Sistem data logger kincir angin propeller berbahan kayu.

(1)

viii

INTISARI

Untuk mengetahui kinerja pembangkit listrik yang dihasilkan oleh kincir angin propeller berbahan kayu. Diperlukan data – data parameter tegangan, arus generator listrik, kecepatan angin, kecepatan poros dan arah angin. Sistem perekaman data tersebut dilakukan oleh piranti data logger.

Sistem data logger menggunakan Arduino Uno sebagai pusat pengolahan dari kelima sensor tersebut. Sensor tegangan, sensor arus, dan sensor kompas tersebut akan diambil sampling setiap 0,04 detik,lalu untuk sensor tegangan, sensor arus dan sensor kompas akan diolah samplingnya tadi setiap 0,4 detik, sedangkan untuk sensor kecepatan poros dan sensor kecepatan angin diambil sampling setiap 1 detik, setelah itu akan disimpan setiap 10 detiknya. Sebelum itu hasil pengolahan data akan ditampilkan di LCD 16x2 setiap detiknya.

Data logger kincir angin propeller berbahan kayu berhasil dibuat, dengan Tingkat keberhasilan sensor tegangan sebesar 99,3%, sensor arus sebesar 96,78%, kompas sebesar 98,1%, sensor kecepatan angin 79,7% dan sensor kecepatan poros sebesar 94,1%

(2)

ABSTRACT

To determine the performance of power generated by windmill wooden propeller. Need required data parameter such as voltage, current electric generator, wind speed , the shaft speed windmills and the wind direction. The data recording system is performed by the data logger.

The system uses an Arduino Uno as a center processing of the fifth sensor. A voltage sensor, a current sensor, and compass sensor sampling will be take every 0,04 second, and then to a voltage sensor, a current sensor and compass sensor will be processed every 0,4 second, while for shaft speed sensor and wind speed sensor sampling will be taken every 1 second. After that the fifth sensor will be recorder every 10 second. Before that the processing data of fifth sensor will be displayed on the LCD 16x2 every second.

Datalogger windmill wooden propeller is fully established, with successful precentage for voltage sensor is 99,3%, for a current sensor is 96,78%, for a compass sensor is 98,1%, for a wind speed sensor is 79,7% and for shaft speed sensor is 94,1%.

(3)

TUGAS AKHIR

SISTEM DATA LOGGER KINCIR ANGIN

PROPELER BERBAHAN KAYU

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Oleh :

LULUK ARIYANTO NIM : 125114024

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

(4)

FINAL PROJECT

DATA LOGGER SYSTEM WINDMILL

WOODEN PROPELLER

Presented Partial Fullfillment of the Requirements

To Obtain the Sarjana Teknik Degree

In Electrical Engineering Study Program

LULUK ARIYANTO NIM : 125114024

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA 2016

(5)

(6)

(7)

(8)

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP

MOTTO :

Jalani hidup dengan optimism dan kesabaran

Dengan ini kupersembahkan karyaku untuk …..

Bapak, Ibu, dan keluargaku tercinta,

Sahabat – sahabatku yang selalu setia bersama,

Teman-teman seperjuanganku Teknik Elektro 2012,

Dan semua orang yang hadir didalam kehidupanku

(9)

(10)

viii

INTISARI

(11)

ABSTRACT

(12)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah S.W.T karena atas segala rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini dengan baik. Laporan tugas akhir ini disusun untuk memenuhi syarat memperoleh gelar sarjana.

Selama pembuatan tugas akhir ini penulis menyadari bahwa begitu banyak pihak yang memberikan bantuan baik berupa idea tau gagasan, dukungan moral, maupun bantuan materi. Oleh karena itu, peneliti ingin mengucapkan terimakasih kepada :

1. Drs. Johanes Eka Priyatma, M.Sc., Ph.D, selaku Rektor Universitas Sanata Dharma 2. Sudi Mungkasi, S.Si., M. Math. Sc., Ph. D selaku Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi

3. Petrus Setyo Prabowo, S.T., M.T., selaku ketua Program Studi Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma.

4. Dr. Iswanjono, selaku dosen pembimbing yang dengan penuh setia, kesabaran dan pengertian untuk membimbing dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

5. Martanto, S.T.,M.T. dan Augustinus Bayu Primawan, S.T., M.Eng. selaku dosen penguji yang telah memberi masukkan, kritik dan saran serta merevisi penulisan tugas akhir ini.

6. Seluruh dosen yang telah mengajarkan banyak ilmu yang bermanfaat selama menempuh pendidikan di Universitas Sanata Dharma.

7. Keluarga penulis terutama bapak, ibu, kakak dan adek yang telah banyak memberikan dukungan doa, kasih sayang dan motivasi selama menempuh pendidikan di Universitas Sanata Dharma.

8. Keluarga besarku yang telah memberi dukungan selama menempuh pendidikan di Universitas Sanata Dharma.

9. Sahabat – sahabatku :Sambu Rezpatia, Andita Prastiti, Rico, Erik yang selalu ada untuk membantuku, menyemangatiku dan menghiburku.

10.Teman – teman seperjuangan Teknik Elektro 2012 yang telah menemani pada saat menempuh pendidikan di Universitas Sanata Dhama.

11.Semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu yang telah banyak memberikan banyak bantuan dan dukungan dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

(13)

(14)

xii

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL (Bahasa Indonesia) ………i

HALAMAN JUDUL(Bahasa Inggris)………...ii

HALAMAN PERSETUJUAN………... iii

HALAMAN PENGESAHAN……… iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA……….v

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP………. vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS……….vii

INTISARI………...viii

ABSTRACT……….ix

KATA PENGANTAR………x

DAFTAR ISI………..xii

DAFTAR GAMBAR……….xvi

BAB I PENDAHULUAN………..1

1.1. Latar Belakang………...1

1.2. Tujuan da Manfaat Penelitian………3

1.3. Batasan Masalah………3

1.4. Metodologi Penelitian………...4

BAB II DASAR TEORI………...6

2.1. Pengondisi Sinyal………...6

2.2. Pembagi Tegangan………...7

(15)

xiii

2.4. HMC5883L………8

2.5. Optocoupler………9

2.6. Led………. 11

2.7 Arduino Uno Rev3……….13

2.7.1. Spesifikasi Arduino Uno Rev3………14

2.7.2. Pemrograman Arduino IDE……….15

2.7.3. Komunikasi Serial Arduino……….17

2.8. LCD………...17

2.9. IC DS1307……….19

2.10. Saklar push button……….20

2.11. WCS 1800……….22

2.12. Rancang bangun Anemometer 3 mangkuk………23

2.12.1. Angin……….23

2.12.2. Mangkuk Anemmeter………...24

2.12.3. Momen Inersia………..24

2.13. Proses Pensamplingan Data………..28

BAB III RANCANGAN PENELITIAN………...29

3.1. Konsep Dasar.………..29

3.2. Perancangan Perangkat Keras………..29

3.2.1. Sensor Tegangan………29

3.2.2. Sensor Arus………30

3.2.3. Sensor Kompas………..33

3.2.4. Sensor Kecepatan Kincir Angin………34

(16)

xiv

3.2.6. Arduino Uno……….37

3.2.7. Tombol……….39

3.2.8. Format Paket Data………40

3.3. LCD………41

3.4. Skema Pemasangan………41

3.5. Diagram Alir Utama Data logger………..41

3.5.1. Diagram Alir Subrutin Data Tegangan dan Arus………41

3.5.2. Diagram Alir Subrutin Pengolahan Data kec.kincir dan kec. Angin.………..42

3.5.3. Diagram Alir Subrutin Kompas………..42

3.5.4. Diagram Alir Subrutin Penyimpanan Data……….42

3.6. Desain Boks Data logger………..43

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN………48

4.1. Bentuk Fisik data logger dan Hardware elektronik………48

4.1.1. Bentuk Fisisk data logger………..48

4.1.1.1. Rangkaian Catu Daya DC………...49

4.1.1.2. Rangkaian Pembagi Tegangan………49

4.1.1.3. Rangkaian Pengondisi Sinyal……….50

4.1.1.4. Rangkaian Reset ekternal dan LCD karakter………..51

4.2. Pengujian Alat………...51

4.2.1. Sensor Tegangan………...51

4.2.2. Sensor Arus………...53

4.2.3. Sensor Kompas………..54

(17)

