Gambar 3.6. tampak bawah DT- Sense 3 Axis Compass Untuk konfigurasi pin sensor DT- Sense 3 Axis Compass ditunjukan pada Tabel 3.1
dibawah ini. Tabel 3.1. Konfigurasi Pin DT- Sense 3 Axis Compass
Pin Nama
Fungsi
1 DRDY
Output Data ready interrupt
2 NC
- Tidak terhubung
3 NC
- Tidak terhubung
4 NC
- Tidak terhubung
5 SDA
Input Output I2C serial data
6 SCL
Input I2C serial clock
7 Ground
- Titik referensi ground
8 V33
Input Tegangan 3,3 VDC
3.2.4. Sensor Kecepatan Kincir Angin
Sensor kecepatan kincir angin menggunakan optocoupler, dimana antara LED dan phototransistor diletakan berdekatan. Dimana LED akan memancarkan cahaya lalu akan
ditangkap oleh phototransistor. Dalam penelitian ini menggunakan modul yang telah terintegrasi dengan Arduino Uno yaitu line tracking sensor. Dimana sensor optocoupler ini
akan membedakan warna putih diantara warna hitam. Untuk mengetahui berapa rpm rotasi per menit maka harus mengetahui pula besaran diameter dari poros dan juga berapa jumlah
pencacah untuk mengetahui besar rpm yang dihasilkan. Untuk skematik line tracking sensorditunjukan pada Gambar 3.7 seperti diwah ini.
Gambar 3.7. Skematik rangkaian line tracking sensor Keluaran dari sensor adalah tegangan TTL dimana berlogika “1” atau logika “0”. Dari
skematik diatas menggunakan phototransistor Common Emiter jadi ketika ada cahaya maka akan berlogika dari 1 high menuju 0 low. Untuk memprosesnya maka harus
menggunakan operasi penjumlahan dimana selama waktu 10 detik ada berapa kali hitam lalu dikalikan oleh pewaktu yang telah dibagi dengan jumlah pencacahnya. Dalam penelitian ini
karena dalam satuan detik dan juga jumlah rotari adalah 10, maka dengan persamaan 2.8 didapatkan besar rpm yang dihasilkan yaitu :
Rpm = jml putaran 6010
3.2.5. Sensor Kecepatan Angin
Sensor kecepatan angin menggunakan gabungan dari optocoupler dan juga baling- baling setengah mangkok untuk bisa menangkap angin. Sensor kecepatan angin
menggunakan modul DI- Rev1. Dimana modul ini juga menggunakan optocoupler sebagai sensor nya seperti halnya sensor kecepatan kincir angin, keluaran dari sensor kecepatan
angin juga berupa TTL yaitu berlogika “0” atau berlogika “1” didalam modul ada pengondisi sinyal menggunakan ICLM311. Gambar 3.8.a menunjukan ilistrasi baling- baling yang
dibuat. Skematik sensor ditunjukan pada Gambar 3.8.b. Ketika anemometer tertiup oleh angin, maka baling- baling mangkok yang terdapat
pada anemometer. Semakin besar angin maka akan semakin cepat pula putaran yang PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
dihasilkan oleh mangkok. Dari jumlah putaran dalam satuan detik maka dapat diketahui kecepatan anginnya.didalam anemometer akan ada optocoupler sebagai alat pencacahnya
yang akan menghitung kecepatan angin. Untuk proses pengolahan data keluaran maka menggu
nakan tegangan TTL, dimana hanya ada logika “1” atau logika “0”. didalam anemometer akan ada pencacah yaitu sebanyak 10 pencacah. Untuk mengetahui besar
kecepatan angin yang dihasilkan dengan menghitung melalui persamaan 2.7. untuk konstruksi baling baling mangkuk mengacu pada Gambar 2.31.
