Unit Pengontrol Berbasis Mikrokontroler pada Sistem Penganalisis Komponen Frekuensi Harmonisa Arus Beban Peralatan Listrik

  

Unit Pengontrol Berbasis Mikrokontroler

pada Sistem Penganalisis Komponen Frekuensi

Harmonisa Arus Beban Peralatan Listrik

TUGAS AKHIR

  

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada

Program Studi Teknik Elektro

disusun oleh:

  

Lucia Santi Palupi D

NIM : 035114004

  

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

  

Microcontroller-Based Control Unit of Load

Current Harmonic Frequency Component

Analyzer of Electrical Device

FINAL PROJECT

  

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

To Obtain the SARJANA TEKNIK Degree

In Electrical Engineering

  

By:

Lucia Santi Palupi D

  

Student Number : 035114004

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

  

“Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir yang saya tulis ini

tidak memuat karya atau bagian karya orang lain,

kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka,

sebagaimana layaknya karya ilmiah.”

  Yogyakarta, 12 november 2008 Lucia Santi Palupi D

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :

Nama : Lucia Santi Palupi D

  Nomor Mahasiswa : 035114004

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

UNIT PENGONTROL BERBASIS MIKROKONTROLER PADA SISTEM

  

PENGANALISIS KOMPONEN FREKUENSI HARMONISA ARUS

BEBAN PERALATAN LISTRIK

beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan

kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, me-

ngalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data,

mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Internet atau media

lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun

memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai

penulis. Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO

  

Per Aspera Ad Astra

(dari duri menjadi bintang)

  

“Untuk segala sesuatu ada masanya, untuk apapun di bawah

langit ada waktunya. Ada waktu untuk lahir, ada waktu untuk

meninggal, ada waktu untk menanam, ada waktu untuk

mencabut yang ditanam; …… ada waktu untuk menangis, ada

waktu untuk tertawa; …… Ia membuat segala sesuatu indah

pada waktunya,………” PENGKHOTBAH 3:1~11

  

There can be Miracles when you believe

Kupersembahkan karya tulis ini kepada :

• * Papa dan mamaku
• * Orang-orang yang sayang kepadaku

  

INTISARI

Penggunaan beban peralatan listrik non linear, mengakibatkan bentuk

gelombang arus tidak sama dengan bentuk gelombang tegangan. Bentuk

gelombang (arus) yang tidak sinus akan menimbulkan adanya komponen

harmonisa yang menyebabkan banyak implikasi pada jala-jala listrik. Unit

pengontrol berbasis mikrokontroler pada sistem penganalisis komponen frekuensi

harmonisa arus beban peralatan listrik mampu merekam bentuk gelombang yang

diperoleh dari sumber agar sesuai dengan kenyataan. Bentuk gelombang nantinya

dapat terlihat pada unit penampil komponen harmonisa arus peralatan listrik dan

akan mempermudah pengukuran nilai rmsnya.

  Unit pengontrol berbasis mikrokontroler pada sistem penganalisis

komponen frekuensi harmonisa arus beban peralatan listrik menggunakan dua

mikrokontroler. Mikrokontroler I berfungsi memberikan sinyal kendali digital ke

BPF agar BPF ditala pada frekuensi tertentu (fundamental atau harmonisa),

menerima amplitudo tegangan komponen harmonisa keluaran BPF melalui ADC,

dan mengirimkan data hasil pembacaan amplitudo komponen harmonisa ke PC.

Mikrokontroler II berfungsi mengolah data sinyal tegangan keluaran penguat dari

sensor arus dan tegangan melalui ADC agar diketahui nilai I rms , V rms , dan P rms yang akan ditampilkan pada LCD.

  Dari hasil pengujian dan analisa, mikrokontroler I sudah terkoneksi

dengan baik, mampu mengirim dan menerima data. Mikrokontroler II belum

dapat mengukur nilai I dengan baik karena tingkat kesalahan pengukuran yang

rms

besar pada skala amplitudo masukan maksimum 5Ampere dengan tingkat

kesalahan pengukuran yang terjadi kurang dari 42%; pada skala amplitudo

masukan maksimum 500mA dengan tingkat kesalahan pengukuran yang terjadi

kurang dari 70%; pada skala amplitudo masukan maksimum 50mA dengan

tingkat kesalahan pengukuran yang terjadi kurang dari 51%; nilai V dengan

rms rms.

tingkat kesalahan kurang dari 2% pada jangkauan 195~240 V Untuk

pengukuran terbaik, disarankan agar alat ini digunakan pada jangkauan masukan

maksimal 5Vp. Pengukuran di luar jangkauan di atas dapat menghasilkan tingkat

kesalahan yang lebih besar.

