RECLOSER MINI BERBASIS ATMEGA16

Transkripsi

1 RECLOSER MINI BERBASIS ATMEGA16 Rahmad Sapuan Mahasiswa Program Studi D3 Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bengkalis Jefri Lianda Dosen Jurusan Teknik Elektro Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bengkalis - Syaiful Amri Dosen Jurusan Teknik Elektro Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bengkalis - Abstrak Perkembangan teknologi dan zaman sesuatu yang bersifat otomatis sangat diperlukan dalam kehidupan manusia sehari-hari, berguna untuk menghemat waktu dan tenaga manusia. Miniature Circuit Breaker (MCB) merupakan pemutus arus listrik berdasarkan besar arus yang melewatinya akan tetapi arus yang terputus tidak dapat terhubung kembali secara otomatis melainkan harus secara manual. Sensor arus ACS712 20A membaca arus yang melewati sensor dan menghasilkan tegangan keluaran sebagai perubahan arus yang melewati sensor. Selain perubahan arus yang melewati sensor perubahan tegangan keluaran sensor dikarenakan tegangan yang masuk sensor yang digunakan sebagai tegangan referensi sensor. Tegangan keluaran sensor berkisar mulai dari 0 Volt sampai dengan 4,89 Volt. Recloser mini berbasis ATmega16 dirancang menggunakan sensor ACS712 20A dan dapat membaca arus yang melewati sensor. Recloser mini juga digunakan sebagai pemutus arus yang melewati nya dengan batas-batas arus yang ditentukan dalam program yang ditanamkan kedalam chip mikrokontroler ATmega16 dengan bahasa pemrograman BASCOM-AVR. Kata kunci BASCOM AVR, ACS712 A. PENDAHULUAN Dalam kehidupan sehari-hari sering kita temui peralatan pengaman arus listrik yang bersifat otomatis salah satunya Miniature Circuit Breaker (MCB). MCB merupakan alat pengaman arus lebih yang sering digunakan dalam kelistrikan, MCB akan segera memutuskan secara otomatis arus listrik yang mengalir jika arus listrik tersebut melewati batas yang tercantum pada nameplate MCB. MCB memutuskan arus listrik yang mengalir secara otomatis akan tetapi tidak dapat menghubungkan kembali arus listrik yang telah diputuskan. Hal ini akan memakan waktu dan tenaga manusia pada saat menghubungkan kembali arus listrik yang telah diputuskan. Untuk mengurangi waktu dan tenaga manusia pada saat menghubungkan arus listrik yang telah diputuskan diperlukan pengaman yang dapat menghubungkan arus listrik yang telah diputuskan secara otomatis. Dalam Tugas Akhir ini akan dirancang sebuah alat pengaman arus listrik yang bersifat otomatis, tidak hanya memutuskan arus listrik namun akan menghubungkan secara otomatis arus listrik yang telah diputuskan sehingga akan menghemat waktu dan tenaga manusia. memerintahkan membuka dan menutup kepada kepada pemutus tenaga. Alat pemutus dan penghubung arus listrik sudah sering kita temui dalam kehidupan sehari-hari adalah Miniatur Circuit Breaker (MCB). Namun alat pemutus dan penghubung yang ada tidak dapat meghubungkan kembali arus listrik yang telah diputuskan secara otomatis melainkan secara manual. Dari alat pemutus dan penghubung yang telah ada penulis masih melihat terdapat sedikit kekurangan. Disini penulis ingin membuat sebuah alat pemutus dan penghubung arus listrik secara otomatis yang dapat membatasi arus yang melewati sensor yang terdapat pada alat dan memutuskan serta menghubungkan kembali setelah bebrapa detik, sesuai dengan waktu yang ditetapkan secara otomatis. Adapun judul Tugas Akhiryang ingin penulis buat adalah Recloser Mini Berbasisis ATmega16. Recloser Mini Berbasis ATmega16 ini memeliki komponen utama seperti sensor arus yaitu ACS712 20A, LCD 16 x 2, ATmega16, Relai Buzzer serta komponen pendukung lainnya. B. TINJAUAN PUSTAKA Recloser atau sering disebut Penutup Balik Otomatis (PBO) pada dasarnya adalah pemutus tenaga (PMT) listrik yang dilengkapi dengan peralatan kontrol. Peralatan ini dapat C. PEMBAHASAN 1. Sensor Arus ACS712 ACS712 merupakan IC yang berfungsi sebagai sensor arus dan menggantikan trafo arus yang relatif besar dalam bentuk

