RANGKAIAN PROTOTIPE SISTEM PENGATURAN PADA TRAFFIC LIGHT MENGGUNAKAN TENAGA SURYA SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK BERBASIS MIKROKONTROLER AVR ATMega16.

RANGKAIAN PROTOTIPE SISTEM PENGATURAN PADA TRAFFIC LIGHT MENGGUNAKAN TENAGA SURYA SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK

BERBASIS MIKROKONTROLER AVR ATMega16

TUGAS AKHIR

Disusun Oleh :

CHARLES S YEFTA SOUISA NPM. 0634015039

PROGRAM STUDI TEKNIK INFORMATIKA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN“

JAWA TIMUR

RANGKAIAN PROTOTIPE SISTEM PENGATURAN PADA TRAFFIC LIGHT MENGGUNAKAN TENAGA SURYA SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK

BERBASIS MIKROKONTROLER AVR ATMega16

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Sebagai Persyaratan Dalam Memperoleh Gelar Sarjana Komputer

Program Studi Teknik Informatika

Disusun Oleh :

CHARLES SIMSON YEFTA SOUISA

NPM. 0634015039

PROGRAM STUDI TEKNIK INFORMATIKA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN“

JAWA TIMUR

LEMBAR PENGESAHAN

RANGKAIAN PROTOTIPE SISTEM PENGATURAN PADA TRAFFIC LIGHT MENGGUNAKAN TENAGA SURYA SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK

BERBASIS MIKROKONTROLER AVR ATMega16

Disusun Oleh :

CHARLES SIMSON YEFTA SOUISA

NPM. 0634015039

Telah Disetujui Untuk Mengikuti Ujian Negara Lisan Gelombang V Tahun Akademik 2011 / 2012

Mengetahui,

Ketua Program Studi Teknik Informatika Fakultas Teknologi Industri

Universitas Pambangunan Nasional ”Veteran” Jawa Timur

Basuki Rahmat, S.Si, MT NPT. 369 070 602 09 Pembimbing Utama

Basuki Rahmat, S.Si, MT NPT. 379 070 602 09

Pembimbing Pendamping

Delta Ardy Prima, S.ST, MT NPT. 386 081 002 971

TUGAS AKHIR

RANGKAIAN PROTOTIPE SISTEM PENGATURAN PADA TRAFFIC LIGHT MENGGUNAKAN TENAGA SURYA SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK

BERBASIS MIKROKONTROLER AVR ATMega16 Disusun Oleh :

CHARLES SIMSON YEFTA SOUISA NPM. 0634015039

Telah Dipertahankan di Hadapan dan Diterima Oleh Tim Penguji Skripsi Program Studi Teknik Informatika Fakultas Teknologi Industri

Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur Pada Tanggal 10 Juni 2011

Pembimbing, Tim Penguji,

1. 1.

Basuki Rahmat, S.Si, MT Ir. Kemal Wijaya, MT

NPT. 379 070 602 09 NPT. 19590925 198703 1 001

2. 2.

Delta Ardy Prima, S.ST, MT Ransang Purnama, S.Kom, M.Kom NPT. 386 081 002 971 NPT. 071108 7301

3.

Budi Nugroho, S.Kom

NPT. 38 009 050 205

Mengetahui,

Dekan Fakultas Teknologi Industri

Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur

Judul : Rangkaian Prototipe Sistem Pengaturan Pada Traffic Light Menggunakan Tenaga Surya Sebagai Pembangkit Listrik Berbasis Mikrokontroler AVR ATMega16

Pembimbing I : Basuki Rahmat, S.Si, MT

Pembimbing II : Delta Ardy Prima,S.ST, MT Penyusun : Charles S Yefta Souisa

ABSTRAK

Tenaga matahari atau tenaga surya adalah salah satu energi terbesar dalam makhluk hidup. Tenaga surya sangat berperan penting dalam kehidupan manusia dan sangat bisa dimanfaatkan salah satunya adalah mengambil tenaga matahari sebagai pembangkit listrik. Oleh karena itu, pemanfaatan yang ideal pada tenaga matahari dapat mengangkat ide untuk memanfaatkan tegangan listrik yang dihasilkan dari siinar matahari. Oleh sebab itu, dibuatkanlah salah satu rangkaian yang dimana rangkaian tersebut menggunakan tenaga matahari sebagai pembangkit listriknya yang diimplementasikan pada rangkaian prototipe traffic light.

Mikrokontroler merupakan salah satu perkembangan teknologi semikonduktor.Teknologi mikrokontroler mengintegrasikan komponen-komponen sebuah sistem komputer kedalam sebuah chip tunggal (Single Chip), sehingga teknologi ini mampu berfungsi seperti halnya sebuah sistem komputer. Salah satu fungsi yang bisa dilakukan oleh mikrokontroler adalah pada proses pengontrolan. Melihat salah satu fungsi yang bisa dilakukan mikrokontroler pada proses pengontrolan, maka pada tugas akhir ini dirancang dan dibuat sebuah sistem kontrol berbasis mikrokontroler pada pengaturan traffic light menggunakan tenaga matahari. Mikrokontroler dirancang untuk mengatur pengaturan lampu LED, mengatur waktu pada 7segmen, serta mengontrol kapasitas yang dimiliki oleh baterai yang diberikan oleh solar cell.

Kata Kunci : prototipe traffic light ,mikrokontroler, solar panel dan baterai aki kering

KATA PENGANTAR

Puji Tuhan atas Kuasa Tuhan Yesus Kristus yang telah memberikan Hikmat, kekuatan dan pengharapan, akhirnya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini sebagai salah satu prasyarat dalam menyelesaikan Program Studi Sarjana Komputer. Jurusan Teknik Informatika, Fakultas Teknologi Industri, UPN ”VETERAN” Jawa Timur. Pada laporan tugas akhir ini, penulis membahas tentang pembuatan pengendalian ruang inkubator berbasis mikrokontroler. Pada proses penyusunannya hingga terwujudnya laporan ini, penulis banyak mendapat bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis mengucapkan terima kasih yang sedalam-dalamnya kepada:

1. Ir. Sutiyono, MT selaku Dekan Fakultas Teknologi Industri di Universitas Pembangunan Nasional ”Veteran” Jawa Timur Surabaya.

2. Bapak Basuki Rahmat, S.Si, M.T, selaku ketua Jurusan Teknik informatika di Universitas Pembanguna Nasional ”Veteran” Jawa Timur Surabaya. 3. Bapak Basuki Rahmat, S.Si, M.T, selaku dosen pembimbing I atas segala

arahan dan bimbingannya.

4. Bapak Delta Ardy Prima S, ST, MT sebagai dosen pembimbing II atas segala arahan dan bimbingannya.

5. Seluruh Dosen UPN veteran jawa timur terima kasih atas ilmu yang diberikan.

6. Kelulusan ini aku persembahkan kepada papa dan mamaku yang selalu mendukung aku selama ini, yang selalu memberikan Doa, nasihat dan semangat, buat kakak aku tercinta Christian Nazar Samuel Souisa , buat adeku tersayang Maria Corina Santi Natalia Souisa yang selalu memberi semangat dan seluruh keluarga besarku, terima kasih sebesar-besarnya atas

7. Terima kasih buat Janiar Wizanti Faruwu untuk semangatnya dan terkadang kamu jugalah yang membuat aku down tapi terima kasih untuk semuanya. Semoga kamu juga semangat untuk cepat lulus dengan kelulusanku ini. 8. Teman-temanku Andre, Yance, Kresna, Teguh, Clarissa, Echa Mustamu,

anak-anak kos jefa, dwiky, chandra, semua teman-temanku yang telah membantu dalam pembuatan skripsi ini masukan-masukkan kalian sangat membantu dan semua teman-teman yang sama-sama berjuang dalam tugas akhir ini akhirnya kita lulus semua teman.

9. Terima kasih buat Nurul Azizah yang udah memberikkan aku semangat saat aku benar-benar down, makasih ya bulek. Akhirnya kamu juga lulus,,selamat ya bulek. Untuk mario, ristin dan raissa makasih juga disaat terkahir aku mau ujian kalian memberikan semangat.

10. Dan akhir kata aku ucapkan terima kasih untuk semua orang yang

memberikkan semangat secara langsung maupun tidak langsung. Semoga Tuhan Memberkati.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan dan pembahasan laporan ini masih banyak terdapat kekurangan, oleh karena itu penulis mengharap kritik dan saran yang membangun guna penyempurnaan selanjutnya. Semoga laporan tugas akhir ini bisa memberikan manfaat dan dapat menambah wawasan kita semua.

Surabaya, Juni 2011

iv

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR GAMBAR ... vi

DAFTAR TABEL ... viii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 3

1.3 Pembatasan Masalah ... 3

1.4 Tujuan ... 4

1.5 Manfaat Tugas Akhir ... 4

1.6 Metode Penelitian ... 5

1.7 Sistematika Penulisan ... 6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 8

2.1 Gambaran Umum Mikrokontroler ... 8

2.2 Mikrokontroler AVR ATMega16 ... 10

2.2.1 Arsitektur Mikrokontroler ATMega16 ... 10

2.3 Solar Cell / Solar Panel ... 28

2.4 Baterai Aki Kering ... 32

2.5 Liquid Crystal Display (LCD) ... 39

2.6 ADC 0804 ... 41

BAB III ANALISA DAN PERANCANGAN SISTEM ... 45

3.1 Analisa Sistem ... 45

3.2 Perancangan Sistem ... 46

3.2.1 Alur Umum Sistem ... 46

3.2.2 Blok Diagram ... 47

3.2.3 Flowchart Rangkaian ... 48

3.2.4 Kebutuhan ... 49

3.3 Cara Merancang Alat ... 49

BAB IV IMPLEMENTASI SISTEM DAN ANALISA ... 51

4. 1 Implementasi Hardware ... 51

4.1.1 Rangkaian Mikrokontroler ... 51

4.1.2 Implementasi Miniatur ... 52

4. 2 Implementasi Proses ... 53

4.2.2 Implementasi 7 Segment ... 55

4.2.3 Implementasi Waktu ... 56

4. 3 Uji Coba Alat ... 58

4.3.1 Pengujian Solar Panel atau Solar Cell ... 58

4.3.2 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler ... 59

BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN ... 62

5.1 Mengevaluasi Kinerja Alat ... 62

5.1.1 Pengujian Rangkaian LCD ... 62

5.1.2 Pengujian Solar Panel ... 63

5.1.3 Pengujian Rangkaian Keseluruhan ... 63

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ... 65

6.1 Kesimpulan ... 65

6.2 Saran ... 65

vi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Susunan Mikrokontroler ... 8

Gambar 2.2 Pin-pin ATMega16 kemasan 40-pin ... 11

Gambar 2.3 Blok diagram timer/counter ... 15

Gambar 2.4 Timing diagram timer/counter, tanpa prescaling. ... 16

Gambar 2.5 Timing diagram timer/counter, dengan prescaling. ... 16

Gambar 2.6 Timing diagram timer/counter, menyeting OCFO, dengan pescaler (fclk_I/O/8) ... 17

Gambar 2.7 Timing diagram timer/counter, menyeting OCFO, pengosongan data timer sesuai dengan data pembanding,dengan pescaler (fclk_I/O/8)... 17

