RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING SEL SURYA PADA LAPTOP MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ARDUINO UNO ATMEGA 328P

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING SEL SURYA PADA LAPTOP MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ARDUINO UNO ATMEGA 328P TUGAS AKHIR Diajukan guna memenuhi sebagian persyaratan Dalam rangka menyelesaikan pendidikan sarjana strata satu (S1) Jurusan Teknik Elektro Oleh I MADE SUTAMA NIM JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA JIMBARAN-BALI JULI 2012

2 LEMBAR PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi (tugas akhir) ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Denpasar, Juli 2012 I Made Sutama NIM ii

3 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR JUDUL : RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING SEL SURYA PADA LAPTOP MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ARDUINO UNO ATMEGA 328P NAMA : I MADE SUTAMA NIM : KONSENTRASI : ELEKTRONIKA TERAPAN JURUSAN : TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS : TEKNIK PERIODE : 2011/2012 Menyetujui Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II (Pratolo Rahardjo, ST, MT) NIP (I.G.A.P. Raka Agung, ST,MT) NIP Mengetahui Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana (Ir.I Nyoman Setiawan, MT) NIP iii

4 ABSTRAK Perkembangan teknologi di bidang komputer setiap tahun mengalami perubahan-perubahan yang sangat pesat. Tanpa kita sadari penggunaan sel surya sudah begitu banyak disetiap rumah. Pada sel surya sering terjadi perubahan pada tegangan sel surya yang disebabkan oleh cuaca Perancangan alat untuk memonitoring sel surya menggunakan mikrokontroler Arduino Uno ATmega 328P sebagai penerima data analog dari sensor dan pengubah nilai analog ke nilai digital. Data dari sel surya disimpan dalam bentuk file txt melalui program Borland Delphi 7.0. Pada program alat monitoring sel surya yang menggunakan mikrokontroler Arduino Uno ATmega 328P pada LCD menampilkan tegangan sel surya dan arus pada beban. Pengiriman data dikirim setiap 3 detik dari sensor ke mikrokontroler. Data dari tegangan sel surya dan arus pada beban disimpan di laptop pada drive D. Hasil dari ADC mikrokontroler ATmega 328P sudah mampu mengirim data ke program Borland Delphi 7.0. Data yang disimpan dalam bentuk file txt berisikan tegangan dari sel surya, arus pada beban dan waktu saat penyimpanan. Kata Kunci : Monitoring menggunakan Mikrokontroler ATMega 328P, Monitoring tegangan arus sel surya iv

5 ABSTRACT Technological developments in the field of computers each year experience changes very rapidly. Without us knowing the use of solar cells are so much in every home. In the solar cell is often a change in the solar cell voltage caused by weather Design tool for monitoring the solar cell using an microcontroller Arduino Uno ATmega 328P as a data receiving from sensors and converting analog values to digital values. Data from the solar cells is stored in a txt file through a program Borland Delphi 7.0. On program monitoring tool that uses solar cells microcontroller Arduino Uno ATmega 328P on LCD display the solar cell voltage and current in the load. Shipment data is sent every 3 seconds from the sensor to the microcontroller. Data from the solar cell voltage and current in the load is stored in the laptop on drive D. The results of the ADC microcontroller ATmega 328P is capable of sending data to the program Borland Delphi 7.0. The data stored in the form of a txt file containing the voltage of the solar cell, the current in the load and time of storage. Keywords: Monitoring using the microcontroller ATMega 328P, Monitoring the solar cell voltage. v