2 fisiknya. Sensor ACS712 adalah produksi Allegro untuk solusi ekonomis dalam pangukuran arus AC maupun DC. Pada prinsipnya sensor arus ACS712 adalah sama dengan sensor efek hall lainnya yaitu memanfaatkan medan magnetik yang ada disekitar arus yang akan dikonversi menjadi tegangan yang linier dengan perubahan arus. Tegangan yang dihasilkan oleh sensor arus hasil dari pengukuran arus berupa tegangan yang variabel. Nilai tegangan yang bervariabel inilah yang akan masuk ke mikrokontroler. Sebelum masuk ke mikrokontroler tagangan yang dihasilkan oleh sensor yang mengukur arus harus dikonversi menjadi tegangan DC, hal ini karena tegangan yang dihasilkan oleh sensor arus tersebut adalah teganan AC. ACS712 merupakan sensor persisi sebagai sensor arus AC maupun DC pada pembacaan arus didalam dunia industry, pengukuran, sistem komunikasi. Umumnya sensor ini digunakan sebagai pengontrol motor, penghitung beban, dan proteksi arus lebih. Berikut gambar rangkaian sensor arus: Gambar 1. Rangkaian Utama ACS712 Gambar 2. Grafik perubahan arus terhadap tegangan keluaran sensor Tabel 1. Fungsi Masing-Masing Pin ACS712 No pin Nama Fungsi 1 dan 2 IP+ Terminal untuk arus yang akan disensor 3 dan 4 IPTerminal untuk arus yang akan disensor 5 GND Terminak Ground 6 FILTER Terminal untuk kapasitor eksternal 7 Vout Sinyal analog keluaran 8 Vcc Power supply Gambar 3. bentuk fisik ACS Mikrokontroler Pada dasarnya mikrokontroler adalah suatu chip dengan kepadatan yang tinggi, dimana semua bagian yang diperlukan suatu kontroler sudah dikemas dalam satu keeping chip, pada umumnya mikrokontroler terdiri dari CPU, RAM, EEPROM/EPROM, I/O, Timer dan lain sebagainya. Gambar 4. Mikrokontroler ATmega16 Mikrokontroler ATmega16 memiliki fitur yang lengkap (ADC internal, EEPROM internal, Timer/Counter, PWM, Komunikasi Serial, komperator, I2C, dll). Berikut fitur-fitur yang terdapat pada ATmega16: a. Konsumsi daya yang rendah. b. Memiliki kapasitas flash memori 16 Kbyte, EEPROM 512 Byte, SRAM 1 Kbyte. c. Dapat deprogram write/read sampai kali. 56

