Rancang Bangun Arduino Energi Meter Untuk Mengukur Karakteristik Panel Surya

LAMPIRAN 1

Kode Program Lengkap

#include <OneWire.h>

#include <DallasTemperature.h> #include "EmonLib.h"

// Data wire is plugged into pin 2 on the Arduino #define ONE_WIRE_BUS 12

const int analogVoltPin = A2; const int analogCurrentPin = A1; float amp=0;

float volt=0, voltage; EnergyMonitor emon1;

OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);

// Pass our oneWire reference to Dallas Temperature. DallasTemperature sensors(&oneWire);

void setup() {

// initialize serial communication at 9600 bits per second Serial.begin(9600);

Serial.println("CLEARDATA"); //clears up any data left from previous projects Serial.println("LABEL,Time,Detik ke-,Data"); //always write LABEL, so excel knows

the next things will be the names of the columns (instead of Acolumn you could write Time for instance)

Serial.println("RESETTIMER"); //resets timer to 0 emon1.current(analogCurrentPin, 111.1);

sensors.begin(); delay(1000); }

void loop() { //tegangan

voltage = analogRead(analogVoltPin); volt =(voltage*25/1023);

amp = ((analogRead(analogCurrentPin)*0.0048876)-2.5)/0.066 ;

Serial.print("DATA,TIME,TIMER,");//writes the time in the first column A and the time since the measurements started in column B

sensors.requestTemperatures(); // Send the command to get temperatures Serial.print(sensors.getTempCByIndex(0));

Serial.print(" C; "); Serial.print(volt); Serial.print(" Volt; "); Serial.print(amp); Serial.print(" Ampere"); Serial.println("");

delay(1000); // need for a minute to read the next data }

DAFTAR PUSTAKA

[1] Wahyono, H.D., Budiman. B. Sistem Manajemen Komunikasi Data Jarak jauh Berbasis Teknologi SMS dan Radio Telemetry Untuk Pemantauan Kualitas Air, JAI Vol.4, No.1 2008.

[2] Matagne, Ernest. Djamila Rekioua. 2012. Optimization of Photovoltaic Power Systems. London. Hal 3.

[3] Planning and Installing Photovoltaic Systems: A Guide for Installer, Architecs dan Egineers.2nd. London: Earthscan, 2005. Hal 24-26.

[4] Atmel 8-Bit Microcontroller With 4/8/16/32 Kbytes In System Programmable Flash: Datasheet.

[5] Arduino [Online]. Tersedia:

Juli 2015]

[6] Sirait, Iqnatius Yolanda.2016. ”Perancangan Alat Pengusir Hama Lalat Buah Menggunakan Gelombang Ultrasonik Berbasis Mikrokontroler Arduino”, Tugas Akhir, Universitas Sumatera Utara, Medan. Hal 17

[7] Kadir, Abdul.2012. Panduan Praktis Mempelajari Aplikasi Mikrokontroler dan Pemogramannya menggunakan Arduino. Yogyakarta. Hal 60

[8] Allegro MicroSystem, LLC. ACS712: Datasheet.

[9] Away, Yuwaldi. 2015. Pemantauan Parameter Panel Surya Berbasis Arduino Secara Real Time. Vol 11, No 4. Hal 123-128.

[10] Maxim Integrated Product, Inc. DS18B20: Datasheet.

[11] A Child’s Guide to Direct Datalogging With Excel. Tersedia.

[19/3/2016].

[12] Morris, Alan S., “Measurement and Instrumentation Principles”, 2001, Butterworth Heinemann, ISBN 0-7506-5081-8

[13] OEM & ODM manufacturer of test & measurement instrument in China. DT830 Series 3 ½ Digital Multimeter: Datasheet.

[14] LUTRON ELECTRONIC. Humidity/Barometer/Temperaturemeter Model PHB318 ISO-9001, CE, IEC 1010: Datasheet.

BAB III

METODOLOGI DAN PERANCANGAN

3.1 Gambaran Umun Alat

Pada bab ini akan diuraukan mengenai perancangan sistem perangkat keras dan perangkat lunak. Adapun diagram blok sistem ditunjukkan pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Diagram blok sistem

Perangkat yang digunakan pada perancangan ini adalah mikrokontroler Arduino Uno sebagai pengendali, sensor arus sebagai pengukur arus, sensor tegangan sebagai pengukur tegangan, sensor suhu sebagai pengukur suhu dan PC sebagai pengumpul data sekaligus penampil data. Mikrokontroler Arduino Uno akan diprogram menggunakan Arduino Integrated Development Environment (IDE) pada komputer agar dapat menghasilkan parameter yang diinginkan.

3.2 Perancangan Perangkat Keras

Perancangan perangkat keras terdiri dari sensor arus, sensor tegangan dan sensor suhu yang dihubungkan ke Arduino melalui pin-pin tertentu.

3.2.1 Sensor Arus

Sensor arus digunakan untuk mengukur arus keluaran yang dibangkitkan oleh panel surya. Sensor arus dihubungkan ke Arduino melalui pin A1, Vcc dan GND. Rangkaian skematik pengukur arus tampak seperti pada Gambar 3.2.

Sensor Arus

Sensor Suhu Sensor Tegangan

Gambar 3.2 Rangkaian skematik pengukur arus 3.2.2 Sensor Tegangan

Sensor tegangan digunakan untuk mengukur tegangan yang dihasilkan oleh panel surya. Sensor tegangan dihubungkan ke Arduino melalui pin A2, Vcc dan GND. Rangkaian skematik pengukur tegangan tampak seperti Gambar 3.3.

3.2.3 Sensor Suhu

Sensor suhu digunakan untuk mengukur suhu lingkungan disekitar panel surya. Sensor suhu terhubung ke Arduino melalui pin 12, Vcc dan GND. Rangkaian skematik pengukur suhu tamak seperti pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Rangkaian skematik penguku suhu

3.3 Perancangan Perangkat Lunak

Perangkat lunak dibuat dengan menggunakan bahasa pemograman Arduino. Pada sistem kerja dari prototipe yang dirancang terdapat pembacaan keluaran masing-masing sensor yang dilakukan Arduino. Setelah pembacaan selesai, Arduino akan mengirimkan data dalam bentuk Isc, Voc dan OC dan akan ditampikan di PC.

Diagram alir dari perangkat lunak yang dirancang untuk alat ini tampak seperti Gambar 3.5.

stop

Ya

Gambar 3.5 Diagram alir perangkat lunak Start

Inisialisasi

Kirim Data Terjemahkan Data dalam

Volt, Ampere dan OC

Ambil 3 Data Parameter

Stop?

Stop Klik disconect pada PLX DAQ

3.3.1 Inisialisai Program

Library yang digunakan, dimasukkan pada inisialisasi program. Library yang digunakan pada perancangan perangkat lunak adalah Emonlib.h, DallasTemperature.h dan OneWire.h. Variabel-variabel yang digunakan dideklarasikan pada inisialisasi program. Kode program inisialisasi dapat dilihat pada Lampiran 1.

3.3.2 Fungsi Setup

Pada fungsi setup, berisi kode-kode untuk kepentingan inisialisasi variabel pin maupun library yang merupakan fungsi yang dijalankan pertama sekali ketika Arduino dihidupkan. Pada sketch di depan, Serial.begin(9600) berguna untuk menentukan kecepatan pengiriman dan penerimaan sebesar 9600 bit per detik (bps). Serial.println berguna untuk mengirimkan data disertai efek perpindahan baris di dalam tampilan. Emon1.current(analogCurrentPin,111.1), pin A1 sebagai port masukan sensor arus dan 111.1 sebagai kalibrasi. Berikut ini adalah kode lengkap fungsi setup:

3.3.3 Fungsi Loop

Fungi loop merupakan fungsi yang dijalankan setelah fungsi setup dan

di ulang terus menerus oleh Arduino setelah fungsi setup dijalankan. Berikut ini adalah kode lengkap fungsi loop.

