13

BAB III

PERANCANGAN

Pada bab tiga akan diuraikan mengenai perancangan sistem dari perangkat keras

dan perangkat lunak yang digunakan pada Data Logger Parameter Panel Surya. Dimulai

dari uraian cara kerja dan penjelasan alat, lalu perangkat keras, dan uraian perangkat

lunak. Berikut ini adalah blok diagram keseluruhan sistem.

PCRF

Power Supply

Antena

Antena

mikrokontroler

Sensor

tegangan dan

sensor arus

RTC

Sensor suhu

Sensor

cahaya

Panel surya

MMC

Radio

Frequency

Power Supply

Gambar 3.1. Blok sistem secara keseluruhan.

14

Gambar 3.2. blok diagram modul pada panel surya.

Gambar 3.3. Blok diagram modul pada PC.

Pada Gambar 3.1 dapat dilihat secara keseluruhan modul yang dirancang

menjadi dua bagian, yaitu modul pada panel surya dan modul pada PC. Modul pada

panel surya berfungsi sebagai pengukur parameter ( tegangan, arus, cahaya, suhu ) panel

surya dan dikirimkan ke PC melalui radio frequency menggunakan modul RF. Seperti

pada Gambar 3.2. modul pada panel surya terdiri dari :

Sensor tegangan.

Sensor arus.

Sensor cahaya.

Sensor suhu.

Modul RF.

Modul RTC

MMC.

Port D.0 Port D.1

Port B.1 Port B.2

Port B.4 Port B.5 Port B.6 Port B.7

Port A.0

Port A.1

Port A.2

Port A.3

MMC

RTC Sensor Tegangan

Sensor Arus

Sensor Cahaya

Sensor Suhu Modul RF

Mikrokontroler

Modul RF PC

15

Modul pada PC berfungsi sebagai penerima data parameter panel surya yang

sudah terukur pada modul panel surya. Modul ini hanya terdiri dari modul RF yang

terhubung ke PC dengan antarmuka serial.

3.1. Cara Kerja Alat

Disaat modul pada panel surya diaktifkan, maka sistem pada

mikrokontroler melakukan inisialisasi modul sensor (sensor tegangan, sensor arus,

sensor cahaya, dan sensor suhu), modul RTC, MMC, dan modul RF. Modul sensor

langsung mengukur empat parameter (tegangan, arus, cahaya, dan suhu) pada panel

surya, kemudian empat parameter tersebut disimpan dalam MMC setelah itu empat

parameter yang sudah terukur dikirim melalui modul RF yang ada pada panel surya

kemudian diterima pada modul RF pada PC. Empat data parameter panel surya yang

diterima pada PC ditampilkan pada aplikasi desktop pada PC dalam bentuk grafik.

3.2. Panel Surya[11]

Panel surya yang dipakai pada perancangan adalah SRM-050D. Berikut

spesifikasi panel surya yang dipakai :

Daya maksimum : 50 W

Tegangan maksimum : 17,4 V

Arus maksimum : 2,88 A

3.3. Perancangan Perangkat Keras

Perancangan perangkat keras terdiri dari modul mikrokontroler, sensor tegangan,

sensor arus, sensor cahaya, sensor suhu, RTC, MMC, dan modul RF.

3.3.1. Modul Mikrokontroler

Mikrokontroler merupakan pusat pengendali sistem dan semua modul

dikendalikan oleh mikrokontroler. Mikrokontroler yang digunakan adalah

ATMega32. Modul mikrokontroler berfungsi melakukan pengukuran empat

parameter panel surya (tegangan, arus, cahaya, dan suhu), mencatat waktu

pengukuran, menyimpan data ke MMC dan melakukan pengiriman data melalui

RF. Berikut adalah konfigurasi mikrokontroler yang digunakan.

16

Gambar 3.4. Modul mikrokontroler.

17

Konfigurasi pin-pin mikrokontroler yang digunakan adalah sebagai berikut :

Tabel 3.1. Konfigurasi pin mikrokontroler.

