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