BAB II TINJAUAN PUSTAKAeprints.umm.ac.id/55983/3/BAB II.pdf · 2019. 11. 18. · 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sitem Kendali Sistem kendali merupakan sekumpulan perangkat elektronik

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sitem Kendali

Sistem kendali merupakan sekumpulan perangkat elektronik yang

terhubung sehingga terbentuk sistem secara keseluruhan. Sedangkan kata kontrol

dan juga kendali diartikan sebagai mengatur,mengarahkan, atau perintah. Dari

kedua kata sistem dan kontrol/kendali, sistem kendali adalah suatu komponen

yang dirakit sesuai kebutuhan yang dapat mengatur atau memerintah diri sendiri

dan perangkat lain. (joseph:2011)

Di dunia engineering dan science sistem kendali diartikan untuk sistem

kendali dinamis. Sistem kendali terdiri dari beberapa sub-sistem dan proses yang

disusun untuk mendapatkan keluaran dan kinerja yang diinginkan dari input yang

diberikan.

2.1.1 Macam-macam sistem kendali

a. Sistem Kontrol Lup Terbuka (Open Loop)

Gambar 2.1 Sistem Kontrol Lup Terbuka

(Sumber: Edi Laksono : 1995 : 6)

Pada Gambar 2.1 merupakan sistem OpenLoop Control atau kontrol lup

terbuka merupakan suatu sistem pengeluarannya tidak mempunyai pengaruh

6

terhadap aksi pengontrolan. Jadi pada sistem kontrol lup ini, keluaran tidak diukur

untuk dibandingkan dengan masukan. (Edi Leksono : 1995 : 6)

Ciri-ciri dari sistem kontrol lup terbuka adalah sederhana, harganya dapat

dipercaya, kurang akurat karena tidak dapat koreksi terhadap kesalahan, dan

berbasis waktu. Kelebihan dari sistem kontrol lup terbuka yaitu kontruksinya

sederhana, lebih murah, dan cocok untuk keluaran yang tidak diukur/sulit diukur.

Sedanggkan kekurangannya adalah tidak dapat mengukur keakurasian keluaran

dan memerlukan kalibrasi sesering mungkin untuk menjaga kualitas keluaran.

b. Sistem Kontrol Lup Tertutup

Gambar 2.2 Sistem Kontrol Lup Tertutup

(Sumber: Edi Laksono : 1995 : 4)

Pada gambar 2.2 merupakan Sistem kontrol lup tertutup yaitu sistem

kontrol yang singnal output mempunyai pengaruh langsung pada aksi

pengontrolan.(Edi Leksono: 1995: 4)

• Ciri-ciri sistem kontrol lup tertutup :

a. Inputan (Masukan), merupakan rangsangan yang diberikan untuk sistem

kontrol.

b. Outputan (keluaran), merupakan tanggapan pada sistem kontrol.

c. Beban, yaitu sistem fisis yang dikontrol.

d. Alat kontrol, yaitu rangkaian yang mengontrol beban.

• Keunggulan dari sistem kontrol lup tertutup :

a. Memiliki ketelitian yang tepat

7

b. Dapat mengetahui perubahan pada plant

• Kekurangan sistem kontrol lup tertutup

a. Perawatan lebih susah.

b. Cenderung kearah osilasi.

2.1.2 Sitem Kendali Hybrid/ Charger Controller

Pada dasarnya sistem kendali hybrid yaitu suatu alat yang digunakan untuk

pengisian ulang baterai. Dengan kemajuan teknologi maka ditambahkan

pengatur/controller untuk charger tersebut. Fungsi dari sistem kendali hybrid

adalah untuk mengontrol energi yang masuk ke dalam baterai mencegah dari

overcharging apabila baterai telah penuh, overvoltage dan sesuatu yang dapat

mengurangi umur baterai.(Wati Resita, 2017)

2.2 PWM (Pulsa Width Modulation)

PWM (Pulsa width Modulation) merupakanxteknikxmodulasixyang dapat

mengatur lebar pulsa keluaran. Untuk mikrokontroler pulsa yang dihasilkan

melalui clock internal kemudian dimodulasikan lewat gelombang yang dihasilkan

dari pembangkit.(Sutrisno, 1983) Pada charger controller ini, pulsa dihasilkan

dan diatur dengan menggunakan PWM lewat mikrokontroler agar bisa

menyesuaikan kondisi baterai yang sedang diisi ulang, seperti gambar berikut ini :

Gambar 2.3 Signal PWM

(Sumber: http://embeddedsystemengineering.blogspot.com/2015/08/stm32f4-discovery-

tutorial-10-pwm.html)

8

Pada Gambar 2.3 menjelaskan saat kondisi muatan baterai penuh,

tegangan yang dialirkan ke baterai sangat kecil.