Pin Mikrokontroler Fungsi

Pin A.0 Terhubung ke sensor tegangan

Pin A.1 Terhubung ke sensor arus

Pin A.2 Terhubung ke sensor cahaya

Pin A.3 Terhubung ke sensor suhu

Pin B.0 Terhubung ke SCL DS1307

Pin B.1 Terhubung ke SDA DS1307

Pin D.0 Terhubung ke RXD MAX232

Pin D.1 Terhubung ke TXD MAX232

Pin B.4 Terhubung Pin DAT3/CS MMC

Pin B.5 Terhubung ke CMD/DI MMC

Pin B.6 Terhubung ke CLK MMC

Pin B.7 Terhubung ke DAT0/DO

3.3.2. Modul Sensor

Modul sensor yang digunakan dalam alat ini terdiri dari empat modul,

yaitu sensor tegangan, sensor arus, sensor cahaya, dan sensor suhu.

3.3.2.1. Sensor Tegangan

Sensor tegangan pada alat yang dirancang adalah pembagi

tegangan. Tegangan maksimum yang dihasilkan panel surya adalah 17,4

V sedangkan tegangan maksimum yang bisa dibaca ADC pada

mikrokontroler adalah 5 V, sehingga dibutuhkan pembagi tegangan

untuk memperkecil tegangan keluaran. Berikut adalah perhitungan untuk

memilih beban yang dipakai pada sensor tegangan.

Gambar 3.5. Pembagi Tegangan.

Vo

+ Vs17.4V

R2

R110k

18

Pada Gambar 3.5. untuk mencari R2 ditentukan dahulu R1 sebesar

10 kΩ. Vo maksimum yang ingin dihasilkan pada R2 sebesar 5 V,

sehingga perhitungan untuk mecari R2 adalah sebagai berikut.

Dari perhitungan untuk mendapatkan Vo = 5 V dibutuhkan R2

sebesar 24800 Ω. Untuk memudahkan perhitungan pada ADC dipakai R2

sebesar 30 kΩ. Pemilihan nilai R1 = 10 kΩ dikarenakan untuk membuat

sensor tegangan sebisa mungkin arus yang lewat pada sensor tegangan

sekecil mungkin. Alasan lain memilih R1 = 10 kΩ adalah agar tidak

terjadi drop tegangan yang besar ketika diparalel dengan pin ADC pada

mikrokontroler, karena hambatan dalam (Rin) ADC mikrokontroler

adalah 10 MΩ.

Gambar 3.6. Sensor Tegangan Paralel Rin ADC.

Dari Gambar 3.6. keluaran Vo = 4,347 V, jika dibandingkan

dengan keluaran Vo pada Gambar 3.5. sebesar 4,35 V drop tegangan

yang dihasilkan sangat kecil.

3.3.2.2. Sensor Arus

Sensor arus yang digunakan pada alat ini adalah modul sensor

ACS712 dengan keluaran tegangan yang sebanding arus yang diukur

Vo

+ Vs17.4V

Rin10Meg

R230k

R110k

19

sebesar 185 mV/A, dan mempunyai hambatan yang kecil sebesar 1,2

mΩ. Sensor ini disusun seri dengan sensor tegangan.

Gambar 3.7. Sensor arus dan sensor tegangan.

3.3.2.3. Sensor Cahaya

Sensor cahaya yang digunakan adalah LDR (Light Dependent

Resistor). LDR adalah resistor yang nilainya akan berubah jika ada

perubahan cahaya. Berikut adalah gambar rangkaian yang digunakan

pada LDR :

Gambar 3.8. Sensor cahaya.

