ResetBdanBOsilatorBEksternalB Perancangan Rangkaian Mikrokontroler

Tabel 2.7 menunjukkan register pada ADCSRA [6]. Bit 7 – ADEN : ADC Enable Bit pengaktif ADC ADEN=0 disable ADEN =1 enable. Bit 6 – ADSC: ADC Start Conversion Dalam mode konversi tungal penge-set-an bit ini maka akan memulaistart konversi ADC untuk sekali konversi. Bit 5 – ADFR: ADC Free Running Select Bit ini memilih mode operasi yang digunakan, ketika bit ini di-set maka ADC akan menggunakan Free running di mana dalam mode ini ADC disampel dan diperbarui secara simultankontinyu. Ketika bit ini di-clear maka akan mengakhiri mode free running dan masuk ke mode konversi tunggal single conversion. Bit 4 – ADIF: ADC Interrupt Flag Bit ini akan set secara otomatis ketika konversi ADC telah selesaicomplete, dan akan clear ketika eksekusi interupsi ADC conversion complete. Bit 3 – ADIE: ADC Interrupt Enable Bit ini bertugas untuk mengaktifkan interupsi ADC conversion complete ADIE=0 disable ADIE=1 enable. Bit 2:0 – ADPS2:0: ADC Prescaler Select Bits Bit – bit ini menentukan faktor pembagi frekuensi CPU yang digunakan untuk clock ADC, seperti yang terlihat pada Tabel 2.8 Tabel 2.8. ADC prescaler [6]

3. The ADCBDataBRegisterB–BADCLBandBADCHB

Tabel 2.9. Register Data ADC, ADLAR=0 [6] Tabel 2.10. Register Data ADC, ADLAR=1 [6] Tabel 2.9 menunjukkan register data ADC saat ADLAR=0 dan Tabel 2.10 menunjukkan register data ADC saat ADLAR=1 [6]. Ketika konversi selesai, maka hasilnya dapat ditemukan pada register ADCH : ADCL. Ketika ADCL dibaca maka ADC tidak akan diperbarui sampai ADCH dibaca.

2.6 SensorBArusBACS758B

Teknologi Hall effect yang diterapkan oleh Allegro menggantikan fungsi resistor shunt dan current transformer menjadi sebuah sensor dengan ukuran yang relatif jauh lebih kecil. Aliran arus listrik yang mengakibatkan medan magnet yang menginduksi bagian dynamic offset cancellation dari ACS758 [7]. ACS758 adalah Hall Effect current sensor, seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.11 Hall effect allegro ACS758 merupakan sensor yang presisi sebagai sensor arus AC atau DC dalam pembacaan arus didalam dunia industri, otomotif, komersil dan sistem- sistem komunikasi. Pada umumnya aplikasi sensor ini biasanya digunakan untuk mengontrol motor, deteksi beban listrik, switched-mode power supplies dan proteksi beban berlebih. Sensor ini memiliki pembacaan dengan ketepatan yang tinggi, karena didalamnya terdapat rangkaian low-offset linear Hall dengan satu lintasan yang terbuat dari tembaga. Cara kerja sensor ini adalah arus yang dibaca mengalir melalui kabel tembaga yang terdapat didalamnya yang menghasilkan medan magnet yang di tangkap oleh integrated Hall IC dan diubah menjadi tegangan proporsional. Ketelitian dalam pembacaan sensor dioptimalkan dengan cara pemasangan komponen yang ada didalamnya antara penghantar yang menghasilkan medan magnet dengan hall transducer secara berdekatan. Persisnya, tegangan proporsional yang rendah akan menstabilkan Bi CMOS Hall IC yang didalamnya yang telah dibuat untuk ketelitian yang tinggi oleh pabrik. B Gambar 2.11. Sensor arus ACS758 [7] Keluaran dari sensor ini yaitu berupa tegangan analog dengan sensitivitas 40 mVA, V CC 2 saat peningkatan arus pada penghantar arus dari pin 4 ke pin 5. Artinya, setiap ada arus yang melewati sensor sebesar 1A, maka sensor akan merespon dengan memberikan keluaran sebesar 40 mVA. Gambar 2.12. menunjukkan port masukan dan port keluaran ACS758. Hambatan dalam penghantar sensor sebesar 100 µΩ dengan daya yang rendah. Jalur terminal konduktif secara kelistrikan diisolasi dari sensor leadspin 1 sampai pin 3. Hal ini menjadikan sensor arus ACS758 dapat digunakan pada aplikasi- aplikasi yang membutuhkan isolasi listrik tanpa menggunakan opto-isolator atau teknik isolasi lainnya yang mahal . Ketebalan konduktor tembaga di dalam sensor memungkinkan sampai pada kondisi kondisi high overcurrent. Sensor ini telah dikalibrasi oleh pabrik.B Gambar 2.12. Port masukan dan Port keluaran ACS758[7]