Gambar 2.4 Signal PWM

(Sumber: http://embeddedsystemengineering.blogspot.com/2015/08/stm32f4-discovery-

tutorial-10-pwm.html)

Pada Gambar 2.4 menjelaskan saat kondisi arus baterai akan habis,

tegangan yang dialirkan ke baterai sangat besar.

2.3 Mikrokontroler

Mikrokontroler merupakan alat elektronika digital yang berupa inputan

dan outputan kendali program dapat ditulis dan dihapus. Prinsip kerja

mikrokontroler adalah membaca dan menulis data. MikrokontrolerXbiasanya

digunakan pada alat kendali elektronika otomatisXseperti sistem kontrol mesin,

remote kontrol dan peralatan rumah tangga. Dengan kehadiran mikrokontroler

membuat kontrol elektrikXuntuk berbagai proses menjadi lebih praktis.(Wardhana

Lingga, 2006)Dengan menggunakan mikrokontroler ini maka :

a. Sistem elektronikXakan lebih ringkas.XXXXXX

b. Rancangan sistemXelektronik bisa dilakukan lebihXcepat karena sebagaian

besar sistem yaitu perangkat lunak yang selalu diperbarui.

c. Gangguan yang terjadi sangat mudah ditelusuri karena sistemnya compact.

9

Agar mikrokontroler dapat berfungsi, oleh karena itu mikrokontroler

memerlukan perangkat keras dan perangkat lunak yaitu sistem minimum

mikrokontroler, Sistem minimum adalah sistem mikrokontroler yang dapat

digunakan menjalanjakan aplikasi. IC mikrokontroler tidak akan bisa jika hanya

berdiri sendiri, pada umumnya sebuah sistem minimum mikrokontroler

mempunyai prinsip dasar yang terdiri dari 4 bagaian, yaitu :

• Prosesor

• Rangkaian reset supaya mikrokontroler bisa menjalankan program dari

awal

• Rangakaian clock yang digunakan untuk memeberi detak pada CPU

• Rangkaian catu daya yang dapat memberi sumber daya.

2.4 Arduino

Arduino merupakan rangkaian elektronika yang dilengkapi dengan

mikrokontroler biasa disebut dengan ATmega. Board arduino dilengkapi

mikrokontroler dalamnya dapat diisi program menggunakan software. Software

yang digunakan pada arduino adalah arduino IDE. Mikrokontroler ATmega pada

setiap papan arduino memiliki jenis yang berbeda tergantung dari tipe

arduino.(Yuowono M, 2015)

2.4.1 Jenis-jenis arduino

a) Arduino USB

Menggunakan USB untuk pemrograman. Contoh: Arduino Uno,

Arduino duemilanove, Arduino Diecimia, Arduino NG Rev.C, Arduino

USB dan Arduino USB v2.0 . Seperti Gambar 2.5 berikut :

10

Gambar 2.5 Arduino USB (Arduino Uno)

(sumber: Yuowono M, 2015)

b) Arduino Serial

Menggunakan RS232 untuk pemrograman. Contohnya adalah Arduino

Serial dan Arduino Serial v2.0. seperti Gambar 2.6 berikut:

Gambar 2.6 Arduino Serial

(sumber: Yuowono M, 2015 )

c) Arduino Mega

Arduino yang spesifikasinya lebih tinggi, dengan tambahan pin digital,

pin analog, port serial dan sebagainya. Contohnya Arduino Mega dan Arduino

Mega 2560. Seperti gambar 2.7 berikut:

Gambar 2.7 Arduino Mega

(Sumber: Yuowono M, 2015)

11

d) Arduino FIO

Arduino FIO digunakan untuk nirkabel. Seperti gambar 2.8 berikut:

Gambar 2.8 Arduino Fio

(Sumber: Yuowono M, 2015)

e) Arduino Lilypad

Arduino yang mempunyai bentuk bulat. Contoh: Lilypad Arduino 00,

Lilypad Arduino 01, Lilypad Arduino 02, Lilypad Arduino 03 dan Lilypad

Arduino 04. Seperti gambar 2.9 berikut:

Gambar 2.9 Arduino Lilypad

(Sumber: Yuowono M, 2015)

f) Arduino BT (bluetooth)

Arduino BT menggunakan bluetooth untuk komunikasi nirkabel.