Nilai hambatan LDR menjadi besar jika tidak terkena

cahaya/gelap, dan sebaliknya. nilai hambatan LDR menjadi kecil jika

terkena cahaya/terang. Catu daya yang digunakan untuk sensor cahaya

adalah sebesar 5 V dengan R yang diseri pada rangkaian. R yang diseri

dengan rangkaian berguna untuk mengambil output tegangan pada

Beban

Sensor Arus

Sensor Tegangan

Panel Surya

Out2

Out1

+ +

-

+

-

+ -

PinA.2

+V5V

R

LDR

20

rangkaian yang berubah terhadap cahaya. Pada perancangan digunakan

resistor (R) sebesar 100 Ω. Alasan memilih R = 100 Ω, karena saat tidak

cahaya (gelap) diharapkan output dari PinA2 sekecil mungkin

(mendekati 0 V) dan disaat terdapat cahaya terang ouput dari PinA2

tidak sama dengan nilai Vcc (5 V). Berdasarkan datasheet nilai

hambatan LDR disaat menerima intensitas cahaya sebesar 1000 lux nilai

hambatan LDR menjadi 400 Ω dan disaat gelap hambatan LDR menjadi

1 MΩ[6]. Berikut contoh perhitungan keluaran LDR.

Disaat LDR = 400 Ω.

Disaat LDR = 1 ΩM.

3.3.2.4. Sensor Suhu

Sensor suhu yang digunakan adalah LM35. LM35 mempunyai

keluaran tegangan yang sudah terkalibrasi yaitu sebesar 10 mV/ dan

bekerja pada catu daya dari 4 V sampai 20 V.

Gambar 3.9. LM35 [7, h.2].

21

3.3.3. Modul RTC

Modul RTC yang digunakan adalah IC DS1307. IC ini menggunakan

format komunikasi I2C.

Gambar 3.10. Modul RTC[9].

Pin 5 (SDA) dan 6 (SCL) pada RTC dihubungkan ke PinB.0 dan PinB.1

pada mikrokontroler ATMega32.

3.3.4. Modul RF

Modul RF menggunakan YS-1020UB. YS-1020UB berfungsi sebagai

alat media perantara jarak jauh untuk menyampaikan data hasil pengukuran

menggunakan radio frequency. Modul YS-1020UB mempunyai spesifikasi

sebagai berikut :

Mempunyai jarak jangkauan maksimum 500 meter (line of sight).

Bekerja pada frekuensi 433MHz.

Antarmuka RS-232.

22

Memiliki serial port dengan pegaturan baud rate otomatis antara

1200bps sampai 38400bps.

Pada perancangan dibutuhkan dua buah modul RF, satu pada panel surya

yang berfungsi untuk mengirim data parameter panel surya, dan satu modul RF

pada PC yang berfungsi sebagai penerima data parameter panel surya. Modul RF

pada panel surya dihubungkan pada mikrokontroler menggunakan IC MAX232,

dan modul RF pada PC langsung dihubungkan dengan serial pada PC. Berikut

konfigurasi serial IC MAX232 dan YS-1020UB:

Gambar 3.11. Instalasi YS-1020UB [8, h.2].

23

Tabel 3.2. Konfigurasi pin YS-1020UB [8, h.2].

Pin Nama Pin Keterangan Koneksi Terminal

1 GND Ground catu daya GND

2 Vcc Catu daya DC

3 RXD/TTL Menerima data serial TxD

4 TXD/TTL Mengirim data serial RxD

5 DGND Digital ground

6 A(TXD) Pin A RS-485 atau pin TXD RS-232 A(RxD)

7 B(RXD) Pin B RS-485 atau pin RXD RS-232 B(TxD)

8 Sleep Sleep control

9 Test Ex-factory testing

Gambar 3.12. Rangkaian Komunikasi Serial.

Pada perancangan sistem komunikasi serial digunakan rangkaian

transistor sebagai gerbang not (Gambar 1.14) untuk mengubah level tegangan

24

TTL ke RS 232 dan sebaliknya. Komunikasi serial bekerja dalam level RS-232,

dimana logika “satu” ditunjukkan pada tegangan -3V sampai -15V dan logika

“nol” pada tegangan +3V sampai +15V. Kondisi ini tidak bisa langsung diproses

oleh mikrokontroler yang hanya mengerti data dengan level tegangan TTL. 2

buah transistor yaitu BC337 dan BC557 digunakan untuk mengubah level

tegangan RS-232 menjadi TTL dan sebaliknya. Ketika serial pada PC sedang

tidak mengirimkan data, maka pin TX bernilai negatif sehingga transistor

BC337 dalam kondisi cut-off. Tegangan di kaki kolektor mendekati Vcc. Ketika

serial pada PC sedang mengirimkan data dengan logika satu, maka pin TX

bernilai positif yang menyebabkan transistor saturasi sehingga tegangan Vce

mendekati nol. Prinsip yang sama berlaku bagi transistor BC557 ketika

mendapat inputan dari mikrokontroler.

