i

PROPOSAL PROYEK AKHIR

RANCANG BANGUN SISTEM BATTERY CHARGING PADA

MESIN PEMARUT KELAPA MENGGUNAKAN METODE

KONTROL LOGIKA FUZZY

Diusulkan oleh :

Amien Raharja

NRP. 1310121031

PROGRAM STUDI D4 TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI

POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA

2015

ii

LEMBAR PENGESAHAN

PROPOSAL PROYEK AKHIR

TAHUN 2015/2016

RANCANG BANGUN SISTEM BATTERY CHARGING PADA

MESIN PEMARUT KELAPA MENGGUNAKAN METODE

KONTROL LOGIKA FUZZY

Oleh :

Amien Raharja

NRP. 1310121031

Proposal Tugas Akhir ini Diajukan untuk

Dilanjutkan sebagai Proyek Akhir

di

Program Studi D4 Teknik Elektro Industri

Politeknik Elektronika Negeri Surabaya,

Disetujui Oleh :

Tim Penguji : Dosen Pembimbing :

1. ......................................... 1. Ainur Rofiq Nansur, ST, MT.

NIP. NIP. 196407131989031005

2. ......................................... 2. Syechu Dwitya Nugraha, S.ST, MT

NIP. NIP. 2000000051

3. .........................................

NIP.

iii

DAFTAR ISI

Lembar Depan i

Lembar Persetujuan ii

Daftar Isi iii

Abstrak iv

1. Pendahuluan 1

1.1. Tujuan 1

1.2. Latar Belakang 1

1.3. Perumusan Masalah dan Batasan Masalah 2

2. Tinjauan Pustaka 3

2.1. Penelitian yang pernah dilakukan 3

2.2. Teori penunjang yang digunakan dalam penelitian 5.

3. Metodologi Penentian 30

3.1. Perencanaan Sistem 30

3.2. Implementasi Sistem 31

3.3. Pengujian Hasil Penelitian 32

3.3. Kesimpulan 33

4. Hasil yang Diharapkan 33

5. Relevansi 33

6. Biaya Dan Jadwal Kegiatan 33

6.1. Anggaran Biaya 33

6.2. Jadwal Penelitian 34

7. Daftar Pustaka 36

iv

ABSTRAK

Mesin pemarut kelapa yang ada di pasaran banyak yang menggunakan

sumber PLN sebagai supplynya sehingga menambah beban listrik rumah

tangga dan pembayaran tagihan listrik kepada PLN. Dengan ini diperlukan

mesin pemarut kelapa yang yang memanfaatkan energi terbarukan berupa

sinar matahari dan memiliki efisiensi yang sama dengan mesin pemarut

kelapa yang ada di pasaran.Sinar matahari akan di konversi menjadi energi

listrik dengan menggunakan solar cell 150 WP yang terhubung dengan boost

konverter dan accoumulator. Boost konverter akan menaikan tegangan

keluaran solar cell menggunakan metode kontrol logika fuzzy sebagai

penyulutan PWM pada ARM STM32F407VG dari 18 Volt menjadi 52,8 Volt

yang akan disimpan di accumulator 48 Volt berkapasitas 10 Ah. Tegangan

keluaran accumulator akan dinaikan menggunakan boost konverter dari 48

Volt menjadi 80 Volt menggunakan increment dan dicrement. Boost

konverter akan dihubungan dengan inverter1 fasa fullbridge untuk

mengkonversi tegangan DC menjadi AC dari 80 Volt DC ke 56,57 Volt AC.

Tegangan keluaran inverter akan di filter oleh filter LC dan akan dinaikan

menggunakan trafo step up ratio 1 : 4 untuk menggerakan motor AC 1 fasa

220 Volt dengan daya 125 Watt. Kecepatan putar motor disensing

menggunakan Optocoupler yang data akan diolah pada ARM

STM32F407VG sebagai parameter kontrol kecepatan.

Kata kunci : Mesin Pemarut Kelapa, Kontrol Logika Fuzzy ,Boost Converter,

ARM STM32F407VG, Optocoupler,Solar Cell, Accumulator, Inverter 1 fasa,

Trafo Step Up, Motor AC.

1

1. PENDAHULUAN

1.1 TUJUAN

Adapun tujuan dari pembuatan tugas akhir ini dibedakan menjadi tujuan

umum dan tujuan khusus.