Gambar 2.8 Regiter timer counter 8 bit ... 18

Gambar 2.9 Register timer TCNT0 ... 21

Gambar 2.10 Register timer OCR0 ... 21

Gambar 2.11 Register timer TIFR ... 22

Gambar 2.12 Blok diagram clock generator logic ... 24

Gambar 2.13 Operasi synchronous Clock ... 27

Gambar 2.14 Struktur lapisan tipis solar sel secara umum ... 29

Gambar 2.15 Spektrum radiasi sinar matahari ... 30

Gambar 2.16 Radiative transition of solar cell... 31

Gambar 2.17 Direct Semiconductor ... 31

Gambar 2.18 Bentuk fisik LCD 2x16 karakter ... 39

Gambar 2.19 Gambar skema ADC 0804 ... 42

Gambar 2.20 Gambar rangkaian ADC 0804 ... 44

Gambar 3.1 Diagram alur prototipe ... 47

Gambar 3.2 Blok Diagram Suply Solar Cell ... 47

Gambar 3.3 Flowchart Alur Mikrokontrolel ... 48

Gambar 4.1 Rangkaian Mikrokontroler ... 52

Gambar 4.2 Prototipe Traffic LightMenggunakan Tenaga Matahari ... 53

Gambar 4.3 Source Code Kapasitas Tegangan ... 54

Gambar 4.5 Source Code Untuk Mengeluarkan 7 Segment ... 55

Gambar 4.6 Tampilan 7 Segment ... 56

Gambar 4.7 Source Code Untuk Jalur 1 Merah Jalur 2 Hijau ... 56

Gambar 4.8 Source Code Untuk jalur 1 Hijau Jalur 2 Merah ... 57

Gambar 4.9 Source Code Untuk Lampu Warna Kuning ... 57

Gambar 4.10 Lampu Traffic Light dan Waktu ... 58

viii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Konfigurasi pin port ... 14

Tabel 2.2 Deskripsi Bit Mode Pembangkit Bentuk Gelombang ... 19

Tabel 2.3 Mode Output Pembanding, tanpa PWM ... 19

Tabel 2.4 Mode Output Pembanding, Mode fast PWM... 20

Tabel 2.5 Mode Output Pembanding, Mode phase correct PWM ... 20

Tabel 2.6 Deskripsi bit clock select ... 20

Tabel 2.7 Persamaan untuk menyeting perhitungan register baud rate ... 26

Tabel 2.8 Fungsi pin LCD ... 40

Tabel 4.1 Hasil pengujian pada rangakaian mikrokontroler ATmega16 ... 60

Tabel 6.1 Tabel pengujian pada baterai ... 66

BAB I

PENDAHULUAN

Dalam bab ini dijelaskan beberapa hal dasar yang meliputi latar belakang, permasalahan, batasan masalah, tujuan dan manfaat, metodologi pelaksanaan serta sistematika penulisan buku tugas akhir ini. Dari uraian tersebut diharapkan, Gambaran umum permasalahan dan pemecahan yang diambil dapat di pahami.

1.1 Latar Belakang

Salah satu energi terbesar dan yang paling utama bagi kehidupan makluk hidup adalah Tenaga Matahari atau Tenaga Tata Surya. Energi baru dan yang terbarukan mempunyai peranan dan peran yang sangat penting dalam memenuhi kebutuhan energi. Hal ini disebabkan penggunaan bahan bakar untuk pembangkit – pembangkit listrik konvensional dalam jangka waktu yang panjang akan menguras sumber minyak bumi, gas dan batu bara yang makin menipis dan juga dapat mengakibatkan pencemaran lingkungan. Salah satu upaya yang telah ada dikembangkan adalah Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS). Karena penggalian sumber alam tersebut yang tak terkendali lagi, di mana salah satu kegunaannya sebagai pembangkit listrik. Tercipta ide tugas akhir penggunaan tenaga matahari tersebut sebagai pembangkit listrik pada traffic light.

Di Indonesia yang merupakan daerah tropis mempunyai potensi energi matahari sangat besar dengan insolasi harian rata – rata 4,5 – 4,8 KWh/m2 / hari. Akan tetapi energi listrik yang dihasilkan sel surya sangat dipengaruhi intensitas cahaya matahari yang diterima oleh Solar Cell. Oleh karena itu dibutuhkan baterai

2

yang digunakan sebagai penyimpanan tenaga cadangan yang didapatkan atau dihasilkan dari tenaga matahari tersebut. PLTS atau lebih dikenal sel surya ( sel fotovoltaik ) akan lebih diminati karena dapat digunakan untuk berbagai keperluan yang relevan dan di berbagai tempat seperti perkantoran, pabrik, perumahan dan sekarang yang banyak menggunakan pemanfaatan tenaga matahari tersebut adalah traffic light atau lampu lalu lintas.

Pembuatan proyek akhir ini adalah untuk dapat membuat Rangkaian Prototipe Sistem Pengaturan Pada Traffic Light Menggunakan Tenaga Surya Sebagai Pembangkit Listrik Berbasis Mikrokontroler AVR ATMega16, untuk dapat mengetahui dan membuat program software mikrokontroler ATMega16 sebagai perangkat inti rangkaian Sistem Pengaturan Pada Traffic Light

Menggunakan Tenaga Surya Sebagai Pembangkit Listrik Berbasis Mikrokontroler AVR ATMega16 menggunakan software bahasa pemrograman, untuk mengetahui unjuk kerja mikrokontroler ATMega16 sebagai perangkat inti rangkaian Prototipe Sistem ini. Metode yang digunakan dalam pembuatan tugas proyek akhir ini secara urut yaitu : Identifikasi kebutuhan, Analisis Kebutuhan, Implementasi / perancangan, Pembuatan, dan Pengujian. Rancangan dan pembuatan alat mencakup bagian hardware dan software. Hardware meliputi rangkaian catu daya, rangkaian input dan output, rangkaian display LCD, solar cell dan aki serta rangkaian sistem minimum mikrokontroler ATMega16 sebagai perangkat inti dari alat yang dibuat. Software meliputi perancangan program berupa algoritma / flow chart, selanjutnya dilakukan pembuatan program dalam mengatur suply tenaga surya ke solar cell yang di suply ke aki dan rangkain. Data hasil pengujian alat dan pembahasan, menunjukkan bahwa mikrokontroler ATMega16 pada alat ini

3

dapat diaplikasikan sesuai dengan konsep yang diinginkan. Kinerja antara bagian

hardware dengan software dapat berjalan dengan baik. Alat ini mengatur penyimpanan tenaga pada baterai aki kering yang dihasilkan dari matahari menggunakan solar cell dan pengaturan waktu pada persimpangan yang menggunakan traffic light dan menyalanya LED pada traffic light sedangkan LCD menampilkan informasi persentase isi dari baterai pada aki kering dan lamanya waktu berjalan pada LED berwarna merah, kuning dan hijau.

1.2 Perumusan Masalah.

Berdasarkan latar belakang masalah diatas, maka perumusan masalah dari analisa dan perencanaan alat ini yaitu bagaimana cara menyimpan tenaga pada baterai aki kering yang dihasilkan dari matahari menggunakan solar cell dan pengaturan waktu pada persimpangan yang menggunakan traffic light dan menyalanya LED pada traffic light sedangkan LCD menampilkan informasi persentase isi dari baterai pada aki kering dan lamanya waktu berjalan pada LED berwarna merah, kuning dan hijau.

1.3 Pembatasan Masalah

Dalam penyusunan Tugas Akhir ini dibuat suatu batasan-batasan dengan maksud memudahkan analisis yang dibutuhkan dalam rangka pemecahan masalah. Adapun batasannya yaitu sebagai berikut:

a. Solar Panel yang digunakan untuk menangkap tenaga matahari.

b. Perancangan perangkat keras (hardware) yang terdiri dari mikrokontroler atmega16, ADC 0804, dan LCD 16x2 karakter.

4

c. Perancangan perangkat lunak (software) menggunakan bahasa

pemograman.

d. Display atau penampil nilai data menggunakan LCD (liquid crystal display) dan LED sebagai penanda merah, kuning dan hijau.

1.4 Tujuan

Tujuan Tugas Akhir ini dibuat adalah sebagai berikut :

a. Merancang alat pembangkit listrik menggunakan tenaga matahari berbasis mikrokontroler AVR ATMega16

b. Perancangan diuji cobakan pada prototipe traffic light.

1.5 Manfaat Tugas Akhir

Dengan merencanakan dan membangun sebuah aplikasi alat tersebut, nantinya diharapkan dapat mempunyai manfaat, yaitu :

a. Dapat memanfaatkan sumber energi terbesar yaitu matahari sebagai tenaga listrik.

b. Pada alat ini digunakan untuk mengatur waktu pada persimpangan yang memiliki traffic light menggunakan tenaga tata surya sebagai pembangkit listriknya, diharapkan masyarakat di luar dapat mengaplikasikan tenaga matahari bukan di traffic light saja.

c. Dapat mengetahui cara penggunaan solar panel sebagai pembagkit listrik.

d. Menambah pengetahuan tentang sistem maupun manfaat dari

mikrokontroler AVR ATMega16 agar dapat menggunakannya untuk aplikasi yang bermanfaat lainnya.

5

1.6 Metode Penelitian

Dalam menyelesaikan tugas akhir ini, langkah-langkah yang dilakukan adalah sebagai berikut:

a. Studi Pustaka

Studi pustaka dimaksudkan untuk mendapatkan landasan teori, data-data atau informasi sebagai bahan acuan dalam melakukan perencanaan, percobaan, pembuatan dan penyusunan tugas akhir.

b. Perencanaan

Perencanaan ini dimaksudkan untuk memperoleh desain suatu program aplikasi yang baik. Setelah didapatkan suatu rancangan kemudian dijalankan. c. Pengujian

Melakukan pengujian satu persatu rangakaian alat maupun program yang dibuat agar mendapatkan hasil yang diinginkan.

d. Analisa

Menganalisa masing – masing rangkaian dan menyimpulkan hasil dari uji coba rangkaian.

e. Penyusunan Buku Skripsi

Pada tahap ini merupakan tahap terakhir dari pengerjaan skripsi. Buku ini disusun sebagai laporan dari seluruh proses perngerjaan skripsi. Dari penyusunan buku ini diharapkan dapat memudahkan pembaca yang ingin menyempurnakan dan mengembangkan aplikasi lebih lanjut.

6

1.7 Sistematika Penulisan

Dalam penyusunan buku tugas Akhir ini, pembahasan mengenai

sistem alat yang dibuat dibagi menjadi lima bab dengan sistematika sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Mendiskripsikan tentang latar belakang, permasalahan, tujuan, ruang lingkup, metode penelitian yang dipakai, sistematika penulisan, serta relevansi.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Berisi penjelasan dasar teori mengenai konsep yang digunakan dalam pembuatan sistem prototipe traffic light

yang menggunakan tenaga surya sebagai sumber tenaga listriknya.

BAB III ANALISIS DAN PERANCANGAN APLIKASI

Akan dibahas secara detail tentang perancangan prototipe

traffic light menggunakan tenaga surya, sistem mikrokontroler beserta program untuk mengolah data, serta penampilan kapasitas baterai ke LCD.

BAB IV IMPLEMENTAS SISTEM

Pada bab keempat berisi hasil implementasi dari perancangan yang telah dibuat sebelumnya yang meliputi: kebutuhan sistem, implementasi sistem AVR ATMega16, dan implementasi tampilan-tampilan antarmuka aplikasi.

7

BAB V UJI COBA DAN EVALUASI

Pada bab kelima berisi penjelasan lingkungan uji coba aplikasi, pelaksanaan uji coba dan evaluasi dari hasil uji coba yang telah dilakukan untuk kelayakan pemakaian aplikasi.

BAB VI PENUTUP

Berisi kesimpulan yang diperoleh dari pembuatan tugas akhir ini dan saran-saran untuk pengembangannya.

DAFTAR PUSTAKA

Pada bagian ini akan dipaparkan tentang sumber-sumber

literatur yang digunakan dalam pembutan laporan tugas akhir ini .

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Dalam bab ini dibahas mengenai teori penunjang dari peralatan yang digunakan dalam sistem mikrokontroler ATMega16, Solar Cell, Aki kering dan pengendalian lampu LED.

