BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Regulator AC 1 Fasa AC voltage regulator atau yang sering dikenal dengan ac voltage controller adalah konverter yang mengontrol tegangan, arus,dan daya rata-rata yang dikirim ke beban AC dari sumber AC. Komponen utama dari peralatan ini umumnya menggunakan triac (thyristor bi directional) dan SCR (Silicon Controlled Rectifier ) yang dipasang secara anti-paralel. Secara umum skema rangkaian ini dapat digambarkan seperti berikut ini : Gambar 2.1.Rangkaian AC voltage regulator Pada rangkaian diatas terdapat penggunaan scr dan triac. Pada hakekatnya 2 scr yang dipasang secara parallel sama dengan 1 triac. Jadi pada rangkaian jika tegangan sinusoidal dimasukkan pada rangkaian seperti pada gambar, maka pada setengah gelombang pertama Thyristor Q1 mendapat bias maju, dan Q2 dalam 6
7 keadaan sebaliknya. Kemudian pada setengah gelombang berikutnya, Q2 mendapat bias maju, sedangkan Q1 bias mundur. Agar rangkaian dapat bekerja, ketika pada setengah gelombang pertama Q1 harus diberi sinyal penyalaan pada gatenya dengan sudut penyalaan, misalnya α. Seketika itu Q1 akan konduksi. Q1 akan tetap konduksi sampai terjadi perubahan arah (komutasi), yaitu tegangan menuju nol dan negatif. Setelah itu, pada setengah periode berikutnya, Q2 diberi trigger dengan sudut yang sama, proses yang terjadi sama persis dengan yang pertama. Dengan demikian bentuk gelombang keluaran seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini. Gambar 2.2 Gelombang keluaran rangkaian AC regulator
8 2.2 Arduino Uno Arduino adalah sebuah board mikrokontroler yang didasarkan pada IC Atmega328 (datasheet ATmega328). Arduino-uno mempunyai 14 pin digital input/output (6 di antaranya dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, sebuah osilator Kristal 16 MHz, sebuah koneksi USB, sebuah power jack, sebuah ICSP header, dan sebuat tombol reset. Arduino-uno memuat semua yang dibutuhkan untuk menunjang mikrokontroler, mudah menghubungkannya ke sebuah computer dengan sebuah kabel USB atau mensuplainya dengan sebuah adaptor AC ke DC atau menggunakan baterai untuk memulainya. 2.2.1 Memori MemoriATmega328 mempunyai 32 KB (dengan 0,5 KB digunakan untuk bootloader). ATmega 328 juga mempunyai 2 KB SRAM dan 1 KB EEPROM (yang dapat dibaca dan ditulis (RW/read and written) dengan EEPROM library). Input dan OutputSetiap 14 pin digital pada Arduino Uno dapat digunakan sebagai input dan output, menggunakan fungsi pinmode(),digitalwrite(), dan digitalread(). Fungsi-fungsi tersebut beroperasi di tegangan 5 Volt. Setiap pin dapat memberikan atau menerima suatu arus maksimum 40 ma dan mempunyai sebuah resistor pull-up (terputus secara default) 20-50 kohm. Selain itu, beberapa pin mempunyai fungsi-fungsi spesial:
9 Serial: 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan memancarkan (TX) serial data TTL (Transistor-Transistor Logic). Keduapin ini dihubungkan ke pin-pin yang sesuai dari chip Serial Atmega8U2 USB-ke- TTL. External Interrupts: 2 dan 3. Pin-pin ini dapat dikonfigurasikan untuk dipicu sebuah interrupt (gangguan) pada sebuah nilai rendah, suatu kenaikan atau penurunan yang besar, atau suatu perubahan nilai. Lihat fungsi attachinterrupt() untuk lebih jelasnya. PWM: 3, 5, 6, 9, 10, dan 11. Memberikan 8-bit PWM output dengan fungsi analogwrite(). SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Pin-pin ini mensupport komunikasi SPI menggunakan SPI library. LED: 13. Ada sebuah LED yang terpasang, terhubung ke pin digital 13. Ketika pin bernilai HIGH LED menyala, ketika pin bernilai LOW LED mati. Arduino-uno mempunyai 6 input analog, diberi label A0 sampai A5, setiapnya memberikan 10 bit resolusi (contohnya 1024 nilai yang berbeda). Secara default, 6 input analog tersebut mengukur dari ground sampai tegangan 5 Volt, dengan itu mungkin untuk mengganti batas atas dari rangenya dengan menggunakan pin AREF dan fungsi analog Reference(). Di sisi lain, beberapa pin mempunyai fungsi lain seperti: TWI: pin A4 atau SDA dan pin A5 atau SCL. Mensupport komunikasi TWI dengan menggunakan Wire library
