PEMANFAATAN MIKROKONTROLER

MIKROKONTROLER

Perancangan ini bertujuan untuk membuat suatu alat penyimpan energi listrik melalui solar cell yang dapat seoptimal mungkin mendapatkan panas dari sinar matahari. Kondisi ini dapat dilakukan jika solar cell tersebut selalu tegak lurus terhadap arah fokus datangnya sinar matahari, dengan demikian solar cell harus selalu mengikuti arah pergerakan matahari. Untuk dapat merealisasi sistem tersebut dibutuhkan beberapa sensor peka cahaya yang membaca arah datangnya cahaya dari beberapa sudut.
Sudut yang paling kuat dari sensor peka cahaya tersebut diasumsikan sebagai sudut fokus arah datangnya sinar matahari, sehingga sudut dengan fokus terkuat tersebutlah yang akan diikuti oleh pergerakan solar tracker ini. Sebagai sensor peka cahaya digunakan 5 buah sensor peka cahaya (LDR), empat buah diantaranya diletakkan pada kondisi keempat penjuru mata-angin dan sebuah lagi ditempatkan ditengah-tengahnya sebagai pembanding dari masingmasing fokus yang diterima oleh LDR terkuat tersebut. Kepekaan paling kuat dari LDR tersebut akan diikuti oleh pergerakan solar cell hingga terdapat nilai kepekaan yang sama antara salah satu LDR yang diikuti tersebut dengan LDR yang ditengah sebagai pembandingnya.

Dengan kondisi ini maka solar cell akan selalu mendapatkan sinar matahari secara optimal disepanjang hari. Selain memanfaatkan sensor peka cahaya realisasi alat ini juga didukung dengan beberapa rangkaian terkombinasi yang masing-masing berfungsi sebagai penyimpan energi listrik yang diterima oleh solar cel tersebut dalam hal ini diaplikasikan kedalam accumulator 12 volt. Selain ini juga terdapat unit penampil data daya yang dihasilkan oleh penerimaan energi pada solar cel. Sedangkan sebagai penggerak / tracker solar cell ini menggunakan motor DC terkopel gearbox yang masing-masing track-nya digerakkan melalui sistem pemrograman pada mikrokontroller AT 89S52. Secara keseluruhan realisasi sistem ini ditunjukkan

seperti pada diagram blok berikut ini:

Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Kerja Solar Ttracker

3.2 Sistem Rangkaian Sensor Peka Cahaya

Pada alat ini menggunakan empat buah sensor peka cahaya LDR yang dipasang sebagai pelacak arah fokus datangnya sinar matahari, di mana ke empat sensor tersebut membentuk formasi layang-layang sama sisi dan di tengahnya terdapat sebuah LDR lagi yang berfungsi sebagai pembanding kuat cahaya yang diterima oleh masing-masing sensor pada kondisi terfokusnya. 


Pada kondisi sebuah sensor mempunyai kepekaan terkuat maka tracker akan bergerak menuju arah tersebut hingga didapatkan suatu kondisi kepekaan sensor terkuat tersebut sama dengan kepekaan yang diterima oleh sensor yang ditengah sebagai pembandingnya. Pada aplikasinya keempat sensor tersebut masing-masing dihubungkan dengan komparator pada input inverting, sementara sensor yang di tengah dihubungkan pada keempat komparator tersebut pada input non invertingnya. 

Gambar 3.2 Skematik Posisi dan Sistem Rangkaian Sensor

Berdasar prinsip kerja LDR dimana pada kondisi mendapatkan cahaya maka tahanannya turun, sehingga dengan metode rangkaian diatas pada LDR yang mendapatkan kuat cahaya terbesar maka tegangan yang dihasilkan adalah tertinggi. Masing-masing tegangan keluaran LDR terhubung dengan terminal inverting rangkaian komparator.

Sehingga dengan sistem rangkaian diatas, komparator akan menghasilkan logika tinggi jika salah satu dari ke empat LDR mempunyai tegangan keluaran lebih besar dari tegangan keluaran pembadingnya. Logika keluaran rangkaian komparator inilah yang digunakan sebagai sinyal informasi bagi rangkaian pemrograman untuk menggerakkan motor DC menuju arah LDR dengan tegangan terbesar tersebut.

Dengan demikian Tracker akan mencari sumber cahaya terkuat hingga didapatkan kondisi tegangan keluaran LDR pembanding sama atau bahkan lebih besar dari keempat LDR yang dituju tersebut. Pada kondisi ini keluaran komparator berlogika rendah sehingga melalui pemrograman pada mikrokontroller putaran motor DC akan dihentikan.

