AUTOMATIC TANK CHARGING USING WIRELESS ENERGY TRANSFER
TUGAS AKHIR Sebagai Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Strata 1 Teknik Informatika Universitas Muhammadiyah Malang
Oleh :
ZAINAL BUCHORI 201110370311260
JURUSAN TEKNIK INFORMATIKA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG 2015
LEMBAR PENGESAHAAN
AUTOMATIC TANK CHARGING USING WIRELESS ENERGY TRANSFER
TUGAS AKHIR
Sebagai Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Strata 1 Teknik Informatika Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh: Zainal Buchori 201110370311260
Tugas Akhir ini telah di uji dan dinyatakan lulus melalui sidang majelis penguji Menyetujui, Penguji I
Penguji II
Yuda Munarko, M.Kom., M.Sc NIP : 10806110443
Eko Budi Cahyono, S.Kom., MT NIDN : 10895040330
Mengetahui, Ketua Jurusan Teknik Informatika
Yuda Munarko, M.Kom., MSc NIP : 10806110443
ii
KATA PENGANTAR Dengan mengucap Alhamdulillahirabbil’alamin kami memanjatkan puji syukur ke hadirat Allah swt, atas rahmat, nikmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan tugas akhir ini. Tugas akhir ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai sarjana S-1 dalam bidang Studi Informatika di Universitas Muhammadiyah Malang. Selama penulisan tugas akhir ini penulis menyadari banyak pihak yang telah memberikan bantuannya, sehingga pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang tulus kepada:
Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang Ir.Sudarman, MT.
Selaku ketua jurusan Bapak Yuda Munarko, S.Kom, MSc.
Selaku dosen pembimbing Bapak Agus Eko Minarno, M.Kom, dan Bapak Wahyu Andhyka Kusuma, M.Kom, selaku pembimbing penulis yang telah memberikan bimbingannya dengan penuh kesabaran.
Ibu dan keluarga yang selalu memberi dukungan baik moral maupun material.
Teman-teman Tim Robot Universitas Muhammadiyah Malang yang selalu memberi
dukungan
dan
membagi
ilmunya
sehingga
saya
bisa
menyelesaikan tugas akhir ini.
Pihak-pihak lain yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu yang telah memberikan bantuannya selama ini. Akhir kata, penulis sadar bahwa penulis masih memiliki keterbatasan dan
kekurangan sehingga karya ini mungkin masih jauh dari sempurna. Untuk itu saran dan kritik yang membangun akan penulis terima dengan tangan terbuka.
Malang, 13-April-2015
Zainal Buchori
vi
DAFTAR ISI LEMBAR PERSETUJUAN .........................................................................
i
LEMBAR PENGESAHAN .........................................................................
ii
LEMBAR PERNYATAAN .........................................................................
iii
ABSTRAK ...................................................................................................
iv
ABSTRACT .................................................................................................
v
KATA PENGANTAR .................................................................................
vi
DAFTAR ISI ................................................................................................
vii
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................
x
DAFTAR TABEL ........................................................................................
xiii
DAFTAR PERSAMAAN ............................................................................
xiv
DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................
xv
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................
1
1.1 Latar Belakang ...........................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah ......................................................................
2
1.3 Tujuan Penelitian .......................................................................
2
1.4 Metodologi .................................................................................
4
1.4.1 Studi Literatur ...................................................................
2
1.4.2 Pengumpulan Data ............................................................
3
1.4.3 Perancangan Perangkat Keras ...........................................
3
1.4.4 Perancangan Perangkat Lunak ..........................................
3
1.4.5 Uji Coba dan Analisa ........................................................
3
1.4.6 Pembuatan Dokumentasi ...................................................
4
1.6 Sistematika Penulisan ................................................................
4
BAB II LANDASAN TEORI ......................................................................