Perhitungan panjang jari- jari yang ideal : Diketahui :
Panjang a : 2
cm Panjang b
: 0,25 cm Dengan persamaan 2.12, maka dapat dihitung, Cos 60
° =
,
=
, ,
= 0,5 cm Panjang e
= 1,75 cm – 0,5 cm
= 1,25 cm � ° = , �
a b
Gambar 3.8. a Anemometer mangkok b Skematik sensor Kecepatan Angin PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
c = 0,43 cm dengan persamaan 2.32 maka dapat dihitung,
� ° =
, �
f = 1,44 cm panjang r
= panjang c + panjang f = 0,43 cm + 1,44 cm = 1,9 cm pembulatan
Jadi panjang jari- jari anemometer yang ideal adalah 4 cm + 1,9 cm = 5,9 cm Mangkuk anemometer dengan panjang jari- jari 5,9cm memiliki momen inersia yang
rendah. Dengan momen inersia yang rendah maka anemometer mangkuk ini akan mampu berputar dan menghasilkan jumlah putaran yang paling banyak, lalu dengan panjang jari-
jari yang terlalu pendek diduga anemometer ini kurang sensitive terhadap kecepatan angin lemah karena beratnya yang ringan sehingga dapat dikalahkan oleh gaya gesek.
3.2.6. Arduino Uno
Arduino uno merupakan papan mikrokontroler yang didalamnya sudah tersedia IC ATmega328. Dimana pemakaian port pada Arduino uno ini banyak digunakan untuk
masukan dan juga keluaran baik itu untuk sensor maupun LCD.
Gambar.3.9. Tampak Atas Arduino Uno Untuk tampak atas dari Arduino Uno Rev3 ditunjukan pada Gambar 3.9. dalam penelitian
semua port masukan dan keluaran ditunjukan pada Tabel 3.2. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Tabel 3.2. Pembagian port pada Arduino Uno Rev3 No.
Nama masukankeluaran Kaki yang digunakan
Keterangan 1
Sensor Tegangan Analog 0 A0
Sebagai masukan 2
Sensor Arus Analog 1 A1
Sebagai masukan 3
Sensor Kompas Serial Clock SCL
Sebagai masukan Serial Data SDA
Sebagai masukan 4
Sensor kec.Poros Pin 2 2
Sebagai masukan 5
Sensor kec.Angin Pin 3 3
Sebagai masukan 6
Real Time Clock RTC Analog 4 A4
Sebagai Serial Data Analog 5 A5
Sebagai Serial Clock Pin 10 10
Sebagai Chip select 7
LCD Pin 4 4
Sebagai keluaran Pin 5 5
Sebagai keluaran Pin 6 6
Sebagai keluaran Pin 7 7
Sebagai keluaran Pin 8 8
Sebagai keluaran Pin 9 9
Sebagai keluaran 8
SD Card Pin 10 10
Sebagai Chip select Pin 11 11
Sebagai MOSI Pin 12 12
Sebagai MISO Pin 13 13
Sebagai clock 9
Tombol Reset
Sebagai tombol reset Analog 2
Sebagai tombol stop Analog 3
Sebagai tombol mulai
Dengan pembagian port seperti diatas diharapkan tidak akan terjadi tabrakan didalam port itu sendiri, dikarenakan setiap port memiliki fungsi masing
– masing untuk menjalankan program yang ada.
3.2.7. Tombol
Tombol yang digunakan adalah jenis tombol tekan NO Normally Open dan berhambatan pull up ,jadi ketika tombol ditekan maka akan berlogika nol low, apabila
dilepas akan berlogika satu high. Rangkaian reset eksternal, berfungsi untuk reset mikrokontroler IC ATmega328 papan Arduino Uno Rev 3. Rangkaian reset yang dibentuk
berdasarkan schematic rangkaian papan Arduino Uno Rev3. Rangkaian reset terdiri dari komponen resistor sebesar 10 KΩ, dioda tipe 1N4048, kapasitor sebesar 100nF dan pin
header untuk tombol tekan. Pin reset mikrokontroler adalah aktif rendah, sehingga transisi dari tinggi ke rendah saat tombol reset ditekan akan menyebabkan reset mikrokontroler.