2.7 ICBRegulatorB

IC 78xx adalah regulator tegangan positif dengan tiga terminal, masing-masing masukan, ground dan keluaran [8]. IC 78xx tersedia untuk beberapa nilai tegangan keluaran seperti pada tabel 2.11 berikut : Tabel 2.11. Nilai tegangan IC 78xx [8] Tipe B VoutB VoltB Iout AB Vin VoltB 78xxCB 78MLxxB 78MxxB MinB MaksB 7805 5 1 0,1 0,5 7,5 20 7806 6 1 0,1 0,5 8,6 21 7808 8 1 0,1 0,5 10,5 23 7809 9 1 0,1 0,5 11,5 24 7810 10 1 0,1 0,5 12,5 25 7812 12 1 0,1 0,5 14,5 27 7815 15 1 0,1 0,5 17,5 30 7818 18 1 0,1 0,5 21 33 7824 24 1 0,1 0,5 27 38 Meskipun semula dirancang untuk regulator tegangan tetap, namun regulator ini dapat dikembangkan untuk tegangan dan arus yang dapat diatur. Rangkaian dasar 78xx ditunjukkan pada gambar 2.13, untuk tegangan dan arus keluaran sesuai nilai nominalnya. Gambar 2.13. Rangkaian dasar regulator 78xx [8] Kapasitor C 1 diperlukan jika regulator jauh dari kapasitor filter pencatu daya sedangkan C 2 diperlukan untuk memperbaiki tanggapan kilasan dan penindasan kerut trancient response. Dalam penerpannya, tegangan masukan V IN harus lebih besar dari tegangan keluaran lihat tabel 2.11 jika kurang maka regulator tidak berfungsi tetapi bila melebihi V IN maksimumnya dapat merusak regulator.

2.8. FilterBKapasitorB

Filter dalam rangkaian penyearah digunakan untuk memperkecil tegangan ripple, sehingga dapat diperoleh tegangan keluaran yang lebih rata, dengan memanfaatkan proses pengisian dan pengosongan muatan kapasitor [9]. Harga kapasitansi kapasitor ditentukan dengan persamaan berikut : V rrms = 2.5 V rPP = 2.6 Dengan I DC adalah arus maksimal penyearah ampere, C adalah kapasitor yang digunakan sebagai filter Farad. V M adalah tegangan masukan arus bolak balik, V rPP tegangan ripple puncak ke puncak dan V rrms adalah tegangan ripple. V DC MIN adalah tegangan minimal yang dibutuhkan oleh IC regulator.

2.8 HukumBOhmB

Digunakan pada rangkaian tertutup [10]: Gambar 2.14. Rangkaian arus [10] Gambar 2.14 menunjukkan rangkaian arus. Besarnya arus I berubah sebanding dengan tegangan V dan berbanding terbalik dengan beban tahanan R atau dinyatakan dengan rumus pada persamaan 2.7. Besar daya P adalah hasil kali antara arus I dan tegangan V atau dinyatakan dengan rumus pada persamaan 2.8. R V I  2.7 V I P .  2.8