4.2.5. Sensor Kecepatan Poros……….57

4.2.6. Pengujian RTC dan SD Card………...58

4.2.7. Pengujian Keseluruhan………...59

4.3. Pengujian dan Pembahasan Perangkat Lunak………...59

4.3.1. Inisialisai I/O………..60

4.3.2. Pensamplingan Data………...60

4.3.3. Pengolahan Data………...61

4.3.4. Penyimpanan Data………..60

4.3.5. Menampilakn ke LCD………...61

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN………..63

5.1. Kesimpulan………63

5.2. Saran………...63

DAFTAR PUSTAKA………..64

(18)

xvi

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1.1. Blok Diagram Sistem Keseluruhan Kincir Angin

Propeller Berbahan Kayu………...2

Gambar 1.2. Diagram Blok Perancangan………..5

Gambar 2.1. Rangkaian Penguat Selisih Tegangan………..6

Gambar 2.2. Rangkaian Buffer……….7

Gambar 2.3. Rangkaian Dasar Pembagi Tegangan………..8

Gambar 2.4. Konfigurasi LM358……….8

Gambar 2.5. Pin HMC5883L………...9

Gambar 2.6. Simbol Optocoupler………10

Gambar 2.7. (a). Rangkaian Phototransistor Common Emiter Amplifier………....10

Gambar 2.7.(b). Rangkaian Phototransistor Common Colector Amplifier………..10

Gambar 2.8. Konfigurasi LED……….12

Gambar 2.9. Rangkaian Indikator LED………...13

Gambar 2.10. Konfigurasi Pin Arduino Uno………...15

Gambar 2.11. Pin Mapping ATmega168/328………..15

Gambar 2.12. Perangkat LUnak Arduino Uno IDE versi 1.6.6………...16

Gambar 2.13. LCD 16x2………..18

Gambar 2.14.(a). Simbol Tombol tekan NO(Normally Open)………21

Gambar 2.14.(b). Simbol tombol tekan NC(Normally Close)….………21

Gambar 2.15.(a). Rangkaian tombol tekan pull up………..21

(19)

xvii

Gambar 2.16. Rangkaian Reset Eksternal……….………22

Gambar 2.17. Ilustrasi Hall Effect sensor……….22

Gambar 2.18. Konfigurasi sensor Arus hall effect………...23

Gambar 2.19. Perbandingan antara Tegangan Keluaran dengan Arus Masukan WCS1800………23

Gambar 2.20. Momen inersia sebah titik partikel terhadap poros………...24

Gambar 2.21. Batang Uniform dengan sumbu putar melalui salah satu ujung……...25

Gambar 2.22. Setengah bola dengan sumbu putar melalui salah satu ujung……...25

Gambar 2.23. Poros bermagnet dengan sumbu putar melalui pusatnya………..26

Gambar 2.24. Sketsa mangkuk anemometer ideal………...27

Gambar 2.25.(a). Tinjau Segitiga x………..28

Gambar 2.25.(b). Tinjau segitiga y………..28

Gambar 3.1. Rangkaian pembagi tegangan dan nilai komponen………...….30

Gambar 3.2. Grafik persamaan sensor WCS1800………...31

Gambar 3.3. Rangkaian pengondisi sinyal………..32

Gambar 3.4. Konfigurasi DT- Sense 3 Axis compass………....33

Gambar 3.5. Tampak atas DT-Sense 3 axis compass………...…………..33

Gambar 3.6. Tampak bawah DT-Sense 3 axis compass………....34

Gambar 3.7. Skematik rangkaian lin tracking sensor………....35

Gambar 3.8.(a). Anemometer mangkuk………....36

Gambar 3.8.(b). Skematik sensor kecepatan angin………...36

Gambar 3.9. Tampa katas Arduino uno………37

Gambar 3.10. Rangkaian reset eksternal……….38

(20)

xviii

Gambar 3.11.(b). Rangkaian stop……….40

Gambar 3.12. Rangkaian LCD character 16x2………41

Gambar 3.13. Skematik pemasangan data logger beserta peralatan pendukung…..43

Gambar 3.14. Diagram alir utama dari data logger………..44

Gambar 3.15. Diagram alir subrutin pengolahan data tegangan dan arus…………45

Gambar 3.16. Diagram alir pengolahan data kec.kincir dan kec.angin…………....45

Gambar 3.17. Diagram alir subrutin pengolahan data kompas………46

Gambar 3.18.(a). boks tampak atas………..46

Gambar 3.18.(b). Boks tampak belakang……….…46

Gambar 3.18.(c). Boks tampang samping………....46

Gambar 3.19. Diagram alir subrutin penyimpanan data………..…....47

Gambar 4.1. Kotak sistem tampak atas………....48

Gambar 4.2. Kotak sistem tampak samping………....48

Gambar 4.3. Sensor kecepatan angin(anemometer)………....49

Gambar 4.4.(a). Rangkaian sistem data logger………...50

Gambar 4.4.(b). Rangkaian catu daya DC………..50

Gambar 4.4..(c). Rangkaian pembagi tegangan………..50

Gambar 4.4.(d). Rangkaian pengondisi sinyal………....50

Gambar 4.4.(e). Rangkaian reset eksternal……….50

Gambar 4.4.(f). Rangkaian LCD karakter………..50

Gambar 4.5. Voltmeter………...52

Gambar 4.6. Amperemeter…..………...52

Gambar 4.7. Grafik perbandingan tegangan voltmeter dengan data logger ...…52

(21)

xix

Gambar 4.9. Grafik berbandingan antara kompas data logger dengan

kompas android... 55

Gambar 4.10. Lampu Beban...………..55 Gambar 4.11. Ekor Kompas...……….55

Gambar 4.12. Grafik perbandingan antara anemometer data logger dengan anemometer ...56

Gambar 4.13. Anemometer...………....57

Gambar 4.14. Grafik perbandingan antara kecepatan poros data logger dengan Tachometer...58

Gambar 4.15. Contoh pengambilan data...59

Gambar 4.16. Inisialisasi I/O...60

(22)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Negara Indonesia adalah Negara kepulauan yang terletak di wilayah khatulistiwa dan diapit oleh dua benua: Asia dan Australia. Kurang lebih dua per tiga wilayah Indonesia adalah lautan dan mempunyai garis pantai terpanjang di dunia, yaitu kurang lebih 80791,42km. Itulah mengapa Indonesia merupakan wilayah potensial untuk mengembangkan pembangkit energi bertenaga angin. Kecepatan angin di daerah pantai Indonesia rata-rata 5 m/detik. Di beberapa daerah misalnya Laktutus, Atambua, NTT kecepatan angin dapat mencapai hingga 12meter/detik.

Di Laktutus sudah pernah dibangun beberapa kincir angin dengan propeler berbahan logam, akan tetapi karena desain tidak memperhatikan kondisi riil dearah tersebut, sehingga kincir angin tersebut tidak dapat bertahan lama. Telah dilakukan studi perbandingan di Rembang untuk melihat kincir angin petani garam. Sebagian besar kincir garam menggunakan propeler dari bahan kayu dan dapat bertahan lama. Telah dilakukan implementasi awal kincir garam dan diuji coba di daerah pantai selatan Yogyakarta. Dengan kecepatan angin 4-7 meter/detik kincir dapat bekerja dengan baik dan kinerja kincir angin masih dapat ditingkatkan, akan tetapi dengan kecepatan angin yang ada belum ada alat yang membantu untuk mengoptimalkan energi angin yang ada.

Berdasarkan hal-hal tersebut, tim peneliti dari Universitas Sanata Dharma yang diketuai oleh Dr. Ir. Iswanjono, M.T. melakukan penelitian desain dan implementasi kincir angin propeler berbahan kayu dengan variasi bentuk sudu, sudut belok, dan sudut putar. Kincir ini akan digunakan untuk menggerakan generator listrik. Kecepatan putar poros kincir dan pemilihan beban listrik akan dikontrol secara otomatis untuk mendapatkan energi yang optimal. Sistem secara keseluruhan dibagi menjadi empat bagian. Bagian pertama terdiri dari kincir angin propeler berbahan kayu, bagian kedua terdiri dari sensor dan sistem data logger, bagian ketiga terdiri dari sistem pengirim radio telemetri, dan bagian keempat terdiri dari sistem penerima dan sistem akuisisi data seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.1. Berdasarkan Gambar 1.1 ,maka dibuatlah ide untuk membuat data logger. Data logger sendiri dapat didefinisikan sebagai suatu sistem yang berfungsi untuk mengambil,

(23)

mengumpulkan dan menyiapkan data hingga memprosesnya untuk menghasilkan data yang dikehendaki [1].