10 AREF. Referensi tegangan untuk input analog. Digunakan dengan analog Reference(). Reset. Membawa saluran ini LOW untuk mereset mikrokontroler. Secara khusus, digunakan untuk menambahkan sebuah tombol reset untuk melindungi yang memblock sesuatu pada board. 2.2.2 Deskripsi Dan Bentuk Arduino Arduino secara real dapat dilihat dari gambar berikut ini; Gambar 2.3 Arduino board Jadi dari gambar diatas secara umum deskripsi arduino-uno adalah seperti tabel berikut ini Tabel 2.1 Deskripsi Arduino Microcontroller Operating Voltage Input Voltage (recommended) ATmega328 5V 7-12V Input Voltage (limits) 6-20V
11 Digital I/O Pins 14 (of which 6 provide PWM output) Analog Input Pins 6 DC Current per I/O Pin DC Current for 3.3V Pin Flash Memory SRAM EEPROM Clock Speed Length Width 40 ma 50 ma 32 KB (ATmega328) of which 0.5 KB used by bootloader 2 KB (ATmega328) 1 KB (ATmega328) 16 MHz 68.6 mm 53.4 mm Weight 25 2.3 Arduino IDE Para pengembang telah menciptakan sebuah sistem pengembangan terpadu yang sederhana namun sangat bermanfaat yang disebut dengan Itegrated Development Environment (IDE). IDE dapat dijalankan pada banyak sistem operasi yang berbeda. Sederhananya Arduino IDE adalah aplikasi tempat programmer merancang programnya sebelumdi download ke Arduino. Untuk proses instalasi tidaklah terlalu sulit karena IDE Arduino untuk windows diunduh sebagai ZIP, jadi ketika arsip telah diunduh, tinggal ekstrak ke
12 lokasi pilihan dan aplikasi IDE siap dijalakan. Saat pertama kali dijalankan, harus menginstall dulu driver untuk Arduino Port USB. Secara garis besar, ada beberapa bagian utama di tampilan Arduino IDE Gambar 2. 4 Tampilan Arduino IDE a. Verify, berfungsi untuk mengkompilasi program yang saat ini ada di editor b. Upload, berfungsi untuk meng upload program ke papan arduino yang telah dipilih sesuai dengan serial port yang dipilih c. New, berfungsi untuk menciptakan program baru dengan mengosongkan isi dari jendela editor sebelumnya d. Open, berfungsi untuk membuka program yang telah disimpan di sistem file
13 2.4 Triac Triac merupakan komponen semikonduktor yang tersusun atas diode empat lapis berstruktur p-n-p-n dengan tiga p-n junction. Triac memiliki tiga buah elektrode, yaitu : gate, MT1, MT2. Triac biasanya digunakan sebagai pengendali dua arah (bidirectional). Apabila kita akan menggunakan triac dalam pembuatan perangkat atau sistem kontrol elektronik, ada bebera hal yang perlu diketahui dalam memilih triac sebagai berikut ; berikut. Hal-Hal Yang Perlu Diperhatikan Dalam Memilih Triac : tegangan breakover maju dan mundur arus maksimum ( IT maks) arus genggam minimum (Ih min) tegangan dan arus picu gate yang diperlukan kecepatan pensaklaran tegangan maksimum dv/dt tegangan blocking triac (VDRM)
14 Gambar 2.5 Bentuk dan symbol triac Sedangkan karakteristik dari triac dapat digambarkan sebagai berikut ini ; Gambar 2.6 Karakteristik triac
