bab ii landasan teori 2.1 arduinorepositori.unsil.ac.id/824/4/bab ii.pdf · 2019. 9. 9. · ii-2...
Post on 31-Jan-2021
14 Views
Preview:
TRANSCRIPT
-
II-1
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Arduino
Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open sorce
yang di dalamnya terdapat komponen utama, yaitu sebuah chip mikrokontroler
dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel. Mikrokontroler itu sendiri adalah chip
atau IC (integrated circuit) yang bisa diprogram menggunakan komputer. Tujuan
menanamkan program pada mikrokontroler adalah agar rangkaian elektronik
dapat membaca input, memproses input tersebut dan kemudian menghasilkan
output sesuai yang diinginkan. Jadi mikrokontroler bertugas sebagai „otak‟ yang
mengendalikan input, proses dan output sebuah rangkaian elektronik. Salah satu
jenis arduino yang sering digunakan yaitu jenis Arduino Uno.
Secara umum arduino terdiri dari dua bagian, yaitu:
1. Hardware berupa papan input/output (I/O) yang open source.
2. Software arduino yang juga open source, meliputi software arduino IDE
untuk menulis program dan driver untuk koneksi dengan komputer.
-
II-2
Gambar 2.1 Jendela Kerja Arduino IDE
2.1.1 Arduino Uno
Arduino Uno adalah papan mikrokontroler berbasis ATmega328 yang
memiliki 14 pin digital input/output (di mana 6 pin dapat digunakan sebagai
output PWM), 6 input analog, clock speed 16 MHz, koneksi USB, jack listrik,
header ICSP, dan tombol reset. Board ini menggunakan daya yang terhubung ke
komputer dengan kabel USB atau daya eksternal denga adaptor AC-DC atau
baterai (Syahwil M, 2013).
Gambar 2.2 Board Arduino Uno
(Sumber: Atmajakusumah, 2013)
-
II-3
2.1.2 Bagian-bagian Pada Board Arduino Uno
Gambar 2.3 Bagian-bagian Pada Board Arduino Uno
(Sumber: Ferry, 2014)
Gambar diatas adalah board arduino uno dengan connector USB. Bagian-
bagiannya dapat dijelaskan sebagai berikut:
14 pin input/output digital (0-13)
Berfungsi sebagai input atau output, dapat diatur oleh program. Khusus
untuk 6 buah pin 3, 5, 6, 9, 10 dan 11, dapat juga berfungsi sebagai pin
analog output dimana tegangan output-nya dapat diatur. Nilai sebuah
pin output analog dapat diprogram antara 0-255, dimana hal itu
mewakili nilai tegangan 0-5V.
USB (Universal Serial Bus)
Berfungsi untuk:
a. Memuat program dari komputer ke dalam papan.
b. Komunikasi serial antara papan dan komputer.
c. Memberi daya listrik kepada papan.
-
II-4
Sambungan SV1
Sambungan atau jumper untuk memilih sumber daya papan, apakah
dari sumber eksternal atau menggunakan USB. Sambungan ini tidak
diperlukan lagi pada papan arduino versi terakhir karena pemilihan
sumber daya eksternal atau USB dilakukan secara otomatis.
Q1-Kristal (quartz crystal oscillator)
Jika mikrokontroler dianggap sebagai sebuah otak, maka kristal adalah
jantungnya karena komponen ini menghasilkan detak-detak yang
dikirim kepada mikrokontroler agar melakukan sebuah operasi untuk
setiap detaknya. Kristal ini dipilih yang berdetak 16 juta kali per detik
(16MHz).
Tombol Reset S1
Untuk me-reset papan sehingga program akan mulai lagi dari awal.
Perhatikan bahwa tombol reset ini bukan untuk menghapus program
atau mengosongkan mikrokontroler .
In-Circuit Serial Programming (ICSP)
Port ICSP memungkinkan pengguna untuk memprogram
mikrokontroler secara langsung, tanpa melalui bootloader. Umumnya
pengguna Arduino tidak melakukan ini sehingga ICSP tidak terlalu
dipakai walaupun disediakan.
IC 1-Mikrokontroler Atmega
Komponen utama dari papan arduino, di dalamnya terdapat CPU, ROM
dan RAM.
-
II-5
X1-sumber daya eksternal
Jika hendak disuplai dengan sumber daya eksternal, papan arduino
dapat diberikan tegangan DC antara 9-12V.