BAB IV

PENGUJIAN DAN ANALISA

4.1 Pengujian Alat

Pengujian yang dilakukan pada rancangan alat bertujuan untuk mengetahui kinerja dan proses kerja dari rangkaian-rangkaian yang diuji serta sistem secara keseluruhan apakah telah bekerja sesuai dengan yang diharapkan atau tidak. Pengujian pada rancangan alat ini akan dilakukan per bagian sehingga diketahui apakah masing-masing perangkat keras dan perangkat lunak sudah bekerja dengan baik.

4.2 Pengujian Sensor Arus

Pengujian sensor arus dilakukan dengan membandingkan hasil pengukuran yang diperoleh sensor arus dan hasil yang diperoleh oleh Multimeteter. Sensor arus dibuat seri terhadap Amperemeter. Rangkaian pengujian sensor arus ditunjukkan seperti Gambar 4.1, pengujian arus terhadap panel surya ditunjukkan pada Gambar 4.2 dan Pembacaan data oleh alat ukur diperlihatkan pada Gambar 4.3.

Panel Surya

ACS7 12

Amperemeter

Gambar 4.1 Rangkaian pengujian sensor arus

Pengujian dilakukan dengan menghubungkan alat ukur terhadap komputer melalui kabel serial, dimana program Arduino dalam keadaan aktif. Kabel konduktor digunkan sebagai penghubung antara terminal output sensor arus dan terminal output panel surya, kedua kutub amperemeter dihubungkan secara seri antara terhadap terminal output sensor arus, dimana kutub positif amperemeter terhadap terminal positif sensor arus dan kutub negative terhadap terminal negative sensor arus.

Program PLX DAQ yang terintegrasi dengan Ms.Excel diaktikan sebagai media penampil dan perkekam data, dimana data akan langsung dikirim setelah mengklik kata connect pada program.

Gambar 4.2 Pengujian sensor arus terhadap panel surya

Gambar 4.3 Perbandingan hasil pengukuran sensor arus dengan amperemeter Perbandingan hasil pengukuran yang diperoleh dalam pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.1 dan grafik perbandingan hasil pengukuran amperemeter dengan Arduino Energy Meter diperlihatkan pada Gambar 4.4. Pengujian alat ukur dilakukan pada gedung Departemen Teknik Elektro, lantai 4 pada tanggal 18 Mei 2016 pukul 13:58 WIB dimana alat diuji terhadap panel surya Polycrystalline dengan waktu tunda 10 detik.

Tabel 4.1 Hasil pengujian antara Arduino meter dengan amperemeter Pengukuran ke- Waktu Uji (WIB) Amperemeter (A) Arduino Energi Meter (A) Ralat (A) Galat (%)

1 13:58:58 4.25 4.18 0.07 1.64

2 13:52:00 4.25 4.26 0.01 0.23

3 13:52:01 4.24 4.18 0.06 1.41

4 13:52:03 4.21 4.18 0.03 0.71

5 13:52:05 4.16 4.11 0.05 1.20

6 13:52:07 4.10 4.04 0.06 1.46

7 13:52:08 4.05 3.96 0.11 2.71

8 13:52:10 4.01 3.96 0.05 1.24

9 13:52:12 3.95 3.96 0.01 0.25

10 13:52:14 3.90 3.81 0.09 2.30

Rata-rata ralat pengukuran 0.06 1.31

Galat pengukuran(%)=(pengukuran amperemeter – pengukuran arduino meter)/pengukuran amperemeter

Galat pengukuran ke 1(%)= (4.25-2.28)/4.25 =1.64

Untuk ralat pengukuran berikutnya dapat dihitung menggunakan rumus yang sama. Rata-rata ralat= (jumlah ralat data/ banyak data)

Rata-rata ralat=(0.07+0.01+0.06+0.03+0.05+0.06+0.11+0.05+0.01+0.09)/ 10 =0.06

Gambar 4.4 Grafik perbandingan hasil pengukuran Amperemeter dengan Arduino Energi Meter

Dari hasil pengujian ralat maksimum diperoleh sebesar 0.11 dengan rata-rata Galat sebesar 1.31%.

4.3 Pengujian Sensor Tegangan

Pengujian sensor tegangan dilakukan dengan membandingkan hasil pengukuran multitester dengan hasil pengukuran alat yang dibuat. Untuk rangkaian pengukuran tegangan dibuat parallel terhadap panel surya seperti terlihat pada Gambar 4.5 dan pengujian sensor tegangan terhadap panel surya ditunjukkan pada Gambar 4.6. Pengujian alat ukur dilakukan pada gedung Departemen Teknik Elektro, lantai 4 pada tanggal 18 Mei 2016 pukul 12:22 WIB dimana alat diuji terhadap panel surya Polycrystalline dengan waktu tunda 10 detik.

Panel Surya V

Voltmeter

Gambar 4.5 Rangkaian pengujian sensor tegangan

Pengujian dilakukan dengan menghubungkan alat ukur terhadap komputer melalui kabel serial, dimana program Arduino dalam keadaan aktif. Kabel konduktor digunkan sebagai penghubung antara terminal output sensor tegangan dan terminal output panel surya, kedua kutub volteremeter dihubungkan secara paralel terhadap terminal output sensor arus, dimana kutub positif volteremeter terhadap terminal positif sensor tegangan dan kutub negatif terhadap terminal negatif sensor tegangan. Program PLX DAQ yang terintegrasi dengan Ms.Excel diaktikan sebagai media penampil dan perkekam data, dimana data akan langsung dikirim setelah mengklik kata connect pada program

Gambar 4.6 Pengujian sensor tegangan terhadap panel surya

Gambar 4.7 menunjukkan perbandingan hasil pengukuran Arduino Energi Meter dengan Voltmeter, grafik perbandingan hasil pengukuran Arduino Energi Meter

dengan Voltmeter diperlihatkan pada Gambar 4.8 data yang diperoleh melalui pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.2.

Gambar 4.7 Perbandingan pengukuran voltmeter dengan Arduino meter Tabel. 4.2 Hasil pengujian menggunakan Arduino meter dengan sensor tegangan Pengukuran ke Waktu Uji (WIB) Voltmeter (V) Arduino Energi Meter (V) Ralat (V) % Galat

1 12:12:23 19.22 19.16 0.06 0.31

2 12:12:25 19.29 19.16 0.13 0.67

3 12:12:27 19.26 19.18 0.08 0.41

4 12:12:29 19.27 19.18 0.09 0.46

5 12:12:31 19.25 19.18 0.07 0.36

6 12:12:32 19.25 19.18 0.07 0.36

7 12:12:38 19.23 19.16 0.07 0.36

8 12:12:39 19.22 19.13 0.09 0.46

9 12:12:41 19.18 19.11 0.07 0.36

10 12:12:43 19.17 19.11 0.06 0.31

Gambar 4.8 Grafik perbandingan hasil pengukuran Arduino energi meter dengan Voltmeter

Dari data diatas bahwa alat memiliki ralat paling tinggi sebesar 0.13 dengan % Galat rata-rata 0.46%.