TUJUAN UMUM

Untuk memenuhi persyaratan akademis menyelesaikan studi pada Program

Studi Teknik Elektro Industri Program D4 di Politeknik Elektronika Negeri

Surabaya

TUJUAN KHUSUS .

Sedangkan tujuan khusus pemuatan alat pemarut kelapa hemat energi ini

adalah:

1. Mendapatkan daya maksimum solar cell yang digunakan untuk charge

accumulator.

2. Menghasilkan rangkaian charger (boost konverter) yang sesuai untuk

pengisian accumulator.

3. Memperoleh perhitungan yang tepat terhadap kebutuhan solar cell baik dari

besaran WP maupun jumlah layernya.

4. Memperoleh perhitungan yang tepat terhadap kebutuhan accumulator dari

kapasitas Ah nya.

5. Mendapatkan rule base dan membership function yang tepat untuk kontrol

logika fuzzy.

6. Mendapatkan sistem yang effisien.

1.2. LATAR BELAKANG

Indonesia merupakan negara yang akan kaya akan beranekaragam tanaman

khususnya buah kelapa yang sering dijadikan masyarakat Indonesia sebagai bahan

pembuat kue atau penyedap masakan. Dengan demikian banyak masyarakat

Indonesia yang membutuhkan mesin pemarut kelapa untuk mempermudah

pengolahan buah kelapa, namun kebanyakan pemarut kelapa yang ada di pasaran

efisiensinya sangat rendah dan masih belum hemat energi karena menggunakan

sumber listrik PLN sebagai supplynya . Indonesia juga terkenal dengan cuacanya

yang tropis dimana cahaya mataharinya sangat melimpah.

Dengan ini penulis akan membuat tugas akhir sebuah alat pemarut kelapa

dengan memanfaatkan tenaga surya sebagai supplynya. Tenaga surya akan

konversi menjadi tegangan melalui solar cell berkapasitas 150 WP yang kemudian

akan di naikkan tegangnya menggunakan Boost Converter dengan metode kontrol

2

logika fuzzy pada ARM STM32F407VG.Tegangan yang keluar dari solar cell 150

WP adalah 18 Volt dan akan naikan menggunakan boost converter menjadi 52,8

Volt dengan duty cycle 0,66. Tegangan dan arus yang keluar dari Boost

Converter akan disimpan dalam accumulator berkapasitas 48 Volt 10 Ah yang

outputnya akan dipasang sensor tegangan dan sensor arus sebagi monitoring dan

data yang akan diinputkan ke ARM STM32F407VG. Accumulator akan

dihubungkan dengan Boost Converter untuk menaikan tegangan DC dari 48 Volt

ke 80 Volt dengan duty cycle 0,4 kemudian dihubungkan dengan inverter 1 fasa

untuk mengubah tegangan DC ke AC. Agar output inverter 1 fasa sinus murni

maka inverter akan dihubungkan dengan rangkaian filter pasif LC untuk

mengurangi distorsi. Filter LC akan dihubungkan dengan trafo step up 1:4 untuk

menaikan tegangan dari 56,57 Volt ke 220 Volt AC. Output trafo Step Up akan

digunakan untuk mensupply motor AC 1 fasa 220 Volt 125 watt untuk

menggerakkan alat pemarut kelapa kemudian dipasang sensor kecepatan rotary

encoder yang datanya akan diinputkan ke ARM STM32F407VGuntuk proses

kontrol kecepatannya agar tetap konstan dengan menggunakan metode logika

fuzzy melaui PWM boost converter. Hasil sensing dari sensor kecepatan,

tegangan dan arus akan ditampilan pada LCD.

1.3. PERUMUSAN MASALAH DAN BATASAN MASALAH

PERUMUSAN MASALAH

Berdasarkan latar belakang pembuatan Proyek Akhir ini, rumusan masalah

yang akan diangkat meliputi:

1. Bagaimana membangkitkan energi yang bisa untuk mensupply sistem agar

bisa melakukan proses pemarutan kelapa selama 3 jam setiap harinya.?

2. Berapa jumlah Solar cell dan berapa besar kapasitas WP yang dibutuhkan

untuk menghasilkan energi yang dibutuhkan tersebut?