Berdasarkan datasheet ATmega328 Lebar pulsa minimum yang diperlukan untuk melakukan reset adalah 2,5us. Resistor pull-up akan menjaga agar pin reset tidak berlogika rendah
secara tidak sengaja. Untuk melindungi pin reset dari derau, dapat menambahkan kapasitor yang terhubung dengan pin reset dan ground. Untuk mengetahui besar kapasitor dengan
persamaan 2.10. Rangkaian reset ekternal ditunjukan pada Gambar 3.10. dan rangkaian tombol tekan
start dan stop ditunjukan pada Gambar 3.11. a dan b. 2,5uS =
∗ � ∗ ∗
3
∗
c =
, ∗
−
∗ ∗ � ∗ ∗
3
= 6uF
Gambar 3.10. Rangkaian Reset Ekternal Untuk rangkaian Start dan rangkain Stop menggunakan hambatan pull up. Dimana
berdasarkan rekomendasi datasheet ATmega328 maka menggunakan resistor sebesar 22kΩ.
3.2.8. Format Paket Data
Penyimpanan data pengukuran dari kelima sensor ditetapkan dengan menyimpankan sejumlah karakter dalam paket data yang disimpan sebanyak 56 karakter dalam setiap 10
detiknya. dan setiap data berjumlah 56 karakter. Format paket data yang digunakan adalah berektensi .text dimana suatu format data dalam basis data dimana setiap penyimpanan
dipisahkan dengan koma , atau titik koma ; dan format ini dapat dibuka didalam MS.Word ataupun Notepadwordpad. Karakter yang
disimpan diawali dengan karakter “”, dan diakhiri dengan karakter “” dan setiap karakter dipisahkan dengan karakter “,”, data
pengukuran yang dikirimkan adalah tanggal, jam, tegangan, arus, kecepatan poros, kecepatan angin, dan arah angin. Berikut format data di dalam paket data:
,zzzz,dd-mm-yyyy,HH:MM:SS,aaaaa,bbbbb,ccccc,dddd,eeeee Dari format data tersebut dapat dijelaskan pada Tabel 3.3
Tabel 3.3. Format Paket Data
Jumlah rekam
Tanggal Jam
Tegangan V
Arus A
Arah angin Deg
K. Angin ms
K.poros rpm
Jumlah Karakter
4 10
8 5
5 6
5 3
a b
Gambar 3.11. a Rangkaian Start , b Rangkaian Stop PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3.3. LCD Liquid Cell Display
LCD yang digunakan pada perancangan ini adalah LCD character 16x2 yang berfungsi untuk menampilkan data setiap sensor. Berdasarkan datasheet tegangan kontras pin VO
maksimum LCD adalah 5 volt, sehingga digunakan sebuah dioda untuk membatasi tegangan pada pin ini. Rangkaian LCD character 16x2 ditunjukan pada gambar 3.12.
Gambar 3.12. Rangkaian LCD character 16x2
3.4. Skema Pemasangan
Gambar 3.13 menunjukan skematika alur pemasangan data logger dengan power supply dan juga beban yang terpasang. Fuse digunakan untuk memberikan pengamanan bila
tegangan generator melebihi dengan kapsitas yang ada di dalam data logger. Bila tegangan dari generator melebihi kapasitas maka fuse akan putus dan tegangan tidak akan masuk
kedalam data logger. Besaran Fuse yang dipakai harus dibawah arus data logger. Dioda digunakan untuk mengamankan arus balik dari beban. Untuk tegangan supply data logger
adalah aki sebesar 12 volt.
3.5. Diagram Alir Utama Data Logger
Pada Gambar 3.14 menunjukan diagram alir keseluruhan proses dari data logger.
