hanif hendra z(15251)

LAPORAN PROYEK AKHIR

PERALATAN PROTEKSI OVER VOLTAGE DAN OVER

CURRENT RELE BERBASIS ARDUINO

DISUSUN OLEH:

Hanif Hendra Zulfikar

NIM.11/321378/NT/15251

PROGRAM DIPLOMA TEKNIK ELEKTRO

SEKOLAH VOKASI

UNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

2014

i

LAPORAN PROYEK AKHIR



Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Ahli Madya (AMd)

DISUSUN OLEH:


NIM.11/321378/NT/15251

PROGRAM DIPLOMA TEKNIK ELEKTRO

SEKOLAH VOKASI

UNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

2014

iii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa proyek akhir ini tidak terdapat karya

yang pernah diajukan untuk memperoleh ahli madya di suatu Perguruan Tinggi,

dan sepanjang pengetahuan saya tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah

ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam

naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 30 Agustus 2014


iv

PRAKATA

Assalamualaikum Wr. Wb.

Puji syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah

memberikan berkah, nikmat serta karunia-Nya, sehingga penulis dapat

menyelesaikan tugas akhir ini guna memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan

studi di jenjang Diploma III Teknik Elektro, Sekolah Vokasi, Universitas Gadjah

Mada, Yogyakarta dengan judul Peralatan Proteksi Over Voltage dan Over

Current Rele Berbasis Arduino dengan lancar. Shalawat serta salam senantiasa

tercurah kepada rasulallah nabi Muhammad SAW beserta para keluarga, sahabat

dan para pengikutnya hingga akhir zaman.

Terwujudnya tugas akhir ini merupakan hasil dari pengaplikasian Protection

system pada mesin-mesin pembangkit tenaga listrik yang ada sekarang ini. Berbekal

ilmu pengetahuan yang telah diajarkan oleh Bapak dan Ibu dosen di Universitas,

maka tugas akhir ini diharapkan mampu benar benar dapat menjadi bahan

pembelajaran untuk semua kalangan masyarakat.

Dalam proses pengerjaan proyek akhir dan penyusunan laporan ini tidak

lepas dari bimbingan, saran, bantuan moril maupun materil, dorongan serta kritik

dari berbagai pihak. Atas segala bantuan yang diberikan kepada penulis, baik

berupa bimbingan, motivasi, dorongan, kerjasama, fasilitas maupun kemudahan

lainnya maka pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan penghargaan

yang setinggi-tingginya dan ucapan terima kasih kepada :

1. Bapak Ir. Lukman Subekti, MT., selaku Ketua Program Diploma Teknik

Elektro Sekolah Vokasi Universitas Gadjah Mada

2. Bapak M. Arrofiq, S.T., M.T., Ph.D., selaku dosen pembimbing tugas akhir

dan akademik yang telah memberikan bimbingan, arahan dan saran yang

sangat berharga bagi penulis.

3. Bapak R Arif Tri Rahmawanto, S.T., selaku dosen pembimbing akademik

yang sudah memberikan saran-saran yang sangat membangun dalam

meningkatkan prestasi akademik.

v

4. Segenap staf pengajar dan karyawan yang ada di Program Diploma III Teknik

Elektro, Sekolah Vokasi, Universitas Gadjah Mada.

5. Keluarga tercinta, Bapak M. Heri Zulfiar S.T.,M.T., Ibu Risa dan Adik

Andira Azzahra , Dafa Hasan C, Laura Azzahra, dan Vadello Hosen A, yang

selalu memberikan dukungan moral dan spiritual.

6. Keluarga Bobby Bedzebba yang memeberikan bantuan secara moral, fasilitas

tempat menginap fasilitas penunjang lain, hingga dapat terselesaikannya

jenjang pendidikan hingga Program Diploma III ini.

7. Teman teman penunggu Lab. Elektronika Dasar Adnan Rachmawan, Cahyo

Setyono, mas Adnan Ashari, yang turut membantu dalam pengerjaan proyek

akhir ini.

8. Teman teman angkatan 2011, terlebih kepada Galih Prasetyo, Bobby

Bedzebba, Mahendra Putra, Ipo Oxia Singarimbun, M. Faisal Ali, Riza Nur

R, A. Socheh Doddy Prasetyo, yang bersama berusaha dalam proses

perkualiahan di Program Diploma Teknik Elektro, Sekolah Vokasi,

Universitas Gadjah Mada

9. Dan untuk semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian tugas akhir

ini yang tidak dapat penyusun sebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan laporan Tugas Akhir ini

masih terdapat banyak kesalahan dan kekurangan, oleh karena itu penulis

mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari para pembaca demi

perbaikan dan pengembangan laporan proyek akhir ini. Penulis beharap semoga

laporan ini dapat memberikan manfaat dan membantu dalam mengembangkan

ilmu pengetahuan dan pengembangan sistem otomasi parkir.

Wassalamualaikum Wr. Wb.

Yogyakarta, 30 Agustus 2014

Penyusun

vi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ............................................................................................... i

LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................. ii

LEMBAR PERNYATAAN .................................................................................. iii

PRAKATA ............................................................................................................ iv

DAFTAR ISI ......................................................................................................... vi

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... viii

DAFTAR TABEL ................................................................................................... x

INTISARI .............................................................................................................. xi

ABSTRACT ............................................................................................................ xii

BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1

A. Latar Belakang Masalah .......................................................................... 1

B. Maksud dan Tujuan ................................................................................. 2

C. Batasan Masalah ...................................................................................... 2

D. Metodologi ............................................................................................... 3

E. Sistematika Penulisan .............................................................................. 3

BAB II LANDASAN TEORI ................................................................................. 4

A. Catu Daya ................................................................................................ 4

1. Transformator ................................................................................... 4

2. Penyearah (Rectifier) ........................................................................ 6

3. Filter ................................................................................................. 7

B. Regulator tegangan .................................................................................. 8

C. Arduino .................................................................................................... 9

D. Sensor Arus ACS712 ............................................................................. 14

E. Penampil LCD 16x2 .............................................................................. 16

F. Pembagi Tegangan ................................................................................ 18

G. Penguat .................................................................................................. 19

1. Penguat Diferensial ........................................................................... 19

2. Penguat Membalik ............................................................................ 20

vii

H. Rele ........................................................................................................ 20

I. Transistor .............................................................................................. 21

BAB III PERANCANGAN SISTEM ................................................................... 24

A. Gambaran Umum .................................................................................. 24

B. Catu Daya .............................................................................................. 25

C. Pengendali utama ................................................................................... 27

D. Penampil LCD 16x2 .............................................................................. 28

E. Sensor Tegangan .................................................................................... 32

F. Rangkaian Rele ...................................................................................... 33

G. Sensor Arus ACS712 ............................................................................. 34

BAB VI PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN .................................................... 35

A. Pengujian fungsional ............................................................................. 35

B. Pengujian Kinerja Sistem ...................................................................... 45

BAB V PENUTUP ................................................................................................ 47

A. Kesimpulan ............................................................................................ 47

B. Saran ...................................................................................................... 48

DAFTAR PUSTAKA..........49

LAMPIRAN.............50

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Blok diagram catu daya ........................................................................ 4

Gambar 2.2 Transformator ....................................................................................... 5

Gambar 2.3 Rangkaian penyearah gelombang penuh .............................................. 6

Gambar 2.4 Gelombang keluaran penyearah full wafe ............................................ 7

Gambar 2.5 Kapasitor filter...................................................................................... 7

Gambar 2.6 Tegangan ripple setelah filter ............................................................... 8

Gambar 2.7 Terminal LM 78XX dan LM79XX ...................................................... 9

Gambar 2.8 Konfigurasi Arduino Uno .................................................................. 10

Gambar 2.9 Papan Arduino Uno ........................................................................... 11

Gambar 2.10 Arduino Uno ..................................................................................... 12

Gambar 2.11 Sensor ACS 712 ............................................................................... 15

Gambar 2.12 Schematic sensor ACS 712 .............................................................. 16

Gambar 2.13 LCD (Liquid Cristal Display) .......................................................... 16

Gambar 2.14 Rangkaian penghubung LCD dengan Arduino ................................ 18

Gambar 2.15 Rangkaian pembagi tegangan........................................................... 18

Gambar 2.16 Rangkaian penguat diferensial ......................................................... 19

Gambar 2.17 Rangkaian penguat pembalik ........................................................... 20

Gambar 2.18 Relai 5 pin ....................................................................................... 21

Gambar 2.19 Lambang transistor NPN dan PNP ................................................... 22

Gambar 2.20 Titik kerja transistor ......................................................................... 23

Gambar 3.1 Blok diagram sistem ........................................................................... 24

Gambar 3.2 Schematic rangkaian yang dibuat. ...................................................... 25

Gambar 3.3 Rangkaian penyearah ......................................................................... 26

Gambar 3.4 Rangkaian catu daya dengan LM7812T............................................. 26

Gambar 3.5 Rangkaian catu daya OPAMP ............................................................ 27

Gambar 3.6 Sistem Arduino Uno ........................................................................... 28

Gambar 3.7 Konfigurasi pin LCD 16x2 ................................................................. 29

Gambar 3.8 Fowchart program sensor arus dan tegangan ..................................... 30

Gambar 3.9 Rangkaian sensor tegangan ................................................................ 33

ix

Gambar 3.10 Rangkaian rele. ................................................................................. 33

Gambar 3.11 Rangkaian gelincir nol, penguat dan penyearah............................... 34

Gambar 4.1. Titik titik pengujian catu daya ........................................................ 37

Gambar 4.2 Pengujian LCD 16X2 ......................................................................... 40

Gambar 4.3 Grafik pengujian sensor tegangan ...................................................... 41

Gambar 4.4 Grafik pengujian sensor arus .................................................... 42

Gambar 4.5 keadaan dimana rele belum aktif ........................................................ 43

Gambar 4.6 keadaan dimana rele sudah aktif ........................................................ 43

Gambar 4.7 Perangkaian perangkat keras .............................................................. 45

x

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Spesifikasi Arduino Uno .............................................................................. 12

Tabel 2.2 karakteristik sensor arus ACS 712 ......................................................... 15

Tabel 2.3 Konfigurasi pin LCD 16x2 .................................................................... 17

Tabel 3.1 Hubungan pin LCD dengan board Arduino ........................................... 29

Tabel 4.1. Hasil pengujian transformator ............................................................... 36

Tabel 4.2. Hasil pengujian catu daya ..................................................................... 38

Tabel 4.3 Pengujian board Arduino ....................................................................... 39

Tabel 4.4 pengujian sensor tegangan ..................................................................... 40

Tabel 4.5 Pengujian sensor arus ............................................................................. 41

Tabel 4.6 Pengujian transistor ................................................................................ 43

Tabel 4.7 Pengujian penguat diferensial ................................................................ 44

Tabel 4.8 Pengujian peguat inverting..................................................................... 45

Tabel 4.9 Hasil pengujian sistem keseluruhan ....................................................... 46

xi



Hanif Hendra Zulfikar (NIM:11/321378/NT/15251),

Muhammad Arrofiq, S.T.,M.T.,Ph.D (NIP.197311271999031001)

Program Diploma Teknik Elektro Sekolah Vokasi UGM

Jalan Yacaranda Sekip Unit IV Yogyakarta 55281

INTISARI

Untuk dapat mengamankan suatu mesin pembangkit dari adanya gangguan

yang dapat merusak maka diperlukan sebuah perangkat pendeteksi gangguan dan

perangkat pengaman yang dapat memberikan informasi tentang besarnya arus

dan tegangan yang di suplai oleh suatu mesin pembangkit selain itu juga dapat

mengisolasi mesin pembangkit dari sistem distribusi listrik jika terdeteksi adanya

gangguan. Sistem ini diproses dengan arduino UNO dan ditampilkan dengan LCD

sebagai tambahan informasi tentang besarnya arus dan tegangan yang mengalir.