6 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa yang senantiasa memberikan rahmat dan perlindungan-nya, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan tepat pada waktunya. Tugas Akhir ini berjudul RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING SEL SURYA PADA SEBUAH LAPTOP MENGGUNAKAN ARDUINO UNO BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 328P. Tugas akhir ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan dalam rangka menyelesaikan pendidikan sarjana strata satu (S1) pada 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 terima kasih kepada : 1. Bapak Prof. Ir. I Wayan Redana, MA.Sc, PhD. sebagai Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana. 2. Bapak Ir. I Nyoman Setiawan, MT. sebagai Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana. 3. Bapak Pratolo Rahardjo, ST., MT. sebagai Dosen Pembimbing I yang telah memberikan banyak petunjuk, semangat, waktu dan bimbingan kepada penulis selama penyusunan Tugas akhir ini. 4. Bapak I.G.A.P.Raka Agung, ST., MT. sebagai Dosen Pembimbing II yang telah memberikan banyak petunjuk, semangat, waktu dan bimbingan kepada penulis selama penyusunan Tugas akhir ini. 5. Bapak Gede Sukadarmika, ST.,MSc. sebagai Pembimbing Akademis yang telah memberikan bimbingan, perhatian dan dorongan selama menempuh kuliah di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana. 6. Bapak Widyadi Setiawan,ST.,MT. Sebagai Penguji I pada Tugas akhir. 7. Bapak Anak Agung Ketut Agung Cahyawan W, ST., MT. Sebagai Penguji II pada Tugas akhir. vi

7 8. Bapak I Gusti Agung Komang Diafari Djuni H.,ST.,MT. Sebagai Penguji III pada Tugas akhir. 9. Anggota keluarga yang telah memberikan dukungan, baik jasmani maupun rohani selama penulis menyusun Tugas akhir ini. 10. Terima kasih kepada teman-teman (Irwan, Denny dan Tangkas) dalam penyusunan Tugas akhir ini. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, segala bentuk ide pengembangan, kritik dan saran baik yang konstruktif dari berbagai pihak, sangat penulis hargai dan harapkan. Akhir kata, semoga Tugas akhir ini dapat bermanfaat dalam pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi bagi semua pihak. Denpasar, Juli 2012 Penulis vii

8 DAFTAR ISI LEMBAR JUDUL. i LEMBAR PERNYATAAN.. ii LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR.. iii ABSTRAK iv ABSTRACT. v KATA PENGANTAR.. vi DAFTAR ISI. viii DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR TABEL... xvi DAFTAR LAMPIRAN... xvii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Batasan Masalah Sistematika Penulisan... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Mikrokontroler Mikrokontroler Board Arduino Fungsi blok pada masing-masing komponen dalam sistem Mikrokontroler ATMega 328P AVR CPU Core AVR ATMega 328P Memory In system Reprogrammable Flash program memory SRAM Data Memory EEPROM Data Memory viii

9 2.4 Tata letak setiap komponen Arduino Uno beserta penjelasan fungsi setiap komponen pin input/output digital (0-13) USB Sambungan SV Q1-Kristal (quartz crystal oscillator) Tombol Reset In-Circuit Serial Programming (ICSP) IC 1 Mikrokontroler ATMega X1 Sumber Daya external Pin Input analog (0-5) Software Arduino LCD (Liquid Cristal Display) Tampilan LCD 2x16 yang memiliki 16 Pin Penjelasan 16 Pin pada LCD Pin Vdd, Vss dan Vee Pin RS (Register Select) Pin R/W (Read / Write) Pin D0 D7 (Bus Data) Pin En (Enable) Special Intruksi LCD LCD Programming Rutin untuk LCD Command Rutin untuk sending data / karakter ke LCD Rutin untuk membaca status LCD Inisialisasi LCD Pengertian Arus, Tegangan, Daya dan Energi Arus Tegangan Daya Energi ix