6
2.1 Konsep Dasar Wireless Energy Transfer ..................................
6
2.1.1 Prinsip Kerja Pengisian Induktif .......................................
6
2.1.2 Hukum Induksi Magnetik .................................................
8
2.1.2.1 Hukum Faraday .........................................................
8
2.1.2.2 Hukum Lenz .............................................................
9
2.2 Mikrokontroler ..........................................................................
10
vii
2.2.1 Arduino Mega 2560 ......................................................... 10 2.2.2 Modul Wifi ESP8266 ....................................................... 12 2.2.3 Gl.Inet Mini Smart Router ............................................... 13 2.2.4 ADC (Analog to Digital Converter) ................................. 15 2.3 Data Monitoring ....................................................................... 16
BAB III ANALISA DAN PERANCANGAN SISTEM .............................. 19 3.1 Analisa Sistem ......................................................................... 19 3.1.1 Analisa Kebutuhan ......................................................... 19 3.1.2 Analisa Masalah ............................................................. 20 3.2 Perancangan sistem ................................................................. 20 3.2.1 Arsitektur dari Sistem .................................................... 20 3.2.2 Rancangan Perangkat Keras ........................................... 21 3.2.2.1 Skematik Wireless Charger Driver Transistor........ 21 3.2.2.2 Skematik Wireless Charger Driver ZVS Kelas D .. 22 3.2.2.3 Desain Transmitter Wireless Charger..................... 23 3.2.2.4 Rancangan Perangkat Keras Pada Wireless Charger ................................................................................. 24 3.2.2.5 Rancangan Perangkat Keras Pada Tank.................. 26 3.2.3 Flowchart ....................................................................... 27 3.2.4 Data yang Ditransmisikan dari Perangkat Keras ke Webserver ...................................................................... 28 3.2.5 Desain Antarmuka Website ........................................... 28 3.2.6 Desain Database ............................................................. 30
BAB IV IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN ......................................... 31 4.1 Implementasi Perangkat Keras dan Perangkat Lunak.............. 31 4.2 Implementasi Alat .................................................................... 31 4.2.1 Implementasi Perangkat Keras........................................ 31 4.2.1.1 Implementasi Rangkaian Wireless Charger............ 31 4.2.1.2 Implementasi Perangkat Keras Pada Wireless Charger ................................................................... 36
viii
4.2.1.3 Implementasi Perangkat Keras Pada Tank.............. 38 4.2.2 Implementasi Perangkat Lunak ....................................... 39 4.2.2.1 Implementasi Program Penggerak Motor ............... 39 4.2.2.2 Proses Pembacaan Dara Sensor dengan ADC ........ 42 4.2.2.3 Proses Pengiriman Data ke Web Server.................. 44 4.2.2.4 Proses Penerimaan Data pada Web Server ............. 44 4.2.2.5 Proses Penampilan Data Realtime pada Chart ........ 48 4.2.2.6 Kontrol Wireless Charger ....................................... 51 4.2.2.7 Proses Penampilan Indikator Baterai ...................... 55 4.2.2.8 Proses Penampilan Data Tabel ................................ 59 4.3 Pengujian Terhadap Alat .......................................................... 63 4.3.1 Pengujian Perangkat Keras Wireless Charger .......... 64 4.3.2 Pengujian Lama Pengisian Baterai ............................ 70 4.3.2 Pengujian Perangkat Lunak Sistem Monitoring ........ 71 4.4 Analisa Keseluruhan Hasil Pengujian ...................................... 78 4.4.1 Pembahasan Hasil Pengujian ......................................... 78 4.4.2 Permasalahan Penelitian ................................................ 79 4.4.3 Keunggulan dan Kelemahan Penelitian ......................... 79 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................... 80 5.1 Kesimpulan ............................................................................... 80 5.2 Saran ......................................................................................... 80 DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. 81
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Prinsip Kerja Transformator ....................................................
7
Gambar 2.2 Hukum Lorenz ........................................................................
7
Gambar 2.3 Arah Arus Induksi Hukum Lenz ..............................................
9
Gambar 2.4 Arduino Mega 2560 .................................................................
11
Gambar 2.5 Modul Wifi ESP8266 ...............................................................
12
Gambar 2.6 Gl.Inet Mini Smart Router .......................................................
14
Gambar 2.7 Proses Konversi pada ADC .....................................................
17
Gambar 3.1 Diagram Blok Perancangan Sistem ..........................................
21
Gambar 3.2 Skematik Wireless Charger Transistor.....................................
22
Gambar 3.3 Skematik Wireless Charger ZVS kelas D ................................
23
Gambar 3.4 Desain Transmitter Model koil Circular Loop .........................
23
Gambar 3.5 Desain Transmitter Model koil Flat Spiral ..............................
24
Gambar 3.6 Desain Transmitter Model koil Hexagonal .............................
24
Gambar 3.7 Rancangan sistem perangkat keras pada Wireless Charger ....
25
Gambar 3.8 Rancangan perangkat keras pada wireless charger .................
25
Gambar 3.9 Rancangan sistem perangkat keras pada Tank .........................
26
Gambar 3.10 Rancangan perangkat keras pada tank ...................................
27
Gambar 3.11 Flowchart perancangan perangkat lunak ...............................
27
Gambar 3.12 Format Data yang Ditransmisikan ........................................
28
Gambar 3.13 Tampilan Grafik Pengukuran ................................................
29
Gambar 3.14 Tampilan Halaman Indikator Baterai ....................................
29
Gambar 3.15 Tampilan Halaman Data Tabel .............................................
30
Gambar 4.1 Skematik Wireless Charger Driver Transistor ........................
32
Gambar 4.2 Rangkaian Wireless Charger menggunakan Transistor ...........