Gambar 1.1. Blok Diagram Sistem Keseluruhan Kincir Angin Propeler Berbahan Kayu

Data logger ini merupakan pengembangan yang telah dibuat oleh IbIKK Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma [2],Dimana data logger ini nantinya akan menyimpan data dari tegangan, arus, kecepatan putar kincir angin, kecepatan angin dan juga selain itu ada juga arah angin, dimana untuk meningkatkan kecepatan putar dari kincir angin, maka kincir angin harus lebih fleksibel bisa mengarah kesegala arah. Dengan menggunakan Arduino Uno sebagai pengolah data dan juga untuk mengirimkan data tersebut ke penampil data, memilih Arduino Uno dikarenakan adanya kesesuaian beberapa sensor yang dipakai dengan Arduino Uno baik itu library maupun port yang digunakan. Selain itu untuk menunjang semua itu maka didalam data logger akan ada sensor tegangan, sensor arus, sensor arah angin, sensor kecepatan putar kincir angin dan juga sensor untuk kecepatan angin.

Sensor-sensor ini akan bekerja secara terus-menerus lalu akan menyimpan data kedalam SDCard setiap 10 detik sekali secara real time. Untuk menyimpan data secara real time maka menggunakan RTC atau Real Time Clock, lalu menggunakan RTC Shield v1.0 yang telah sesuai dengan Arduino Uno. Lalu untuk membuat sensor tegangan menggunakan pembagi tegangan, dimana perkiraan tegangan maksimum yang akan dihasilkan oleh kincir

Arduino Uno Rev3 Sensor Tegangan Sensor Arus Sensor Kecepatan Poros Sensor Kecepatan Angin Sensor Kompas

LCD Push Button

RTC & SD Shield

SD Card RTC DS1307

Sistem Data Logger

XBee USB Adapter XBee-PRO (S2B) Laptop/PC Sistem Penerima LED Push Button

Arduino Uno Rev3

XBee PRO Shield V1.1

XBee-PRO (S2B) Sistem Pengirim Kincir Angin Propeler Berbahan Kayu Generator AC Poros Kincir Angin Rectifier Angin

(24)

angin yaitu 60Voltdc. Lalu keluaran dari pembagi tegangan akan dihaluskan kembali dengan RC Filter. Untuk sensor arus menggunakan modul sensor arus WCS1800, dimana sensor WCS1800 ini memiliki kekuatan untuk mendeteksi arus maksimal yaitu sebesar 30 ampere [3]. Lalu untuk sensor arah angin menggunakan modul sensor kompas HMC5883L yang telah sesuai dengan setelan di dalam Arduino Uno. Selain itu menggunakan sensor rotary encoder untuk menghitung kecepatan putar dari kincir angin dan juga kecepatan angin itu sendiri.

1.2 Tujuan dan Manfaat Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah membuat data logger dengan pengolah data adalah Arduino Uno yang didalamnya ada real time clock dan Slot memori untuk menyimpan data dari beberapa sensor, seperti tegangan, arus, arah putar angin, kecepatan angin dan juga kecepatan putar kincir angin dalam optimalisasi kincir angin propeler berbahan kayu.

Manfaat dari penelitian ini adalah untuk menunjang optimalisasi energi listrik yang dihasilkan kincir angin propeler berbahan kayu. Sebagai tempat untuk menyimpan data sewaktu-waktu diperlukan untuk diteliti lebih lanjut.

1.3 Batasan Masalah

Supaya Tugas Akhir ini bisa mengarah pada tujuan dan untuk menghindari terlalu kompleksnya permasalahan yang muncul, maka perlu adanya batasan-batasan masalah yang sesuai dengan judul Tugas Akhir ini. Adapun batasan masalahnya adalah :

1. Menggunakan Arduino Uno untuk mengolah data dan juga mengirimkan data, Arduino Uno ini menggunakan Integrated Circuit (IC) ATmega 328, selain itu juga Arduino Uno untuk menampilkan ke LCD.

2. Menggunakan pembagi tegangan sebagai sensor tegangannya, dengan jarak tegangan 0 Volt dc sampai dengan 60 Volt dc. Dengan sensivitas 60:3,3

3. Sensor yang digunakan untuk arus adalah modul sensor WCS1800. Integrated Circuit (IC) WCS1800 merupakan jenis sensor hall effect jadi mengandalkan medan magnet untuk mendeteksi arusnya.dengan jarak arus dari 0 Ampere sampai dengan 25 Ampere. Dengan sensivitas 60mV/A

4. Untuk sistem real time nya menggunakan RTC Shield V1.0 yang telah sesuai dengan Arduino Uno. Lalu didalam RTC Shield V1.0 juga sudah terpasang ic

(25)

DS1307 sebagai ic Real Time clock dan kartu memori untuk menyimpan data yang telah diproses di Arduino Uno.

5. Sensor kompas menggunakan modul kompas HMC5883L yaitu DT- Sense 3 Axis Compass.

6. Sensor kecepatan angin menggunakan optocoupler,dengan jumlah rotary adalah 10.

7. Sensor kecepatan poros kincir angin menggunakan optocoupler dimana jumlah rotary adalah 16.

8. Menyimpan data pengukuran berupa data *,tanggal, jam, tegangan, arus, kecepatan poros kincir angin, kecepatan angin, arah angin, dan #.

9. Penyimpanan data setiap 10 detik sekali dan akan ditampilkan setiap detiknya. 10. Data disimpan dalam bentuk data text.

11. Menampilkan data yang tersimpan kedalam LCD 16x2.

1.4 Metodologi Penelitian

Berdasarkan pada tujuan yang ingin dicapai, metode-metode yang digunakan dalam menyusun tugas akhir ini adalah :

1. Studi literature, yaitu dengan cara mendapatkan data dengan cara membaca buku-buku dan jurnal-jurnal yang berkaitan dengan permasalahan yang dibahas dalam tugas akhir ini.

2. Eksperimen, yaitu dengan cara langsung melakukan praktek maupun pengujian terhadap hasil pembuatan alat dalam pembuatan tugas akhir ini.

3. Perancangan subsistem hardware. Tahap ini bertujuan untuk mencari bentuk model yang optimal dari sistem yang akan dibuat dengan mempertimbangkan dari berbagai factor permasalahan dan kebutuhan yang telah ditentukan. Pada Gambar 1.2 menunjukan diagram blok perancangannya.

4. Pembuatan subsistem hardware. Dalam pembuatan data logger ini mulai menyatukan beberapa sensor yang telah menjadi modul dan juga membuat sensor yang belum menjadi modul, lalu digabungkan menjadi satu dengan Arduino Uno. 5. Proses pengambilan data. Pengambilan data dilakukan setelah alat jadi dan juga mulai mengoperasikan kelima sensor tersebut untuk diambil data nya dengan bantuan kincir angin propeler berbahan kayu.

(26)

Kincir angin Sensor rotary encoder

sensor kecepatan angin

Sensor Line tracker sensor kecepatan poros

kincir angin

Sensor tegangan Sensor WCS1800 sensor arus

HMC5883L Sensor kompas

Generator Tombol

RTC Shield v1.0 Real time Clock

Arduino Uno

LCD

Gambar 1.2. Diagram Blok Perancangan

6. Analisis dan penyimpulan data percobaan. Analisis data dilakuka dengan cara mengecek performe alat (misal : kestabilan system dalam jangka waktu yang lama), keakurasian sensor yang ada di dalam data logger tersebut. Penyimpulan hasil percobaan dapat dilakukan setelah selsai melakukan analisis. Penyimpulan hasil dapat dilakukan dengan membandingkan data yang telah didapatkan dari data logger dengan dengan data yang telah terakurasi.

(27)

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Pengondisi Sinyal

Rangkaian pengondisi sinyal merupakan rangkaian yang digunakan untuk mengubah level tegangan sesuai dengan yang diinginkan. Rangkaian pengondisi sinyal sangat diperlukan bila tegangan yang diperlukan tidak tersedia oleh tegangan yang ada. Seperti rangkaian pengondisi sinyal yang dipakai untuk sensor WCS1800 yang disini akan dibuat. Sebelum membuat sebuah rangkaian pengondisi sinyal harus memperhatikan karakteristik sensor yang akan kita buatkan rangkaian pengondisi sinyalnya, dalam hal ini karakteristik dari WCS1800 adalah[3] : memiliki sensivitas 60mV/A, ketika arus 0 ampere, maka keluaran tegangan analog adalah 2,5volt dan ketika arus 25 ampere maka tegangan keluaran analog sebesar 2,5volt + (25volt*60mV/A) = 4 volt. Dengan karakteristik itu dapat dibuatlah pengondisi sinyal yang akan diinginkan, dimana karakteristik yang diinginkan adalah ketika 0 ampere keluaran tegangan analog adalah 0 volt dan ketika arus mencapai 25 ampere maka keluaran tegangan analog adalah 3,3volt. dengan karakteristik ini dibuat pengondisi sinyal yang sesuai yaitu yang menggunakan voltage subtraction.

