BAB II TINJAUAN PUSTAKAeprints.umm.ac.id/55983/3/BAB II.pdf · 2019. 11. 18. · 5 BAB II TINJAUAN...
Transcript of BAB II TINJAUAN PUSTAKAeprints.umm.ac.id/55983/3/BAB II.pdf · 2019. 11. 18. · 5 BAB II TINJAUAN...
5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sitem Kendali
Sistem kendali merupakan sekumpulan perangkat elektronik yang
terhubung sehingga terbentuk sistem secara keseluruhan. Sedangkan kata kontrol
dan juga kendali diartikan sebagai mengatur,mengarahkan, atau perintah. Dari
kedua kata sistem dan kontrol/kendali, sistem kendali adalah suatu komponen
yang dirakit sesuai kebutuhan yang dapat mengatur atau memerintah diri sendiri
dan perangkat lain. (joseph:2011)
Di dunia engineering dan science sistem kendali diartikan untuk sistem
kendali dinamis. Sistem kendali terdiri dari beberapa sub-sistem dan proses yang
disusun untuk mendapatkan keluaran dan kinerja yang diinginkan dari input yang
diberikan.
2.1.1 Macam-macam sistem kendali
a. Sistem Kontrol Lup Terbuka (Open Loop)
Gambar 2.1 Sistem Kontrol Lup Terbuka
(Sumber: Edi Laksono : 1995 : 6)
Pada Gambar 2.1 merupakan sistem OpenLoop Control atau kontrol lup
terbuka merupakan suatu sistem pengeluarannya tidak mempunyai pengaruh
6
terhadap aksi pengontrolan. Jadi pada sistem kontrol lup ini, keluaran tidak diukur
untuk dibandingkan dengan masukan. (Edi Leksono : 1995 : 6)
Ciri-ciri dari sistem kontrol lup terbuka adalah sederhana, harganya dapat
dipercaya, kurang akurat karena tidak dapat koreksi terhadap kesalahan, dan
berbasis waktu. Kelebihan dari sistem kontrol lup terbuka yaitu kontruksinya
sederhana, lebih murah, dan cocok untuk keluaran yang tidak diukur/sulit diukur.
Sedanggkan kekurangannya adalah tidak dapat mengukur keakurasian keluaran
dan memerlukan kalibrasi sesering mungkin untuk menjaga kualitas keluaran.
b. Sistem Kontrol Lup Tertutup
Gambar 2.2 Sistem Kontrol Lup Tertutup
(Sumber: Edi Laksono : 1995 : 4)
Pada gambar 2.2 merupakan Sistem kontrol lup tertutup yaitu sistem
kontrol yang singnal output mempunyai pengaruh langsung pada aksi
pengontrolan.(Edi Leksono: 1995: 4)
• Ciri-ciri sistem kontrol lup tertutup :
a. Inputan (Masukan), merupakan rangsangan yang diberikan untuk sistem
kontrol.
b. Outputan (keluaran), merupakan tanggapan pada sistem kontrol.
c. Beban, yaitu sistem fisis yang dikontrol.
d. Alat kontrol, yaitu rangkaian yang mengontrol beban.
• Keunggulan dari sistem kontrol lup tertutup :
a. Memiliki ketelitian yang tepat
7
b. Dapat mengetahui perubahan pada plant
• Kekurangan sistem kontrol lup tertutup
a. Perawatan lebih susah.
b. Cenderung kearah osilasi.
2.1.2 Sitem Kendali Hybrid/ Charger Controller
Pada dasarnya sistem kendali hybrid yaitu suatu alat yang digunakan untuk
pengisian ulang baterai. Dengan kemajuan teknologi maka ditambahkan
pengatur/controller untuk charger tersebut. Fungsi dari sistem kendali hybrid
adalah untuk mengontrol energi yang masuk ke dalam baterai mencegah dari
overcharging apabila baterai telah penuh, overvoltage dan sesuatu yang dapat
mengurangi umur baterai.(Wati Resita, 2017)
2.2 PWM (Pulsa Width Modulation)
PWM (Pulsa width Modulation) merupakanxteknikxmodulasixyang dapat
mengatur lebar pulsa keluaran. Untuk mikrokontroler pulsa yang dihasilkan
melalui clock internal kemudian dimodulasikan lewat gelombang yang dihasilkan
dari pembangkit.(Sutrisno, 1983) Pada charger controller ini, pulsa dihasilkan
dan diatur dengan menggunakan PWM lewat mikrokontroler agar bisa
menyesuaikan kondisi baterai yang sedang diisi ulang, seperti gambar berikut ini :
Gambar 2.3 Signal PWM
(Sumber: http://embeddedsystemengineering.blogspot.com/2015/08/stm32f4-discovery-
tutorial-10-pwm.html)
8
Pada Gambar 2.3 menjelaskan saat kondisi muatan baterai penuh,
tegangan yang dialirkan ke baterai sangat kecil.
