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
PERALATAN PROTEKSI OVER VOLTAGE DAN OVER
CURRENT RELE BERBASIS ARDUINO
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Ahli Madya (AMd)
DISUSUN OLEH:
Hanif Hendra Zulfikar
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
Hanif Hendra Zulfikar
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
PERALATAN PROTEKSI OVER VOLTAGE DAN OVER
CURRENT RELE BERBASIS 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
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.setCursor(15,1);
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.setCursor(10,1);
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.
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712
3Allegro MicroSystems, LLC115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com
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
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712
4Allegro MicroSystems, LLC115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com
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.
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712
5Allegro MicroSystems, LLC115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com
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