2.1 Gambaran Umum Mikrokontroler

Mikrokontroler merupakan suatu IC yang di dalamnya berisi CPU, ROM, RAM, dan I/O. Dengan adanya CPU tersebut maka mikrokontroler dapat melakukan proses berfikir berdasarkan program yang telah diberikan kepadanya. Mikrokontroler banyak terdapat pada peralatan elektronik yang serba otomatis, mesin fax, dan peralatan elektronik lainnya. Mikrokontroler dapat disebut pula sebagai komputer yang berukuran kecil yang berdaya rendah sehingga sebuah baterai dapat memberikan daya. Mikrokontroler terdiri dari beberapa bagian seperti yang terlihat pada gambar 2.1 :

Pada gambar tersebut tampak suatu mikrokontroler standart yang tersusun atas komponen-komponen sebagai berikut :

A. Central Processing Unit (CPU)

CPU merupakan bagian utama dalam suatu mikrokontroler. CPU pada mikrokontroler ada yang berukuran 8 bit ada pula yang berukuran 16 bit. CPU ini akan membaca program yang tersimpan di dalam ROM dan melaksanakannya.

B. Read Only Memory (ROM)

ROM merupakan suatu memori (alat untuk mengingat) yang sifatnya hanya dibaca saja. Dengan demikian ROM tidak dapat ditulisi. Dalam dunia mikrokontroler ROM digunakan untuk menyimpan program bagi mikrokontroler tersebut. Program tersimpan dalm format biner (‘0’ atau ‘1’). Susunan bilangan biner tersebut bila telah terbaca oleh mikrokontroler akan memiliki arti tersendiri.

C. Random Acces Memory (RAM)

Berbeda dengan ROM, RAM adalah jenis memori selain dapat dibaca juga dapat ditulis berulang kali. Tentunya dalam pemakaian mikrokontroler ada semacam data yang bisa berubah pada saat mikrokontroler tersebut bekerja. Perubahan data tersebut tentunya juga akan tersimpan ke dalam memori. Isi pada RAM akan hilang jika catu daya listrik hilang.

D. Input / Output (I/O)

Untuk berkomunikasi dengan dunia luar, maka mikrokontroler menggunakan terminal I/O (port I/O), yang digunakan untuk masukan atau keluaran.

E. Komponen lainnya

Beberapa mikrokontroler memiliki timer/counter, ADC (Analog to Digital Converter), dan komponen lainnya. Pemilihan komponen tambahan yang sesuai dengan tugas mikrokonter oleh akan sangat membantu perancangan sehingga dapat mempertahankan ukuran yang kecil. Apabila komponen - komponen tersebut belum ada pada suatu mikrokontroler, umumnya komponen tersebut masih dapat ditambahkan pada sistem mikrokontroler melalui port - portnya.

2.2 Mikrokontroler AVR ATMega16

AVR merupakan seri mikrokontroler CMOS 8-bit buatan Atmel, berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). Hampir semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32 register general-purpose, timer/counter fleksibel dengan mode compare, interrupt internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, dan mode power saving, ADC dan PWM internal.

AVR juga mempunyai In-System Programmable Flash on-chip yang

mengijinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI. ATMega16. ATMega16 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz membuat disainer sistem untuk mengoptimasi konsumsi daya versus kecepatan proses.

2.2.1 Arsitektur Mikrokontroler ATMega16

Mikrokontroler ini mempunyai empat port I/O, akumulator, register, RAM internal, stack pointer, Arithmetic Logic Unit (ALU), pengunci (latch), dan

rangkaian osilasi yang membuat mikrokontroler ini dapat beroperasi hanya dengan sekeping IC. Secara fisik, mikrokontroler ATMega16 mempunyai 40 pin, Pin-pin pada ATMega16 dengan kemasan 40-pin DIP (dual inline package) ditunjukkan oleh seperti gambar di bawah 2.2. Guna memaksimalkan performa, AVR menggunakan arsitektur Harvard (dengan memori dan bus terpisah untuk program dan data).

Gambar 2.2 Pin-pin ATMega16 kemasan 40-pin

Berikut Penjelasan dari port :

Port sebagai input/output digital

ATMega16 mempunyai empat buah port yang bernama PortA,PortB, PortC, dan PortD. Keempat port tersebut merupakan jalur bidirectional dengan pilihan

dan PINxn. Huruf ‘x’mewakili nama huruf dari port sedangkan huruf ‘n’ mewakili nomor bit. Bit DDxn terdapat pada I/O address DDRx, bit PORTxn terdapat pada I/O address PORTx, dan bit PINxn terdapat pada I/O address PINx. Bit DDxn dalam register DDRx (Data Direction Register) menentukan arah pin. Bila DDxn diset 1 maka Px berfungsi sebagai pin output. Bila DDxn diset 0 maka Px berfungsi sebagai pin input.Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin input, maka resistor pull-up akan diaktifkan. Untuk mematikan resistor pull-up, PORTxn harus diset 0 atau pin dikonfigurasi sebagai pin output. Pin port adalah tri-state setelah kondisi reset. Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port akan berlogika 1. Dan bila PORTxn diset 0 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port akan berlogika 0. Saat mengubah kondisi port dari kondisi tri-state (DDxn=0, PORTxn=0) ke kondisi output high (DDxn=1, PORTxn=1) maka harus ada kondisi peralihan apakah itu kondisi pull-up enabled

(DDxn=0, PORTxn=1) atau kondisi output low (DDxn=1, PORTxn=0). Biasanya, kondisi pull-up enabled dapat diterima sepenuhnya, selama lingkungan impedansi tinggi tidak memperhatikan perbedaan antara sebuah strong high driver dengan sebuah pull-up. Jika ini bukan suatu masalah, maka bit PUD pada register SFIOR dapat diset 1 untuk mematikan semua pull-up dalam semua port. Peralihan dari kondisi input dengan pull-up ke kondisi output low juga menimbulkan masalah yang sama. Kita harus menggunakan kondisi tri-state (DDxn=0, PORTxn=0) atau kondisi output high (DDxn=1, PORTxn=0) sebagai kondisi transisi. Beberapa keistimewaan dari AVR ATMega16 antara lain:

1. Advanced RISC Architecture

• 130 Powerful Instructions – Most Single Clock Cycle Execution

• 32 x 8 General Purpose Fully Static Operation

• Up to 16 MIPS Throughput at 16 MHz

• On-chip 2-cycle Multiplier

2. Nonvolatile Program and Data Memories

• 8K Bytes of In-System Self-Programmable Flash

• Optional Boot Code Section with Independent Lock Bits

• 512 Bytes EEPROM

• 512 Bytes Internal SRAM

• Programming Lock for Software Security

3. Peripheral Features

• Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare Mode

• Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare Modes

• One 16-bit Timer/Counter with Separate Prescaler, Compare Mode, and Capture Mode

• Real Time Counter with Separate Oscillator

• Four PWM Channels

• 8-channel, 10-bit ADC

• Byte-oriented Two-wire Serial Interface

4. Special Microcontroller Features

• Power-on Reset and Programmable Brown-out Detection

• Internal Calibrated RC Oscillator

• External and Internal Interrupt Sources

• Six Sleep Modes: Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Powerdown, Standby and Extended Standby

5. I/O and Package

• 32 Programmable I/O Lines

• 40-pin PDIP, 44-lead TQFP, 44-lead PLCC, and 44-pad MLF

6. Operating Voltages

• 2.7 - 5.5V for Atmega16L

• 4.5 - 5.5V for Atmega16

Tab el 2.1 Konfigurasi pin port

Bit 2 – PUD : Pull-up Disable

Bila bit diset bernilai 1 maka pull-up pada port I/O akan dimatikan walaupun register

DDxn dan PORTxn dikonfigurasikan untuk menyalakan pull-up (DDxn=0,

A. Timer

Timer/counter adalah fasilitas dari ATMega16 yang digunakan untuk perhitungan pewaktuan. Beberapa fasilitas chanel dari timer counter antara lain:

counter channel tunggal, pengosongan data timer sesuai dengan data pembanding, bebas -glitch, tahap yang tepat Pulse Width Modulation (PWM), pembangkit frekuensi, event counter external. Gambaran umum gambar diagram block

timer/counter 8 bit ditunjukan pada gambar 2.3. Untuk penempatan pin I/O telah di jelaskan pada bagian I/O di atas. CPU dapat diakses register I/O, termasuk dalam pin-pin I/O dan bit I/O. Device khusus register I/O dan lokasi bit terdaftar pada deskripsi timer/counter 8 bit.

Gambar 2.3 Blok diagram timer/counter

Timer/counter didesain sinkron clock timer (clkT0) oleh karena itu ditunjukkan sebagai sinyal enable clock pada gambar 2.4. Gambar ini termasuk

informasi ketika flag interrupt dalam kondisi set. Data timing digunakan sebagai dasar dari operasi timer/counter.

Gambar 2.4 Timing diagram timer/counter, tanpa prescaling.

Sesuai dengan gambar 2.5 timing diagram timer/counter dengan prescaling

maksudnya adalah counter akan menambahkan data counter (TCNTn) ketika terjadi pulsa clock telah mencapai 8 kali pulsa dan sinyal clock pembagi aktif clock dan ketika telah mencapai nilai maksimal maka nilai TCNTn akan kembali ke nol. Dan kondisi flag timer akan aktif ketika TCNTn maksimal.

Gambar 2.5 Timing diagram timer/counter, dengan prescaling.

Sama halnya timing timer diatas, timing timer/counter dengan seting OCFO timer mode ini memasukan data ORCn sebagai data input timer. Ketika nilai ORCn

sama dengan nilaiTCNTn maka pulsa flag timer akan aktif. TCNTn akan bertambah nilainya ketika pulsa clock telah mencapai 8 pulsa. Dan kondisi flag akan berbalik (komplemen) kondisi ketika nilai TCNTn kembali kenilai 0 (overflow).

Gambar 2.6 Timing diagram timer/counter, menyeting OCFO, dengan pescaler (fclk_I/O/8).

Ketika nilai ORCn sama dengan nilai TCNTn maka pulsa flag timer akan aktif. TCNTn akan bertambah nilainya ketika pulsa clock telah mencapai 8 pulsa. Dan kondisi flag akan berbalik (komplemen) kondisi ketika nilai TCNTn kembali kenilai 0 (overflow).

Gambar 2.7 Timing diagram timer/counter, menyeting OCFO, pengosongan data timer sesuai dengan data pembanding,dengan pescaler (fclk_I/O/8).

Deskripsi Register Timer/Counter 8 bit seperti gambar di bawah ini :

Gambar 2.8 Regiter timer counter 8 bit.

Bit 7 – FOCO : perbandingan kemampuan output

FOCO hanya akan aktif ketika spesifik-spesifik bit WGM00 tanpa PWM mode. Adapun untuk meyakinkan terhadap kesesuaian dengan device-device yang akan digunakan, bit ini harus diset nol ketika TCCRO ditulisi saat mengoperasikan mode PWM. Ketika menulisi logika satu ke bit FOCO, dengan segera dipaksakan untuk disesuaikan pada unit pembangkit bentuk gelombang. Output OCO diubah disesuaikan pda COM01: bit 0 menentukan pengaruh daya pembanding.

Bit 6,3 – WGM01:0: Waveform Generation Mode

Bit ini mengontrol penghitungan yang teratur pada counter, sumber untuk harga counter maksimal ( TOP )., dan tipe apa dari pembangkit bentuk gelombang yang digunakan. Mode-mode operasi didukung oleh unit timer/counter sebagai berikut : mode normal, pembersih timer pada mode penyesuaian dengan pembanding ( CTC ), dan dua tipe mode Pulse Width Modulation ( PWM ).