3. Berapa besar Ah dari accu untuk menyuplai beban motor AC yang terkoneksi

?

4. Berapa besar kapasitas inverter yang diperlukan untuk menyuplai beban

motor AC 125 watt ?

5. Bagaimana mendesain filter agar gelombang keluaran dari inverter menjadi

sinus murni atau setidaknya mendekati sinus ?

6. Bagaimana menentukan membership function, input dan output serta rule

base dari logika fuzzy yang akan digunakan ?

7. Bagaimana mendapatkan sistem yang efisien untuk proses ini ?

8. Bagaimana mendapatkan kualitas parutan kelapa yang baik dibandingkan

pada proses pemarutan secara tradisional ?

3

BATASAN MASALAH

Untuk menyelesaikam masalah dalam Proyek akhir ini maka perlu diberi

batasan-batasan dan asumsi sebagai berikut:

1. Motor yang digunakan Motor AC satu fasa Motor AC 1 fasa 125 W / 220

Volt

2. Tenaga listrik yang digunakan berasal dari solar cell berkapasitas 150 WP.

3. DC DC Converter yang digunakan jenis boost converter untuk menaikkan

tegangan output sari solar cell dan tegangan output pada accumulator.

4. Menggunakan metode logika fuzzy untuk mengatur PWM pada boost

converter yang menaikan tegangan output solar cell.

5. Bost converter pada output aki dikontrol menggunakan increment dicrement.

6. Inverter yang digunakan fullbridge 1 fasa dengan tegangan dan frekuensi fix.

7. Tidak membahas mekanik dari sistem pemarut kelapa.

8. Accumulator yang digunakan tegangan 48 Volt 10 Ah yang terdiri dari 4

buah accumulator tegangan 12 volt yang disusun seri.

9. Tidak membahas mengenai harmonisa yang dihasilkan oleh inverter 1 fasa.

2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. PENELITIAN YANG PERNAH DILAKUKAN (SEBAGAI

REFERENSI)

1. Andri Pradipta, Jurusan Teknik Elektro Industri, Politeknik

Elektronika Negeri Surabaya, Surabaya, Tugas Akhir Rancang bangun

inverter satu fasa dengan filter pasif untuk penggerak pompa pengairan pada

miniature sawah. Membahas tentang inverter 1 fasa yang digunakan untuk

meggerakkan motor induksi dengan daya 125 Watt yang akan digunakan

untuk pengairan sawah dengan sumber accumulator 24 Volt DC yang akan

dinaikkan menjadi 80 Volt DC dengan menggunakan boost converter,

kemudian dimasukkan ke inverter 1 fasa dengan motode SPWM dengan

efisiensi 60 % setelah difilter oleh filter LC agar keluaran dari inverter

mendekati sinus murni. Kemudian tegangan AC hasil dari inverter tersebut

dinaikkan dengan menggunakan trafo step up agar tegangan mencapai 220

Volt. Namun efisiensi menjadi 54 % setelah keluar dari trafo tersebut.

2. Faisz Kasifalham, Bambang Dwi Argo, dan Musthofa Lutfi, Jurusan

Keteknikan Pertanian - Fakultas Teknologi Pertanian - Universitas

Brawijaya Jl. Veteran, Malang 65145. 2013 Melakukan penelitian Uji

Performansi Mesin Pemarut Kelapa dan Pemeras Santan Kelapa dengan

hasil bahwa mesin pemarut dan pemeras santan kelapa mempunyai dua

proses mekanisme kerja, yaitu mekanisme transmisi daya dan mekanisme

4

proses pemerutan dan pemerasan. Uji performa mesin tersebut juga

menunjukkan bahwa semakin cepat putaran poros motor bakar akan

meningkatkan kapasitas kerja pemarutan, kapasitas pemerasan, rendemen

santan, dan efisiensi pemerasan dengan hubungan grafik logaritmik antara

variabel dengan parameter yang diamati. Namun, untuk kebutuhan energi

terjadi hubungan eksponensial, dengan semakin tinggi putaran poros motor

bakar akan menyebabkan penurunan kebutuhan energi.

