solar cell charging 2 baterai lampu jalan … · termasuk sistem kelistrikan sepeda motor, mobil,...

15
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

Upload: vuongtuong

Post on 08-Mar-2019

241 views

Category:

Documents


4 download

TRANSCRIPT

Page 1: SOLAR CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU JALAN … · Termasuk sistem kelistrikan sepeda motor, mobil, mengemudi stater dinamo, lampu jalan, dll Penyimpanan baterai memiliki nilai tegangan

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

Page 2: SOLAR CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU JALAN … · Termasuk sistem kelistrikan sepeda motor, mobil, mengemudi stater dinamo, lampu jalan, dll Penyimpanan baterai memiliki nilai tegangan

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

Page 3: SOLAR CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU JALAN … · Termasuk sistem kelistrikan sepeda motor, mobil, mengemudi stater dinamo, lampu jalan, dll Penyimpanan baterai memiliki nilai tegangan

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

Page 4: SOLAR CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU JALAN … · Termasuk sistem kelistrikan sepeda motor, mobil, mengemudi stater dinamo, lampu jalan, dll Penyimpanan baterai memiliki nilai tegangan

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

Page 5: SOLAR CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU JALAN … · Termasuk sistem kelistrikan sepeda motor, mobil, mengemudi stater dinamo, lampu jalan, dll Penyimpanan baterai memiliki nilai tegangan

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.

Page 6: SOLAR CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU JALAN … · Termasuk sistem kelistrikan sepeda motor, mobil, mengemudi stater dinamo, lampu jalan, dll Penyimpanan baterai memiliki nilai tegangan

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.

Page 7: SOLAR CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU JALAN … · Termasuk sistem kelistrikan sepeda motor, mobil, mengemudi stater dinamo, lampu jalan, dll Penyimpanan baterai memiliki nilai tegangan

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.

Page 8: SOLAR CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU JALAN … · Termasuk sistem kelistrikan sepeda motor, mobil, mengemudi stater dinamo, lampu jalan, dll Penyimpanan baterai memiliki nilai tegangan

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

Page 9: SOLAR CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU JALAN … · Termasuk sistem kelistrikan sepeda motor, mobil, mengemudi stater dinamo, lampu jalan, dll Penyimpanan baterai memiliki nilai tegangan

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

Page 10: SOLAR CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU JALAN … · Termasuk sistem kelistrikan sepeda motor, mobil, mengemudi stater dinamo, lampu jalan, dll Penyimpanan baterai memiliki nilai tegangan

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

Page 11: SOLAR CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU JALAN … · Termasuk sistem kelistrikan sepeda motor, mobil, mengemudi stater dinamo, lampu jalan, dll Penyimpanan baterai memiliki nilai tegangan

xi

4.2.2 Sistem Kerja Lampu ...................................................... 44

BAB V . PENUTUP

5.1 Kesimpulan ................................................................................ 45

5.2 Saran .......................................................................................... 45

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

Page 12: SOLAR CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU JALAN … · Termasuk sistem kelistrikan sepeda motor, mobil, mengemudi stater dinamo, lampu jalan, dll Penyimpanan baterai memiliki nilai tegangan

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

Page 13: SOLAR CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU JALAN … · Termasuk sistem kelistrikan sepeda motor, mobil, mengemudi stater dinamo, lampu jalan, dll Penyimpanan baterai memiliki nilai tegangan

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

Page 14: SOLAR CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU JALAN … · Termasuk sistem kelistrikan sepeda motor, mobil, mengemudi stater dinamo, lampu jalan, dll Penyimpanan baterai memiliki nilai tegangan

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

Page 15: SOLAR CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU JALAN … · Termasuk sistem kelistrikan sepeda motor, mobil, mengemudi stater dinamo, lampu jalan, dll Penyimpanan baterai memiliki nilai tegangan

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.