PERANCANGAN DAN PEMBUATAN RUMAH

DC:KONTROL MANAJEMEN BATERAI BI-

DIRECTIONAL(CONTROL PULSE WIDHT

MODULATION)

TUGAS AKHIR

Disusun Oleh :

MUHAMMAD IQBAL FANANI

NIM: 201010130311177

JURUSAN ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2015

ii

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN RUMAH

DC:KONTROL MANAJEMEN BATERAI BI-

DIRECTIONAL(CONTROL PULSE WIDHT

MODULATION)

TUGAS AKHIR

Diajukan kepada

Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang

Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan

Akademik dalam Menyelesaikan

Program Sarjana (S-1) Teknik

Disusun Oleh :

MUHAMMAD IQBAL FANANI

NIM: 201010130311177

JURUSAN ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2015

iii

iv

v

vi

ABSTRAKSI

Abstrak – Pada kehidupan yang semakin modern ini peralatan

elektronik semakin berkembang dan banyak digunakan dalam banyak

sektor. Baik dalam industri,perkantoran, rumah tangga dan

transportasi. Untuk semua aplikasi peralatan elektronika tersebut

dibutuhkan sebuah alat penghasil daya tegangan searah(dc), konverter

dc-dc adalah suatu alat penyedia tegangan dc yang diregulasi tegangan

keluarannya sesuai dengan kebutuhan. Penelitian ini akan membuat

kontrol manajemen baterai pada rumah dc dengan menggunakan dc-dc

konverter bi-directional. Adapun konverter tegangan dc yang dipakai

adalah buck dan boost konverter dimana dc tipe switching ini dapat

menurunkan dan menaikan tegangan keluaran. Konverter tersebut

akan dikendalikan dengan mengatur besarnya duty cycle sinyal pulse

widht modulation (PWM) yang dihasilkan mikrokontroler dengan

menggunakan mode fast PWM, hasil tegangan keluaran konverter ini

akan dirancang sebesar 48 volt. Pengujiannya nanti akan dilakukan

dengan mengukur nilai tegangan pada sisi masukan dan keluaran.

Setelah melakukan pengujian tersebut maka dapat diketahui tegangan

pada sisi masukan dan dan keluaran yang nanti ditampilkan pada

sebuah layar LCD.

Kata kunci: Rumah DC , Baterai, Mikrokontroller, ADC, PWM, LCD

vii

ABSTRACT

Abstract – the modern life, electronic equipment is growing and

widely used in many sectors. Both in industry, offices, households and

transportation. For all applications the electronic equipment needed a

producer of power tools direct voltage (dc), dc-dc converter is a tool

providers dc voltage regulated output voltage as needed. The dc

voltage converter that is used is the buck and boost dc-type switching

converter which can lower and raise the output voltage. The converter

will be controlled by adjusting the magnitude of the signal duty cycle

pulse widht modulation (PWM) is generated using a microcontroller

with fast PWM mode, the results of the converter output voltage will

be designed for 48 volts. This study will make battery management

control at home by using a dc-dc converter dc bi-directional. The test

will be carried out by measuring the voltage on the input and output

sides. After testing, it can be known and the voltage on the input side

and the output of which will be displayed on an LCD screen.

Keywords: Rumah DC , Baterai, Mikrokontroller, ADC, PWM, LCD

viii

KATA PENGANTAR

Assalamualaikum Wr. Wb.

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah mencurahkan kasih dan

sayang kepada hambaNya sehingga tugas akhir yang berjudul

“PERANCANGAN DAN PEMBUATAN RUMAH DC: KONTROL

MANAJEMEN BATERAI BI-DIRECTIONAL (CONTROL PULSE WIDHT

MODULATION)” dapat terselesaikan yang digunakan sebagai salah satu

persyaratan untuk meraih gelar sarjana S-1.

Banyak sekali pihak yang telah membantu penulis sehingga tugas akhir

ini dapat diselesaikan. Dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima

kasih yang tak terhingga kepada:

1. Orang tua tercinta, yang senantiasa mendoakan dan mendukung secara

materiil demi terselesaikannya tugas akhir ini.

2. Ibuk Ir. Nur Alif Mardiyah,MT., selaku Ketua Jurusan Elektro Universitas

Muhammadiyah Malang, dan juga selaku dosen wali yang selama ini telah

membimbing proses akademis hingga akhir jenjang kuliah.