3. Junaidi & Eka Sunitra Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Padang

Kampus Unand Limau Manis Padang 25163 tentang Rancang Bangun

Mesin Pemeras Santan Dengan Metode Kombinasi Pemarutan Dan

Pemerasan Dengan Sistem Screw dengan hasil yaitu:

1. Suatu mesin pemeras santan dalam satu rangkaian unit pemarut dan

pemeras telah dirancang dengan kapasitas 114 kg/jam santan, dan

kemudian dilakukan pembuatan.

2. Setelah dibuat kemudian mesin ini diuji dan telah berhasil menghasilkan

kapasitas santan dari rata 57,2 kg/jam menjadi 85,5 kg/jam, dan

jumlah santan dari 1,44 kg dalam 15 kelapa cukilan sampai 2,68 kg.

3. Putaran dan celah sangat berpengaruh terhadap kapasitas namun jarak

celah juga sangat berpengaruh terhadap jumlah santan, sedangkan

putaran tidak berpengaruh terhadap jumlah santan.

4. Terlihat biaya pemprosesan kelapa menjadi santan adalah lebih rendah,

sehingga harga santan dengan alat ini rendah.

4. Dwi Lestari*, Bambang Susilo, Rini Yulianingsih Jurusan Keteknikan

Pertanian - Fakultas Teknologi Pertanian - Universitas Brawijaya Jl.

Veteran, Malang 65145 tentang Rancang Bangun Mesin Pemarut dan

Pemeras Santan Kelapa Portable Model Kontinyu dengan hasil Rancang

Bangun Mesin Pemarut Dan Pemeras Santan Kelapa Portable Model

Continue adalah Mesin ini dibuat melalui hasil perhitungan analisa teknik

meliputi semua komponenya dengan beberapa macam bahan diantaranya

adalah aluminium, steenles steel dan plat besi. Mesin ini bekerja dengan

sistem kerja continue yang dapat digunakan sesuai fungsinya dan diuji

cobamenggunakan daya 0.5 HP. Kapasitas hasil pemarut sebesar 3.198

gr/menit dan kapasitas pemeras 0,021 gr/menit namun pada hasil pengamatan

kapasitas pemarut dan pemeras masing masing 8,71 gr/menit dan 6,138

gr/menit dengan karakteristik santan sedikit berwarna hitam dikarenakan

tercampur dengan kotoran sisa perbaikan mesin dan ampas yang masih

mengandung santan kar ena pemerasan yang tidak sempurna.

Dibandingkan dengan manual, mesin memiliki tingkat efisiensi yang lebih

rendah karena mesin tidak dapat bekerja dengan baik. Hasil diidentifikasi

menunjukkan letak kegagalan mesin terletak pada screw pemeras yang terlalu

rapat jarak pich dan jarak antar ruang pemerasnya.

5

2.2. TEORI PENUNJANG

2.2.1 Solar Cell

Solar Cell atau Photovoltaic adalah suatu alat yang dapat mengkonversi

radiasi tenaga matahari menjadi sumber energy listrik secara langsung. Dalam

sebuah modul PV (Photovoltaic) terdiri dari banyak sel surya yang bisa

terpasang secara seri maupun pararel. Surya adalah sebuah elemen

semikonduktor yang dapat mengkonversi energi surya menjadi energy listrik

atas dasar efek Photovoltaic. Solar Cell mulai banyak digunakan seiring

dengan menipisnya energy fosil serta terjadinya isu global warming. Berikut

adalah skema kinerja dari solarcell yang terdapat pada Gambar 2.2.1.1

dibawah ini.

Gambar 2.2.1.1 Skema Photovoltaic

Bentuk karakteristik keluaran dari Photovoltaic dapat dilihat dari kurva

performansi, disebut kurva V-I yang menunjukan hubungan antara tegangan

dan arus.

Gambar 2.2.1.2. Karakteristik P-V untuk level Radiasi yang berbeda

.

Gambar 2.2.1.3 Karakteristik Photovoltaic Antara tegangan dan arus

6

Gambar 2.2.1.2 diatas merupakan grafik karakteristik antara daya (P)

dengan tegangan (V) dengan tingkat intensitas cahaya matahari yang berbeda-

beda. Sedangkan Gambar 2.2.1.3 diatas merupakan karakteristik kurva V-I

dengan sumbu horizontal adalah tegangan (V) dan sumbu vertical kiri adalah

arus (I) dan vertikal kanan menyatakan daya (P). Pada kurva diatas dalam

standar Test Conditions 1000 Watt per meter persegi radiasi atau bisa disebut

satu matahari puncak/one peak sun hour dan 25C adalah suhu modul

Photovoltaic.

