SOLAR CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU JALAN BERBASIS FIELD PROGRAMMABLE GATE ARRAY (FPGA)
SKRIPSI
Oleh : Iswahyudi 201310130312167
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG 2015 i
LEMBAR PERSETUJUAN
SOLAR CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU JALAN BERBASIS FIELD PROGRAMMABLE GATE ARRAY (FPGA)
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1) Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh: Iswahyudi 201310130312167
Diperiksa dan disetujui oleh: Pembimbing I
Pembimbing II
Ir. Diding Suhardi, MT NIDN: 706066501
Machmud Effendi, ST, M.Eng NIDN: 715067402
ii
LEMBAR PENGESAHAN Solar Cell Charging 2 Baterai Lampu Jalan Berbasis Field Programmable Gate Array (FPGA) Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1) Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang Disusun Oleh: Iswahyudi 201310130312167 Tanggal Ujian Periode Wisuda
: 10 Agustus 2015 : Oktober
Disusun Oleh:
1. Ir. Diding Suhardi, MT NIDN. 706066501
Pembimbing I.
2. Machmud Effendi, ST, M.Eng NIDN. 715067402
Pembimbing II.
3. Dr. Zulfatman, ST, M.Eng NIDN. 709117804
Penguji I.
4. Khusnul Hidayat, ST NIDN.
Penguji II.
Mengetahui, Ketua Jurusan Teknik Elektro
Ir. Nur Alif Mardiyah, MT NIDN. 0718036502
iii
LEMBAR PERNYATAAN Yang bertanda tangan dibawah ini : NAMA
: ISWAHYUDI
Tempat/Tgl Lahir
: Tamban, 15 Juni 1991
NIM
: 201310130312167
FAK./JUR.
: TEKNIK/ELEKTRO
Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir saya dengan judul “SOLAR
CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU JALAN BERBASIS FIELD PROGRAMMABLE GATE ARRAY (FPGA)” beserta seluruh isinya adalah karya saya sendiri dan bukan merupakan karya tulis orang lain, baik sebagian maupun seluruhnya, kecuali dalam bentuk kutipan yang telah disebutkan sumbernya. Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya. Apabila kemudian ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam karya saya ini, atau ada klaim dari pihak lain terhadap keaslian karya saya ini maka saya siap menanggung segala bentuk resiko/sanksi yang berlaku Malang, 13 Agustus 2015 Yang Membuat Pernyataan
(Iswahyudi) Mengetahui, Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
Ir. Diding Suhardi, MT NIDN. 706066501
Machmud Effendi, ST, M.Eng NIDN. 715067402
iv
ABSTRAK
Dewasa
ini baterai penyimpanan merupakan salah satu
media
penyimpanan energi listrik yang banyak manfaat dalam kehidupan sehari-hari. Termasuk sistem kelistrikan sepeda motor, mobil, mengemudi stater dinamo, lampu jalan, dll Penyimpanan baterai memiliki nilai tegangan v-min (tegangan minimum) dan v-max (tegangan maksimum) yang harus diperhatikan saat proses pemakaian baterai. Kadang-kadang kita menggunakan baterai penyimpanan hingga melampaui minimum v-menit atau melebihi tegangan v-max saat pengisian. Kondisi ini jika dibiarkan terus akan berdampak pada ketahanan dan daya tahan baterai penyimpanan. Sistem ini dapat membatasi penggunaan baterai penyimpanan jika tegangan baterai baterai telah mencapai v-min selama penggunaan dan pengisian pemutus tegangan ketika baterai penyimpanan telah mencapai v-max. Dengan sistem kontrol ini diharapkan penggunaan baterai penyimpanan dapat diatur secara otomatis oleh FPGA (FPGA) yang akan meningkatkan masa pakai baterai dari baterai. FPGA sini akan bertindak sebagai pusat penghubung dan saklar kontrol breaker pada sel surya, atau pada lampu jalan
Kata kunci : FPGA, discharging, charging, baterai,saklar, v-min, v-max.
v
ABSTRACT
Nowday, storage battery is one of the electrical energy storage media which has a lot of benefits in daily use. Including the electrical system of the motorcycle, car, driving dynamo stater, street lights, etc. Storage battery has a voltage value v-min (minimum voltage) and v-max (maximum voltage) that should be noticed when the process of discharging the battery. Sometimes we use a storage battery up beyond the minimum v-min or exceed the v-max voltage while charging. This condition may cause the resilience and durability of the storage battery. Moreover,this is may limit the use of the storage battery if the battery voltage of the battery has reached a v-min during use and charging voltage breakers when the storage battery has reached the v-max. With this control system it is expected that the use of storage battery can be set automatically by field programmable gate array (FPGA) which will increase the lifetime of the battery. FPGA here will act as a liaison center and breaker control switch on the solar cell, or on the street lamps.
Keyword: FPGA, discharging, charging, battery, saklar, v-min, v-max.
vi
LEMBAR PERSEMBAHAN
Puji syukur kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1.