32
Gambar 4.3 Skematik Wireless Charger ZVS kelas D ................................
33
Gambar 4.4 Rangkaian Wireless Charger Menggunakan ZVS Kelas D .....
33
Gambar 4.5 Desain Transmitter Model Flat Spiral .....................................
34
Gambar 4.6 Desain Transmitter Model Circular Loop ...............................
35
Gambar 4.7 Desain Transmitter Model Hexagonal .....................................
35
Gambar 4.8 Wireless Charger Dimasukkan pada Box Akrilik ...................
36
x
Gambar 4.9 Pemasangan Koil Transmitter pada Kotak Akrilik .................
37
Gambar 4.10 Wireless Charger Tank Setelah Dimasukkan pada Kotak Akrilik ...............................................................................................
37
Gambar 4.11 Pemasangan Koil Receiver Wireless Charger Pada Tank......
38
Gambar 4.12 Implementasi Hasil Pemasangan Semua Driver Pada Tank ..
38
Gambar 4.13 Kode Program Driver Motor LM298 ....................................
42
Gambar 4.14 Kode Program Pembacaan ADC Sensor Arus ACS712 ........
42
Gambar 4.15 Kode Program Pembacaan Sensor Tegangan Baterai ............
43
Gambar 4.16 Kode Program Pembacaan Daya Wireless Charger ..............
43
Gambar 4.17 Kode Program Pembacaaan Efisiensi Tegangan Wireless Charger ...............................................................................................
44
Gambar 4.18 Kode Program Pembacaan Efisiensi Arus Wireless Charger
44
Gambar 4.19 Kode Program Konfigurasi Modul Wifi ESP8266 ................
44
Gambar 4.20 Kode Program Pengiriman Data ............................................
47
Gambar 4.21 Kode Program Penerimaan Data ............................................
47
Gambar 4.22 Kode Program Json untuk membaca batteryvoltage ..............
48
Gambar 4.23 Kode Program menampilkan Data ke dalam Chart................
50
Gambar 4.24 Hasil Implementasi Program menampilkan Data ke dalam Chart ...............................................................................................
51
Gambar 4.25 Tampilan Halaman Root Router pada WinSCP .....................
52
Gambar 4.26 Program Kode nyalakangpio.sh .............................................
52
Gambar 4.27 Program Kode psuon.sh .........................................................
52
Gambar 4.28 Program Kode psuoff.sh.........................................................
53
Gambar 4.29 Kode program index.html untuk menampilkan tombol di website ...............................................................................................
53
Gambar 4.30 Tampilan file untuk kontrol pada software putty ...................
54
Gambar 4.31 Tampilan tambahan pengaturan pada uhttpd .........................
54
Gambar 4.32 Hasil Implementasi Kontrol Wireless Charger ......................
55
Gambar 4.33 Hasil Implementasi Tampilan Halaman Kontrol ...................
55
Gambar 4.34 Kode program index.html untuk menampilkan tombol di website ...............................................................................................
56
Gambar 4.35 Kode Program untuk menampilkan status baterai .................
59
xi
Gambar 4.36 Hasil Implementasi Indikator Baterai ....................................
59
Gambar 4.37 Kode Program Tabel Data Kelistrikan ...................................
63
Gambar 4.38 Hasil Implementasi Program Utama Export ke Excel ...........
63
Gambar 4.39 Diagram Blok Pengujian Wireless Charger Keseluruhan ......
64
Gambar 4.40 Dokumentasi hasil percobaan desain koil circular loop .........
70
Gambar 4.41 Dokumentasi hasil percobaan desain koil flat spiral ..............
69
Gambar 4.42 Dokumentasi hasil percobaan desain koil hexagonal .............
70
Gambar 4.43 Diagram Blok Pengujian Wireless Charger Keseluruhan ......
70
Gambar 4.44 Diagram Blok Pengujian Wireless Charger Keseluruhan ......
72
Gambar 4.45 Tampilan Halaman Web Chart...............................................
74
Gambar 4.46 Tampilan Serial Monitor ........................................................
75
Gambar 4.47 Tampilan Halaman Web Indikator Baterai ............................
75
Gambar 4.48 Tampilan Halaman Web Kontrol ...........................................
76
Gambar 4.49 Tampilan Halaman Web Tabel ..............................................
77
Gambar 4.50 Hasil Export Tabel ke Format Excel ......................................
77
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Spesifikasi Arduino Mega 2560....................................................
11
Tabel 2.2 Spesifikasi Gl.Inet Mini Smart Router..........................................
13
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Wireless Charger ZVS Driver Tegangan 12 Volt Arus 14 Ampere Desain Koil Circular Loop ................................
65
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Wireless Charger Transistor Driver Tegangan 12 Volt Arus 0.5 Ampere Desain Koil Circular Loop ..................