Voltage subtraction atau penguat selisih tegangan adalah rangkaian penguat operasional (operational amplifier) dimana ada dua masukan yang akan diolah didalam penguat operasional ini. Dimana masukan pertama dari sensor yang akan dibuatkan pengondisi sninyal dan masukan kedua berasal dari tegangan offset. Fungsi dari tegangan offset itu sendiri adalah untuk mengenolkan nilai awal dari sensor WCS1800. Pada Gambar 2.1 menunjukan rangkaian dasar dari penguat selisih tegangan.

(28)

Dimana rangkaian penguat selisih tegangan memiliki persamaan [4] : Voff R R Vin R R R R R R Vout 2 4 2 4 2 3 1 3   

 (2.1)

Vout = m* (Vin +c) (2.2)

Selain rangkaian penguat selisih tegangan ini juga dibutukan rangkaian buffer. Rangkaian Buffer adalah rangkaian yang menghasilkan tegangan keluaran sama dengan tegangan masukannya. Fungsi rangkaian buffer pada peralatan elektronika adalah sebagai penyangga, dimana prinsip dasarnya adalah penguat arus tanpa terjadi penguatan tegangan. Rangkaian buffer ditunjukan pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2. Rangkaian Buffer [3]

Dengan metode hubung singkat antara jalur masukan pembalik (inverting) dan jalur keluaran, maka diperoleh perhitungan matematis : Vout = Vin, sehingga diperoleh nilai penguatan tegangan (Av) = �

�� = , dilihat dari hasil ini bisa dikatakan tidak terjadi

penguatan tegangan.

2.2. Pembagi tegangan

Rangkaian pembagi tegangan adalah sebuah rangkaian yang terdiri dari dua buah resistor yang diseri lalu diambil tegangan diantara sambungan resistor tersebut. Rangkaian pembagi tegangan berfungsi membagi tegangan input menjadi beberapa bagian tegangan keluaran. Pada Gambar 2.3 menunjukan rangkaian dasar dari pembagi tegangan. Dari Gambar 2.3 mendapatkan persamaan tegangan keluaran yaitu:

(29)

Gambar 2.3. Rangkaian dasar Pembagi Tegangan

2.3. LM358

Integrated Circuit (IC) LM358 merupakan ic penguatan operasional yang memiliki dua buah penguatan operasional (operational Amplifier) didalamnya, memiliki penguatan (gain) yang besar, IC ini memiliki single catu. Selain itu ic ini memiliki bandwidth yang lebar yaitu 1MHz. Untuk single catu dianjurkan tegangan maksimal adalah 32 volt dan minimal 3 volt[5]. Keluaran tegangan yang dihasilkan dari IC LM358 dari 0 volt sampai dengan 26 volt. Untuk konfigurasi IC LM358 ditunjukan dengan Gambar 2.4.

Gambar 2.4. Konfigurasi LM358

2.4. HMC5883L

HMC5883L merupakan jenis IC yang didesain untuk sensor magnetic dengan antarmuka digital untuk aplikasi seperti kompas dan juga magnetometry. Magnetometry adalah sebuah instrumen pengukuran yang digunakan untuk dua tujuan umum, yaitu untuk mengukur magnetisasi bahan magnet seperti feromagnet, atau untuk mengukur kekuatan dan, dalam beberapa kasus arah medan magnet pada suatu titik dalam ruang angkasa.

(30)

Didalam HMC5883L ini juga sudah terintegrasi untuk mengkalibrasi internal dan juga ada driver untuk degaussing. Konfigurasi pin HMC5883L ditunjukan pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5. Pin HMC5883L

HMC5883L sudah menjadi modul, salah satunya adalah DT- Sense 3 Axis Compass [6]. Spefisikasi dari modul DT- Sense 3 Axis Compass yaitu :

 Tegangan masukan 3,3 volt dc dan konsumsi arus rendah yaitu maksimal 100uA

 Memiliki sensor magnetoresistive 3 sumbu

 Memiliki jangkauan pembacaan medan magnet sampai dengan ± 8 Gauss dengan resolusi 5 miliGauss

 Akurasi kompas hingga 1-2

2.5. Optocoupler

Optocoupler merupakan piranti elektronik yang terdiri dari dua bagian utama yaitu LED (Light Emitting Diode) dan juga Phototransistor. Prinsip kerja optocoupler adalah: jika antara Phototransistor dan LED terhalang maka Phototransistor tersebut akan mati sehingga keluaran dari kolektor akan berlogika tinggi, sebaliknya jika antara LED dan Phototransistor tidak terhalang maka Phototransistor akan nyala dan keluaran dari kolektor akan berlogika rendah. Phototransistor adalah transistor yang dapat mengubah energi cahaya menjadi listrik dan memiliki penguat (gain) internal. Penguat internal yang terintegrasi ini menjadikan sensivitas atau kepekaan phototransistor terhadapa cahaya jauh lebih baik dari komponen pendeteksi yang lain. Cahaya yang diterima oleh phototransistor akan menimbulkan arus pada daerah basisnya dan menghasilkan penguatan arus hingga ratusan kali. Phototransistor juga digolongkan sebagai tranduser.

(31)

Prinsip kerja phototransistor hampir sama dengan transistor pada umumnya. Dimana arus pada basis transistor dikalikan untuk memberikan arus pada kolektor. Namun khusus untuk phototransistor, arus basis dikendalikan oleh jumlah cahaya yang diterimanya. Oleh karena itu fisik phototransistor hanya memiliki dua kaki yaitu kolektor dan emitter saja. Sedangkan terminal basisnya berbentuk lensa yang berfungsi untuk menangkap cahaya. Macam- macam konfigurasi common pada optotransistor ditunjukan pada Gambar 2.7. Pada prinsipnya adalah ketika basis phototransistor menerima cahaya yang tinggi, maka arus yang mengalir dari kolektor ke emitor akan semakin besar pula. Symbol Optocoupler ditunjukan pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6. Simbol Optocoupler

Ada dua konfigurasi common :

(a) (b)

Gambar 2.7. (a) Rangkaian Phototransistor Common Emiter Amplifier (b) Rangkaian Phototransistor Common Colector Amplifier

Perbedaan dari kedua common adalah jika Common Emiter Amplifier jika ada cahaya maka akan berlogika dari 1 menuju 0 tetapi Common Colector Amplifier jika ada cahaya maka akan berlogika dari 0 menuju 1. Fungsi phototransistor juga ada dua yaitu sebagai saklar dan juga penguat.

(32)

Perbedaan antara phototransistor dengan photodioda diantarnya adalah photodioda lebih cepat daripada phototransistor dalam hal respon frekuensi, jika dalam hal penguat (gain) phototransistor lebih tinggi daripada photodioda.

Rumusan untuk menghitung besar kecepatan angin dengan optocoupler sebagai alat pencacah adalah:

Rpm = _ _

∗

∶

(2.6)

Kecepatan angin =

∗�∗ _ _{_} _ ∗� :

:

(2.7)

Dimana : r : jari- jari lingkaran baling - baling/ mangkok.

Rumusan untuk menghitung kecepatan poros kincir angin dengan optocoupler sebagai alat pencacahnya adalah :

rpm = _ _ _

∗

(2.8)

2.6. Led

LED (Light Emitting Diode) adalah komponen elektronika yang terbuat dari bahan semi konduktor jenis dioda yang mampu memancarkan cahaya. LED mampu menghasilkan cahaya yang berbeda- beda menurut semi konduktor yang digunakan dan jenis bahan semi konduktor tersebut akan menghasilkan panjang gelombang yang berbeda, sehingga cahaya yang dihasilkan berbeda pula. LED adalah salah satu jenis dioda, maka LED memiliki dua kutub yaitu anoda dan katoda. Dalam hal ini LED akan menyala bila ada arus listrik yang mengalir dari anoda menuju katoda.

Pemasangan kutub LED tidak boleh terbalik karena apabila terbalik LED tidak akan menyala. Semakin tinggi arus yang mengalir pada LED maka semakin terang juga cahaya yang dihasilkan., namun perlu diperhatikan bahwa arus yang diperbolehkan adalah 10mA- 20mA dan tegangan 1,6 volt - 3,5 volt menurut karakter warna yang dihasilkan. Apabila arus yang mengalir melebihi 20mA, maka LED akan terbakar. Untuk menjaga supaya LED tidak

(33)

terbakar maka perlu adanya resistor sebagai penghambat arus.LED ditunjukan pada gambar 2.8.