  Kata kunci: rms, harmonisa, mikrokontroler.

  

ABSTRACT

The usage of non linear load in electrical equipments, caused current

waveform will not equal with voltage waveform. Current waveform not of sine

will generates the components of harmonic that made many implication in

electrics powerline. The control unit able to record the waveform obtained from

source in the order to fit the reality. The waveform will be displayed in display

unit of harmonic component of electric equipments current, and also will be easier

to measure the rms value.

The microcontroller-based analyzer control unit on the system of

harmonics frequency component in the electrical load current made use two

microcontrollers. Microcontroller I was functioned to transmit digital control

signal to the BPF so that the BPF is set on a particular frequency (fundamental or

harmonic), to receive voltage amplitude of output harmonic component from BPF

through ADC, and to send the result data of the harmonic component amplitude to

the PC. Microcontroller II was functioned to process the voltage signal data of the

reinforcement output from the current and voltage sensor through ADC, then the

  , V ,

values of I rms rms and P rms which would be calculate and presented on the LCD

calculated. st

  Based on the test and analysis results, 1 microcontroller had been nd

connected well and was able to transmit and receive data.2 Microcontroller

could make a calculation of I rms on a 5Ampere maximum input of amplitude scale

with the calculating error rate valued for less than 42%; on a 500mA maximum

input of amplitude scale with the calculating error rate valued for less than 70%;

on a 50mA maximum input of amplitude scale with the calculating error rate

valued for less than 51%; the value of V with the calculating error rate valued

rms

for less than 2% on the range of 195~240 V rms . For the best calculation, it is

suggested that this device is used on a 5Vp maximum input range. The calculation

beyond the range was mentioned above might lead into a bigger error rate.

  Keywords: rms, harmonic, microcontroller.

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas

berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya tulis berjudul

Unit Pengontrol Berbasis Mikrokontroler pada Sistem Penganalisis Komponen

Frekuensi Harmonisa Arus Beban Peralatan Listrik.

  Karya tulis ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma.

  

Penulisan skripsi ini didasarkan pada hasil-hasil yang penulis dapatkan selama

tahap perancangan, pembuatan dan pengujian alat.

  Penulisan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak. Untuk itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada:

  1. Kedua orang tua penulis yang telah memberikan semangat dan doa yang tak pernah putus sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

  

2. Bapak Martanto, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing I karya tulis yang telah

meluangkan waktu, tenaga, dan pikirannya untuk membimbing penulis.

  

3. Bapak A. Bayu Primawan, S.T., M.Eng., selaku dosen pembimbing II karya

tulis yang telah meluangkan waktu, tenaga, dan pikirannya untuk membimbing penulis.

  

4. Ibu Bernadeta Wuri Harini S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  6. Rekan-rekan yang telah membantu penulis dalam pengerjaan karya tulis ini: Yanto TE’03, Sukur TE’03 (software dan downloader), Guntur TE’03 , Frederik Erik TE’04, Zainal TE’04.

  7. Segenap dosen dan laboran Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma.

  8. Segenap karyawan sekretariat Fakultas Teknik.

  9. Teman-teman mahasiswa jurusan Teknik Elektro dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu atas setiap bantuannya.

  Penulis menyadari bahwa masih banyak kelemahan dan kekurangan dari penulisan karya tulis ini. Oleh karena itu segala kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penulis harapkan.

  Akhir kata, semoga skripsi ini berguna bagi semua pihak dan dapat menjadi bahan kajian lebih lanjut.

  

Yogyakarta, 4 November 2008

Penulis

  

DAFTAR ISI

................................................................................. i

  HALAMAN JUDUL HALAMAN JUDUL DALAM BAHASA INGGIS ......................... ii HALAMAN PENGESAHAN OLEH PEMBIMBING ................. iii HALAMAN PENGESAHAN OLEH PENGUJI .......................... iv PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ........................................ v LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI vi KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ....... vii PERSEMBAHAN DAN MOTTO .................................................

  

INTISARI ....................................................................................... viii

ABSTRACT ................................................................................... ix KATA PENGANTAR ................................................................... x xii DAFTAR ISI .................................................................................. xv DAFTAR GAMBAR ..................................................................... xviii DAFTAR TABEL .......................................................................... xix DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................

  BAB I. PENDAHULUAN .............................................................

