untuk sistem
advertisement
SKRIPSI RANCANG BANGUN BATERAI CHARGE CONTROL UNTUK SISTEM PENGANGKAT AIR MENGGUNAKAN MOTOR LISTRIK AC BERBASIS ARDUINO UNO ATMEGA 328 MEMANFAATKAN SUMBER PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA I GUSTI NGURAH AGUNG MAHARDIKA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA JIMBARAN - BALI 2015 SKRIPSI RANCANG BANGUN BATERAI CHARGE CONTROL UNTUK SISTEM PENGANGKAT AIR MENGGUNAKAN MOTOR LISTRIK AC BERBASIS ARDUINO UNO ATMEGA 328 MEMANFAATKAN SUMBER PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA I GUSTI NGURAH AGUNG MAHARDIKA NIM. 1004405113 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA JIMBARAN - BALI 2015 RANCANG BANGUN BATERAI CHARGE CONTROL UNTUK SISTEM PENGANGKAT AIR MENGGUNAKAN MOTOR LISTRIK AC BERBASIS ARDUINO UNO ATMEGA 328 MEMANFAATKAN SUMBER PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA Skripsi ini Diajukan Sebagai Prasyarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana S1 (Strata 1) pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana I GUSTI NGURAH AGUNG MAHARDIKA NIM. 1004405113 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015 ii LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS Tugas akhir/skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar. Nama : I GUSTI NGURAH AGUNG MAHARDIKA NIM : 1004405113 Tanda Tangan : Tanggal : 11 Desember 2015 iii KATA PENGANTAR “Om Swastiastu”, Puja dan puji syukur penulis panjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat, berkah dan karunia-Nya tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. tugas akhir dengan judul “Rancang Bangun Baterai Charge Control Untuk Sistem Pengangkat Air Menggunakan Motor Listrik AC Berbasis Arduino Uno ATmega 328 Memanfaatkan Sumber Pembangkit Listrik Tenaga Surya”, diajukan untuk memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan sarjana strata satu (S1) Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana. Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis mendapatkan petunjuk dan bimbingan dari berbagai pihak. Sehubungan dengan hal tersebut pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan trima kasih kepada : 1. Bapak Ir. Ngakan Putu Gede Suardana, MT, Ph D selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana. 2. Bapak Wayan Gede Ariastina, S.T.,M.Eng.Sc.,Ph.D. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana. 3. Bapak Dr. Ir. Ida Bagus Alit Swamardika, M.Erg, selaku Dosen Pembimbing Akademik. 4. Bapak Ir. I Wayan Arta Wijaya, M.Erg.,MT, selaku Dosen pembimbing I. 5. Bapak Ir. I Wayan Rinas, MT, selaku Dosen pembimbing II. 6. Orang Tua tersayang dan keluarga besar yang selalu memberikan dukungan, semangat dan doa sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. 7. Rekan-rekan mahasiswa Jurusan Teknik Elektro angkatan 2010 Fakultas Teknik Universitas Udayana. 8. Serta semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu atas bantuan dan saran yang diberikan sehingga penulisan tugas akhir ini bisa selesai tepat pada waktunya. v Penulis menyadari sepenuhnya bahwa penyajian penulisan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, segala bentuk ide pengembangan, kritik dan saran baik yang kontruktif maupun tidak dari pihak dosen penguji berbagai pihak lainnya sangat penulis hargai dan harapkan. Semoga Ida Sang Hyang Widhi Wasa Tuhan Yang Maha Esa selalu melimpahkan rahmat-Nya kepada semua pihak yang telah membantu pelaksanaan dan penyelesaian tugas akhir ini. “Om Santih Santih Santih Om”, Denpasar, 11 Desember 2015 Penulis. vi ABSTRAK Di jaman modern ini sudah diciptakan suatu sistem pengangkatan air menggunakan motor listrik AC dengan meggunakan sumber pembangkit listrik tenaga surya. Pemanfaatan Pembangkit Listrik Tenaga Surya sebagai catu daya dari suatu sistem yang merupakan salah satu inovasi besar dimasa depan. Permasalahan yang terjadi adalah tidak dilengkapi dengan penyimpanan energi untuk sistem pengangkat air menggunakan motor listrik AC dilengkapi water level control berbasis mikrokontroler Atmega 328 menggunakan sumber pembangkit listrik tenaga surya. Pada malam hari panel surya tidak dapat mensuplai mesin pengangkat air karena tidak mendapatkan sinar matahari. Solusi untuk masalah ini adalah dengan menggunakan baterai sebagai sumber daya, karena kita membutuhkan air kapanpun kita membutuhkannya. Metode dalam pembuatan sistem ini dibagi menjadi dua bagian yaitu pertama perancangan perangkat keras (hardware) yang terdiri dari perancangan perangkat elektronika. Kedua, perancangan perangkat lunak (software) yang terdiri dari pemrograman sistem charge control menggunakan software arduino. Sistem charge control ini menggunakan arduino uno ATmega 328 sebagai pengontrol utama, untuk pembacaan nilai arus pengisian menggunakan sensor arus ACS712 dan untuk pembacaan suhu menggunakan sensor suhu LM35 yang kemudian ditampilkan melalui LCD 20x4. Hasill dari sistem charge control ini mampu melakukan pengisian untuk aki GS 12V 10 Ah dengan arus pengisian mengikuti arus dari PLTS dengan rata-rata arus pengisian sebesar 2.065 ampere dan tegangan pengisian yang diberikan 13 V selama 2 jam dan lama pemakaian aki GS 12V 10Ah untuk membackup beban pompa 60 Watt selama 1 jam 45 menit Kata Kunci : PLTS, Charge Control, Arduino Uno ATmega 328, Sensor Arus, Sensor Suhu. vii ABSTRACT In modern times this has created a water removal system using AC electric motor is by using a source of solar power plants. Utilization of Solar Power Generation as the power supply of a system which is one of the