4.4 Pengujian Sensor Suhu

Pengujian dilakukan dengan menghubungkan alat ukur terhadap komputer melalui kabel serial, dimana program Arduino dalam keadaan aktif. PHB 318 diletakkan disaming sensor suhu. Program PLX DAQ yang terintegrasi dengan Ms.Excel diaktikan sebagai media penampil dan perkekam data, dimana data akan langsung dikirim setelah mengklik kata connect pada program Hasil pengukuran dengan menggunakan DS18B20 dapat dilihat pada Tabel 4.3. Pengujian sensor suhu terhadap panel surya ditunjukkan pada Gambar 4.9 dan grafik perbandingan hasil pengukuran Arduino energi meter dengan PHB-318.

Tabel 4.3 hasil pengujian Arduino meter dengan PHB-318 Pengukuran

ke-

Waktu Uji (WIB)

PHB-318 Arduino Energi Meter (OC)

Ralat (OC)

Galat (%)

1 12:12:23 44.26 44.81 0.55 1.24

2 12:12:25 44.26 44.81 0.55 1.24

3 12:12:27 44.26 44.81 0.55 1.24

4 12:12:29 44.01 44.56 0.55 1.25

5 12:12:31 43.51 44.06 0.55 1.26

6 12:12:32 43.14 43.69 0.55 1.27

7 12:12:34 44.01 43.56 0.55 1.25

8 12:12:36 43.55 43.50 0.55 1.26

9 12:12:38 42.45 43.56 0.55 1.29

10 12:12:39 43.01 43.69 0.55 1.27

Rata-rata ralat pengukuran 0.55 1.25

Gambar 4.10 Grafik perbandingan hasil pengukuran Arduino energi meter dengan

PHB-318

Dari hasil pengujian ralat maksimum diperoleh sebesar 0.55 dengan rata-rata galat sebesar 1.25%.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1Kesimpulan

Setelah dilakukan penelitian ini baik dalam perancangan alat maupun pembuatan software, maka dapat disimpulkan bahwa:

1. Dari hasil pengujian alat ukur yang dirancang mempunyai tingkat galat masing-masing, 0.46% untuk sensor tegangan, 1.31% untuk sensor arus dan 1.25% untuk sensor suhu. Alat layak dipergunakan karena masih dibawah batas toleransi ± 5%.

5.2Saran

Adapun saran untuk pengembangan Tugas Akhir ini adalah :

1. Mengunakan tambahan sensor cahaya dalam alat untuk mengetahui hubungan intensitas cahaya terhadap keluaran panel surya

2. Menggunakan tambahan sensor yang dapat mengukur suhu dari suatu permukaan panel surya.

BAB II

TEORI DASAR

2.1 Photovoltaic

Photovoltaic adalah alat yang secara langsung mengubah energi cahaya menjadi energi listrik dan dapat digunakan sebagai pembangkit listrik. Irradiance adalah perubahan jumlah radiasi matahari dipermukaan panel surya(kW/m2). Kerapatan radiasi dari matahari dibagian terluar atmosfir adalah 1.373 kW/m2, tetapi kerapatan puncak dari matahari yang sampai ke permukaan bumi adalah 1 kW/m2. Pengukuran dari perubahan radiasi matahari mengggunakan pyranometer untuk radiasi secara umum atau sebuah pyrheliometer untuk radiasi langsung[2].

Elemen dasar dari sebuah panel surya adalah sel surya yang mengubah secara langsung energi matahari menjadi energi listrik. Ciri khas sel surya terdiri dari sebuah PN junction yang dibentuk dari semikonduktor yang mirip dengan sebuah dioda. Bahan semikonduktoe yang paling banyak digunakan dalam sel surya adalah silikon[2]. Ada beberapa jenis-jenis sel surya seperti:

1. Mono-crystalline silicon cells

Proses Czochralski telah menjadi ketetapan dalam pembuatan bahan single-crystal silicon untuk aplikasi terestrial. Dalam prosesnya bahan dasar polycrystalline dilelehkan dalam sebuah wadah kuarsa dengan suhu sekitar 1420oC. Sebuah kristal dimasukkan dalam leburan silikon dan perlahan ditarik dari lelehan silikon tersebut. Selama proses ini, kristal akan berubah menjadi monocrystal berbentuk silinder dengan diameter mencapai 30 cm dan panjangnya beberapa meter. Kristal silinder tunggal ini akan dipotong menjadi lempengan tipis dengan tebal sekitar 0.3 mm. Lempengan berbentuk wafer ini akan dibersihkan dengan cara pembasahan secara kimia dan pembilasan untuk menghilangkan sisa pemotongan. Lempengan ini didoping dengan boron untuk membentuk

tipe dan mendoping fosfor untuk membuat tipe n dengan suhu antara 800oC dan 900oC[3].

2. Polycrystalline silicon cells

Silikon dileburkan kedalam wadah kuarsa dan dituangkan ke sebuah wadah berbentuk kubus. Melalui pemanasan dan pendinginan yang dikontrol, dan pendinginan secara merata dalam satu arah. Dengan tujuan untuk membentuk ukuran yang lebih kecil. Lempengan digergaji mengunakan gergaji. Penggerjajian menyebabkan hilangnya beberapa silikon dalam bentuk serbuk gergaji. Setelah pembersihan dan pendopingan posfor, lapisan anti reflektif dipasang[3].

2.1 Mikrokontroler

ATMega328 adalah mikrokontroller keluaran dari atmel yang mempunyai arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) yang dimana setiap proses eksekusi data lebih cepat dari pada arsitektur CISC (Completed Instruction Set Computer).

Mikrokontroller ATmega 328 memiliki arsitektur Harvard, yaitu memisahkan memori untuk kode program dan memori untuk data. Instruksi – instruksi dalam memori program dieksekusi dalam satu alur tunggal, dimana pada saat satu instruksi dikerjakan instruksi berikutnya sudah diambil dari memori program. Konsep inilah yang memungkinkan instruksi – instruksi dapat dieksekusi dalam setiap satu siklus clock. 32 x 8-bit register serba guna digunakan untuk mendukung operasi pada ALU (Arithmatic Logic unit) yang dapat dilakukan dalam satu siklus. 6 dari register serbaguna ini dapat digunakan sebagai 3 buah register pointer 16-bit pada mode pengalamatan tidak langsung untuk mengambil data pada ruang memori data[4].

Ketiga register pointer 16-bit ini disebut dengan register X (gabungan R26 dan R27), register Y ( gabungan R28 dan R29 ), dan register Z ( gabungan R30 dan R31 ). Hampir semua instruksi AVR memiliki format 16-bit. Setiap

alamat memori program terdiri dari instruksi 16-bit atau 32-bit.

Selain register serba guna di atas, terdapat register lain yang terpetakan dengan teknik memory mapped I/O selebar 64 byte. Beberapa register ini digunakan untuk fungsi khusus antara lain sebagai register control Timer/ Counter, Interupsi, ADC, USART, SPI, EEPROM dan fungsi I/O lainnya. Gambar 2.1 merupakan bentuk fisik ATmega328[4].

Gambar 2.1 Bentuk fisik ATmega328 2.2 Arduino Uno

Arduino adalah sebuah board mikrokontroller yang berbasis ATmega328. Arduino memiliki 14 pin input/output yang mana 6 pin dapat digunakan sebagai output PWM, 6 analog input, crystal osilator 16 MHz, koneksi USB, jack power, kepala ICSP, dan tombol reset. Arduino mampu men-support mikrokontroller; dapat dikoneksikan dengan komputer menggunakan kabel USB. Arduino Uno dapat dilihat seperti pada Gambar 2.2 [5].