Gambar 2.8. Konfigurasi LED

Berdasarkan gambar diatas, persamaan untuk mencari nilai tegangan menggunakan hukum ohm yaitu V=I*R, sehingga persamaan untuk mencari nilai resistor yang digunakan sebagai indicatoradalah:

� =

��−��

� (2.9)

Dimana :

V = Tegangan

I = Arus listrik

R = Resistor

Vs = Tegangan sumber

Vd = Tegangan LED

Tegangan kerja pada sebuah LED menurut warna yang dihasilkan [7]:

1. Infra merah : 1,6V

2. Merah : 1,8V – 2,1V 3. Oranye : 2,2V

4. Kuning : 2,4V 5. Hijau : 2,6V

6. Biru : 3,0V – 3,5V 7. Putih : 3,0V – 3,6V 8. Ultraviolet : 3,5V

(34)

Pada umumnya tegangan yang digunakan pada perancangan adalah tegangan minimal LED (Vmin LED), tegangan minimal LED adalah sebesar 1,5V. gambar 2.9

menunjukan rangkaian indicator LED

Gambar 2.9. Rangkaian Indikator LED

2.7. Arduino Uno Rev3

Arduino adalah sebuah platform elektronik yang open source, berbasis pada software dan hardware yang fleksibel dan mudah digunakan, yang ditujukan untuk para seniman, desainer, hobbies dan setiap orang yang tertarik dalam membuat objek atau lingkungan yang interaktif[7]. Nama arduino disini tidak hanya dipakai untuk menamai papan rangkaiannya saja, tetapi juga untuk menamai bahasa dan software pemrogramanya, serta Lingkungan pemrogramannya. Kelebihan arduino dari segi hardware mikrokontroler yang lain adalah:

 IDE(Integrated Development Environment) arduino merupakan multiplatform, yang dapat dijalankan diberbagai sistem operasi, seperti Windows, Macintosh, Linux

 IDE arduino dibuat berdasarkan pada IDE Processing, yang sederhana sehingga mudah digunakan

 Pemrograman arduino menggunakan kabel yang teerhubung dengan port USB, bukan port serial. Fitur ini juga berguna karena banyak koputer sekarang ini tidak memiliki port serial

 Arduino adalah hardware dan software open source- pengguna bisa mendownload software dan gambar rangkaian arduino tanpa harus membayar ke pembuat arduino

 Biaya hardware cukup murah, sehingga tidak menakutkan untuk membuat kesalahan

 Proyek arduino ini dikembangkan dalam lingkungan pendidikan, sehingga bagi pemula akan lebih cepat dan mudah untuk mempelajarinya.

 Memiliki begitu banyak pengguna dan komunitasdi internet yang dapat membantu setiap kesulitan yang dihadapi.

(35)

2.7.1 Spesifikasi Arduino Uno Rev3

Arduino Uno Rev3 adalah board sistem minimum berbasis mikrokontroler ATmega328 keluarga AVR. Arduino Uno Rev3 memiliki 14 digital input/output (6 diantaranya digunakan untuk PWM output), 6 analog input, 16 MHz crystal oscillator, USB connection, power jack, ICSP header, dan tombol reset. Beberapa pin Arduino Uno Rev3 memiliki keggunaan khusus, diantaranya: serial pin 0 dan 1, external intterups pin 2 dan 3, PWM pin 3, 5, 6, 9, dan 11, SPI pin 10, 11, 12 ,dan 13, LED pin 13, dan TWI pin A4 dan A5 . LED 13 merupakan built-in LED digital pin 13, ketika pin berlogika tinggi maka LED akan menyala begitu sebaliknya. Arduino menyimpan informasi sket program. Ketika Arduino di aktifkan maka LED 13 akan berkedip, begitu juga saat melakukan reset maka LED 13 akan berkedip.

Tegangan kerja yaitu sebesar 5V, dan tegangan masukan yang direkomendasikan adalah 7-12V bisa dari USB atau jack power. Arus keluaran dari arduino adalah 40mA untuk 5V dan 50mA untuk 3,3V. Didalam arduino uno juga ada regulator tegangan yaitu 3,3V.setiap pin digital bisa dih=gunakan untuk masukan maupun keluaran dengan fungsi arduino. 14 pin ini memiliki tegangan keluaran sebesar 5V. Setiap pin menyediakan ataupun menerima arus maksimal 40mA. Lalu ada tambahan pin untuk fungsi tertentu diantaranya adalah :

 Serial: pin 0(Rx) dan pin 1(Tx),digunakan untuk menerima (Rx) dan mengirim (Tx) serial data berupa tegangan TTL (5V dan 0V)

 Ekternal Interupt: pin 2 dan pin 3. Pin ini bisa digunakan untuk interupsi baik itu rising atau falling edge.

 Pin untuk mengatur pulse Width Modulator (PWM): pin 3, 5, 6, 9, 10 dan 11. Keluaran berupa 8 bit PWM.

 Pin untuk I2C : analog 4 (A4) atau Serial data (SDA) dan analog 5 (A5) atau Serial Clock (SCL)

Papan Arduino Uno Rev3 ditunjukan pada Gambar 2.10. Papan Arduino Uno Rev3 berbasis mikrokontoler ATmega328 keluarga AVR. Komponen ini merupakan bagian utama dari papan Arduino Uno Rev3, sehingga pengguna dapat menerapkan program kontrol untuk menjalankan papan Arduino Uno Rev3. Selain ATmega328, papan Arduino juga dapat diganti menggunakan mikrokontroler ATmega 8/Atmega 168 sesuai dengan kebutuhan pengguna. Gambar 2.11. menunjukkan deskripsi pin mapping ATmega168/328.

(36)

Gambar 2.10. Konfigurasi Pin Arduino Uno

Gambar 2.11. Pin Mapping ATmega168/328

2.7.2. Pemrograman Arduino IDE

Lingkungan pemrograman Arduino disebut IDE (Integrated Development Environment). Perangkat lunak Arduino IDE adalah aplikasi cross-platform ditulis dengan bahasa pemrograman java dan berasal dari IDE untuk bahasa pemrograman wiring project, hal ini dirancang untuk memudahkan pengguna yang baru mempelajari mikrokontroler dengan software development, termasuk didalam perangkat lunak dengan kode editor dan fitur seperti sintaks, brace pencocokan, dan identasi otomatis, serta mampu compile dan upload program dengan sekali perintah klik[7].

(37)

Gambar 2.12. Perangkat Lunak Arduino Uno IDE versi 1.6.6

Gambar 2.12. menuunjukkan perangkat lunak Arduino IDE versi 1.6.6. Perangkat lunak Arduino IDE dilengkapi dengan library C/C++, membuat operasi input/output jauh lebih mudah dipahami. Pengguna hanya perlu mendefinisikan dua fungsi untuk membuat program dapat dijalankan ketika dieksekusi pada papan Arduino Uno Rev3. Fungsi tersebut diantaranya:

1. Setup(), fungsi berjalan satu kali pada awal dari sebuah program yang dapat menginisialisasi masukan dan keluaran pada papan mikrokontroler Arduino Uno Rev3.

2. Loop(), fungsi yang dieksekusi berulangkali sampai papan mikrokontroler Arduino di non-aktifkan.

Bahasa pemrogrman Arduino adalah bahasa C++, dengan dukungan berkas library yang dapat menyederhanakan proses coding. C++ mendefinisikan beberapa jenis data yang berbeda. Sign variable memungkinkan mengolah data negatif dan positif, sedangkan unsigned variable hanya memungkinkan data positif. Tipe data yang digunakan dalam coding Arduino adalah void, boolean, char, unsigned char, byte, int, unsigned int, word, long, unsigned long, short, float, double, array, string-(char array), dan String-(object). Tipe data string memungkinkan penggunaan untuk memanipulasi teks string dalam cara yang lebih kompleks seperti melakukan penggabungan string, penambahan string, mengganti substring, dan lain sebaginya.

(38)

2.7.3. Komunikasi Serial Arduino

Komunikasi serial Arduino Uno Rev3 pada dasarnya terletak pada pin serial 0 (Rx) dan 1 (Tx) pada papan Arduino Uno Rev3 yang terhubung ATmega328. Komunikasi yang disediakan adalah UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) TTL (5 volt). Papan Arduino Uno Rev3 dilengkapi mikrokontroler ATmega16U2 yang memungkinkan komunikasi serial melalui USB dan muncul sebagai COM Port Virtual (pada komputer) sehingga papan Arduino Uno Rev3 dapat berinteraksi dengan perangkat komputer (Personal Computer). Firmware ATmega16U2 menggunakan driver standar USB COM dan tidak membutuhkan driver eksternal. Fitur serial monitor pada perangkat lunak Arduino IDE memungkinkan data tekstual sederhana dikirimkan ke dan dari papan Arduino. LED Rx dan Tx yang tersedia pada papan akan berkedip ketika data sedang dikirim atau diterima melalui chip USB-to-serial. Berkas library SoftwareSerial memungkinkan komunikasi serial pada beberapa pin digital Arduino Uno Rev3. IC ATmega328 pada Arduino Uno Rev3 juga mendukung I2C Two Wire Interface (TWI) menggunakan berkas library Wire dan komunikasi Serial Pheripheral Interface (SPI) menggunakan berkas library SPI.