3.3 Sistem Minimum Mikrokontroler AT89S52

Dalam menjalankan chip IC mikrokontroler MCS-51 memerlukan komponen elektronika pendukung lainnya. Suatu rangkaian yang paling sederhana dan minim komponen pendukungnya disebut sebagai suatu rangkaian sistem minimum. Dalam perancangan Tugas Akhir ini, sistem minimum mikrokontroler

AT89S52 terdiri dari:

1. Chip IC mikrokontroler AT89S52 keluarga MCS-51

2. Kristal 12 MHz

3. Kapasitor

4. Resistor

Gambar 3.3 Sistem Minimum Mikrokontroler AT89S52

Aplikasi mikrokontroller AT89S52 pada alat ini berfungsi sebagai penerjemah data konduksi komparator pada rangkaian LDR untuk mengatur arah putaran motor DC penggerak solar tracker. Untuk aplikasi ini menggunakan port 2 sebagai data masukan dan port 1 sebagai alamat keluarannya. 


Proses kerja

Mikrokontroller ini ditentukan berdasar pulsa komparator 1,2,3,4 yang masuk pada port 2.0 hingga 2.3. Dimana jika salah satu tegangan pada LDR 1,2,3,4 lebih besar dari tegangan referensi komparator pada LDR tersebut akan berlogika tinggi, pulsa masukan dari salah satu komparator 1,2,3,4 ini berfungsi untuk menggerakkan motor solar tracker sesuai arah posisi LDR, jika tegangan referensi lebih besar dari semua tegangan LDR, semua komparator berlogika rendah sehingga tidak ada logika untuk menyulut data maskan pada port 2. Kondisi ini menyebabkan semua alamat pada port 1 juga berlogika rendah sehingga motor penggerak solar tracker berhenti. Untuk proses ini dirancang suatu diagram alir

sebagai berikut :

Gambar 3.4 Diagram Alir Mikrokontroller sebagai Penggerak Solar Tracker

Berdasar diagram alir yang disusun diatas maka dapat dirancang suatu metode pemrograman berbahasa assembler sebagai proses pengalamatan data komparator.

3.4 Perancangan Rangkaian Driver

Rangkaian driver dirancang untuk mengaktifkan motor DC sebagai penggerak solar tracker. Kombinasi rangkaian driver ini dirancang supaya motor DC dapat berputar forward-reverse, menyesuaikan input program yang bekerja berdasar pembacaan sinyal dari LDR. Rangkaian driver ini diperlukan untuk memberikan pemisahan tegangan kontrol sebesar 5 volt yang dihasilkan dari keluaran mikrokontroller menjadi tegangan sesuai yang dibutuhkan oleh motor DC tersebut.

Untuk merealisasi ide ini dilakukan dengan menggunakan transistor yang memanfaatkan tegangan kecil dari mikrokontroller sebagai pemicu dioda masukannya dan memberikan tegangan yang relatif lebih besar pada transistor keluarannya.

Metode reverse-foreward pada cara kerja motor DC dilakukan dengan membalik arah arus yang melalui motor, hal ini direalisasikan dengan menempatkan empat buah relay sebagai pembentuk arah arus dimana relay digerakkan dari sebuah driver BD 139 yang memicu transistor D 313.

Gambar 3.5 Rangkaian Driver

Driver pada rangkaian diatas menggunakan BD 139 untuk memicu transistor D 313 pada rangkaian daya penggerak motor DC. Untuk setiap motor dengan arah gerakan referse forward digerakkan dengan menggunakan empat buah relay (C1, C2, C3, C4) sebagai saklar daya yang membentuk kuadrant arah arus yang masuk pada polaritas motor. Dimana C1 dan C2 aktif bersama sebagai pemicu forward motor DC, dan C3 dan C4 aktif bersama sebagai pemicu reverse motor DC.

Dengan konfigurasi rangkaian seperti pada gambar diatas maka dapat daiuraikan prinsip kerja aliran arus sebagai penggerak motor sebagai berikut, saklar C1 dan C2 mengalami kondisi ON – OFF secara bersama-sama demikian juga saklar C3 dan C4 karena keduanya dipicu dari sebuah transistor. Pada saat transistor S1 mendapatkan pulsa maka relay C1 dan C2 ON menyebabkan masing-masing kontak nya terhubung ke NO sehingga motor pada sisi “a” menuju C1 terhubung ground dan motor pada sisi “b” menuju C2 terhubung tegangan VCC.