Gambar 3.13. Konfigurasi pin YS-1020 dengan serial DB-9.

3.3.5. MMC

Pada data logger digunakan MMC untuk menyimpan data parameter

yang sudah terukur. Berikut konfigurasi pin MMC :

25

Gambar 3.14. Pin MMC dan SD[13].

Gambar 3.15. Konfigurasi pin MMC ke Mikrokontroler.

MMC akan aktif jika diberi tegangan sebesar 2,7 V sampai 3,6 V, dan

pada perancangan ini MMC diberi tegangan sebesar 3 V.

3.3.6. Modul Regulator

Pada perancangan digunakan dua buah regulator LM317. Modul

regulator berfungsi untuk mencatu tegangan 5 V ke mikrokontroler dan 3 V ke

MMC.

26

Gambar 3.16. Regulator LM317[14].

Berikut rumus regulator LM317 :

(3.1)

Karena nilai Iadj pada LM317 sangat kecil (50µA-100µA) maka nilai

Iadj diabaikan (nol). Sehingga rumus Vo menjadi :

(3.2)

Untuk mendapatkan nilai tegangan sebesar 5V dan 3V ditentukan dahulu

nilai R1 yang digunakan pada rangkaian, kemudian dicari nilai R2. Berikut

contoh perhitungan Vo pada regulator LM317 :

Ω

Dari contoh perhitungan di atas untuk nilai tegangan 3 V dan R1 = 330 Ω

didapat nilai R2 = 462 Ω. Nilai 462 Ω tidak tersedia jadi digunakan R2 sebesar

470 Ω, dengan menggunakan perhitungan yang sama untuk tegangan 5 V

digunakan R2 = 1000 Ω.

3.4. Perancangan Perangkat Lunak

Perancangan perangkat lunak terdiri dari 2 bagian, yaitu perangkat lunak

mikrokontroler dan perangkat lunak pada PC.

27

3.3.7. Perangkat Lunak Mikrokontroler

Pada perancangan perangkat lunak mikrokontroler digunakan software

CodeVisionAVR V2.04.4a. Berikut diagram alir perangkat lunak yang sudah

dirancang :

Ambil 4 Data

Parameter

Kirim Data Lewat

RF

Start

Kalkulasi 4 Data

Parameter

Terjemahkan 4 data parameter

yang terukur dalam

tegangan(Volt), arus(Ampere),

suhu(C), dan cahaya(persen)

Inisialisasi sistem Ambil data RTC

Tulis data RTC

dan 4 parameter

pada MMC

End

Stop?

Tidak

Ya

Gambar 3.17. Diagram alir perangkat lunak mikrokontroler.

Berikut penjelasan perangkat lunak mikrokontroler :

Sistem menginisialisasi modul (modul sensor, MMC, RTC, dan RF).

Mikrokontroler mengambil empat data parameter dan data pada RTC.

Melakukan perhitungan empat data parameter.

Empat data parameter diterjemahkan dalam tegangan (Volt), arus (Ampere),

cahaya (%), dan suhu ( ).

Tulis data RTC dan empat parameter pada MMC.

Kirim data lewat RF.

28

3.3.8. Perangkat Lunak PC

Perancangan perangkat lunak pada PC digunakan bahasa pemrograman

C# 2010. Berikut gambar perancangan perangkat lunak yang dibuat :

Gambar 3.18. Perangkat lunak PC.

Sebelum menjalankan program pada PC, pastikan dahulu semua modul sudah

terkoneksi. Sebelum menakan tombol Start, buka tab pada serial dahulu untuk memilih

port serial yang dipakai. Data pada grafik akan muncul setiap selang waktu 10 detik.

Tombol clear berfungsi untuk menghapus data pada grafik. Data yang diterima tidak

hanya ditampilkan pada grafik, tapi data yang diterima akan disimpan pada file

“data.txt” pada drive c:\. Untuk menutup program dengan menekan tanda silang pada

pojok kanan atas.