RANCANG BANGUN SISTEM HUMAN MACHINE INTERFACE (HMI) PADA MINIPLANT PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO SKALA LABORATORIUM Oleh Ilmin Syarif Hidayatullah (2409030025) Pembimbing : Andi Rahmadiansah, ST, MT Program Studi D3 Teknik Instrumentasi Jurusan Teknik Fisika – Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS Keputih Sukolilo, Surabaya 60111 ABSTRAK Telah dibuat sistem Human Machine Interface (HMI) pada miniplant pembangkit listrik tenaga mikrohidro skala laboratorium di Workshop Instrumentasi Teknik Fisika ITS. Sistem HMI menggunakan Mikrokontroller ATmega 8535 untuk mengkonversi data dari analog ke digital agar dapat mengetahui nilai kecepatan pada motor, nilai level yang dikendalikan, dan nilai tegangan yang dihasilkan pada proses tersebut. Dimana software yang digunakan pada sistem HMI untuk mikrokontroller ATmega 8535 yaitu Code Vision AVR C Compiler. Sedangkan software untuk menampilkan (interface) di PC/Laptop adalah Visual Basic. Pada Visual Basic akan menampilkan data nilai respon dari kecepatan motor, level air, dan tegangan yang dihasilkan. Dimana untuk menyimpan data tersebut menggunakan database MySQL Server. Untuk mengintegrasikan antara mikrokontroller ATmega 8535 dengan PC/Laptop menggunakan kabel adapter serial usb RS-232 dan kabel db9 supaya proses trasmitter dan receiver data selalu stabil. Data puncak variabel proses yang diperoleh dari motor, tegangan, dan level yaitu 31 rps, 24 volt, dan 70 cm. Ketidaksinkronan data pada LCD mikrokontroller dan interface Visual Basic karena proses pembacaan pada interface Visual Basic yang lambat. Sehingga grafik yang muncul dan data yang ditampilkan pada LCD terdapat selisih nilai yang besar. Kata Kunci : Mikrokontroller ATmega 8535, Mikrohidro, motor, level, tegangan BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Industri di bidang energi mengalami pasang surut dalam menghasilkan energi listrik. Dikarenakan persediaan bahan bakar yang mulai menipis dan terbatasnya sumur minyak yang diperoleh. Oleh karena itu dibutuhkan solusi energi listrik yang menggunakan sumber daya alam yang dapat diperbarui yaitu dengan menggunakan air. Karena air merupakan potensi sumber daya alam
yang dapat diperbarui yang belum digunakan secara maksimal untuk menghasilkan energi listrik. Sehingga diperlukan teknologi yang dapat menghasilkan energi listrik dengan memanfaatkan air yaitu pembangkit listrik tenaga mikrohidro. Dimana pembangkit listrik ini menghasilkan keluaran energi listrik dari perubahan energi kinetik menjadi energi listrik. Sehingga semakin cepat
aliran air yang mengalir semakin besar pula energi listrik yang dihasilkan. Untuk perancangan sistem pada pembangkit listrik tenaga mikrohidro diperlukan mikrokontroller ATmega 8535 untuk memonitoring tinggi level, kecepatan pada motor, dan tegangan listrik yang dihasilkan miniplant pembangkit listrik tenaga mikrohidro. Sehingga diperlukan LCD untuk menampilkan data dengan menggunakan software Code Vision AVR. Sedangkan interface pada PC/Laptop menggunakan software Visual Basic dengan kabel penghubung kabel db9 dan RS-232. 1.2 Permasalahan Permasalahan yang muncul dalam perancangan sistem human machine interface (HMI) pada pembangkit listrik tenaga mikrohidro adalah bagaimana cara menerjemahkan variabel proses yang dihasilkan oleh pembangkit listrik mikrohidro untuk ditampilkan pada LCD Mikrokontroller ATmega 8535 dan PC/laptop dengan menggunakan software visual basic. 1.3 Batasan Masalah Adapun batasan permasalahan dari sistem yang dirancang adalah sebagai berikut : Variabel proses yang dimonitor adalah level air, kecepatan motor, dan tegangan listrik. Miniplant Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro yaitu skala laboratorium di Workshop Instrumentasi 1.4 Tujuan Adapun tujuan yang ingin dicapai adalah untuk mengetahui perancangan sistem human machine interface (HMI) pada miniplant pembangkit listrik tenaga mikrohidro dan menerjemahkan variabel proses yang dihasilkan oleh pembangkit listrik