Gambar 2.4 Signal PWM
(Sumber: http://embeddedsystemengineering.blogspot.com/2015/08/stm32f4-discovery-
tutorial-10-pwm.html)
Pada Gambar 2.4 menjelaskan saat kondisi arus baterai akan habis,
tegangan yang dialirkan ke baterai sangat besar.
2.3 Mikrokontroler
Mikrokontroler merupakan alat elektronika digital yang berupa inputan
dan outputan kendali program dapat ditulis dan dihapus. Prinsip kerja
mikrokontroler adalah membaca dan menulis data. MikrokontrolerXbiasanya
digunakan pada alat kendali elektronika otomatisXseperti sistem kontrol mesin,
remote kontrol dan peralatan rumah tangga. Dengan kehadiran mikrokontroler
membuat kontrol elektrikXuntuk berbagai proses menjadi lebih praktis.(Wardhana
Lingga, 2006)Dengan menggunakan mikrokontroler ini maka :
a. Sistem elektronikXakan lebih ringkas.XXXXXX
b. Rancangan sistemXelektronik bisa dilakukan lebihXcepat karena sebagaian
besar sistem yaitu perangkat lunak yang selalu diperbarui.
c. Gangguan yang terjadi sangat mudah ditelusuri karena sistemnya compact.
9
Agar mikrokontroler dapat berfungsi, oleh karena itu mikrokontroler
memerlukan perangkat keras dan perangkat lunak yaitu sistem minimum
mikrokontroler, Sistem minimum adalah sistem mikrokontroler yang dapat
digunakan menjalanjakan aplikasi. IC mikrokontroler tidak akan bisa jika hanya
berdiri sendiri, pada umumnya sebuah sistem minimum mikrokontroler
mempunyai prinsip dasar yang terdiri dari 4 bagaian, yaitu :
• Prosesor
• Rangkaian reset supaya mikrokontroler bisa menjalankan program dari
awal
• Rangakaian clock yang digunakan untuk memeberi detak pada CPU
• Rangkaian catu daya yang dapat memberi sumber daya.
2.4 Arduino
Arduino merupakan rangkaian elektronika yang dilengkapi dengan
mikrokontroler biasa disebut dengan ATmega. Board arduino dilengkapi
mikrokontroler dalamnya dapat diisi program menggunakan software. Software
yang digunakan pada arduino adalah arduino IDE. Mikrokontroler ATmega pada
setiap papan arduino memiliki jenis yang berbeda tergantung dari tipe
arduino.(Yuowono M, 2015)
2.4.1 Jenis-jenis arduino
a) Arduino USB
Menggunakan USB untuk pemrograman. Contoh: Arduino Uno,
Arduino duemilanove, Arduino Diecimia, Arduino NG Rev.C, Arduino
USB dan Arduino USB v2.0 . Seperti Gambar 2.5 berikut :
10
Gambar 2.5 Arduino USB (Arduino Uno)
(sumber: Yuowono M, 2015)
b) Arduino Serial
Menggunakan RS232 untuk pemrograman. Contohnya adalah Arduino
Serial dan Arduino Serial v2.0. seperti Gambar 2.6 berikut:
Gambar 2.6 Arduino Serial
(sumber: Yuowono M, 2015 )
c) Arduino Mega
Arduino yang spesifikasinya lebih tinggi, dengan tambahan pin digital,
pin analog, port serial dan sebagainya. Contohnya Arduino Mega dan Arduino
Mega 2560. Seperti gambar 2.7 berikut:
Gambar 2.7 Arduino Mega
(Sumber: Yuowono M, 2015)
11
d) Arduino FIO
Arduino FIO digunakan untuk nirkabel. Seperti gambar 2.8 berikut:
Gambar 2.8 Arduino Fio
(Sumber: Yuowono M, 2015)
e) Arduino Lilypad
Arduino yang mempunyai bentuk bulat. Contoh: Lilypad Arduino 00,
Lilypad Arduino 01, Lilypad Arduino 02, Lilypad Arduino 03 dan Lilypad
Arduino 04. Seperti gambar 2.9 berikut:
Gambar 2.9 Arduino Lilypad
(Sumber: Yuowono M, 2015)
f) Arduino BT (bluetooth)
Arduino BT menggunakan bluetooth untuk komunikasi nirkabel.