Fungsi komunikasi merupakan instruksi dalam sket program yang digunakan untuk menjalankan program. Beberapa instruksi program yang digunakan dalam komunikasi serial Arduino adalah if(Serial), available(), availableForWrite(), begin(), end(), find(), findUntil(), flush(), parseFloat(), parseInt(), peek(), print(), println(), read(), readBytes(), readBytesUntil(), readString(), readStringUntil(), setTimeout(), write(), serialEvent().Beberapa instruksi yang umumnya dipakai dalam komunikasi serial arduino adalah instruksi begin() digunakan untuk mengatur baudrate atau kecepatan komunikasi umumnya bernilai 9600, instruksi available() digunakan untuk mendapatkan jumlah karakter atau byte yang telah diterima diserial port, instruksi read(), digunakan untuk membaca data yang telah diterima diserial port, instruksi println() sama seperti instruksi print() dengan penambahan enter, dan instruksi readStringUntil(), digunakan untuk membaca data dengan tipe data string sampai karakter yang ditentukan misalnya (“\n”) karakter enter.

2.8. LCD

LCD (liquid cell display) merupakan salah satu alat komponen elektronika yang berfungsi untuk menampilkan data berupa karakter. LCD yang digunakan adalah tipe M1632 yang ditunjukan pada gambar 2.13.

(39)

Gambar 2.13. LCD 16x2

LCD tipe ini memiliki 2 baris dimana masing – masing baris memuat 16 karakter. Selain itu LCD ini sangat mudah untuk dioperasikan, kebutuhan daya LCD ini hanya 5V. konfigurasi pin LCD M1632 dapat dilihat pada Tabel 2.1. dibawah ini.

Tabel 2.1. Konfigurasi Pin LCD M1632

No. Nama Fungsi

1 Vss 0V (GND)

2 Vcc 5V

3 VLC LCD Contrast Voltage

4 RS Register Select; H: Data Input; L: Instruction Input

5 RD H: Read; L: Write

6 EN Enable Signal

7 D0 Data bus 0

8 D1 Data bus 1

9 D2 Data bus 2

10 D3 Data bus 3

11 D4 Data bus 4

12 D5 Data bus 5

13 D6 Data bus 6

14 D7 Data bus 7

15 V+BL Positif backlight voltage (4-4.2V; 50-200mA)

(40)

2.9. IC DS1307

–

Real Time Clock (RTC)

IC DS1307 adalah sebuah IC real time clock yang dapat digunakan untuk menyimpan waktu. Perangkat ini juga mampu menyimpan data waktu, mulai dari detik, menit, jam, hari, hingga tanggal, bulan, dan tahun. IC DS1307 bekerja dengan menggunakan komunikasi serial I2C. ketika catu daya utama tidak aktif maka IC ini akan secara otomatis akan berpindah ke catuan dari baterai 3.2V.

Semua data yang diterima dari IC DS1307 sudah berupa data Binary Coded Decial (BCD). Pertukaran data menggunakan antarmuka I2C, yang setiap memulai pertukaran data, master device harus menginisialisasikan keadaan START dan diakhiri dengan keadaan STOP. Keadaan STRART terjadi apabila pin SDA berubah dari logika satu menjadi logika nol saat pin SCL berada pada logika satu. Sedangkan keadaan STOP terjadi saat pin SDA berubah dari logika nol ke logika satu saat pin SCL berada pada logika satu. Sedangkan pertukaran data terjadi pada saat pin SCL berada pada logika nol.

Memori IC DS1307 terdiri dua register utama, yaitu Timekeeper Register dan Control Register. Timekeeper Register berisi data-data pewaktuan, mulai dari detik, menit, jam, tanggal, bulan, tahun hingga hari. Sedangkan Control Register berisi bit untuk mengatur keluaran pin SQW/OUT. Saat Square Wave Output tidak aktif, bila bit Out bernilai satu, maka keluaran pin SQW/OUT juga akan bernilai satu. Bit SQWE berfungsi untuk mengaktifkan Square Wave Output. Apabila bit ini bernilai satu maka Square Wave Output akan aktif. Sedangkan nilai frekuensi yang dihasilkan tergantung dari kombinasi bit RS1 dan RS0. Pengaturan dan keluaran pin SQW/OUT ditunjukan pada Tabel 2.2. untuk memori pada IC DS1307 ditunjukan pada Tabel 2.3.

Tabel 2.2. Pengaturan dan Keluaran pin SQW/OUT [9]

RS1 RS0 Frekeunsi SQWE OUT

0 0 1 Hz 1 X

0 1 4096 Hz 1 X

1 0 8,192 KHz 1 X

1 1 32,768 KHz 1 X

X X 0 0 0

(41)

Tabel 2.3. Memori pada IC DS1307 [9]

Alamat Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit1 Bit 0 Fungsi Rentang

00h CH 10 detik Detik Detik 00-59

01h 0 10 detik Menit Menit 00-59

02h 12 10

jam 10 jam Jam Jam

1-12 +AM/P

M 00-23

02h 24 AM/

PM 10 jam Jam Jam 1-12

03h 0 0 0 0 0 Hari Hari 01-07

04h 0 0 10 tanggal Tanggal Tangga

l 01-31

05h 10

bulan Bulan Bulan 01-12

06h 10 tahun Tahun Tahun 00-99

07h OUT 0 0 SQWE 0 0 RS1 RS0 Control -

08h-3Fh RAM

56x8 00h- FFh

2.10. Saklar push button

Tombol tekan atau push button adalah bentuk saklar yang paling umum dari pengendali manual yang dijumpai di industry. Tombol tekan NO (normally open) menyambung ke rangkaian ketika tombol ditekan dan kembali pada posisi terputus ketika tombol dilepas. Sedangkan tombol tekan NC (normally close) akan memutus rangkaian apabila tombol ditekan dan akan kembali pada posisi terhubung ketika tombol dilepaskan. Symbol tombol tekan dapat dilihat pada Gambar 2.14. Dalam hal ini yang sering dipakai dalam banyak percobaan adalah tombol tekan pull up dimana logika dari pull up adalah ketika tombol tidak ditekan nilai masukan ke arduino uno berlogika tinggi. Selain itu juga ada tombol yang digunakan untuk mereset arduino uno, berdasarkan datasheet dimana untuk melakukan reset diperlukan minimal lebar pulsa sebesar 2,5 us, dan tegangan maksimum

(42)

reset sebesar 1,6 volt. Dimana untuk mengetahui besaran komponen yang akan digunakan mak menggunakan persamaan ini :

� = =

_{∗�∗�∗�} (2.10)

dan juga hukum Ohm V = I*R (2.11)

(a) (b)

Gambar 2.14.(a) Simbol tombol tekan NO (Normally open). (b) Simbol tombol tekan NC (Normally close)

Lalu ada dua macam rangkaian untuk tombol tekan ini yaitu :

1. Hambatan Pull up, merupakan tombol tekan yang ketika tombol ditekan maka akan berlogika nol (low),dan jika tombol tidak ditekan maiak akan berlogika satu (high). Ditunjukan pada Gambar 2.15.(a)

2. Hambatan Pull down, merupakan rangkaian tombol, yang apabila tombol ditekan maka akan berlogika satu (high), bila dilepas akan berlogika nol (low) . Ditunjukan pada Gambar 2.15.(b).