3. Ermanu Azizul Hakim,Dr.Ir.MT, selaku dosen pembimbing I yang telah

meluangkan waktu untuk membimbing, mengarahkan penulis dengan sabar,

dan selalu memberi semangat dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

4. Ir. Nurhadi,MT. selaku dosen pembimbing II yang telah meluangkan waktu

untuk membimbing, mengarahkan, dan selalu memberi semangat serta

masukan dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

5. Seluruh dosen dan staf TU jurusan elektro UMM, terima kasih banyak atas

bantuannya.

6. Saudara-saudara di rumah, Kak Lin, Adikku Indah dan zula terima kasih atas

doa dan dukungannya.

7. Teman-teman seperjuangan elektro 2010, anak-anak Kontrakan dan para

gamer warnet TX, “Cepet diselesaikan skripsinnya rek ndang kerjo !!! ndang

nikah !!!” yang telah membantu dan mendukung terselesaikannya tugas akhir

ini.

8. Pihak-pihak lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu, terima kasih

ix

atas segala bantuan dan motivasinya.

Jika ada kesalahan dalam penulisan tugas akhir ini, penulis berharap saran

dan kritik yang bersifat membangun guna kesempurnaan dari isi tugas akhir ini.

Semoga tugas akhir ini dapat berguna bagi penulis dan pembaca.

Wassalamualaikum wr. wb.

Malang, 15 Oktober 2015

Penulis

x

DAFTAR ISI

LEMBAR JUDUL ................................................................................................. i

LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................................ iii

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................ iv

SURAT PERNYATAAN KEASLIAN ................................................................. v

ABSTRAKSI ........................................................................................................ vi

KATA PENGANTAR ....................................................................................... viii

DAFTAR ISI .......................................................................................................... x

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xiv

DAFTAR TABEL ............................................................................................. xvi

BAB I PENDAHULUAN

1.1 ............................................................................................................ Latar

Belakang ....................................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ...................................................................................... 2

1.3 Tujuan ........................................................................................................ 2

1.4 Batasan Masalah ........................................................................................ 2

1.5 Metodologi ................................................................................................. 3

1.4.1 Studi literatur ....................................................................................... 3

1.4.2 Perancangan Sistem ............................................................................. 3

1.4.3 Pembuatan Sistem ............................................................................... 3

1.4.4 Pengujian dan Analisa Sistem ............................................................. 3

1.4.5 Penyusunan Skripsi ............................................................................. 3

1.4.6 Pengambilan Kesimpulan dan Saran ................................................... 3

1.6 Sistematika Penulisan Laporan .................................................................. 4

BAB II DASAR TEORI

2.1 ........................................................................................................... Rumah

DC ................................................................................................................ 5

xi

2.2 ........................................................................................................ Baterai

(Accumulator) ........................................................................................... ...6