6 pin input analog (0-5)
Pin ini sangat berguna untuk membaca tegangan yang dihasilkan oleh
sensor analog, seperti sensor suhu. Program dapat membaca nilai
sebuah pin input antara 0-1023, dimana hal itu mewakili nilai tegangan
0-5V (Rakhman F A, 2015).
2.2 PWM (Pulse Width Modulation) Arduino Uno
PWM (Pulse Width Modulation) adalah salah satu teknik modulasi dengan
mengubah lebar pulsa (duty cycle) dengan nilai amplitudo dan frekuensi yang
tetap.
Nilai duty cycle berkisar 0-100% atau dalam bilangan analog bernilai 0-255.
Pin output arduino uno yang mampu menghasilkan PWM yaitu pin 3, 5, 6, 9, 10,
dan 11 (Blum J, 2013).
-
II-6
Gambar 2.4 Nilai Pulse Width Modulation
(https://www.arduino.cc/en/Tutorial/PWM)
Gambar 2.5 Gelombang PWM
Ton adalah waktu dimana tegangan keluaran berada pada posisi tinggi
(high atau 1), Toff adalah waktu dimana tegangan keluaran berada pada posisi
rendah (low atau 0). Ttotal adalah waktu satu siklus atau penjumlahan antara Ton
dengan Toff , biasa dikenal dengan istilah “periode satu gelombang”.
(2.1)
Siklus kerja atau duty cycle sebuah gelombang didefinisikan sebagai berikut :
(2.2)
Tegangan keluaran dapat bervariasi dengan duty cycle dan dapat dirumuskan
sebagai berikut :
(2.3)
Sehingga :
(2.4)
https://www.arduino.cc/en/Tutorial/PWM
-
II-7
Dari rumus di atas dapat ditarik kesimpulan bahwa tegangan keluaran dapat
diubah-ubah secara langsung dengan mengubah nilai Ton. Apabila Ton adalah 0,
Vout juga akan 0. Apabila Ton adalah Ttotal maka Vout adalah Vin atau katakanlah
nilai maksimumnya.
Teknik PWM menggunakan arduino uno dapat diperoleh dari beberapa cara,
diantaranya :
1. Menggunakan fungsi analogWrite.
2. Menggunkan fungsi digitalWrite.
3. Menggunakan fungsi Timer.
2.3 TimerOne Library Arduino Uno
TimerOne Library merupakan sebuah perpustakaan khusus untuk
mengkonfigurasi timer perangkat keras 16 bit yang disebut Timer1 pada
ATmega168/328. Ada 3 timer perangkat keras yang tersedia pada chip, dan
mereka dapat dikonfigurasi dalam berbagai cara untuk mencapai fungsi yang
berbeda.
Pengembangan perpustakaan ini dimulai dengan kebutuhan untuk dengan cepat
dan mudah mengatur periode atau frekuensi PWM.
-
II-8
Gambar 2.6 Tampilan Program Sketch dengan Library TimerOne
2.4 Processing
Processing adalah bahasa pemrograman dan lingkungan pemrograman
(development environment) open source untuk memprogram gambar, animasi dan
interaksi. Processing biasa digunakan oleh pelajar, seniman, desainer, peneliti dan
hobbyist untuk belajar dan juga digunakan oleh engineering untuk sebagai
interface dalam mengontrol sebuah sistem tertentu. Processing juga digunakan
untuk mengajarkan dasar-dasar pemrograman komputer dalam konteks rupa dan
berfungsi sebagai buku sketsa perangkat lunak (software) dan tool produksi
profesional.
-
II-9
Ada tiga mode dalam pemrograman Processing, yaitu :
Mode statik
Mode Statik digunakan untuk membuat gambar statik. Contoh berikut
adalah program sketch untuk membuat sebuah gambar segi empat
kuning pada layar jendela run.
size(200, 200);
background(255);
noStroke();
fill(255, 204, 0);
rect(30, 20, 50, 50);
Mode Aktif
Mode Aktif menyediakan bagian setup() opsional yang akan berjalan
ketika program mulai berjalan. Bagian draw() akan berjalan selamanya
sampai progam dihentikan. Contoh ini menggambar segi empat yang
mengikuti posisi mouse (disimpan dalam variabel mouseX dan
mouseY).
void setup()
{
size(200, 200);
rectMode(CENTER);
noStroke();
fill(255, 204, 0);}
void draw()
{
-
II-10
background(255);
rect(width-mouseX, height-mouseY, 50, 50);
rect(mouseX, mouseY, 50, 50);}
Mode java
Mode Java adalah mode yang paling fleksibel, namun tidak tersedia
sampai dengan rilis Processing 1.0 Beta. Mode ini memungkinkan
menulis program Java secara lengkap di dalam Lingkungan Processing.