Seperti gambar 2.10 berikut:
Gambar 2.10 Arduino BT (bluetooth).
(Sumber: Yuowono M, 2015)
12
g) Arduino Mini dan Arduino Nano
Arduino mempunyai bentuk papan yang kompak dan digunakan dengan
breadboard. Contoh: Arduino Nano 3.0, Arduino Nano , Arduino Mini 03,
Arduino Mini 04, Arduino stamp 02. Seperti gambar 2.11 berikut:
Gambar 2.11 Arduino Mini/Nano
(Sumber: Yuowono M, 2015)
2.5 Arduino Uno
2.5.1 Definisi Arduino Uno
Arduino Uno merupakan suatu papan elektronik yang mempunyai
mikrokontroler ATmega 328. Piranti ini dapat digunakan untuk membuat sebuah
rangkaian elektronik dari yang sederhana dan kompleks. Pengendalian LED
hingga pengontrolan robot dapat diterapkan dengan menggunakan arduino uno.
Bahkan, ditambahkan dengan komponen lain, piranti ini dapat digunakan
pemantauan jarak jauh melalui internet misalnya pemantauan kondisi pasien di RS
dan pengontrolan alat rumah tangga.(Kadir Abdul, 2013) Bentuk papan arduino
Uno seperti gambar 2.12 Berikut:
13
Gambar 2.12 Arduino Uno
(Sumber: Kadir Abdul, 2013)
Spesifikasi Arduino Uno :
• Mikrokontroler : ATmega 328
• Tegangan operasi : 5xV
• Tegangan input : 7 – 12 V
• Digital I/O : 14 Pin
• PWM : 16 Channel
• Analog Input : 6 Channel
• Memory : 32 KB
• Frekuensi Clock : 16 MHz
Bagaian-bagaian Arduino Uno seperti pada gambar 2.9 Diatas,
Koneksi USB
ke Komputer
Jack Power
Supply
Pin Input/Output
ATmega
328
Analog Input
14
a. Power Supply
Ada beberapa pilihan sumber tegangan yang dapat digunakan, dari
port USB maupun dari power supply eksternal. Cukup dengan
menghubungkan port USB ke komputer dengan Arduino maka secara
langsung power supply bersumber dari port USB.
Untuk tegangan eksternal (non-USB) kita cukup menghubungkan
dengan sumber tegangan dc. Tegangan yang direkomendasikan adalah 7 –
12 volt. (Yuowono M, 2015)
b. Input – Output
Sistem penamaan pin pada Arduino merupakan dengan urutan nomor
pin, dimulai dari angka nol (0) dan seterusnya. Untuk pin digital I/O
(Input/Output) dengan nama pin 1 - 13, sedangkan untuk pin analog input
menggunakan nama A0 - A5. (Yuowono M, 2015)
Pada Arduino Uno mempunyai 14 pin digital input – output. Yang
berfungsi sebagai pin input / output, namun ada beberapa pin yang
mempunyai fungsi alternatif seperti tabel 2.1 berikut :
Tabel 2.1 Input/Output Arduino
(Sumber: Yuowono M, 2015)
15
c. Analog Input
Arduino memiliki 6 pin analog input, dapat membaca sinyal yang masuk analog
seperti sensor analog, seperti tabel 2.2 dibawah ini:
Tabel 2.2 Analog Input Arduino
(Sumber: Yuowono M, 2015)
2.5.2 Software Arduino
Software arduino yang digunakan yaitu Arduino IDE (Integreted
Development Environment). Software arduino IDE merupakan software bawaan
arduino yang berfungsi untuk membuat program. software arduino IDE dapat
dilihat pada gambar 2.16 dibwah ini:
Gambar 2.14 Software Arduino IDE
(Sumber: B. Gustomo, 2015)
16
2.5.3 Komunikasi Serial
Komunikasi serial yaitu komunikasi untuk pengiriman data pada Personal
Computer (PC). Komunikasi serial berfungsi untuk menghubungkan Arduino
pada Personal Computer (PC) lewat USB pada Arduino. Arduino mempunyai
lampu RX dan TX untuk pengirim dan penerima data. (B. Gustomo, 2015) dapat
dilihat pada gambar 2.15. di bawah ini.