2.2.1 Daya

Arduino dapat diberikan power melalui koneksi USB atau power supply. Powernya dipilih secara otomatis. Power supply dapat menggunakan adaptor DC atau baterai. Adaptor dapat dikoneksikan dengan mencolok jack adaptor pada koneksi port input supply. Board arduino dapat dioperasikan menggunakan supply dari luar sebesar 6 - 20 volt. Jika supply kurang dari 7V, kadangkala pin 5V akan menyuplai kurang dari 5 volt dan board bisa menjadi tidak stabil. Jika menggunakan lebih dari 12 V, tegangan di regulator bisa menjadi sangat panas dan menyebabkan kerusakan pada board. Rekomendasi tegangan adalah 7 volt sampai 12 volt. Penjelasan pada pin power adalah sebagai berikut [5] :

- Vin

Tegangan input ke board arduino ketika menggunakan tegangan dari luar (seperti yang disebutkan 5 volt dari koneksi USB atau tegangan yang diregulasikan). Pengguna dapat memberikan tegangan melalui pin ini, atau jika tegangan suplai menggunakan power jack, aksesnya menggunakan pin ini.

- 5V

Regulasi power supply digunakan untuk power mikrokontroller dan komponen lainnya pada board. 5V dapat melalui Vin menggunakan regulator pada board, atau supply oleh USB atau supply regulasi 5V lainnya.

- 3V3

Suplai 3.3 volt didapat oleh FTDI chip yang ada di board. Arus maximumnya adalah 50mA.

- Pin Ground

Berfungsi sebagai jalur ground pada Arduino.

2.2.2 Memori

ATmega328 memiliki 32 KB flash memori untuk menyimpan kode, juga 2 KB yang digunakan untuk bootloader. ATmega328 memiliki 2 KB untuk SRAM dan 1 KB untuk EEPROM.

2.2.3 Input dan Output

Setiap 14 pin digital pada arduino dapat digunakan sebagai input atau output, menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digitalRead(). Input/output dioperasikan pada 5 volt. Setiap pin dapat menghasilkan atau menerima maximum 40 mA dan memiliki internal pull-up resistor (disconnected oleh default) 20-50 KOhms. Beberapa pin memiliki fungsi sebagai berikut [5] :

- Serial: 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan mengirim (TX) TTL data serial. Pin ini terhubung pada pin yang koresponding dari USB FTDI ke TTL chip serial.

- Interupt eksternal: 2 dan 3. Pin ini dapat dikonfigurasikan untuk trigger sebuah interap pada low value, rising atau falling edge, atau perubahan nilai. - PWM: 3, 5, 6, 9, 10, dan 11. Mendukung 8-bit output PWM dengan fungsi

analogWrite().

- SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Pin ini mensuport komunikasi SPI, yang mana masih mendukung hardware, yang tidak termasuk pada bahasa arduino.

- LED: 13. Ini adalah dibuat untuk koneksi LED ke digital pin 13. Ketika pin bernilai HIGH, LED hidup, ketika pin LOW, LED mati.

2.2.4 Piranti Komunikasi Arduino

Arduino Uno memiliki sejumlah fasilitas untuk berkomunikasi dengan komputer, Arduino lain, atau mikrokontroler lain. ATmega328 ini menyediakan UART TTL (5V) komunikasi serial, yang tersedia pada pin digital 0 (RX) dan 1 (TX). Sebuah ATmega16U2 pada saluran board ini komunikasi serial melalui USB dan muncul sebagai com port virtual untuk perangkat lunak pada komputer. Firmware 16U2 menggunakan USB driver standar COM dan tidak ada driver eksternal yang dibutuhkan. Perangkat lunak Arduino termasuk monitor serial yang memungkinkan data tekstual sederhana yang akan dikirim ke dan dari papan Arduino. RX dan TX LED di papan akan berkedip ketika data sedang dikirim

melalui chip USB-to-serial dan koneksi USB ke komputer (tetapi tidak untuk komunikasi serial pada pin 0 dan 1). Sebuah perpustakaan SoftwareSerial memungkinkan untuk komunikasi serial pada setiap pin digital Uno itu. ATmega328 ini juga mendukung komunikasi I2C (TWI) dan SPI. Perangkat lunak Arduino termasuk perpustakaan Kawat untuk menyederhanakan penggunaan dari bus I2C.

2.2.5 Pemrograman Arduino

Arduino board merupakan perangkat yang berbasiskan mikrokontroler. Perangkat lunak (software) merupakan komponen yang membuat sebuah mikrokontroller dapat bekerja. Arduino board akan bekerja sesuai dengan perintah yang ada dalam perangkat lunak yang ditanamkan padanya.

Bahasa pemrograman arduino adalah bahasa pemrograman yang umum digunakan untuk membuat perangkat lunak yang ditanamkan pada arduino board. Bahasa pemrograman arduino menggunakan bahasa pemrograman C sebagai dasarnya. Karena menggunakan bahasa pemrograman C sebagai dasarnya, bahasa pemrograman arduino memiliki banyak sekali kemiripan, walaupun beberapa hal telah berubah. Arduino Uno dapat diprogram menggunakan software Arduino IDE yang bersifat opensource [6].

2.2.5.1Struktur

Semua program Arduino harus memiliki dua fungsi utama untuk bekerja dengan baik, yaitu setup() dan loop(). Fungsi setup() dipanggil ketika sketsa dimulai. Struktur ini berguna untuk menginisialisasi variabel, mode pin, memulai menggunakan library, dan lain-lainya. Fungsi setup() hanya akan berjalan sekali, yaitu setiap pertama kali board dihidupkan atau saat restart board Arduino. Fungsi loop() berguna untuk melaksanakan/mengeksekusi perintah program yang telah dibuat. Fungsi ini akan secara aktif mengontrol board Arduino baik membaca input atau merubah output. Fungsi loop() merupakan tugas utama dari arduino board.

2.2.5.2Variabel

Variabel adalah nama yang dibuat dan disimpan di dalam memori mikrokontroller. Variabel ini mempunyai nilai dan nilainya dapat diubah sewaktu-waktu pada saat program dijalankan. Variabel memiliki nilai dan tipe data tertentu[7].

- int (integer)

Digunakan untuk menyimpan angka dalam 2 byte (16 bit). Tidak mempunyai angka desimal dan menyimpan nilai dari -32,768 dan 32,767. - long (long)

Digunakan ketika integer tidak mencukupi lagi.

Memakai 4 byte (32 bit) dari memori (RAM) dan mempunyai entang dari -2,147,483,648 dan 2,147,483,647.

- boolean (boolean)

Variabel sederhana yang digunakan untuk menyimpan nilai TRUE (benar) atau FALSE (salah). Sangat berguna karena hanya menggunakan 1 bit dari RAM.

- float (float)

- Digunakan untuk angka desimal (floating point). Memakai 4 byte (32 bit) dari RAM dan mempunyai rentang dari -3.4028235E+38 dan 3.4028235E+38.

- char (character)

Menyimpan 1 karakter menggunakan kode ASCII (misalnya ‘A’ = 65). Hanya memakai 1 byte (8 bit) dari RAM.

2.2.5.3 Operator Matematika

Operator yang digunakan untuk memanipulasi angka (bekerja seperti matematika yang sederhana)[7].

-

=

Membuat sesuatu menjadi sama dengan nilai yang lain (misalnya: x = 10 * 2, x sekarang sama dengan 20).

- %

Menghasilkan sisa dari hasil pembagian suatu angka dengan angka yang lain (misalnya: 12 % 10, ini akan menghasilkan angka 2).

- +

Penjumlahan - -

Pengurangan - *

Perkalian - /

Pembagian

2.2.5.4 Operator Reasional

Digunakan untuk membandingkan nilai logika. - ==

Sama dengan (misalnya: 12 == 10 adalah FALSE (salah) atau 12 == 12 adalah TRUE (benar))

- !=

Tidak sama dengan (misalnya: 12!= 10 adalah TRUE (benar) atau 12 != 12 adalah FALSE (salah))

- <

Lebih kecil dari (misalnya: 12 < 10 adalah FALSE (salah) atau 12 < 12 adalah FALSE (salah) atau 12 < 14 adalah TRUE (benar))

- >

Lebih besar dari (misalnya: 12 > 10 adalah TRUE (benar) atau 12 > 12 adalah FALSE (salah) atau 12 > 14 adalah FALSE (salah)).

