RANCANG BANGUN PROTOTYPE EFISIENSI PEMAKAIAN ENERGI LISTRIK DENGAN MIKROKONTROLER AT89S51 UNTUK OPERASI ESKALATOR LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III
PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI
oleh : 1. ADE IRMAWATI DAELY 2. DEBBY CRISSELLA BR MAHA 3. MERLIN A.S
NIM : 1005051002 NIM : 1005051011 NIM : 1005051033
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2013
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkatNya, yang telah memberikan pengetahuan, kesabaran, dan kesehatan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini. Laporan ini berjudul “Rancang Bangun Prototype Efisiensi Pemakaian Energi Listrik dengan Mikrokontroler AT89S51 untuk Operasi Eskalator”. Tujuan penulisan Laporan Tugas Akhir ini adalah untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan program pendidikan Diploma III Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan. Sesuai dengan judulnya, laporan ini merupakan rancang bangun
penghemat energi
listrik pada eskalator yang dapat membantu mengatasi permasalahan sistem kenyamanan dan penghemat energi listrik dalam penggunaan eskalator. Dalam penyusunan laporan ini, penulis mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak, baik berupa materi, spiritual, informasi serta saran-saran maupun dalam bidang administrasi. Pada kesempatan ini penulis dengan segala kerendahan hati mengucapkan banyak terima kasih kepada : 1. M. Syahruddin, S.T., M.T., selaku Direktur Politeknik Negeri Medan 2. Ir. Gidion Sembiring, M.T, selaku Kepala Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan, 3. Ir. Isman Harianda, M.T., selaku Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Medan, 4. Rihat Sebayang, S.T, M.T., selaku Dosen Pembimbing yang telah membantu penulis dalam penyelesaian Laporan Tugas Akhir ini, 5. Darwis A.R, S.T., yang telah meluangkan waktu dalam memberikan saran dan petunjuk, 6. Seluruh Dosen Staf Pengajar dan Pegawai Jurusan Teknik Mesin yang ikut serta membimbing dan membantu penulis,
7. Kedua Orangtua penulis, Ayahanda tersayang Johari Maha dan Ibunda tersayang Alm. Gloria Br Barus atas kasih sayang yang tiada henti, yang telah memberikan doa dan dukungannya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, 8. Adikku tersayang, Putra Joma Maha yang telah memberikan doa dan dukungannya, 9. Pangeran Reza Sidabutar, atas doa dan dukungannya, 10. Teman-teman satu Tugas Akhir, Ade Irmawati Daely, Merlin Alister Samosir, atas kerjasama dan dukungannya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, 11. Teman-teman seperjuangan di kelas EN-6B angkatan 2010. Terimakasih untuk semua kenangan selama berkuliah, 12. Adikku Mitra Kasih Maruhawa, terimakasih telah bersedia menjadi adik yang peduli, 13. Semua pihak yang telah membantu penulis baik dukungan materil, spirit, dan dukungan doanya untuk penulis. Penulis menyadari bahwa tuhas akhir ini masih banyak kekurangan dari segi sistematika maupun refrensi berhubung karena keterbatasan waktu, pengetahuan dan tenaga. Untuk itu diharapkan partisipasi semua pihak dalma menyumbangkan pikiran atau ide demi perbaikan ke arah yang lebih sempurna. Semoga laporan ini bermamfaat bagi kita semua yang membacanya.
Medan, Agustus 2013 Hormat Penulis,
Debby Crissella Br Maha 1005051011
DAFTAR ISI
JUDUL SPESIFIKASI TUGAS AKHIR .................................................................
i
LEMBAR PERSETUJUAN ........................................................................
ii
LEMBAR PENGESAHAN..........................................................................
iii
KATA PENGANTAR ..................................................................................
iv
DAFTAR ISI ................................................................................................
vi
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................
ix
DAFTAR TABEL ........................................................................................
xi
INTISARI .....................................................................................................
xii
ABSTRACT .................................................................................................
xiii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah ...............................................................