3.5.1. Diagram Alir Subrutin Pengolahan Data Tegangan dan Arus
Gambar 3.15. menunjukan diagram alir untuk proses pengolahan data tegangan dan arus. Untuk melakukan pengukuran tegangan harus mengkalibrasi antara sensor tegangan
dengan voltmeter. Besar nilai 0,005 merupakan contoh pembagi untuk mendekati dengan nilai yang terdapat pada voltmeter. Lalu untuk besar nilai 488,76 adalah contoh nilai
pengurang dikarenakan nilai maksimum adalah 1024.
3.5.2. Diagram Alir Subrutin Pengolahan data Kecepatan Kincir dan Kecepatan Angin
Dalam diagram alir pengolahan data kecepatan kincir dan kecepatan angin tidak ada jumlah sampling dikarenakan untuk melakukan proses tersebut membutuhkan waktu proses.
Perioda diisi dengan besaran waktu yang dibutuhkan untuk tampilan ke dalam LCD.dimana perioda minimal adalah satu menit. Untuk masukan dari kecepatan kincir dengan masukan
dari kecepatan angin berbeda. Dimana masukan untuk kecepatan poros kincir menggunakan perubahan pulsa interupsi ketika naik saja, tetapi untuk masukan kecepatan angin
menggunakan setiap perubahan dari pulsa interupsi ketika pulsa naik dan ketika pulsa turun. Diagram ditunjukan pada Gambar 3.16
3.5.3. Diagram Alir Subrutin Kompas
Untuk kompas harus memasukan besar sudut deklinasi area yang akan dipasangi kompas. Memasukan sudut harus masuk terlebiih dahulu dalam programnya. Data sampling
yang digunakan adalah 100 data. Gambar 3.17 menunjukan diagram alir dari proses pengolahan data kompas
3.5.4. Diagram Alir Subrutin Penyimpanan data
Proses penyimpanan menunggu sebanyak 5 data yang berasal dari tegangan, arus, kompas,kecepatan angin, kecepatan poros kincir komplit, jika tidak komplit dalam satu
paket maka dikatakan data rusak dan tidak akan menyimpan dalam SDCard. Gambar 3.19 menunjukan diagram alir proses penyimpanan data.
3.6 Desain Boks Data Logger
Pada perancangan boks untuk tempat data logger, bahan yang digunakan adalah plastik yang cukup tebal. Boks ini diharapkan tertutup rapat dikarenakan untuk mencegah
debu atau kotoran masuk ke dalam boks. Boks yang didesain adalah 18cm x 6,5cm x 11,5cm. Desain boks data logger ditunjukan pada gambar 3.19.a,b,c.
DATA LOGGER G+
L+ G-L-
- Power Supply F
U S
E
AKI 12V power suplly
Aki -
Aki +
TERMINAL BLOCK te
xt te
xt te
xt te
xt
-
+
GENERATOR DC
BEBAN
OUT GEN +
OUT GEN -
BEBAN +
BEBAN –
5V
3.3V GND
PORO S
ANGI N
SDA SCL
TX RX
POROS
5V
GND
DATA
ANGIN
5V
GND
DATA
KOMPAS
3.3V SDA
SCL GND
XBEE
RX
TX
Gambar 3.13. Skematik Pemasangan Data logger beserta peralatan pendukungnya PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Mulai Inisialisasi waktu
sampling 10detik Inisialisasi port
masukan Inisialisasi nilai awal
v=0;i=0;poros=0;angin=0 Pewaktuan : jam,menit,detik,hari,
bulan, tahun Start
ditekan?
Pengolahan data kec.poros dan
kec.angin Pengolahan data
tegangan dan arus
Pengolahan data kompas
Penyimpanan data
Stop ditekan
selesai ya
tidak
ya tidak
Gambar 3.14. Diagram Alir utama dari data logger PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Mulai Baca tegangan
Baca arus
a=100?
Tampilkan LCD dan simpan data
Selesai Hitung rata-rata tegangan dan arus ke a
a+1
ya tidak
Gambar 3.15. Diagram Alir subrutin pengolahan data Tegangan dan Arus
Gambar 3.16. Diagram Alir Pengolahan data Kecepatan Kincir dan Kecepatan Angin PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Mulai Inisialisasi sudut
deklinasi dan sudut heading
Baca sudut deklinasi
b=100?
