BAB III PERANCANGAN ALAT Setelah memahami penjelasan pada bab sebelumnya yang berisi tentang metode pengisian, dasar sistem serta komponen pembentuk sistem. Pada bab ini akan diuraikan mengenai perancangan perangkat keras dan perangkat lunak yang digunakan untuk membangun alat manajemen pengisian daya aki dua kanal otomatis. 3. 1 Perangkat Keras Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai proses perancangan perangkat keras, bahan-bahan, dan ukuran yang digunakan untuk menyusun alat ini. 3.1.1 Sensor Tegangan Sensor tegangan digunakan dalam pembacaan tegangan aki dan panel surya. Modul ini digunakan dengan melakukan pembacaan analog mikrokontroler tehadap tegangan karena batas pembacaan tegangan analog yang dimiliki mikrokontroler hanya berkisar 0-5 V sedangkan tegangan maksimal dari aki sekitar 12,7 V dan tegangan dari panel surya diregulasi sebesar 15V maka diperlukan penambahan pembagi tegangan seperti Gambar 3.1. Gambar 3.1 Pembagi Tegangan Dengan perhitungan sebagai berikut: (3.1) 11
Dimana : = tegangan yang diukur mikrokontroler = tegangan yang berasal dari panel surya dan Aki. = 20kΩ = 10kΩ Untuk memenuhi kebutuhan pembacaan maka tegangan input harus dibagi 3. Vout ini kemudian akan dibaca oleh pin analog read dari mikrokontroler. Tegangan tersebut dibaca dalam bilangan biner 10 bit, sehingga ketelitiannya adalah sekitar 5: 1023=0,005V. 3.1.2 Catu Daya dan Regulator Tegangan Pada rancangan alat ini ada 3 catu daya dengan fungsi yang berbeda-beda. Catu daya tersebut adalah catu daya dengan sumber listrik PLN kemudian catu daya dengan sumber dari solar cell atau panel surya. Keduanya digunakan untuk melakukan pengisian daya aki. Catu daya yang ketiga merupakan catu daya yang di gunakan untuk meberikan daya terhadap mikrokontroler. Gambar 3.2 Rangkaian Catu Daya Catu daya di rancang dengan komponen tranfo untuk menurunkan tegangan sesuai kebutuhan, misalkan board mikrokontroler membutuhkan 12 VDC dan charger membutuhkan 15 VDC. Karena keluaran tersebut merupakan tegangan ac maka maka ditambahkan dioda bridge sebagai penyearah dan kapasitor sebagai penyetabil tegangan. 12
Untuk kebutuhan charger aki ditambahkan rangkaian step down switching regulator agar mudah mengaturnya. Rangkaian tersebut menggunakan modul lm2596. Modul ini mampu mengolah masukan tegangan hingga 40 VDC dan keluaran 1,2-30 V. Modul ini diatur agar keluaran tegangannya sebesar 14,7 VDC untuk proses pengisian aki dari panel surya dan catu daya. Gambar 3.3 Modul Regulator lm 2596 Adjustable 3.1.3 Saklar Saklar digunakan untuk memilih sumber dan pembatas arus yang digunakan. saklar ini menggunakan relay sebagai komponen pembentuknya yang proses penyaklaranya dikendalikan oleh mikrokontroler. regulato pin10 regulato pin2 PLN pin 3 SC aki Gambar 3.4 Skematik Saklar 13
Rangkaian menggunakan 3 buah relay, dua relay untuk melakukan penyaklaran sumber daya pengisian aki. Relay yang ketiga berfungsi sebagai penyaklaran regulator arus seperti yang tergambar pada gambar 3.4. 3.1.4 Sumber Arus Pembatas arus digunakan dalam proses pengisian daya agar tidak terjadi arus yang berlebih. Pembatas arus digunakan untuk meregulasi arus sebesar 0,7 Ampere dan 1,4 Ampere menggunakan IC LM 338. Dengan perhitungan seperti berikut: (3.2) Dimana : = 1,25V Karena kebutuhan arus adalah 0,7 maka membutuhkan hambatan dengan nilai 1,785 Ohm untuk arus 0,7A dan 0,894 Ohm untuk arus sebesar 1,4 A. V in LM338 IN OUT R1 I out COM Gambar 3.5 Rangkaian Regulator Arus dengan IC LM 338 3.1.5 Board Mikrokontroler Pada rangkaian mikrokotroler system menggunakan modul mikrokontroler arduino uno r3. Mikrokontroler ini memiliki spesifikasi sebagai berikut: 1. Menggunakan chip ATMEGA 328 2. Memiliki input analog sebanyak 6 pin. 3. Memiliki digital I/O sebanyak 14 pin. 4. SRAM 2KB 5. Clock speed 16MHZ 6. Flash memory 32 KB 7. EEPROM 1KB 14
