SOLAR CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU JALAN BERBASIS FIELD PROGRAMMABLE GATE ARRAY (FPGA) SKRIPSI

Transkripsi

1 SOLAR CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU JALAN BERBASIS FIELD PROGRAMMABLE GATE ARRAY (FPGA) SKRIPSI Oleh : Iswahyudi JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG 2015 i

2 LEMBAR PERSETUJUAN SOLAR CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU JALAN BERBASIS FIELD PROGRAMMABLE GATE ARRAY (FPGA) Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1) Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang Disusun Oleh: Iswahyudi Diperiksa dan disetujui oleh: Pembimbing I Pembimbing II Ir. Diding Suhardi, MT NIDN: Machmud Effendi, ST, M.Eng NIDN: ii

3 LEMBAR PENGESAHAN Solar Cell Charging 2 Baterai Lampu Jalan Berbasis Field Programmable Gate Array (FPGA) Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1) Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang Disusun Oleh: Iswahyudi Tanggal Ujian : 10 Agustus 2015 Periode Wisuda : Oktober Disusun Oleh: 1. Ir. Diding Suhardi, MT NIDN Pembimbing I. 2. Machmud Effendi, ST, M.Eng NIDN Pembimbing II. 3. Dr. Zulfatman, ST, M.Eng NIDN Penguji I. 4. Khusnul Hidayat, ST NIDN. Penguji II. Mengetahui, Ketua Jurusan Teknik Elektro Ir. Nur Alif Mardiyah, MT NIDN iii

4 Yang bertanda tangan dibawah ini : NAMA LEMBAR PERNYATAAN : ISWAHYUDI Tempat/Tgl Lahir : Tamban, 15 Juni 1991 NIM : FAK./JUR. : TEKNIK/ELEKTRO Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir saya dengan judul SOLAR CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU JALAN BERBASIS FIELD PROGRAMMABLE GATE ARRAY (FPGA) beserta seluruh isinya adalah karya saya sendiri dan bukan merupakan karya tulis orang lain, baik sebagian maupun seluruhnya, kecuali dalam bentuk kutipan yang telah disebutkan sumbernya. Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya. Apabila kemudian ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam karya saya ini, atau ada klaim dari pihak lain terhadap keaslian karya saya ini maka saya siap menanggung segala bentuk resiko/sanksi yang berlaku Malang, 13 Agustus 2015 Yang Membuat Pernyataan Mengetahui, (Iswahyudi) Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II Ir. Diding Suhardi, MT NIDN Machmud Effendi, ST, M.Eng NIDN iv

5 ABSTRAK Dewasa ini baterai penyimpanan merupakan salah satu media penyimpanan energi listrik yang banyak manfaat dalam kehidupan sehari-hari. Termasuk sistem kelistrikan sepeda motor, mobil, mengemudi stater dinamo, lampu jalan, dll Penyimpanan baterai memiliki nilai tegangan v-min (tegangan minimum) dan v-max (tegangan maksimum) yang harus diperhatikan saat proses pemakaian baterai. Kadang-kadang kita menggunakan baterai penyimpanan hingga melampaui minimum v-menit atau melebihi tegangan v-max saat pengisian. Kondisi ini jika dibiarkan terus akan berdampak pada ketahanan dan daya tahan baterai penyimpanan. Sistem ini dapat membatasi penggunaan baterai penyimpanan jika tegangan baterai baterai telah mencapai v-min selama penggunaan dan pengisian pemutus tegangan ketika baterai penyimpanan telah mencapai v-max. Dengan sistem kontrol ini diharapkan penggunaan baterai penyimpanan dapat diatur secara otomatis oleh FPGA (FPGA) yang akan meningkatkan masa pakai baterai dari baterai. FPGA sini akan bertindak sebagai pusat penghubung dan saklar kontrol breaker pada sel surya, atau pada lampu jalan Kata kunci : FPGA, discharging, charging, baterai,saklar, v-min, v-max. v

6 ABSTRACT Nowday, storage battery is one of the electrical energy storage media which has a lot of benefits in daily use. Including the electrical system of the motorcycle, car, driving dynamo stater, street lights, etc. Storage battery has a voltage value v-min (minimum voltage) and v-max (maximum voltage) that should be noticed when the process of discharging the battery. Sometimes we use a storage battery up beyond the minimum v-min or exceed the v-max voltage while charging. This condition may cause the resilience and durability of the storage battery. Moreover,this is may limit the use of the storage battery if the battery voltage of the battery has reached a v-min during use and charging voltage breakers when the storage battery has reached the v-max. With this control system it is expected that the use of storage battery can be set automatically by field programmable gate array (FPGA) which will increase the lifetime of the battery. FPGA here will act as a liaison center and breaker control switch on the solar cell, or on the street lamps. Keyword: FPGA, discharging, charging, battery, saklar, v-min, v-max. vi

7 LEMBAR PERSEMBAHAN Puji syukur kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Ir. Diding Suhardi, MT dan Bapak Machmud Effendi, ST, M.Eng selaku pembimbing tugas akhir. 2. Bapak Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang. 3. Ibu Ir. Nur Alif Mardiyah, MT Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang. 4. Seluruh dosen Elektro Universitas Muhammadiyah Malang yang mengajari ilmu dan pengalaman di dunia elektro masa kini. 5. Kedua orang tua yang sabar membimbing saya untuk belajar ilmu elektro di Malang. 6. Teman-teman satu angkatan 2013 alihjenjang POLIBAN. 7. Sahabat teknik elektro angkatan 2010, Rekan P2KK, dan KKN. vii