Bapak Ir. Diding Suhardi, MT dan Bapak Machmud Effendi, ST, M.Eng selaku pembimbing tugas akhir.
2.
Bapak Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang.
3.
Ibu Ir. Nur Alif Mardiyah, MT Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang.
4.
Seluruh dosen Elektro Universitas Muhammadiyah Malang yang mengajari ilmu dan pengalaman di dunia elektro masa kini.
5.
Kedua orang tua yang sabar membimbing saya untuk belajar ilmu elektro di Malang.
6.
Teman-teman satu angkatan 2013 alihjenjang POLIBAN.
7.
Sahabat teknik elektro angkatan 2010, Rekan P2KK, dan KKN.
vii
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT. Atas limpahan rahmat dan hidayah-NYA sehingga peneliti dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul : ” SOLAR CELL CHARGING 2 BATERAI LAMPU JALAN
BERBASIS FIELD PROGRAMMABLE GATE ARRAY (FPGA)” Di dalam tulisan ini disajikan pokok-pokok bahasan yang meliputi pembacaan besaran tegangan dan arus pada baterai serta kendali relay, dan penggunaan FPGA sebagai kontroler utama. Peneliti menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih banyak kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena itu peneliti mengharapkan saran yang membangun agar tulisan ini bermanfaat bagi berkembangan ilmu pengetahuan kedepan.
Malang, 13 Agustus 2015
Penulis
viii
DAFTAR ISI Halaman LEMBAR JUDUL .........................................................................................i LEMBAR PERSETUJUAN ......................................................................... ii LEMBAR PENGESAHAN ......................................................................... iii SURAT PERNYATAAN ............................................................................. iv ABSTRAK
................................................................................................. v
LEMBAR PERSEMBAHAN ......................................................................vii KATA PENGANTAR ............................................................................... viii DAFTAR ISI ................................................................................................ ix DAFTAR GAMBAR ..................................................................................xii DAFTAR TABEL ...................................................................................... xiv BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ............................................................................ 1 1.2 Rumusan Masalah ....................................................................... 1 1.3 Tujuan ......................................................................................... 2 1.4 Batasan Masalah ......................................................................... 2 1.5 Metodologi Penelitian .................................................................. 2 BAB II. DASAR TEORI 2.1 Tegangan .................................................................................... 4 2.2 FPGA ........................................................................................... 5 2.3 IC FPGA Spartan 3E Family ........................................................ 6 2.3.1 Fitur Board Starter Kit Spartan 3E .................................. 7 2.3.2 Mikrokontroller Microblaze ............................................ 8 2.3.2.1 Fitur Microblaze ....................................................... 8 2.4 Xilinx ISE Webpack 14.5 ........................................................... 10
ix
2.5 Panel Surya ................................................................................ 11 2.6 Komparator ................................................................................ 14 2.7 Relay ......................................................................................... 15 2.8 Baterai ....................................................................................... 18 2.9 Diode ......................................................................................... 20 2.10 DT Sense Light Sensor ............................................................. 23 BAB III. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT 3.1 Perancangan Hardware .............................................................. 25 3.1.1 DT Sense Light Sensor ................................................... 25 3.1.2 DT Relay Modul ............................................................. 26 3.1.3 2 Buah Baterai Aki Panasonic ........................................ 27 3.1.4 Lampu DC ..................................................................... 29 3.1.5 Solar Cell HGD 50W ..................................................... 30 3.1.6 Komparator .................................................................... 30 3.2 Perancangan Software ................................................................ 32 3.2.1 Perancangan Arsitektur .................................................. 34 3.2.2 Perancangan Aplikasi ..................................................... 35 BAB IV. PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Hardware ................................................................................... 38 4.1.1 DT Relay Modul ............................................................ 38 4.1.2 DT Sense Light Sensor ................................................... 39 4.1.3 Solar Cell HGD 50WP ................................................... 40 4.1.4 Modul Spartan 3E .......................................................... 41 4.1.5 Komparator .................................................................... 42 4.2 Pengujian Sistem......................................................................... 43 4.2.1 Sistem Charging ............................................................. 43
x