3 d. Dapat menyimpan data sampai 20 tahun pada suhu 85oC dan 100 tahun pada suhu 25oC. e. Saluran Port I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D. f. Port USART sebagai komunikasi serial. g. CPU terdiri dari 32 register. h. User interrup internal and external i. Fitur peripheral yang terdiri dari: 1) Memiliki tiga buah Timer/Counter. a. Dua buah Timer/Counter 8 bit b. Satu buah Timer/Counter 16 bit 2) Real Time Counter dengan osilator tersendiri. 3) Empat saluran PWM. 4) Delapan saluran 10 bit ADC. Gambar 5. Rangkaian Minimum Sistem ATmega16 c. Port A (PA0 sampai PA7) merupakan I/O dua arah dan dapat digunakan sebagai masukkan ADC. d. Port B (PB0 sampai PB7) merupakan I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu Timer/Counter, Koperator Analog, dan SPI e. Port C (PC0 sampai PC7) merupakan I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, Komperator Analog, dan Timer Osilator f. Port D (PD0 sampai PD7) merupakan I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu Komperator Analog, Interupsi Eksternal, dan Komunikasi Serial g. Reset, merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler h. XTAL1 dan XTAL 2 sebagai pin masukkan sumber detak (Clock) Eksternal. i. AVCC sebagai pin masukkan tegangan untuk ADC j. AREF sebagai pin masukkan tegangan referensi 3. Perancangan Konstruksi Pada konstruksi untuk pengontrolan recloser mini yang penulis buat berbentuk kotak persegi panjang. Pada kotak persegi panjang tersebut terdapat komponenkomponen dan rangkaian-rangkaian yang diperlukan, seperti Mikrokontroler ATmega16, LCD (sebagai media tampil hasil pengukuran dan pesan) dan rangkaian penyearah sebagai suplai untuk rangkaian mikrokontroler dan relai serta beberapa komponen pemdukung lainnya yang disusun sedemikian rupa. Gambar 6. Konfigurasi PIN ATmega16 Konfigurasi pin mikrokontroler ATmega16 dalam 40 Pin DIP dapat dilihat pada gambar 2.28 Dari gambar diatas dapat dijelaskan masing-masing pin sebagai berikut: a. VCC merupakan pin masukkan tegangan positif DC. b. GND sebagai pin Ground atau masukkan negative tegangan DC. Gambar 7. Perancangan Alat 57

4 yang mengalir melalui D3 dan D4, dan kedua diode tersebut bersifat sebagai isolator. L1 D1 D4 + L2 Gambar 8. Recloser Mini Berbasis ATmega16 4. Perancangan Catu Daya Pada umumnya sumber tegangan yang sering digunakan pada perindustrian dan perumahan adalah 220/380 Volt AC dengan frekuensi 50 Hz. Mikrokontroler dan komponen elektronika pada umumnya menggunakan tegangan DC. Oleh karena itu kita harus merubah tegangan 220 Volt AC menjadi tegangan DC. Masukkan tegangan AC dengan gelombang sinus L1 dan L2 220 Volt AC akan diturunkan menjadi 12 Volt AC menggunakan transformator step-down dan akan menghasilkan gelombang sinus murni. D1 D4 - D3 D2 R Gambar 10. Skema dan Gelombang Siklus Setengah Positif Gambar 11. Skema dan Gelombang Siklus Setengah Negatif Gambar 12. Gelombang Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh 5. Blok Diagram Sistem D3 D2 Rbeben Gambar 9. Rangkaian penyearah Gelombang Penuh Jembatan Diatas merupakan gambar rangkaian penyearah gelombang penuh yang merubah tegangan arus bolak-balik (Alternating Current) menjadi bentuk arus searah (Direct Current) menggunakan dioda. Bentuk keluarannya merupakan gelombang penuh berpulsa, sehingga diperlukan filter, yang difungsikan untuk memperkecil riak tegangan searah. Pada saat siklus setengah positif tegangan AC arus mengalir melalui D4 dan menuju ke beban dan kembali melalui D3, pada saat yang bersamaan D1 dan D2 terjadi bias mundur sehingga tidak ada arus yang mengalir melalui D1 dan D2, dan kedua diode tersebut bersifat sebagai isolator. Sedangkan pada saat siklus setengah negatif tegangan AC arus mengalir melalui D2 dan menuju ke beban dan kembali melalui D1, pada saat yang bersamaan D3 dan D4 terjadi bias mundur sehingga tidak ada arus Gambar 13. Diagram Blok rangkaian recloser mini Arus yang melewati alat akan terukur oleh sensor arus ACS712 dan menghasilkan tegangan 0 sampai 4,89V. tegangan yang dihasilkan sensor akan dikirm ke salah satu PORT ADC mikrokontroler ATmega16. Tegangan yang masuk ke mikrokontroler akan dikonversikan menjadi sinyal digital oleh fitur ADC yang terdapat pada mikrokontroler, tegangan yang telah dikonversikan digunakan sebagai parameter-parameter pada sistem, berikut tabel batas-batas tegangan yang dan aksi atau keluaran sistem. Prinsip kerja dari sistem kendali ini adalah sebagai berikut: a. Mikrokontroler ATmega 16 akan mendapatkan masukkan tegangan. 58