(a) (b)

(43)

Gambar 2.16. Rangkaian Reset Eksternal

2.11. WCS 1800

WCS1800 merupakan sensor arus yang yang bekerja secara hall effect. Dimana hall effect sensor merupakan sensor yang digunakan untuk mendeteksi medan magnet. Hall effect sensor akan menghasilkan sebuah tegangan dengan medan magnet yang diterima oleh sensor tersebut. Pendektesian perubahan kekuatan medan magnet melalui sebuah inductor yang berfungsi sebagai sensornya. Sensor hall effect terdiri dari lapisan silicon dan dua buah elektroda pada masing- masing silicon. Hal ini akan menhasilkan perbedaan tegangan pada keluarannya ketika lapisan silicon ini dialiri oleh arus listrik. Tanpa ada pengaruh dari medan magnet maka arus akan mengalir tepat ditengah- tengah silicon dan menghasilkan tegangan yang sama antara elektroda sebelah kiri dan sebelah kanan sehingga menghasilkan tegangan 0 volt. Ketika terdapat medan magnet mempengaruhi sensor ini maka arus yang mengalir akan berbelok mendekati/ menjauhi sisi yang dipengaruhi oleh medan magnet. Ketika arus yang melalui lapisan silicon tersebut mendekati sisi silicon sebelah kiri maka terjadi ketidak seimbangan tegangan keluaran antara kanan dan kiri hal ini akan menghasilkan beda tegangan di keluarannya. Semakin besar kekuatan medan magnet maka akan semakin besar pula pembelokan arus didalam lapisan silicon tersebut dan juga itu akan mempengaruhi beda tegangan pada keluarannya. Gambar 2.17 menunjuk ilustrasi kerja hall effect sensor

(44)

Gambar 2.18.Konfigurasi sensor arus Hall effect

Dalam penelitian ini menggunakan modul WCS1800 yang terdiri hall sensor, diferential amplifier, temperature compensation, dan juga ada transistor. Dalam modul ini terdapat dua keluaran yaitu keluaran analog dan juga keluaran digital. untuk tegangan masukan (supply) yaitu 3,3 voltdc. Untuk diameter lubang sensornya adalah 9mm, sensivitas sensor arus nya adalah 60mV/A. Untuk karakteristik WCS1800 ditunjukan pada Gambar 2.19.

Gambar 2.19. Perbandingan antara Tegangan keluaran dengan Arus masukan WCS1800[2].

2.12. Rancang Bangun Anemometer 3 mangkuk

2.12.1.Angin

Angin adalah gerak nisbi terhadap permukaan bumi. Gerak atmosfer terhadap permukaan bumi ini memiliki dua buah arah yaitu arah horizontal dan arah vertical. Kedua gerak atmosfer ini disebabkan oleh ketidakseimbangan radiasi bersih, kelembaban dan momentum diantara lintang rendah dan lintang tinggi disuatu pihak lain (Prawirowardoyo,1996). Adapun faktor- faktor yang mempengaruhi gerak atmosfer itu sendiri yaitu topografi, distribusi antara permukaan daratan dan lautan serta arus laut.

Gerakan atmosfer yang umum adalah gerak horisoltal, karena daerah yang diliputi jauh lebih luas dan kecepatan horisontalnya jauh lebih besar daripada vertikalnya. Akan

(45)

tetapi yang merupakan sumber pembentukan awan konvektif dan curahan yang berperan penting dalam menentukan cuaca dan iklim adalah gerak vertikal.

Perubahan cuaca dipermukaan bumi pada dasarnya adalah hasil dari gerak atmosfer atau gerak udara, yaitu gerak yang dihasilkan oleh berbagai gaya yang bekerja pada paket udara. Adapun gaya utama penggerak angin adalah gaya gradient tekanan yag disebabkan perbedaan suhu. Sedangkan gaya- gaya sekunder yang mempengaruhi angin adalah gaya Corolis (gaya yang timbul karena adanya rotasi bumi), gaya setrifugal dan gaya gesekan.

2.12.2. Mangkuk Anemometer

Mangkuk anemometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur laju angin dimana sensor laju angin terdiri dari tiga mangkuk yang dihubungkan oleh lengan. Seluruh mangkuk menghadap ke satu arah melingkar sehingga bila angin bertiup maka rotor akan berputar pada arah yang tetap. Alat ini memberikan tanggapan atas gaya dinamik yang berasal dari angin yang bekerja pada alat tersebut. Gaya dinamik angin pada permukaan mangkuk cekung lebih besar daripada mangkk yang cembung.

2.12.2.Momen Inersia

Benda yang bermula- mula diam akan mempertahankan keadaan diamnya (malas bergerak) dan benda yang bermula- mula bergerak akan mempertahankan keadaan geraknya atau malas berhenti (Kanginan, 2004). Sifat benda yang cenderung mempertahankan keadaan geraknya (diam atau bergerak) inilah yang disebut sebagai kelembaman atau inersia. Sehingga dapat didefinisikan bahwa momen inersia adalah ukuran resistensi atau kelembaman sebuah benda terhadap perubahan dalam gerak rotasi. Momen inersia ini tergantung pada distribusi massa benda relative terhadap sumbu rotasi benda dapat dilihat pada Gambar 2.20.

Momen inersia dari sebuah partikel bermassa m terhadap poros yang terletak sejauh r dari massa partikel didefinisikan sebagai hasil kali massa partikel terhadap kuadrat jarak dari titik poros, atau bisa ditulis � = � ∗ �

(46)

Momen inersia untuk benda yang berbentuk batang dengan sumbu putar tegak lurus dengan batang yang melalui salah satu ujungnya didapat dengan rumus sebagai berikut massa total dari batang (M) didisribusikan secara uniform sepanjnag L, sehingga kerapatan massa linier adalah p = M/L, jadi dm = p *dx = (M/L) * dx, untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.21.

Gambar 2.21. Batang Uniform dengan sumbu putar melalui salah satu ujung Sehingga momen inersia terhadap sumbu yang tegak lurus batang yaitu :

� = ∫ ��

= ∫ ∗ � �

= ∫ � �

= [ ] =

Untuk momen inersia dari belahan mangkuk yaitu sebagai berikut : massa setengah bola berongga, �� = ∗ � ∗ � ∗ �� /� . Yang dimaksud massa disini adalah massa suatu mangkuk yang tipis. Keterangan r adalah jari- jari mangkuk dan dr merupakan tebal dari mangkuk, sedangkan w/g adalah massa material per volume. Ilustrasi dapat dilihat pada Gambar 2.22dibawah ini.

(47)

Maka perhitungan momen inersia dari setengah bola tersebut adalah :

� = ∫ � ( �� (�)) = � � ∫ � ��

= � � [ � ] = _{� � �} = ( �� _{) ( �� )}

Dimana = �� , maka : � = ��

Lalu untuk momen inersia untuk benda berbentuk poros bermagnet yang melewati pusatnya yaitu dengan mengambil elemen massa dm (Gambar 2.23). dimana setiap elemen massa adalah sebuah cincin berjari- jari r yang tebalnya dr.

Gambar 2.23. Poros bermagnet dengan sumbu putar melalui pusatnya. Momen inersia untuk setiap elemen adalah � �� dan luas tiap elemen adalah dA =

� � ��, maka massa setiap elemen adalah [11] :

�� = � �� = � ��

Dengan � = �� adalah luas lingkaran, jadi didapatkan :

(48)

= ∫ � � ��

= _{�� ∫ � ��}� �

= � � = �

sehingga rumus momen inersia untuk benda berbentuk mangkuk anemometer yaitu :

� = ( + �� ) + �

Untuk konstruksi baling- baling mangkuk ditampilkan pada gambar 2.24. beserta pehitungannya [11].

Gambar 2.24. Sketsa mangkuk anemometer ideal

Dari Gambar 2.25.(a) dapat diperoleh persamaan di bawah ini :

(49)

Dari Gambar 2.25.(b) dapat diperoleh persamaan di bawah ini :

Cos 30

° =

(2.13)

2.13. Proses Pensamplingan Data

Pada sistem datalogger ini menggunakan Timer 1 yang ada didalam mikrokontroler. Rumus yang akan digunkan untuk proses pensampingan ditunjukan pada persamaan dibawah ini :

�� = �₋ �

∗

(2.14)

2.14. MAPE (Mean Absolute Percentage Error)

MAPE merupakan salah satu model perhitungan untuk mengetahui seberapa besar error yang terjadi pada hasil yang diperoleh. MAPE memiliki persamaan sebagai berikut[12] :

MAPE =

|

�� − �� ℎ

��

∗

%|

(2.15)

2.15. Sensitivity error

Sensitivity error merupakan perbandingan error antara nilai keluaran terhadap perubahan masukan atau variabel yang diukur.

Rumus untuk sensitivity error sebagai berikut :

Sensitivity error = m(yang seharusnya) – m(yang didapat)*100% (2.16) Keterangan : m = gradien dari persamaan liniernya.

Semakin besar sensitivity error maka itu menandakan semakin besar pula eror yang terjadi pada alat tersebut.