1
1.2 Batasan Masalah ...........................................................................
2
1.3 Maksud dan Tujuan ......................................................................
2
1.4 Manfaat ........................................................................................
3
1.5 Metodologi Penulisan dan Perencanaan .......................................
3
1.6 Sistematika Penulisan ...................................................................
3
BAB II DASAR TEORI 2.1 Mikrokontroler..............................................................................
5
2.1.1 Mikrokontroler AT89S51 ...................................................
5
2.1.1.1 Deskripsi ................................................................
5
2.1.1.2 Konfigurasi Pin Mikrokontroler AT89S51............
7
2.1.1.3 Interupsi ................................................................
10
2.1.1.3.1 mengaktifkan interupsi………………………
11
2.1.1.3.2 sumber interupsi MCS51 ( AT89S51)……...
13
2.2 Komparator ................................................................................
14
2.2.1 Rangkaian Komparator Tegangan Sederhana...................
14
2.2.2
Rangkaian Komparator Tegangan dengan Histerisis.....
15
2.3 Motor DC ...................................................................................
15
2.3.1 Prinsip kerja motor dc
..................................................
16
2.4 Infra Red ...................................................................................
19
2.5 Photodioda .................................................................................
20
2.6 Resistor ...................................................................................... 2.7 Transistor.................................................................................... 2.8 Relay..........................................................................................
22 24 25
2.9 Optocoupler ................................................................................
27
2.10 Dioda ........................................................................................ 2.11 Kapasitor................................................................................... 2.12 IC Regulator ............................................................................ 2.13 Kristal ...................................................................................... BAB III PERANCANGAN ALAT
29 31 33 35
3.1 Blok Diagram dan Prinsip Kerja.................................................
38
3.1.1 Blok Diagram....................................................................
38
3.1.2 Prinsip Kerja ....................................................................
39
3.2 Perancangan Alat......................................................................
39
3.2.1 Rangkaian Catu Daya .......................................................
39
3.2.2 RangkaianSensor...............................................................
41
3.2.3 Rangkaian Mikrokontroler AT89S51...............................
42
3.2.4 Rangkaian Relay...............................................................
43
3.2.5 Spesifikasi Motor DC.......................................................
45
3.3 Alat dan Bahan yang digunakan ................................................
46
3.3.1 Alat yang digunakan........................................................
46
3.3.2 Bahan dan Komponen yang digunakan...........................
47
3.4 Perancangan Waktu Kerja Eskalator.......................................
48
3.5 Perancangan Diagram Alir Program ........................................
50
3.6 Uraian Kerja Alat ....................................................................
50
BAB IV PENGUJIAN ALAT 4.1 Pengujian Rangkaian Power Supply.........................................
53
4.2 Pengujian Rangkaian Mikrokontroler AT89S51......................
53
4.3 Pengujian dan analisa software ...............................................
55
4.4 Metode Pegujian.......................................................................
57
4.5 Analisa Data………………………………………………….
58
BAB V PENUTUP 5.1 Simpulan...................................................................................
67
5.2 Saran.........................................................................................
67
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 (a) Konfigurasi Pin…………………………………………………….
10
(b) Bentuk Fisik Mikrokontroler AT89S51 …………………………. 10 Gambar 2.2 Bagan kerja prosesor menjalankan interupsi…………………………. 11 Gambar 2.3 Rangkaian komparator tegangan sederhana………………………….
14
Gambar 2.4 Motor DC Sederhana………………………………………………..
16
Gambar 2.5 Medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor……………………………………………………………. Gambar 2.6 Gambar reaksi garis fuks……………………………………………..
17 17
Gambar 2.7 Tempat berlangsungnya proses perubahan energi…………………….. 19 Gambar 2.8 Resistor……………………………………………………………….
22
Gambar 2.9 Kode warna resistor………………………………………………….
24
Gambar 2.10 Transistor NPN dan PNP…………………………………………….
25
Gambar 2.11 Relay…………………………………………………………………
26
Gambar 2.12 Rangkaian dasar optocoupler............................................................... 29 Gambar 2.13 Simbol dioda…………………………………………………………
29
Gambar2.14 Rangkaian regulator tegangan IC 7805 dan7905 …………………..