Dengan sistem ini kita akan mengetahui besarnya arus dan tegangan yang di

suplai oleh generator dan jika terjadi gangguan arus berlebih ataupun tegangan

berlebih maka generator akan terisolasi dari sistem distribusi listrik.

Kata kunci : Sensor arus, Sensor tegangan, Arduino UNO, LCD.

xii

PROTECTIVE EQUIPMENT OVER VOLTAGE AND OVER

CURRENT RELAY BASED OF ARDUINO

Hanif Hendra Zulfikar (NIM:11/321378/NT/15251),

Muhammad Arrofiq, S.T.,M.T.,Ph.D (NIP.197311271999031001)

Program Diploma Teknik Elektro Sekolah Vokasi UGM

Jalan Yacaranda Sekip Unit IV Yogyakarta 55281

ABSTRACT

To be able to secure a generator from any interference which may damage

it requires an intrusion detection devices and security devices that can provide

information about the magnitude of the current and voltage in the power supply

by a machine but it also can isolate the generator from the electrical distribution

system if detected disturbance. The system is processed by the Arduino UNO and

an LCD display with additional information about the magnitude of the current

and voltage. With this system we will determine the magnitude of the current and

voltage supplied by the generator and in the event of interruption excessive

current or excessive voltage, the generator will be isolated from the electrical

distribution system.

Key: Current sensor, voltage sensor, Arduino UNO, LCD

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Bagian hulu dari sistem tenaga listrik adalah generator yang terdapat di

pusat listrik dan di gerakkan oleh mesi penggerak mula (prime mover). Mesin

penggerak dalam pusat listrik berkaitan erat dengan instalasi mekanis dan instalasi

listrik dari pusat listrik. Generator sebagai sumber energi listrik dalam sistem

perlu diamankan jangan sampai mengalami kerusakan karena kerusakan generator

akan sangat mengganggu jalannya operasi sistem tenaga listrik. Oleh karenanya

generator sedapat mungkin harus dilindungi terhadap semua gangguan yang dapat

merusak generator.

Banyak gangguan yang dapat menyebabkan rusaknya generator salah

satunya adalah dapat disebabkan oleh terdeteksinya arus berlebih pada kumparan

stator generator dan adanya tegangan berlebih yang dibangkitkan oleh generator.

Untuk itu salah satunya diperlukanlah rele proteksi over voltage dan over current

untuk mengamankan generator dari kerusakan.

Sebagai otak dari sistem kontrol ini digunakan Arduino Uno R3.

Arduino adalah sebuah nama produk desain sistem minimum mikrokontroler yang

dibuka secara bebas (open source). Kelebihan dari arduino adalah Arduino

mempunyai bahasa pemrograman sendiri, pemrogramannya sendiri adalah dengan

bahasa C yang telah dipermudah dengan fungsi-fungsi yang sederhana sehingga

pemula pun bisa mempelajarinya dengan cukup mudah. Arduino juga memiliki

program yang bernama boot loader yang sudah di tanam pada mikrokontrolernya,

Boot loader ini sendiri berfungsi untuk menjembatani antara software compiler

arduino dengan mikrokontrolernya yang berfungsi untuk mengontrol dalam

bentuk yang kecil.

2

A. Maksud dan Tujuan

Maksud dan tujuan dari pembuatan Proyek Akhir yang berjudul

Peralatan Proteksi Over Voltage dan Over Current Rele Berbasis Arduino Uno

sebagai berikut:

1. Untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan studi di Program Diploma

Teknik Elektro Sekolah Vokasi Universitas Gadjah Mada.

2. Menerapkan dan mengaplikasikan teori yang telah didapat selama duduk di

bangku kuliah ke dalam praktek yang sesungguhnya.

3. Mengenal dan mempelajari tentang berbagai permasalahan yang sering

terjadi, kemudian mencari penyelesaiannya berdasarkan ilmu pengetahuan

yang telah didapatkan dibangku kuliah.

4. Menambah pengetahuan dari hasil penelitian yang akan dilakukan dalam

menyelesaikan tugas akhir.

5. Memahami prinsip kerja dari Sistem Peralatan Peralatan Proteksi Over

Voltage dan Over Current Rele Berbasis Arduino.

B. Batasan Masalah

Untuk menghindari cakupan pembahasan yang melebar, maka

pembahasan menitikberatkan pada:

a. Penjelasan secara umum tentang Perangkat Arduino Uno,Sensor Arus

ACS 712, sensor tegangan serta rangkaian rele.

b. Pemrograman pada Peralatan yang telah dibuat.

c. Analisis dengan asumsi ideal yang akan digunakan.

d. Proses kerja sistem peralatan yang telah dibuat.

3

C. Metodologi

Metode yang digunakan dalam menyusun laporan ini adalah :

1. Metode Pustaka, yaitu dengan cara mempelajari buku-buku literature yang

berhubungan dengan masalah yang di hadapi dalam pembuatan alat.

2. Metode Browsing, yaitu dengan mencari literature dari internet yang

berhubungan dengan alat.

3. Perancangan, yaitu pada tahap ini penuangan konsep dan desain untuk

mekanis maupun elektronis, agar mendapatkan kesempurnaan alat.

4. Metode Pengujian, yaitu dilakukan untuk menguji rangkaian yang dirancang

sesuai dengan yang diharapkan atau belum.

D. Sistematika Penulisan

Dalam penyusunan laporan tugas akhir ini, penulis menggunakan

sistematika yang terdiri dari 5 (lima) bab :

BAB I, PENDAHULUAN, menjelaskan tentang latar belakang

pembuatan, tujuan, batasan masalah, metodologi, dan sistematika penulisan.

BAB II, TEORI PENUNJANG, memuat informasi mengenai peralatan

pengukur dan Rele Proteksi pada generator serta teori-teori penunjang yang

digunakan dalam proyek akhir ini.

BAB III, PERANCANGAN SISTEM, memuat informasi mengenai uraian

perancangan alat yang dibuat meliputi perancangan hardware dan software.

BAB IV, PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN, memuat informasi

mengenai pengujian dan pembahasan sistem.

BAB V, PENUTUP, memuat informasi mengenai kesimpulan dan saran

untuk pengembangan alat lebih lanjut.

4

BAB II

DASAR TEORI

A. Catu Daya

Perangkat elektronika seharusnya dicatu oleh sumber listrik searah DC

(direct current) yang stabil agar dapat bekerja dengan baik sesuai dengan

kegunaan dan perancangannya. Baterai adalah sumber catu daya DC yang paling

baik. Namun apabila digunakan untuk aplikasi yang membutuhkan catu daya lebih

besar atau bermacam, sumber dari baterai tidak akan cukup. Sumber catu daya

yang lain adalah sumber listrik bolak-balik AC (alternating current) dari

pembangkit tenaga listrik. Sehingga diperlukan rangkaian catu daya yang dapat

merubah tegangan AC menjadi DC. Untuk proses pengubahan tegangan AC

menjadi tegangan DC dapat dilihat pada Gambar 2.1 :

Gambar 2.1 Blok diagram catu daya

1. Transformator

Transformator merupakan piranti yang berfungsi untuk menginduksikan

daya dari satu lilitan ke lilitan yang lainnya, dengan tidak mengubah harga

frekunsinya. Secara fisik, transformator ini memilki dua buah kumparan, yaitu

kumparan primer dan sekunder seperti yang terlihat pada Gambar 2.2.

5

Gambar 2.2 Transformator

Transformator ada dua jenis:

a. Transformator step-up (penaik tegangan)

Transformator ini berfungsi sebagai penaik tegangan AC, sehingga pada

transformator ini tegangan yang di hasilkan pada belitan sekunder lebih besar

dibandingkan dengan tegangan yang terdapat pada belitan primer.

b. Transformator step-down ( penurun tegangan )

Transformator ini berfungsi sebagai penurun tegangan, sehingga pada

transformator ini tegangan yang di hasilkan pada belitan sekundernya lebih kecil

dibandingkan dengan tegangan yang terdapat pada belitan primer.

Semakin besar perbedaan jumlah lilitan kedua kumparan tersebut,maka

akan semakin besar perbedaan antara tegangan masukan dengan tegangan

keluaran. Apabila jumlah lilitan pada kumparan sekundernya lebih banyak dari

jumlah lilitan primernya, maka tegangn yang keluar akan lebih tinggi nilanya dai

pada tegangan yang masuk dan sebaliknya seperti sesuai dengan persamaan 2.1

yang menggambarkan perbandingan antara tegangan primer dan sekunder

terhadap perbandingan antara kumparan primer dengan sekunder.

(2.1)

Dengan :

N1 = Jumlah lilitan bagian primer.

6

N2 = Jumlah lilitan bagian sekunder.

V1 = Tegangan pada bagian primer (V).

V2 = Tegangan pada bagian sekunder (V).

Pada rangkaian elektronika, transformator yang sering digunakan adalah

jenis transformator step-down, karena didalam rangkaian elektronika catu daya

yang sering digunakan adalah sumber tegangan 5 24V DC.

Sedangkan untuk jenis transformator step-up sendiri jarang sekali

digunakan, karena untuk catu daya yang biasa diperlukan dalam sebuah rangkaian

sudah disediakan oleh PLN yaitu sumber tegangan 220 V atau 380 V AC.

1. Penyearah (Rectifier)

Penyearah gelombang penuh (Full Wave) dengan dua diode bekerja

menggunakan transformator CT (seperti yang terlihat pada Gambar 2.3) dimana

transformator memberikan keluaran berupa teganan AC pada kedua terminal

terhadap terminal CT dengan beda sudut fase 180o.