mikrohidro untuk ditampilkan pada LCD Mikrokontroller ATmega 8535 dan PC/Laptop dengan menggunakan software visual basic. 1.5 Metodologi Penelitian Studi Literatur. Teori dasar tentang minimum system berbasis mikrokontroller ATmega 8535, Bahasa pemrograman Visual Basic dan Code Vision AVR, dan Database MySQL Server. Perencanaan dan Pembuatan Alat Perancangan hardware alat, mulai dari perancangan minimum system mikrokontroller ATmega 8535 yang dihubungkan dengan LCD dengan software yang dihubungkan dengan mikrokontroller ATmega 8535, dan ditampilkan pada PC/Laptop dengan menggunakan Visual Basic. Pengujian dan Analisa Data Adapun pengujian hardware dan pengujian software dengan cara mengoperasikan hardware dan software tersebut yang hasilnya sesuai dengan perencanaan pembuatan alat. 1.6 Sistematika Penulisan Sistematika penulisan pada laporan dalam tugas akhir ini meliputi abstrak, kata pengantar, daftar isi, daftar gambar, daftar tabel, daftar grafik, Bab I Pendahuluan, berisi tentang latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan, metodologi penelitian dan sistematika laporan dari tugas akhir. Bab II Dasar teori yang berisikan teori penunjang untuk menyelesaikan tugas akhir ini. Bab III Perancangan dan pembuatan alat yang berisikan yang menunjang perancangan alat, prinsip kerja, pembuatan perangkat keras dan program. Bab IV Pengujian alat dan analisa data. Bab V Penutup, berisi tentang kesimpulan dan saran. Laporan ini dilengkapi dengan Daftar Pustaka dan Lampiran.
BAB II TEORI PENUNJANG Dalam pengerjaan tugas akhir adapun teori penunjang yang dipakai sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan antara lain : minimum sistem Microcontroller ATmega 8535, LCD, bahasa pemrograman Code Vision AVR dan Visual Basic. 2.1 Mikrokontroller
Gambar 2.1 Mikrokontroller ATmega8535[1] Mikrokontroller adalah otak dari suatu sistem elektronika seperti halnya mikroprosesor sebagai otak komputer. Namun mikrokontroler memiliki nilai tambah karena di dalamnya sudah terdapat memori dan sistem input/output dalam suatu kemasan IC. Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s RISC processor) standar memiliki arsitektur 8-bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16- bit dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. Berbeda dengan instruksi MCS-51 yang membutuhkan 12 siklus clock karena memiliki arsitektur CISC (seperti komputer). Teknologi yang digunakan pada mikrokontroler AVR berbeda dengan mikrokontroler seri MCS-51. AVR berteknologi RISC (Reduced Instruction Set Computer), sedangkan seri MCS-51 berteknologi CISC (Complex Instruction Set Computer). Mikrokontroler AVR dapat
dikelompokkan menjadi empat kelas, yaitu keluarga ATtiny, keluarga AT90Sxx, Keluarga ATmega, dan AT89RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, kelengkapan peripheral dan fungsi-fungsi tambahan yang dimiliki. ATmega 8535 adalah mikrokontroler CMOS 8-bit dayarendah berbasis arsitektur RISC. Kebanyakan instruksi dikerjakan pada satu siklus clock, ATmega 8535 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz, hal ini membuat ATmega 8535 dapat bekerja dengan kecepatan tinggi walaupun dengan penggunaan daya rendah. Perbedaan yang terdapat pada masing-masing kelas adalah kapasitas memori, peripheral, dan fungsinya. Dalam hal arsitektur maupun instruksinya, hampir idak ada perbedaan sama sekali. Dalam hal ini ATmega 8535 dapat beroperasi pada kecepatan maksimal 16MHz serta memiliki 6 pilihan mode sleep untuk menghemat penggunaan daya listrik. Arsitektur ATmega 8535 Mikrokontroler ATmega 8535 memiliki beberapa fitur atau spesifikasi yang menjadikannya sebuah solusi pengendali yang efektif untuk berbagai keperluan. Fitur-fitur tersebut antara lain: Saluran I/O sebanyak 32 buah, yang terdiri atas Port A, B, C dan D ADC (Analog to Digital Converter) dengan resolusi 10-bit sebanyak 8 saluran melalui Port A Tiga buah timer/counter dengan kemampuan perbandingan CPU yang terdiri atas 32 register 1 Watchdog Timer dengan osilator internal SRAM sebesar 512 byte Memori Flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read While Write
Unit Interupsi Internal dan Eksternal Port antarmuka SPI untuk mendownload program ke Flash EEPROM sebesar 512 byte yang dapat di program saat operasi antarmuka komparator analog Port USART untu komunikasi serial 4.5 sampai 5.5V operation, 0 sampai 16MHz