Contoh ini sama dengan di atas, namun ditulis dalam mode Java.
public class MyDemo extends BApplet {
void setup()
{
size(200, 200);
background(255);
rectMode(CENTER);
noStroke();
fill(255, 204, 0);}
void draw()
{
rect(width-mouseX, height-mouseY, 50, 50);
rect(mouseX, mouseY, 50, 50);
}
}
2.4.1 Jendela Kerja Processing
Jendela kerja Processing adalah bagian window yang berlatar belakang
putih memiliki beberapa ikon-ikon pada bagian toolbar yang berarti fungsi-fungsi
tertentu pada Processing. Pada bagian inilah seorang user akan memasukkan
program sketch dengan desain tertentu dan fungsi tertentu yang dibutuhkan oleh
-
II-11
user itu sendiri. Tampilan dari jendela kerja Processing dapat dilihat pada gambar
di bawah ini.
Gambar 2.7 Jendela Kerja Processing IDE 3
2.5 ControlP5 Library Processing
ControlP5 Library Processing adalah sebuah perpustakaan yang berisi
program khusus untuk memudahkan seseorang membuat sketch, perpustakaan
ControlP5 ini khusus dibuat sebagai interface di bidang elektronika, sehingga
fungsi-fungsi yang terdapat pada perpustakaan ini berupa cara praktis dalam
pembuatan ikon tombol, toggle, slider, textfield dan lain-lain. Di bawah ini adalah
contoh sederhana dari penggunaan perpustakaan ControlP5 :
-
II-12
Gambar 2.8 Tampilan Program Sketch dengan Library ControlP5
(Sumber: https://github.com/sojamo/controlp5)
Gambar 2.9 Tampilan Jendela Run ControlP5
(Sumber: https://github.com/sojamo/controlp5)
https://github.com/sojamo/controlp5https://github.com/sojamo/controlp5
-
II-13
2.6 Xbee Wireless Communication
Perangkat XBee-PRO merupakan modul RF yang didesain dengan
standard protokol IEEE 802.15.4 dan sesuai dengan kebutuhan yang sederhana
untuk jaringan sensor tanpa kawat. XBee-PRO hanya membutuhkan energi yang
rendah untuk beroperasi dan dimensi fisiknya kecil (gambar 2.10 b) sehingga
praktis dalam penempatan. Modul ini beroperasi pada rentang frekuensi 2.4 GHz.
(a) (b)
Gambar 2.10 a. Pin Xbee Pro b. Bentuk Fisik Xbee Pro
Gambar 2.11 Prinsip Kerja Komunikasi Serial Xbee Pro
-
II-14
Tabel 2.1 Spesifikasi Dari Xbee Pro
2.7 Modul PZEM-004T
Modul PZEM-004T adalah sebuah modul sensor yang berfungsi untuk
mengukur tegangan, arus, daya dan energi yang terdapat pada sebuah aliran
-
II-15
listrik. Modul ini sudah dilengkapi sensor tegangan dan sensor arus (CT) yang
sudah terintegrasi.
Gambar 2.12 Modul PZEM-004T
Parameter spesifikasi:
1. Tegangan kerja: 80 ~ 260 VAC
2. Uji tegangan: 80 ~ 260 VAC
3. Daya: 100 A/22000 W
4. Frekuesi pengoperasian: 45-65 Hz
2.7.1 Wiring Diagram PZEM-004T
Pengkabelan pada modul ini dibagi menjadi dua bagian, yang pertama
adalah kabel input untuk uji tegangan dan arus dan yang kedua adalah kabel input
untuk komunikasi serial.
-
II-16
Gambar 2.13 Wiring Diagram PZEM-004T
2.8 Inverter
Inverter adalah sebuah rangkaian elektronik yang dapat mengubah
tegangan DC menjadi tegangan AC dengan besaran tegangan dan frekuensinya
dapat diatur. Sumber tegangan masukan inverter dapat menggunakan battery,
tenaga surya atau sumber tegangan DC yang lain.