  1

  1.1 Judul .......................................................................................................... 1

  1.2 Latar Belakang ........................................................................................... 1

  1.3 Tujuan ....................................................................................................... 4

  1.4 Manfaat ...................................................................................................... 4

  1.5 Batasan Masalah ........................................................................................ 5

  1.6 Metodologi Penelitian ................................................................................ 6

  1.7 Sistematika Penulisan ................................................................................ 6

  2.1.2 Nilai Rms dari Gelombang Pulsa Kotak ........................................... 9

  2.1.3 Nilai Rms dari Gelombang Segitiga ................................................. 10

  

2.2 Pencuplikan ................................................................................................ 10

  

2.3 Pengubahan Digital ke Analog .................................................................. 13

  

2.4 Mikrokontroler AT89S52 .......................................................................... 16

  2.4.1 Fasilitas yang dimiliki AT89S52 ..................................................... 16

  2.4.2 Deskripsi fungsi pin dari AT89S52 ................................................ 17

  2.4.3 Pewaktu CPU ................................................................................... 19

  2.4.4 Komunikasi Serial ............................................................................ 20

  

2.5 Pengubah Level TTL ke Level Serial ....................................................... 23

  

2.6 Konfigurasi Port Serial............................................................................... 24

  

2.7 LCD HD44780 ........................................................................................... 26

  2.7.1 DDRAM............................................................................................ 27

  2.7.2 CGRAM ............................................................................................ 28

  2.7.3 CGROM ............................................................................................ 28 ....................................... 29 BAB III. PERANCANGAN RANGKAIAN

  

3.1 Diagram Blok ............................................................................................. 29

  

3.2 Perancangan Perangkat Lunak ................................................................. 30

  3.2.1 Kerangka Utama Program Mikrokontroler I .................................... 30

  3.2.2 Kerangka Utama Program Mikrokontroler II .................................. 35

  

3.3 Perancangan Perangkat Keras .................................................................... 45

  3.3.1 Antarmuka Mikrokontroler AT89s52 dengan HD44780.................. 45

  3.3.2 Antarmuka Mikrokontroler AT89s52 dengan ADC ......................... 46

  48 BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................

  

4.1 Program Mikrokontroler I ......................................................................... 48

  4.1.3 Program Mulai .................................................................................. 50

  

4.2 Analisa Alat dan Program Mikrokontroler II ............................................ 52

  4.2.1 Analisa Data Tegangan .................................................................... 52

  4.2.2 Analisa Data Arus ............................................................................ 54

  4.2.3 Analisa Data Daya............................................................................. 61 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ........................................

  67

  

5.1 Kesimpulan ................................................................................................ 67

  

5.2 Saran........................................................................................................... 68

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2-1. Gelombang sinusoidal ................................................................ 8

Gambar 2-2. Pulsa kotak ................................................................................. 9

Gambar 2-3. Gelombang segitiga ................................................................... 10

Gambar 2-4. Sinyal analog x(t).[3] ................................................................. 12

Gambar 2-5. Deretan pulsa x (t) .[3] ................................................................ 12

p

  

Gambar 2-6. Hasil pencuplikan x ( ) t .[3] ....................................................... 13

_s

Gambar 2-7. Diagram blok pengubah analog ke digital ................................. 13

Gambar 2-8 konfigurasi kaki pada ADC0804 ................................................ 15

Gambar 2-9 Konfigurasi Pin AT89S52 .......................................................... 17

Gambar 2-10 Menghubungkan kristal sumber detak ...................................... 20

Gambar 2-11 Susunan bit dalam register SCON ............................................ 23

Gambar 2-12 Level tegangan TTL dan RS232 pada pengiriman huruf ‘A’

tanpa bit paritas ............................................................................................... 24

Gambar 2-13 merupakan gambar konektor port serial DB-9 pada bagian

belakang CPU [5] ........................................................................................... 25

Gambar 2-14. Pin LCD HD44780 .................................................................. 27

Gambar 2-15. Hubungan posisi tampilan dan alamat DDRAM ..................... 28

Gambar 3-1. Diagram blok perancangan sistem penganalisis komponen

frekuensi harmonisa arus beban peralatan listrik ............................................ 29

  

Gambar 3-4. Diagram alir ambil data dari ADC ............................................. 34

Gambar 3-5. Diagram alir kirim data ke PC ................................................... 34

Gambar 3-6. Diagram alir kerangka utama program mikrokontroler I ........... 36

Gambar 3-7. Diagram alir subrutin inisialisasi LCD ...................................... 37

Gambar 3-8. Diagram alir subrutin kirim perintah ......................................... 37

Gambar 3-9. Diagram alir subrutin ambil nilai tegangan dan arus,

kuadratkan, dan jumlahkan ............................................................................. 39

Gambar 3-10. Diagram alir subrutin hitung rerata dan akar ........................... 40

Gambar 3-11. Diagram alir subrutin akarkan ................................................. 42

Gambar 3-11(lanjutan). Diagram alir subrutin akarkan .................................. 43