Gambar 2.15 Kabel USB Serial Arduino
(Sumber : B. Gustomo, 2015)
2.6 Sensor Tegangan
Sensor tegangan digunakan untuk mendeteksi tegangan yang dihasilkan
oleh sumber arus listrik bolak-balik. digunakan untuk mengukur tegangan setiap
waktu. Sensor ini berupa rangkaian pembagi tegangan. Tegangan ini akan
diteruskan ke input rangkaian penyearah. (Rizal : 2007).
Sensor tegangan ini berfungsi untuk merasakan tegangan panel surya,
generator dan baterai. Diimplementasikan dengan dua sirkuit pembagi tegangan,
terdiri dari dua resistor untuk merasakan tegangan dari panel surya, generator dan
baterai. Output dari resistor 1 dan resitor 2 terhubung ke salah satu pin analog
arduino untuk membaca tegangan yang dihasilkan.(Ridhoi Ahmad, 2016)
Rangkaian sensor tegangan seperti gambar 2.16 berikut:
17
Gambar 2.16 Rangkaian Sensor Tegangan DC
(Sumber:Ridhoi Ahmad, 2016)
Besarnya Vo dapat dirumuskan pada persamaan 2.1 sebagai berikut
(Fawwaz T. Ulaby & Maharbiz, 2013).
Vout = Vin . (𝑅2
𝑅1+𝑅2) ..........................................................................................(2.1)
Dimana :
Vout = Tegangan Keluaran
Vin = Tegangan masukan
R1 = Resistor 1
R2 = Resistor 2
2.7 LCD ( Liquid Crystal Display)
LCD ( Liquid Crystal Display) atau penampilan kristal cair merupakan
suatu media yang dapat menampilkan karakter huruf, angka dengan menggunakan
kristal cair untuk penampilannya. LCD diciptakan dengan teknologi CMOS
(Complementary Metal Oxide Semiconductor) logic yang bekerja dengan tidak
menghasilkan cahaya tetapi memantulkan cahaya yang ada disekitarnya.(Wasito,
18
1983:2) Berikut merupakan gambar LCD 20X4 yang ditunjukan pada gambar
2.17 dan tabel 2.5 merupakan fungsi pin pada LCD.
Gambar 2.17 LCD (Liquid Crystal Display)
( Sumber: http://e-belajarelektronika.com )
Tabel 2.5 Fungsi Pin LCD
(Sumber: Wasito, 1983:2)
19
2.8 I2C (Inter Integrated Circuit)
Inter Integrated Circuit (I2C) merupakan standar komunikasi serial dua
arah dengan menggunakan 2 buah saluran yang didesain khusus untuk
pengontrolan IC tersebut. Secara umum sistem I2C itu terdiri dari dua saluran
utama yaitu, saluran SCL (Serial Clock) dan SDA (Serial Data) yang membawa
informasi data antara I2C dan sistem pengontrolnya, bentuk I2C seperti Gambar
2.18 Berikut:
Gambar 2.18 I2C (Inter Integrated Circuit)
(Sumber : https://www.makerlab-electronics.com/product/iic-serial-i2c-1602-2004-lcd-
adapter-board-for-arduino/)
Perangkat yang dihubungkan dengan I2C ini dapat difungsikan sebagai
master atau slave. Master merupakan perangkat yang transfer pada data dengan
bentuk sinyal stop dan membangkitkan sinyal clock. Sedangkan slave merupakan
perangkat yang telah diberikan alamat oleh master.(Helly Andri, 2013)
20
2.9 MOSFET
MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)
merupakan transistor menggunakan bahan semikonduktor (silikon) dalam tingkat
konsentrasi ketidak murnian tertentu. Tingkat dari ketidak murnian menentukan
jenis transistor tersebut, yaitu transistor MOSFET tipe-N (NMOS) dan transistor
MOSFET tipe-P (PMOS). Bahan silikon ini yang digunakan untuk landasan
(substrat) penguras (drain), sumber (source), dan gerbang (gate). Berikutnya
transistor ini dibuat seperti itu supaya antara substrat dan gerbangnya dibatasi oleh
oksida silikon tipis. Oksida ini diendapkan diatas sisi kiri kanal, sehingga
transistor MOSFET mempunyai kelebihan diabndingkan dengan transistor BJT
(Bipolar Junction Transistor), kelebihan tersebut yaitu,menghasilkan disipasi daya
yang rendah. Jika dilihat dari cara kerjanya transistor MOS dapat dibagi menjadi
dua yaitu :
• Transistor Mode Pengosongan (Transistor Mode Depletion)
Pada transistor mode depletion, antaraiidrainiidaniisource terdapat saluran
yang menghubungkan dua terminal tersebut, dimana saluran tersebut mempunyai
fungsi sebagaisssaluran tempat mengalirnyaiielektron bebas. Lebar dariiisaluran
itu sendiri dapatiidikendalikan olehdtegangan gerbang. Transistor mosfetAmode
pengosongan terdiri dari tipe-N dan tipe-P, simbol transistor ditunjukanypada
gambar 2.19.