Gambar 2.2.1.4. Karakteristik P-V terhadap Temperatur

Gambar 2.2.1.5. Kurva V-I terhadap temperatur

Pada Gambar 2.2.1.4. Photovoltaic dapat beroperasi secara maksimum jika

temperatur sel photovoltaic dalam kondisi normal (25oC). semakin naiknya

temperatur photovoltaic akan melemahkan tegangan keluaran / tegangan open

circuit (Voc). Pelemahan arus ini menyebabkan berkurangnya. Pelemahan

tegangan keluaran menyebabkan berkurangnya daya keluar dari photovoltaic

seperti pada Gambar 2.2.1.5.

2.2.2 Boost Converter

a. Konverter Penaik Tegangan (BOOST CONVERTER)

Konverter boost berfungsi untuk menghasilkan tegangan keluaran yang lebih

tinggi dibanding tegangan masukannya, atau biasa disebut dengan konverter

7

penaik tegangan. Konverter ini banyak dimanfaatkan untuk aplikasi

pembangkit listrik tenaga surya dan turbin angin.

Seperti halnya konverter buck, konverter boost memiliki rangkaian yang

terdiri dari induktansi, kapasitor, diode frewheel, dan komponen switching

seperti Thyristor, MOSFET, IGBT, dan GTO. Proses switching pada

konverter ini juga disulut oleh PWM sebagai pengaturan duty cycle yang

sangat berpengaruh pada besar kecilnya tegangan output dari konverter boost.

Gambar 2.2.2.1 berikut merupakan rangkaian sederhana dari boost converter.

Gambar 2.2.2.1. Rangkaian Converter DC-DC Tipe Boost

Prinsip Kerja Boost Converter ada 2 yaitu :

Ketika Mosfet On (Tertutup) dan dioda off seperti pada gambar 8, arus searah

jarum jam dari sumber menuju induktor (terjadi pengisian arus pada

induktor). Polaritas induktor pada sisi kiri lebih positif dibandingkan sisi

kanannya.

Gambar 2.2.2.2. Mosfet Boost Converter ON

Diode mendapatkan tegangan balik dan dengan menggunakan hukum

khirchhoff tegangan :

= =

=

(1)

Laju perubahan arus konstan, sehingga arus naik secara linier pada saat saklar

ditutup. Perubahan arus induktor dapat dihitung dengan :

8

=

=

(2)

() =

(3)

Ketika Mosfet off (Terbuka) dan dioda on seperti gambar 9, arus yang

disimpan di induktor akan berkurang karena impedansi yang lebih tinggi.

Berkurangnya arus pada induktor meyebabkan induktor tersebut melawannya

dengan membalik polaritasnya lebih negatif pada sisi kiri). Sehingga, arus

yang mengalir pada dioda dan pada beban adalah penjumlahan antara arus

pada sumber dan arus pada induktor (seri). Disaat yang bersamaan kapasitor

juga akan melakukan penyimpanan energi dalam bentuk tegangan. Itulah

sebabnya boost converter memiliki keluaran lebih tinggi dibandingkan

dengan masukannya.

Gambar 2.2.2.3. Mosfet Boost Converter OFF

Dengan asumsi bahwa tegangan keluaran konstan, maka tegangan pada

induktor :

= =

(4)

=

(5)

Laju perubahan arus induktor konstan, sehingga arys berubah secara linier.

Perubahan arus induktor ketika saklar dibuka adalah :

=

(1 )=

(6)

() =( )(1 )

(7)

Pada operasi steady state, total perubahan arus induktor adalah Nol.