Gambar 3-12. Diagram alir subrutin hitung hasil akhir .................................. 45

Gambar 3-13. Diagram alir subrutin kirim data .............................................. 45

Gambar 3-14. Antarmuka AT89s52 dengan HD44780 .................................. 46

Gambar 3-15. Antarmuka AT89s51 dengan HD44780 .................................. 47

Gambar 4-1. Eksekusi menu cek koneksi ....................................................... 49

Gambar 4-2. Eksekusi menu pemilihan skala arus dan orde BPF .................. 50

Gambar 4-3. Eksekusi menu mulai ................................................................. 51

Gambar 4-4. Pengamatan pengesetan frekuensi pusat BPF oleh

mikrokontroler I ......................................................................... 54 rms

  

Gambar 4-5. Grafik kesalahan pengukuran tegangan (V ) .......................... 56

  rms

Gambar 4-8. Grafik kesalahan pengukuran arus (V ) .................................. 59

p

  Gambar 4-9. Bentuk gelombang keluaran penyearah presisi (V ) pada skala

  5 Ampere .................................................................................... 59

Gambar 4-10. Grafik kesalahan pengukuran arus (%) .................................... 61

rms

  

Gambar 4-11. Grafik kesalahan pengukuran arus (I ) .................................. 61

p

  

Gambar 4-12. Offset Gain pada skala 500mA (V ) ........................................ 61

Gambar 4-13. Grafik kesalahan pengukuran tegangan (%) ............................ 63

rms

  

Gambar 4-14. Grafik kesalahan pengukuran arus (V ) ................................ 63

p

  

Gambar 4-15. Offset Gain pada skala 50mA (V ) .......................................... 63

Gambar 4-16. Hasil pengamatan V rms alat pembanding ................................. 66

Gambar 4-17. Hasil pengamatan I alat pembanding ................................... 66

rms

  

Gambar 4-18. Hasil pengamatan V , I , dan P LCD ............................. 66

rms rms rms

  DAFTAR TABEL

Tabel 2-1 Fungsi khusus port 3 ..................................................................... 18

Tabel 2-2 Konfigurasi kaki-kaki DB-9........................................................... 25

Tabel 4-1. Data pengamatan pengambilan dan pengolahan data bit dari ADC serta data bit masukan manual oleh mikrokontroler I ........ 52

Tabel 4-2. Data pengamatan pengesetan frekuensi pusat BPF oleh

mikrokontroler I ........................................................................... 54 Tabel 4-3. Data kesalahan pengukuran tegangan (V rms

  ) ................................. 56 Tabel 4-4. Data kesalahan pengukuran arus (I rms

  ) skala amplitudo masukan maksimum 5Ampere .................................................................... 58 Tabel 4-5. Data kesalahan pengukuran arus (I rms

  ) skala amplitudo masukan maksimum 500 mA ....................................................................... 60 Tabel 4-6. Data kesalahan pengukuran arus (I rms

  ) skala amplitudo masukan maksimum 50 mA ......................................................................... 62 Tabel 4-7. Data pengamatan daya (P

rms

  ) dan perhitungan teoritis skala amplitudo masukan maksimum 5 Ampere .................................... 65 Tabel 4-8. Data pengamatan daya (P

rms

  ) dan perhitungan teoritis skala amplitudo masukan maksimum 500 mA ...................................... 65 Tabel 4-9. Data pengamatan daya (P

rms

  ) dan perhitungan teoritis skala amplitudo masukan maksimum 500 mA ...................................... 65

  

DAFTAR LAMPIRAN

Listing Program Mikrikontroler I .................................................................... L1

Listing Program Mikrikontroler II .................................................................. L7

Datasheet AT89s52 ......................................................................................... L47

Datasheet HD44780U ..................................................................................... L76

Datasheet ADC0804 ....................................................................................... L87

BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Judul

  Unit Pengontrol Berbasis Mikrokontroler pada Sistem Penganalisis Komponen Frekuensi Harmonisa Arus Beban Peralatan Listrik

  1.2 Latar Belakang

  Kemajuan dalam bidang elektronika membawa perkembangan dalam hal peralatan listrik dan peralatan elektronika. Peralatan listrik baik dalam dunia industri maupun peralatan rumah tangga mengarah pada aplikasi elektronika.

  Penggunaan beban peralatan listrik non linear, mengakibatkan bentuk gelombang arus tidak sama dengan bentuk gelombang tegangan.

  Bentuk gelombang yang tidak sinus akan menimbulkan adanya komponen harmonisa, yaitu frekuensi-frekuensi lain selain frekuensi fundamental.