Konfigurasi Pin ATmega 8535 Mikrokontroler ATmega 8535 mempunyai jumlah pin sebanyak 40 buah, dimana 32 pin digunakan untuk keperluan port I/O yang dapat menjadi pin input/output sesuai konfigurasi. Pada 32 pin tersebut terbagi atas 4 bagian (port), yang masing-masingnya terdiri atas 8 pin. Pin-pin lainnya digunakan untuk keperluan rangkaian osilator supply tegangan, reset,serta tegangan referensi untuk ADC. Untuk lebih jelasnya, konfigurasi pin ATmega 8535 dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.3 Pin ATmega 8535[1]
Gambar 2.2 Blok diagram fungsional ATmega8535[1]
Berikut ini adalah susunan pin-pin dari ATmega 8535 : VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukkan catu daya GND merupakan pin ground Port A (PA0..PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC Port B (PB0..PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu, timer/counter, komparator analog dan SPI Port C (PC0..PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, komparator analog, dan timer oscilator
Port D (PD0..PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu komparator analog, interupsi eksternal dan komunikasi serial USART Reset merupakan pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroler XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukkan clock eksternal (osilator menggunakan kristal, biasanya dengan frekuensi 11,0592 MHz) AVCC Input tegangan untuk Port A dan ADC. AREF Tegangan referensi untuk ADC. Adapun keterangan pin dalam setiap port A sampai D yang ada pada mikrokontroler ATmega 8535, yaitu : Port A Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer pada port A dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port A (DDRA) harus disetting terlebih dahulu sebelum port A digunakan. Bit-bit DDRA diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port A yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, kedelapan pin port A juga digunakan untuk masukan sinyal analog bagi A/D converter. Port B Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer port B dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register
port B (DDRB) harus disetting terlebih dahulu sebelum port B digunakan. Bit-bit DDRB diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port B yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Port C Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer port C dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port C (DDRC) harus disetting terlebih dahulu sebelum port C digunakan. Bit-bit DDRC diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port C yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, dua pin port C (PC6 dan PC7) juga memiliki fungsi alternatif sebagai oscillator yaitu untuk timer/counter 2. Port D Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer port D dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port D (DDRD) harus disetting terlebih dahulu sebelum Port D digunakan. Bit-bit DDRD diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port D yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Kapabilitas detail dari mikrokontroler AVR ATmega 8535 adalah sebagai berikut :
Sistem mikroprosesor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz. Kapabilitas memori flash 8 KB, SRAM sebesar 512 byte dan juga EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 512 byte. ADC (pengubah analog ke digital) internal dengan ketelitian 10 bit sebanyak 8 saluran. PWM (Pulse Wide Modulation) sebanyak 4 saluran. Portal komunikasi serial (USART) dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps. Enam pilihan sleep mode, berfungsi untuk menghemat penggunaan daya listrik. Mikrokontroler AVR merupakan mikrokontroler berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computing) 8 bit. Berbeda dengan mikrokontroler keluarga 8051 yang mempunyai arsitektur CISC (Complex Instruction Set Computing). AVR menjalankan sebuah instruksi tunggal dalam satu siklus dan memiliki struktur I/O yang cukup lengkap, sehingga penggunaan komponen eksternal dapat dikurangi. Mikrokontroler AVR didesain menggunakan arsitektur Harvard, dimana ruang dan jalur bus bagi memori program dipisahkan dengan memori data. Memori program diakses dengan single-level pipelining, dimana ketika sebuah instruksi dijalankan, instruksi lain berikutnya akan di-prefetch dari memori program. Adapun keterangan dalam bagian mikrokontroler AVR ATmega 8535 tersebut, yaitu : Flash adalah suatu jenis Read Only Memory yang biasanya diisi dengan program hasil buatan manusia yang harus dijalankan oleh mikrokontroler.