2.9. LCDB

LCD merupakan salah satu perangkat penampil yang sekarang ini mulai banyak digunakan [11]. Penampil LCD mulai dirasakan menggantikan fungsi dari CRT Cathode Ray Tube, yang sudah berpuluh-puluh tahun digunakan manusia sebagai penampil gambartext baik monochrome hitam dan putih, maupun yang berwarna. Teknologi LCD memberikan lebih keuntungan dibandingkan dengan teknologi CRT, karena pada dasarnya, CRT adalah tabung triode yang digunakan sebelum transistor ditemukan. Beberapa keuntungan LCD dibandingkan dengan CRT adalah konsumsi daya yang relatif kecil, lebih ringan, dan tampilan yang lebih bagus. B Gambar 2.15. Bentuk fisik LCD16x2.[11] LCD memanfaatkan silikon atau galium dalam bentuk kristal cair sebagai pemendar cahaya. Pada layar LCD, setiap matrik adalah tersusun dua dimensi piksel yang dibagi dalam baris dan kolom. Dengan demikian, setiap pertemuan baris dan kolom adalah sebuah LED terdapat sebuah bidang latar backplane, yang merupakan lempengan kaca bagian belakang dengan sisi dalam yang ditutupi oleh lapisan elektroda transparan. Dalam keadaan normal, cairan yang digunakan memiliki warna cerah. Daerah-daerah tertentu pada cairan akan berubah warnanya menjadi hitam ketika tegangan diterapkan antara bidang latar dan pola elektroda yang terdapat pada sisi dalam lempeng kaca bagian depan. Keunggulan LCD adalah hanya menarik arus yang kecil beberapa mikro amper, sehingga alat atau sistem menjadi portable karena dapat menggunakan catu daya yang kecil [11]. Keunggulan lainnya adalah tampilan yang diperlihatkan dapat dibaca dengan mudah di bawah terang sinar matahari. Dibawah sinar cahaya yang remang-remang atau dalam kondisi gelap, sebuah lampu berupa LED harus dipasang di belakang layar tampilan. Gambar 2.16. Konfigurasi pin LCD[11] Operasi dasar pada LCD terdiri dari empat, yaitu instruksi mengakses proses internal, instruksi menulis data, instruksi membaca kondisi sibuk, dan instruksi membaca data. ROM pembangkit sebanyak 192 tipe karakter, setiap karakter dengan huruf 5x7 dot matrik. Kapasitas pembangkit RAM 8 tipe karakter membaca program, maksimum pembacaan 80x8 bit tampilan data. Perintah utama LCD adalah Display Clear, Cursor Shift, dan Display Shift. Tabel 2.12 menunjukkan operasi dasar LCD. Tabel 2.12. Operasi dasar LCD[9] RSB RWB OperasiB Input Instruksi ke LCD 1 Membaca Status Flag DB 7 dan alamat Counter DB sampai DB 6 1 Menulis Data 1 1 Membaca Data Tabel 2.13. Konfigurasi pin LCD[9] PinBNoB KeteranganB KonfigurasiBHubungB 1 GND Ground 2 VCC Tegangan +5VDC 3 VEE Ground 4 RS Kendali Rs 5 RW Ground 6 E Kendali EEnable Lanjutan Tabel 2.13. Konfigurasi pin LCD 7 D0 Bit 0 8 D1 Bit 1 9 D2 Bit 2 10 D3 Bit 3 11 D4 Bit 4 12 D5 Bit 5 13 D6 Bit 6 14 D7 Bit 7 15 A Anoda +5VDC 16 K Katoda Ground Tabel 2.14. Konfigurasi pin LCD[11] PinB BilanganBBinerB KeteranganB RS Inisialisasi 1 Data RW Tulis LCDW Write 1 Baca LCDR Read E Pintu data terbuka 1 Pintu data tertutup Lapisan film yang berisi kristal cair diletakkan di antara dua lempeng kaca yang telah ditanami elektroda logam transparan. Saat tegangan dicatukan pada beberapa pasang elektroda, molekul-molekul kristal cair akan menyusun diri agar cahaya yang mengenainya akan dipantulkan atau diserap. Dari hasil pemantulan atau penyerapan cahaya tersebut akan terbentuk pola huruf, angka, atau gambar sesuai bagian yang diaktifkan. LCD membutuhkan tegangan dan daya yang kecil sehingga sangat populer untuk aplikasi pada kalkulator, arloji digital, dan instrumen elektronik lain seperti Global Positioning System GPS, bargraph display, dan multimeter digital. LCD umumnya dikemas dalam bentuk Dual In-line Package DIP dan mempunyai kemampuan untuk menampilkan beberapa kolom dan baris dalam satu panel. Untuk membentuk pola, baik karakter ataupun gambar, pada kolom dan baris secara bersamaan digunakan digunakan metode screening. Metode screening adalah mengaktifkan daerah perpotongan suatu kolom dan suatu baris secara bergantian dan cepat sehingga seolah-olah aktif semua. Penggunaan metode ini dimaksudkan untuk menghemat jalur yang digunakan untuk mengaktifkan panel LCD. 25