2.2.1 Bagian-bagian Utama Baterai ............................................................. ...6

2.2.2 Prinsip Kerja Baterai........................................................................... ...8

2.2.3 Prinsip Kerja Baterai Asam Timah ..................................................... . 9

2.2.4 Prinsip Kerja Batrai Basah atau Alkali ............................................... 10

2.2.5 Jenis-jenis Baterai .............................................................................. 11\

2.2.5.1 Baterai Asam (Lead Acid Storege Battery) ............................ 11

2.2.5.2 Baterai Basah (Alkaline Storege Battery)............................... 12

2.2.5.3 Berdasarkan Elektrolitnya ...................................................... 12

2.2.6 Cara-cara Pengisian Baterai ................................................................ 12

2.2.7 Rangkaian Baterai .............................................................................. 14

2.2.7.1 Hubungan Seri ........................................................................ 14

2.2.7.2 Hubungan Paralel.................................................................... 14

2.2.7.3 Hubungan Kombinasi ............................................................. 15

2.2.8 Kapasitas Baterai ................................................................................ 16

2.3 Mikrokontroller ATMega8535 .................................................................. 17

2.3.1 Arsitektur AVR ATMega8535 ........................................................... 18

2.3.2 Blok Diagram ATMega8535 .............................................................. 18

2.3.3 Fitur AVR 8535 .................................................................................. 20

2.3.4 Konfigurasi Pin AVR ATMega8535 .................................................. 21

2.3.5 Peta Memori ATMega8535 ................................................................ 22

2.3.6 Progam Memori .................................................................................. 22

2.3.7 Data Memori ....................................................................................... 23

2.3.8 Eeprom Data Memori ......................................................................... 23

2.3.9 Skema Minimum AVR ATMega 8535 .............................................. 24

2.4 Analog to Digital Converter (ADC) .......................................................... 24

2.4.1 Mode Oprasi ADC .............................................................................. 26

2.4.2 Register Pengendali ADC ................................................................... 26

2.5 Pulse Width Modulation (PWM) .............................................................. 29

2.5.1 Konfigurasi PWM ............................................................................ 31

2.5.2 Mode Oprasi PWM ........................................................................... 32

xii

2.6 Liquid Crystal Display (LCD) ................................................................... 34

2.7 Dasar Pemrograman ATMega8535 Dengan Bahasa C ............................. .36

2.7.1 Pendahuluan Bahasa C ..................................................................... .36

2.7.2 Bahasa Pemrograman Mikrokontroller ............................................ 36

2.7.3 Pengenal pada Bahasa C................................................................... 37

2.7.4 Tipe Data ......................................................................................... 37

2.7.5 Statement .......................................................................................... 39

2.7.6 Fungsi ............................................................................................... 39

2.7.7 Pernyataan perkondisi dan Pengulangan .......................................... 40

BAB III RANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM

3.1 ........................................................................................................ Tujuan

Perancangan dan Pembuatan ..................................................................... 44

3.2 ........................................................................................................ Langkah-

langkah Perancangan dan Pembuatan ....................................................... 45

3.3 ........................................................................................................ Spesifikasi

Alat ............................................................................................................ 45

3.4 Perancangan Elektronik ............................................................................. 46

3.5 Diagram Blok Sistem Bi-directional DC-DC Converter ........................... 47

3.6 Perancangan Perangkat Lunak .................................................................. 47

3.7 Flowchart Program .................................................................................... 48

3.8 Perhitungan Nilai Analog to Digital Converter ......................................... 50

3.9 Perhitungan Pulse Width Modulation (PWM) .......................................... 51

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA

4.1 Metode Pengujian ...................................................................................... 52

4.2 Pengujian LCD .................................................................................................. 53

4.2.1 Hasil dan Analisa Pengujian LCD ................................................... 59

4.3 Pengujian Mikrokontroller ....................................................................... 60

4.3.1 Analisa Pengujian Mikrokontroller .................................................. 60

4.4 Pengujian Pulse Width Modulation (PWM) ............................................. 60

4.4.1 Analisa Pengujian PWM .................................................................. 61

xiii

4.5 Program Pengujian Boost Converter ......................................................... 61

4.5.1 Hasil dan Analisa Program Boost Converter ................................... 62

4.6 Program Pengujian Buck Converter .......................................................... 63

4.6.1 Hasil dan Analisa Program Buck Converter .................................... 64

4.7 Program Pengujian Relay ........................................................................... 65

4.7.1 Hasil dan Analisa Relay ................................................................... 66

4.8 Program Pengujian Sensor Tegangan dan Arus ........................................ 67

4.8.1 Hasil dan Analisa Sensor Tegangan dan Arus ................................. 67

4.9 Pengujian Keseluruhan Sistem .................................................................. 68

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan ................................................................................................. 70

5.2 Saran ........................................................................................................... 70

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 71

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Diagram Blok Rumah DC .................................................................... 5

Gambar 2.2 Bagian Bagian Baterai .......................................................................... 6

Gambar 2.3 Bentuk Sederhana Sel Baterai .............................................................. 7

Gambar 2.4 Proses Pengosongan dan Pengisian Baterai ......................................... 8

Gambar 2.5 Hubungan Baterai Secara Seri............................................................ 14

Gambar 2.6 Hubungan Baterai Secara Paralel ....................................................... 15

Gambar 2.7 Hubungan Baterai Secara Seri Paralel ............................................... 15

Gambar 2.8 Hubungan Baterai Secara Paralel Seri ............................................... 16

Gambar 2.9 Blok Diagram Fungsional ATMega8535 ........................................... 20

Gambar 2.10 Configurasi Pin ATMega8535 ......................................................... 22

Gambar 2.11 Program Memori .............................................................................. 22

Gambar 2.12 Data Memori. ................................................................................... 23

Gambar 2.13 EEPROM Data Memori ................................................................... 24

Gambar 2.14 Skema Minimum Sistem ATMega8535 ........................................... 24

Gambar 2.15 Diagram Blok Analog to Digital Converter ..................................... 25

Gambar 2.16 Register ADMUX ............................................................................ 26

