Rangkaian Driver Motor Servo MG996R Persiapan Alat dan Bahan

........................................................... 1 Jika penguatan gain sebesar 3 kali maka: Sehingga = 3 Ditetapkan terlebih dahulu

2.3.8. Rangkaian Driver Motor Servo MG996R

Motor servo mampu bekerja dua arah CW dan CCW dimana arah dan sudut pergerakan rotornya dapat dikendalikan hanya dengan memberikan pengaturan duty cycle sinyal PWM pada bagian pin kontrolnya. Rangkaian mikrokontroler yang digunakan adalah ATmega8535 yang merupakan pusat pengolahan data dan pusat pengendali. Dalam rangkaian mikrokontroler ini terdapat empat buah port A,B,C, D yang dapat digunakan untuk menampung input atau output data. Port A digunakan sebagai input data,Port B.0 dan B.1 digunakan untuk mengontrol motor servo. Motor servo yang digunakan adalah motor servo standar 180 seperti pada Gambar dibawah. Gambar 2.11 Motor Servo 180 Universitas Sumatera Utara Motor servo jenis ini hanya mampu bergerak dua arah CW dan CCW dengan defleksi masing-masing sudut mencapai 90 , sehingga total defleksi sudut dari kanan –tengah–kiri adalah 180 . untuk mengatur motor servo MG99R ini perlu dilakukan perhitungan. Dimana posisi awal motor servo atau 0 adalah bernilai 900 tergantung dari jenis dan merk motor servo dan posisi akhir atau 180 adalah bernilai 3100. Sehingga untuk menggerakkan motor servo setiap derajatnya 3100-900180 = 12,2 per derajat. Maka nilai yg diberikan pada servo untuk menggerakan 1 yaitu sebesar 12,2 Gambar 2.12 Gambar Rangkaian Motor Servo Untuk menggerakkan motor servo ke kanan atau ke kiri, tergantung dari nilai delay yang kita berikan. Untuk membuat servo pada posisi center, berikan pulsa 1.5ms. Untuk memutar servo ke kanan, berikan pulsa =1.3ms, dan pulsa = 1.7ms untuk berputar ke kiri dengan delay 20ms. Apabila beban lebih besar daripada torsi maksimal motor servo, maka motor servo tidak dapat bergerak dan dapat menyebabkan kerusakan pada servo Maulana, Adhika et. al, 2011 Universitas Sumatera Utara

2.3.9. Rangkaian RS 232

Komunikasi serial merupakan hal yang penting dalam sistem embedded, karena dengan komunikasi serial kita dapat dengan mudah menghubungkan mikrokontroler dengan devais lainnya. Port serial pada mikrokontroller terdiri atas dua pin yaitu RXD dan TXD, RXD berfungsi untuk menerima data dari komputerperangkat lainnya, TXD berfungsi untuk mengirim data ke komputerperangkat lainnya. Gambar 2.13 MAX232 Dalam Rangkaian Standar komunikasi serial untuk komputer ialah RS-232, RS-232 mempunyai standar tegangan yang berbeda dengan serial port mikrokontroler, sehingga agar sesuai dengan RS-232 maka di butuhkan suatu rangkaian level converter , IC yang digunakan bermacam-macam, tetapi yang paling mudah dan sering digunakan ialah IC MAX232HIN232.

2.4. Perangkat Lunak

Adapun perangkat lunak yang digunakan dalam dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