BAB III PERANCANGAN PENELITIAN

3.1 Blok Diagram Rangkaian

Di dalam perancangan ini terdiri dari beberapa bagian, yaitu : rangkaian sensor arus, pengondisi sinyal, mikrokontroler dan penampil. Sensor yang digunakan untuk mengukur arus adalah ACS758. Perubahan keluaran dari sensor akan masuk ke mikrokontroler. Mikrokontroler ATMega 8535 berfungsi mengatur dan memproses data masukan dari sensor, kemudian pengukuran arus akan ditampilkan pada penampil LCD. Gambar 3.1 menunjukkan diagram blok sistem perancangan alat pengoperasian motor induksi 3 fasa pada sistem kelistrikan 1 fasa. Gambar 3.1. Diagram blok rancangan MI 3 fasa Listrik 1 fasa Generator Sinkron 1 fasa Sensor Arus ACS758 Mikrokontroler ATMega 8535 LCD Beban Lampu Pijar 3.2 Perancangan Perangkat Keras 3.2.1 Perancangan Rangkaian Sensor Arus Sensor yang digunakan pada penelitian ini adalah ACS758. Sensor ini akan mendeteksi arus yang mengalir disebabkan oleh adanya beban yang terpasang. Dari situ juga keluaran dari sensor akan masuk ke mikrokontroler yang nantinya akan ditampilkan pada LCD. Pada rangkaian gambar 3.2, untuk mengaktifkan sensor ini dibutuhkan tegangan masukan sebesar +5V. Pada kaki 4 dan 5 dihubungkan pada rangkaian beban, untuk mengukur besar arus yang mengalir pada rangkaian beban. Penghubung komponen kapasitor pada sensor ACS758 merupakan rekomendasi dari data sheet. Selanjutnya keluaran sensor dihubungkan pada port A0 mikrokontroler. Gambar 3.2. Rangkaian sensor arus ACS758 Dikarenakan beban yang digunakan tidak lebih daripada 540 watt maka dapat ditentukan arus maksimal yang akan diukur. Berdasarkan persamaan 2.8, maka I max dapat dihitung sebagai berikut : � = �. � 2.8 � ��� = � � Imax = 540 12 = 45 A Pada data sheet sensor, tegangan keluaran sensor berupa tegangan analog dengan sensitivitas 40 mVA. Jadi artinya untuk setiap kenaikkan 1 A, maka sensor akan merespon dengan memberikan keluaran sebesar 40 mV. Tabel 3.1 menunjukkan tegangan keluaran sensor terhadap arus yang diukur. Pengukuran arus yang bisa dilakukan dari rentang 0 A sampai 45 A, sehingga Vout sensor nantinya memiliki rentang dari 2500 V sampai 4300 mV. Tabel 3.1. Tegangan keluaran sensor terhadap arus yang diukur I Terukur A V out Sensor mV 0 A 2500 mV 5 A 2700 mV 10 A 2900 mV 20 A 3300 mV 40 A 4100 mV 45 A 4300 mV