RAM (Random Access Memory) merupakan memori yang membantu CPU untuk penyimpanan data sementara dan pengolahan data ketika program sedang running. EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) adalah memori untuk penyimpanan data secara permanen oleh program yang sedang running. Port I/O adalah kaki untuk jalur keluar atau masuk sinyal sebagai hasil keluaran ataupun masukan bagi program. Timer adalah modul dalam hardware yang bekerja untuk menghitung waktu/pulsa. UART (Universal Asynchronous Receive Transmit) adalah jalur komunikasi data khusus secara serial asynchronous. PWM (Pulse Width Modulation) adalah fasilitas untuk membuat modulasi pulsa. ADC (Analog to Digital Converter) adalah fasilitas untuk dapat menerima sinyal analog dalam range tertentu untuk kemudian dikonversi menjadi suatu nilai digital dalam range tertentu. SPI (Serial Peripheral Interface) adalah jalur komunikasi data khusus secara serial secara serial synchronous. ISP (In System Programming) adalah kemampuan khusus mikrokontroler untuk dapat diprogram langsung dalam sistem rangkaiannya dengan membutuhkan jumlah pin yang minimal. 2.2 Analog to Digital Converter (ADC) Mikrokontroler ATmega 8535 memiliki keunggulan antara lain yaitu : Sudah terintegrasinya ADC 10 bit sebanyak 8 saluran, 13-260uS conversion time.
Mencapai 15kSPs pada resolusi maksimum. Optional left adjustment untuk ADC result readout. Interupsi pada ADC Conversion Complete, Sleep mode noise canceler. Input ADC pada mikrokontroler dihubungkan ke sebuah 8 channel Analog multiplexer yang digunakan untuk single ended input channels. Jika sinyal input dihubungkan ke masukan ADC dan 1 jalur lagi terhubung ke ground, disebut single ended input. Jika input ADC terhubung ke 2 buah input ADC disebut sebagai differential input, yang dapat dikombinasikan sebanyak 16 kombinasi. Empat kombinasi terpenting antara lain kombinasi input diferensial (ADC0 dengan ADC1 dan ADC2 dengan ADC3) dengan penguatan yang dapat diatur. ADC0 dan ADC2 sebagai tegangan input negatif sedangkan ADC1 dan ADC3 sebagai tegangan input positif. Besar penguatan yang dapat dibuat yaitu 20dB (10x) atau 46dB (200x) pada tegangan input diferensial sebelum proses konversi ADC. Secara umum, proses inisialisasi ADC meliputi proses penentuan clock, tegangan referensi, format output data, dan mode pembacaan. Register yang perlu diatur nilainya adalah ADMUX (ADC Multiplexer Selection Register), ADCSRA (ADC Control and Status Register), dan SFIOR (Special Function IO Register). ADMUX merupakan register 8 bit yang berfungsi menentukan tegangan referensi ADC, format data output, dan saluran ADC yang digunakan. Pada gambar 2.13 memperlihatkan salah satu status register ADMUX pada ADC.