15 Triac akan tersambung (on) ketika berada di quadran I yaitu saat arus positif kecil melewati terminal gate ke MT1,dan polaritas MT2 lebih tinggi dari MT1, saat triac terhubung dan rangkaian gate tidak memegang kendali, maka triac tetap tersambung selama polaritas MT2 tetap lebih tinggi dari MT1 dan arus yang mengalir lebih besar dari arus genggamnya (holding current/ih), dan triac juga akan tersambung saat arus negatif melewati terminal gate ke MT1,dan polaritas MT1 lebih tinggi dari MT2, dan triac akan tetap terhubung walaupun rangkaian gate tidak memegang kendali selama polaritas MT1 lebih tinggi dari MT2. Selain dengan cara memberi pemicuan melalui teminal gate, triac juga dapat dibuat tersambung (on) dengan cara memberikan tegangan yang tinggi sehingga melampaui tegangan breakover-nya terhadap terminal MT1 dan MT2, namun cara ini tidak diizinkan karena dapat menyebabkan triac akan rusak. Pada saat triac tersambung (on) maka tegangan jatuh maju antara terminal MT1 dan MT2 sangatlah kecil yaitu berkisar antara 0.5 volt sampai dengan 2 volt tergantung jenis triacnya. 2.5 Solid Stated Relay Solid state relay adalah sebuah saklar elektronik yang tidak memiliki bagian yang bergerak. Contohnya foto-coupled SSR, transformer-coupled SSR, dan hybrida SSR. Solid state relay ini dibangun dengan isolator sebuah MOC untuk memisahkan bagian input dan bagian saklar. Dengan Solid state relay kita dapat menghindari terjadinya percikan api seperti yang terjadi pada relay konvensional juga dapat
16 menghindari terjadinya sambungan tidak sempurna karena kontaktor keropos seperti pada relay konvensional. Dalam rangkaian, digunakan jenis solid stated relay jenis Opto-coupler SSR's atau Optoisolator yang terintegrasi melalui IC MOC 3021 yang teridiri dari komponen semikonduktor yang tersusun atas LED infra merah dan sebuah photo triac yang digunakan sebagai pengendali triac. Optoisolator biasanya digunakan sebagai antar muka (interface) antara rangkaian pengendali dengan rangkaian daya (triac) dan juga sebagai pengaman rangkaian kendali, karena antara LED infra merah dan photo triac tidak terhubung secara elektrik, sehingga bila terjadi kerusakan pada rangkaian daya (triac) maka rangkaian pengendali tidak ikut rusak. Optoisolator biasanya terdiri dari dua macam yaitu optoisolator yang terintegrasi dengan. Simbol dari optoisolator ini terlihat seperti pada gambar berikut. Gambar 2.7 Deskripsi IC optocoupler
17 Hal-hal yang diperlukan dalam menggunakan optoisolator adalah besarnya arus pada diode infra merah untuk membuat photo triac terkunci (latch), juga besarnya arus maksimum yang mampu dilewati photo triac untuk mengalirkan arus gate pada triac daya. Kemampuan Optoisolator tipe MOC302x dan MOC304x dalam mengisolasi tegangan antara rangkaian kontrol dan rangkaian daya, arus driver maksimum yang boleh diberikan ke komponen Optoisolator. MOC302x dan MOC304x dan tegangan maksismum yang dapat di kontrol menggunakan Optoisolator tersebut dapat dilihat pada tabel berikut ini ; Tabel 2.2 Deskripsi IC Outocoupler. Tipe Penggerak Tegangan Puncak Tegangan keterangan LED TRIAC isolasi MOC 3021 15 ma 400 V 7500 V - MOC 3022 10 ma 7500 V 7500 V - MOC 3023 5 ma 7500 V 7500 V - MOC 3041 15 ma 7500 V 7500 V Zero cross circuit MOC 3042 10 ma 7500 V 7500 V Zero cross circuit MOC 3043 5 ma 7500 V 7500 V Zero cross circuit
18 2.6 Rangkaian Komparator Komparator adalah komponen elektronik yang berfungsi membandingkan dua nilai kemudian memberikan hasilnya, mana yang lebih besar dan mana yang lebih kecil. Komparator bisa dibuat dari konfigurasi open-loop Op Amp dan dalam rangkaian komponen yang digunakan adalah IC LM 358. Jika kedua input pada Op Amp pada kondisi open-loop, maka Op Amp akan membandingkan kedua saluran input tersebut. Hasil komparasi dua tegangan pada saluran masukan akan menghasilkan tegangan saturasi positif (+Vsat) atau saturasi negatif (-Vsat) Gambar 2.8 Rangkaian komparator Sebuah rangkaian komparator pada Op Amp akan membandingkan tegangan yang masuk pada satu saluran input dengan tegangan pada saluran input lain, yang disebut tegangan referensi. Tegangan output berupa tegangan high atau low sesuai dengan perbandingan Vin dan Vref.