3.2.2 Perancangan Rangkaian Mikrokontroler

Pada rangkaian mikrokontroler seperti pada gambar 3.3, port yang akan digunakan adalah port A dan port C. Port A digunakan sebagai port ADC Analog to Digital Conventer . Data analog dari sensor ACS758 yang berupa tegangan diberikan kepada port A0. Data tersebut kemudian di konversi ke bentuk data digital dan siap diproses oleh mikrokontroler. Untuk PC0, PC1, PC2, dan PC3 digunakan sebagai port data, sedangkan PC4 dan PC5 digunakan sebagai port pengaturan interface LCD. Pada port C7 digunakan sebagai keluaran untuk indikator lampu LED ketika sistem telah ON atau siap digunakan. Gambar 3.3. Rangkaian mikrokontroler PC6TOSC1 28 PC5 27 PC4 26 PC3 25 PC2 24 PC1SDA 23 PC0SCL 22 PC7TOSC2 29 PA6ADC6 34 PA5ADC5 35 PA4ADC4 36 PA3ADC3 37 PA2ADC2 38 PA1ADC1 39 PA0ADC0 40 PA7ADC7 33 PB6MISO 7 PB5MOSI 6 PB4SS 5 PB3AIN1OC0 4 PB2AIN0INT2 3 PB1T1 2 PB0T0XCK 1 PB7SCK 8 PD6ICP1 20 PD5OC1A 19 PD4OC1B 18 PD3INT1 17 PD2INT0 16 PD1TXD 15 PD0RXD 14 PD7OC2 21 RESET 9 XTAL1 13 XTAL2 12 AVCC 30 AREF 32 U1 ATMEGA8535 1 ACS758 Sensor Arus 1 2 3 4 5 6 LCD CONN-SIL6 X1 CRYSTAL C1 27pF C2 27pF C3 10uF R1 10k 5 V PC0. DB 1 LCD PC1. DB 2 LCD PC2. DB3 LCD PC3. DB4 LCD PC4. Enable LCD PC5. RS LCD 1 LED CONN-SIL1 Terdapat saklar masukan pada rangkaian yang berfungsi untuk mereset keadaan mikrokontroler.

3.2.3 Reset Eksternal

Sistem pada mikrokontoler akan mereset bila pin reset mendapat logika 0. Pin reset dihubungkan dengan resistor R1 yang terhubung ke vcc dan kapasitor yang terhubung ke ground . Gambar 3.4 adalah rangkaian reset eksternal. Gambar 3.4. Rangkaian reset eksternal

3.2.4 Osilator

Salah satu kelebihan AVR adalah kecepatan dalam eksekusi program. AVR membutuhkan waktu satu siklus untuk melakukan eksekusi terhadap suatu intruksi. Pada perancangan digunakan 12 Mhz sebagai masukan clock dengan 2 kapasitor sebesar 27 pF data sheet AVR hardware design considertions. Gambar 3.5 menunjukan rangkaian osilator. Gambar 3.5. Rangkaian osilator

3.2.5 Kapasitor

Dalam perancangan ini kapasitor yang digunakan diserikan dengan dua kumparan motor kumparan R dan S ditunjukkan pada gambar 3.6. 1 J1 RESET 8535 C1 10uF R1 10k 1 J2 +5V 12 Mhz CRY STAL C5 27 pF Xtal 2 Xtal 1 C6 27 pF 8535 Gambar 3.6. Penempatan dan nilai kapasitor yang digunakan. Pada kondisi ini bila diberikan tegangan sumber ‘VS’ pada kapasitor, maka diperoleh nilai kapasitor jalan Cr yang digunakan dengan menggunakan persamaan 2.2 yaitu sebesar [3]: Vs Iph Cr . . 2   220 50 2 2 6 , 3 x x x x   = 2,604 x 10 -5 F Keterangan : C = Cr = Kapasitor jalan I ph = Arus fasa spesifikasi Motor Induksi 3 fasa ω = 2. π.f Vs = Tegangan sumber Untuk tenaga penggerak awal yang besar diperlukan kapasitor start Cs. Sehingga dibutuhkan kapasitor start Cs senilai 4,98x10 -5 F [3]. Untuk penentuan dari nilai Cs tersebut mengambil data kapasitor dari jurnal pihak lain yang telah melakukan penelitian serupa terlebih dahulu. 3.2.6. Perancangan Rangkaian Penampil 3.2.6.1. Rangkaian Indikator LED Pada perancangan ini digunakan LED warna sebagai indikator. LED sebagai indikator sistem ON siap digunakan. Port yang digunakan untuk menampilkan LED yaitu R S T 220V Cr 26.04uF Cs 49.8uF pada port C7. Jika tegangan keluaran pin IO ini sebesar 4,8V dan arusnya sebesar 20 mA data sheet AVR ATmega 8538, maka dengan mengetahui besarnya nilai � � dan arus mikrokontroler, besarnya nilai R pada rangkaian LED berdasarkan persamaan 2.7 dapat dihitung. 1 R V I  2.7 Dengan nilai –nilai : V = 4,8 V I = 20 x 10 -3 A 240 20 8 , 4 1   m R Ω Nilai 240 Ω di pasaran tidak ada, maka dicari pendekatannya sebesar 330 Ω. Pada gambar 3.7 adalah rangkaian indikator LED. Gambar 3.7. Rangkaian LED