35
DAFTAR TABEL halaman Tabel 2.1 Fungsi Khusus Port……………………………………………… 8 Tabel 2.2 Fungsi sumber interupsi ………………………………………… 12 Tabel 3.1 Peralatan yang digunakan pada rancang bangun………………… 47 Tabel 3.2 Bahan dan komponen yang digunakan ………………………….. 48 Tabel 4.1 Data Hasil Pengukuran Output Mikrokontroler AT89S51……… 55 Tabel 4.2 Perbandingan Daya dan Biaya antara Eskalator tanpa beban dan dengan beban.......................................................................... 66
INTISARI Eskalator adalah alat yang dapat membantu masyarakat yang bertujuan untuk menghemat tenaga dan waktu, baik di dalam perkantoran maupun perbelanjaan (mall), tetapi dalam segi kelistrikan itu akan membuat suatu pengeluaran energi listrik akan terlampau boros dikarenakan eskalator berjalan terus. Maka dibuatlah pengontrolan dengan menggunakan Mikrokontroler AT89S51. Tujuan pembuatan alat ini adalah untuk menghemat pemakaian listrik pada waktu menggunakan eskalator. Alat ini dirancang menggunakan sistem sensor otomatis rangkaian elektronika dengan komponen utama fotoelektrik. Dari hasil pengujian diperoleh tegangan dan arus motor dengan menggunakan beban sebesar 11,06 V dan 0,0159 A sedangkan tegangan dan arus motor tanpa beban sebesar 18,51 V dan 0,0144 A. Maka energi listrik yang digunakan dalam 1 hari dengan beban adalah 0.00309496 KWh sedangkan tanpa beban adalah 0,00637056 KWh.
Kata kunci: Eskalator, Mikrokontroler AT89S51, Sensor
ABSTRACT Escalator is a toll that can help people who aims to save energy and time, both in offices and shopping (mall), but in terms of electricity it would make an expenditure of electrical energy would be too wasteful in because the escalator goes on. Than be made controlled with use the microcontroller AT89S51. The purpose of making this tool is to save power consumption when using be escalator. This is designed using automated sensor system with major components electronic photoelectric sensor. Result of trialed be found a strain and a current of motor with load are 11,06 V and 0,0159 A. While a strain and a current of motor without load are 18,51 V and 0,0144 A. With the result that, electrical energy who used is 0,00309496 Kwh in with load and 0,00637056 Kwh in without load. Keywords: Escalator, Microcontroller AT89S51, Sensor
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah Pada saat ini teknologi memiliki peranan yang sangat penting untuk kemajuan manusia, terutama teknologi yang bermacam-macam
sesuai
bidangnya. Sekarang ini banyak bangunan atau gedung yaitu perkantoran, tempat perbelanjaan, apartemen, hotel berbintang. Sebagian besar gedunggedung mencapai ketinggian hingga empat lantai. Namun seiring kemajuan teknologi hal tersebut bukanlah penghalang lagi untuk berbagai alasan instansi, karena kini gedung-gedung tinggi khususnya didaerah kota dipermudah dengan menggunakan eskalator. Eskalator adalah salah satu transportasi vertikal berupa konveyor untuk mengangkut orang, yang terdiri dari tangga terpisah yang dapat bergerak ke atas dan ke bawah mengikuti garis yang berupa rail atau rantai yang digerakkan oleh motor. Tangga berjalan ini dirancang untuk mengangkut orang dari bawah ke atas atau sebaliknya untuk jarak yang pendek. Tetapi tanpa keberadaan dan keberdayaan energi listrik akan menghambat semua aktivitas tersebut. Gagasan dari penulis berupaya memberikan sebuah solusi penanganan kondisi penghemat energi listrik dengan membuat sistem penghemat energi listrik pada eskalator bersifat otomatis. Dengan penggunaan alat penghemat listrik merupakan solusi yang dapat mengatasi masalah tersebut, yang diprogram secara kompleks sesuai dengan kondisi letaknya tersebut. Berdasarkan gagasan di atas, maka muncul sebuah ide untuk merancang sebuah sistem yang mampu menjalankan fungsi-fungsi di atas. Sehingga tercipta teknologi yang baru dan lebih berguna bagi pihak manapun terutama industri maupun sarana dan prasarana.