2.3 Sensor Arus

Pengukuran arus biasanya membutuhkan sebuah resistor shunt yaitu resistor yang dihubungkan secara seri pada beban dan mengubah aliran arus menjadi tegangan. Tegangan tersebut biasanya diumpankan ke current transformer terlebih dahulu sebelum masuk ke rangkaian pengkondisi signal [8].

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 ACS712. bagian ini akan dikuatkan oleh amplifier dan melalui filter sebelum dikeluarkan melalui kaki 6 dan 7, modul tersebut membantu penggunaan untuk mempermudah instalasi arus ini ke dalam system. Hall effect allegro ACS712 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 [8].

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 [8].

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. Bentuk fisik sensor arus ACS712 diperlihatkan seperti Gambar 2.3. Adapun fungsi dari pin-pin dari sensor arus diperlihatkan pada Tabel 2.1 [8].

Gambar 2.3. Bentuk fisik sensor arus Tabel 2.1 Fungsi pin Sensor Arus ACS712

Pin Sensor Fungsi

IP + Terminal yang mendeteksi arus, terdapat sekring didalamnya IP - Terminal yang mendeteksi arus, terdapat sekring didalamnya

GND Terminal sinyal ground

Filter Terminal untuk kapasitor ekternal yang berfungsi sebagai pembatas bandwith

Viout Terminal untuk keluaran sinyal analog

Vcc Terminal masukan catu daya

Pembacaan sensor arus, dirumuskan seperti pada Persamaan 2.1.

I = ((analogRead(analogCurrentPin)*0.0048876)-2.5)/0.066 (2.1)

2.4 Sensor Tegangan

Sensor tegangan yang digunakan merupakan sebuah modul sensor tegangan yang menggunakan prinsip pembagi tegangan. Modul ini dapat mengurangi tegangan input hingga 5 kali dari tegangan asli. Tegangan analog input maksimum mikrokontroler yaitu 5 volt sehingga modul tegangan dapat diberi masukkan tidak melebihi 5 X 5 Volt atau sebesar 25 Volt.Pin analog Arduino dapat menerima nilai hingga 10 bit sehingga dapat mengkonversi data analog menjadi 1024 keadaan (2^10= 1024). Artinya nilai 0 merepresentasikan tegangan 0 volt dan nilai 1023 merepresentasikan tegangan 5 volt. Data yang sebelumnya analog dikonversi menjadi

data digital. Proses konversi dari nilai analog menjadi digital ini disebut proses ADC (Analog to Digital Conversion). Gambar 2.4 menunjukkan bentuk fisik sensor tegangan[9].

Gambar 2.4 Bentuk fisik sensor tegangan

Pembacaan tegangan keluaran panel surya dituliskan seperti Persamaan 2.2.

V =( analogRead(analogVoltPin)*25/1023) (2.2)

2.5 Sensor Suhu

Banyak sensor suhu yang dipakai dalam implementasi sistem instrumentasi, salah satu contohnya adalah DS18B20. Sensor suhu DS18S20 ini telah memiliki keluaran digital meskipun bentuknya kecil (TO-92), cara untuk mengaksesnya adalah dengan metode serial 1 wire. Sensor ini sangat menghemat pin port mikrokontroler, karena 1 pin port mikrokontroler dapat digunakan untuk berkomunikasi dengan beberapa divais lainnya. Sensor ini juga memiliki tingkat akurasi cukup tinggi yaitu 0,5°C pada rentang suhu -10°C hingga +85°C, sehingga banyak dipakai untuk aplikasi sistem pemonitoringan suhu Aplikasi- aplikasi yang berhubungan dengan sensor seringkali membutuhkan ADC dan beberapa pin port mikrokontroler namun pada DS18B20 ini tidak dibutuhkan ADC agar dapat berkomunikasi dengan mikrokontroler[10]. Bentuk fisik DS18B20 ditunjukan oleh Gambar 2.5, sementara deskripsi pin DS18B20 ditunjukkan oleh Tabel 2.2

Gambar 2.5 Bentuk fisik DS18B20 Tabel 2.2 Deskripsi pin DS18B20

Nama Fungsi

VDD VDD (cadangan)

DQ Pin untuk input/output data. Juga untuk pembagi daya pada saat digunakan dalam parasite power mode

GND Ground

Pada saat beroperasi maka akan terjadi proses pengkonversian temperatur dan konversi ADC pada perintah 44h. Dimana data temperatur yang terukur akan disimpan di memori scratchpad. Dengan mode power dari luar maka setelah perintah pengkonversian temperatur DS18B20 akan merespon dengan mengirim bit 0 saat pengkonversian masih dalam proses dan mengirim bit 1 saat pengkonversian telah selesai lalu data temperatur akan disimpan dalam register temperatur 16 bit seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2.6. Pada MS BYTE S menunjukkan tanda bila S diisi oleh bit 0 maka berarti temperatur yang terukur adalah temperatur positif. Jika bit 1 maka temperatur yang terukur adalah temperatur negative[10].

Pencatuan pada DS18B20 terdapat 2 jenis mode yaitu pencatuan dari luar dan mode pencatuan secara parasit (parasite power). Pada mode pencatuan dari luar maka supplai harus dihubungkan pada pin Vdd sedangkan jika menggunakan mode parasit power DS18B20 tidak memerlukan supplai dari luar. Pada mode parasit power hanya “mencuri” daya dari jalur 1 wire melalui pin DQ saat jalur dalam keadaan high. Sebagian power akan disimpan di Cpp untuk memberikan power saat jalur dalam keadaan low. Saat menggunakan mode parasit power maka Vdd harus disambungkan dengan pin ground. Dalam mode parasit power, jalur 1 wire dan Cpp akan memberikan arus yang cukup untuk waktu operasi yang lama [10].

Dengan menggunakan mode parasit power saat DS18B20 dalam proses pengkonversian temperatur atau menyalin data dari memori scratchpad ke EEPROM, arus yang beroperasi mencapai 1,5mA. Untuk memastikan bahwa DS18B20 mendapatkan arus yang cukup, maka diperlukan pullup yang kuat pada jalur 1 wirenya. Hal ini dapat dicapai dengan menggunakan MOSFET untuk menarik jalur secara langsung seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.7 [10].

Gambar 2.7 Pencatuan dengan mode Parasit power

DS18B20 dapat juga diberikan power dengan metode konvensional dengan menghubungkan power supply luar dengan pin Vdd seperti yang ditunjukan oleh Gambar 2.8. Dengan menggunakan mode parasite power tidak direkomendasikan untuk pengukuran temperatur di atas 1000C karena DS18B20 tidak mampu menahan komunikasi yang disebabkan kebocoran arus yang tinggi. Untuk aplikasi pada temperatur tinggi tersebut sangat disarankan untuk menggunakan power supply dari luar [10].

Gambar 2.8 Pencatuan dengan mode konvensional

Dalam situasi yang sama jalur master mungkin tidak mengetahui apakah DS18B20 menggunakan mode parasite power atau mode power supply dari luar. Master membutuhkan informasi ini untuk menentukan apakah pullup jalur yang kuat dibutuhkan atau tidak selama proses pengkonversian temperatur. Untuk mendapatkan informasi ini, master memberi perintah untuk melakukan skip ROM(CCh) diikuti dengan perintah Read Power Supply(B4h) lalu diikuti dengan “Read time slot”. Selama pembacaan time slot, dengan menggunakan mode parasite power DS18B20 akan menarik jalur yang low dan dengan menggunakan mode power dari luar DS18B20 akan melepaskan jalur yang high. Jika jalur yang ditarik low, maka master akan mengetahui bahwa harus diberi pullup yang kuat pada jalur 1 wire selama proses pengkonversian temperature [10].