Kondisi ini menyebabkan motor berputar pada arah tertentu (sebut saja kanan). Pada saat transistor S2 mendapatkan pulsa maka relay C3 dan C4 ON menyebabkan masing-masing kontaknya terhubung ke NO sehingga motor pada sisi “a” menuju C4 terhubung tegangan VCC dan motor pada sisi “b” menuju C3 terhubung ground. Kondisi ini menyebabkan motor berputar pada arah sebaliknya. Dengan demikian berdasarkan pemicuan pulsa pada transistor 1 dan 2 akan mengaktifkan ke empat relay tersebut untuk membuat suatu kondisi motor berputar pada dua arah yang saling berlawanan.

Sedangkan pada BD 139 sendiri memiliki cara kerja dimana ketika tegangan dari output mikrokontroller memicu dioda led pada pin 1, dioda tersebut akan memancarkan sinar yang diterima oleh fototransistor sehingga transistor pada sisi keluaran BD 139 menutup, hal ini menyebabkan arus pada sumber (VCC) mengalir dari Kolektor menuju Emitor dan memicu transistor pada rangkaian daya.

3.5 Pengukur Daya Solar Cell

Dengan memberikan sinar yang jatuh pada permukaan solar cell maka board solar cell tersebut akan menghasilkan besaran listrik pada sisi keluarannya. Pada aplikasi sistem ini besaran listrik tersebut diumpan balikkan untuk menjalankan sistem kontrol pada pengendali solar tracker ini. Untuk menjalankan sistem ini diperlukan sebuah accumulator untuk menyimpan besaran listrik dari soler cell tersebut sehingga ketika solar cell melemah karena tidak adanya cahaya, maka masih ada cadangan suplly yang bisa dimanfaatkan dari accumulator tersebut. 


Untuk menunjang hal tersebut maka perlu diketahui pula besarnya daya listrik yang dihasilkan oleh sollar cell tersebut, untuk itu pada sistem ini juga dibuat suatu display daya listrik solar cell yang akan memantau secara realtime besarnya daya yang dihasilkan oleh solar cell. Untuk keperluan ini pada keluaran solar cell dipasang sensor arus dan sensor tegangan untuk mencuplik daya dari solar cell tersebut. Untuk mencuplik arus digunakan sensor arus yang terpasang seri terhadap solar cell. Dengan sistem ini maka didapatkan arus yang dihasilkan oleh solar cell, yang dibaca pada skala tegangan.

Sedangkan pencuplikan tegangan dilakukan dengan menempatkan dua buah resistor simetris pada sisi keluaran solar cell sehingga didapatkan sebuah nilai tegangan pada titik bagi kedua resistor simetris tersebut. Dari kedua parameter ini kemudian dikembangkan suatu sistem rangkaian sehingga didapatkan daya dari perkalian kedua sensor tersebut. Berikut gambar sensor arus dan sensor tegangan :

Gambar 3.6 Sensor Tegangan dan Sensor Arus

3.6 Perancangan Rangkaian Multiplyer MC 1495

MC 1495 merupakan sebuah chip monolitik yang didesain untuk menghasilkan sebuah output linier dari dua buah sinyal masukan yang berbeda. Pada alat ini MC1495 difungsikan sebagai pengali dua buah sinyal yang dihasilkan dari keluaran sensor rus dan sensor tegangan pada solar sell. IC ini bekerja dengan mengolah dua tegangan masukan sebagai X input dan Y input. Untuk menghasilkan sebuah tegangan analog yang linier IC ini dikombinasikan dengan beberapa komponen eksternal sebagai ofset adjuster dari kedua sinyal masukan tersebut.

Gambar 3.7 Skematik Rangkaian Multiplyer MC 1495

Pada rangkaian diatas tegangan dan arus yang dihasilkan oleh masing-masing sensornya dihubungkan pada input pin 4 dan pin 9. Untuk menghasilkan sebuah tegangan keluaran yang linier pada MC 1495 ini dipoerlukan suatu prosedur kerja sebagai berikut :

1. Memberikan gelombang sinus 1 KHz sebesar 5 Vpp pada pin 4 dan menghubungkan pin 9 dengan ground. Kemudian atur potensio P2 hingga gelombang AC tersebut mempunyai offset nol pada keluarannya.
2. Memberikan gelombang sinus 1 KHz sebesar 5 Vpp pada pin 9 dan menghubungkan pin 4 dengan ground. Kemudian atur potensio P1 hingga gelombang AC tersebut mempunyai offset nol pada keluarannya.
3. Memberikan tegangan senilai nol volt pada kedua input X dan Y kemudian atur potensio P4 hingga keluarannya juga bernilai nol volt.
4. Memberikan tegangan positif (lebih baik sekitar 10 volt) pada kedua input X dan Y kemudian atur potensio P3 hingga keluarannya juga bernilai 10 volt.