Gambar 2.3 Rangkaian penyearah gelombang penuh

Pada saat terminal output transformator pada D1 memberikan sinyal

puncak positif maka terminal output pada D2 memberikan sinyal puncak negatif,

pada kondisi ini D1 pada posisi forward dan D2 pada posisi reverse. Sehingga sisi

puncak positif dilewatkan melalui D1. Kemnudian pada saat terminal output

7

transformator pada D1 memberikan sinyal puncak negatif maka terminal output

pada D2 memberikan sinyal puncak positif, pada kondisi ini D1 posisi reverse dan

D2 pada posisi forward. Sehingga sinyal puncak positif dilewatkan melalui D2.

Sehingga hasil keluaran dari penyearah gelombang penuh yaitu seperti pada

Gambar 2.4 di bawah ini:

Gambar 2.4 Gelombang keluaran penyearah full wave

2. Filter

Filter dalam rangkaian penyearah digunakan untuk memperkecil tegangan

ripple, sehingga dapat diperoleh tegangan keluaran yang lebih rata, baik untuk

penyearah gelombang setengah maupun gelombang penuh. Filter diperlukan

karena rangkaian rangkaian elektronik memerlukan sumber tegangan DC yang

tetap, baik untuk keperluan sumber daya dan pembiasan yang sesuai operasi

rangkaian seperti pada Gambar 2.5 di bawah ini.

Gambar 2.5 Kapasitor filter

Dengan menambahkan kapasitor paralel dengan beban pada rangkaian

penyearah setengah gelombang atau gelombang penuh, maka ripple tegangan

Vo

8

akan dapat dikurangi. Sebagaimana kita ketahui, kapasitor dapat menyimpan

energi. Pada saat tegangan sumber naik, kapasitor akan terisi sampai mencapai

tegangan maksimum. Pada saat tegangan sumber menurun, kapasitor akan

melepaskan energi yang disimpannnya melalui beban (karena pada saat ini

dioda tidak konduksi). Dengan demikian beban akan tetap memperoleh aliran

energi walaupun dioda tidak konduksi. Selanjutnya bila dioda konduksi lagi,

kapasitor akan terisi dan energi yang tersimpan ini akan dilepaskan lagi pada

waktu dioda tidak konduksi dan demikian seterusnya. Sehingga didapatkan

hasil gelombang seperti pada gambar 2.6 berikut :

Gambar 2.6 Tegangan ripple setelah filter

Tegangan ripple peak to peak dapat dicari menggunakan

persamaan 2.2 seperti berikut :

(2.2)

Dengan :

VM : Tegangan maksimum

T : time discharge

R : Resistansi beban

C : Kapasitor

Sedangkan untuk mencari teganga maksimum dapat menggunakan rumus

seperti pada persamaan 2.3.

(2.3)

A. Regulator Tegangan

Regulator biasa digunakan pada rangkaian eletronika yang biasanya

diletakan pada output catu daya. Penggunaan regulator tegangan ini bertujuan

untuk mengeluarkan tegangan DC yang stabil sehingga menghilangkan tegangan

Tegangan

Ripple

9

riak yang keluar dari catu daya dan juga tegangan tetap stabil ketika ada

perubahan tegangan yang masuk pada catu daya. Regulator juga dapat berfungsi

sebagai pelindung apabila terjadi hubung singkat pada beban.

Regulator tegangan yang biasa digunakan yaitu LM 78XX regulator seri ini

merupakan regulator seri keluaran positif yang memiliki tiga terminal yaitu Input,

Ground, dan Output. Selain regulator seri LM 78XX juga terdapat regulator seri

LM 79XX. Regulator seri ini merupakan regulator seri keluaran negatif yang

memiliki tiga terminal yaitu Ground, Input, dan Output seperti yang ditunjukkan

pada gambar 2.7.

Gambar 2.7 Terminal LM78XX dan LM79XX

B. Arduino

Arduino adalah sebuah nama produk desain sistem minimum

mikrokontroler yang di buka secara bebas. Kelebihan dari arduino adalah Arduino

mempunyai bahasa pemrograman sendiri, pemrograman yang digunakan adalah

bahasa C yang telah dipermudah dengan fungsi-fungsi yang sederhana sehingga

pemula pun bisa mempelajarinya dengan cukup mudah. Arduino juga memiliki

program yang namanya boot loader yang sudah di tanam pada mikrokontrolernya,

boot loader ini sendiri berfungsi untuk menjembatani antara software compiler

arduino dengan mikrokontrolernya yang berfungsi untuk mengontrol dalam

bentuk yang kecil. Di sini mikrokontroler memiliki memori sendiri, serta proses-

proses yang dapat berdiri sendiri, sehingga ketika dihubungkan dengan input dan

output yang lain, pengguna juga dapat mengontrol alat tersebut.

Arduino UNO adalah sebuah papan mikrokontroler yang didasarkan pada

ATmega328. Arduino UNO mempunyai 14 pin data input /output (6 di antaranya

10

dapat digunakan sebagai output PWM), 6 pin input analog, sebuah osilator

Kristal 16 MHz, sebuah koneksi USB, sebuah power jack , sebuah ICSP header

dan sebuah tombol reset. Arduino UNO mudah sangat mudah untuk dihubungkan

ke sebuah komputer dengan sebuah kabel USB atau mensuplainya dengan sebuah

adaptor AC ke DC atau menggunakan baterai untuk memulainya.

Arduino UNO adalah sebuah seri terakhir dari board Arduino USB dan

model referensi untuk papan Arduino Arduino UNO R3 merupakan board

mikrokontroler yang didasarkan pada mikrokontroler jenis ATmega328.

Konfigurasi bagian utama mikrokontroler dari Arduino Uno ditunjukkan pada

Gambar 2.8.

Gambar 2.8 Konfigurasi Arduino Uno

a. Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART) adalah antar muka

yang digunakanuntuk komunikasi serial seperti pada RS-232, RS-422 dan RS-

485.

b. 2KB RAM pada memory kerja bersifat volatile (hilang saat daya dimatikan),

digunakan oleh variable-variabel di dalam program.

c. 32KB RAM flash memory bersifat non-volatile, digunakan untuk menyimpan

program yang dimuat dari komputer. Selain program, flash memory juga

menyimpan bootloader. Bootloader adalah program inisialisasi yang

ukurannya kecil, dijalankan oleh CPU saat daya dihidupkan. Setelah boot

loader selesai dijalankan, berikutnya program di dalam RAM akan dieksekusi.

2KB RAM (Memory

Kerja)

1KB EEPROM

UART(Antar Muka Serial)

32KB RAM Flash

Memory (program)

Port Input/Output

CPU

11

d. 1KB EEPROM bersifat non-volatile, digunakan untuk menyimpan data yang

tidak boleh hilang saat daya dimatikan. Tidak digunakan pada papan Arduino.

e. Central Processing Unit (CPU), bagian dari mikrokontroler untuk

menjalankan setiap instruksi dari program.

f. Port input/output, pin-pin untuk menerima data (input) digital atau analog, dan

mengeluarkan data (output) digital atau analog.

`Setelah mengenal bagian-bagian utama dari mikrokontroler ATmega sebagai

komponen utama, selanjutnya kita akan mengenal bagian-bagian dari papan

Arduino seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.9.

Gambar 2.9 Papan Arduino Uno

Selain berfungsi sebagai penghubung untuk pertukaran data, kabel USB

ini juga akan mengalirkan arus DC 5 Volt kepada papan Arduino sehingga praktis

tidak diperlukan sumber daya dari luar. Saat mendapat suplai daya, lampu LED

indikator daya pada papan Arduino akan menyala menandakan bahwa ia siap

bekerja. Pada papan Arduino Uno terdapat sebuah LED kecil yang terhubung ke

pin digital no 13. LED ini dapat digunakan sebagai output saat seorang pengguna

membuat sebuah program dan membutuhkan sebuah penanda dari jalannya

program tersebut seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.10 :

12

Gambar 2.10 Arduino Uno

Arduino Uno berbeda dari semua board Arduino yang telah dibuat

sebelumnya, Arduino UNO tidak menggunakan chip driver FTDI USB-to-serial.

Sebaliknya, fitur-fitur Atmega16U2 (Atmega8U2 sampai ke versi R2) diprogram

sebagai sebuah pengubah USB ke serial. Revisi 2 dari board Arduino Uno

mempunyai sebuah resistor yang menarik garis 8U2 HWB ke ground, yang

membuatnya lebih mudah untuk diletakkan ke dalam DFU mode. Tabel 2.1

menyajikan fitur-fitur baru dari revisi 3 dari board Arduino UNO

Tabel 2.1 Spesifikasi Arduino UNO

13

Bagian bagian dari papan Arduino tersusun dari beberapa susunan yang

dari kesemuanya mempunyai fungsi masing masing. Bagian dan fungsi tersebut

di jelaskan pada bagian dibawah ini:

1. Soket USB

Soket USB adalah soket untuk kabel USB yang disambungkan ke komputer

atau laptop. Berfungsi untuk mengirimkan program ke Arduino dan juga sebagai

port komunikasi serial.

2. Input / Output Digital

Input/Output Digital atau digital pin adalah pin-pin untuk menghubungkan

Arduino dengan komponen atau rangkaian digital. Misalnya kalau ingin membuat

LED berkedip, LED tersebut bisa dipasang pada salah satu pin I/O digital dan

ground. Komponen lain yang menghasilkan output digital atau menerima input

digital bisa disambungkan ke pin-pin ini.

3. Input Analog

Input Analog atau analog pin adalah pin-pin yang berfungsi untuk

menerima sinyal dari komponen atau rangkaian analog. Misalnya dari

potensiometer, sensor suhu, sensor cahaya, dsb.

4. Catu Daya

Pin-pin catu daya adalah pin yang memberikan tegangan untuk komponen

atau rangkaian yang dihubungkan dengan Arduino. Pada bagian catu daya ini

terdapat juga pin Vin dan Reset. Vin digunakan untuk memberikan tegangan

langsung kepada Arduino tanpa melalui tegangan USB atau adaptor. Reset adalah

pin untuk memberikan sinyal reset melaui tombol atau rangkaian eksternal.

5. Baterai / Adaptor

Soket baterai atau adaptor digunakan untuk menyuplai Arduino dengan

tegangan dari baterai/adaptor 9V pada saat Arduino sedang tidak disambungkan

ke komputer. Jika Arduino sedang disambungkan ke komputer melalui USB,

14

Arduino mendapatkan suplai tegangan dari USB, jadi tidak perlu memasang

baterai/adaptor saat memprogram Arduino.

Pemrograman merupakan bagian yang tidak dapat terlepas dari sebuah

mikrokontroler. Seperti pada umumnya Arduino juga memerlukan program untuk

dapat digunakan. Arduino memiliki software yang berbeda dengan jenis yang

sudah ada, walaupun Arduino juga menggunakan bahasa C sebagai

pemrogramannya. Pemrograman yang mudah merupakan salah satu pilihan yang

di tawarkan oleh Arduino untuk memberikan kemudahan bagi penggunanya.