10 2.8 Sel Surya Antarmuka USB Protokol USB Persinyalan USB Paket data umum USB Sensor tegangan dan arus Rangkaian LM Pengenalan Aplikasi Borland Delphi Analog to Digital Converter Analog to Digital Concerter pada pin analog input arduino BAB III METODE DAN PERANCANGAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian Data Sumber Data Jenis Data Teknik Pengumpulan Data Metode Perancangan Perangkat keras Perangkat Lunak Peralatan Kerja Prosedur Perancangan Perangkat Keras Gambaran Umum Cara Kerja Perancangan Perangkat Keras pada Penelitian Perancangan Rangkaian Sensor tegangan dan arus pada sel surya Rangkaian Regulator LM317 pada baterai Rangkaian sensor pada inverter yang dipasangkan beban Rancangan mikrokontroler pada LCD Rangkaian keseluruhan monitoring sel surya x

11 3.5 Alur Software pada mikrokontroler ATMega 328P Alur perencanaan software pada Borland Delphi BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Realisasi Alat Monitoring Sel Surya Memakai ATmega 328P Pengujian dan Pembahasan Alat Monitoring Sel Surya Memakai ATmega 328P Pengujian dan Pembahasan LCD Pengujian dan Pembahasan ADC pada mikrokontroler ATmega328P Aplikasi Monitoring Sel Surya Memakai ATmega 328P Pengujian dan Pembahasan pengukuran menggunakab beban tetap Pengukuran Menggunakan Beban Lampu Pijar 25 watt Pengukuran Menggunakan Beban Lampu Pijar 40 watt BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN Datasheet Arduino Uno Datasheet Sensor tegangan dan arus Datasheet LM Listing Program Jadwal Pelaksanaan Daftar Riwayat Hidup Penulis xi

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Mikrokontroler... 5 Gambar 2.2. Diagram blok mikrokontroler ATmega Gambar 2.3. Diagram Blok Arsitektur MCU AVR... 9 Gambar 2.4. Diagram Blok AVR CPU General Purpose Working Registers Gambar 2.5. Tiga register pengalamatan Gambar 2.6. Peta Memory Program Gambar 2.7. Peta Memory Data Gambar 2.8. Register EEPROM Gambar 2.9. Komponen pada Arduino Uno Gambar Tampilan IDE Arduino Gambar LCD 2x Gambar Arus searah (DC) Gambar Terminal/Kutub A dan Kutub B Gambar Penyerapan energi Gambar Pengiriman energi Gambar Satelit yang menggunakan sel surya Gambar Contoh pengontrolan jenis semikonduktor p dan n Gambar Semikonduktor jenis p dan n sebelum digabungkan Gambar Semikonduktor jenis p dan n digabungkan Gambar 2.20.Semikonduktor n disatukan dengan hole Gambar Timbulnya medan listrik internal E Gambar Tata letak semikonduktor p dan n Gambar Fotogenerasi elektronik hole Gambar Contoh saat lampu dipasang pada semikonduktor Gambar Ilustrasi cara kerja sel surya Gambar Konektor USB (Tipe A dan B) Gambar Konektor USB Tipe A Gambar Fungsi dari setiap kaki USB xii

13 Gambar Hasil komplementasi 4 bit PID Gambar Rangkaian sensor tegangan dan arus Gambar Rangkaian internal M Gambar Rangkaian regulator tegangan variable LM Gambar Tampilan untuk para user 44 Gambar Tampilan menu Bar 44 Gambar Tool bar.. 45 Gambar Component Palette. 45 Gambar Tampilan Form Gambar Object Inspector 47 Gambar Object Tree View.. 48 Gambar Code Editor 49 Gambar 3.1. Diagram blok sistem monitoring sel surya laptop pribadi berbasis mikrokontroler ATMega 328P Gambar 3.1. Tampilan sensor tegangan dan arus Gambar 3.2. Rangkaian sensor tegangan dan arus pada sel surya Gambar 3.3. Rangkaian Regulator LM317 pada baterai Gambar 3.4. Rangkaian sensor ke inverter menuju ke beban 57 Gambar 3.5. Skematik LCD 2 baris x 16 kolom dan Mikrokontroler Gambar 3.6. Tampilan pada LCD.. 59 Gambar 3.7. Rangkaian keseluruhan monitoring sel surya Gambar 3.8. Diagram Alur Software pada mikrokontroler ATMega Gambar 3.9. Diagram Alur perencanaan software pada Borland Delphi Gambar 4.1. Gambar Alat Ukur Monitoring sel surya memakai ATmega 328P dilihat dari atas.. 64 Gambar 4.2. Alat Monitoring sel surya memakai ATmega 328P. Gambar a tampilan Output tegangan sensor 1, gambar b tampilan input tegangan sensor 1 dan gambar c tampilan output dan input sensor Gambar 4.3. Bagian-bagian dari alat ukur monitoring sel surya memakai ATmega 328P 66 xiii