  Komponen harmonisa arus dapat menimbulkan banyak implikasi pada jala-jala listrik. Selain itu dapat menimbulkan rugi-rugi daya, menginterferensi saluran komunikasi, dan dapat menyebabkan pemanasan.[1]

  Dalam keseharian sering dilakukan pengukuran nilai rms (root-

  mean-square

  ) dari tegangan dan arus AC dengan menggunakan alat pengukur tegangan dan arus (baik analog maupun digital), namun

  2 sebagian besar voltmeter yang ada hanya akurat jika digunakan untuk mengukur nilai rms tegangan AC yang berbentuk sinusoidal. Oleh karena itu, akan lebih baik jika ada alat ukur yang akurat untuk mengukur nilai rms tegangan dan arus AC yang mempunyai bentuk selain sinusoidal dan dapat menampilkan bentuk gelombangnya, misalnya mempunyai bentuk pulsa kotak, dan segitiga.[1]

  Pada sistem penganalisis komponen frekuensi harmonisa arus beban peralatan listrik diperlukan peralatan yang mampu merekam bentuk gelombang yang diperoleh dari sumber agar sesuai dengan kenyataan yang nantinya bentuk gelombang dapat terlihat pada unit penampil. Untuk memperoleh bentuk gelombang arus beban peralatan listrik, sistem menggunakan sensor arus berupa resistor yang akan diambil besaran tegangan pada saat resistor dialiri arus listrik, sedangkan sensor tegangan menggunakan resistor sebagai pembagi tegangan dan dilakukan penguatan tegangan. Sinyal tegangan keluaran penguat dari sensor arus dan tegangan selanjutnya diolah oleh mikrokontroler II setelah sebelumnya melalui ADC untuk diketahui nilai Irms dan Vrms sehingga dapat dihitung nilai

  

Prms . Sinyal tegangan keluaran penguat dari sensor arus kemudian

  dimasukkan ke dalam BPF terkendali digital. BPF ditala pada frekuensi tertentu (fundamental atau harmonisanya), yang dikendalikan oleh mikrokontroler. Tegangan keluaran filter dimasukkan ke dalam rangkaian yang dapat mengambil nilai puncak gelombang, yang kemudian dihubungkan ke pengubah tegangan analog menjadi data digital. Data

  3 digital kemudian direkam oleh mikrokontroler I sesuai dengan komponen frekuensi harmonisa orde tertentu sesuai penalaan BPF. Setiap kali mengubah frekuensi pusat dari BPF, dilakukan pengukuran terhadap amplitudo gelombang. Hasil pembacaan amplitudo komponen harmonisa ini dapat langsung dikirimkan ke PC. Kemudian data diproses lebih untuk menggambarkan grafik hubungan antara amplitudo arus beban komponen harmonisa sebagai fungsi orde frekuensi harmonisa listrik jala-jala. Sarana bantu pemrograman menggunakan Visual Basic.

  Pada penelitian ini, akan dirancang suatu unit pengontrol berbasis mikrokontroler pada sistem penganalisis komponen frekuensi harmonisa arus beban peralatan listrik yang akan mengukur nilai rms dari tegangan dan arus AC dengan menggunakan Mikrokontroler AT89s52. Unit ini akan menampilkan nilai rms dari masukan tegangan dan arus AC pada LCD dan mengendalikan sistem dengan mengatur frekuensi tengah pada BPF yang berupa frekuensi fundamental dan frekuensi harmonisa hingga frekuensi yang ke-31, agar menghasilkan keluaran berupa frekuensi dan tegangan pada frekuensi tertentu. Keluaran tersebut akan digunakan sebagai data bagi unit penampil pada sistem penganalisis komponen frekuensi harmonisa arus beban peralatan listrik, sehingga nantinya dapat digunakan untuk menampilkan bentuk gelombang yang diamati pada sistem penganalisis komponen frekuensi harmonisa arus beban peralatan listrik.

  4

  1.3 Tujuan

  Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membuat suatu unit pengontrol berbasis mikrokontroler pada sistem penganalisis komponen frekuensi harmonisa arus beban peralatan listrik.

  1.4 Manfaat

  Manfaat yang dapat dicapai dari penelitian ini yaitu :

  1. Tersedianya suatu unit pengontrol berbasis mikrokontroler pada sistem penganalisis komponen frekuensi harmonisa arus beban peralatan listrik.

  2. Tersedianya suatu literatur tentang aplikasi mikrokontroler untuk instrumentasi, yaitu alat ukur nilai rms dari masukan tegangan AC dan sistem penganalisis komponen frekuensi harmonisa arus beban peralatan listrik.

  3. Dengan tersedianya unit pengontrol ini, maka akan mempermudah pengukuran nilai rms dan komponen harmonisa arus peralatan listrik.