Arduino menggunakan sorfware bernama IDE, yang memang disediakan secara

gratis kepada para penggunanya. Menengok lebih dalam pada software ini

terdapat beberapa fasilitas yang ada :

1. Editor program, sebuah window yang memungkinkan pengguna menulis

dan mengedit program dalam bahasa Processing.

2. Compiler, sebuah modul yang mengubah kode program (bahasa

Processing) menjadi kode biner. Bagaimanapun sebuah mikrokontroler

tidak akan bisa memahami bahasa Processing. Yang bisa dipahami oleh

mikrokontroler adalah kode biner. Itulah sebabnya compiler diperlukan

dalam hal ini.

3. Uploader, sebuah modul yang memuat kode biner dari komputer ke dalam

memory di dalam papan Arduino.

C. Sensor Arus ACS 712

Sensor arus dari keluarga ACS-712 ELC-05B adalah solusi untuk

pembacaan arus didalam dunia industri, otomotif, komersil dan sistem-sistem

komunikasi. Sensor ini biasanya digunakan untuk mengontrol motor, deteksi

beban listrik, switched-mode power supplies dan proteksi beban berlebih. Gambar

2.11 menunjukkan gambar dari sensor ACS-712 dan tabel 2.2 menunjukkan

karakteristik dari sensor arus ACS 712.

15

Gambar 2.11 Sensor ACS 712

Tabel 2.2 karakteristik sensor arus ACS 712

Sensor ini memiliki pembacaan dengan ketepatan yang tinggi, karena

didalamnya terdapat rangkaian low-offset linear Hall dengan satu lintasan yang

terbuat dari tembaga. cara kerja sensor ini adalah arus yang dibaca mengalir

melalui kabel tembaga yang terdapat didalamnya yang menghasilkan medan

magnet yang di tangkap oleh integrated Hall IC dan diubah menjadi tegangan

proporsional. Sensor arus ACS 712 masih memerlukan komponen tambahan

seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.12 agar dapat menunjang pengukuran

arus yang dilakukan.

16

Gambar 2.12 Schematic sensor ACS 712

Ketelitian dalam pembacaan sensor dioptimalkan dengan cara

pemasangan komponen yang ada didalamnya antara penghantar yang

menghasilkan medan magnet dengan hall transducer secara berdekatan. Persisnya,

tegangan proporsional yang rendah akan menstabilkan Bi CMOS Hall IC yang

didalamnya yang telah dibuat untuk ketelitian yang tinggi oleh pabrik.

D. Penampil LCD 16x2

LCD (Liquid Cristal Display) berfungsi untuk menampilkan karakter

angka, huruf ataupun simbol dengan lebih baik dan dengan konsumsi arus yang

rendah. LCD adalah suatu display yang berbahan cairan kristal yang

pengoprasiannya menggunakan sistem dot matriks. LCD 16x2 dapat

menampilkan enam belas karakter dalam satu baris dan terdiri dari dua kolom.

Sumber cahaya (backlight) di dalam sebuah modul LCD adalah lampu

LED super bright yang diletakkan di bagian belakang panel kristal cair tersebut

dengan pilihan warna kebanyakan di pasaran adalah hijau, kuning, biru, dan putih.

Berikut adalah contoh LCD berdimensi 16x2 yang ditunjukkan pada Gambar

2.13.

Gambar 2.13 LCD (Liquid Cristal Display)

17

LCD dapat dengan mudah dihubungkan dengan mikrokontroler. LCD

16x2 ini memiliki 16 pin konektor, tabel 2.3 berikut menunjukkan konfigurasi pin

dari LCD 16x2 :

Tabel 2.3 Konfigurasi pin LCD 16x2

Pin Name Function

1 VSS Ground Voltage

2 VCC +5V

3 VEE Contrast Voltage

4

RS

Register Select

0 = Instruction Register

1 = Data Register

5

R/W

Read/Write, to choose write or read mode

0 = Write mode

1 = Read Mode 6

EN

Enable

0 = Start to latch data to LCD character

1 = Disable

7 DB0 LSB

8 DB1 -

9 DB2 -

10 DB3 -

11 DB4 -

12 DB5 -

13 DB6 -

14 DB7 MSB

15 BPL Back Plane Light

16 GND Ground Voltage

Rangkaian yang digunakan untuk menghubungkan LCD dengan Arduino

yaitu ditunjukkan pada Gambar 2.14 sebagai berikut:

18

Gambar 2.14 Rangkaian penghubung LCD dengan Arduino

E. Pembagi Tegangan

Rangkaian pembagi tegangan biasanya digunakan untuk membuat suatu

tegangan referensi dari sumber tegangan yang lebih besar, titik tegangan referensi

pada sensor, untuk memberikan bias pada rangkaian penguat atau untuk memberi

bias pada komponen aktif. Rangkaian pembagi tegangan pada dasarnya dapat

dibuat dengan 2 buah resistor, contoh rangkaian dasar pembagi tegangan dengan

output VO dari tegangan sumber VI menggunakan resistor pembagi tegangan R1

dan R2 seperti pada Gambar 2.15.

Gambar 2.15 Rangkaian pembagi tegangan

Dari Gambar 2.11 rangkaian pembagi tegangan dapat dirumuskan

tegangan output VO. Arus (I) mengalir pada R1 dan R2 sehingga nilai tegangan

19

sumber VI adalah penjumlahan VS dan VO sehingga dapat dirumuskan

menggunakan persamaan 2.4 berikut :

(2.4)

Nampak bahwa tegangan masukan terbagi menjadi dua bagian ( o S v , v ),

masing-masing sebading dengan harga resistor yang dikenai tegangan tersebut.

Sehingga besarnya VO dapat dapat diperoleh menggunakan persamaaan 2.5

berikut.

(2.5)

F. Penguat

1. Penguat Diferentsial

Rangkaian penguat diferensial seperti pada Gambar 2.16, digunakan untuk

mencari selisih dari dua tegangan yang telah dikalikan dengan konstanta tertentu

yang ditentukan oleh nilai resistansi yaitu sebesar

untuk dan

. Penguat jenis ini berbeda dengan diferensiator. Rumus yang digunakan

adalah seperti pada persamaan 2.6 sebagai berikut:

(2.6)

Sedangkan untuk dan maka bati deferentsial adalah seperti

pada persamaan 2.7:

(2.7)

Gambar 2.16 Rangkaian penguat diferensial

20

2. Penguat Membalik

Sebuah penguat pembalik menggunakan umpan balik negatif untuk

membalik dan menguatkan sebuah tegangan. Resistor Rf melewatkan sebagian

sinyal keluaran kembali ke masukan. Karena keluaran taksefase sebesar 180,

maka nilai keluaran tersebut secara efektif mengurangi besar masukan. Ini

mengurangi bati keseluruhan dari penguat dan disebut dengan umpan balik

negative seperti pada persamaan 2.8.

(2.8)

Dimana,

(karena V_ adalah virtual ground.

Sebuah resistor dengan nilai

, ditempatkan di antara

masukan non-pembalik dan bumi. Walaupun tidak dibutuhkan, hal ini mengurangi

galat karena arus bias masukan.

Besar dari penguat ditentukan dari rasio antara Rf dan Rin, yaitu seperti pada

persamaan 2.9:

(2.9)

Gambar 2.17 Rangkaian penguat pembalik

G. Rele

Rele adalah perangkat yang sangat umum di gunakan dalam industri, relai

dalam suatu rangkaian pengandali berfungsi sebagai saklar yang di gunakan untuk

menghidupkan atau mematikan suatu perangkat elektronis.

Kontak suatu relai terdiri dari Normally Open (NO) dan Normally Close (NC).

Pada kondisi normal, kontak NO dapat diibaratkan saklar dalam keadaan terbuka

21

sedangkan kontak NC adalh saklar dalam keadaan tertutup. Pada kontak biasanya

dilapisi dengan platina agar tidak mudah aus. Di bawah ini adalah Gambar 2.18

merupakan salah satu contoh dari relai 5 pin:

Gambar 2.18 Rele 5 pin

Rele bekerja berdasarkan prinsip medan magnet, yang mana medan magnet ini

dikendalikan oleh sinyal listrik. Apabila pada lilitan, kawatnya dialiri arus

listrik, maka batang besi yang dililiti kawat (kumparan) akan menjadi magnet

sehingga akan menarik kontak yang berada di depannya, sehingga kontak NO

menjadi tertutup, dan kontak NC menjadi terbuka.

Beberapa hal yang perlu diketahui dari relai adalah:

1. Tegangan operasional pada relai bervariasi yaitu dari 3,5 V sampai 48 V untuk

tegangan DC dan 110V sampai 220V untuk tegangan AC.

2. Relai DC dapat digunakan untuk menghantarkan arus AC, akan tetapi untuk

pemakian relai yang menggunakan tegangan koil DC, pada lilitannya harus

dipasang dioda yang berfungsi sebagai damper. Dioda ini secara spesifik

digunakan untuk mereduksi GGL yang timbul pada saat relai dimatikan.

3. Kemampuan kontak pada relai adalah kemampuan menyalurkan arus dalam

Ampere, semakin besar arus yang dialirkan maka akan semakin mahal harga

relai-nya.

H. Transistor Sebagai Saklar

Transistor berasal dari kata Transfer dan Resistor yang artinya merubah

bahan dari bahan yang tidak dapat menghantar listrik menjadi bahan pengahantar

atau setengah penghantar (semikonduktor). Transistor termasuk komponen aktif.

22

Sama halnya dengan komponen semikonduktor lainnya dibuat dari bahan Indium,

Germanium, dan Silikon

Dalam bidang elektronika terdapat dua macam jenis Transistor, yaitu:

a. Transistor PNP (Positif Negatif Positif)

b. Transistor NPN (Negatif Positif Negatif)

Pada umumnya Transistor Bipolar memiliki tiga buah terminal yang

membentuk 3 buah kaki, yaitu; kaki emitor disingkat e, kaki basis disingkat b, dan

kaki kolektor disingkat c atau k seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.19

berikut :

Gambar 2.19 Lambang transistor NPN dan PNP

Penggunaan transistor sebagai saklar artinya mengoperasikan transistor

pada salah satu kondisi yaitu saturasi atau cut off. Jika sebuah transistor berada

dalam keadaan saturasi maka transistor berlaku seperti saklar tertutup antara

kolektor dan emiter. Jika transistor cut off transistor berlaku seperti saklar terbuka.

Gambar 2.20 menunjukkan salah satu contoh pengunaan sebuah transistor

sebagai saklar beserta garis beban dc. Pengaturan on-off transistor dengan

mengatur level tegangan pada basis transistor tersebut. Jika arus basis lebih besar

atau sama dengan arus basis saat saturasi, titik kerja transistor berada pada ujung

atas garis beban dc, dalam kondisi ini transistor berlaku sebagai saklar tertutup.