2.4.1. CodeVision AVR

Untuk menguji dan menjalankan program pada mikrokontroler AVR maka dapat menggunakan compiler. Ada beberapa jenis compiler yang bisa digunakan yaitu FastAVR, BASCOM-AVR, AVR Simulator, CodeVisionAVR dan lain sebagainya. Universitas Sumatera Utara Untuk compiler yang digunakan dalam program mikrokontroler AVR pada alat ini menggunakan software CodeVisionAVR. software ini memiliki berbagai fitur yang dapat membantu kita dalam membuat program yang akan kita masukkan ke dalam mikrokontroler kelas AVR. CodeVision AVR mempunyai suatu keunggulan dari compiler lain, yaitu adanya codewizard. Fasilitas ini memudahkan kita dalam inisialisasi mikrokontroler yang akan kita gunakan. Mikrokontroler atmega 8535 merupakan bagian dari mikrokontroler AVR, dimana mikrokontroler buatan Atmel ini menggunakan arsitektur RISC Reduce Instruction Set Computer artinya prosesor ini memiliki set instruksi program yang lebih sedikit dibandingkan dengan MCS-51 yang menerapkan arsitektur CISC Complex Instruction Set Computer. Menurut Iswanto 2008 hampir semua instruksi prosesor RISC adalah instruksi dasar namun belum tentu sederhana, sehingga instruksi-instruksi ini umumnya hanya memerlukan satu siklus mesin untuk menjalankannya. Kecuali instruksi percabangan yang membutuhkan dua siklus mesin dan RISC biasanya dibuat dengan arsitektur Harvard, karena arsitektur ini yang memungkinkan untuk membuat eksekusi instruksi selesai dikerjakan dalam satu atau dua siklus mesin, sehingga akan semakin cepat dan handal. Meskipun CodeVisionAVR termasuk software komersial, namun kita tetap dapat menggunakannya dengan mudah karena terdapat versi evaluasi yang disediakan secara gratis walaupun dengan kemampuan yang dibatasi. Menurut Bejo 2008 dari beberapa software kompiler C yang pernah digunakannya, CodeVisionAVR merupakan yang terbaik bila dibandingkan dengan kompiler-kompiler yang lain karena beberapa kelebihan yang dimiliki oleh CodeVisionAVR antara lain: 1. Menggunakan IDE Integrated Development Environment. 2. Fasilitas yang disediakan lengkap mengedit program, mengkompile program, mendownload program serta tampilannya terlihat menarik dan mudah dimengerti. Kita dapat mengatur editor sedemikian rupa sehingga membantu memudahkan kita dalam penulisan program. 3. Mampu membangkitkan kode program secara otomatis dengan menggunakan fasilitas CodeWizardAVR. 4. Memiliki fasilitas debugger sehingga dapat menggunakan software compiler lain untuk mengecek kode assemblernya, contohnya AVRStudio. Universitas Sumatera Utara 5. Memiliki terminal komunikasi serial yang terintegrasi dalam CodeVisionAVR sehingga dapat digunakan untuk membantu pengecekan program yang telah dibuat khususnya yang menggunakan fasilitas komunikasi serial UART.

2.5. Penelitian Pembahasan Solar Tracker

Beberapa penelitian Solar Tracker yang relevan dengan penelitian yang diangkat dalam karya ilmiah ini adalah sebagai berikut: 1. Midriem dan Andry 2011, mengatakan dalam penelitiannya yang bertujuan untuk menciptakan alat pelacak sinar matahari dengan energi yang hemat beserta fasilitas telekontrolnya dengan mengkombinasikan timer dan sensor cahaya. Sehingga tegangan yang diperoleh lebih maksimum dan untuk efisiensi tegangan maksimum dapat menggunakan motor DC berdaya rendah dalam menggerakkan alat. Ini membuat energi yang terbuang untuk mensuplai motor DC menjadi lebih kecil. Untuk mengontrol arah pergerakan matahari yang sewaktu-waktu dapat dipengaruhi oleh cuaca maka digunakan modul sensor cahaya dan ketika mendung ini mengurangi intensitas cahaya pada panel surya sehingga diperlukan timer untuk mengatasi kondisi ini agar pencahayaan tetap stabil. Pengendalian jarak jauh dapat menggunakan wifi. Sehingga memudah kan untuk mengawasi suhu dan memeriksa energi yang dihasilkan dari jarak yang jauh. Dalam penelitiannya diperoleh sinyal keluaran 0-4 volt saat cuaca cerah dan 3,3 – 3,9 volt saat mendung kemudian 1,5-3,3 ketika cuaca agak cerah. 2. Rifan dan Sholeh 2012, dalam penelitiannya yang bertujuan untuk menghasilkan energi yang paling besar yang dihasilkan oleh tenaga matahari melalui solar tracker ketika sudut deviasinya lima derajat. Energi keluar yang dihasilkan yaitu 6.127. merupakan energi terbesar yang didapat dari penelitian ini. Untuk mendapatkan hasil sesuai dengan keinginan maka disarankan menentukan sudut sinar datang. Misalkan diasumsikan sehari sel surya mendapatkan energi selama 12 jam, dari timur ke barat 180º. Jika sel surya digerakkan untuk menjaga sudut datang selalu dibawah atau sama dengan 10º, maka sel surya perlu Universitas Sumatera Utara digerakkan setiap 1 jam 20 menit. Jika sel surya digerakkan untuk menjaga sudut datang selalu dibawah atau sama dengan 20º, maka sel surya perlu digerakkan setiap 2 jam 40 menit. Dapat diketahui penentuan sudut datang sinar matahari sangat mempengaruhi pergerakkan solar tracker untuk mendapatkan energi matahari secara optimal jika menggunakan timer. 3. Budi 2005, mengatakan dalam penelitiannya tentang cara mengoptimalkan sel surya untuk mendapatkan energi maksimal menggunakan sistem pelacak yaitu dengan mengatur posisi solar sel terhadap matahari. Untuk mengatur posisi tersebut dibantu dengan mikrokontroler. Dari hasil penelitiaannya juga mengatakan energi lebih besar diperoleh pada solar tracker dinamis dibandingkan solar tracker statis. Peningkatan keluaran energi jika dibandingkan dengan panel pada posisi statis adalah sebesar 14,98 pada pengukuran I dan 13,37 pada pengukuran II. Ini menunjukkan bahwa hasil sel surya dinamis lebih maksimal daripada hasil energi yang dihasilkan sel surya statis. adapun dalam penelitiannya, peneliti menggunakan sensor cahaya dan kombinasinya dalam menggeserkan sel surya atau solar tracker. Universitas Sumatera Utara BAB 3 ANALISIS DAN PERANCANGAN SISTEM Bab ini menjelaskan analisis dan perancangan sistem yang dibuat dengan mikrokontroler atmega 8535.