5 b. Program didesain sedemikian rupa dan kemudian disimpan kedalam mikrokontroler ATmega16. Proses pembacaan instruksi akan berlangsung pada saat perintah-perintah diberikan. Ketika terjadi proses pembacaan operasi program (scanning operation), data-data yang terkumpul dalam table ststus output ditransfer keterminal-teminal keluaran mikrokontroler. c. Pada terminal-terminal keluaran mikrokontroler yang berupa kontakkontak diteruskan ke piranti yang ingin dilendalikan dengan menggunakan mikrokontroler, seperti LCD, driver relai, sensor arus, led, push button. d. Selanjutnya sinyal yang diperoleh dari sensor arus yang akan diproses didalam mikrokontroler lalu dikirimkan ke terminal-terminal input LCD yang bertujuan untuk menampilkan hasil pengukuran arus, Driver Relai, LED. 1 Tabel 2. Keluaran system berdasarkan tegangann masuk ADC Led Tegangan Masuk Indikator Status Status ADC Yang Relay Buzzer Mikrokontroler Aktif <2,650&>=2,45 Hijau Mati Mati 2 >=2,650V<=2,880 Kuning Mati Mati 3 >2,880 Merah Hidup Hidup No Gambar 14. Flow Chart Utama Recloser Mini Gambar 15. Flow Chart Inisialisasi dan Pengambilan Data Sensor Arus Cara kerja atau sistem kerja recloser mini dapat dilihat pada beberapa flow chart dibawah ini: Gambar 16. Flow Chart Manual 59

6 Gambar 18. Pengujian Sensor Arus Tabel 3. Hasil Pengujian Sensor Arus Arus yang Vout Sensor No Terukur (A) (V) Gambar 17. Flow Chart Otomatis 6. Pengujian a. Pengujian Sensor Arus Dalam proyek tugas akhir ini sebagai pengukur arus yang melewati alat digunakan sensor arus ACS712 20A yang mampu dilewati dan mengukur arus sehingga 20A. dalam pengujian ini sensor tidak dihungkan ke mikrokontroler dan beberapa rangkaian pendukung alat, pengujan ini melainkan hanya menggunakan sensor dan suplai tegangan 4.89 Volt. Berikut tabel hasil pengujian sensor arus ACS712 pada tegangan referensi sensor 4.89 Volt. Gambar 19. Grafik Perubahan Vout Sensor Tehadap Arus Yang Diukur b. Pengujian Integrasi Dalam pengujian alat digunakan motor DC yang sama dengan pengujian sensor arus. Pengujian ini untuk mendapatkan tegangan yang telah dikonversi dari tegangan keluaran sensor arus yang berupa niai analog menjadi tampilan digital yang ditampilkan pada LCD 16 x 2 karakter. Pada pengujian alat tahap 60