  4. Memberi hasil nilai rms yang akurat untuk masukan tegangan AC yang mempunyai bentuk selain sinusoidal, serta keluaran yang berupa frekuensi dan tegangan pada frekuensi tertentu. Keluaran tersebut akan digunakan sebagai data bagi unit penampil pada sistem penganalisis komponen frekuensi harmonisa arus beban peralatan listrik, sehingga nantinya dapat digunakan untuk menampilkan bentuk gelombang yang diamati pada sistem.

  5

1.5 Batasan Masalah

  Perangkat yang akan dirancang mempunyai batasan-batasan sebagai berikut:

  1. Proses pengendalian berbasis pemrograman mikrokontroler.

  P

  2. Menggunakan 2 buah mikrokontroler, sebagai penghitung dan _rms pengendali sistem penganalisis komponen frekuensi harmonisa arus beban peralatan listrik.

  3. Mikrokontroler I (AT89s52) sebagai pengendali sistem dengan mengendalikan sistem dengan mengatur frekuensi tengah pada BPF yang berupa frekuensi fundamental 50Hz beserta frekuensi harmonisanya hingga frekuensi yang ke-31, dengan keluaran berupa frekuensi dan tegangan pada frekuensi tertentu yang akan digunakan sebagai data bagi unit penampil pada sistem penganalisis komponen frekuensi harmonisa arus beban peralatan listrik.

  4. Mikrokontroler II (AT89s52) sebagai penghitung P dengan _rms masukan berupa tegangan dan arus yang akan dihitung rmsnya dan diolah agar mendapatkan P yang akan ditampilkan pada LCD. _rms

  5. Menggunakan 3 skala amplitudo masukan maksimum yaitu 0,05 Ampere; 0,5 Ampare; 5 Ampere.

  6

  1.6 Metodologi Penelitian

  Agar dapat melakukan perancangan perangkat lunak dengan baik, maka penulis membutuhkan masukan serta referensi yang didapatkan dengan metode :

  1. Studi kepustakaan yang mencakup pengumpulan dan penyusunan literatur dan bahan dari referensi yang ada.

  2. Perancangan, pembuatan, dan pengujian perangkat lunak maupun perangkat keras serta kasimpulan.

  3. Penyusunan laporan.

  1.7 Sistematika Penulisan

  Sistematika penulisan dibagi menjadi beberapa bab, yaitu:

  BAB I. Berisi latar belakang penelitian, tujuan dan manfaat penelitian, batasan masalah, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan. BAB

  II. Berisi dasar teori meliputi nilai rms (root-mean-square), pencuplikan, pengubahan analog menjadi digital (ADC), mikrokontroler AT89S52, pengubah level TTL ke level serial, konfigurasi port serial, LCD HD44780

  BAB III. Berisi perancangan perangkat lunak dan perangkat keras. BAB IV. Berisi pembahasan. BAB V. Berisi kesimpulan dan saran.

BAB II DASAR TEORI

2.1 Nilai Rms (root-mean-square)

  Nilai rms digunakan untuk mengukur efektifitas sebuah sumber arus dalam memberikan daya pada sebuah beban dan menentukan keakuratan penghantaran suatu alat dan tingkat arus suatu alat. Nilai rms suatu gelombang dapat dihitung sebagai: _T

  1

  2 I = _rms I dt (2-1) ∫

  T

  dengan T adalah perioda waktu dan I adalah arus dari gelombang. Nilai rms gelombang arus yang berbentuk pulsa sinusoidal dan pulsa kotak dapat dihitung juga dengan persamaan 2-1. Secara umum, nilai rms merupakan akar dari kuadrat rata-rata suatu gelombang. Apabila gelombang menjadi rusak sampai pada harmonisanya, nilai rms dapat dihitung secara individual. Nilai rms dari gelombang, sesungguhnya dapat didekati dengan kombinasi nilai rms setiap harmonisanya, seperti ditunjukkan pada persamaan 2-2.

  2

  2

  

2

  2

  I I I ... I (2-2) _{rms dc rms rms rms} = _{( 1 ) ( 2 ) ( )} + + + _n dengan I adalah arus komponen DC, _{dc rms rms} I dan _{( 1 ) ( n )} I adalah nilai rms dari frekuensi fundamental dan komponen harmonik ke-n, secara individu.