Gambar 2.4 Register ADMUX[3] Untuk memilih channel ADC mana yang digunakan (single ended atau diferensial), dengan mengatur nilai MUX4 :0. Misalnya channel ADC0 sebagai input ADC, maka MUX4 :0 diberi nilai 00000B, informasi lebih lengkap dapat dilihat pada datasheet. Tegangan referensi ADC dapat dipilih antara lain pada pin AREF, pin AVCC atau menggunakan tegangan referensi internal sebesar 2.56 volt. Agar fitur ADC mikrokontroler dapat digunakan maka ADEN (ADC Enable, dalam I/O register ADCSRA) harus diberi nilai 1. Setelah konversi selesai (ADIF high), hasil konversi dapat diperoleh pada register hasil (ADCL, ADCH). Untuk konversi single ended, hasilnya sebagai berikut, ADC = Vin x 1024/Vref. Dimana Vin ialah tegangan pada input yang dipilih dan Vref merupakan tegangan referensi. Jika hasil ADC = 000H, maka menunjukkan tegangan input sebesar 0V, jika hasil ADC = 3FFH menunjukkan tegangan input sebesar tegangan referensi dikurangi 1 LSB. Sebagai contoh, jika diberikan Vin sebesar 0.2 V dengan Vref 5 V, maka hasil konversi ADC ialah 41. Jika menggunakan differensial channel, hasilnya ialah 40.96, yang bila digenapkan bisa sekitar 39,40,41 karena ketelitian ADC ATmega 16 sebesar +- 2 LSB. Jika yang digunakan saluran diferensial, maka hasilnya ialah ADC = (Vpos-Vneg) x 512/Vref. Dimana Vpos ialah tegangan pada input pin positif. Vneg ialah tegangan input pada pin negatif, gain ialah faktor penguatan dan Vref ialah tegangan referensi yang digunakan. Berikut ini gambar 2.5 adalah gambar dari cara mengkonfigurasi fasilitas ADC pada CodeVision AVR.
Tabel 2.3 Susunan Kaki LCD Nama Deskripsi Port Pin 1 VCC +5V VCC 2 GND 0 V GND 3 VEE Tegangan Kontras LCD 4 RS Register select, PD7 0=Input Instruksi, 1=Input Data 5 R/W 1=Read, PD5 0=Write 6 E Enable Clock PD6 7 D4 Data Bus 4 PC4 8 D5 Data Bus 5 PC5 9 D6 Data Bus 6 PC6 10 D7 Data Bus 7 PC7 11 Anode Tegangan Positif backlight 12 Katode Tegangan Negatif backlight
No
Gambar 2.5 Konfigurasi ADC Dengan mencentang ADC Enabled akan mengaktifkan on-chip ADC. Dengan mencentang Use 8 bits, maka hanya 8 bit terpenting yang digunakan. Hasil konversi 10 bit dapat dibaca pada ADC Data Registers ADCH dan ADCL. Misalnya, jika hasil konversi ADC bernilai 54(36H), dalam 10 bit biner ditulis dengan 00 0011 0110B. Jika dalam format right adjusted (ADLAR = 0), maka I/O register ADCH berisi 0000 0000B(00H) dan I/O register ADCL berisi 0011 0110B (36H). 2.3 Liquid Crystal Display (LCD) Liquid Crystal Display (LCD) adalah modul penampil yang banyak digunakan karena tampilannya menarik. LCD pada gambar yang paling banyak digunakan saat ini ialah LCD M1632 refurbish karena harganya cukup murah. LCD 14 M1632 merupakan modul LCD dengan tampilan 2x16 (2 baris x 16 kolom) dengan konsumsi daya rendah. Modul tersebut dilengkapi dengan mikrokontroler yang didesain khusus untuk mengendalikan LCD.