Sebaliknya jika arus basis nol, titik kerja transistor berada pada titik ( P ) dalam

kondisi ini transistor berlaku sebagai saklar terbuka.

23

gamabar 2.20 Titik kerja transistor

Dari gambar 2.20, maka dapat dirumuskan dalam persamaan 2.10.

(2.10)

Keterangan :

: Arus yang mengalir pada basis

: Tegangan yang masuk pada kaki basis

: Tegangan antara kaki basis dan emitter

: Beban pada kaki basis

: Beban pada kaki collector

24

BAB III

PERANCANGAN SISTEM

A. Gambaran Umum

Perancangan sistem merupakan penggabungan dari beberapa rangkaian

(dalam bentuk fisik) maupun program (dalam bentuk software) yang telah ada

ataupun yang sudah dibuat sebelumnya menjadi suatu sistem yang dapat

difungsikan secara bersamaan. Untuk mengetahui alur alat dan cara kerja alat

yang telah dibuat dapat dilihat pada blok diagram sistem pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Blok diagram sistem

Dari gambar 3.1 dapat dilihat terdapat beberapa piranti yang membentuk

suatu sistem. Salah satunya adalah ARDUINO yang bekerja sebagai sistem

minimum dari rangkaian yang telah di buat. Untuk dapat bekerja Arduino

membutuhkan input tegangan 5VDC yang dapat di peroleh dari port USB

Connector yang terhubung dengan PC/Laptop ataupun dapat diperoleh melalui

Port Input Power yang terhubung dengan sumber listrik yang telah di convert.

Cara kerja rangkaian secara keseluruhan pada alat ini yaitu dengan menginputkan

data analog dari sensor arus dan sensor tegangan ke Arduino dan akan

ditampilkan pada LCD 16x2 dan jika tegangan dan arus yang terbaca oleh sensor

melebihi dari setting program yang telah di buat sebelumnya maka Arduino akan

memberikan sinyal output hight pada rangkaian relay sehingga mengaktifkan

SENSOR

TEGANGAN

SENSOR

ARUS SUMBER AC BEBAN RELE

ARDUINO

UNO

LCD 16x2

PENAMPIL

25

relay dan memutus beban dari sumber. Berikut adalah gambar schematicdiagram

dari piranti yang dibuat secara keseluruhan ditunjukkan pada Gambar 3.2.

Gamabar 3.2 Schematic rangkaian yang dibuat

A. Catu daya

Catu daya merupakan komponen utama yang sangat penting dari suatu

rangkaian. Tanpa adanya catu daya maka suatu rangkaian atau piranti yang dibuat

tidak dapat bekerja. Rangkaian catu daya mendapat tegangan AC yang berasal

dari sumber tegangan PLN sebesar 220VAC yang masuk pada transformator step

down dan bagian sekunder mengeluarkan tegangan yang lebih kecil yaitu 12VAC

yang akan masuk pada rangkaian catu daya kemudian akan disearahkan menjadi

teganan DC. Berikut adalah rangkaian penyearah yang digunakan seperti pada

Gambar 3.3.

26

Gambar 3.3 Rangkaian penyearah

Rangkaian catu daya ini merupakan rangkaian elektronik yang sangat

penting karena rangkaian ini sebagai sumber tegangan pada board arduino dan

juga sumber tegangan untuk Rele. Tegangan yang dibutuhkan untuk rangkaian

rele dan board arduino adalah 12VDC maka dari itu dibutuhkan lah rangkaian

penyearah glombang penuh 12VAC menjadi 12 VDC sebagai supply Rele. Untuk

dapat memenuhi kebutuhan diatas maka diperlukanlah rangkaian penyearaIC

regulator LM7812T seperti pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Rangkaian catu daya dengan LM7812T

Disamping itu, dalam rangkaian yang dibuat juga diperlukannya tegangan

+5V dan -5V untuk mencatu rangkaian OPAMP sebagai penguat sinyal dari

sensor arus ACS712. Untuk dapat mengeluarkan tegangan +5VDC dibutuhkan IC

regulator LM7805T dan Untuk dapat mengeluarkan tegangan -5VDC dibutuhkan

IC regulator LM7905T. Maka dari itu untuk memenuhi kebutuhan diatas dapat

menggunakan rangkaian seperti pada Gambar 3.5.

27

Gambar 3.5 Rangkaian catu daya OPAMP

B. Pengendali Utama

Rangkaian pengendali utama pada sistem ini adalah Arduino yang

merupakan suatu piranti yang mampu menangani berbagai operasi aritmatika

seperti penjumlahan, pengurangan, perkalian, pembagian, perbandingan, serta

menangani pengendalian peralatan melalui port-port yang dimilikinya. Komponen

utama di dalam papan Arduino adalah sebuah mikrokontroler 8 bit dengan merek

ATmega yang dibuat oleh perusahaan Atmel Corporation. Berbagai papan

Arduino menggunakan tipe ATmega yang berbeda-beda tergantung dari

spesifikasinya, sebagai contoh Arduino Uno menggunakan ATmega328. Pada alat

ini, Arduino dicancang sebagai pengendali utama untuk mengendalikan Rele

berdasarkan keluaran yang ada pada LCD. Keluaran akan tergantung dari

masukan data input Sensor Arus ACS 712 yang nantinya akan diolah oleh

Arduino dan menghasilkan keluaran berupa tegangan DC dari DAC yang

disambungkan ke LCD dan Rele. Sistem pengendaliannya diatur melalui program

kendali yang didownloadkan ke Arduino dalam format hexa. Cara kerja sistem ini

adalah Arduino akan mendapatkan informasi Arus dan tegangan dari sensor yang

diukur oleh Sensor Arus dan Sensor Tegangan, dan jikan Sensor mendeteksi

adanya arus lebih atau tegangan lebih dari jaringan AC, maka Rele akan aktif dan

memutus beban dari sumber. Untuk rangkaian sistem Arduino Uno sendiri dapat

dilihat pada Gambar 3.6.

28

Gambar 3.6 Sistem Arduino Uno

C. Penampil LCD 16x2

LCD merupakan komponen penampil yang digunakan untuk

memberikan informasi keluaran (output) dari mikrokontroler. Ada berbagai

macam tipe LCD salah satu contohnya adalah LCD yang memiliki dimensi 16x2.

16 menunjukkan jumlah karakter yang dapar ditampilkan dalam setiap baris. Pada

alat pengukur Arus dan tegangan ini, LCD digunakan sebagai penampil besaran

arus dan tegangan yang dikirimkan dan besaran arus serta tegangan yang didapat

dari sensor yang terpasang . Pada aplikasinya, bus data terdiri dari 4 atau 8 jalur

(tergantung pada mode operasi yang dipilih oleh user) pada alat ini menggunakan

mode antarmuka 4 bit. Pada kasus bus 8 bit, jalur diacukan sebagai DB0 sampai

dengan DB7, sedangkan pada pengaplikasian bus data 4 bit yaitu pada DB4

sampai dengan DB7 yang dihubungkan pada port-port digital 4, digital 5, digital

6, digital 7. Sedangkan untuk keypad akan terhubung pada port Analog 0, RS

29

terhubung pada port digital 8, Enable pada port digial 9 dan untuk backlight

control akan terhubung pada port digital 10.

Perancangan LCD pada alat ini berfungsi untuk menampilkan nilai

pembacaan pada sensor tegangan dan sensor arus. Pin-pin yang digunakan pada

LCD terhubung pada Board Arduino pada port digital pins (Pin 4 hingga Pin 7)

konfigurasi yang digunakan untuk LCD 16x2 ini dapat dilihat pada Gambar 3.7

Gambar 3.7 Konfigurasi pin LCD 16x2.

Konfigurasi pada gambar 3.5 dihubungkan dengan board Arduino

sesuai sengan port yang digunakan dapat dilihat pada tabel 3.1.

Tabel 3.1 Hubungan pin LCD dengan board Arduino

Pin LCD Keterangan Pin Mikrokontroler Keterangan

1 GND GND GND

2 VCC 5V VCC

4 RS 8 PA.2

5 RW GND GND

6 E 9 PA.3

11 D4 4 PA.4

12 D5 5 PA.5

13 D6 6 PA.6

14 D7 7 PA.7

15 NC(1) 5V VCC

16 NC(2) GND GND

30

Untuk memprogram LCD menggunakan bahasa pemrograman bahasa C

melalui penggalan program sederhana menggunakan LCD seperti Gambar

flowchart 3.8.

Gambar 3.8 Flowchart program sensor arus dan tegangan

Inisialisasi

If V>

230 atau

A > 2

Aktifkan Rele

Ya

Tidak

Start

End

Pembacaan sensor

tegangan dan sensor arus

ke arduino

Reset

Aktif ?

Ya

Tidak

Beban putus

Tampilkan

Tegangan,

Arus, V, A.

31

Dengan flowchart pada gambar 3.8 maka dapat dibuat program dengan

bahasa C sesuai dengan flowchart tersebut. Penulisan bahasa C

#include

LiquidCrystal lcd(8, 9, 4, 5, 6, 7);

float X, Y, Z;

void setup() {

Serial.begin(9600);

lcd.begin(16, 2);

lcd.clear();

lcd.setCursor(1,0);

lcd.print("Tegangan");

lcd.setCursor(7,1);

lcd.print("V");

lcd.setCursor(11,0);

lcd.print("Arus");


lcd.print("A");

}

void sensor(){

int SensorArus = analogRead(A3);

int SensorTegangan = analogRead(A5);

X = SensorTegangan * 56.45 * (5.0 / 1023.0);

Y = SensorArus * (5.0 / 1023.0);

if ( Y == 0) { Z = 0 ; }

else {Z = -0.0282 * (Y * Y) + (0.7304 * Y) + 0.1165 ; }

Serial.println(X);

lcd.setCursor(2,1);

lcd.print(X);

Serial.println(Z);


lcd.print(Z);

}

void loop() {

awal:

sensor();

if (X > 230.00 || Z > 2.00){ goto rele;} else goto

awal;

rele:

digitalWrite( 12, HIGH);

sensor();

goto rele;

}

32

Penjelasan :

a. Baris 1 sampai dengan baris 2 digunakan untuk mendefinisikan koneksi

antara arduino dengan modul. Pada contoh program ini LCD terhubung ke

arduino uno melalui port digital sehingga harus didefinisikan sebuah pengenal

LiquidCrystal lcd( , , , , , , ) yang diisikan dengan pin-pin yang digunakan

oleh LCD. Pendefinisian ini harus dilakukan menggunakan fungsi pustaka

b. Baris ke 3 digunakan untuk menginisialisasikan konstanta X, Y, Z dalam

bentuk data float

c. Baris ke 5 mendefinisikan komunikasi serial 9600 bit per second.

d. Baris 6 berisi tentang jumlah baris dan kolom yang akan digunakan pada

LCD.

e. Baris ke 7 digunakan untuk mengkosongkan LCD jika sebelumnya masih ada

program yang tertanam pada LCD.

f. Baris ke 7 hingga 15 merupakan program yang digunakan untuk meletakkan

serta menampilkan karakter yang akan digunakan.

g. Baris ke 16 digunakan untuk mendeklarasikan fungs sensor.

h. Baris ke 17 dan 18 digunakan untuk membaca nilai analog output dari sensor

tegangan dan arus.

i. Baris ke 19 dan 22 merupakan program yang terdapat rumusan yang dapat

membuat keluaran dari pembacaan sensor arus tetap stabil

j. Baris ke 23 sampai 28 digunakan untuk menampilkan hasil perhitungan

program dari baris sebelumnya.

k. Baris ke 30 hingga 34 digunakan untuk menginisalisasikan output hight jika

salah satu nilai terpenuhi

D. Sensor Tegangan

Sensor tegangan merupakan piranti yang dapat digunakan untuk

mendeteksi perubahan tegangan pada suatu sistem. Dalam hal ini, sensor tegangan

dibuat dengan menggunaka rangkaian pembagi tegangan yang sebelumnya telah

disearahkan seperti yang tertampil pada Gambar 3.9.