Penulis membuat sebuah judul realisasi proyeksi tugas akhir, yang berjudul “RANCANG
BANGUN
ENERGI
LISTRIK
PROTOTYPE
EFISIENSI
DENGAN
PEMAKAIAN
MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLER AT89S51 UNTUK OPERASI ESKALATOR”. Alat ini diharapkan
dapat membantu mengatasi permasalahan sistem
kenyamanan dan penghemat energi listrik dalam penggunaan eskalator.
1.2. Batasan masalah Karena keterbatasan pengetahuan dan pengalaman kami dalam hal perancangan dan pembuatan alat ini, maka kami membuat batasan-batasan masalah sebagai berikut: 1. Alat ini terbuat dari rangkaian miniatur. 2. Perancangan dan pembuatan sistem penghemat energi listrik pada eskalator merupakan sistem yang berbasis Mikrokontroler AT89S51 3. Sebagai pendeteksi orang yang melintasi pada eskalator digunakan sensor foto listrik.
1.3. Maksud dan Tujuan Maksud dan tujuan dari pembuatan tugas akhir ini adalah: 1. Merancang dan membuat sistem penghemat energi listrik pada eskalator. 2. Mengetahui dan memahami pemakaian mikrokontroler secara umum dan sensor-sensor, komponen yang terdapat pada pembuatan tugas akhir ini. 3. Sebagai syarat untuk menyelesaikan perkuliahan di Politeknik Negeri Medan.
1.4. Manfaat
Tugas akhir ini diharapkan bermanfaat untuk: 1. Mahasiswa meneliti dan mengembangkan proyek yang sama. 2. Masyarakat dengan gelombang terpelajar dan pelaku akademis yang hobby mikrokontroler dan dunia elektronik. 3. Bagi penulis, dimana dapat membahas pengetahuan yang banyak dan pengalaman di bidang mikrokontroler dan pembangunan konsep elektronik yang otomatis.
1.5. Metodologi Penulisan dan Perencanaan Dalam penulisan tugas akhir ini penulis mengumpulkan data yang dilakukan sebagai berikut: 1. Pengumpulan data dengan cara melakukan studi kepustakaan dengan jalan mencari buku-buku atau informasi yang berhubungan dengan alat ini. 2. Mengadakan konsultasi dan arahan/bimbingan dari dosen pembimbing serta sumber-sumber yang dapat dijadikan sebagai acuan dan perbandingan dalam merancang alat ini. 3. Mencari data-data yang diperlukan dalam pembuatan proyek ini dengan menggunakan fasilitas internet.
1.6 Sistematika Penulisan Adapun yang akan menjadi sistematika pembahasan yang akan menjadi sistematika pembahasan yang akan digunakan dalam penulisan laporan tugas akhir adalah sebagai berikut: BAB I PENDAHULUAN Pada bab ini akan berisi latar belakang, tujuan, manfaat, batasan masalah, metode penelitian rancangan dan sistematika penulisan. BAB II DASAR TEORI Pada bab ini akan dibahas mengenai dasar teori dan teori terapan dari komponen yang digunakan dalam rangkaian keseluruhan sistem elektronik
dan mekanik. Literatur-literatur yang mendukung akan disertakan untuk pemahaman yang baik. BAB III PERANCANGAN SISTEM Pada bab ini akan dibahas mengenai langkah-langkah perancangan sistem elektronik dan mekanik berdasarkan sistematika blok diagram yang telah disertakan. BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS Pada bab ini akan dibahas mengenai pengujian dari komponen sistem yang ada berdasarkan spesifikasi komponen. Pengujian sensor terhadap variabel objek dan besaran yang berbeda untuk mendapatkan data. Data yang telah didapatkan akan diolah menjadi simpulan berbentuk data sistematik. BAB V PENUTUP Pada bab ini akan dibahas tentang kesimpulan dari hasil pengujian sistem dan data hasil pengujian, saran yang akan datang setelah realisasi rancangan dan pembuatan ini selesai.