Gambar 2.6 Contoh LCD 2x16
2.4 Bahasa Pemrograman (Bahasa C) Bahasa C diciptakan oleh Dennis Ritchie tahun 1972 di Bell Laboratories. Kelebihan Bahasa C : Bahasa C tersedia hampir di semua jenis computer. Kode bahasa C sifatnya adalah portable dan fleksibel untuk semua jenis computer. Bahasa C hanya menyediakan sedikit kata-kata kunci. hanya terdapat 32 kata kunci. Proses executable program bahasa C lebih cepat Dukungan pustaka yang banyak. C adalah bahasa yang terstruktur Bahasa C termasuk bahasa tingkat menengah
Penempatan ini hanya menegaskan bahwa c bukan bahasa pemrograman yang berorientasi pada mesin. yang merupakan ciri bahasa tingkat rendah. Melainkan berorientasi pada obyek tetapi dapat dinterprestasikan oleh mesin dengan cepat. secepat bahasa mesin. inilah salah satu kelebihan c yaitu memiliki kemudahan dalam menyusun programnya semudah bahasa tingkat tinggi namun dalam mengesekusi program secepat bahasa tingkat rendah. Kekurangan Bahasa C : Banyaknya operator serta fleksibilitas penulisan program kadang-kadang membingungkan pemakai. Bagi pemula pada umumnya akan kesulitan menggunakan pointer. BAB III PERANCANGAN PEMBUATAN ALAT
DAN
Pada Bab ini menjelaskan secara detail tentang perancangan dan pembuatan perangkat keras (hardware), serta pembuatan perangkat lunak (software) yang mendukung kinerja erangkat keras (hardware).
Gambar 3.1 Flowchart Pengerjaan Tugas Akhir 3.1 Hardware dan Software Eksperimen Tugas Akhir Hardware dan software yang digunakan untuk menunjang
perancangan dan pembuatan tugas akhir antara lain : a. Hardware : Mikrokontroller Atmega 8535 LCD 2x16 Power Supply Kabel USB RS232 dan DB9 b. Software : CodeVision AVR Visual Basic 6 MySQL 3.2 Perancangan Catu Daya Catu daya (power supply) digunakan sebagai sumber tenaga yang dibutuhkan suatu rangkaian elektronika untuk bekerja. Besarnya power supply ini tergantung oleh spesifikasi dari komponen masing–masing. Dimanapada perancanganini power supply digunakan untuk mensupply rangkaian minimum system. Secara umum pada rangkaian power supply kita sering menggunakan IC regulator untuk mengontrol tegangan yang kita inginkan. Regulator tegangan menjadi sangat penting gunanya apabila kita mengaplikasikan system power tersebut untuk rangkaian – rangkaian yang membutuhkan tegangan yang sangat stabil. Misalkan untuk sistem digital, terutama untuk Minimum system (Mikroprosesor atau Mikrokontroler) yang sangat membutuhkan tegangan dan arus yang sangat stabil.IC regulator yang umum digunakan untuk, mengontrol tegangan adalah IC keluarga 78XX. IC ini dapat mengontrol tegangan dengan baik. Keluaran tegangan yang diinginkan tinggal melihat tipe yang ada. Misalkan tipe 7805 dapat memberikan keluaran tegangan 5 Volt dengan toleransi +1, dengan arus keluaran maksimal 1500 mA. 3.3
Rangkaian Tegangan 5 Volt
Rangkaian ini merupakan aplikasi dari regulator tegangan IC 7805, yang dapat mengeluarkan tegangan 5 Volt Dc. Rangkaian ini dibangun dari beberapa komponen yakni, dioda 1N 4002 yang merupakan dioda yang dapat melewatkan arus maksimal 2 Ampere, selain itu dioda ini juga berfungsi untuk menjadikan sinyal AC sinusoidal yang melewatinya menjadi sinyal DC setengah gelombang. Kemudian selain itu dibangun oleh kapasitor yang berfungsi untuk memperhalus sinyal DC keluaran dari dioda. Setelah itu sinyal DC keluaran dari kapasitor akan di inputkan pada regulator 7805. Hasil keluaran dari IC 7805 adalah tegangan 5 Volt dengan arus 1,5 A. Rangkaian ini nantinya akan digunakan untuk memberikan tegangan untuk rangkaian minimum system mikrokontroler, rangkaian serial dan rangkaian sensor.