2.6 PLX-DAQ

PLX-DAQ adalah program yang digunakan dalam pemantauan karakteristik panel surya seperti ditunjukkan pada Gambar 2.9 [11].

Gambar 2.9 Program PLX-DAQ

Program PLX-DAQ digunakan untuk menampilkan data dari Arduino ke excel secara langsung. PLX-DAQ dapat menampilkan grafik, membaca pengukuran tiga sensor dalam waktu yang sama serta menampilkan waktu pengukuran dari sensor ketiga sensor.

2.7 Kalibrasi

Kalibrasi dilakukan dengan membandingkat alat ukur yang dibuat dengan alat ukur yang sudah diketahui akurasinya dengan masukan yang sama. Kalibrasi diperlukan ketika pembuatan perangkat baru, perangkat mengalami tumbukan dan ketika hasil pengukuran dipertanyakan[12].

Kalibrasi umumnya merupakan proses penyesuaian keluaran dari perangkat baru dengan perangkat standar. Hal-hal yang mempengaruhi kalibrasi antara lain:

- Prosedur

Kalibrasi harus dilakukan dengan prosedur yang ada - Peralatan Kalibrasi (Kalibrator)

Kalibrartor harus mempunya standar Nasional atau Internasional - Periode Kalibrasi

Periode kalibrasi tergantung pada beberapa faktor antara lain frekuensi pemakaian, pemeliharaan, penyimpanan.a

- Lingkungan

Lingkungan sangat berpegaruh pada proses penglibrasian. Misalnya kondisi suhu, getaran mekanik medan listrik, medan magnet, medan elektromagnetik, tingkat penerangan dan sebagainya.

2.7.1 Kalibrasi Sensor Arus

Adapun perangkat keras yang digunakan untuk mengalibrasi sensor arus adalah multimeter digital yang difungsikan sebagai Amperemeter dalam pengujian. Multimeter Digital yang digunakan dalam kalibrasi sensor arus adalah DT830 Series. Gambar 2.10 menunjukkan bentuk nyata DT830 Series dan Tabel 2.3 menunjukkan Spesifikasi DT830 Series untuk pengukuran arus searah [13].

Gambar 2.10 Bentuk nyata DT830 Series

Tabel 2.3 Spesifikasi DT830 Series untuk pengukuran arus searah

Range Resolution Accuracy

200 µA 100 nA

± 1.0% ± 5D

2000 µA 1 µA

20 mA 10 µA

200 mA 100 µA ±1.2% ± 5D

2.7.2 Kalibrasi Sensor Tegangan

Adapun perangkat keras yang digunakan untuk mengalibrasi sensor tegangan adalah multimeter digital yang difungsikan sebagai Voltmeter dalam pengujian. Multimeter Digital yang digunakan dalam kalibrasi sensor arus adalah DT830 Series. Gambar 2.11 menunjukkan bentuk nyata DT830 Series dan Tabel 2.4 menunjukkan Spesifikasi DT830 Series untuk pengukuran tegangan searah.

Gambar 2.11 Bentuk nyata DT830 Series

Tabel 2.4 Spesifikasi DT830 Series untuk pengukuran tegangan searah

Range Resolution Accuracy

200 mV 100 µV

± 0.5% ± 5D

2000 mV 1 mV

20 V 10 mV

200 V 100 mV

1000 V 1 V ± 1.0 % ± 5D

2.7.3 Kalibrasi Sensor Suhu

Adapun perangkat keras yang digunakan untuk mengalibrasi sensor suhu adalah PHB-318. PHB-318 mempunyai tiga fungsi yaitu barometer, humidity dan temperature meter [14]. Bentuk fisik PHB-318 tampak seperti Gambar 2.12.

Gambar 2.12 Bentuk fisik PHB-318

Spesifikasi PHB-318 dalam pengukuran suhu tampak seperti pada Tabel 2.5. Tabel 2.5 Spesifikasi PHB-318 dalam pengukuran suhu

Batas Pengukuran 0 OC - 50 OC/ 32 OF - 122 OF

Resolusi 0.1 OC/ 0.1 OF

Ketelitian ± 0.8 OC/1.5 OF

2.8 Pengukuran

Sebuah sistem pengukuran yang ada untuk memberikan informasi tentang nilai dari beberapa variabel yang diukur. Ada beberapa istilah yang harus dipahami dalam pengukuran listrik diantaranya:

- Akurasi, kedekatan pembacaan alat ukur dengan nilai yang sebenarnya

- Presisi, hasil pengukuran yang dihasilkan dari proses pengukuran atau derajat untuk membedakan satu pengukuran dengan pengukuran lainnya.

- Toleransi, merupakan istilah yang sering berhubungan dengan akurasi dan kesalahan maksimum dan komponen alat elektronik mempunyai toleransi ± 5%.

- Rentang, merupakan nilai maksimum dan minimum yang dirancang dalam alat ukur.

- Resolusi, nilai terkecil yang mampu ditanggapi oleh alat ukur.

Keluaran hasil pengukuran dapat berupa data analog atau digital. Alat ukur analog memiliki komponen putar yang akan bereaksi ketika mendapatkan sinyal listrik ditunjukkan dengan bergeraknya jarum penunjuk.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang Masalah

Semakin berkembang pesatnya teknologi pada saat ini banyak dijumpai pusat dan pengolahan data secara real time/online. Sistem real time/online dapat digunakan untuk pemantauan terhadap suatu obyek, baik obyek diam maupun obyek bergerak, dimana terjadi proses pengiriman data dari obyek di lokasi pemantauan ke pusat pengiriman data [1]. Sistem pengukuran yang umum ini dilakukan menggunakan multimeter dalam mengetahui kinerja dan karakteristik panel surya. Tetapi sistem pengukuran ini tidak dapat diterapkan diberbagai kondisi seperti panas terik, hujan dan gangguan lainnya.

Jadi dalam penulisan Tugas Akhir ini, dilakukan perancangan alat ukur berbasis Arduino yang dapat mengukur karakteristik panel surya secara real time. Dimana alat ukur ini dapat mengukur dan mengirimkan keluaran panel surya yang dibutuhkan dalam bentuk arus hubung singkat, tegangan hubung buka dan suhu lingkungan. Dimana sistem pemantauan menggunakan program PLX_DAQ yang dijalankan oleh PC serta telah terintegrasi ke spreadsheet excel yang mampu menampilkan serta data secara langsung. Dalam penulisan tugas akhir ini, diharapkan untuk memudahkan pengguna teknologi panel surya dalam memantau kinerja operasi panel surya.

1.2Perumusan Masalah

Adapun yang menjadi rumusan masalah dari Tugas Akhir ini adalah:

1. Merancang alat ukur berbasis Arduino untuk mengukur karakteristik panel surya dengan perangkat sensor.

2. Melakukan pemograman perangkat sensor dalam Arduino. 3. Melakukan pengujian alat ukur terhadap panel surya. 4. Menghitung besar tingkat ketelitian pembacaan alat ukur.

1.3Batasan Masalah

Agar isi dan pembahasan tugas akhir ini menjadi terarah, maka penulis perlu membuat batasan masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalah pada penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Parameter yang diamati dari panel surya adalah tegangan, arus dan suhu. 2. Alat ukur menggunakan Arduino Uno, sensor tegangan, sensor arus dan

sensor suhu.