3.2.6.2. Rangkaian LCD

LCD yang digunakan yaitu LCD M1632 dengan lebar display 2 baris 16 kolom yang konfigurasinya dapat dilihat pada gambar 3.8. Pada perancangan LCD digunakan dua buah potensiometer sebesar 10KΩ dengan fungsi untuk mengatur contrast dari LCD. Gambar 3.8. Rangkaian LCD D1 LED 1 J1 PC7 R1 330R D7 14 D6 13 D5 12 D4 11 D3 10 D2 9 D1 8 D0 7 E 6 RW 5 RS 4 VSS 1 VDD 2 VEE 3 LCD1 LM016L 1 2 3 4 5 6 J1 CONN-SIL6 10K POT +5V PC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5

3.2.7. Rangkaian Lengkap Mikrokontroler

Pada bagian ini akan menjelaskan secara keseluruhan rangkaian lengkap mikrokontroler yang akan digunakan. Untuk tegangan keluaran dari sensor arus ACS758 sendiri akan masuk pada port A0. Bagian interface-nya yaitu LCD port yang digunakan antara port C0 sampai port C5. Indikator jika sistem telah ON atau siap digunakan menggunakan indikator LED. Port yang digunakan untuk indikator LED yaitu pada port C7. Berikut ini adalah gambar rangkaian lengkap mikrokontroler. Gambar 3.9. Rangkaian lengkap mikrokontroler

3.2.8. Perancangan Rangkaian Penyearah

Rangkaian penyearah yang digunakan dapat menghasilkan tegangan 5 dan 12 volt. Rangkaian ini memperoleh sumber tegangan jala-jala listrik PLN 220 volt. Menggunakan travo 2A untuk menurunkan tegangan AC 220 Volt menjadi tegangan 15 V AC dan 9 V AC . Untuk menghasilkan gelombang penuh, maka tegangan 15 V AC dan 9 V AC perlu disearahkan menggunakan dioda bridge, sehingga menghasilkan gelombang penuh. Komponen pengatur tegangan 12 V DC yaitu L7812CV, dengan arus maksimal sebesar 1A. Tegangan keluaran 12 volt digunakan untuk menghidupkan dua buah kipas DC yang digunakan sebagai pendingin di dalam boks perangat keras elektronik. Rangkaian catu daya 12 V DC dapat dilihat pada gambar 3.10a, sedangkan untuk tegangan 5 V DC PC6TOSC1 28 PC5 27 PC4 26 PC3 25 PC2 24 PC1SDA 23 PC0SCL 22 PC7TOSC2 29 PA6ADC6 34 PA5ADC5 35 PA4ADC4 36 PA3ADC3 37 PA2ADC2 38 PA1ADC1 39 PA0ADC0 40 PA7ADC7 33 PB6MISO 7 PB5MOSI 6 PB4SS 5 PB3AIN1OC0 4 PB2AIN0INT2 3 PB1T1 2 PB0T0XCK 1 PB7SCK 8 PD6ICP1 20 PD5OC1A 19 PD4OC1B 18 PD3INT1 17 PD2INT0 16 PD1TXD 15 PD0RXD 14 PD7OC2 21 RESET 9 XTAL1 13 XTAL2 12 AVCC 30 AREF 32 U1 ATMEGA8535 1 ACS758 Sensor Arus X1 CRYSTAL C1 27pF C2 27pF C3 10uF R1 10k 5 V D7 14 D6 13 D5 12 D4 11 D3 10 D2 9 D1 8 D0 7 E 6 RW 5 RS 4 VSS 1 VDD 2 VEE 3 LCD1 LM016L RV1 10K D1 LED R2 330R