4.2.2 Sistem Kerja Lampu ...................................................... 44 BAB V . PENUTUP 5.1 Kesimpulan ................................................................................ 45 5.2 Saran .......................................................................................... 45 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
xi
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Diagram blok FPGA Spartan 3E(Xilinx,2006) ............................ 6 Gambar 2.2 Board Starter Kit Spartan 3E(Xilinx,2006) .................................. 8 Gambar 2.3 Diagram blok sistem embedded Mikroblaze prosesor (Xlinx,2006) ................................................................................ 9 Gambar 2.4 Logo Software ISE Xilinx 14.4 (Xilink, 2012) ........................... 10 Gambar 2.5 Panel Surya (Solar World, 2010) ............................................... 12 Gambar 2.6 Rangkaian Komparator Sederhana(setiawan,2013) .................... 14 Gambar 2.7 Rangkaian Komperator Histerisis (siwindarto,2010) .................. 16 Gambar 2.9 Contoh Saklar Relay Mekanik ................................................... 16 Gambar 2.10 Relay posisi Normaly Close (NC) ............................................ 17 Gambar 2.11 Baterai Acu Panasonic 12v 7.2AH(panasonic baterai,2010) ..... 19 Gambar 2.12 simbol dan bentuk fisik diode ................................................... 20 Gambar 2.13 Simbol dari berbagai jenis diode ............................................... 22 Gambar 2.14 Modul DT Sense Light Sensor.................................................. 23 Gambar 3.1 Diagram blok perancangan alat keseluruhan ............................. 24 Gambar 3.2 Modul DT Sense Light Sensor.................................................. 25 Gambar 3.3 Rangkaian DT Sense Light Sensor ............................................ 26 Gambar 3.4 DT Relay Modul ...................................................................... 26 Gambar 3.5 Rangkaian DT Relay Modul ...................................................... 27 Gambar 3.6 Baterai Acu Panasonic .............................................................. 28 Gambar 3.7 Lampu DC 12V 9W HAYASI .................................................. 29
xii
Gambar 3.8 Solar Cell 50WP HGD .............................................................. 30 Gambar 3.9 Port Spartan 3E yang digunakan (Xilinx,2006) .......................... 31 Gambar 3.10 blok digram I/O pada modul spartan 3E .................................. 31 Gambar 3.11 rangkaian komparator pembacaan tegangan pada baterai 1 ...... 32 Gambar 3.12 Flow Chart Baterai 1 ............................................................... 33 Gambar 3.13 Flow Chart Baterai 2 ............................................................. 33 Gambar 3.14 Flow Chart DT Sense Light Sensor ......................................... 34 Gambar 3.15 Menentukan source untuk VHDL ............................................ 34 Gambar 3.16 Source UCF file alamat port modul spartan 3E ........................ 35 Gambar 3.17 progam VHDL awal ............................................................... 35 Gambar 3.18 Pengisian Progam VHDL ........................................................ 36 Gambar 3.19Hasil Coding VHDL ................................................................ 37 Gambar 3.20 Penulisan UCF pada modul I/O spartan 3E .............................. 37 Gambar 4.1 pengujian DT relay modul ......................................................... 39 Gambar 4.2 pengujian DT sense light sensor ................................................ 39 Gambar 4.3 pengujian solar cell HGD 50WP................................................ 40 Gambar 4.4 pengujian modul spartan 3E ...................................................... 41 Gambar 4.5 coding VHDL ........................................................................... 41 Gambar 4.6 pengujian komparator................................................................ 42 Gambar 4.7 blok diagram pengujian sistem .................................................. 43 Gambar 4.8 blok diagram sistem charging .................................................... 43 Gambar 4.9 blok diagram sistem kerja lampu ............................................... 44
xiii
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1 Hasil pengukuran DT relay modul ................................................ 39 Tabel 4.2 hasil pengukuran DT sense light sensor......................................... 40 Tabel 4.3 hasil pengukuran solar sell HGD 50WP ........................................ 40 Tabel 4.4 hasil pengujian modul spartan 3E .................................................. 41 Tabel 4.5 hasil pengujian komparator ........................................................... 42 Tabel 4.6 hasil pengujian sistem charging..................................................... 43 Tabel 4.7 hasil pengujian sistem kerja lampu ................................................ 44
xiv
DAFTAR PUSTAKA
1. Maxfield, C. 2004, The Design Warrior’s Guide to FPGAs. USA
:
Mentor Graphics Corporation and Xilinx, Inc. 2. Microsystems, Allegro , 2012, “Datasheet ACS712”, Worcester. 3. Pedroni, Volnei A (2004), Circuit Design with VHDL, MIT Press Cambridge, assachusetts, London, England. 4. Spartan-IIE
LC Development Board User’s
Guide
version 1.2.
(MEMEC Design, 2004). 5. Sidik, B., Ir., 2000. ”Dasar Pemrograman Web”, CV Informatika : Bandung. 6. Xilinx,2006,”Spartan-3E Starter Kit Board User Guide”,San Francisco. 7. https://id.wikipedia.org/wiki/Tegangan_listrik, diakses 10 juli 2015. 8. https://id.wikipedia.org/wiki/Panel_surya, diakses 10 juli 2015. 9. http://www.indoenergi.com/2012/04/pengertian-panel-surya.html, diakses 20 juli 2015diakses 25 juli 2015. 10. http://solardaya.com/blog/5_jenis-jenis-solar-cell.html,diakses
26
juli
2015. 11. https://id.wikipedia.org/wiki/Diode , diakses 30 juli 2015. 12. http://innovativeelectronics.com/index.php?pg=ie_pdet&idp=159, diakses 27 juli 2015. 13. https://id.wikipedia.org/wiki/Arus_listrik, di akses 10 juli 2015.
xv