Jika keempat prosedur tersebut telah berhasil maka proses kalibrasi multiplyer MC1495 berhasil dan IC ini telah siap untuk diberi sinyal apapun karena keluarnnya telah menjadi sebuah sinyal linier hasil perkalian dari kedua masukan tersebut.

3.7 Perancangan Rangkaian ICL 7107

ICL 7107 merupakan sebuah chip dengan kemampuan kerja yang baik dengan supply daya yang rendah. ICL 7107 merupakan sebuah chip yang bisa berfungsi sekaligus sebagai A/D Converter dan dekoder seven segment sekaligus dengan pin keluarannya yang masing-masing dilengkapi dengan clock dan pengaturan referensi didalamnya. 


Sehingga dengan chip ini sebuah tegangan analog pada sisi masukannya dapat langsung diolah menjadi digital sekaligus dialamatkan kedalam keluaran untuk menjalankan seven segment. IC jenis ini biasa digunakan dalam display multimeter digital dengan 3 ½ digit tampilan. Dimana tiga digit diperlukan untuk menampilkan bilangan seven segment secara penuh dan ½ digit untuk menampilkan angka 1/-1 .

Gambar 3.8 Skematik Rangkaian ICL 7107 sebagai Display Daya

Pada aplikasi alat ini ICL 7107 berfungsi untuk menampilkan daya yang dihasilkan oleh solar cell setelah melalui pengolahan analog pada multiplyer 1495. Untuk menampilkan besarnya daya solar cell secara presisi ICL 7107 dilengkapi dengan pengatur referensi melalui resistor ekstern pada pin 36. Dengan mengatur besarnya tegangan yang masuk pada pin ini hingga display seven segment akan menghasilkan blangan “000” pada kondisi openload.

3.8 Catu Daya Penggerak Solar Tracker

Sistem solar tracker ini diharapkan bisa berfungsi secara mandiri sebagai alat yang mampu menghasilkan catu daya sendiri untuk menjalankan sistem penggerak baik motornya atau pun sistem kontrol pada alat ini. Hal ini dapat direalisasi dengan menggabungkan sistem converter DC-DC yang meregulasikan tegangan plate yang dihasilkan pada solar cell menjadi tegangan kerja yang dibutuhkan oleh komponen kontrol dan motor penggerak solar tracker ini.

Proses diatas tentunya bukan suatu proses yang sederhana dan memerlukan riset yang lebih berkelanjutan untuk itu sebagai catu daya pada sistem ini sementara menggunakan catu catu daya dari listrik yang disediakan oleh jala-jala dengan sistem regulasi konvensional sebagai tegangan kerja masing-masing sistem penggerak dan sistem kontrol sollar tracker ini. Ada beberapa kebutuhan tegangan yang dibutuhkan pada alat ini diantaranya catu daya 5 volt yang dibutuhkan sebagai catu mikrokontroller dan catu ADC ICL7107.

Catu daya 15 volt simetris yang berfungsi sebagai pencatu rangkaian opersional amplifier dan sebagai pensuplay tegangan pada rangkaian multiplyer analog 1495. Sedangkan untuk penggerak motor menggunakan accumulator 12 volt yang suply tegangannya dihasilkan dari sistem carge pada tegangan keluaran solar cell. Untuk kebutuhan masing-masing catu daya tersebut dirancang suatu sistem rangkaian peregulasi tegangan sebagai berikut :

Gambar 3.9 Rangkaian Power Supply

Sedangkan pada tegangan simetris menggunakan regulator pembentuk tegangan 7805 untuk membentuk tegangan positif 5 volt dan regulator 7905 untuk menghasilkan tegangan negatif 5 volt. Pada perancangan sistem tegangan simetris ini tidak disertai dengan transistor sebab regulator tersebut telah dilengkapi dengan sistem penstabil sehingga untuk diaplikasikan pada beban yang tidak

terlalu besar seperti pada alat ini kemampuan penstabilan regulator ini masih mencukupi.

Oleh: Dedy Dhomo A

Teknik Elektro

UNIKA Soegijaprnata

Semarang