Gambar 3.2 Rangkaian power supply 5 Volt 3.4 Rangkaian Tegangan 12 Volt Rangkaian ini merupakan aplikasi dari regulator tegangan IC 7809, yang dapat mengeluarkan tegangan 12 Volt DC. Rangkaian ini dibangun dari beberapa komponen yakni, dioda 1N 4002 yang merupakan dioda yang dapat melewatkan arus maksimal 2 Ampere, selain itu dioda ini juga berfungsi untuk menjadikan sinyal AC sinusoidal yang melewatinya menjadi sinyal DC setengah gelombang. Kemudian selain itu dibangun oleh kapasitor yang berfungsi untuk
memperhalus sinyal DC keluaran dari dioda. Setelah itu sinyal DC keluaran dari kapasitor akan di inputkan pada regulator 78012. Hasil keluaran dari IC 78012 adalah tegangan 12 Volt dengan arus 2,5 A.
Gambar 3.3 Rangkaian power supply 12 Volt 3.5 Perancangan Software Perancangan software digunakan untuk mendukung kerja dari perangkat hardware. Perancangan software ini dibuat dengan menggunakan program CodeVision AVR untuk pemrograman mikrokontroller Atmega 8535, Visual Basic sebagai interface di PC/Laptop, dan MySQL untuk menyimpan (record) data yang ditampilkan pada Visual Basic dengan menggunakan fasiltas ADODC. BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA DATA Perancangan dan pembuatan sistem Human Machine Interface (HMI) pada pembangkit listrik tenaga mikrohidro, maka perlu dilakukan pengujian terhadap alat yang sudah dibuat, dan diintegrasikan antara hardware dan software, serta melakukan analisa secara menyeluruh terhadap hasil pengujian tersebut. Hal ini dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui performansi sistem secara keseluruhan. Pengujian sistem secara keseluruhan dilakukan pada perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software). Mekanisme kerja pada sistem Human Machine Interface (HMI) pada mini-plantpembangkit listrik tenaga
mikrohidro berdasarkan tampilan data pengukuran kecepatan motor, lever air, dan tegangan yang berada pada minicontrol room. Dimana keluaran dari sensor untuk tegangan, motor, dan level atau sinyal analog yang kemudian masuk ke port ADC untuk dikonversi menjadi data digital yaitu 0-255 bit. Setelah data analog dikonversi ke data digital maka akan diolah oleh mikrokontroler, maka hasil pengukuran tersebut akan ditampilkan pada LCD berupa pengukuran digital dan memberikan perintah berupa eksekusi melalui rangkaian relay. 4.1 Pengujian Komponen Seluruh komponen elektronika yang disusun dalam perancangan alat ini akan dilakukan pengujian, agar nantinya dapat diketahui keakuratan dan kepresisian masing-masing komponen. 4.2 Pengujian Rangkaian Power Supply Rangkaian power supply ini terdiri dari rasngkaian power supply keluaran 12 volt dan keluaran 5 volt untuk mengetahui komponen filter tegangan dari kapasitor dan regulator yang ada dalam rangkaian power supply. Tabel 4.1 Data hasil pengujian pada power supplay 5 volt Tegangan Tegangan No. Pengukuran Supply (V) (V) 1 5 5.02 2 5 5.01 3 5 5.01 4 5 4.98 5 5 4.99 Jumlah 25.01 Rata – rata 5.00 Dari data diatas tegangan pengukuran dari alat stabil dikarenakan
adanya komponen filter tegangan seperti regulator dan juga kapasitor, data di atas merupakan tabel dari power supply 5 volt. Namun dapat digunakan untuk mengaktifkan mikrokontroller ATmega 8535. Tabel 4.2 Data hasil pengujian pada power supply 12 volt Tegangan Tegangan No. Pengukuran Supply (V) (V) 1 12 11.97 2 12 11.99 3 12 11.98 4 12 12.01 5 12 12.00 Jumlah 59.95 Rata – rata 11.99 Dari data diatas tegangan pengukuran dari alat stabil dikarenakan adanya komponen filter tegangan seperti regulator dan juga kapasitor. data di atas merupakan tabel dari power supply 12 volt. Namun dapat digunakan untuk mengaktifkan rangkaian minimum sistem mikrokontroler ATMega 8535 Tabel 4.3 Data hasil monitoring Motor Tegangan Level No (RPS) (Volt) (Cm) 1 24 14 60 2 31 21 70 3 27 22 68 4 25 22 65 5 23 22 63 6 24 21 61 7 21 22 59 8 22 21 57 9 20 24 55 10 23 18 53