14 Gambar 4.4. Diagram blok pengujian LCD 67 Gambar 4.5. Hasil Pengujian LCD. 68 Gambar 4.6. Diagram blok pengujian ADC pada mikrokontroler ATmega 328P 69 Gambar 4.7. Contoh pengukuran pada salah satu input pin analog serta hasil pengukuran ADC pada LCD Gambar 4.8. Contoh pengukuran pada salah satu input pin analog serta hasil pengukuran ADC pada LCD 71 Gambar 4.9. Grafik perbandingan ADC dengan AVO-meter pada pin A Gambar Grafik perbandingan ADC dengan AVO-meter pada pin A3. 75 Gambar Tampilan Form Utama Monitoring Sel Surya Delphi. 76 Gambar Bagian-bagian tampilan form utama monitoring sel surya Borland Delphi Gambar Tampilan form monitoring sel surya Borland Delphi 7.0 saat button setup com Gambar Tampilan Form monitoring sel surya Delphi Button Koneksi.. 79 Gambar Tampilan form monitoring sel surya Delphi saat Button menyimpan data Gambar Alat ukur yang digunakan untuk membandingkan hasil pengukuran 81 Gambar Diagram blok pengukuran menggunakan beban tetap 82 Gambar Setting pengukuran dengan alat ukur dan beban lampu.. 83 Gambar Pengujian menggunakan beban lampu pijar 25 watt.. 83 Gambar Pengujian menggunakan beban lampu pijar 25 watt (a) hasil ukur dari Voltmeter, (b) Hasil ukur Arduino, (c) Amperemeter. 84 Gambar Aplikasi Monitoring sel surya saat dibebankan dengan lampu pijar 25 watt. 84 Gambar Grafik perbandingan voltmeter dengan volt arduino pada beban 25 watt. 85 xiv

15 Gambar Grafik perbandingan Arus arduino dengan Amperemeter dengan beban 25watt Gambar Pengujian menggunakan beban lampu pijar 40 watt.. 87 Gambar Pengujian menggunakan beban lampu pijar 40 watt (a) hasil ukur dari Voltmeter, (b) Hasil ukur Arduino, (c) Amperemeter. 87 Gambar Aplikasi Monitoring sel surya saat dibebankan dengan lampu pijar 40 watt 88 Gambar Grafik perbandingan voltmeter dengan volt arduino pada beban 40 watt. 89 Gambar Grafik perbandingan Arus arduino dengan Amperemeter dengan beban 40 watt. 90 xv

16 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Satuan SI dalam electromagnetic Tabel 2.2. Nilai-nilai pada PID Tabel 2.3 Kinerja sensor tegangan dan arus DC Tabel 4.1 Hasil pengukuran ADC pin A1. 72 Tabel 4.2 Hasil pengukuran ADC pin A3 74 Tabel 4.3 Perbandingan hasil pengukuran pada beban 25 watt 85 Tabel 4.4 Perbandingan hasil pengukuran pada beban 40 watt 88 xvi

17 DAFTAR LAMPIRAN 1. Datasheet Arduino Uno Datasheet Sensor tegangan dan arus Datasheet LM Listing Program Tabel Kegiatan Daftar Riwayat Hidup Penulis xvii