solar cell charging 2 baterai lampu jalan … · termasuk sistem kelistrikan sepeda motor, mobil,...
TRANSCRIPT
i
SOLAR CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU
JALAN BERBASIS FIELD PROGRAMMABLE GATE
ARRAY (FPGA)
SKRIPSI
Oleh :
Iswahyudi
201310130312167
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2015
ii
LEMBAR PERSETUJUAN
SOLAR CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU
JALAN BERBASIS FIELD PROGRAMMABLE GATE
ARRAY (FPGA)
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1)
Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh:
Iswahyudi
201310130312167
Diperiksa dan disetujui oleh:
Pembimbing I Pembimbing II
Ir. Diding Suhardi, MT
NIDN: 706066501
Machmud Effendi, ST, M.Eng
NIDN: 715067402
iii
LEMBAR PENGESAHAN
Solar Cell Charging 2 Baterai Lampu Jalan Berbasis
Field Programmable Gate Array (FPGA)
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1)
Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh:
Iswahyudi
201310130312167
Tanggal Ujian : 10 Agustus 2015
Periode Wisuda : Oktober
Disusun Oleh:
1. Ir. Diding Suhardi, MT
NIDN. 706066501
Pembimbing I.
2. Machmud Effendi, ST, M.Eng
NIDN. 715067402
Pembimbing II.
3. Dr. Zulfatman, ST, M.Eng
NIDN. 709117804
Penguji I.
4. Khusnul Hidayat, ST
NIDN.
Penguji II.
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Elektro
Ir. Nur Alif Mardiyah, MT
NIDN. 0718036502
iv
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan dibawah ini :
NAMA : ISWAHYUDI
Tempat/Tgl Lahir : Tamban, 15 Juni 1991
NIM : 201310130312167
FAK./JUR. : TEKNIK/ELEKTRO
Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir saya dengan judul “SOLAR
CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU JALAN BERBASIS
FIELD PROGRAMMABLE GATE ARRAY (FPGA)” beserta
seluruh isinya adalah karya saya sendiri dan bukan merupakan karya tulis orang
lain, baik sebagian maupun seluruhnya, kecuali dalam bentuk kutipan yang telah
disebutkan sumbernya.
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya. Apabila
kemudian ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam karya
saya ini, atau ada klaim dari pihak lain terhadap keaslian karya saya ini maka
saya siap menanggung segala bentuk resiko/sanksi yang berlaku
Malang, 13 Agustus 2015
Yang Membuat Pernyataan
(Iswahyudi)
Mengetahui,
Dosen Pembimbing I
Ir. Diding Suhardi, MT
NIDN. 706066501
Dosen Pembimbing II
Machmud Effendi, ST, M.Eng
NIDN. 715067402
v
ABSTRAK
Dewasa ini baterai penyimpanan merupakan salah satu media
penyimpanan energi listrik yang banyak manfaat dalam kehidupan sehari-hari.
Termasuk sistem kelistrikan sepeda motor, mobil, mengemudi stater dinamo,
lampu jalan, dll Penyimpanan baterai memiliki nilai tegangan v-min (tegangan
minimum) dan v-max (tegangan maksimum) yang harus diperhatikan saat proses
pemakaian baterai. Kadang-kadang kita menggunakan baterai penyimpanan
hingga melampaui minimum v-menit atau melebihi tegangan v-max saat
pengisian. Kondisi ini jika dibiarkan terus akan berdampak pada ketahanan dan
daya tahan baterai penyimpanan. Sistem ini dapat membatasi penggunaan baterai
penyimpanan jika tegangan baterai baterai telah mencapai v-min selama
penggunaan dan pengisian pemutus tegangan ketika baterai penyimpanan telah
mencapai v-max. Dengan sistem kontrol ini diharapkan penggunaan baterai
penyimpanan dapat diatur secara otomatis oleh FPGA (FPGA) yang akan
meningkatkan masa pakai baterai dari baterai. FPGA sini akan bertindak sebagai
pusat penghubung dan saklar kontrol breaker pada sel surya, atau pada lampu
jalan
Kata kunci : FPGA, discharging, charging, baterai,saklar, v-min, v-max.
vi
ABSTRACT
Nowday, storage battery is one of the electrical energy storage media
which has a lot of benefits in daily use. Including the electrical system of the
motorcycle, car, driving dynamo stater, street lights, etc. Storage battery has a
voltage value v-min (minimum voltage) and v-max (maximum voltage) that
should be noticed when the process of discharging the battery. Sometimes we use
a storage battery up beyond the minimum v-min or exceed the v-max voltage
while charging. This condition may cause the resilience and durability of the
storage battery. Moreover,this is may limit the use of the storage battery if the
battery voltage of the battery has reached a v-min during use and charging
voltage breakers when the storage battery has reached the v-max. With this
control system it is expected that the use of storage battery can be set
automatically by field programmable gate array (FPGA) which will increase the
lifetime of the battery. FPGA here will act as a liaison center and breaker control
switch on the solar cell, or on the street lamps.