(a) (b)

(50)

BAB III

RANCANGAN PENELITIAN

3.1. Konsep Dasar

Sistem data logger kincir angin propeler berbahan kayu digunakan untuk menyimpan data, dimana data tersebut berisi 5 masukan yaitu data tegangan, data arus, data kompas, data kecepatan angin, dan data kecepatan kincir angin. Kelima data tersebut akan tersimpan didalam SD Card dan juga setiap detiknya akan menyimpan data tersebut dengan bantuan Real Time Clock. Jadi keluaran dari generator kincir angin akan disearahkan oleh rangkaian jembatan diode. Setelah itu akan masuk kedalam pembagi tegangan yang telah dirancang sesuai masukan nya yaitu tegangan DC, setalah itu baru akan masuk ke dalam Arduino Uno. untuk keluaran sensor arus akan diolah terlebih dahulu dengan pengondisi sinyal, dikarenakan berdasarkan datasheet WCS1800 memiliki kelineritasan arus dari -20 Ampere sampai dengan +20 Ampere. Lalu setelah dari pengondisi sinyal akan masuk ke dalam Arduino Uno. Untuk sensor kompas mengkalibrasi dengan sudut deklinasi lokasi dimana kita melakukan percobaan. Selanjutnya untuk mengukur kecepatan kincir angin dan kecepatan angin dengan menggunakan Phototransistor. Setelah mendapatkan kelima data maka akan disimpan ke dalam SD Card yang diberi pewaktuan tiap detiknya. Mengacu pada Gambar 1.2.

3.2. Perancangan Perangkat Keras

3.2.1. Sensor Tegangan

Perancangan sensor tegangan mengacu pada rangkaian dasar pembagi tegangan pada Gambar 2.3. Rangkaian Pembagi. Untuk mengetahui nilai komponen yang akan dipakai,maka menggunakan persamaan 2.3. Dengan Vin mulai dari 0 volt sampai dengan 60 volt dan Vout mulai dari 0 volt sampai dengan 3,3 volt, dapat kita hitung besaran pembagi tegangan yang akan kita gunakan. Dengan menentukan � sebesar 47KΩ,

(51)

. � = ( _{� + � ) �}�

3.3(

� +

KΩ) = R2 * 60Vdc � = _{− .}

� = 2735.5Ω

Gambar 3.1. Rangkaian Pembagi tegangan dan nilai komponen

Gambar 3.1 menunjukan rangkaian pembagi tegangan yang diperuntukan tegangan maksimal adalah 60 volt. Vin adalah tegangan masukan yang dihasilkan generator yang sudah disearahkan oleh jembatan dioda. Vout adalah tegangan keluaran dari pembagi tegangan

3.2.2. Sensor Arus

Dalam sensor arus ini menggunakan modul sensor arus yang telah terintegrasi yaitu WCS1800, dimana berdasarkan datasheet modul sensor ini mampu mendeteksi arus dari -50 Ampere sampai dengan +-50 Ampere. Dalam modul ini sudah tersedia keluaran analog yang nantinya akan digunakan sebagai masukan ke dalam Arduino Uno. Ketika sensor mendeteksi nilai 0 Ampere maka keluaran Analog Output adalah 2.5Vdc, maka dari itu dibuat pengondisi sinyal supaya 2.5Vdc menjadi 0V dan nilai maksimum dari keluaran.

(52)

pengondisi sinyal adalah 3.3Vdc ketika arus mencapai 25 Ampere. Ilustrasi persamaan dapat dilihat pada Gambar 3.2

Gambar 3.2. Grafik persamaan sensor WCS1800

Dimana sumbu y merupakan tegangan yang akan masuk kedalam Arduino Uno dan sumbu x merupakan tegangan keluaran dari sensor WCS1800. Besaran nilai 2 Volt pada sumbu x merupakan nilai tegangan keluaran ketika arus 0 Ampere adalah 2,5 Volt tetapi diminimalkan menjadi 2 Volt. Lalu untuk besar 5 Volt merupakan tegangan maksimal yang keluar dari WCS1800 dengan rumus : sensivitas sensor * rentang arus + 2,5 Volt = 60mV/A * 30 Ampere + 2,5 Volt. Nilai sebenarnya adalah 4,3 Volt tetapi dimaksimalkan menjadi 5 Volt. Dengan begitu diharapkan sensor memiliki karakterisktik ketika tegangan keluaran sensor 2 Volt maka pengondisi sinyal akan mengeluarkan tegangan 0 Volt dan ketika tegangan keluaran sensor sebesar 5 Volt maka keluaran dari pengondisi sinyal adalah 3,3 Volt.

Dimana

� =

∆�

=

. −

−

= 1.1

y = m*x + c

3.3 = 1.1 *5 + c

c = - 2.2

Dengan persamaan 2.2, maka: Vout = m* (Vin +c)

= 1.1 * (Vin – Voffset ) = 1.1 * Vin – 2.2 = 1.1* (Vin - 2)

(53)

Dari hasil persamaan diatas dapat dilihat besar Voffset = 2V, dan penguatan sebesar 1.1 dengan begitu kita bisa menghitung besar R2 dan R4, dengan menentukan besar nilai salah

satu yaitu R2= 1KΩ, maka besar R4 adalah : . = �

�

R4 = R2 * 1.1

R4 = 1KΩ * 1.1 R4 = 1.1KΩ

Dimana berdasarkan rangkaian voltage subtraction R1= R2 dan R3=R4. Lalu untuk Voffset=2V dapat kita hitung dengan rangkaian pembagi tegangan dengan persamaan 2.3

� = �_� ∗ �

� +�

� = ( _{� + � ) ∗ �}� � = �Ω= . Ω

Setelah pembagi tegangan akan ada Buffer sebagai penyangga supaya nilai pada pembagi tegangan tidak mempengaruhi nilai yang ada di voltage subtractionnya.

(54)

Rangkaian keseluruhan pengondisi sinyal tditunjukan pada Gambar 3.3. untuk besaran arus ini menggunakan penguat operasional LM358. Penguat ini menggunakan catu daya tunggal sebesar 5V dapat menghasilkan tegangan keluaran sebesar 5mV sampai 3.5V.

3.2.3. Sensor Kompas

Sensor kompas yang digunakan adalah HMC5883L yang telah menjadi modul sensor kompas yaitu DT- Sense 3 Axis Compass. Dalam mengkalibrasi alat ini penulis hanya mengkalibrasi melalui program untuk sudut deklinasi dimana penulis melakukan percobaan ini. Konfigurasi DT- Sense 3 Axis Compass ditunjukan pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4. Konfigurasi DT- Sense 3 Axis Compass

Dalam modul kompas ini yang digunakan untuk diolah di dalam Arduino Uno Rev3 adalah SCL (Serial Clock), SDA (Serial Data), tegangan masukan dan juga Ground. Dari keempat keluaran dari modul kompas akan diolah kedalam Arduino Uno Rev3. Wujud riil dari sensor kompas ditunjukan pada gambar 3.5 dan Gambar 3.6 terlihat tampak atas dan tampak bawah

(55)

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.

(56)

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 * (60/10)

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

(57)

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 menggunakan 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)

(58)

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.

(59)

Tabel 3.2. Pembagian port pada Arduino Uno Rev3

No. Nama masukan/keluaran 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.

(60)

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.

(61)

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 Notepad/wordpad. 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 (m/s)

K.poros (rpm) Jumlah

Karakter 4 10 8 5 5 6 5 3

(a) (b)

(62)

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

(63)

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.

(64)

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

(65)

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

(66)

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

(67)

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.

(68)

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

(69)

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.

(70)

Gambar 4.3. sensor kecepatan angin(anemometer)

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

(71)

yang dihasilkan dari rangkaian pembagi tegangan adalah 3,21 volt. Hal ini menunjukan rangkaian pembagi tegangan dapat bekerja dengan baik.

(a) (b)

(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

(72)

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 galat ≤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 R2=0,9998. Dimana R2 sering disebut dengan koefisien determinasi yang berfungsi untuk mengukur kebaikan suai (goodness of fit) dari persamaan liniernya. Dimana semakin

(1)

(2)

(3)

Skematik Rangkaian Pengondisi Sinyal

(4)

Subrutin Pengolahan sensor tegangan dan sensor arus

Baca arus Mulai

Baca tegangan

e=10?

Tampilkan LCD dan simpan data

Selesai

Hitung jumlah yang tersampling untuk tegangan dan arus ke d

Rata- rata yang tersampling dari d ke

dalam e

(5)

Subrutin Pengolahan sensor kompas

Mulai

Inisialisasi sudut deklinasi dan sudut heading

Baca sudut deklinasi

e=10?

Tampil LCD dan simpan data

Selesai ya Hitung jumlah yang

tersampling ke d

Rata- rata yang tersampling dari d

ke e

(6)