3. Bahasa pemograman yang digunakan adalah Bahasa C yang telah disediakan di library Arduino.

4. Melakukan kalibrasi alat ukur terhadap multimeter dan PHB-318. 5. Melakukan pengujian terhadap panel surya Polycrystalline.

1.4Tujuan Penulisan Tugas Akhir

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah merancang alat ukur berbasis Arduino untuk mengukur langsung karakteristik panel surya seacara real time.

1.5 Metode Penelitian

Metode penelitian yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Studi literatur

Dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan karya penelitian yang terdiri dari buku-buku referensi baik yang dimiliki oleh penulis atau dari perpustakaan dan juga dari artikel, jurnal, situs ilmiah dan lain-lain.

2. Pemilihan bahan

Melakukan pemilihan bahan dalam membuat alat ukur. 3. Perancangan alat ukur

Melakukan perancangan alat ukur dari komponen yang dipilih 4. Pengujian dan kalibrasi alat

1.6Sistematika Penulisan

Untuk memberikan gambaran mengenai tugas akhir ini, maka penulis menyusun sistematika penulisan sebagai berikut:

BAB I. PENDAHULUAN

Bab ini membahas tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini membahas dasar teori yang berhubungan dengan perancangan arduino energi meter.

BAB III METODOLOGI DAN PERANCANGAN

Bab ini berisi metodologi dan perancangan alat ukur Arduino energi meter.

BAB IV PENGUJIAN

Bab ini berisi tentang pengujian alat ukur terhadap panel surya

BAB V PENUTUP

Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dalam pengembangan Tugas Akhir ini.

ABSTRAK

Pengukuran pemantauan, pengambilan dan pengolahan data merupakan hal yang penting dalam menentukan karakteristik panel surya. Dan untuk memenuhi kebutuhan pengukuran, pemantauan, pemantauan dan pengolahan data dibutuhkan teknik baru. Dalam pengerjaan Tugas Akhir ini, dirancang alat ukur berbasis Arduino untuk mengukur karakteristik panel surya dengan menggunakan sensor arus, sensor tegangan dan sensor suhu yang dapat digunakan secara real time. Aplikasi PLX-DAQ yang dijalankan PC dan telah terintegrasi ke Arduino serta dapat menampilkan dan merekam data secara langsung. Parameter yang diukur yaitu arus hubung singkat, tegangan hubung buka dan suhu. Dalam pengerjaan tugas akhir ini dilakukan pengujian alat ukur terhadap panel surya. Dari hasil pengujian, alat ukur yang dirancang mempunyai tingkat galat masing-masing, 0.4% untuk sensor tegangan, 1.31% untuk sensor arus dan 1.25% untuk sensor suhu. Alat layak dipergunakan karena masih dibawah batas toleransi ± 5%.

TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN ARDUINO ENERGI METER UNTUK MENGUKUR KARAKTERISTIK PANEL SURYA

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Oleh

ANDRI D SIMAMORA 110402045

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

RANCANG BANGUN ARDUINO ENERGI METER UNTUK MENGUKUR KARAKTERISTIK PANEL SURYA

Oleh :

ANDRI D SIMAMORA NIM : 110402045

Disetujui Oleh : Pembimbing,

Ir. Arman Sani MT NIP : 19641128 199102 1 001

Diketahui Oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,

Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si NIP : 195405311986011002 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

ABSTRAK

Pengukuran pemantauan, pengambilan dan pengolahan data merupakan hal yang penting dalam menentukan karakteristik panel surya. Dan untuk memenuhi kebutuhan pengukuran, pemantauan, pemantauan dan pengolahan data dibutuhkan teknik baru. Dalam pengerjaan Tugas Akhir ini, dirancang alat ukur berbasis Arduino untuk mengukur karakteristik panel surya dengan menggunakan sensor arus, sensor tegangan dan sensor suhu yang dapat digunakan secara real time. Aplikasi PLX-DAQ yang dijalankan PC dan telah terintegrasi ke Arduino serta dapat menampilkan dan merekam data secara langsung. Parameter yang diukur yaitu arus hubung singkat, tegangan hubung buka dan suhu. Dalam pengerjaan tugas akhir ini dilakukan pengujian alat ukur terhadap panel surya. Dari hasil pengujian, alat ukur yang dirancang mempunyai tingkat galat masing-masing, 0.4% untuk sensor tegangan, 1.31% untuk sensor arus dan 1.25% untuk sensor suhu. Alat layak dipergunakan karena masih dibawah batas toleransi ± 5%.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan rahmat yang telah diberikan-Nya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “Rancang Bangun Arduino Energi Meter Untuk Mengukur Karakteristik Panel Surya”. Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk menyelesaikan studi dan memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk orang tua yang telah membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak ternilai harganya, yaitu Saut Manurung Simamora (+) dan Norita Hutasoit, saudara kandung penulis, Indro Bethesda Simamora, Asna Exsaudi Simamora, Tulus Michael Simamora dan Charles Jeremia Simamora atas seluruh perhatian dan dukungannya hingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.

Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis mendapat dukungan, dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis hendak menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar – besarnya kepada :

1. Bapak Ir. Arman Sani, MT selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk memberikan bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama penyusunan Tugas Akhir ini. Terima kasih sebesar – besarnya penulis ucapkan untuk Beliau.

2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si. dan Rahmad Fauzi, S.T., M.T., selaku dosen pembanding Tugas Akhir.

3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si., selaku Dosen Wali penulis sekaligus Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU

4. Bapak Rachmat Fauzi, S.T., M.T., selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT USU.

5. Seluruh staf pengajar dan administrasi Departemen Teknik ELektro, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

6. Teman – teman stambuk 2011: Josua D Napitupulu, Andriadi Sinaga, Juanda Hasugian, Hans Sihombing, Winner roedily, Longser Tampubolon, Putra Hasiholan, Irvan Pandapotan, Harry Panjaitan, Hendrik Hutagalung, , Samgar Siahaan, dan teman – teman 2011 lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.

7. Teman – Teman Pelayanan : Rianto Pakpahan, S.T., Dasma Sipayung, S.Si., Johny Hutabarat, S.Hut. , dan teman-teman lain yang tidak bisa penulis ucapkan satu per satu.

8. Teman – teman yang berencana pergi ke Mosco yakni Ricki Sitorus, Mangatur Sihombing, Risjen Sianturi, Fandry H Panggabean, Christo P Surbakti, Henry C P situmorang, Afrisanto Pakpahan

9. Semua abang – kakak senior dan adik – adik junior yang telah mau berbagi pengalaman dan motivasi kepada penulis.

10.Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, penulis ucapkan terima kasih banyak.

11.Terkhusus buat Royansah Ginting yang sudah banyak memberi waktu dan pikiran dalam membantu dalam mengerjakan tugas akhir ini.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini tidak luput dari kesalahan – kesalahan, baik segi tata bahasa maupun dari segi ilmiah. Untuk itu, penulis akan menerima dengan terbuka, segala saran dan kritik yg ditujukan untuk memperbaiki Tugas Akhir ini. Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi penulis dan pembaca.