9

() + () = 0 (8)

+

( )(1 )

= 0 (9)

Yang akan menghasilka Vo :

( + 1 ) (1 ) = 0 (10)

=

1

Dari rangkaian Boost Converter seperti diatas, didapatkan gelombang keluaran

secara terperinci seperti gambar 2.2.2.4 dibawah ini :

Gambar 2.2.2.4. Gelombang Keluaran DC Chopper Tipe Boost

Dari gambar 2.2.2.4., dapat dilihat bahwa arus pada beban (IL) akan naik

secara linier ketika Mosfet dalam kondisi off dan turun secara linier pula ketika

Mosfet dalam kondidi on. Namun penurunan arus beban (IL) tersebut tidak

mencapai nol. Sehingga gambar diatas dapat digolongkan menjadi Boost

Converter Mode Continous. Semakin besar duty cycle, maka semakin besar

pula tegangan keluaran yang dihasilkan Boost Converter. Namun, tegangan

keluaran tersebut selalu lebih besar atau sama dengan tegangan masukkan DC

Chopper. Semakin besarnya duty cycle dapat dilihat dari semakin besarnya

area yang diwarnai biru muda pada gambar diatas.

Rangkaian Snubber

Pada rangkaian converter DC-DC dibutuhkan rangkaian snubber untuk

memotong tegangan Vds yang mempunyai spike terlalu tinggi/melampaui

tegangan Vds pada MOSFET. Untuk rangkaian boost converter setelah di-

10

supply tegangan pada sisi masukan, tegangan spike yang ditimbulkan oleh

induktansi bocor (leakage inductance) cukup tinggi. Untuk itu digunakan

rangkaian snubber yang akan meredam tegangan spike tersebut. Berikut

rangkaian snubber yang ditunjukkan pada gambar 2.2.2.5 dibawah ini :

Gambar 2.2.2.5 Rangkaian Snubber

2.2.3 Baterai

Baterai atau aki, atau bisa juga disebut accu adalah sebuah sel listrik

dimana didalamnya berlangsung proses elektrokimia yang reversible (dapat

berbalikan) dengan efisiensinya yang tinggi. Proses elektrokimia reversible

yang dimaksud adalah di dalam baterai dapat berlangsung proses pengubahan

kimia menjadi tenaga listrik (proses pengosongan), dan sebaliknya dari tenaga

listrik menjadi tenaga kimia, pengisian kembali dengan cara regenerasi dari

elektroda-elektroda yang dipakai, yaitu dengan melewatkan arus listrik dalam

arah (polaritas) yang berlawanan di dalam sel. Baterai atau aki berfungsi untuk

menyimpan energi listrik dalam bentuk energi kimia, yang akan digunakan

untuk mensuplai (menyediakan) listrik ke dalam sebuah sistem atau

komponen-komponen kelistrikan lainnya. Bagian-bagian pada baterai dapat

dilihat pada gambar 2.2.3.1

Gambar 2.2.3.1 Konstruksi Pada Baterai

11

Jumlah tenaga listrik yang disimpan dalam baterai dapat digunakan sebagai

sumber tenaga listrik tergantung pada kapasitas baterai dalam satuan Ampere

Hour (AH). Jika pada kotak baterai tertulis 12 V 60 AH, berarti baterai baterai

tersebut mempunyai tegangan 12 V dimana jika baterai tersebut digunakan

selama 1 jam dengan arus pemakaian 60 A, maka kapasitas baterai tersebut

setelah 1 jam akan kosong (habis). Kapasitas baterai tersebut juga dapat

menjadi kosong setelah 2 jam jika arus pemakaian hanya 30 A. Disini terlihat

bahwa lamanya pengosongan baterai ditentukan oleh besarnya pemakaian arus

listrik dari baterai tersebut. Semakin besar arus yang digunakan, maka akan

semakin cepat terjadi pengosongan baterai, dan sebaliknya, semakin kecil arus

yang digunakan, maka akan semakin lama pula baterai mengalami

pengosongan. Besarnya kapasitas baterai sangat ditentukan oleh luas

permukaan plat atau banyaknya plat baterai. Jadi dengan bertambahnya luas

plat atau dengan bertambahnya jumlah plat baterai maka kapasitas baterai juga

akan bertambah. Sedangkan tegangan accu ditentukan oleh jumlah daripada sel

baterai, dimana satu sel baterai biasanya dapat menghasilkan tegangan kira kira

2 sampai 2,1 V. Tegangan listrik yang terbentuk sama dengan jumlah tegangan

listrik tiap-tiap sel. Jika baterai mempunyai enam sel, maka tegangan baterai

standar tersebut adalah 12 V sampai 12,6 V. Biasanya setiap sel baterai

ditandai dengan adanya satu lubang pada kotak accu bagian atas untuk mengisi

elektrolit aki.