Tabel 2.2 Deskripsi Bit Mode Pembangkit Bentuk Gelombang.

catatan: definisi nama-nama bit CTC0 dan PWM0 sekarang tidak digunakan lagi. Gunakan WGM 01: 0 definisi. Bagaimanapun lokasi dan fungsional dan lokasi dari masing-masing bit sesuai dengan versi timer sebelumnya.

Bit 5:4 – COMO1:0 Penyesuaian Pembanding Mode Output

Bit ini mengontrol pin output compare (OCO), jika satu atau kedua bit COM01:0 diset, output OC0 melebihi fungsional port normal I/O dan keduanya terhubung juga. Bagaimanapun, catatan bahwa bit Direksi Data Register (DDR) mencocokan ke pin OC0 yang mana harus diset dengan tujuan mengaktifkan. Ketika OC0 dihubungkan ke pin, fungsi dari bit COM01:0 tergantung dari pengesetan bit WGM01:0. Tabel di bawah menunjukkan COM fungsional ketika bit-bt WGM01:0 diset ke normal atau mode CTC (non PWM).

Tabel 2.3 Mode Output Pembanding, tanpa PWM

Tabel 2.4 menunjukan bit COM01:0 fungsional ketika bit WGM01:0 diset ke mode fast PWM.

Tabel 2.4 Mode Output Pembanding, Mode fast PWM.

Tabel 2.5 menunjukan bit COM01:0 fungsional ketika bit WGM01:0 diset ke

mode phase correct PWM.

Tabel 2.5 Mode Output Pembanding, Mode phase correct PWM.

Bit 2:0 – CS02:0 : Clock Select

Tiga bit clock select sumber clock digunakan dengan timer/counter. Jika mode pin eksternal digunakan untuk timer counter0, perpindahan dari pin T0 akan memberi clock counter.

Sesuai dengan tabel diatas maka sumber clock dapat dibagi sehingga timer/counter dapat disesuaikan dengan banyak data yang dihitung. Register Timer/Counter TCNT0 :

Gambar 2.9 Register timer TCNT0

Register timer/counter memberikan akses secara langsung, keduanya digunakan untuk membaca dan menulis operasi, untuk penghitung unit 8-bit timer/counter. Menulis ke blok-blok register TCNT0 (removes) disesuaikan dengan clock timer berikutnya. Memodifikasi counter (TCNT0) ketika perhitungan berjalan, memperkenalkan resiko kehilangan perbandingan antara TCNC0 dengan register OCR0.

Register Timer/Counter OCR0

Gambar 2.10 Register timer OCR0

Register output pembanding berisi sebuah haraga 8 bit yang mana secara terus-menerus dibandingkan dengan harga counter (TCNT0). Sebuah penyesuaian dapat digunakan untuk membangkitkan output interrupt pembanding, atau untuk membangkitkan sebuah output bentuk gelombang pada pin OC0.

B. Register Timer/Counter Interrupt Mas

1. Bit 1-OCIE0: output timer counter menyesuaikan dengan kesesuaian interrupt yang aktif.

Ketika bit OCIE0 ditulis satu, dan 1-bit pada register status dalam kondisi set (satu), membandingkan timer/counter pada interrupt yang sesuai diaktifkan. Mencocokkan interrupt yang dijalankan kesesuaian pembanding pada timer/counter0 terjadi, ketika bit OCF0 diset pada register penanda timer/counter-TIFR.

2. Bit 0 – TOIE0: Timer/Counter 0 Overflow Interrupt Enable

Ketika bit TOIE0 ditulis satu, dan 1-bit pada register status dalam kondisi set (satu), timer/counter melebihi interrupt diaktifkan. Mencocokkan interrupt dijalankan jika kelebihan pada timer/counter0 terjadi, ketika bit TOV0 diset pada register

penanda timer/counter- TIFR.

Register Timer/Counter Register – TIFR

Gambar2.11 Register timer TIFR

3. Bit 1 – OCF0: Output Compare Flag 0

OCF0 dalam kondisi set (satu) kesesuaian pembanding terjadi antara timer/counter dan data pada OCRO – Register 0 keluaran pembanding. OCF0 diclear oleh hardware ketika eksekusi pencocokan penanganan vector interrupt. Dengan alternatif mengclearkan OCF0 dengan menuliskan logika satu pada flag. Ketika I-bit

pada SREG, OCIE0 (Timer/Counter0 penyesuaian pembanding interrupt enable), dan OCF0 diset (satu), timer/counter pembanding kesesuaian interrupt dijalankan.

4. Bit 0 – TOV0: Timer/Counter Overflow Flag

Bit TOV0 diset (satu) ketika kelebihan terjadi pada timer/counter0. TOV0 diclearkan dengan hardware ketika penjalanan pencocokan penanganan vector interrupt. Dengan alternatif, TOV0

diclearkan dengan jalan memberikan logika satu pada flag. Ketika Ibit pada SREG, TOIE0 (Timer/Counter0 overflow interrupt enable), dan TOV0 diset (satu ), timer/counter overflow interrupt dijalankan. Pada tahap mode PWM yang tepat, bit ini di set ketika timer/counter merubah bagian perhitungan pada $00.

5. Serial pada ATMega16

Universal synchronous dan asynchronous pemancar danpenerima serial adalah suatu alat komunikasi serial sangat fleksibel. Jenis yang utama adalah :

a) Operasi full duplex (register penerima dan pengirim serial dapat berdiri sendiri). b) Operasi Asychronous atau synchronous.

c) Master atau slave mendapat clock dengan operasi synchronous.

d) Pembangkit baud rate dengan resolusi tinggi.

e) Dukung frames serial dengan 5, 6, 7, 8 atau 9 Data bit dan 1 atau 2 Stop bit. f) Tahap odd atau even parity dan parity check didukung oleh hardware.

g) Pendeteksian data overrun.

i) Pemfilteran gangguan (noise) meliputi pendeteksian bit false start dan pendeteksian

low pass filter digital.

j) Tiga interrupt terdiri dari TX complete, TX data register empty dan RX complete. k) Mode komunikasi multi-processor.

l) Mode komunikasi double speed asynchronous.

D. Generator Clock

Logic generator clock menghasilkan dasar clock untuk pengirim dan penerima. USART mendukung empat mode operasi clock: Normal Asynchronous,

Double Speed Asynchronous mode Master Synchronous dan Slave Synchronous. Bit UMSEL pada USART control dan status register C (UCSRC) memilih antara operasi

Asychronous dan Synchronous. Double speed (hanya pada mode Asynchronou ) dikontrol oleh U2X yang mana terdapat pada register UCSRA. Ketika mengunakan mode operasi synchronous (UMSEL = 1) dan data direction register untuk pin XCk (DDR_XCK) mengendalikan apakah sumber clock tersebut adalah internal (master mode) atau eksternal (slave mode) pin-pin XCK hanya akan aktif ketika menggunakan mode Synchronous.

Keterangan sinyal :

txclk : clock pengirim (internal clock).

rxclk : clock dasar penerima (internal clock).

xcki : input dari pin XCK (sinyal internal). Digunakan untuk operasi slave synchronous.

xcko : clock output ke pin XCK (sinyal internal). Digunakan untuk operasi master synchronous.

fosc : frekuensi pin XTAL (system clock).

Generator Internal Clock – Pembangkit Baud rate

Generasi internal clock digunakan untuk mode – mode operasi master

asynchronous dan synchronous. Register USART baud rate (UBRR) dan down-counter dikoneksikan kepada fungsinya sebagai programmable prescaler atau pembangkit baud rate. Down-counter, dijalankan pada system clock ( fosc), dibebani dengan nilai UBRR setiap counter telah dihitung mundur ke nol atau ketika register UBRRL ditulisi. Clock dibangkitkan setiap counter mencapai nol. Clock ini adalah pembangkit baud rate clock output (fosc/( UBBR+1)). Pemancar membagi baud rete generator clock output dengan 2, 8, atau 16 cara tergantung pada mode. Pembangkit output baud rate digunakan secara langsung oleh penerima clock dan unit-unit pelindung data. Unit-unit recovery menggunakan suatu mesin status yang menggunakan 2, 8, atau 16 cara yang tergantung pada cara menyimpan status dari UMSEL, bit-bit U2X dan DDR_XCK.

Tabel di bawah menunjukan penyamaan perhitungan baud rate dan nilai UBRR tiap mode operasi mengunakan sumber pembangkit clock internal.

Tabel 2.7 Persamaan untuk menyeting perhitungan register baud rate.

note: baud rate menunjukan pengiriman rate bit tiap detik (bps).

BAUD :baud rate ( pada bit-bit per detik,bps ) fosc frekuensi sistem clock osilator. UBRR : terdiri dari UBRRH dan UBBRL,( 0-4095 ).

Eksternal Clock

Eksternal clock digunakan untuk operasi mode slave synchronous. Eksternal clock masuk dari pin XCK dicontohkan oleh suatu daftar sinkronisasi register untuk memperkecil kesempatan meta-stabilitas. Keluaran dari sinkronisasi register kemudian harus menerobos detector tepi sebelum digunakan oleh pengirim dan penerima.

Proses ini mengenalkan dua period delay clock CPU dan oleh karena itu maksimal frekuensi clock XCK eksternal dibatasi oleh persamaan sebagai berikut

Fxck < fosc/4

Operasi Synchronous Clock

Ketika mode sinkron digunakan (UMSEL=1), pin XCK akan digunakan sama seperti clock input (slave) atau clock output (master). Dengan ketergantungan antara tepi clock dan data sampling atau perubahan data menjadi sama. Prinsip dasarnya adalah data input (on RxD) dicontohkan pada clock XCK berlawanan dari tepi data output (TxD) sehingga mengalami perubahan.

Gambar 2.13 Operasi synchronous Clock

UCPOL bit UCRSC memilih tepi yang mana clock XCK digunakan untuk data sampling dan yang mana digunakan untuk perubahan data. Seperti yang ditunjukan pada gambar di atas, ketika UCPOL nol data akan diubah pada tepi kenaikan XCK dan dicontohkan pada tepi XCK saat jatuh. Jika UCPOL dalam kondisi set, data akan mengalami perubahan pada saat tepi XCK jatuh dan data akan dicontohkan pada saat tepi XCK naik.

E. Inisialisasi USART

USART harus diinisialisasi sebelum komunikasi manapun dapat berlangsung. Proses inisialisasi normalnya terdiri dari pengesetan baud rate, penyetingan frame

interrupt menjalankan operasi USART, global interrupt flag (penanda) sebaiknya dibersihkan (dan interrupt global disable) ketika inisialisasi dilakukan.

Sebelum melakukan inisialisasi ulang dengan mengubah baud rate atau frame

format, untuk meyakinkan bahwa tidak ada transmisi berkelanjutan sepanjang periode

register yang diubah. Flag TXC dapat digunakan untuk mengecek bahwa pemancar telah melengkapi semua pengiriman, dan flag RXC dapat digunakan untuk mengecek bahwa tidak ada data yang tidak terbaca pada buffer penerima. Tercatat bahwa flag TXC harus dibersihkan sebelum tiap transmisi (sebelum UDR ditulisi) jika itu semua digunakan untuk tujuan tersebut.