33

Gambar 3.9 Rangkaian sensor tegangan

Sensor tegangan ini memberikat sinyal output tegangan DC. Nilai variabel

dari sensor ini merupakan input untuk mikrokontroller yang kemudian akan

diolah.

E. Rangkaian Rele

Fungsi dari rele pada sistem merupakan piranti yang digunakan untuk

memutus beban dari jaringan listrik. Rele ini membutuhkan catu sebesar 12 VDC.

Rele tidak dapat aktif dengan sendirinya, oleh karena itu diperlukan rangkaian

switching rele menggunakan Transistor NPN seperti pada Gambar 3.10.

Gambar 3.10 Rangkaian rele

34

F. Sensor Arus ACS 712

Sensor arus yang digunakan merupakan sensor Modul ACS 712-5A.

Sensor tersebut memiliki kemampuan untuk mengukur arus sampai dengan 5

ampere. Catu daya untuk mensuplai sensor ini menggunakan 5 volt DC. Output

data berupa data analog tegangan. Dalam keadaan awal tanpa beban modul

mengeluarkan tegangan sebesar 2.5 volt. Sehingga perlu rangkaian untuk

mengatur gelincir nol modul tersebut. Kenaikan data juga sangat kecil sehingga

sulit untuk dibaca mikrokontroler. Diperlukan penguat agar data dapat dibaca.

Selain itu, dikarenakan sensor membaca arus AC, maka keluaran dari sensor akan

berupa sinyal AC, sehingga sebelum masuk ke Board Arduino untuk dapat diolah

terlebih dahulu perlu di searahkan.

Untuk mengatur gelincir nol, penguat serta penyearah keluaran modul

dipergunakan rangkaian diferensiator, penguat inverting dan rectifier. OPAMP

yang digunakan adalah LM741 sebanyak 2 buah. Gambar 3.11 merupakan gambar

rangkaian gelincir nol dan rangkaian penguat yang digunakan.

Gambar 3.11 Rangkaian gelincir nol, penguat dan penyearah.

C

D

35

BAB IV

PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN

Tujuan pengujian adalah untuk membuktikan apakah sistem yang

diimplementasikan telah memenuhi spesifikasi yang telah direncanakan

sebelumnya. Hasil pengujian akan dimanfaatkan untuk menyempurnakan kinerja

sistem dan sekaligus digunakan dalam pengembangan lebih lanjut. Berdasarkan

spesifikasi sistem yang telah dijalankan sebelumnya, maka dilakukan pengujian

terhadap sistem menggunakan beberapa metode pengujian. Metode pengujian

dipilih berdasarkan fungsi operasional dan beberapa parameter yang ingin

diketahui dari sistem tersebut.

Dalam penelitian ini dipilih dua macam metode pengujian, yaitu pengujian

fungsional dan pengujian kinerja sistem secara keseluruhan. Pengujian fungsional

digunakan untuk membuktikan apakah sistem yang diimplementasikan dapat

memenuhi persyaratan fungsi operasional yang direncanakan sebelumnya.

Sedangkan pengujian kinerja sistem secara keseluruhan bertujuan untuk

memperoleh beberapa parameter yang dapat menunjukkan kemampuan dan

kehandalan sistem dalam menjalankan fungsi operasionalnya. Dengan

menggunakan dua metode penelitian di atas, diharapkan pada sistem dapat

ditemukan kelebihan dan kekurangan dari alat yang dibuat sehingga memudahkan

jika dilakukan pengembangan nantinya.

A. Pengujian Fungsional

Ada dua macam metode pengujian fungsional yang dilakukan yaitu

pengujian fungsional bagian demi bagian dan pengujian sistem secara

keseluruhan. Pengujian fungsional bagian demi bagian dari sistem keseluruhan

terdiri dari:

1. Pengujian rangkaian catu daya

2. Pengujian Board Arduino

3. Pengujian LCD 16X2

4. Pengujian sensor tegangan

36

5. Pengujian sensor arus

6. Pengujian rangkaian rele

7. Pengujian rangkaian differentiator , penguat inverting dan rectifier

1. Pengujian rangkaian catu daya

Rangkaian pertama yang harus diuji adalah rangkaian catu daya. Hal ini

dikarenakan rangkaian catu daya merupakan aspek yang paling penting dalam

menjalankan seluruh rangkaian sistem ini. Melalui catu daya ini, sistem akan

memperoleh input untuk mengaktifkan komponen-komponen dalam sistem.

Sumber catu daya untuk sistem menggunakan Transformator CT. Dalam

Transformator Center Tap terdapat beberapa pilihan penurunan tegangan yaitu

dari 220 volt menjadi 6 volt, 9 volt, 12 volt, atau 15 volt. Pengujian ini

menggunakan multimeter digital. Hasil pengujian transformator dapat dilihat pada

tabel 4.1.

Tabel 4.1. Hasil pengujian transformator

Titik yang

diukur

Tegangan

Nominal pada

Trafo

Tegangan

Terukur Perbedaan

CT dengan 6V 6 volt 6,349 volt 5.8%

CT dengan 7.5V 7.5 volt 8.164 volt 8.85%

CT dengan 12V 12 volt 13.026 volt 8.55%

Untuk nilai presentase kesalahan dapat diperoleh dari persamaan 4.1

berikut :

(4.1)

Hasil pengujian transformator untuk tegangan nominal dan tegangan

terukur memiliki perbedaan. Hal ini dikarenakan nilai tegangan keluaran

transformator dibuat lebih tinggi dari pada nilai nominalnya. Transformator ideal

mempunyai efisiensi 100%, tetapi pada kenyataannya efisiensi transformator

kurang dari 100% karena sebagian energi terbuang menjadi panas

37

Tegangan yang terukur pada tabel 4.1. adalah tegangan efektif. Namun,

untuk dijadikan tegangan simetris DC yang terukur adalah tegangan maksimal.

Untuk mengetahui nilai tegangan maksimal dapat diketahui dengan menggunakan

persamaan 4.2 berikut :

(4.2)

a. 6 volt

b. 7.5 volt

c. 12 volt

Penggunaan tegangan pada transformator CT dipilih salah satu tegangan yang

sesuai dengan kebutuhan, yaitu 12 volt yang digunakan untuk sebagai suplay

Arduino dan 5 volt digunakan untuk suplay OPAMP. Untuk regulator yang

digunakan adalah LM7812 untuk tegagan 12 volt dan LM7805 untuk tegangan

keluaran +5 volt dan LM7905 untuk tegangan keluaran -5 volt. Pada gambar 4.1.

ditunjukkan titik-titik pengujian catu daya simetris

Gambar 4.1. Titik titik pengujian catu daya

Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan osiloskop dan multimeter

digital, pengujian dilakukan pada titik output IC regulator dengan titik ground.

Hasil pengujian dapat dilihat pada table 4.2.

38

Tabel 4.2. Hasil pengujian catu daya

Titik

pengujian Bagian

Hasil Faktor

Kesalahan Osiloskop Multimeter Digital

A LM7812

0.5%

B LM7805

0.8%

C LM7905

0.37%

Dari hasil pengujian catu daya, pada osiloskop terlihat bahwa hasil yang

diperoleh adalah garis lurus yang berada diatas ground, sehingga semua regulator

mampu menghasilkan tegangan dc ideal.

2. Pengujian Board Arduino

Board Arduino merupakanan bagian yang digunakan sebagai pengontrol

utama bagi sistem. Pengujian Board Arduino ini dilakukan untuk memastikan

bahwa Arduino sudah bekerja dengan baik dan benar. Pengujian mikrokontroler

dilakukan pada bagian titik pin 3.3V, 5V, Vin dan GND terhadap ground. Untuk

hasil pengukuran dapat dilihat pada tabel 4.3 sebagai berikut:

39

Tabel 4.3 Pengujian board Arduino

No. Titik

pengujian Hasil Pengukuran (VDC)

Faktor

Kesalahan

1

Pin 3.3V

terhadap

ground

3.3%

2

Pin 5V

terhadap

ground

0.4%

3

Pin Vin

terhadap

ground

0%

4

Pin GND

terhadap

ground

0%

3. Pengujian LCD 16X2

LCD merupakan komponen penampil utama dalam sistem. Pengujian yang

dilakukan kali ini adalah komponen LCD yang dihubungkan ke Board Arduino.

Hal ini ditunjukan apakah benar LCD tersebut dapat digunakan untuk menampil

atau tidak. Pengujian LCD ini dilakukan dengan menghubugkan LCD dengan

Board Arduino Uno yang kemudian di hubungkan ke komputer dengan

mengunakan kabel USB Serial. Setelah itu masukkan program yang telah dibuat

seperti gambar 3.7 flowchart Program sensor arus dan tegangan. Lalu hubungkan

Arduino Uno dengan LCD, jika LCD yang dihubungkan ke Arduino Uno dapat

menyala, maka rangkaian ini telah sesuai dengan yang diharapkan. Gambar 4.2

menunjukkan hasil dari program yang diberikan.