2.2.4 Inverter 1 Fasa

Inverter adalah perangkat elektronika yang dipergunakan untuk mengubah

tegangan DC (Direct Current) menjadi tegangan AC (Alternating Curent).

Output suatu inverter dapat berupa tegangan AC dengan bentuk gelombang

sinus (sine wave), gelombang kotak (square wave) dan sinus modifikasi (sine

wave modified). Sumber tegangan input inverter dapat menggunakan battery,

tenaga surya, atau sumber tegangan DC yang lain.

Gambar 2.2.4.1 Rangkaian Dasar Inverter 4 Saklar

12

Prinsip kerja inverter dapat dijelaskan dengan menggunakan 4 saklar seperti

ditunjukkan pada gambar 2.2.4.1. Bila saklar S1 dan S2 dalam kondisi on maka

akan mengalir aliran arus DC ke beban R dari arah kiri ke kanan, jika yang

hidup adalah saklar S3 dan S4 maka akan mengalir aliran arus DC ke beban R

dari arah kanan ke kiri. Untuk mengatur buka atau tutup keadaan saklar pada

rangkaian inverter tersebut dapat dilakukan dengan beberapa metode switching.

Metode switching yang sering digunakan adalah metode dengan

membangkitkan gelombang PWM atau SPWM. PWM atau Pulse Width

Modulation adalah salah satu teknik pemodulasian sinyal dimana besar duty

cycle pulsa dapat diubah-ubah. PWM biasa digunakan untuk aplikasi-aplikasi

analog yang menggunakan kontrol digital atau mikrokontroler, hal ini

dikarenakan mikrokontroler tidak mampu menghasilkan tegangan analog

secara langsung. Terdapat beberapa teknik untuk membangkitkan sinyal PWM,

namun secara garis besar terbagi dalam 2 cara, yaitu pembangkitan sinyal

dengan rangkaian analog dan dengan kontrol digital (dengan

Mikrokontroler).Secara analog, pembangkitan sinyal PWM yang paling

sederahana adalah dengan cara membandingkan sebuah sinyal segitiga atau

gigi gergaji dengan tegangan referensi DC. Gelombang segitiga atau gigi

gergaji sebagai frekuensi pembawa yang juga merupakan frekuensi sinyal

keluaran PWM. Sedangkan tegangan referensi dc adalah tegangan yang

menentukan besarnya duty cycle dari keluaran sinyal PWM.

Sedangkan pembangkitan PWM pada mikrokontroler adalah dengan

membandingkan dua buah variable yang tersimpan dalam memori

Mikrokontroler. Yaitu variabel TCNTx dengan OCRxx. Apabila timer yang

digunakan adalah timer 0, maka variabel yang dipakai adalah TCNT0 dan

OCR0 seperti pada gambar 2.2.4.2 TCNT0 adalah suatu nilai variabel yang

terus bertambah setiap satu satuan waktu (bergantung pada setting timer) yang

jika dianalogikan ke rangkaian analog adalah sinyal ramp. Sedangkan OCR0

adalah suatu variabel yang berfungsi sebagai nilai referensi saat keluaran PWM

berubah dari high ke low ataupun low ke high.

Gambar 2.2.4.2 Pembangkitan Sinyal PWM dengan Mikrokontroler.

Pada metode SPWM atau Sinusoidal Pulse Width Modulation bentuk

gelombang sinusoidal PWM (Unipolar) diperoleh dengan mengkomparasi

antara gelombang segitiga (triangle wave) dengan 2 gelombang sinusoidal

13

(yang berbeda 180) seperti pada gambar 2.2.4.2 Gelombang segitiga sebagai

carrier dan gelombang sinusoidal sebagai gelombang yang dimodulasi. Pada

gelombang SPWM unipolar terdapat perbedaan lebar pulsa pada fase positif

dan fase negatifnya, dan akan periodik sesuai dengan frekuensi dari tegangan

referensi (sinusoidal).

Gambar 2.2.4.3 Sinusoidal Pulse Width Modulation.

Dengan teknik pensaklaran SPWM ini keluaran dari comparator mempunyai

bentuk hampir menyerupai gelombang sinusoidal, sehingga cara ini digunakan

untuk pensaklaran inverter agar gelombang keluaran inverter mendekati

sinusoidal.