3.1 Analisis Masalah

Masalah utama yang diangkat dari penelitian ini adalah bagaimana mengimplementasikan Teknologi embedded system mikrokontroller dalam meningkatkan efisiensi penyerapan panel surya terhadap sinar matahari. Sehingga alat yang dibuat dapat menghasilkan tegangan yang maksimal. Gambar 3.1. merupakan diagram Ishikawa yang dapat digunakan untuk menganalisis masalah. Bagian kepala atau segiempat yang berada di sebelah kanan merupakan masalah. Sementara pada bagian tulang merupakan penyebab. Universitas Sumatera Utara Gambar 3.1 Diagram Ishikawa Untuk Analisis Masalah

3.2 Analisis Kebutuhan Sistem

Perancangan sistem terdiri dari dua bagian yaitu perancangan sistem perangkat keras dan perancangan sistem perangkat lunak. Sistem perangkat keras yang digunakan untuk pembuatan sistem terdiri dari beberapa bagian atau komponen utama. Setiap komponen ini membutuhkan antarmuka yang merupakan jalur komunikasi dengan komponen lainnya dan sebagai titik koneksi sumber daya atau tegangan yang dibagi dengan komponen lainnya. Oleh karena itu, perancangan antarmuka ini tidak boleh sembarangan dan harus lebih diperhatikan kelebihan dan kekurangannya. Misalnya saja dari segi komunikasi, antarmuka yang dibuat untuk komponen yang bersangkutan nantinya harus dapat membuat komponen ini dapat berkomunikasi dengan komponen- komponen lainnya. Jika antarmuka komponen ini nantinya juga dapat digunakan untuk pengembangan sistem perangkat keras lainnya atau dapat bekerja dengan kecepatan yang tinggi sehingga tidak membutuhkan penundaan waktu yang cukup lama untuk mengeksekusi suatu perintah atau instruksi, maka hal ini merupakan nilai lebih dari antarmuka yang dirancang. Manusia Material Metode Lingkungan Sumber energi listrik semakin terbatas Antrian panjang di loket pembayaran listrik Pembelian token listrik Tarif dasar listrik Tagihan tidak sesuai dengan pemakaian Pemadaman listrik bergilir Pembebanan biaya listrik lampu penerangan jalan Pembangkit listrik berbahaya bagi pemukiman warga setempat Perhitungan listrik prabayar Perhitungan Listrik pascabayar Universitas Sumatera Utara Namun, jika ternyata antarmuka yang dirancang ini tidak dapat bekerja dalam waktu yang diharapkan atau bahkan komunikasi antara komponen yang satu dengan komponen yang lain tidak dapat saling dimengerti sehingga menimbukan error atau bug , maka antarmuka seperti ini tidak dapat dipertahankan dan harus diperbaiki atau bahkan diganti dengan rancangan antarmuka yang lain. Perancangan antarmuka komponen seperti ini juga dapat mempengaruhi efisiensi dalam penulisan kode program untuk perancangan perangkat lunaknya. Selain itu, perancangan antarmuka juga harus memperhatikan jumlah komponen yang akan digunakan sehingga dapat menyederhanakan rangkaian sistem perangkat keras secara keseluruhan. Dari rancangan perangkat keras untuk sistem yang telah direncanakan diharapkan dapat mempermudah pengerjaan dalam perancangan perangkat lunaknya sehingga perangkat lunak yang dibuat dapat lebih efisien dan tidak banyak memakan ruang memori pada mikrokontroler. Selain itu, juga diharapkan waktu eksekusi oleh mikrokontroler terhadap perangkat lunak yang dibuat dapat lebih cepat. Perancangan perangkat lunak untuk sistem ini terdiri peragkat lunak pada embedded system dan pada modul tampilan interface GUI pada PC. dari beberapa modul program yang ditampilkan dalam bentuk algoritma flowchart yang berfungsi