Modul mikrokontroler dalam rancangan berfungsi sebagai control utama. Misalnya untuk menerima masukan data dari sensor tegangan, pengolahan data, dan menampilkannya pada LCD yang tersedia. Mengaktifkan dan menon-aktifkan proses pengisian. berikut gambaran modul arduino uno R3. Gambar 3.6 Arduino Uno R3 Pin I/O Pin 4,5,6,7,8,9, digunakan sebagai pin data kontroler lcd. Pin 13 digunakan sebagai enable lcd. Pin 2 digunakan untuk mengaktifkan pengisian aki dari panel surya Pin 3 digunakan untuk mengaktifkan pengisian aki dari sumber PLN Pin Analog Input Pin analog input 0 digunakan untuk menerima masukan dari keypad 15
Pin analog input 1 digunakan menerima masukan dari potensio meter yang berfungsi sebagai pemilih batas bawah untuk memulai pengisian aki. Pin analog input 2 digunakan untuk menerima masukan sensor tegangan dari aki. Pin analog input 4 digunakan untuk menerima masukan sensor tegangan dari solar cell atau panel surya. 3.1.6 Modul Antar Muka Modul antar muka berisi LCD, keypad, dan potensiometer. Modul antar muka menunjukan semua proses berjalannya alat ini. Potensiometer berfungsi pengatur masukan ke mikrokontroler berupa tegangan 0-5 volt. Tegangan ini kemudian dibaca oleh mikrokontroler sebagai analog input yang kemudian dibaca dalam ADC mikrokontroler. Nilai ADC tersebut diubah dalam persen sebagai nilai inputan dimana kapasitas minumun aki untuk memulai pengisian aki. 5V +V PIN A1 Gambar 3.7 Skematik Potensiometer Perhitungan agar mendapat nilai persentase tersebut adalah nilai ADC pada pin A1 di bagi dengan nilai ADC maksimal yaitu 1023, kemudian hasil pembagian tersebut dikalikan dengan 100%. 16
Komponen antar muka yang berikutnya adalah lcd karakter 16x4 dan 6 keypad yang tergabung dalam modul lcd shield arduino uno. Gambar 3.8 Lcd Shield Arduino UNO LCD akan menampilkan semua proses dalam alat ini seperti presentase aki, proses charging, sumber yang digunakan, dan mode pengisian ketika menggunakan sumber listrik PLN. Data tehubung dengan pin digital seperti pada penjelasan dalam sub bab mikrokontroler. Mikrokontroler memberikan data berupa karakter dan posisi dimana data tersebut ditampilkan. Di modul ini terdapat 6 buah yang terhubung pada mikrokontroler dan memberikan inputan berupa nilai analog, dengan nilai analog masing masing pada tiap tombolnya. Dan juga terdapat potensio meter untuk mengatur kontras pada layar lcd. 17
3. 2 Perangkat Lunak Untuk dapat melakukan semua proses yang ada pada perancangan pengisian aki otomatis ini diperlukan perangkat lunak. Berikut ini akan dibahas perancangan proses jalanya perangkat lunak yang ditanamkan pada modul arduino uno R3. Gambar 3.9 Diagram Alir Program 1 18
Gambar 3.10 Diagram Alir Program 2 Pada awalnya perangkat lunak ini meminta masukan berupa presentase nilai bawah daya aki. Nilai ini didapatkan dari pemutaran potensiometer yang menjadi input analog pada mikrokontroler. Kemudian setelah ada penekanan tombol select maka mikrokontroler meminta masukan lagi berupa mode pengisian aki. Data ini didapat dari penekanan keypad left dan right dari keypad. Proses berikutnya merupakan pengecekan daya aki kemudian dicocokan dengan setingan awal daya minimum. Bila nilainya sama atau lebih kecil dari setingan awal maka akan melakukan proses pengisian. Namun bila tidak maka proses pengecekan ini akan terus berlangsung. Sebelum melakukan pengisian maka mikrokontroler akan 19
mengecek sumber dari solar panel dahulu. Jika tegangan panel surya dikategorikan dapat melakukan pengisian maka proses tersebut akan dilakukan dengan sumber panel surya. Namun jika tidak maka pengisian dilakukan dengan sumber listrik PLN dengan mode yang telah diseting diawal. Kemudian presentase aki dan proses pengisian akan ditampilkan di LCD. Saat pengisian berlangsung tegangan aki terus-menerus dicek hingga proses pengisian ini selesai maka proses kembali ke pengecekan daya minimum untuk dicocokkan dengan daya aki agar bila habis lagi proses pengisian berlangsung kembali. 20