Keyword: FPGA, discharging, charging, battery, saklar, v-min, v-max.
vii
LEMBAR PERSEMBAHAN
Puji syukur kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga
penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyampaikan ucapan
terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Diding Suhardi, MT dan Bapak Machmud Effendi, ST, M.Eng
selaku pembimbing tugas akhir.
2. Bapak Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang.
3. Ibu Ir. Nur Alif Mardiyah, MT Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas
Muhammadiyah Malang.
4. Seluruh dosen Elektro Universitas Muhammadiyah Malang yang mengajari
ilmu dan pengalaman di dunia elektro masa kini.
5. Kedua orang tua yang sabar membimbing saya untuk belajar ilmu elektro di
Malang.
6. Teman-teman satu angkatan 2013 alihjenjang POLIBAN.
7. Sahabat teknik elektro angkatan 2010, Rekan P2KK, dan KKN.
viii
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT. Atas limpahan
rahmat dan hidayah-NYA sehingga peneliti dapat menyelesaikan tugas akhir
yang berjudul :
” SOLAR CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU JALAN
BERBASIS FIELD PROGRAMMABLE GATE ARRAY
(FPGA)”
Di dalam tulisan ini disajikan pokok-pokok bahasan yang meliputi pembacaan
besaran tegangan dan arus pada baterai serta kendali relay, dan penggunaan
FPGA sebagai kontroler utama. Peneliti menyadari sepenuhnya bahwa dalam
penulisan tugas akhir ini masih banyak kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena
itu peneliti mengharapkan saran yang membangun agar tulisan ini bermanfaat
bagi berkembangan ilmu pengetahuan kedepan.
Malang, 13 Agustus 2015
Penulis
ix
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR JUDUL .........................................................................................i
LEMBAR PERSETUJUAN ......................................................................... ii
LEMBAR PENGESAHAN ......................................................................... iii
SURAT PERNYATAAN ............................................................................. iv
ABSTRAK ................................................................................................. v
LEMBAR PERSEMBAHAN ......................................................................vii
KATA PENGANTAR ............................................................................... viii
DAFTAR ISI ................................................................................................ ix
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................xii
DAFTAR TABEL ...................................................................................... xiv
BAB I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ............................................................................ 1
1.2 Rumusan Masalah ....................................................................... 1
1.3 Tujuan ......................................................................................... 2
1.4 Batasan Masalah ......................................................................... 2
1.5 Metodologi Penelitian .................................................................. 2
BAB II. DASAR TEORI
2.1 Tegangan .................................................................................... 4
2.2 FPGA ........................................................................................... 5
2.3 IC FPGA Spartan 3E Family ........................................................ 6
2.3.1 Fitur Board Starter Kit Spartan 3E .................................. 7
2.3.2 Mikrokontroller Microblaze ............................................ 8
2.3.2.1 Fitur Microblaze ....................................................... 8
2.4 Xilinx ISE Webpack 14.5 ........................................................... 10
x
2.5 Panel Surya ................................................................................ 11
2.6 Komparator ................................................................................ 14
2.7 Relay ......................................................................................... 15
2.8 Baterai ....................................................................................... 18
2.9 Diode ......................................................................................... 20
2.10 DT Sense Light Sensor ............................................................. 23
BAB III. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT
3.1 Perancangan Hardware .............................................................. 25
3.1.1 DT Sense Light Sensor ................................................... 25
3.1.2 DT Relay Modul ............................................................. 26
3.1.3 2 Buah Baterai Aki Panasonic ........................................ 27
3.1.4 Lampu DC ..................................................................... 29
3.1.5 Solar Cell HGD 50W ..................................................... 30
3.1.6 Komparator .................................................................... 30
3.2 Perancangan Software ................................................................ 32
3.2.1 Perancangan Arsitektur .................................................. 34
3.2.2 Perancangan Aplikasi ..................................................... 35
BAB IV. PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Hardware ................................................................................... 38
4.1.1 DT Relay Modul ............................................................ 38
4.1.2 DT Sense Light Sensor ................................................... 39
4.1.3 Solar Cell HGD 50WP ................................................... 40
4.1.4 Modul Spartan 3E .......................................................... 41
4.1.5 Komparator .................................................................... 42
4.2 Pengujian Sistem ......................................................................... 43
4.2.1 Sistem Charging ............................................................. 43