mengontrol kerja dari komponen-komponen utama yang menyusun perangkat keras sistem. Modul program ini antara lain program input keypad , program output LCD, program komunikasi 2 wayar two wire, dan program utama yang mencakup kedua modul program sebelumnya. Dari program utama ini nantinya akan dipanggil fungsi atau rutin dari modul program lainnya yang dibutuhkan untuk eksekusi suatu proses atau perintah tertentu. Seperti telah disebutkan sebelumnya, sistem perangkat keras yang akan dibangun terdiri dari beberapa komponen utama, antara lain: 1. Bagian sumber tegangan atau power supply . 2. Bagian programmer dari komputer ke mikrokontroler 3. Mikrokontroler ATMega8535. 4. Real Time Clock RTC ds1307 5. Bagian input dari panel surya 6. Bagian output ke LCD. 7. Sensor arus acs712 8. Motor servo 9. Modul serial RS232 untuk komunikasi dengan interface PC Universitas Sumatera Utara Sedang pada prangkat lunak yang digunakan antara lain : 1. Codevision AVR 3.12 2. ProgISP 1.72 3. Delphi Borland 7 Dari komponen-komponen inilah nantinya akan dirancang suatu antarmuka sehingga memungkinkan komunikasi antar komponen-komponen tersebut.

3.3. Pemodelan Sistem

Pemodelan sistem yang dirancang penulis bertujuan menggambarkan kondisi dan bagian-bagian yang berperan dalam sistem yang dirancang. Permodelan sistem yang dirancang penulis tergambar dalam diagram blok dibawah ini : ATMEGA 8535 PANEL SURYA dinamis MOTOR SERVO PC PANEL SURYA statis Sensor arus acs712 Sensor arus acs712 Komunikasi serial RS232 RTC ds1307 Sensor tegangan Sensor tegangan LCD Gambar 3.2. Diagram Blok Pemodelan Sistem yang Dirancang Tabel 3.1. Keterangan Bagian-Bagian Rancangan sistem Nama bagian Penjelasan dan fungsi Panel surya Modul converter dari sinar matahari menjadi listrik Sensor tegangan Menggunakan fitur ADC analog to Digital Converter ATMega untuk mendeteksi tegangan yang dihasilkan oeh panel surya Sensor arus Mendeteksi arus yang dihasilkan oleh panel surya Universitas Sumatera Utara RTC ds1307 Sebagai pewaktu dan inputan untuk mikrokontroller Atmega8535 Sebagai “otak” pengolah utama, sebagai penerima input dari panel surya, menggerakkan motor servo dan mengirim data ke PC LCD Sebagai penampil tampilan dari sistem Motor Servo Motor penggerak panel surya dinamis agar terus mengikuti pergerkan matahari Rs232 Modul untuk mentransmisikan data dari mikrokontroller ATMega ke PC PC Sebagai penerima data dari mikrokontroller untuk ditampilkan di GUI Solar panel yang digunakan adalah solar panel jenis amorphose yang memiliki Vout 5,5 volt. Terdapat dua panel surya, panel dinamis yang akan mengikuti arah pergerakan matahari terhadap bumi dan panel surya statis sebagai pembanding. panel surya dinamis di kaitkan dengan gear pada motor servo agar dapat bergerak baik secara horizontal. Motor servo digunakan karena motor servo dapat dilakukan pengesetan sudut pergerakannya. RTC ds1307 adalah modul pembangkit Real Time clock sebagai referensi pewaktu bagi sistem untuk menggerakkan motor servo. Kedua panel surya ini di ukur tegangan dan arusnya menggunakan sensor, dikarenakan sensor yang digunakan memiliki keluaran berupa tegangan dan bukan nilai yang dapat dibaca langsung, maka kemudian diolah mengunakan fitur adc dari mikrokontroller ATMega untuk mendapatkan nilai tegangan dan arusnya agar dapat dibaca langsung. Hasil dari pengukuran kemudian akan ditransmisikan ke display PC melalui modul serial RS232