66
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Wireless Charger ZVS Driver Tegangan 12 Volt Arus 14 Ampere Desain Koil Flat Spiral ........................
67
Tabel 4.4 Hasil Pengujian Wireless Charger Transistor Driver Tegangan 12 Volt Arus 0,5 Ampere Desain Koil Flat Spiral .......................
67
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Wireless Charger ZVS Driver Tegangan 12 Volt Arus 14 Ampere Desain Koil Hexagonal ....................................
68
Tabel 4.4 Hasil Pengujian Wireless Charger Transistor Driver Tegangan 12 Volt Arus 0,5 Ampere Desain Koil Hexagonal ......................
68
Tabel 4.7 Hasil Pengukuran Tegangan Baterai saat dilakukan pengisian ....
71
xiii
DAFTAR PERSAMAAN
Persamaan 2.1 Persamaan GGL Induksi (Volt) ............................................
8
Persamaan 2.2 Persamaan Arus (Ampere) ...................................................
16
Persamaan 2.3 Persamaan Tegangan (Voltage) ............................................
17
Persamaan 2.4 Persamaan Daya (Watt) ........................................................
17
Persamaan Membaca ADC sensor arus ACS712..........................................
43
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 : Kode Program Json Data Realtime Charts ............................
83
xv
DAFTAR PUSTAKA
[1]
Nizam, Basharat. "Inductive Charging Technique." (2013).
[2]
Anindita, Mohammad Rizki., Antono, Jodhi. "Mutual Induktansi
[3]
Kawat Hantar Listrik.". Teknik Elektro Politeknik Negeri Semarang, Semarang.
[5]
Djukarna. 2013. "Transformator.". https://djukarna.wordpress.com/2013/10/21/transformator/. Diakses tanggal 01-03-2015.
[4]
http://www.a-levelphysicstutor.com/images/fields/transformerdiag01.jpg
[5]
Sailah, Siti., Cekdin, Cekmas. 2015 " Medan Elektromagnetik (Teori dan Contoh Soal)". Andi Publihser.
[6]
Alaydrus, Mudrik. 2014. “Medan Elektromagnetika". Andi Publisher.
[7]
Ansyori,
A
Insya.
2013.
“Prinsip
Induksi
Transformator”.
http://insyaansori.blogspot.com/2013/08/prinsip-induksitransformator.html. Diakses tanggal 14-04-2015. [8]
Budiyanto, J. 2009. Fisika : Untuk SMA/MA Kelas XII. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta. p. 298.
[9]
Fisika Zone. 2014. “Hukum Lenz”. http://fisikazone.com/hukumlenz/. Diakses tanggal 14-04-2015.
[10]
Suyadhi, Taufiq D. S. 2011. Buku Pintar Robotika. Andi Publiser.
[11]
Wheat, Dale. 2011. “Arduino Internals”. New York: Apress.
[12]
Arduino. “Arduino Mega 2560”. http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardMega2560. Diakses tanggal 14-04-2015.
[13]
Mouser Electronics. “ArduinoMega2560 Microcontroller Board” http://www.mouser.com/new/arduino/arduinomega2560/. Diakses tanggal 14-04-2015.
[14]
vCC2GND. 2014. ESP8266 Remote Serial-to-WiFi Wireless Communication Module. Diakses tanggal 02-03-2015.
81
[15]
Seeedstudio. “WiFi Serial Transceiver Module w/ ESP8266”. http://www.seeedstudio.com/depot/WiFi-Serial-Transceiver-Modulew-ESP8266-p-1994.html. Diakses tanggal 14-04-2015.
[16]
Jakartanotebook. 2014. GL.iNet OpenWRT Mini Smart Router 16MB ROM. http://www.jakartanotebook.com/gl.inet-openwrt-mini-smartrouter-16mb-rom-6416a-white. Diakses tanggal 02-03-2015.
[17]
Assa’idah, Yulinar Adnan. 2009. Investigasi Terhadap Kemampuan 2 Tipe ADC. Jurusan Fisika FMIPA, Universitas Sriwijaya. Sumatra Selatan, Indonesia.
[18]
Yusnan Badruzzaman. 2012. Real Time Monitoring Data Besaran Listrik Gedung Laboratorium Teknik Sipil Politeknik Negeri Semarang. Teknik Elektro Politeknik Negeri Semarang, Semarang.
[19]
Zambari, Izzul Fahmi, Chiah Yi Hui, and Ramizi Mohamed. "Development of wireless energy transfer module for solar energy harvesting." Procedia Technology 11 (2013): 882-894.
[20]
Agbinya, Johnson I., and Nagi F. Ali Mohamed. "Design and study of multi-dimensional wireless power transfer transmission systems and architectures." International Journal of Electrical Power & Energy Systems 63 (2014): 1047-1056.
82