Seperti gambar 2.10 berikut:

Gambar 2.10 Arduino BT (bluetooth).

(Sumber: Yuowono M, 2015)

12

g) Arduino Mini dan Arduino Nano

Arduino mempunyai bentuk papan yang kompak dan digunakan dengan

breadboard. Contoh: Arduino Nano 3.0, Arduino Nano , Arduino Mini 03,

Arduino Mini 04, Arduino stamp 02. Seperti gambar 2.11 berikut:

Gambar 2.11 Arduino Mini/Nano

(Sumber: Yuowono M, 2015)

2.5 Arduino Uno

2.5.1 Definisi Arduino Uno

Arduino Uno merupakan suatu papan elektronik yang mempunyai

mikrokontroler ATmega 328. Piranti ini dapat digunakan untuk membuat sebuah

rangkaian elektronik dari yang sederhana dan kompleks. Pengendalian LED

hingga pengontrolan robot dapat diterapkan dengan menggunakan arduino uno.

Bahkan, ditambahkan dengan komponen lain, piranti ini dapat digunakan

pemantauan jarak jauh melalui internet misalnya pemantauan kondisi pasien di RS

dan pengontrolan alat rumah tangga.(Kadir Abdul, 2013) Bentuk papan arduino

Uno seperti gambar 2.12 Berikut:

13

Gambar 2.12 Arduino Uno

(Sumber: Kadir Abdul, 2013)

Spesifikasi Arduino Uno :

• Mikrokontroler : ATmega 328

• Tegangan operasi : 5xV

• Tegangan input : 7 – 12 V

• Digital I/O : 14 Pin

• PWM : 16 Channel

• Analog Input : 6 Channel

• Memory : 32 KB

• Frekuensi Clock : 16 MHz

Bagaian-bagaian Arduino Uno seperti pada gambar 2.9 Diatas,

Koneksi USB

ke Komputer

Jack Power

Supply

Pin Input/Output

ATmega

328

Analog Input

14

a. Power Supply

Ada beberapa pilihan sumber tegangan yang dapat digunakan, dari

port USB maupun dari power supply eksternal. Cukup dengan

menghubungkan port USB ke komputer dengan Arduino maka secara

langsung power supply bersumber dari port USB.

Untuk tegangan eksternal (non-USB) kita cukup menghubungkan

dengan sumber tegangan dc. Tegangan yang direkomendasikan adalah 7 –

12 volt. (Yuowono M, 2015)

b. Input – Output

Sistem penamaan pin pada Arduino merupakan dengan urutan nomor

pin, dimulai dari angka nol (0) dan seterusnya. Untuk pin digital I/O

(Input/Output) dengan nama pin 1 - 13, sedangkan untuk pin analog input

menggunakan nama A0 - A5. (Yuowono M, 2015)

Pada Arduino Uno mempunyai 14 pin digital input – output. Yang

berfungsi sebagai pin input / output, namun ada beberapa pin yang

mempunyai fungsi alternatif seperti tabel 2.1 berikut :

Tabel 2.1 Input/Output Arduino

(Sumber: Yuowono M, 2015)

15

c. Analog Input

Arduino memiliki 6 pin analog input, dapat membaca sinyal yang masuk analog

seperti sensor analog, seperti tabel 2.2 dibawah ini:

Tabel 2.2 Analog Input Arduino

(Sumber: Yuowono M, 2015)

2.5.2 Software Arduino

Software arduino yang digunakan yaitu Arduino IDE (Integreted

Development Environment). Software arduino IDE merupakan software bawaan

arduino yang berfungsi untuk membuat program. software arduino IDE dapat

dilihat pada gambar 2.16 dibwah ini:

Gambar 2.14 Software Arduino IDE

(Sumber: B. Gustomo, 2015)

16

2.5.3 Komunikasi Serial

Komunikasi serial yaitu komunikasi untuk pengiriman data pada Personal

Computer (PC). Komunikasi serial berfungsi untuk menghubungkan Arduino

pada Personal Computer (PC) lewat USB pada Arduino. Arduino mempunyai

lampu RX dan TX untuk pengirim dan penerima data. (B. Gustomo, 2015) dapat

dilihat pada gambar 2.15. di bawah ini.