3.4. Perancangan Sistem

Berdasarkan gambaran dari hasil analisis proses maka dibangun suatu model rancangan sistem dan juga rancangan antar muka sistem. Universitas Sumatera Utara

3.4.1. Antarmuka Mikrokontroler ATMega 8535

Perancangan antarmuka untuk mikrokontroler langsung berhubungan dengan komponen-komponen pada sistem perangkat keras yaitu clock eksternal, panel surya, RTC, motor servo, sensor arus , LCD, komunikasi serial, isp programmer . Untuk lebih jelasnya, antarmuka mikrokontroler ditunjukkan gambar 3.1. Universitas Sumatera Utara Gambar 3.3. Antarmuka Mikrokontroler dengan Komponen-Komponen Lainnya Universitas Sumatera Utara Gambar rangkaian di atas adalah skema antarmuka sistem secara keseluruhan. Mikrokontroler terhubung dengan komponen-komponen lainnya yang membangun sistem lengkap. Komponen dapat dirangkai sesuai skema rangkaian pada gambar 3.2. Sebelum merangkai komponen, dipastikan terlebih dahulu komponen tersebut dalam kondisi yang baik dan layak untuk digunakan. Caranya dengan menguji setiap komponen tersebut. Pengujian dapat dilakukan dengan bantuan multimeter misalnya pada sensor arus, mikrokontroler, panel surya dan adaptor. Dapat juga diuji dengan program misalnya pada RTC, LCD, Motor Servo, ISP Programmer dan RS232. Proses pengujiannya dapat dilihat pada pembahasan selanjutnya. Sistem yang dirancang menggunakan mikrokontroler ATMega 8535. Dimana dalam penerapannya, panel surya bergerak sebesar satu derajat setiap empat menit. Hal ini ditentukan dari pergerakan matahari dalam sebuah penelitian yang sebelumnya sudah dijelaskan. Pergerakan motor servo sudah diatur dan mulai bekerja pada pukul 06:30 WIB sampai dengan pukul 18:30 WIB atau setelah posisi panel surya mencapai 180 derajat. Setelah itu motor servo kembali ke posisi semula nol derajat. Untuk mengaktifkan alat ini dilakukan secara manual. Sedangkan untuk perpindahan panel surya diatur oleh sebuah timer. Timer yang digunakan yaitu Real Time Clock RTC DS1307. RTC DS1307 cukup diprogram satu kali saja, dikarenakan selanjutnya akan ter- update secara otomatis. Untuk mengetahui lebih jelasnya dapat dilihat pada flowchart berikut ini: Universitas Sumatera Utara Mulai Inisialisasi program Baca komunikasi mikro dengan PC Gerakkan motor servo + 1 derajat Baca nilai adc dari panel surya Nilai menit RTC + 4 menit ? ya tidak Selesai Kirim nilai dari mikro ke PC baca nilai menit RTC Gambar 3.4 Flowchart Kerja Sistem Secara Keseluruhan Dikarenakan sistem tidak menggunnakan sensor mata angin compass sehingga untuk penentuan arah mata angin timur dan barat ditentukan secara manual. Hasil keluaran dapat dilihat pada dua interface yaitu LCD dan PC. Data yang terbaca pada LCD dalam satuan volt V dan ampere A sedangkan data yang terbaca pada PC dalam satuan milivolt mV dan miliampere mA agar data yang terbaca lebih detail. Sedangkan data keluaran yang terbaca disimpan dalam sebuah database menggunakan microsoft acces yang terhubung ke interface delphi. Universitas Sumatera Utara BAB 4 IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN SISTEM Bab ini berisi implementasi perancangan sistem dari hasil analisis dan perancangan yang sudah dibuat, serta menguji sistem untuk menemukan kelebihan dan kekurangan pada sistem yang dibuat.