40

Gambar 4.2 Pengujian LCD 16X2

4. Pengujian sensor tegangan

Sensor tegangan merupakan suatu piranti yang digunakan untuk

pembacaan tegangan AC. Pada tahap ini dilakukan pengujian antara pembacaan

tegangan yang terukur menggunakan voltmeter secara langsung dengan hasil

pembacaan tegangan pada sensor tegangan yang telah dibahas pada bab 3. Untuk

hasil pengukuran dapat dilihat pada tabel 4.4 sebagai berikut :

Tabel 4.4 pengujian sensor tegangan

No Hasil Pembacaan

pada Voltmeter (V)

Hasil Pembacaan pada

Sensor Tegangan (V)

Kesalahan

(%)

1 50.18 36.7 26.86

2 75.4 63.73 15.47

3 100.51 90.501 9.95

4 125.48 117.81 6.11

5 150.36 144.85 3.66

6 175.19 171.67 2.00

7 200.43 199.2 0.61

8 220.2 220.72 0.23

9 245.71 247.21 0.61

10 249.07 250.25 0.47

Berdasarkan tabel 4.4 dapat digambarkan secara grafik seperti pada gambar 4.3

41

Gambar 4.3 Grafik perbandinga pengujian sensor tegangan dengan

pembacaan voltmeter

5. Pengujian Sensor Arus

Pengujian sensor arus bertujuan untuk mengetahui kerja dari sensor arus

dari alat yang telah dibuat. Pengujian sensor aus pada alat dengan cara memberi

beban pada supply tegangan AC sehingga menghasilkan arus tertentu. Pada

pengujian ini dilakukan pembebanan yang berbeda sehingga didapat nilai arus

yang bervariasi. Arus yang diukur mulai dari 0.18 ampere. Tabel 4.5 merupakan

hasil dari pengujian sensor arus.

Tabel 4.5 Pengujian sensor arus

No Pengukuran

menggunakan

Amperemeter (A)

Pengukuran pada sensor

arus (A)

Kesalahan

(%)

1 0 0.11 -

2 0.18 0.19 5.55

3 0.354 0.34 3.95

4 0.698 0.68 2.57

5 0.786 0.78 0.76

6 0.957 0.95 0.73

7 1.213 1.21 0.24

8 1.38 1.38 0

9 1.555 1.55 0.32

10 1.8 1.80 0

11 1.975 1.97 0.25

12 2.39 2.38 0.41

Rata-rata kesalahan 1,23%

0

50

100

150

200

250

300

0 50 100 150 200 250 300

has

il p

emb

acaa

n p

ada

volt

met

er (

V)

hasil pembacaan pada sensor tegangan (V)

42

Menurut hasil pengujian tabel 4.5 sensor arus memiliki nilai presentase

kesalahan sebesar 1.23% dan dapat digambarkan secara grafik seperti pada

gambar 4.4.

Gambar 4.4 Grafik perbandingan pengujian sensor arus dengan

Amperemeter

6. Pengujian Rangkaian Rele

Pengujian rele ini dilakukan dengan menggunakan Arduino, dimana driver

rele dikendalikan oleh pin 12 pada board Arduino. Ketika pin 12 aktif high(1)

maka beban terputus dari sumber tegangan. Sebaliknya jika pin 12 aktif low (0)

maka rele akan menghubungkan sumber listrik dengan beban. Dalam hal ini

beban yang digunakan adalah lampu. Untuk pengujian pertama adalah pin 12 aktif

low (0), maka dari itu beban tetap tersambung pada sumber tegangan seperti yang

terlihat pada gambar 4.5. Kemudian pengujian yang kedua adalah ketika pin 12

aktif high (1), maka yang terjadi adalah beban terlepas dari sumber tegangan

seperti yang terlihat pada gambar 4.6 yaitu lampu sebagai beban tidak menyala

dikarenakan terputus dari sumber tegangan.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Pen

gukura

n m

enggunak

an s

enso

r ar

us

(A)

Pengukuran Menggunakan Amperemeter (A)

43

Gambar 4.5 keadaan saat rele belum aktif

Gambar 4.6 keadaan saat rele sudah aktif

Pada rangkaian rele terdapat transistor yang digunakan sebagai sakalar.

Seperti yang di tunjukkan pada gambar 3.10 Pada bab sebelumnya.

Berikut juga dilampirkan data hasil pengujian dari transistor saat cut off

dan saturasi pada tabel 4.6.

Tabel 4.6 Pengujian transistor

VCE

(V)

VBE

(V)

VCB

(V)

VRB

(V)

IC

(mA)

IB

(mA)

IE

(mA)

Saat Cut

Off 11.253 0.112 10.74 0 15A 0 14A

Saat

Saturasi 0.118 0.68 0.56 0.0362 26.5 0.13 26.5

7. Pengujian rangkaian penguat diferensial, penguat inverting, dan rectifier

Pengujian penguat bertujuan untuk mengetahui kerja penguat yang dipasang

pada sensor arus. Pengujian dilakukan dengan memberi masukkan berupa

tegangan dc yang bervariasi. Keluran diukur dengan voltmeter. Berdasarkan

44

Gambar 3.11, pengujian penguat dilakukan di dua titik yaitu titik C dan D. Titik C

dilakukan pengujian untuk penguat diferensial dan titik D dilakukan pengujian

untuk penguat pembalik.

Pengujian penguat diferensial dilakukan dengan cara mengatur tegangan

referensi sebesar 2,5 volt. Tegangan referensi dibuat sama dengan tegangan

keluaran sensor arus pada kondisi nol. Sesuai dengan persamaan 2.7 pada bab

sebelumnya maka tegangan keluaran dari penguat dapat dihitung. Untuk tegangan

masukan 2V maka Keluaran perhitungan dapat diperoleh yaitu sebesar 0.5V

.Kemudian penguat diferensial diberi input tegangan dc yang bervariasi

mulai dari 2 sampai 7 volt. Berikut tabel 4.7 yang merupakan hasil dari pengujian

yang dilakukan terhadap penguat diferensial.

Tabel 4.7 Pengujian Penguat Diferensial

No Tegangan

Masukan (V)

Keluaran

Perhitungan (V)

Keluaran

Pengukuran (V)

Kesalahan

(%)

1 2 0.5 0.56 12

2 3 -0.5 -0.51 2

3 4 -1.5 -1.47 2

4 5 -2.5 -2.49 0.4

5 6 -3.5 -3.54 1.142857

6 7 -4.5 -4.51 0.222222

Berdasarkan tabel 4.7 pada percobaan pertama tegangan masukan sebesar

2 volt hasil keluaran sebesar 0,56 volt. Berdasarkan perhitungan output yang

dikeluarkan sebesar 0,5 volt. Sehingga dapat diketahui bahwa terjadi kesalahan

sebesar 12 %. Pada percobaan keenam dengan masukan sebesar 7 volt keluaran

sebesar -4,5 volt, hasil tersebut sudah sesuai dengan hasil perhitungan. Keluaran

dari penguat diferensial diharapkan bernilai negatif karena akan dikuatkan

kembali pada penguat membalik.

45

Keluaran dari sensor arus ACS 712 sangatlah kecil, untuk arus terukur

pada beban sebesar 100mA maka output dari sensor ini adalah sebsear 10mV.

Untuk itu dilakukan lah pengujian penguat membalik. Pada pengujian ini penguat

diatur agar menguatkan sebesar 10 kali. Berikut tabel 4.8 merupakan hasil

pengujian penguat membalik.

Tabel 4.8 Pengujian peguat inverting

No Arus terukur

pada Ampere

Meter (A)

Keluaran sensor

arus ACS (V)

Keluaran Penguat

(V)

Kesalahan

(%)

1 0.180 0.0183 0.190 5.55

2 0.354 0.0350 0.360 1.69

3 0.420 0.0418 0.430 2.38

4 0.835 0.0833 0.8.47 1.43

5 1.256 0.1253 1.267 0.87

6 1.676 0.1667 1.681 0.29

A. Pengujian Kinerja Sistem

Setelah perangkat keras sudah teruji kebenarannya dan perangkat lunak

telah di-downloadkan ke Arduino maka dilakukanlah pengujian keseluruhan

sistem. Langkah langkahnya yaitu dengan menghubungkan keseluruhan

rangkaian hardwere dan termasuk mendownloadkan program software yang telah

dibuat. Gambar 4.7 menunjukkan hasil dari perangkaian perangkat keras.

46

Gambar 4.7 Perangkaian perangkat keras

Tujuan utama dari pengujian alat secara keseluruhan adalah untuk

mengetahui apakah alat dapat bekerja sesuai perancagan awal atau tidak. Berikut

ini disajikan tabel hasil pengujian secara keseluruhan seperti yang tertampil pada

tabel 4.9.

Tabel 4.9 Hasil Pengujian Sistem Keseluruhan

Sensor

Tegangan (V)

Sensor arus

(A) Keadaan Rele

Keadaan

beban

100.15 0.31 Off Aktif

137.95 0.66 Off Aktif

136.57 0.98 Off Aktif

231.48 0 Aktif Off

225.58 >2 Aktif Off

Dari tabel 4.9 dapat diambil kesimpulan bahwa rele akan aktif ketika

sensor tegangan mendeteksi adanya tegangan pada sumber lebih dari 230 VAC

selain itu rele akan aktif jika terdeteksi adanya arus yang lebih dari 2 A.

Dengan melihat hasil kinerja sistem pada tabel 4.9 maka dapat

disimpulkan bahwa kinerja sistem sudah sesuai dengan flowchart yang

direncanakan.

47

BAB V

PENUTUP

A. Kesimpulan

Setelah melakukan perancangan, perakitan, pengamatan, dan pengujian

terhadap proyek akhir Peralatan Proteksi Over Voltage dan Over Current Rele

Berbasis Arduino Uno ini, dapat diambil kesimpulan.

1. Alat yang dibuat sudah berjalan sesuai dengan perancangan yang

direncankan.

2. Sistem Peralatan Proteksi Over Voltage dan Over Current Rele Berbasis

Arduino Uno merupakan alat yang mengkombinasikan beberapa piranti

masukan berupa sensor tegangan dan sensor arus ACS 712 serta rangkaian

rele digunakan sebagai pengontrol untuk memutus beban dari sumber

tegangan. Arduino bekerja sebagai otak dari sistem tersebut dan peralatan

yang lainnya telah bekerja sesuai dengan rencana.

3. Dalam perancangan menggunakan sensor arus ACS 712 yang dapat

mengukur arus maksimal 5A pada alat ini diset untuk arus beban maksimal

2A.

4. Untuk dapat memaksimalkan kinerja sensor arus ACS maka dibuatlah

rangkaian penguat diferensial yang digunakan ntuk menghilangkan tegangan

offset sebesar 2.5 VDC keluaran dari ACS 712

5. Selain itu juga dibuat rangkaian penguat inverting dan rangkaian rectifier

yang digunakan untuk menguatkan sinyal keluaran dari sensor arus ACS 712

serta untuk menyearahkan tegangan keluaran dari sensor ACS 712 agar dapat

diolah oleh ADC Arduino.

6. Pembacaan Arus AC terbaca kurang begitu stabil tetapi sudah mendekati

hasil pengukuran yang sebenarnya.

7. Pembacaan pada sensor tegangan kurang begitu akurat pada tegangan di

bawah 200 VAC, namun di atas 200 VAC tegangan yang dibaca sudah

48

mendekati sama dengan pegukuran yang dilakukan secara langsung

menggunakan Voltmeter.