Secara sederhana lambang inverter diperlihatkan seperti pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.14 Lambang Inverter
Ada beberapa pembagian inverter berdasarkan beberapa klasifikasi, antara
lain:
1. Berdasarkan bentuk sumber arus searah yang digunakan
- Tipe sumber tegangan
- Tipe sumber arus
-
II-17
2. Berdasarkan jumlah fasa
- Inverter satu fasa
- Inverter tiga fasa
3. Berdasarkan topologi
- Topologi push-pull
- Topologi half-bridge
- Topologi full-bridge
- Topologi neutral-point clamped (NPC)
4. Berdasarkan pengendalian penyalaan
- Two-level mode squarewave PWM
- Three-level mode squarewave PWM
- Two-level mode sinewave PWM
- Three-level mode sinewave PWM
2.8.1 Prinsip Kerja Inverter
Berbagai macam jenis inverter kini banyak tersedia di pasaran, mulai dari
yang sederhana sampai yang mempunyai tingkat keandalan yang tinggi. Jenis
inverter yang mempunyai tingkat keandalan dan juga efisiensi yang tinggi adalah
inverter full bridge. Prinsip kerja inverter full bridge dapat dilihat pada gambar di
bawah ini.
-
II-18
Gambar 2.15 Inverter Full Bridge
Dilihat dari gambar di atas, sebuah rangkain inverter terdiri dari 4 buah
saklar statis yang terhubung dengan beban L dan R. Rangkaian inverter kemudian
dihubungkan dengan catu daya DC, pada kondisi di atas transistor dan tidak
boleh menyala (on) secara bersamaan, begitu juga dengan transistor dan .
Artinya transistor harus bekerja secara bersilangan, ketika on maka juga on
sedangkan untuk dan dalam kondisi off dan ketika on maka juga on
sedangkan untuk dan dalam kondisi off (Permadi R, 2009).
Gambar 2.16 Bentuk Gelombang Inverter Full Bridge
-
II-19
2.9 Transformator
Transformator merupakan peralatan listrik yang berfungsi untuk
menyalurkan daya/tenaga dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau
sebaliknya. Transformator menggunakan prinsip hukum induksi faraday dan
hukum lorentz dalam menyalurkan daya, dimana arus bolak balik yang mengalir
mengelilingi suatu inti besi maka inti besi itu akan berubah menjadi magnet.
Transformer atau trafo merupakan suatu peralatan yang dapat mengubah
tenaga listrik dari suatu level tegangan ke level tegangan lainnya.Trafo biasanya
terdiri atas dua bagian inti besi atau lebih yang dibungkus oleh belitan - belitan
kawat tembaga. Prinsip pengubahan level tegangan dilakukan dengan
memanfaatkan banyaknya jumlah belitan pada inti trafo. Bila salah satu kumpulan
belitan, biasanya disebut belitan primer (N1), diberikan suatu tegangan yang
berubah-ubah, maka akan menghasilkan mutual flux yang berubah-ubah dengan
besar amplitude yang tergantung pada tegangan, frekuensi tegangan, dan jumlah
lilitan kawat tembaga di belitan primer. Mutual flux yang terjadi akan melingkup
dengan belitan lain yang disebut sisi sekunder (N2) dan akan menginduksi suatu
tegangan yang berubah-ubah di dalamnya dengan nilai tegangan yang bergantung
pada jumlah lilitan pada belitan sekunder.
2.9.1 Prinsip Kerja Transformator
Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik.
Tegangan masukan bolak-balik yang membentangi primer menimbulkan fluks
magnet yang idealnya melingkup dengan lilitan sekunder. Fluks bolak-balik ini
menginduksikan GGL dalam lilitan sekunder. Jika efisiensi sempurna, semua
daya pada lilitan primer akan dilimpahkan ke lilitan sekunder.
-
II-20
Gambar 2.17 Transformator
Persamaan dan rumus transformator
(2.5)
Dimana :
Vp = tegangan pada kumparan primer.
Vs = tegangan pada kumparan sekunder.
Np = banyaknya lilitan pada kumparan primer.
Ns = banyaknya lilitan pada kumparan sekunder.
Efisiensi Transformator
(2.6)
Dimana :
η = efisiensi transformator (%).
Pout = daya pada kumparan sekunder (W).
Pin = daya pada kumparan primer (W).
top related