major innovations in the future. The problem that occurs is not equipped with energy storage for water lifting system using AC electric motor equipped with a water level Atmega 328 microcontroller - based control using solar power source. In the evening the solar panels can not supply enough water undercarriage because it does not get sunlight. The solution to this problem is to use a battery as a power source, because we need water whenever we need it. The method in the manufacture of the system is divided into two parts: the first design of the hardware which consists of designing the electronic device. Second, the design of software (software) which consists of a charge control system programming using arduino software. The charge control using arduino uno ATmega 328 as a main controller, for reading the value of the charging current use and ACS712 current sensor for temperature readings using LM35 temperature sensor which is then displayed via the LCD 20X4. Results of system charge control is able to perform charging for GS 12V 10 Ah with charging current with the flow of solar power plants with an average charging current of 2,065 amperes and the charging voltage supplied 13 V for 2 hours and the duration of use GS 12V 10Ah to backup load 60 Watt pump for 1 hour 45 minutes Keywords : Solar power plants, Charge Control, Arduino Uno Atmega 328, Current Sensor, Temperature Sensor viii DAFTAR ISI JUDUL ................................................................................................................. i LEMBAR PRASYARATAN GELAR SARJANA ........................................... ii LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS ................................................... iii LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................. iv KATA PENGANTAR.......................................................................................... v ABSTRAK ............................................................................................................ vii ABSTRACT ........................................................................................................... viii DAFTAR ISI ........................................................................................................ ix DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiii DAFTAR TABEL ............................................................................................... xv DAFTAR SINGKATAN ..................................................................................... xvi DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xvii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang................................................................................................ 1 1.2 Rumusan Masalah........................................................................................... 2 1.3 Tujuan Penelitian............................................................................................ 2 1.4 Manfaat Penelitian.......................................................................................... 2 1.5 Batasan Masalah ............................................................................................. 3 1.6 Sistematika Penulisan ..................................................................................... 3 BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir............................................................................................ 5 2.2 Tinjauan Pustaka .............................................................................................. 7 2.2.1 Panel Surya ............................................................................................. 7 2.2.1.1 Prinsip Kerja Panel Surya ......................................................... 7 2.2.1.2 Jenis Panel Surya....................................................................... 8 2.2.1.3 Kelebihan Panel Surya .............................................................. 10 2.3 Regulator .......................................................................................................... 10 ix 2.3.1 Prinsip Kerja Regulator........................................................................... 10 2.3.2 Jenis-jenis Regulator ............................................................................... 10 2.3.2.1 Regulator Pensaklaran............................................................... 10 2.3.2.2 Regulator Linier ........................................................................ 10 2.4 Inverter ............................................................................................................. 15 2.5 Pompa............................................................................................................... 16 2.5.1 Prinsip kerja Pompa ................................................................................ 16 2.5.2 Pompa Kerja Positif ................................................................................ 17 2.5.3 Pompa Kerja Dinamik............................................................................. 17 2.5.4 Pompa Berdasarkan Letak Penempatannya ............................................ 18 2.5.4.1 Pompa Turbin Vertikal (Vertical Turbine Pump) ................... 18 2.5.4.2 Pompa Celup (Submersible Pump).......................................... 18 2.5.4.3 Cara kerja pompa submersible dan impellernya...................... 19 2.5.5 Pompa Menurut Motor Penggerak......................................................... 