2.3 Solar Cell / Solar Panel

Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS), adalah pembangkit yang memanfaatkan sinar matahari sebagai sumber penghasil listrik. Alat utama untuk menangkap, perubah dan penghasil listrik adalah Photovoltaic atau yang disebut secara umum Modul / Panel Solar Cell. Dengan alat tersebut sinar matahari dirubah menjadi listrik melalui proses aliran-aliran elektron negatif dan positif didalam cell modul tersebut karena perbedaan electron. Hasil dari aliran elektron-elektron akan menjadi listrik DC yang dapat langsung dimanfatkan untuk mengisi battery / aki sesuai tegangan dan ampere yang diperlukan. Rata-rata produk modul solar cell yang ada dipasaran menghasilkan tegangan 12 s/d 18 VDC dan ampere antara 0.5 s/d 7 Ampere. Modul juga memiliki kapasitas beraneka ragam mulai kapsitas 10 Watt Peak s/d 200 Watt Peak juga memiliki type cell monocrystal dan polycrystal. Komponen inti dari sistem PLTS ini meliputi peralatan : Modul Solar Cell, Regulator / controller,

Battery / Aki, Inverter DC to AC, Beban / Load. Secara sederhana solar cell terdiri dari persambungan bahan semikonduktor bertipe p dan n (p-n junction semiconductor) yang jika tertimpa sinar matahari maka akan terjadi aliran electron, nah aliran electron inilah yang disebut sebagai aliran arus listrik. Sedangkan struktur dari solar cell adalah seperti ditunjukkan dalam gambar di bawah ini.

Gambar 2.14 Struktur lapisan tipis solar sel secara umum.

Bagian utama perubah energi sinar matahari menjadi listrik adalah absorber (penyerap), meskipun demikian, masing-masing lapisan juga sangat berpengaruh terhadap efisiensi dari solar cell. Sinar matahari terdiri dari bermacam-macam jenis gelombang elektromagnetik yang secara spectrum dapat dilihat pada gambar 2.15. Oleh karena itu absorber disini diharapkan dapat menyerap sebanyak mungkin solar radiation yang berasal dari cahaya matahari.

Gambar 2.15 Spektrum radiasi sinar matahari.

Lebih detail lagi bisa dijelaskan sinar matahari yang terdiri dari photon-photon, jika menimpa permukaaan bahan solar sel (absorber), akan diserap, dipantulkan atau dilewatkan begitu saja (lihat gambar 2.16), dan hanya foton dengan level energi tertentu yang akan membebaskan electron dari ikatan atomnya, sehingga mengalirlah arus listrik. Level energi tersebut disebut energi band-gap yang didefinisikan sebagai sejumlah energi yang dibutuhkan utk mengeluarkan electron dari ikatan kovalennya sehingga terjadilah aliran arus listrik. Untuk membebaskan electron dari ikatan kovalennya, energi foton (hc/v harus sedikit lebih besar atau diatas daripada energi band-gap. Jika energi foton terlalu besar dari pada energi band-gap, maka extra energi tersebut akan dirubah dalam bentuk panas pada solar sel. Karenanya sangatlah penting pada solar sel untuk mengatur bahan yang dipergunakan, yaitu dengan memodifikasi struktur molekul dari semikonduktor yang dipergunakan.

Gambar 2.16 Radiative transition of solar cell.

Tentu saja agar efisiensi dari solar cell bisa tinggi maka foton yang berasal dari sinar matahari harus bisa diserap yang sebanyak banyaknya, kemudian memperkecil refleksi dan remombinasi serta memperbesar konduktivitas dari bahannya.

Untuk bisa membuat agar foton yang diserap dapat sebanyak banyaknya, maka absorber harus memiliki energi band-gap dengan range yang lebar, sehingga memungkinkan untuk bisa menyerap sinar matahari yang mempunyai energi sangat bermacam-macam tersebut. Salah satu bahan yang sedang banyak diteliti adalah CuInSe2 yang dikenal merupakan salah satu dari direct semiconductor.

Dari begitu banyak keuntungan solar cell seperti telah diuraikan diatas ternyata tidak polemik tidak kemudian berhenti begitu saja, masih ada yang mengatakan memang benar solar cell ketika melakukan proses perubahan energi tidak ada polusi yang dihasilkan, tetapi sudahkah kita menghitung berapa besar polusi yang telah dihasilkan dalam proses pembuatannya, dibandingkan kecilnya efisiensi yang dihasilkan. Nah tantangannya disini adalah memang bagaimana untuk menaikkan efisiensi, yang tentunya akan berdampak kepada nilai ekonomisnya.

2.4 Baterai Aki Kering

Baterai adalah suatu proses kimia listrik, dimana pada saat

pengisian/cas/charge energi listrik diubah menjadi kimia dan saat

pengeluaran/discharge energi kimia diubah menjadi energi listrik. Baterai terdiri dari sel-sel dimana tiap sel memiliki tegangan sebesar 2 V, artinya aki mobil dan aki motor yang memiliki tegangan 12 V terdiri dari 6 sel yang dipasang secara seri (12 V = 6 x 2 V) sedangkan aki yang memiliki tegangan 6 V memiliki 3 sel yang dipasang secara seri (6 V = 3 x 2 V). Antara satu sel dengan sel lainnya dipisahkan oleh dinding penyekat yang terdapat dalam bak baterai, artinya tiap ruang pada sel tidak berhubungan karena itu cairan elektrolit pada tiap sel juga tidak berhubungan (dinding pemisah antar sel tidak boleh ada yang bocor/merembes). Di dalam satu sel terdapat susunan pelat pelat yaitu beberapa pelat untuk kutub positif (antar pelat dipisahkan oleh kayu, ebonit atau plastik, tergantung teknologi yang digunakan) dan beberapa pelat untuk kutub negatif. Bahan aktif dari plat positif terbuat dari oksida timah coklat (PbO2) sedangkan bahan aktif dari plat negatif ialah timah (Pb) berpori

(seperti bunga karang). Pelat-pelat tersebut terendam oleh cairan elektrolit yaitu asam sulfat (H2SO4).

A. Saat baterai mengeluarkan arus

1. Oksigen (O) pada pelat positif terlepas karena bereaksi/bersenyawa/bergabung dengan hidrogen (H) pada cairan elektrolit yang secara perlahan-lahan keduanya bergabung/berubah menjadi air (H20).

2. Asam (SO4) pada cairan elektrolit bergabung dengan timah (Pb) di pelat positif

maupun pelat negatif sehigga menempel dikedua pelat tersebut.

Reaksi ini akan berlangsung terus sampai isi (tenaga baterai) habis alias dalam keadaan discharge. Pada saat baterai dalam keadaan discharge maka hampir semua asam melekat pada pelat-pelat dalam sel sehingga cairan eletrolit konsentrasinya sangat rendah dan hampir melulu hanya terdiri dari air (H2O), akibatnya berat jenis

cairan menurun menjadi sekitar 1,1 kg/dm3 dan ini mendekati berat jenis air yang 1 kg/dm3. Sedangkan baterai yang masih berkapasitas penuh berat jenisnya sekitar 1,285 kg/dm3. Nah, dengan perbedaan berat jenis inilah kapasitas isi baterai bisa diketahui apakah masih penuh atau sudah berkurang yaitu dengan menggunakan alat hidrometer. Hidrometer ini merupakan salah satu alat yang wajib ada di bengkel aki (bengkel yang menyediakan jasa setrum/cas aki). Selain itu pada saat baterai dalam keadaan discharge maka 85% cairan elektrolit terdiri dari air (H2O) dimana air ini

Ilustrasi baterai dalam keadaan terisi penuh

Ilustrasi baterai saat mengeluarkan arus

Ilustrasi baterai dalam keadaan tak terisi (discharge)

Air memiliki berat jenis 1 kg/dm3 (1 kg per 1000 cm3 atau 1 liter) dan asam sulfat memiliki berat jenis 1,285 kg/dm3 pada suhu 20 derajat Celcius.

kg = kilogram.

dm3 = decimeter kubik = liter.

cm3 = centimeter kubik / cc (centimeter cubic). 1 dm = 1 liter = 1000 cm3 = 1000 cc.

B. Saat baterai menerima arus

Baterai yang menerima arus adalah baterai yang sedang disetrum/dicas alias sedang diisi dengan cara dialirkan listrik DC, dimana kutup positif baterai dihubungkan dengan arus listrik positif dan kutub negatif dihubungkan dengan arus listrik negatif. Tegangan yang dialiri biasanya sama dengan tegangan total yang dimiliki baterai, artinya baterai 12 V dialiri tegangan 12 V DC, baterai 6 V dialiri tegangan 6 V DC, dan dua baterai 12 V yang dihubungkan secara seri dialiri tegangan

24 V DC (baterai yang duhubungkan seri total tegangannya adalah jumlah dari masing-maing tegangan baterai: Voltase1 + Voltase2 = Voltasetotal). Hal ini bisa

ditemukan di bengkel aki dimana ada beberapa baterai yang duhubungkan secara seri dan semuanya disetrum sekaligus. Berapa kuat arus (ampere) yang harus dialiri bergantung juga dari kapasitas yang dimiliki baterai tersebut (penjelasan tentang ini bisa ditemukan di bagian bawah). Konsekuensinya, proses penerimaan arus ini berlawanan dengan proses pengeluaran arus, yaitu :

1. Oksigen (O) dalam air (H2O) terlepas karena bereaksi/bersenyawa/bergabung

dengan timah (Pb) pada pelat positif dan secara perlahan-lahan kembali menjadi oksida timah colat (PbO2).

2. Asam (SO4) yang menempel pada kedua pelat (pelat positif maupun negatif)

terlepas dan bergabung dengan hidrogen (H) pada air (H2O) di dalam cairan elektrolit

dan kembali terbentuk menjadi asam sulfat (H2SO4) sebagai cairan elektrolit.

Akibatnya berat jenis cairan elektrolit bertambah menjadi sekitar 1,285 (pada baterai yang terisi penuh).

C. Cairan elektrolit

Pelat-pelat baterai harus selalu terendam cairan elektrolit, sebaiknya tinggi cairan elektrolit 4 - 10 mm diatas bagian tertinggi dari pelat. Bila sebagian pelat tidak terendam cairan elektrolit maka bagian pada pelat yang tidak terendam tersebut akan langsung berhubungan dengan udara akibatnya bagian tersebut akan rusak dan tak dapat dipergunakan dalam suatu reaksi kimia yang diharapkan, contoh, sulfat tidak bisa lagi menempel pada bagian dari pelat yang rusak, sebab itu bisa ditemukan

konsentrasi sulfat yang sangat tinggi dari ruang sel yang sebagian pelatnya sudah rusak akibat sulfat yang sudah tidak bisa lagi bereaksi dengan bagian yang rusak dari pelat. Oleh karena itu kita harus memeriksa tinggi cairan elektrolit dalam baterai kendaraan bermotor setidaknya 1 bulan sekali (kalau perlu tiap 2 minggu sekali agar lebih aman) karena senyawa dari cairan elektrolit bisa menguap terutama akibat panas yang terjadi pada proses pengisian (charging), misalnya pengisian yang diberikan oleh alternator. Bagaimana jika cairan terlalu tinggi? Ini juga tidak baik karena cairan elektrolit bisa tumpah melalui lubang-lubang sel (misalnya pada saat terjadi pengisian) dan dapat merusak benda-benda yang ada disekitar baterai akibat korosi, misalnya sepatu kabel, penyangga/dudukan baterai, dan bodi kendaraan akan terkorosi, selain itu proses pendinginan dari panasnya cairan elektrolit baterai oleh udara yang ada dalam sel tidak efisien akibat kurangnya udara yang terdapat di dalam sel, dan juga asam sulfat akan berkurang karena tumpah keluar; bila asam sulfat berkurang dari volume yang seharusnya maka kapasitas baterai tidak akan maksimal karena proses kimia yang terjadi tidak dalam keadaan optimal sehingga tenaga/kapasitas yang bisa diberikan akan berkurang, yang sebelumnya bisa menyuplai -katakanlah- 7 ampere dalam satu jam menjadi kurang dari 7 ampere dalam satu jam, yang sebelumnya bisa memberikan pasokan tenaga sampai -katakanlah- 1 jam kini kurang dari 1 jam isi/tenaga baterai sudah habis.