21
Gambar 2.19 Simbol Transistor MOSFET Mode Depletion
(a). N-Chanel Depletion (b). P-Chanel Depletion
(Sumber: Hodges-Jackson 1987 : 36)
• Transistor Mode Peningkatan (Transistor Mode Enhancement)
Transistor modeeEnhanchement iniupada fisiknya tidak memilikiiisaluran
antara drain dan sourcnyaakarena lapisan bulk meluas dengan lapisan SiO22pada
terminal gate. Transistor mosfet mode iniiiterdiri dari tipe-NUdan tipe-P, simbol
transistor ditunjukan padaAgambar 2.20.
Gambar 2.20 Simbol Transistor MOSFET Mode Enhancement
(a). N-Chanel Enhancement (b). P-Chanel Enhancement
(Sumber: Hodges-Jackson 1987 : 36)
2.10 Sensor Suhu DS18B20
Sensor suhu DS18B20 merupakan sensor suhuuyang memiliki
keluaranddigital. DS18B20 memilikittingkataakurasi yang cukupptinggi, yaitu
0,5 ̊ C padaarentang suhu -10 ̊ CCsampai +85 ̊ C. SensorSsuhu padauumumnya
membutuhkanAADC dan beberapaPpin port padaamikrokontroler, namun
DS18B20 tidakkmembutuhkan ADCCagar dapat berkomunikasiDdengan
mikrokontroler dannhanya membutuhkan 1 wire saja.(Nurazizah Ellia, 2017)
22
Gambar 2.22 Skematik Diagram Sensor Suhu
(Sumber: Nurazizah Ellia, 2017)
Pada gambar 2.22 ditunjukan bahwa pin ground dan VDDDdihubungkan
denganVVCC, sedangkan pinDDQ dihubungkanaadengan pinIII/O pada
mikrokontroler. Data yanggdikeluarkannberupaadata digital dengannnnilai
ketelitian 0,5 ̊ C.
2.11 Sensor Arus ACS712
ACS712 merupakannsensor arus yang bekerjaaberdasarkan efek medan.
Sensor arus ini dapat digunakan untukmmengukur arus AC atau DC. Modul
sensor ini telah dilengkapi dengannrangkaian penguat operasional, sehingga
sensitivitas pengukuranaarusnya meningkat dan dapatmmengukur perubahan arus
yang kecil. Sensor ini digunakanpppada aplikasi-aplikasi di bidang industri,
komersial, maupunkkomunikasi Gambar 2.23 meruapakan sensor ACS712.
23
Gambar 2.23 Modul Sensor ACS712
(Sumber: http://electricityofdream.blogspot.com/2016/09/tutorial-mengukur-arus-
dengan-modul.html)
Spesifikasi SensorrArus ACS712:
a. Berbasis ACS7122dengan fitur:
• Waktu kenaikannperubahan luaran = 5 µs.
• Lebar frekuensiiisampai dengan 80 kHz.
• Total kesalahannluaran 1,5% pada suhu kerja TA= 25°C.
• Tahanan konduktorrinternal 1,2 mΏ.
• Tegangannisolasi minimum 2,1 kVRMS antaraapin1-4 dan pin 5-8.
• Sensitivitassluaran 185 mV/A.
• Mampu mengukurrarus AC atau DC hingga 5 A.
• Tegangannluaran proporsional terhadappmasukan arus AC atau DC.
b. Tegangannkerja 5 VDC.
c. Dilengkapi dengan penguatooperasional untuk menambahssensitivitas luaran.