• I

  8 Pengukuran nilai rms berguna dalam perhitungan daya, seperti dalam rumus berikut ini:

  P

  V I

  (2-3) _{ac rms rms} = dengan P adalah daya ac,

_{ac rms rms}

I adalah nilai rms arus, dan V adalah nilai rms tegangan yang didapat melalui perhitungan yang serupa untuk mendapatkan nilai

  I . [2] _rms

2.1.1 Nilai Rms dari Gelombang Sinusoidal

  Nilai puncak (peak) gelombang arus yang berbentuk sinusoidal merupakan nilai maksimum gelombang baik pada bagian positif ataupun negatif. Nilai ini ditunjukkan oleh

  I dan − _{p p} I pada gambar 2-1.

  1

  1 Gambar 2-1. Gelombang sinusoidal.

  Nilai puncak-ke-puncak (peak-to-peak) gelombang merupakan nilai dari puncak positif ke puncak negatif dan dapat dihitung dengan

  I

  2 I (2-4) _{pp p} =

1 Nilai rms dari gelombang arus yang berbentuk sinusoidal adalah

  9

  I _p

1 I =

  _rms (2-5)

  2 Untuk gelombang arus yang berbentuk setengah gelombang sinusoidal, nilai rms yang dihasilkan dapat dihitung dengan

  T

01 I =

  _{rms p}

  I

  (2-6)

  1 2 T .

  1

2.1.2 Nilai Rms dari Gelombang Pulsa Kotak

  Nilai puncak (peak) gelombang arus yang berbentuk pulsa kotak merupakan nilai maksimum gelombang pada bagian positif. Nilai ini ditunjukkan oleh I pada gambar 2-2. _p

  2 Gambar 2-2. Pulsa kotak.

  Nilai rms dari gelombang arus yang berbentuk pulsa kotak adalah

  T

  02 I

  I

  (2-7) _{rms p} =

  2 T

  2

  10

2.1.3 Nilai Rms dari Gelombang Segitiga

  Nilai puncak (peak) gelombang arus yang berbentuk segitiga merupakan nilai maksimum gelombang pada bagian positif. Nilai ini ditunjukkan oleh I pada gambar 2-3.

  p3 Gambar 2-3. Gelombang segitiga.

  Nilai rms dari gelombang segitiga adalah

  3

  3

  

2

• _{I p T ( T − T ) T − T}

3 I

  03

  3 03 (

  3 03 ) _rms =

  (2-8)

  T − T

  3T

  3

  03

  3 T

  Untuk nilai =

  2T maka nilai rms dari gelombang segitiga yang

  3

  03 dihasilkan sesuai dengan persamaan 2-9.

  1 I = _{rms p}

  I

  (2-9)

  3

  3

2.2 Pencuplikan

  Proses pencuplikan dapat dilakukan dengan berbagai cara. Cara

  11 saklar dan mekanisme penyimpan bekerja untuk menghasilkan deretan cuplikan dari sinyal masukan yang kontinyu. Hasil dari proses pencuplikan disebut Pulse Amplitude Modulation (PAM) karena interval keluaran yang berturutan dapat digambarkan sebagai deretan pulsa dengan amplitudo tertentu sesuai dengan sinyal masukan. Sinyal analog yang mendekati sinyal masukan bisa didapatkan kembali (direkonstruksi) dari sinyal PAM dengan low-pass filter sederhana.

  Sinyal dengan band terbatas, yaitu sinyal yang tidak mempunyai komponen spektral diatas f hertz. Sinyal dengan band terbatas dapat

  m

  ditentukan secara unik dengan nilai tercuplik pada interval T detik, dengan

  s

  1 T ≤ _s (2-10) 2 f _m dan laju pencuplikan (sampling rate) adalah

  1

  f = _s

  (2-11)

  T _s

  Dalam hal ini terdapat batasan untuk laju pencuplikan, dikenal sebagai kriteria Niquist (Niquist criterion), yaitu

  f ≥ _{s m} 2 f

  (2-12) sehingga laju pencuplikan sering juga disebut sebagai laju Niquist. Kriteria ini merupakan syarat cukup supaya sinyal analog masukan bisa didapatkan kembali seutuhnya dari sinyal diskret tercuplik. [3]

  Pencuplikan yang ditinjau dari segi yang lebih praktis, sering disebut dengan pencuplikan praktis. Gelombang pencuplik pada

  12 pencuplikan praktis mempunyai amplitudo dan lebar pulsa yang berhingga. Gelombang yang dicuplik merupakan isyarat terbatasi waktu.

  Pencuplikan dilakukan dengan mengkalikan sinyal analog x(t) pada

  (t) gambar 2-4 dengan deretan pulsa x pada gambar 2-5. p

  Gambar 2-4. Sinyal analog x(t).[3] Gambar 2-5. Deretan pulsa x (t) .[3]

  p

  Setiap pulsa mempunyai lebar T dan amplitudo T 1 . Proses pengkalian dapat diartikan sebagai proses pembukaan dan penutupan suatu saklar.