D. Kapasitas baterai

Kapasitas baterai adalah jumlah ampere jam (Ah = kuat arus/Ampere x waktu/hour), artinya baterai dapat memberikan/menyuplai sejumlah isinya secara

rata-rata sebelum tiap selnya menyentuh tegangan/voltase turun (drop voltage) yaitu sebesar 1,75 V (ingat, tiap sel memiliki tegangan sebesar 2 V; jika dipakai maka tegangan akan terus turun dan kapasitas efektif dikatakan sudah terpakai semuanya bila tegangan sel telah menyentuh 1,75 V). Misal, baterai 12 V 75 Ah. Baterai ini bisa memberikan kuat arus sebesar 75 Ampere dalam satu jam artinya memberikan daya rata-rata sebesar 900 Watt (Watt = V x I = Voltase x Ampere = 12 V x 75 A). Secara hitungan kasar dapat menyuplai alat berdaya 900 Watt selama satu jam atau alat berdaya 90 Watt selama 10 jam, walaupun pada kenyataannya tidak seperti itu (dijelaskan di bawah ini). Kembali ke kapasitas baterai, pada kendaraan bermotor kapasitas ini bisa dianalogikan sebagai volume maksimal tangki bahan bakar namun yang membuat berbeda adalah kapasitas pada baterai bisa berubah-ubah dari nilai patokannya, jadi mirip tangki bahan bakar mobil yang bahannya terbuat dari karet. Sebagai ilustrasi saya beri contoh balon karet, isinya bisa besar jika terus dimasukkan udara atau bisa juga kecil jika udara yang ditiup sedikit saja. Nah, kapasitas baterai juga tidak tetap, mirip contoh balon karet tadi, dimana ada tiga faktor yang menentukan besar kecilnya kapasitas baterai yaitu :

1. Jumlah bahan aktif

Makin besar ukuran pelat yang bersentuhan dengan cairan elektrolit maka makin besar kapasitasnya; makin banyak pelat yang bersentuhan dengan cairan elektrolit maka makin besar kapasitasnya. Jadi untuk mendapatkan kapasitas yang besar luas pelat dan banyaknya pelat haruslah ditingkatkan, dengan catatan bahwa pelat haruslah terendam oleh cairan elektrolit. Dari sini

Anda kembali bisa menyadari betapa pentingnya bagi pelat-pelat agar terendam oleh cairan elektrolit karena bagian dari pelat yang tidak terendam sama sekali tidak akan berfungsi bagi peningkatan kapasitas.

2. Temperatur

Makin rendah temperatur (makin dingin) maka makin kecil kapasitas baterai saat digunakan karena reaksi kimia pada suhu yang rendah makin lambat tidak peduli apakah arus yang digunakan tinggi atapun rendah. Kapasitas baterai biasanya diukur pada suhu tertentu, biasanya 25 derajat Celcius.

3. Waktu dan arus pengeluaran

Pengeluaran lambat (berupa pengeluaran arus yang rendah) mengakibatkan waktu pengeluaran juga diperpanjang alias kapasitas lebih tinggi. Kapasitas yang dinyatakan untuk baterai yang umum pemakaiannya pada pengeluaran tertentu, biasanya 20 jam. Contoh: Baterai 12 V 75 Ah bisa dipakai selama 20 jam jika kuat arus rata-rata yang digunakan dalam 1 jam adalah 3,75 Ampere (75 Ah / 20 h), sedangkan bila digunakan sebesar 5 Ampere maka waktu pemakaian bukannya 15 jam (75 Ah / 5 A) tapi lebih kecil yaitu 14 jam, sedangkan pada penggunaan Ampere yang jauh lebih besar, yaitu 7,5 Ampere maka waktu pemakaian bukan 10 jam (75 A / 7,5 A) tapi hanya 7 jam. Hal ini bisa menjadi jawaban bagi mereka yang menggunakan UPS, misal 500 VA atau 500 Watt.hour, yang mana baterai UPS hanya bertahan lebih kurang 5 - 15 menit untuk komputer yang memerlukan daya 250 Watt, padahal kalau berdasarkan hitungan kasar seharusnya bisa bertahan selama 2 jam (500

Watt.hour / 250 Watt). Saya beri satu contoh nyata, sebuah aki kering 12 V dan 18 Ah mencantumkan nilai spesifikasi sebagai berikut :

20 hr @ 0,9 A = 18 A. 5 hr @ 3,06 A = 15,3 A. 1 hr @ 10,8 A = 10,8 A. 1/2 hr @ 18 A = 9 A.

2.5 Liquid Crystal Display (LCD)

LCD merupakan salah satu komponen penting dalam pembuatan tugas akhir ini karena LCD dapat menampilkan perintah-perintah yang harus dijalankan oleh pemakai.LCD mempunyai kemampuan untuk menampilkan tidak hanya angka, huruf abjad, kata-kata tapi juga simbol-simbol.

Jenis dan ukuran LCD bermacam-macam, antara lain 2x16, 2x20, 2x40, dan lain-lain. LCD mempunyai dua bagian penting yaitu backlight yang berguna jika digunakan pada malam hari dan contrast yang berfungsi untuk mempertajam tampilan

Tabel 2.8 Fungsi pin LCD

Fungsi dari masing– masing pin pada LCD adalah pin pertama dan kedua merupakan pin untuk tegangan suplai sebesar 5 volt, untuk pin ketiga harus ditambahkan resistor variabel 4K7 atau 5K ke pin ini sebagai pengatur kontras tampilan yang diinginkan.

Pin keempat berfungsi untuk memasukkan input command atau input data, jika ingin memasukkan input command maka pin 4 diberikan logic low (0), dan jika ingin memasukkan input data maka pin 4 diberikan logic high (1).

Fungsi pin kelima untuk read atau write, jika diinginkan untuk membaca karakter data atau status informasi dari register (read) maka harus diberi masukan high (1), begitu pula sebaliknya untuk menuliskan karakter data (write) maka harus diberi masukan low (0). Pada pin ini dapat dihubungkan ke ground bila tidak diinginkan pembacaan dari LCD dan hanya dapat digunakan untuk mentransfer data ke LCD.

Pin keenam berfungsi sebagai enable, yaitu sebagai pengatur transfer command atau karakter data ke dalam LCD. Untuk menulis ke dalam LCD data ditransfer waktu terjadi perubahan dari high ke low, untuk membaca dari LCD dapat dilakukan ketika terjadi transisi perubahan dari low ke high.

Pin-pin dari nomor 7 sampai 14 merupakan data 8 bit yang dapat ditransfer dalam 2 bentuk yaitu 1 kali 8 bit atau 2 kali 4 bit, pin-pin ini akan langsung terhubung ke pin-pin mikrokontroler sebagai input/output. Untuk pin nomor 15-16 berfungsi sebagai backlight.

2.6 ADC 0804

ADC (Analog Digital Converter) merupakan pengubah data analog menjadi data digital. Yang mana ADC ini akan sangat berguna apabila kita ingin menggunakan data analog sebagai masukan untuk sistem kita dengan cara mengubahnya terlebih dahulu ke data digital. ADC 0804 merupakan salah satu dari

sekian banyak pengubah data analog menjadi data digital. Mungkin ADC ini sudah ketinggalan dibandingkan ADC lainnya yang sudah banyak beredar dipasaran, tetapi maksud saya memposting tulisannya ini hanya untuk berbagi ilmu saya pada saat saya mengerjakan tugas akhir saya beberapa waktu yang lalu. Saya pikir ADC jenis 0804 ini merupakan ADC yang simpel dan mudah digunakan dibandingkan dengan jenis ADC lainnya. ADC 0804 ini mempunyai 20 pin dengan konfigurasi seperti gambar berikut:

Gambar 2.19 Gambar skema ADC 0804

Pada ADC 0804, pin 11-18 merupakan pin keluaran digital yang dapat dihubungkan langsung dengan bus data-alamat. Apabila pin /CS atau pin /RD dalam keadaan tinggi, pin 11 sampai pin 18 akan mengambang. Apabila /CS dan /RD rendah keduanya, keluaran digital akan muncul pada saluran keluaran. Untuk memulai suatu konversi, /CS harus rendah. Bilamana /WR menjadi rendah, konverter akan mengalami reset dan ketika /WR kembali pada keadaan tinggi, konversi segera dimulai. Pin 5 adalah saluran untuk /INTR, sinyal selesai konversi. /INTR akan

menjadi tinggi pada saat memulai konversi, dan dibuat aktif rendah bilamana konversi telah selesai. Pin 6 dan 7 adalah masukan diferensial yang membandingkan dua masukan sinyal analog. Jenis masukan ini memungkinkan pemilihan bentuk masukan, yaitu mentanahkan pin 7 untuk masukan positif bersisi-tunggal (single- ended positif input), atau mentanahkan pin 6 untuk masukan negatif bersisi-tunggal (single-ended negatif input), atau mengaktifkan kedua pin untuk masukan diferensial. Piranti ini mempunyai 2 ground, A GND dan D GND yang terletak pada pin 8 dan 10. Keduanya harus digroundkan. Pin 20 disambungkan dengan catu tegangan yang sebesar +5V.

Dalam ADC 0804, Vref merupakan tegangan masukan analog maksimum, yaitu tegangan yang menghasilkan suatu keluaran digital maksimum FFH. Bila pin 9 tidak dihubungkan (tidak dipakai), VREF berharga sama dengan tegangan catu VCC. Ini berarti bahwa catu tegangan +5V memberikan jangkauan masukan analog dari 0 sampai +5V bagi masukan positif yang bersisi-tunggal.

Pada ADC 0804 ini, terdapat dua jenis prinsip didalam melakukan konversi, yaitu free running dan mode control. Pada mode free running, ADC akan mengeluarkan data hasil pembacaan input secara otomatis dan berkelanjutan (continue). Pada mode ini pin INTR akan berlogika rendah setelah ADC selesai melakukan konversi, logika ini dihubungkan kepada masukan WR untuk memerintahkan ADC memulai konversi kembali. Prinsip yang kedua yaitu mode control, pada mode ini ADC baru akan memulai konversi setelah diberi instruksi dari mikrokontroler. Instruksi ini dilakukan dengan memberikan pulsa rendah kepada

masukan WR sesaat + 1ms, kemudian membaca keluaran data ADC setelah keluaran INTR berlogika rendah. Untuk sistem pengontrolan level permukaan air ini karena level permukaan air harus terus dimonitor, maka ADC menggunakan prinsip free running sehingga tegangan dari sensor dapat terus dikonversi secara terus menerus. Untuk menerapkan free running mode ini maka pin WR harus dihubungkan dengan pin INTR. ADC 0804 yang penulis gunakan ini memerlukan tegangan referensi sebesar 2,5 V agar dapat bekerja. Maka untuk tegangan referensinya ini dihasilkan dari keluaran dioda referensi LM336. Sedangkan untuk sinyal clocknya dihasilkan dari kapasitor 150 ρF dan resistor 10 KΩ. Rangkaian ini memerlukan tegangan masukan sebesar 5 VDC untuk bekerja, yang mana tegangan ini diambil dari catu daya 5 VDC yang telah dirancang. Adapun rangkaian dari ADC 0804 ini dapat dilihat pada Gambar 2.20 berikut ini :

BAB III

ANALISIS DAN PERANCANGAN SISTEM

Pada bab ini merupakan bagian perencanaan dan bagian pembuatan perangkat lunak (software) dan perangkat keras (hardware), yang akan dibahas tentang langkah-langkah perencanaan dan pembuatan tugas akhir, yang merupakan pokok bahasan utama dalam pembuatan tugas akhir ini.