xi
4.2.2 Sistem Kerja Lampu ...................................................... 44
BAB V . PENUTUP
5.1 Kesimpulan ................................................................................ 45
5.2 Saran .......................................................................................... 45
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Diagram blok FPGA Spartan 3E(Xilinx,2006) ............................ 6
Gambar 2.2 Board Starter Kit Spartan 3E(Xilinx,2006) .................................. 8
Gambar 2.3 Diagram blok sistem embedded Mikroblaze prosesor
(Xlinx,2006) ................................................................................ 9
Gambar 2.4 Logo Software ISE Xilinx 14.4 (Xilink, 2012) ........................... 10
Gambar 2.5 Panel Surya (Solar World, 2010) ............................................... 12
Gambar 2.6 Rangkaian Komparator Sederhana(setiawan,2013) .................... 14
Gambar 2.7 Rangkaian Komperator Histerisis (siwindarto,2010) .................. 16
Gambar 2.9 Contoh Saklar Relay Mekanik ................................................... 16
Gambar 2.10 Relay posisi Normaly Close (NC) ............................................ 17
Gambar 2.11 Baterai Acu Panasonic 12v 7.2AH(panasonic baterai,2010) ..... 19
Gambar 2.12 simbol dan bentuk fisik diode ................................................... 20
Gambar 2.13 Simbol dari berbagai jenis diode ............................................... 22
Gambar 2.14 Modul DT Sense Light Sensor .................................................. 23
Gambar 3.1 Diagram blok perancangan alat keseluruhan ............................. 24
Gambar 3.2 Modul DT Sense Light Sensor.................................................. 25
Gambar 3.3 Rangkaian DT Sense Light Sensor ............................................ 26
Gambar 3.4 DT Relay Modul ...................................................................... 26
Gambar 3.5 Rangkaian DT Relay Modul ...................................................... 27
Gambar 3.6 Baterai Acu Panasonic .............................................................. 28
Gambar 3.7 Lampu DC 12V 9W HAYASI .................................................. 29
xiii
Gambar 3.8 Solar Cell 50WP HGD .............................................................. 30
Gambar 3.9 Port Spartan 3E yang digunakan (Xilinx,2006) .......................... 31
Gambar 3.10 blok digram I/O pada modul spartan 3E .................................. 31
Gambar 3.11 rangkaian komparator pembacaan tegangan pada baterai 1 ...... 32
Gambar 3.12 Flow Chart Baterai 1 ............................................................... 33
Gambar 3.13 Flow Chart Baterai 2 ............................................................. 33
Gambar 3.14 Flow Chart DT Sense Light Sensor ......................................... 34
Gambar 3.15 Menentukan source untuk VHDL ............................................ 34
Gambar 3.16 Source UCF file alamat port modul spartan 3E ........................ 35
Gambar 3.17 progam VHDL awal ............................................................... 35
Gambar 3.18 Pengisian Progam VHDL ........................................................ 36
Gambar 3.19Hasil Coding VHDL ................................................................ 37
Gambar 3.20 Penulisan UCF pada modul I/O spartan 3E .............................. 37
Gambar 4.1 pengujian DT relay modul ......................................................... 39
Gambar 4.2 pengujian DT sense light sensor ................................................ 39
Gambar 4.3 pengujian solar cell HGD 50WP................................................ 40
Gambar 4.4 pengujian modul spartan 3E ...................................................... 41
Gambar 4.5 coding VHDL ........................................................................... 41
Gambar 4.6 pengujian komparator ................................................................ 42
Gambar 4.7 blok diagram pengujian sistem .................................................. 43
Gambar 4.8 blok diagram sistem charging .................................................... 43
Gambar 4.9 blok diagram sistem kerja lampu ............................................... 44
xiv
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1 Hasil pengukuran DT relay modul ................................................ 39
Tabel 4.2 hasil pengukuran DT sense light sensor......................................... 40
Tabel 4.3 hasil pengukuran solar sell HGD 50WP ........................................ 40
Tabel 4.4 hasil pengujian modul spartan 3E .................................................. 41
Tabel 4.5 hasil pengujian komparator ........................................................... 42
Tabel 4.6 hasil pengujian sistem charging..................................................... 43
Tabel 4.7 hasil pengujian sistem kerja lampu ................................................ 44
xv
DAFTAR PUSTAKA
1. Maxfield, C. 2004, The Design Warrior’s Guide to FPGAs. USA :
Mentor Graphics Corporation and Xilinx, Inc.
2. Microsystems, Allegro , 2012, “Datasheet ACS712”, Worcester.
3. Pedroni, Volnei A (2004), Circuit Design with VHDL, MIT Press
Cambridge, assachusetts, London, England.
4. Spartan-IIE LC Development Board User’s Guide version 1.2.
(MEMEC Design, 2004).
5. Sidik, B., Ir., 2000. ”Dasar Pemrograman Web”, CV Informatika :
Bandung.
6. Xilinx,2006,”Spartan-3E Starter Kit Board User Guide”,San Francisco.
7. https://id.wikipedia.org/wiki/Tegangan_listrik, diakses 10 juli 2015.
8. https://id.wikipedia.org/wiki/Panel_surya, diakses 10 juli 2015.
9. http://www.indoenergi.com/2012/04/pengertian-panel-surya.html, diakses
20 juli 2015diakses 25 juli 2015.
10. http://solardaya.com/blog/5_jenis-jenis-solar-cell.html,diakses 26 juli
2015.
11. https://id.wikipedia.org/wiki/Diode, diakses 30 juli 2015.
12. http://innovativeelectronics.com/index.php?pg=ie_pdet&idp=159, diakses
27 juli 2015.
13. https://id.wikipedia.org/wiki/Arus_listrik, di akses 10 juli 2015.