8 KATA PENGANTAR Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT. Atas limpahan rahmat dan hidayah-nya sehingga peneliti dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul : SOLAR CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU JALAN BERBASIS FIELD PROGRAMMABLE GATE ARRAY (FPGA) Di dalam tulisan ini disajikan pokok-pokok bahasan yang meliputi pembacaan besaran tegangan dan arus pada baterai serta kendali relay, dan penggunaan FPGA sebagai kontroler utama. Peneliti menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih banyak kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena itu peneliti mengharapkan saran yang membangun agar tulisan ini bermanfaat bagi berkembangan ilmu pengetahuan kedepan. Malang, 13 Agustus 2015 Penulis viii

9 DAFTAR ISI Halaman LEMBAR JUDUL...i LEMBAR PERSETUJUAN... ii LEMBAR PENGESAHAN... iii SURAT PERNYATAAN... iv ABSTRAK... v LEMBAR PERSEMBAHAN...vii KATA PENGANTAR... viii DAFTAR ISI... ix DAFTAR GAMBAR...xii DAFTAR TABEL... xiv BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Batasan Masalah Metodologi Penelitian... 2 BAB II. DASAR TEORI 2.1 Tegangan FPGA IC FPGA Spartan 3E Family Fitur Board Starter Kit Spartan 3E Mikrokontroller Microblaze Fitur Microblaze Xilinx ISE Webpack ix

10 2.5 Panel Surya Komparator Relay Baterai Diode DT Sense Light Sensor BAB III. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT 3.1 Perancangan Hardware DT Sense Light Sensor DT Relay Modul Buah Baterai Aki Panasonic Lampu DC Solar Cell HGD 50W Komparator Perancangan Software Perancangan Arsitektur Perancangan Aplikasi BAB IV. PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Hardware DT Relay Modul DT Sense Light Sensor Solar Cell HGD 50WP Modul Spartan 3E Komparator Pengujian Sistem Sistem Charging x

11 4.2.2 Sistem Kerja Lampu BAB V. PENUTUP 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xi

12 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Diagram blok FPGA Spartan 3E(Xilinx,2006)... 6 Gambar 2.2 Board Starter Kit Spartan 3E(Xilinx,2006)... 8 Gambar 2.3 Diagram blok sistem embedded Mikroblaze prosesor (Xlinx,2006)... 9 Gambar 2.4 Logo Software ISE Xilinx 14.4 (Xilink, 2012) Gambar 2.5 Panel Surya (Solar World, 2010) Gambar 2.6 Rangkaian Komparator Sederhana(setiawan,2013) Gambar 2.7 Rangkaian Komperator Histerisis (siwindarto,2010) Gambar 2.9 Contoh Saklar Relay Mekanik Gambar 2.10 Relay posisi Normaly Close (NC) Gambar 2.11 Baterai Acu Panasonic 12v 7.2AH(panasonic baterai,2010) Gambar 2.12 simbol dan bentuk fisik diode Gambar 2.13 Simbol dari berbagai jenis diode Gambar 2.14 Modul DT Sense Light Sensor Gambar 3.1 Diagram blok perancangan alat keseluruhan Gambar 3.2 Modul DT Sense Light Sensor Gambar 3.3 Rangkaian DT Sense Light Sensor Gambar 3.4 DT Relay Modul Gambar 3.5 Rangkaian DT Relay Modul Gambar 3.6 Baterai Acu Panasonic Gambar 3.7 Lampu DC 12V 9W HAYASI xii

13 Gambar 3.8 Solar Cell 50WP HGD Gambar 3.9 Port Spartan 3E yang digunakan (Xilinx,2006) Gambar 3.10 blok digram I/O pada modul spartan 3E Gambar 3.11 rangkaian komparator pembacaan tegangan pada baterai Gambar 3.12 Flow Chart Baterai Gambar 3.13 Flow Chart Baterai Gambar 3.14 Flow Chart DT Sense Light Sensor Gambar 3.15 Menentukan source untuk VHDL Gambar 3.16 Source UCF file alamat port modul spartan 3E Gambar 3.17 progam VHDL awal Gambar 3.18 Pengisian Progam VHDL Gambar 3.19Hasil Coding VHDL Gambar 3.20 Penulisan UCF pada modul I/O spartan 3E Gambar 4.1 pengujian DT relay modul Gambar 4.2 pengujian DT sense light sensor Gambar 4.3 pengujian solar cell HGD 50WP Gambar 4.4 pengujian modul spartan 3E Gambar 4.5 coding VHDL Gambar 4.6 pengujian komparator Gambar 4.7 blok diagram pengujian sistem Gambar 4.8 blok diagram sistem charging Gambar 4.9 blok diagram sistem kerja lampu xiii

14 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1 Hasil pengukuran DT relay modul Tabel 4.2 hasil pengukuran DT sense light sensor Tabel 4.3 hasil pengukuran solar sell HGD 50WP Tabel 4.4 hasil pengujian modul spartan 3E Tabel 4.5 hasil pengujian komparator Tabel 4.6 hasil pengujian sistem charging Tabel 4.7 hasil pengujian sistem kerja lampu xiv

15 DAFTAR PUSTAKA 1. Maxfield, C. 2004, The Design Warrior s Guide to FPGAs. USA : Mentor Graphics Corporation and Xilinx, Inc. 2. Microsystems, Allegro, 2012, Datasheet ACS712, Worcester. 3. Pedroni, Volnei A (2004), Circuit Design with VHDL, MIT Press Cambridge, assachusetts, London, England. 4. Spartan-IIE LC Development Board User s Guide version 1.2. (MEMEC Design, 2004). 5. Sidik, B., Ir., Dasar Pemrograman Web, CV Informatika : Bandung. 6. Xilinx,2006, Spartan-3E Starter Kit Board User Guide,San Francisco diakses 10 juli diakses 10 juli diakses 20 juli 2015diakses 25 juli juli diakses 30 juli diakses 27 juli di akses 10 juli xv