3.1 Analisis Sistem

Pada bab ini, dibuat perancangan dan pembuatan dari alat pembangkit listrik yang menggunakan tenaga matahari yang diujicobakan pada protipe persimpangan

traffic light berbasis mikrokontroler dengan menggunakan mikrokontroler AVR ATMega16. Bagian pembuatan perangkat lunak meliputi pemograman pada mikrokontroler, sedangkan untuk bagian pembuatan perangkat keras yang meliputi perangkat mekanik serta perangkat elektronik. Pembuatan perangkat mekanik terdiri dari desain mengenai protipe itu sendiri yaitu pembuatan miniatur persimpangan

traffic light berbasis mikrokontroler. Sedangkan pembuatan perangkat keras

pembuatan elektronik terdiri dari pembuatan rangkaian sistem mikrokontroler, rangkaian pengisian pada baterai aki melalui solar panel, rangkaian pengaturan waktunya pada traffic light.

Pada umumnya di persimpangan traffic light kebanyakan masih

menggunakan tenaga listrik yang dimiliki oleh PLN. Dimana disini percobaan pembuatan pembangkit listrik yang menggunakan solar panel atau solar cell berbasis

46

mikrokontroler, didalam percobaan ini dimana rangkain yang berbasis mikrokontroler dan menggunakan solar panel dan baterai aki yang bertugas sebagai penyimpanan cadangan listrik yang juga akan mengatur jalan lampu pada traffic light dan rangkain ini akan mengatur waktu kapan merah, kuning atau hijau harus menyala.

3.2 Perancangan Sistem

Sub bab ini menjelaskan mengenai proses desain perangkat lunak yang akan dibuat dan hardware yang digunakan. Proses desain sistem dalam sub-bab ini akan dibagi menjadi beberapa tahap yaitu: alur umum sistem, spesifikasi kebutuhan sistem, alur umum, flowchart, perancangan data, perancangan antarmuka dan perancangan hardware.

Aplikasi ini merupakan sistem yang akan menjalankan rangkain prototipe pembangkit listrik menggunakan tenaga surya yang diujicobakan pada traffic light. Dimana solar panel akan mendapatkan sinar dari matahari yang menghasilkan tegangan listrik fungsinya untuk menghidupkan semua rangkaian dan baterai aki akan menampung tegangan tersebut sebagai tenaga cadangan.

3.2.1 Alur Umum Sistem

Pada rancangan umum dari aplikasi ini adalah memanfaatkan sumber tenaga matahari sebagai pembangkit listrik yang diterapkan pada protipe traffic light. Pembuatan rangkaian prototipe traffic light menggunakan tenaga matahari ini dengan pengoperasian berbasis mikrokontroler Atmega16 terdiri dari 2 bagian yaitu pembuatan perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software).

47

Gambar umum tugas akhir ini dapat dilihat dari gambar 3.1.

Gambar 3.1 Diagram alur prototipe.

Cara kerja dari protipe traffic light berbasis mikrokontroler adalah solar panel mengisi tenaga pada baterai aki setelah itu menuju mikrokontroler dan dari mikrokontroler menuju pada miniatur traffic light. Apabila tegangan pada baterai aki telah penuh maka solar panel langsung menuju mikrokontroler untuk memberikan tegangan dan selanjutnya ke miniatur traffic light.

3.2.2 Blok Diagram

Perancangan blok diagram pada rangkain ini untuk memberikan pemberitahuan suply tenaga solar panel, dimana solapr panel sebagai sumber utama dari pemberian tenaga pada rangkain ini. Solar panel akan memberikan tegangan listrik pada baterai, perhatikan pada gambar 3.2 :

Blok Diagram Solar .

Solar cell Mikrokontroler

ATMega16

Baterai Aki Miniatur

Perempatan traffic light

Solar cell

baterai

mikro Traffic

48

Start

m1 = 1 h1 = 0 m2 = 0 h2 = 1 k1 = 0

k2 = 0

Delay 5 detik m1 = 1 k2 = 1 m2 = 0 h1 = 0 k1 = 0 h2 = 0 Delay 2 detik m1 = 0 k2 = 0 m2 = 1 h1 = 1 k1 = 0 h2 = 0 Delay 5 detik

m1 = 1 k2 = 0 m2 = 0 h2 = 0 k1 = 0 h2 = 1 m1 = 0 k2 = 0 m2 = 1 h1 = 0 k1 = 1 h2 = 0

Delay 2 detik

Stop

3.2.3 Flowchart Rangkain

Perancangan flowchart digunakan untuk menggambarkan sejumlah proses terstruktur dalam sistem, berorientasikan pada aliran proses yang terjadi. Demi memudahkan pembaca orang awam dalam mengerti isi dari aplikasi ini, seperti gambar 3.3 :

49

3.2.4 Kebutuhan Perancangan Hardware

Dalam pembuatan inkubator ini komponen-komponen yang dibutuhkan adalah sebagai berikut:

Mikrokontoler ATmega16 1. Solar panel.

2. Baterai aki kering. 3. Relay.

4. Pararel Port.

3.3 Cara Merancang Alat

Cara merancang prototipe traffic light menggunakan tenaga matahari berbasis mikrokontroler bukanlah suatu hal yang mudah dan tidak dapat dilakukan oleh banyak kalangan. Dalam menjalani Tugas Akhir ini penulis ingin memaparkan bagaimana cara merancang alat ini.

Pertama, membeli semua komponen-komponen yang diperlukan dalam

pembuatan rangakain prototipe ini. Setelah membeli semua komponennya, kemudian mendesign miniaturnya.

Kedua, setelah mendesign alat, kemudian merakit komponen-komponen yang

sudah ada ke PCB (Printed Circuit Board). Setelah itu untuk menyatukan rangkaian komponen dan motor diperlukan sebuah akrilik sebagai rangka dari mesin ini.

Ketiga, untuk menghubungkan Mikrokontroler ke ke komputer maka

50

Keempat, menguji coba hasil keseluruhan rangkaian prototipr traffic light

dengan mengoneksikan antara solar panel, baterai aki serta mikro itu sendiri dan menjalankannya.

BAB IV

IMPLEMENTASI SISTEM DAN ANALISA

Pada Bab IV ini akan dibahas mengenai implementasi dari rancangan sistem yang telah dibuat pada bab III. Bagian implementasi sistem kali ini meliputi implementasi hardware, implementasi proses dan uji coba alat.

4.1 Implementasi Hardware

Dalam pembuatan perangkat lunak prototipe traffic light menggunakan tenaga surya berbasis mikrokontroler ini, dibutuhkan suatu alat yang berguna sebagai peraga sistem yang telah dibuat agar dapat mengetahui cara kerja sistem secara keseluruhan dan untuk memastikan apakah sistem telah berjalan sesuai perancangan, agar

hardware dapat bekerja.

4.1.1 Rangkaian Mikrokontroler

Berikut ini adalah ganbaran rangakain dari mikrokontroler yang terdapat pada protipe traffic light menggunakan tenaga surya berbasis mikrokontroler, dimana pada rangkain terdapat bagian-bagian sebagai berikut :

1. Pembagi tegangan ADC. 2. Terdapat dua riley.

3. Dan mikrokontroler itu sendiri yang akan mengatur pembagian tegangan dari solar panel ke baterai dan rangkain, mengatur pembagian waktu delay pada

52

memberikan keterangan persentase kapasitas tenaga dalam baterai, seperti gambar 4.1 :

Gambar 4.1 Rangkaian Mikrokontroler.

4.1.2 Implementasi Miniatur

Pembuatan miniatur prototipe traffic light menggunakan tenaga surya berbasis mikrokontroler ini digunakan untuk memberikan simulasi bagaimana cara kerja lampu traffic light pada persimpangan lampu merah, sehingga dapat diketahui bagaimana kinerja dari mesin tersebut jika keadaan yang sebenarnya.

Pembuatan miniatur ini sendiri menggunakan vahar dasar dari papan triplek yang sedikit tebal dengan panjang ± 1 m, dan lebar ± 50 cm. Desain dari miniatur ini berbentuk persegi panjang dimana di dalam tersebut terdapat solar panel, baterai aki kering 7 ampere dan rangkaian mikrokontroler yang akan dapat mengatur lampu

53

persentase kapasitas jumlah tenaga listrik pada baterai. Berikut ini gambar prototipe

traffic light menggunakan tenaga surya :

Gambar 4.2 Prototipe Traffic Light Menggunakan Tenaga Matahari.

4.2 Implementasi Proses

Bagian implementasi proses ini menjelaskan mengenai implementasi proses-proses sebagaimana rancangan sistem yang telah dibuat pada bab III seperti yang telah digambarkan dalam flowchart.

54

4.2.1 Implementasi Proses Baterai

Pada proses aplikasi baterai ini terdapat dua port untuk membagi memberikan tegangan pada kapasitas baterai. Port tersebut untuk memberikan tegangan listrik pada baterai melalui solar panel, apabila baterai berada pada posisi 25% maka sistem akan secara otomatis untuk mengisi kapasitas pada baterai setelah mencapai 100% sistem akan memutus pengisian pada baterai dan solar panel memberikan tegangan langsung ke rangkaian mikrokontroler, seperti contoh coding gambar 4.3 untuk pembagian solar panel ke baterai dan rangkaian mikro :

Gambar 4.3 Source Code Kapasitas Tegangan

Dan di bawah ini untuk tampilan pada LCD berapa persen kapasitas tegangan yang terdapat pada baterai, berikut penggalan codingnya :

Gambar 4.4 Source Code Tampilan Kapasitas Baterai.

if(prosen<25) {

PORTA.2=1; }

else {

PORTA.2=0; }

{

batt=read_adc(0); flot=batt - 55; prosen=flot / 2;

sprintf(buff,"aki= %d %c",prosen,37); lcd_gotoxy(0,0);

55

4.2.2 Implementasi 7 Segment

Pada proses 7 segment ini terjadi proses prosedur mengeluarkan 7 segment

untuk tampilan waktu, dimana dalam aplikasi ini dideklarasikan menjadi 10 bagian 0 sampai dengan 9 dan pada setiap bagiannya terdapat 9 variabel A sampai H dan satunya lagi adalah .(dot). Dalam bagian tersebut dan variabelnya akan ada bernilai bilangan 1 dan 0 yang berarti jika 1 lampu mati dan 0 lampu hidup. Seperti codingan gambar 4.5 dan 4.6 :

void satu() { A=1; B=0; C=0; D=1; E=1; F=1; G=1; DP=1; } void dua() { A=0; B=0; C=1; D=0; E=0; F=1; G=0; DP=1; } void tiga() { A=0; B=0; C=0; D=0; E=1;

56

Gambar 4.6 Tampilan 7 Segment.

4.2.3 Implementasi Waktu

Bagian proses aplikasi waktu ini menjelaskan mengenai pembagian waktu yang diberikan untuk lampu traffic light perempatan jalan. Diproses ini dibagi menjadi dua jalur jalan yaitu jalur satu dan jalur dua. Pada saat jalur satu lampu

traffic light berwarna merah maka lampu traffic light di jalur dua akan berwarna hijau dan selanjutnya akan seperti itu sesuai dengan keadaan pada pembagian waktu jalur satu dan jalur dua. Pada waktunya sendiri terbagi menjadi 10 digit dari 0 sampai 9, jadi batas atas itu adalah 9 dan batas bawah itu adalah 0. Demikian coding pembagian waktu dan gambar lampu traffic light dan waktunya :

Gambar 4.7 Source Code Untuk Jalur 1 Merah Jalur 2 Hijau.

sembilan();

hijau1=1; kuning1=0; merah1=0; hijau2=0; kuning2=0;

merah2=1; delay_ms(500);

57

Gambar 4.8 Source Code Untuk jalur 1 Hijau Jalur 2 Merah. sembilan(); hijau1=0; kuning1=0; merah1=1; hijau2=1; kuning2=0; merah2=0; delay_ms(500); lapan(); hijau1=0; kuning1=0; merah1=1; hijau2=1; kuning2=0; merah2=0; dua(); hijau1=0; kuning1=1; merah1=0; hijau2=0; kuning2=1; merah2=0; delay_ms(500); satu(); hijau1=0; kuning1=1; merah1=0; hijau2=0; kuning2=1; merah2=0; delay_ms(500); nol(); hijau1=0; kuning1=1; merah1=0; hijau2=0; kuning2=1; merah2=0; d l (500)

58

Gambar 4.10 Lampu Traffic Light dan Waktu.