7 ini sensor arus sudah terhubung dengan mikrokontroler dengan tujuan agar mikrokontroler dapat mengkonversi data analog yang dihasilkan oleh sensor dari hasil pengukuran menjadi data digital sehingga mikrokontroler dapat menampilkan hasil pengukuran pada tampilan LCD 16x2 karakter. Berikut tabel hasil pengujian alat: Gambar 20. Pengujian Integrasi Recloser Mini Tabel 4. Hasil Pengujian Integrasi Data_adc = Getadc(1) Ubah_adc = Data_adc Ubah_adc = Ubah_adc / 1024 Ubah_adc = Ubah_adc * 4.89 Nilai_akhir = Fusing(ubah_adc, "#.###") Arus = Ubah_adc Arus = Arus * 10 Tegangan analog yang dihasilkan sensor akan dirubah menjadi digital oleh oleh mikrokontroler, yaitu dengan fasilitas Analog Digital Converter (ADC) yang terdapat pada mikrokontroler ATmega16. Pada saat arus yang diukur adalah 0 A dan tegangan keluaran sensor adalah 2,45 Volt maka tegangan yang akan tampil pada LCD adalah 2.45 Volt dan 0 Ampere. Berdasarkan potongan program diatas dapat ditentukan: Tampilan LCD jika dalam bentuk tegangan Tampilan LCD jika dalam bentuk arus Berikut analisa pada pengujian integrasi dengan data dari tabel 4.2 yaitu hasil pengujian sensor arus dan tabel 4.3 yaitu hasil pengujian integrasi. Pada saat arus yang diukur adalah 0 A maka tegangan keluaran sensor dan arus yang ditampilkan pada LCD adalah: Keterangan : LCD 1: Tampilan dalam bentuk arus Ampere LCD 2: Tampilan dalam bentuk tegangan Volt Untuk menampilkan data pada LCD tegangan keluaran sensor ACS712 harus dikonversi beberapa tahap. Proses pengkonversian dilakaukan pada program yang dimasukkan pada mikrokontroler ATmega16. Berikut potongan Program yang digunakan sebagai konversi dari tegangan keluaran sensor ke tampilan LCD: Pada saat arus yang diukur adalah 1 A maka tegangan keluaran sensor dan arus yang ditampilkan pada LCD adalah: Pada saat arus yang diukur adalah 5 A maka tegangan keluaran sensor dan arus yang ditampilkan pada LCD adalah: 61

8 b. Tegangan yang dimasukkan ke rangkaian harus sesuai kebutuhan rangkain tersebut sehingga rangkaian dapat bekeja secara maksimal. D. KESIMPULAN DAN SARAN 1. Kesimpulan Setelah melakukan perancangan, pembuatan alat dan pengujian serta meganalisa alat yang telah dibuat dapat disimpulkan seperti dibawah ini. a. Arus yang mengalir pada suatu rangkaian dapat disensor menggunakan sensor ACS712. b. Tegangan yang dihasilkan oleh sensor arus ACS712 20A adalah bebanding lurus tehadap arus yang diukur sensor, yaitu semakin tinggi arus yang diukur maka semakin besar tegangan yang dihasilkan sensor. c. Keluaran sensor arus harus terhubung ke salah satu Pin ADC pada ATmega16 yaitu PORTA. Jika terjadi kesalahan dalam pemasangan pin maka mikrokontrler tidak dapat membaca nilai analog yang diterima mikrokontroler, sehingga hasil ADC tidak dapat ditampilkan pada LCD serta alat tidak dapat berjalan sesuai program yang telah dimasukkan ke mikrokontroler. d. Untuk mengaktifkan relai sebagai pemutus arus diperlukan rangkaian driver relai. E. DAFTAR PUSTAKA Budiharto, Widodo Panduan Pratikum Mikrokontroler AVR ATmega 16. Jakarta, PT. Elex Media Komputindo. Wahyudin, Didin Belajar Mudah Mikrokontroler AT8951. Yogyakarta, CV ANDI OFFSET. Putra, Agfianto Eko Mudah Menguasai Mikrokontroler Atmel AVR menggunakan BASCOM-AVR. Yogyakarta, Kelompok Riset DSP dan Embedded Intelegent System-ELNIS. Iswanto Belajar Sendiri Mikrokontroler AT90S2313 Dengan Basic Compiler, Yogyakarta. Penerbit ANDI. Bishop, Owen Dasar-dasar elektronika. Jakarta. Erlangga. 2. Saran Dalam proses pembuatan proyek Tugas Akhir ini tentu tidak lepas dari berbagai kesalahan, kekurangan maupun kelemahan, baik dari sistem peralatan yang dibuat maupun pelaksanaan pembuatan proyek tugas akhir ini. Untuk memperbaiki kekurangan dan kelemahan sistem maka perlu dilakukan hal-hal sebagai berikut: a. Dalam pemnuatan rangkaian driver relai, penyearah dan lainnya terjadi berbagai macam kesalahan, maka dalam pembuatan rangkaian-rangkaian tersebut harus memperbanyak percobaan dan pengujian sehingga mendapatkan hasil yang memuaskan. 62