20 2.5.5.1 Motor AC................................................................................. 20 2.6 Charger Controller .......................................................................................... 22 2.6.1 Cara Kerja Charger Controller.............................................................. 23 2.7 Baterai .............................................................................................................. 24 2.8 Arduino ............................................................................................................ 26 2.8.1 Instalasi Spftware Arduino..................................................................... 27 2.8.2 Bahasa Pemrograman Arduino .............................................................. 30 2.8.3 Hardware Board Arduino....................................................................... 30 2.8.3.1 Arduino Uno .............................................................................. 30 2.8.3.2 Spesifikasi dari Arduino Uno .................................................... 31 2.8.3.3 Kelebihan Arduino Uno............................................................. 32 2.9 LCD.................................................................................................................. 32 2.9.1 Cara Kerja LCD ..................................................................................... 33 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian .......................................................................... 35 3.2 Data .................................................................................................................. 35 x 3.2.1 Sumber data............................................................................................. 35 3.2.2 Jenis data ................................................................................................. 35 3.2.3 Teknik Pengumpulan Data...................................................................... 36 3.3 Tahapan Penelitian ........................................................................................... 36 3.4 Alur Analisis .................................................................................................... 37 3.5 Perancangan Perangkat .................................................................................... 40 3.5.1 Komponen dan Peralatan ........................................................................ 40 3.5.2 Perancangan Hardware Baterai Charge Control untuk Sistem Pengangkat Air Menggunakan Pompa AC dengan memanfaatkan Sumber Pembangkit Listrik Tenaga Surya............................................................ 42 3.5.3 Perancangan Perangkat Keras ................................................................. 43 3.5.3.1 Rangkaian Mikrokontroler Arduino ATmega 328 ...................... 43 3.5.3.2 Perancangan Rangkaian Charge Control..................................... 44 3.5.3.3 Perancangan Rangkaian Sensor Arus .......................................... 44 3.5.3.4 Perancangan Rangkaian Sensor Suhu.......................................... 45 3.5.3.4 Perancangan Rangkaian Sensor Tegangan .................................. 46 3.5.3.4 Perancangan Rangkaian LCD 20x4 karakter ............................... 46 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Rancang Bangun Baterai Charge Control untuk Sistem Pengangkat Air Menggunakan Pompa Air AC menggunakan sumber PLTS .......................... 48 4.2 Pengujian dan Pembahasan Rancang Bangun Baterai Charge Control untuk SIstem Pengankat Air Menggunakan Motor Listrik AC Menggunakan Sumber PLTS.................................................................................................. 50 4.2.1 Pengujian LCD........................................................................................ 50 4.2.1.1 Pengujian Pembacaan Tegangan PLTS pada LCD dengan Pengukuran Menggunakan Voltmeter..................................... 53 4.2.1.2 Pengujian Pembacaan Arus Pengisian pada LCD dengan Pengukuran Menggunakan Amperemeter ............................... 54 4.2.1.3 Pengujian Pengisian Tegangan Baterai pada LCD dengan Pengukuran Menggunakan Voltmeter..................................... 55 xi 4.3 Pengujian Pengisian Baterai............................................................................. 56 4.4 Pengujian Lama Pemakaian pada Baterai ........................................................ 59 BAB V PENUTUP 5.1 Simpulan .......................................................................................................... 63 5.2 Saran................................................................................................................. 63 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 64 LAMPIRAN.......................................................................................................... 65 xii DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Panel Surya JenisMonokristal ...................................................... 8 Gambar 2.2 Panel Surya JenisPolikristal.......................................................... 9 Gambar 2.3 Panel Surya Jenis Amorphous ...................................................... 9 Gambar 2.4 Blok Diagram Regulator Tegangan Seri ...................................... 11 Gambar 2.5 Rangkaian Regulator Seri dengan 1 Transistor ............................ 11 Gambar2.6 Rangkaian Regulator Seri dengan 2 Transistor ............................ 