Gambar 4.1 Respon level air
Gambar 4.2 Respon tegangan
Gambar 4.3 Respon motor 4.3 Analisa data Pada eksperimen diatas untuk mengaktfikan mikrokontroller ATmega 8535 membutuhkan power supply, dimana power supply yang digunakan yaitu menggunakan transformator sebesar 2A dan menghasilkan tegangan keluaran sebesar 12 V dan 5 V. Pada Tabel 4.1 Data hasil pengujian pada power supply yang tegangan keluarannya sebesar 5 Volt dilakukan pengambilan data sebanyak 5 kali yaitu 5.02 Volt, 5.01 Volt, 5.01 Volt, 4.98 Volt, dan 4.99 Volt. Ketika melakukan pengujian, variabel proses
yang diperoleh dari motor, tegangan, dan level. Pengambilan data dilakukan sebanyak 10 kali dari tiap variabel proses. Dimana data yang diperoleh pada motor yang diketahui dengan satuan RPS (Rotation Per Second) yaitu 24, 31, 27, 25, 23, 24, 21, 22, 20, dan 23. Pada data tegangan (volt) yang diperoleh yaitu 14, 21, 22, 22, 22, 21, 22, 21, 24, dan 18. Sedangkan pada data level (cm) yang diperoleh yaitu 60, 70, 68, 65, 63, 61, 59, 57, 55, dan 53. Namun dari hasil monitoring pada variabel proses motor, tegangan, dan level terdapat ketidaksamaan data yang ditampilkan antara LCD pada mikrokontroller ATmega 8535 dengan interface pada Visual Basic. Dikarenakan pembacaan pada interface Visual Basic sangat lambat dan terlalu besar error yang dihasilkan. Tidak hanya itu, penyimpanan data variabel proses yang disimpan pada Visual Basic terlalu cepat sehingga terdapat pada grafik data yang menurun drastis. Dimana hasil monitoring pada gambar grafik level air menampilkan data penambahan air pada dam buatan, dimana data level tersebut menggunakan sensor ultrasonic sehingga dapat membaca level pada dam tersebut. Pada gambar gafik tegangan didapatkan grafik yang mengalami sedikit perubahan pada range 18-24 Volt. Sedangkan pada gambar grafik motor mengalami kenaikan nilai kecepatan motor seiring dengan seberapa besar gerbang dam yang dibuka. BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan
Berdasarkan eksperimen yang telah telah dilakukan pada Sistem Human Machine Interface (HMI) MiniPlant Pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro yang menggunakan mikrokontroller ATmega 8535 Skala
Laboratorium di Workshop Instrumentasi, maka dapat disimpulkan bahwa :
1. Data puncak yang diperoleh dari variabel proses motor, tegangan, dan level masing-masing sebesar 31 rps, 24 Volt, dan 70 cm. 2. Proses penyimpanan data pada Visual Basic yang dikoneksikan dengan MySQL dibutuhkan waktu 1 detik.
5.2 Saran Berdasarkan Sistem Human Machine Interface (HMI) Pada Miniplant Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro Skala Laboratorium di Workshop Instrumentasi perlu diperhatikan bahwa pada HMI lebih baik database menggunakan Microsoft Access karena dengan mudah dapat diliat tabel hasil penyimpanan data yang diperoleh. DAFTAR PUSTAKA Christanto, S.T. Pusporini, Kris, S.T, M.T, “Panduan Dasar Mikrokontroler Keluarga AVR ATmega 8535”, Innovative Electronic, Surabaya, 2004. Eko Putra, Agfianto, “Belajar Mikrokontroler ATmega 8535” Gaya Media, 2002. http://id.wikipedia.org/wiki/MySQL “diakses pada tanggal 20 Juni 2012” http://npx21.blog.uns.ac.id/2010/07/17/atm ega8535/ “diakses pada tanggal 18 Juni 2012”