B. Saran

Beberapa saran yang dapat disampaikan sehingga diharapkan dapat

meningkatkan kualitas dan kehandalan kedepan dari Peralatan Proteksi Over

Voltage dan Over Current Rele Berbasis Arduino Uno ini lebih baik lagi adalah

sebagai berikut :

1. Dalam peralatan ini khususnya pada sensor tegangan masih belum mampu

melakukan pembacaan secara akurat dan presisi pada tegangan dibawah

200 VAC sehingga kedepannya diharapkan agar sensor tegangan yang

dibuat mampu meiliki ketepatan pembacaan tegangan baik dari 0 V hingga

250 VAC.

2. Pada pembacaan sensor arus, saat keadaan tanpa beban terdapat

pembacaan sebesar 0.14 A yang seharusnya adalah 0 A. Untuk

kedepannya agar pada pembacaan sensor dilebih akuratkan yaitu ketika

keadaan tanpa beban maka tertampil arus sebesar 0A.

3. Kedepannya diharapkan peralatan ini bisa dikembangkan agar dapat

digunakan untuk mengontrol peralatan-peralatan bertegangan tinggi dan

dengan kapasitas arus yang tinggi

49

DAFTAR PUSTAKA

Alwi, Hasan. Pemred, 2011, Kamus Besar Bahasa Indonesia Edisi Keempat,

Jakarta: Gramedia Pustaka Utama.

Bishop, Owen, 2004, Dasar-Dasar Elektronika, Jakarta : Erlangga

Echolis, John M., Shadily, Hasan., 1994, Kamus Indonesia Inggris Edisi Ketiga,

Jakarta : PT Gramedia Pustaka Utama.

Kadir, Abdul, 2013, Panduan Praktis Mempelajari Aplikasi Mikrokontroler dan

Pemrogramannya menggunakan Arduino, Yogayakarta: AndiKomputindo.

Malvino, Albert Paul, 2004,Prinsip-Prinsip Elektornika Buku Satu, Jakarta:

Selemba Teknika.

Malvino, Albert Paul, 2004, Prinsip-Prinsip Elektornika Buku Dua, Jakarta:

Selemba Teknika.

IP+IP+

IPIP

IP

5GND

2

4

1

3ACS712

7

8+5 V

VIOUTVOUT

6FILTER

VCC

CBYP0.1 F

CF1 nF

Application 1. The ACS712 outputs an analog signal, VOUT . that varies linearly with the uni- or bi-directional AC or DC primary sampled current, IP , within the range specified. CF is recommended for noise management, with values that depend on the application.

ACS712

DescriptionThe Allegro ACS712 provides economical and precise solutions for AC or DC current sensing in industrial, commercial, and communications systems. The device package allows for easy implementation by the customer. Typical applications include motor control, load detection and management, switch-mode power supplies, and overcurrent fault protection. The device is not intended for automotive applications.

The device consists of a precise, low-offset, linear Hall circuit with a copper conduction path located near the surface of the die. Applied current flowing through this copper conduction path generates a magnetic field which the Hall IC converts into a proportional voltage. Device accuracy is optimized through the close proximity of the magnetic signal to the Hall transducer. A precise, proportional voltage is provided by the low-offset, chopper-stabilized BiCMOS Hall IC, which is programmed for accuracy after packaging.

The output of the device has a positive slope (>VIOUT(Q)) when an increasing current flows through the primary copper conduction path (from pins 1 and 2, to pins 3 and 4), which is the path used for current sampling. The internal resistance of this conductive path is 1.2 m typical, providing low power loss. The thickness of the copper conductor allows survival of

ACS712-DS, Rev. 15

Features and Benefits Low-noise analog signal path Device bandwidth is set via the new FILTER pin 5 s output rise time in response to step input current 80 kHz bandwidth Total output error 1.5% at TA = 25C Small footprint, low-profile SOIC8 package 1.2 m internal conductor resistance 2.1 kVRMS minimum isolation voltage from pins 1-4 to pins 5-8 5.0 V, single supply operation 66 to 185 mV/A output sensitivity Output voltage proportional to AC or DC currents Factory-trimmed for accuracy Extremely stable output offset voltage Nearly zero magnetic hysteresis Ratiometric output from supply voltage

Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current Conductor

Continued on the next page

Approximate Scale 1:1

Package: 8 Lead SOIC (suffix LC)

Typical Application

TV AmericaCertificate Number:U8V 06 05 54214 010

Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712

2Allegro MicroSystems, LLC115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com

Absolute Maximum RatingsCharacteristic Symbol Notes Rating Units

Supply Voltage VCC 8 V

Reverse Supply Voltage VRCC 0.1 V

Output Voltage VIOUT 8 V

Reverse Output Voltage VRIOUT 0.1 V

Output Current Source IIOUT(Source) 3 mA

Output Current Sink IIOUT(Sink) 10 mA

Overcurrent Transient Tolerance IP 1 pulse, 100 ms 100 A

Nominal Operating Ambient Temperature TA Range E 40 to 85 C

Maximum Junction Temperature TJ(max) 165 C

Storage Temperature Tstg 65 to 170 C

Selection Guide

Part Number Packing* TA (C)Optimized Range, IP

(A)Sensitivity, Sens

(Typ) (mV/A)ACS712ELCTR-05B-T Tape and reel, 3000 pieces/reel 40 to 85 5 185

ACS712ELCTR-20A-T Tape and reel, 3000 pieces/reel 40 to 85 20 100

ACS712ELCTR-30A-T Tape and reel, 3000 pieces/reel 40 to 85 30 66

*Contact Allegro for additional packing options.

the device at up to 5 overcurrent conditions. The terminals of the conductive path are electrically isolated from the signal leads (pins 5 through 8). This allows the ACS712 to be used in applications requiring electrical isolation without the use of opto-isolators or other costly isolation techniques.

The ACS712 is provided in a small, surface mount SOIC8 package. The leadframe is plated with 100% matte tin, which is compatible with standard lead (Pb) free printed circuit board assembly processes. Internally, the device is Pb-free, except for flip-chip high-temperature Pb-based solder balls, currently exempt from RoHS. The device is fully calibrated prior to shipment from the factory.

Description (continued)

Parameter Specification

Fire and Electric ShockCAN/CSA-C22.2 No. 60950-1-03

UL 60950-1:2003EN 60950-1:2001

Isolation CharacteristicsCharacteristic Symbol Notes Rating Unit

Dielectric Strength Test Voltage* VISO Agency type-tested for 60 seconds per UL standard 60950-1, 1st Edition 2100 VAC

Working Voltage for Basic Isolation VWFSIFor basic (single) isolation per UL standard 60950-1, 1st Edition 354 VDC or Vpk

Working Voltage for Reinforced Isolation VWFRIFor reinforced (double) isolation per UL standard 60950-1, 1st Edition 184 VDC or Vpk

* Allegro does not conduct 60-second testing. It is done only during the UL certification process.



VCC(Pin 8)

(Pin 7)VIOUT

RF(INT)

GND(Pin 5)

FILTER(Pin 6)

Dyn

amic

Offs

et

Can

cella

tion

IP+(Pin 1)

IP+(Pin 2)

IP(Pin 3)

IP(Pin 4)

SenseTrim

SignalRecovery

Sense TemperatureCoefficient Trim

0 AmpereOffset Adjust

Hall CurrentDrive

+5 V

IP+

IP+

IP

IP

VCC

VIOUT

FILTER

GND

1

2

3

4

8

7

6

5

Terminal List TableNumber Name Description

1 and 2 IP+ Terminals for current being sampled; fused internally

3 and 4 IP Terminals for current being sampled; fused internally

5 GND Signal ground terminal

6 FILTER Terminal for external capacitor that sets bandwidth

7 VIOUT Analog output signal

8 VCC Device power supply terminal

Functional Block Diagram

Pin-out Diagram



COMMON OPERATING CHARACTERISTICS1 over full range of TA , CF = 1 nF, and VCC = 5 V, unless otherwise specifiedCharacteristic Symbol Test Conditions Min. Typ. Max. Units

ELECTRICAL CHARACTERISTICSSupply Voltage VCC 4.5 5.0 5.5 VSupply Current ICC VCC = 5.0 V, output open 10 13 mAOutput Capacitance Load CLOAD VIOUT to GND 10 nFOutput Resistive Load RLOAD VIOUT to GND 4.7 kPrimary Conductor Resistance RPRIMARY TA = 25C 1.2 mRise Time tr IP = IP(max), TA = 25C, COUT = open 3.5 sFrequency Bandwidth f 3 dB, TA = 25C; IP is 10 A peak-to-peak 80 kHzNonlinearity ELIN Over full range of IP 1.5 %Symmetry ESYM Over full range of IP 98 100 102 %

Zero Current Output Voltage VIOUT(Q) Bidirectional; IP = 0 A, TA = 25C VCC

0.5 V

Power-On Time tPOOutput reaches 90% of steady-state level, TJ = 25C, 20 A present on leadframe 35 s

Magnetic Coupling2 12 G/AInternal Filter Resistance3 RF(INT) 1.7 k1Device may be operated at higher primary current levels, IP, and ambient, TA , and internal leadframe temperatures, TA , provided that the Maximum Junction Temperature, TJ(max), is not exceeded.21G = 0.1 mT. 3RF(INT) forms an RC circuit via the FILTER pin.

COMMON THERMAL CHARACTERISTICS1Min. Typ. Max. Units

Operating Internal Leadframe Temperature TA E range 40 85 CValue Units

Junction-to-Lead Thermal Resistance2 RJL Mounted on the Allegro ASEK 712 evaluation board 5 C/W

Junction-to-Ambient Thermal Resistance RJAMounted on the Allegro 85-0322 evaluation board, includes the power con-sumed by the board 23 C/W

1Additional thermal information is available on the Allegro website.2The Allegro evaluation board has 1500 mm2 of 2 oz. copper on each side, connected to pins 1 and 2, and to pins 3 and 4, with thermal vias connect-ing the layers. Performance values include the power consumed by the PCB. Further details on the board are available from the Frequently Asked Questions document on our website. Further information about board design and thermal performance also can be found in the Applications Informa-tion section of this datasheet.



x05B PERFORMANCE CHARACTERISTICS1 TA = 40C to 85C, CF = 1 nF, and VCC = 5 V, unless otherwise specifiedCharacteristic Symbol Test Conditions Min. Typ. Max. Units

Optimized Accuracy Range IP 5 5 ASensitivity Sens Over full range of IP, TA = 25C 180 185 190 mV/A

Noise VNOISE(PP)Peak-to-peak, TA = 25C, 185 mV/A programmed Sensitivity, CF = 47 nF, COUT = open, 2 kHz bandwidth

21 mV

Zero Current Output Slope VOUT(Q)TA = 40C to 25C 0.26 mV/CTA = 25C to 15

hanif hendra z(15251)

Documents