Medan, Agustus 2016 Penulis

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... ix

DAFTAR LAMPIRAN ... x

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 1

1.3 Batasan Masalah ... 2

1.4 Tujuan Penulisan Tugas Akhir ... 2

1.5 Metode Penelitian ... 2

1.6 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II TEORI DASAR ... 4

2.1 Mikrokontroler ... 4

2.2 Arduino Uno ... 5

2.2.1 Daya ... 5

2.2.2 Memori ... 6

2.2.3 Input dan Output ... 6

2.2.4 Piranti Komunikasi Arduino ... 6

2.2.5 Pemograman Arduino ... 8

2.4 Sensor Tegangan ... 12

2.5 Sensor Suhu ... 13

2.6 PLX-DAQ ... 16

2.7 Kalibrasi ... 17

2.7.1 Peralatan Kalibrasi ... 17

2.8 Pengukuran ... 20

BAB III METODOLOGI DAN PERANCANGAN ... 21

3.1 Gambaran Umun Alat ... 21

3.2 Perancangan Perangkat Keras ... 21

3.2.1 Sensor Arus ... 21

3.2.2 Sensor Tegangan ... 22

3.2.3 Sensor Suhu ... 23

3.3 Perancangan Perangkat Lunak ... 23

3.3.1 Inisialisasi Program ... 25

3.3.2 Fungsi Setup ... 25

3.3.3 Fungsi Loop ... 26

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ... 27

4.1 Pengujian Alat ... 27

4.2 Pengujian Sensor Arus ... 27

4.3 Pengujian Sensor Tegangan ... 30

4.4 Pengujian Sensor Suhu ... 34

5.1 Kesimpulan ... 36

5.2 Saran ... 36

DAFTAR PUSTAKA ... 37

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Bentuk fisik ATmega328 ... 5

Gambar 2.2 Arduino Uno ... 5

Gambar 2.3 Bentuk fisik sensor arus ... 11

Gambar 2.4 Bentuk fisik sensor tegangan ... 12

Gambar 2.5 Bentuk fisik DS18B20 ... 13

Gambar 2.6 Register temperatur ... 14

Gambar 2.7 Pencatuan dengan metode parasite power ... 15

Gambar 2.8 pencatuan dengan metode konvensional ... 15

Gambar 2.9 Program PLX-DAQ... 16

Gambar 2.9 Bentuk nyata DT380 Series... 18

Gambar 2.10 Bentuk nyata DT380 Series... 18

Gambar 2.12 Bentuk fisik PHB-318 ... 19

Gambar 3.1 Diagram blok sistem ... 21

Gambar 3.2 Rangkaian skematik pengukur arus... 22

Gambar 3.3 Rangkaian skematik pengukur tegangan ... 22

Gambar 3.4 Rangkaian skematik pengukur suhu ... 23

Gambar 3.5 Diagram alir perangkat lunak ... 24

Gambar 4.1 Rangkaian pengujian sensor arus ... 27

Gambar 4.2 Pengujian sensor arus terhadap panel surya ... 28

Gambar 4.3 Perbandingan hasil pengukuran sensor arus dengan amperemeter .... 28

Gambar 4.4 Grafik perbandingan hasil pengukuran Arduino energi meter Amperemeter ... 30

Gambar 4.6 Pengujian sensor tengangan terhadap panel surya ... 31 Gambar 4.7 Perbandingan pengukuran voltmeter dengan sensor tegangan ... 32 Gambar 4.8 Grafik perbandingan hasil pengukuran Arduino energi meter

dengan Voltmeter ... 33 Gambar 4.9 Pengujian sensor suhu terhadap panel surya ... 34 Gambar 4.10 Grafik perbandingan hasil pengukuran Arduino energi meter

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Fungsi pin sensor arus ACS712 ... 12

Tabel 2.2 Deskripsi pin DS18B20 ... 14

Tabel 2.3 Spesifikasi DT830 Series untuk pengukuran arus searah ... 18

Tabel 2.4 Spesifikasi DT830 Series untuk pengukuran tegangan searah ... 19

Tabel 2.5 Spesifikasi PHB-318 dalam pengukuran suhu ... 20

Tabel 4.1 Hasil pengujian antara Arduino energi meter dengan amperemeter ... 29

Tabel 4.2 Hasil pengujian Arduino energi meter dengan sensor tegangan ... 32

DAFTAR LAMPIRAN

v

2.4 Sensor Tegangan ... 12

2.5 Sensor Suhu ... 13

2.6 PLX-DAQ ... 16

2.7 Kalibrasi ... 17

2.7.1 Peralatan Kalibrasi ... 17

2.8 Pengukuran ... 20

BAB III METODOLOGI DAN PERANCANGAN ... 21

3.1 Gambaran Umun Alat ... 21

3.2 Perancangan Perangkat Keras ... 21

3.2.1 Sensor Arus ... 21

3.2.2 Sensor Tegangan ... 22

3.2.3 Sensor Suhu ... 23

3.3 Perancangan Perangkat Lunak ... 23

3.3.1 Inisialisasi Program ... 25

3.3.2 Fungsi Setup ... 25

3.3.3 Fungsi Loop ... 26

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ... 27

4.1 Pengujian Alat ... 27

4.2 Pengujian Sensor Arus ... 27

4.3 Pengujian Sensor Tegangan ... 30

4.4 Pengujian Sensor Suhu ... 34

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 36

vi

5.1 Kesimpulan ... 36

5.2 Saran ... 36

DAFTAR PUSTAKA ... 37

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Bentuk fisik ATmega328 ... 5

Gambar 2.2 Arduino Uno ... 5

Gambar 2.3 Bentuk fisik sensor arus ... 11

Gambar 2.4 Bentuk fisik sensor tegangan ... 12

Gambar 2.5 Bentuk fisik DS18B20 ... 13

Gambar 2.6 Register temperatur ... 14

Gambar 2.7 Pencatuan dengan metode parasite power ... 15

Gambar 2.8 pencatuan dengan metode konvensional ... 15

Gambar 2.9 Program PLX-DAQ... 16

Gambar 2.9 Bentuk nyata DT380 Series... 18

Gambar 2.10 Bentuk nyata DT380 Series... 18

Gambar 2.12 Bentuk fisik PHB-318 ... 19

Gambar 3.1 Diagram blok sistem ... 21

Gambar 3.2 Rangkaian skematik pengukur arus... 22

Gambar 3.3 Rangkaian skematik pengukur tegangan ... 22

Gambar 3.4 Rangkaian skematik pengukur suhu ... 23

Gambar 3.5 Diagram alir perangkat lunak ... 24

Gambar 4.1 Rangkaian pengujian sensor arus ... 27

Gambar 4.2 Pengujian sensor arus terhadap panel surya ... 28

Gambar 4.3 Perbandingan hasil pengukuran sensor arus dengan amperemeter .... 28

Gambar 4.4 Grafik perbandingan hasil pengukuran Arduino energi meter Amperemeter ... 30

Gambar 4.5 Rangkaian pengujian sensor tegangan ... 31

viii

Gambar 4.6 Pengujian sensor tengangan terhadap panel surya ... 31 Gambar 4.7 Perbandingan pengukuran voltmeter dengan sensor tegangan ... 32 Gambar 4.8 Grafik perbandingan hasil pengukuran Arduino energi meter

dengan Voltmeter ... 33 Gambar 4.9 Pengujian sensor suhu terhadap panel surya ... 34 Gambar 4.10 Grafik perbandingan hasil pengukuran Arduino energi meter

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Fungsi pin sensor arus ACS712 ... 12

Tabel 2.2 Deskripsi pin DS18B20 ... 14

Tabel 2.3 Spesifikasi DT830 Series untuk pengukuran arus searah ... 18

Tabel 2.4 Spesifikasi DT830 Series untuk pengukuran tegangan searah ... 19

Tabel 2.5 Spesifikasi PHB-318 dalam pengukuran suhu ... 20

Tabel 4.1 Hasil pengujian antara Arduino energi meter dengan amperemeter ... 29

Tabel 4.2 Hasil pengujian Arduino energi meter dengan sensor tegangan ... 32

Tabel 4.3 Hasil pengujian Arduino energi meter dengan PHB-318 ... 34

x

DAFTAR LAMPIRAN