Tampil LCD dan simpan data
Selesai ya
Rata-rata kompas ke b b+1
ya tidak
Gambar 3.17. Diagram Alir Subrutin Pengolahan data Kompas
a. b.
c.
Gambar 3.18. a. boks tampak atas b. boks tampak belakang c.boks tampak samping PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Mulai
Baca jam, menit, detik,hari, bulan,
tahun
Baca rata- rata tegangan
Baca rata – rata
arus
Baca rata – rata
kecepatan kincir
Baca rata – rata
kecepatan angin
Baca rata – rata
kompas
Simpan data dengan format
dd-mm- yyyy,hh:mm:ss,aaaa,bbbb,cccc,dddd,eeee
selesai
Gambar 3.19. Diagram Alir Subrutin Penyimpanan data PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
48
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini akan membahas tentang implemetasi dari perancangan pada bab 3, pembahasan perbagian hardware, hasil pengujian rangkaian, hasi pengambilan data,
pembahasan mengenai data yang diperoleh, pembahasan tentang program yang digunakan di Arduino uno,
dan
analisis dari hasil pengujian sistem yang telah dilakukan. Pengujian sistem dilakukan untuk mengetahui kinerja dari kesuluruhan sistem yang telah dirancang.
Berdasarkan data-data yang diperoleh maka dapat dilakukan analisis terhadap proses kinerja alat yang kemudian dapat digunakan untuk menarik kesimpulan akhir.
4.1. Bentuk Fisik Data logger dan Hardware Elektronik 4.1.1. Bentuk Fisik Data logger
Bentuk fisik dari Data logger secara keseluruhan ditunjukan pada Gambar 4.1 sampai dengan Gambar 4.2. bentuk fisik Data logger ini terdiri dari 1 box yang bertujuan
untuk melindungi dan merapikan rangkaian eleketronik yang terdapat didalamnya. selain itu juga ada bentuk fisik sebagai pendukung sensor yang akan digunakan seperti sensor
kecepatan angin Anemometer yang akan ditunjukan pada Gambar 4.3.
Gambar 4.1. Kotak Sistem tampak atas Gambar 4.2. Kotak sistem tampak samping
Gambar 4.3. sensor kecepatan anginanemometer Subrangkaian elektronik Rangkaian seperti rangkaian regulator tegangan, rangkaian
pengondisi sinyal untuk sensor arus, rangkaian pembagi tegangan, rangkaian reset eksternal, rangkaian LCD karakter dan port untuk masukan aruino uno secara keseluruhan dalam satu
pcb ditunjukan pada Gambar 4.4
4.1.1.1. Rangkaian Catu Daya DC
Rangkian catu daya ditunjukan pada Gambar4.4.b. Pengujian rangkian catu daya DC dilakukan dengan memberikan sumber tegangan dari accumulator 12volt 7,2 Ah
dengan tegangan keluaran accumulator terukur 12,26 volt. Tegangan tersebut dikurangi dengan teganagn dioda 1N4004 yang aktif sebesar 0,7 volt, tegangan keluaran rangkaian
akan digunakan untuk mensuplai papan Arduino Uno Rev3 yang membutuhkan tegangan masukan antara 7
– 12 volt untuk dapat bekerja. Selain itu tegangan accumulator tersebut akan di turunkan tegangannya menjadi 5 volt sebagai suplai tegangan pada rangkaian
pengondisi sinyal, rangkaian LCD karakter, sensor kecepatan angin dan sensor kecepatan poros. Hal ini menunjukan rangkaian catu daya DC dapat bekerja dengan baik.