4.1. Implementasi Sistem

Implementasi perangkat keras sistem dapat dilakukan dengan dua cara yaitu menggunakan prototype papan PCB atau menggunakan papan PCB permanen. Dalam penggunaan prototype papan PCB prosesnya sederhana yaitu hanya perlu meletakkan komponen-komponen pada lubang papan PCB yang telah disediakan dan setelah itu menghubungkan kaki-kaki komponen menggunakan kabel. Sedangkan untuk implementasi perangkat keras yang menggunakan papan PCB permanen prosesnya lebih rumit dan waktu pengerjaannya lebih lama. Umumnya penggunaan papan PCB pada sistem perangkat keras yang dibuat haruslah secara permanen. Beberapa kelebihan penggunaan papan PCB permanen, misalnya untuk ukuran yang sama harga prototype papan PCB lebih mahal dibandingkan papan PCB permanen dan jumlah komponen yang dapat ditampung prototype papan PCB juga lebih sedikit dibandingkan papan PCB permanen. Oleh karena itu, dalam implementasi sistem perangkat keras ini digunakan papan PCB permanen. Universitas Sumatera Utara

4.1.1. Persiapan Alat dan Bahan

Seperti yang telah dijelaskan pada bab sebelumnya bahwa sistem perangkat keras yang akan dibangun ini terdiri dari beberapa bagian atau komponen utama, yaitu Panel Surya, power supply , clock eksternal, Sensor arus, mikrokontroler, RTC, output LCD, Motor Servo dan programmer untuk mikrokontroler. Untuk power supply terdapat beberapa pilihan, namun power supply yang akan digunakan adalah power supply yang berasal dari listrik PLN yang akan di ubah menjadi tegangan listrik dengan variasi 12V dan 5V DC. Sebagai persiapan awal dalam implementasi sistem perangkat keras adalah penyediaan komponen-komponen elektronik sebagai perangkat kerasnya. Tabel 4.1 memperlihatkan daftar komponen-komponen yang diperlukan. Tabel 4.1 Daftar Komponen Yang Diperlukan Untuk Implementasi Sistem No Bagian Jenis Komponen Nilai Jumlah 1 Power supply Adaptor 12V 1 Dioda 1N4002 4 Elektrolit kapasitor 2200uf 16 V 1 IC 7805 1 Steker dan kabel - 1 Saklar - 1 2 Clock eksternal Kristal 11,0592 MHZ 1 Kapasitor keramik 20 pF 2 3 Mikrokontroler IC Mikrokontroler ATMega 8535 1 Universitas Sumatera Utara 4 Sensor Arus ACS712 5A 2 5 Aktuator Motor servo - 1 6 Panel Surya Panel Surya 5,5 V, 100 mA 2 7 Output LCD LCD LMB162A 1 Potensiometer 10 – 50 KΩ 1 8 Programmer mikrokontroler Konektor ISP Programmer 1 9 RTC I2C Ds1307 1 10 Komunikasi serial RS232 - 1 11 Lain-lain Kabel - secukupnya Timah - secukupnya Papan PCB - secukupnya Setelah komponen-komponen yang diperlukan telah tersedia, maka untuk membangun sistem perangkat keras ini harus diketahui skema rangkaian sistem secara keseluruhan agar sistem yang akan dibangun dapat dirangkai di papan papan PCB. Universitas Sumatera Utara

4.1.2. Implementasi Sistem Menggunakan Papan