  Deretan data hasil pencuplikan x t yang ditunjukkan pada _s ( ) gambar 2-6 dinyatakan sebagai

  x ( ) ( ) ( ) t = x t x t _{s p}

  (2-13) Pencuplikan ini juga disebut pencuplikan natural karena puncak dari tiap

  13

  x t

  Gambar 2-6. Hasil pencuplikan ( ) .[3] _s

2.3 Pengubahan Analog ke Digital

  Pengubah sinyal analog menjadi sinyal digital disebut penyandi atau encoder. Gambar 2-7 memperlihatkan diagram blok pengubah analog ke digital.

  Gambar 2-7. Diagram blok pengubah analog ke digital. Gambar 2-7 memperlihatkan masukan berupa sinyal analog yang diubah menjadi bentuk biner pada bagian keluaran dari bit paling rendah

  (LSB) sampai bit yang paling tinggi (MSB).

  Pengubah analog ke digital yang digunakan adalah ADC0804 yang dibuat untuk dapat langsung berhubungan dengan mikroprosesor baik Zilog 80, 8080, atau mikroprosesor 8 bit lainnya. Sinyal masukan maupun sinyal keluaran dari IC ini, sesuai untuk MOS dan TTL. IC ADC0804 mempunyai waktu pengubahan 100µS terhadap pengubahan masukan dan

  14 dan dapat menerima masukan analog berkisar 0Volt sampai 5Volt. Macam-macam pin (kaki) yang dimiliki oleh IC ADC0804:

  a. CS Berfungsi sebagai masukan. Pin ini sebagai chip select dari kontrol mikroprosesor.

  b. RD Berfungsi sebagai masukan. Pin ini sebagai kontrol untuk membaca data dari mikroprosesor.

  c. WR Berfungsi sebagai masukan. Pin ini sebagai kontrol untuk menulis data ke mikroprosesor.

  d. CLK

  IN Berfungsi sebagai masukan. Pin ini sebagai pengatur detak.

  e. INTR Berfungsi sebagai keluaran. Pin ini sebagai sarana untuk memberikan interupsi pada masukan interupsi mikroprosesor. _IN

  f. V (+) Berfungsi sebagai masukan. Pin ini merupakan jalan masuk bagi sinyal analog masukkan positif. _IN

  g. V (-) Berfungsi sebagai masukan. Pin ini merupakan jalan masuk bagi sinyal analog masukan negatif.

  15 h. A GND Berfungsi sebagai masukan daya. Pin ini sebagai pembulatan analog. i.

  2 Berfungsi sebagai masukan. Pin ini merupakan jalan masuk bagi tegangan acuan yang lain (±). j. D GND Berfungsi sebagai keluaran. Pin ini sebagai pembulatan digital. k. DB7-DB0

  V _REF

  Berfungsi sebagai keluaran. Pin ini merupakan jalan keluaran bagi data keluaran bit7 sampai bit0. l. CLKR

  Berfungsi sebagai masukan. Pin ini sebagai pengatur detak dengan menghubungkannya ke resistor eksternal. _CC m. V (Or ref)

  Berfungsi sebagai masukan daya. Pin ini sebagai jalan masuk untuk catu daya +5volt dan tegangan acuan primer.

  Gambar 2-8 konfigurasi kaki pada ADC0804.

  16 Resolusi ADC dengan jumlah bit (n) dapat dihitung dengan

  V _mak resolusi Volt step

  = _n (2-14) 2 −

  1

2.4 Mikrokontroler AT89S52

  Mikrokontroler AT89S52 merupakan mikrokontroler yang kompatibel dengan Mikrokontroler 8052 buatan Intel dan mendukung komunikasi serial [4].

2.4.1 Fasilitas yang dimiliki AT89S52

  Pada mikrokontroler AT89S52 mempunyai beberapa fitur standar yaitu memiliki 4K bytes memori flash, 128 bytes RAM, 32 jalur I/O,

  watchdog timer, dua data pointer register, dua timer/counter 16-bit, 5

  sumber interupsi (dua buah interupsi eksternal dan tiga buah interupsi internal), port serial full-duplex, on-chip oscillator, dan untai clock.

  AT89S52 juga terdapat fasilitas ISP (In System Programming), yang artinya mikrokontroler ini mampu diprogram meskipun dalam kondisi bekerja, mikrokontroler AT89S52 memakai pin MOSI, MISO, dan SCK untuk flash programming (mengisi program). Gambar 2-9 memperlihatkan konfigurasi 40 kaki IC AT89S52.

  17 Gambar 2-9 Konfigurasi Pin AT89S52.

2.4.2 Deskripsi fungsi pin dari AT89S52