Gambar 2.15 Kabel USB Serial Arduino

(Sumber : B. Gustomo, 2015)

2.6 Sensor Tegangan

Sensor tegangan digunakan untuk mendeteksi tegangan yang dihasilkan

oleh sumber arus listrik bolak-balik. digunakan untuk mengukur tegangan setiap

waktu. Sensor ini berupa rangkaian pembagi tegangan. Tegangan ini akan

diteruskan ke input rangkaian penyearah. (Rizal : 2007).

Sensor tegangan ini berfungsi untuk merasakan tegangan panel surya,

generator dan baterai. Diimplementasikan dengan dua sirkuit pembagi tegangan,

terdiri dari dua resistor untuk merasakan tegangan dari panel surya, generator dan

baterai. Output dari resistor 1 dan resitor 2 terhubung ke salah satu pin analog

arduino untuk membaca tegangan yang dihasilkan.(Ridhoi Ahmad, 2016)

Rangkaian sensor tegangan seperti gambar 2.16 berikut:

17

Gambar 2.16 Rangkaian Sensor Tegangan DC

(Sumber:Ridhoi Ahmad, 2016)

Besarnya Vo dapat dirumuskan pada persamaan 2.1 sebagai berikut

(Fawwaz T. Ulaby & Maharbiz, 2013).

Vout = Vin . (𝑅2

𝑅1+𝑅2) ..........................................................................................(2.1)

Dimana :

Vout = Tegangan Keluaran

Vin = Tegangan masukan

R1 = Resistor 1

R2 = Resistor 2

2.7 LCD ( Liquid Crystal Display)

LCD ( Liquid Crystal Display) atau penampilan kristal cair merupakan

suatu media yang dapat menampilkan karakter huruf, angka dengan menggunakan

kristal cair untuk penampilannya. LCD diciptakan dengan teknologi CMOS

(Complementary Metal Oxide Semiconductor) logic yang bekerja dengan tidak

menghasilkan cahaya tetapi memantulkan cahaya yang ada disekitarnya.(Wasito,

18

1983:2) Berikut merupakan gambar LCD 20X4 yang ditunjukan pada gambar

2.17 dan tabel 2.5 merupakan fungsi pin pada LCD.

Gambar 2.17 LCD (Liquid Crystal Display)

( Sumber: http://e-belajarelektronika.com )

Tabel 2.5 Fungsi Pin LCD

(Sumber: Wasito, 1983:2)

19

2.8 I2C (Inter Integrated Circuit)

Inter Integrated Circuit (I2C) merupakan standar komunikasi serial dua

arah dengan menggunakan 2 buah saluran yang didesain khusus untuk

pengontrolan IC tersebut. Secara umum sistem I2C itu terdiri dari dua saluran

utama yaitu, saluran SCL (Serial Clock) dan SDA (Serial Data) yang membawa

informasi data antara I2C dan sistem pengontrolnya, bentuk I2C seperti Gambar

2.18 Berikut:

Gambar 2.18 I2C (Inter Integrated Circuit)

(Sumber : https://www.makerlab-electronics.com/product/iic-serial-i2c-1602-2004-lcd-

adapter-board-for-arduino/)

Perangkat yang dihubungkan dengan I2C ini dapat difungsikan sebagai

master atau slave. Master merupakan perangkat yang transfer pada data dengan

bentuk sinyal stop dan membangkitkan sinyal clock. Sedangkan slave merupakan

perangkat yang telah diberikan alamat oleh master.(Helly Andri, 2013)

20

2.9 MOSFET

MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)

merupakan transistor menggunakan bahan semikonduktor (silikon) dalam tingkat

konsentrasi ketidak murnian tertentu. Tingkat dari ketidak murnian menentukan

jenis transistor tersebut, yaitu transistor MOSFET tipe-N (NMOS) dan transistor

MOSFET tipe-P (PMOS). Bahan silikon ini yang digunakan untuk landasan

(substrat) penguras (drain), sumber (source), dan gerbang (gate). Berikutnya

transistor ini dibuat seperti itu supaya antara substrat dan gerbangnya dibatasi oleh

oksida silikon tipis. Oksida ini diendapkan diatas sisi kiri kanal, sehingga

transistor MOSFET mempunyai kelebihan diabndingkan dengan transistor BJT

(Bipolar Junction Transistor), kelebihan tersebut yaitu,menghasilkan disipasi daya

yang rendah. Jika dilihat dari cara kerjanya transistor MOS dapat dibagi menjadi

dua yaitu :