4.3 Uji Coba Alat

Setelah pembuatan protipe traffic light menggunakan tenaga matahari ini yang menggunakan berbasis mikrokontroler selesai, tahap berikutnya adalah proses pengujian dan pembahasan tentang kinerja dari alat ini. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui cara kerja dan fungsi dari masing-masing komponen utama serta mengetahui cara pengoperasian dari alat ini.

4.3.1 Pengujian Solar Panel atau Solar Cell

Pengujian solar panel sebagai komponen penting pembangkit listrik tenaga surya ini yang mengubah sinar matahari menjadi tenaga listrik. Umumnya menghitung maksimum sinar matahari yang diubah menjadi tenaga listrik sepanjang hari adalah 5 jam. Tenaga listrik pada pagi hari – sore disimpan dalam baterai yang telah disiapkan, sehingga listrik dapat digunakan pada malam hari, dimana tanpa sinar matahari. Karena pembangkit listrik tenaga surya sangat tergantung kepada

59

sinar matahari, maka perencanaan yang baik sangat diperlukan. Perencanaan terdiri dari :

1. Jumlah daya yang dibutuhkan dalam rangkain.

2. Berapa arus yang dihasilkan solar panel (dalam ampere hour).

3. Berapa unit baterai yang diperlukan untuk kapasitas yang diinginkan dan pertimbangan penggunaan tanpa sinar matahari.

Sistem kerja dari solar panel itu sendiri adalah sebagai berikut : 1. Memberikan tegangan pada baterai.

2. Mengisi kapasitas baterai hingga terisi dengan batas atas baterai.

3. Memberikan arus pada rangakain mikro, untuk menjalankan mikro itu sendiri.

4.3.2 Pengujian Rangkain Mirokontroler

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah rangkaian mikrokontroler ATmega16 yang telah dibuat dapat berfungsi dengan baik. dimana pengujian ini dilakukan dengan memberikan logika 1/0 ke pin nomor 37, 38 (port 0.0, port 0.2), hanya saja setiap pin tersebut dihubungkan dengan lampu LED. Dengan harapan jika pin 38 diberikan logika 1 maka LED nomor 1 akan menyala demikian juga jika diberikan logika 0 maka LED akan mati, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.11.

60

Dengan menempatkan rangkaian LED pada keluaran mikrokontroler ATmega8535 dan memberikan nilai logika 1 atau 0 ke port yang di inginkan maka hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.1 berikut:

Tabel 4.1 Hasil pengujian pada rangakaian mikrokontroler ATmega16

Pengujian Port Nilai logika Lampu LED

1 2

P0.1 P0.1

1 0

Menyala Mati

Dari tabel diatas dapat dilihat jiak port 0.0 diberikan logika 1 maka LED pertama akan menyala dan jika diberikan logika 0 maka LED akan mati, begitu juga yang terjadi pada port-port yang lain, dari hasil tersebut dapat dikatakan rangkaian mikrokontroler ATmega16 bekerja sesuai dengan yang diharapkan.

Pengujian rangkaian mikrokantroler dilakukan dengan langkah sebagai berikut :

1. Dibuat rangkaian LED dengan anoda ke +5V dan ditambah dengan resistor 220.

2. IC mikro diberi tegangan +5V. 3. LED dihubungkan dengan P1.0.

4. Dibuat bahasa pemograman pada mikro. Pada port P1.0 diberikan nilai low. 5. Jika LED menyala maka IC mikro dalam keadaan baik.

61

1. mengecek apakah mikrokontroler dapat bekerja dalam membagi tegangan listrik ke rangkaian itu sendiri dan ke baterai yang dapat mengisi baterai pada saat kapasitas baterai di bawah 25%.

2. Melakukan proses pembagian waktu pada perempatan jalan lampu merah dengan menggunakan timer dimana dibagi menjadi dua jalur.

3. Melakukan proses pemotongan arus listrik ke baterai aki, apabila kapasitas baterai telah mencapai batas atas dari kapasitas yang dimiliki baterai itu, sehingga solar panel hanya melakukan proses pemberian tenaga pada rangkaian dengan arus yang keluar dari solar panel yang mengangkat rangaian tersebut.

4.3.3 Ujicoba Perangkat Hardware

Untuk menghubungkan aplikasi sistem agar dapat berkomunikasi dengan menggunakan mikrokrontroler dibutuhkan media transfer data yang menggunakan koneksi alat USB converter RS 232. Dalam pembahasan proyek tugas akhir ini ujicoba perangkat dilakukan dengan menggunakan media koneksi kabel USB

Pin – pin pada LCD yang dihubungkan antara lain pin VSS dihubungkan dengan ground pada catu daya dan VDD dihubungkan dengan kutub positif +5v pada

catu daya. Untuk mengatur tingkat kecerahan atau kontras dari LCD dilakukan dengan cara menghubungkan pin VEE dengan trimpot. Setelah

rangkaian tersebut dihubungan dengan arus listrik, LCD dapat menyala dengan baik dan layak digunakan.

5.1.2 Pengujian Solar Panel

Pengujian solar panel untuk mengecek apakah solar panel dapat mengeluarkan arus tegangan dan berapa besar arus keluar yang dihasilkan dari solar panel jika solar panel terkena sinar matahari. Sehinggga dapat diketahui seberapa kuat solar panel dapat mengangkat rangkaian untuk menjalankan rangkaian prototipe traffic light menggunakan tenaga surya.

5.1.3 Pengujian Rangkaian Keseluruhan

Pengujian rangkaian keseluruhan dilakukan setelah pengecekan mulai dari bagian masing-masing rangkaian tersusun dan program yang menggunakan aplikasi codevision avr telah jadi serta pengisian program ke dalam IC mikrokontroler menggunakan downloader selesai. Adapun langkah-langkah pengujiannya adalah sebagai berikut :

1. Menghubungkan kabel solar panel ke rangkaian. 2. Menghubungkan kabel dari rangkaian ke baterai aki.

3. Melihat apakah LCD telah berjalan dengan baik dapat mengetahui persentase dari baterai.

4. Mengecek lampu traffic light telah berjalan sesuai pengaturan sistem. 5. Mengecek waktu telah berjalan dengan baik sesuai lampu traffic light.

65

6.1 Kesimpulan

Dari uraian bab-bab sebelumnya maka dapat ditarik suatu kesimpulan tentang perancangan dan pembuatan rangkaian prototipe traffic light menggunakan tenaga surya sebagai pembangkit listriknya berbasis mikrokontroler sebagai berikut :

1. Penggunaan mikrokontroler pada rangkaian prototipe traffic light ini berfungsi sebagai mengatur jalannya lampu merah, kuning dan hijau, mengatur mengeluarkan jalannya 7 segment dan membagi tegangan antara baterai dan rangkaian apabila baterai telah terisi penuuh maka secara otomatis system akan memutus pengisisan tegangan ke baterai setala itu solar panel langsung memberikan tegangan ke rangkaian. 2. Solar panel adalah inti dari rangkaian ini dalam memberikan tegangan,

apabila solar panel tidak bekerja maka rangkaian prototipe tidak bisa dijalankan.

3. Kapasitas baterai dan kapasitas cahaya matahari juga menentukkan cara kerja pada rangkaian ini, dimana baterai sebagai alat yang akan menjalankan bila kondisi solar cell tidak mendapatkan cahaya dan solar cell sebagai alat vital untuk menyuplai listrik ke semua rangkaian, seperti tabel pengujian 6.1 dan 6.2 yang menggunakan baterai dan menggunakan solar cell :

Tabel 6.1 Tabel pengujian pada baterai

Kapasitas Baterai Keterangan Kondisi

75 – 57 % 75 Menit Normal

57 – 45 % 60 Menit Normal

45 – 27 % 75 Menit Normal

27 – 10 % 70 Menit Normal

Keterangan tabel:

Untuk kapasitas baterai dihitung berapa persen kapasitas baterai berkurang dengan keterangan berapa lama waktu yang dibutuhkan saat kapasitas berkurang. Sedangkan, kondisi normal pada tabel dimaksudkan berjalannya rangkaian dengan baik, pada LCD untuk mengetahui jumpah kapsitas baterai, menjalankan mikrokontroler serta menyalakan lampu LED berjalan dengan normal atau baik.

Tabel 6.2 Tabel Pengujian pada Solar Cell

Kapasitas Cahaya Kondisi Keterangan

Terang cahaya matahari terbaik Normal

Redup cahaya matahari tertutup

oleh bayangan.

LCD menyala, lampu LED dan waktu tidak menyala

Gelap tidak mendapat cahaya

matahari

Tidak menyala

Keterangan tabel :

Kapasitas cahaya menentukkan dapat berjalannya rangkaian, yaitu:

2. Jika cahaya matahari tertutup oleh bayangan pada solar cell maka mikrokontroler hanya dapat menghidupkan LCD tetapi lampu LED dan waktu tidak dapat menyala.

3. Jika solar cell tidak mendapatkan cahaya maka mikrokontroler tidak dapat menyala.

6.2 Saran

Dari hasil penelitian dalam pembuatan rangkaian protipe traffic light menggunakan tenaga matahari berbasis mikrokontroler ini, maka penulis memberikan saran kepada pembaca dalam rangka kemajuan alat ini ke depan, diantaramya :

1. Nantinya dalam perkembangan berikutnya ini akan saya buat lebih lengkap yang berada didalam pasaran untuk kebutuhan kota yang berada di kota-kota besar ataupun kota-kota kecil.

2. Untuk pengembangan berikutnya hardware ini tidak hanya implementasi pada traffic light saja tetapi juga dapat diujicobakan pada rangkaian yang lainnya dengan menggunakan solar panel yang berbasis mikrokontroler.

Darmawan. 2008. Dasar Pemrogaman Mikrokontroler Menggunakan Assembly. Penerbit Maxikom, Yogyakarta.

Kristanto, Andri, S.Kom. 2003. Bahasa Pemograman Dengan C. Penerbit Graha Ilmu, Yogyakarta.

Pardosi, Mico. 2003. Buku Panduan Microsoft Visual Basic 6.0. Penerbit Selaras, Surabaya.

Winoto, Ardi. 2008. Mikrokontroler AVR ATmega8/32/16/8535 dan Pemrogramannya dengan Bahasa C pada WinAVR. Penerbit Informatika, Bandung.

Anonymous, 2011. “Pelatihan Dasar Dasar Elektronika SENSOR” http://elektronika-dasar.blogspot.com/2008/04/sensor.html, diakses Tanggal 15 April 2011.

Anonymous, 2011. “Kamus Komputer dan Teknologi Informasi “Assembler dan Hardware” http://www.total.or.id/info.php?kk=hardware dan http://www.total.or.id/info.php?kk=Assembler, diakses tanggal 22 April 2011.

Anonymous, 2011. “Cara Kerja Baterai Aki”. www.ForumIklanUmum.com, diakses tanggal 2 Mei 2011.

Anonymous, 2011. “Perancangan Solar Cell”. http://Pembangkit Listrik Tenaga Surya dan Solar Panel.html dan asclepius-solar-panel.aspx.html, diakses tanggal 30 April 2011.

Arduino. 2011. “Diagram Blok Fungsional Diagram ATMega16”. http://insansainsprojects.files.wordpress.com/, diakses tanggal 20 April 2011.

Frengki, 2009. “Status Register ATMega8535”. http://knowleagee.wordpress.com diakses tanggal 22 April 2011.

Hadi, Shohilul. 2008. “Mengenal Mikrokontroler AVR ATMega16”.