19 2.7 IC 7805 Sebagai Voltage Regulator Tegangan Tetap. Voltage Regulator atau Pengatur Tegangan adalah salah satu rangkaian yang sering dipakai dalam peralatan Elektronika. Fungsi Voltage Regulator adalah untuk mempertahankan atau memastikan Tegangan pada level tertentu secara otomatis. Artinya, Tegangan Output (Keluaran) DC pada Voltage Regulator tidak dipengaruhi oleh perubahan Tegangan Input (Masukan), Beban pada Output dan juga Suhu. Tegangan Stabil yang bebas dari segala gangguan seperti noise ataupun fluktuasi (naik turun) sangat dibutuhkan untuk mengoperasikan peralatan Elektronika terutama pada peralatan elektronika yang sifatnya digital seperti Mikro Controller ataupun Mikro Prosesor. Gambar 2.9 IC voltage regulator IC jenis Pengatur Tegangan Tetap (Fixed Voltage Regulator) ini memiliki nilai tetap yang tidak dapat disetel (di-adjust) sesuai dengan keinginan Rangkaiannya. Tegangannya telah ditetapkan oleh produsen IC sehingga Tegangan DC yang diatur juga Tetap sesuai dengan spesifikasi IC-nya. Misalnya IC Voltage Regulator 7805, maka Output Tegangan DC-nya juga hanya 5 Volt DC..
20 2.8 LCD (Liquid Cristal Display) LCD merupakan alat untuk menampilkan karakter data dari sebuah alat masukan seperti Mikrokontroler. LCD untuk peralatan mikrontroler ada beberapa tipe, yaitu 8x2, 16x2, 20x2, 20x4, 40 4. Untuk pemograman pin lcd pada arduino-uno, bisa menggunakan intruksi LiquidCrystal dan yang perlu diingat dalam pemograman lcd adalah alamat kursor, terdiri dari kolom dan baris yangmana kolom maupun baris hitunganya dimulai dari 0. Untuk penentuan tulisan kita bisa menggunakan intruksi setcursor dan standar penulisannya adalah : namavariabel lcd.setcursor(alamat kolom, alamat baris)dengan contoh : lcd.setcursor(0,0); sedangkan penulisan dari LCD dapat menggunakan intruksi seperti ; Lcd.write(,,,,,,,,,,,, ); atau Lcd.print(,,,,,,,,,,,,, );. Gambar 2.10 LCD display
21 Secara umum LCD terdiri dari pin-pin seperti tabel berikut ini : Tabel 2.3 Deskripsi pin LCD No.Pin Nama Keterangan 1 GND Ground 2 VCC +5V 3 VEE Contras 4 RS Register Select 5 RW Read/write 6 E Enable 14-Jul D0-D7 Data bit 0-7 15 A Anoda (back light) 16 K Katoda (back light)