• Transistor Mode Pengosongan (Transistor Mode Depletion)

Pada transistor mode depletion, antaraiidrainiidaniisource terdapat saluran

yang menghubungkan dua terminal tersebut, dimana saluran tersebut mempunyai

fungsi sebagaisssaluran tempat mengalirnyaiielektron bebas. Lebar dariiisaluran

itu sendiri dapatiidikendalikan olehdtegangan gerbang. Transistor mosfetAmode

pengosongan terdiri dari tipe-N dan tipe-P, simbol transistor ditunjukanypada

gambar 2.19.

21

Gambar 2.19 Simbol Transistor MOSFET Mode Depletion

(a). N-Chanel Depletion (b). P-Chanel Depletion

(Sumber: Hodges-Jackson 1987 : 36)

• Transistor Mode Peningkatan (Transistor Mode Enhancement)

Transistor modeeEnhanchement iniupada fisiknya tidak memilikiiisaluran

antara drain dan sourcnyaakarena lapisan bulk meluas dengan lapisan SiO22pada

terminal gate. Transistor mosfet mode iniiiterdiri dari tipe-NUdan tipe-P, simbol

transistor ditunjukan padaAgambar 2.20.

Gambar 2.20 Simbol Transistor MOSFET Mode Enhancement

(a). N-Chanel Enhancement (b). P-Chanel Enhancement

(Sumber: Hodges-Jackson 1987 : 36)

2.10 Sensor Suhu DS18B20

Sensor suhu DS18B20 merupakan sensor suhuuyang memiliki

keluaranddigital. DS18B20 memilikittingkataakurasi yang cukupptinggi, yaitu

0,5 ̊ C padaarentang suhu -10 ̊ CCsampai +85 ̊ C. SensorSsuhu padauumumnya

membutuhkanAADC dan beberapaPpin port padaamikrokontroler, namun

DS18B20 tidakkmembutuhkan ADCCagar dapat berkomunikasiDdengan

mikrokontroler dannhanya membutuhkan 1 wire saja.(Nurazizah Ellia, 2017)

22

Gambar 2.22 Skematik Diagram Sensor Suhu

(Sumber: Nurazizah Ellia, 2017)

Pada gambar 2.22 ditunjukan bahwa pin ground dan VDDDdihubungkan

denganVVCC, sedangkan pinDDQ dihubungkanaadengan pinIII/O pada

mikrokontroler. Data yanggdikeluarkannberupaadata digital dengannnnilai

ketelitian 0,5 ̊ C.

2.11 Sensor Arus ACS712

ACS712 merupakannsensor arus yang bekerjaaberdasarkan efek medan.

Sensor arus ini dapat digunakan untukmmengukur arus AC atau DC. Modul

sensor ini telah dilengkapi dengannrangkaian penguat operasional, sehingga

sensitivitas pengukuranaarusnya meningkat dan dapatmmengukur perubahan arus

yang kecil. Sensor ini digunakanpppada aplikasi-aplikasi di bidang industri,

komersial, maupunkkomunikasi Gambar 2.23 meruapakan sensor ACS712.

23

Gambar 2.23 Modul Sensor ACS712

(Sumber: http://electricityofdream.blogspot.com/2016/09/tutorial-mengukur-arus-

dengan-modul.html)

Spesifikasi SensorrArus ACS712:

a. Berbasis ACS7122dengan fitur:

• Waktu kenaikannperubahan luaran = 5 µs.

• Lebar frekuensiiisampai dengan 80 kHz.

• Total kesalahannluaran 1,5% pada suhu kerja TA= 25°C.

• Tahanan konduktorrinternal 1,2 mΏ.

• Tegangannisolasi minimum 2,1 kVRMS antaraapin1-4 dan pin 5-8.

• Sensitivitassluaran 185 mV/A.

• Mampu mengukurrarus AC atau DC hingga 5 A.

• Tegangannluaran proporsional terhadappmasukan arus AC atau DC.

b. Tegangannkerja 5 VDC.

c. Dilengkapi dengan penguatooperasional untuk menambahssensitivitas luaran.