12 Gambar 2.7 Blok Diagram Regulator TeganganParalel................................... 14 Gambar 2.8 IC Regulator Tipe LM7812 .......................................................... 15 Gambar 2.9 Blok Diagram Inverter.................................................................. 15 Gambar 2.10 PompaCelupyamano SP 2400 (Submersible Pump)..................... 19 Gambar 2.11 BaganJenisPompaBerdasarkanPenggeraknya .............................. 20 Gambar 2.12 Halaman download software arduino ........................................... 27 Gambar 2.13 Tampilan folder setelah di ekstrak................................................ 28 Gambar 2.14 TampilanSoftware arduino ........................................................... 28 Gambar 2.15 Memilih board arduino ................................................................. 29 Gambar 2.16 Memilih serial port ....................................................................... 29 Gambar 2.17 Board arduinouno ......................................................................... 31 Gambar 2.18 LCD 20x4karakter ........................................................................ 33 Gambar 3.1 AlurPenelitianPerancangan System BateraiCharge Control untukSistemPengangkat Air Menggunakan MotorListrik AC berbasisArduino Uno ATmega328 memanfaatkanPembangkitListrikTenaga Surya........................... 37 Gambar 3.2 Blok Diagram hardware RancangBangunBateraiCharge Control untukSistemPengangkat Air Menggunakan MotorListrik AC berbasisArduino Uno ATmega328 memanfaatkanPembangkitListrikTenaga Surya........................... 42 Gambar3.3 MikrokontrollerArduino Uno ....................................................... 43 Gambar3.4 SkematikRangkaianCharge Control............................................. 44 Gambar3.5 Skematik Sensor Arus ACS712.................................................... 45 xiii Gambar3.6 Skematik Sensor Suhu .................................................................. 45 Gambar3.7 Skematik Sensor Tegangan .......................................................... 46 Gambar3.8 Skematik LCD 20x4 I2C .............................................................. 47 Gambar4.1 SistemBaterai Charge Control untukSistemPengangkat Air Menggunakan Motor Listrik AC berbasisMikrokontrolerATmega 328 menggunakanSumberPembangkitListrikTenaga Surya ........ 48 Gambar4.2 Blok Diagram Baterai Charge Control untukSistemPengangkat Air Menggunakan Motor Listrik AC berbasisMikrokontrolerATmega 328 menggunakanSumberPembangkitListrikTenaga Surya ....... 49 Gambar4.3 Blok Diagram Pengujian 20x4 I2C LCD ..................................... 51 Gambar4.4 Skematik LCD 20x4 I2C .............................................................. 52 Gambar4.5 HasilPengujianPembacaanTegangan PLTS pada LCD dengan pengukuranmenggunakan Voltmeter............................................ 53 Gambar4.6 PengujianPembacaanArusPengisianBateraipada LCD dengan PengukuranMenggunakanAmperemeter ...................................... 54 Gambar4.7 PengujianPengisianTeganganBateraipada LCD dengan pengukuranmenggunakan Voltmeter............................................ 55 Gambar4.8 Blok Diagram PengujianPengisianBaterai (a) pengujianarus pengisian, (b) pengujianteganganpengisian.................................. 56 Gambar4.9 GrafikPengukuranTeganganBateraipadatanggal 02 November 2015 .............................................................................................. 57 Gambar4.10 GrafikPengukuranArusPengisianBateraipadatanggal 02 November 2015 ........................................................................... 58 Gambar4.11 GrafikPengukuranTeganganPengisianBateraipadatanggal 02 November 2015 ............................................................................ 58 Gambar4.12 GrafikPengukuranTeganganPengujian Lama PemakaianBaterai padatanggal 02 November 2015.................................................. 60 Gambar4.13 GrafikPengukuranArusPengujian Lama PemakaianBateraipadatanggal 02 November 2015 ...................... 60 Gambar4.14 GrafikPengukuranDayaPengujian Lama PemakaianBateraipadatanggal 02 November 2015 ...................... 61 xiv DAFTAR TABEL Hal. Tabel 2.1 TabelSpesifikasidariArduino Uno ATmega 328 ................................... 31 Tabel 4.1 HasilPengujianPengisianBaterai 12V 10Ah .......................................... 57 Tabel 4.2 HasilPengukuran Lama PemakaianBaterai 12V 10Ah denganBeban 60 Watt ....................................................................................................... 59 xv DAFTAR SINGKATAN AC = Alternating Current DC = Direct current IC = Integrated Circuit GND = Ground Ah = Ampere hour DOD = Depth of Discharge V = Volt PWM = Pulse width modulation VDC = Volt Direct Current mA = Mili Ampere LCD = Liquid Crystal Display xvi DAFTAR LAMPIRAN Hal. Lampiran 1 : Jadwal Kegiatan................................................................................. 65 Lampiran 2 : Daftar Anggaran Biaya...................................................................... 66 Lampiran 3 : Data Sheet Arduino Uno ................................................................... 67 Lampiran 4 : Battery Specifications........................................................................ 73 Lampiran 5 : Listing Program ................................................................................. 74 Lampiran 6 : Foto Kegiatan ..................................................................................... 86 xvii