Gambar 2.17 Register ADCSRA ........................................................................... 27

Gambar 2.18 Register ADCH:ADCL .................................................................... 28

Gambar 2.19 Register SFIOR ................................................................................ 29

Gambar 2.20 Pola Kerja PWM .............................................................................. 30

Gambar 2.21 Duty Cycle........................................................................................ 30

Gambar 2.22 Register TCNT0 ............................................................................... 31

Gambar 2.23 Register OCR0 ................................................................................. 31

Gambar 2.24 Register TCCR0 ............................................................................... 32

Gambar 2.25 Pulse Fast PWM ............................................................................... 33

Gambar 2.26 Pulse Phase Corect PWM ................................................................. 34

Gambar 2.27 Sruktur Memori LCD ....................................................................... 35

Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Mikrokontroller ATMega8535 ....................... 46

Gambar 3.2 Diagram Blok Sistem Bi-directional DC-DC Converter.................... 47

xv

Gambar 3.3 Perancangan Perangkat Lunak .......................................................... 48

Gambar 3.4 Flowchart Charging dan Discharging Baterai .................................... 49

Gambar 4.1 Tampilan LCD ...................................................................................... 59

Gambar 4.2 Hardware Mikrokontroller ................................................................. 60

Gambar 4.3 Gelombang PWM Boost Konverter ................................................... 62

Gambar 4.4 Tampilan Boost Konverter pada LCD ............................................... 63

Gambar 4.5 Gelombang PWM Buck Konverter .................................................... 64

Gambar 4.6 Tampilan Hasil Buck Konverter pada layar LCD .............................. 65

Gambar 4.7 Relay 1, Relay 2, Relay 3 ................................................................... 66

Gambar 4.8 Pembagi Tegangan dan Sensor Arus ACS712 ................................... 67

Gambar 4.9 Hasil Tampilan Sensor Tegangan dan Sensor Arus Pada LCD ......... 68

Gambar 4.10 Proses Pengujian Seluruh Sistem 1 .................................................. 68

Gambar 4.11 Proses Pengujian Seluruh Sistem 2 .................................................. 69

xvi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Pmilihan Mode Tegangan Referensi ADC ............................................ 26

Tabel 2.2 Pilihan Saluran Masukan ADC .............................................................. 27

Tabel 2.3 Pilihan Nilai Prescaler. ........................................................................... 28

Tabel 2.4 Pilihan Sumber Triger. ........................................................................... 29

Tabel 2.5 Configurasi Bit WGM01 dan WGM00. ................................................. 32

Tabel 2.6 Configurasi Bit COM01 dan COM00 Mode Fast PWM ....................... 32

Tabel 2.7 Configurasi Bit COM01 dan COM00 Mode Phase Correct PWM ........ 33

Tabel 2.8 Tipe Data ............................................................................................... 38

xvii

DAFTAR PUSTAKA

[1]. Cabaj. Mark, DC House Model Design and Construction. Senior Project, San Luis

Obispo, CA:Calpoly State University, 2012

[2]. No Author. (2015 juli 10 ). Dasar Teori Baterai. [Online]. Available: http://

www.inverterplus.com/2010/04/cara-kerja-akiatau-battery.html.

[3]. Wardhana, L., 2006, Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR Seri ATmega8535

Simulasi, Hardware,dan Aplikasi , Andi, Yogyakarta

[4]. Atmel, 2008, Product data sheet, http://www.atmel.com/product/ATMega8535.pdf

[5]. Depok Instrument, 2011, Analog Digital Converter,

zhttp://depokinstruments.com/2011/07/20/adc-analog-to-digital-converter/

[6]. Anonimous. 2011. Mengenai PWM. http://kecoakacau.blogspot.com

[7]. Nasution, Muhammad Fadli.2010 Pulse Widht Modulation. http://www.ini-

robot.blogspot.com

[8]. Bejo, Agus. C &AVR Rahasia Kemudahan Basa C dalam Mikrokontroler

ATMega8535. Graha ilmu. Yogyakarta : 2008

[9]. Ahmad, Balza, Agus Arif. Modul: Workshop Dasar Aplikasi Mikrokontroler.

Kelompok Instrumentasi Berbasis Mikrokontroler Fakultas Teknik Universitas Gajah

Mada. Yogyakarta : 2003.

[10].Kazimierczuk,Marian. (2008). Pulse-widht Modulated DC-DC Power Converters”.

Wright state University Dayton, Ohio, USA