4.1.1.2. Rangkaian Pembagi Tegangan
Rangkaian pembagi tegangan ditunjukan pada Gambar 4.4.c. Pengujian rangkaian pembagi tegangan dilakukan dengan memberikan tegangan masukan yang berasal dari
generator AC yang telah disearahkan dengan dioda bridge. Tegangan maksimal yang dirancang adalah 60 volt dari tegangan generator AC dengan tegangan maksimal keluaran
yang dihasilkan dari rangkaian pembagi tegangan adalah 3,21 volt. Hal ini menunjukan rangkaian pembagi tegangan dapat bekerja dengan baik.
a b
c d
e f
Gambar 4.4.a. Rangkaian Sistem Data logger, b. Rangkaian Catu Daya DC, c. Rangkaian Pembagi Tegangan, d. Rangkaian Pengondisi sinyal.e. Rangkaian Reset
Ekternal f. Rangkaian LCD karakter
4.1.1.3. Rangkaian Pengondisi Sinyal
Rangakaian pengondisi sinyal ditunjukan pada Gambar 4.4.d. pengujian rangkaian ini yaitu dengan mensuplai tegangan ke IC LM35 dengan tegangan regulator sebesar 5 volt.
Yang sebelumnya pada IC LM35 juga diberi tegangan referensi sebesar 2 volt, lalu hasil pengukuran tegangan keluaran pada IC LM35 yaitu sebesar 0,78 volt, dimana diperancangan
tegangan keluaran pada IC LM35 adalah 100 milivolt, hal ini menunjukan bahwa rangkaian pengondisi siyal tidak bekerja dengan baik meskipun sudah diganti beberapa IC LM35 yang
berbeda produkan.
4.1.1.4. Rangkaian Reset Eksternal dan LCD Karakter
Rangkaian reset eksternal ditunjukan pada Gambar 4.4.e. pengujian rangkaian ini dilakukan dengan terlebih dahulu mengaktifkan sistem data logger. Keluaran tegangan dari
rangkaian reset eksternal adalah 4,7 volt logika tinggi. Pada saat tombol reset ditekan keluaran tegangan menjadi 0,2 volt logika rendah. Transisi dari logika tinggi ke rendah
inilah yang menyebabkan mikrokontroler reset. Untuk rangkaian LCD karakter ditunjukan pada gambar 4.4.f dalam pengujiannya dilakukan pemrograma pada kaki Arduino Uno
yang diperuntukan untuk LCD tersebut telah itu dipasang kan dan muncul karekter sesuai yang diinginkan. Hal ini menunjukan rangkaian reset dan rangkaian LCD karakter dapat
bekerja dengan baik.
4.2. Pengujian Alat
Pada pengujian alat akan diuji kebenaran setiap sensor, baik itu masing- masing sensor maupun secara bersamaan dengan alat yang memiliki fungsi yang sama yang telah
dimiliki oleh laboratorium guna mengetahui galat yang terjadi, dimana diharapkan tingkat ga
lat ≤5 dengan kata lain tingkat keberhasilan ≥95 dan sensitivity error ≤5. Perbandingan semua sensor akan dibandingkan dengan data yang telah tersimpan pada SD
Card. Pengujian alat ini dilakukan di Laboratorium Teknik Tenaga Listrik Teknik Elektro
4.2.1. Sensor Tegangan
Pengujian sensor tegangan dilakukan dengan tegangan masukan yang berasal dari Generator AC yang digerakan oleh motor 3 fasa yang telah disearahkan oleh jembatan dioda
sebagai ganti dari generator AC yang digerakan oleh angin. Pengkalibrasian dan hasil dari sensor tegangan akan dibandingkan dengan voltmeter merk yokogawa type 2051 class 1.0.
yang ditunjukan pada Gambar 4.5. Perbandingan antara hasil sensor tegangan data logger dengan voltmeter ditunjukan pada Gambar 4.7 dan Tabel lampiran 1.
Pada Gambar 4.7 terlihat bahwa grafik perbandingannya telah linier yang ditunjukan dengan R
2
=0,9998. Dimana R
2
sering disebut dengan koefisien determinasi yang berfungsi untuk mengukur kebaikan suai goodness of fit dari persamaan liniernya. Dimana semakin