2.2.5 Motor Induksi Satu Fasa

Motor induksi adalah adalah motor listrik bolak-balik (ac) yang putaran

rotornya tidak sama dengan putaran medan stator, dengan kata lain putaran

rotor dengan putaran medan stator terdapat selisih putaran yang disebut

slip. Pada umumnya motor induksi dikenal ada dua macam berdasarkan

jumlah fasa yang digunakan, yaitu: motor induksi satu fasa dan motor induksi

tiga fasa. Sesuai dengan namanya motor induksi satu fasa dirancang

untuk beroperasi menggunakan suplai tegangan satu fasa.

Motor induksi satu fasa sering digunakan sebagai penggerak pada

peralatan yang memerlukan daya rendah dan kecepatan yang relatif konstan.

Hal ini disebabkan karena motor induksi satu fasa memiliki beberapa

kelebihan yaitu konstruksi yang cukup sederhana, kecepatan putar yang

hampir konstan terhadap perubahan beban, dan umumnya digunakan pada

sumber jala-jala satu fasa yang banyak terdapat pada peralatan domestik.

14

Walaupun demikian motor ini juga memiliki beberapa kekurangan, yaitu

kapasitas pembebanan yang relatif rendah, tidak dapat melakukan pengasutan

sendiri tanpa pertolongan alat bantu dan efisiensi yang rendah.

Konstruksi Umum

Konstruksi motor induksi satu fasa hampir sama dengan konstruksi motor

induksi tiga fasa, yaitu terdiri dari dua bagian utama yaitu stator dan

rotor. Keduanya merupakan rangkaian magnetik yang berbentuk silinder dan

simetris. Di antara rotor dan stator ini terdapat celah udara yang sempit.

Gambar 2.2.5.1. Konstruksi Umum Motor Induksi Satu Fasa.

Stator merupakan bagian yang diam sebagai rangka tempat kumparan

stator yang terpasang. Stator terdiri dari : inti stator, kumparan stator, dan alur

stator. Motor induksi satu fasa dilengkapi dengan dua kumparan stator yang

dipasang terpisah, yaitu kumparan utama (main winding) atau sering disebut

dengan kumparan berputar dan kumparan bantu (auxiliary winding) atau sering

disebut dengan kumparan start.

Rotor merupakan bagian yang berputar. Bagian ini terdiri dari : inti rotor,

kumparan rotor dan alur rotor. Pada umumnya ada dua jenis rotor yang sering

digunakan pada motor induksi, yaitu rotor belitan (wound rotor) dan rotor

sangkar (squirrel cage rotor).

Prinsip Kerja Motor Induksi Satu Fasa

Teori Medan Putar Silang

Prinsip kerja motor induksi satu fasa dapat dijelaskan dengan

menggunakan teori medan putar silang (cross-field theory). Jika motor

induksi satu fasa diberikan tegangan bolak-balik satu fasa maka arus bolak-

balik akan mengalir pada kumparan stator. Arus pada kumparan stator ini

menghasilkan medan magnet seperti yang di tunjukkan oleh garis putus-putus

pada Gambar 2.2.5.2

15

Gambar 2.2.5.2. Medan Magnet Stator Berpulsa Sepanjang Garis AC.

Arus stator yang mengalir setengah periode pertama akan

membentuk kutub utara di A dan kutub selatan di C pada permukaan stator.

Pada setengah periode berikutnya, arah kutub-kutub stator menjadi

terbalik. Meskipun kuat medan magnet stator berubah-ubah yaitu

maksimum pada saat arus maksimum dan nol pada saat arus nol serta

polaritasnya terbalik secara periodik, aksi ini akan terjadi hanya sepanjang

sumbu AC. Dengan demikian, medan magnet ini tidak berputar tetapi hanya

merupakan sebuah medan magnet yang berpulsa pada posisi yang tetap

(stationary).

Seperti halnya pada transformator, tegangan terinduksi pada belitan

sekunder, dalam hal ini adalah kumparan rotor. Karena rotor dari motor

induksi satu fasa pada umumnya adalah rotor sangkar dimana belitannya

terhubung singkat, maka arus akan mengalir pada kumparan rotor tersebut.

Sesuai dengan hukum Lenz, arah dari arus ini (seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 2.2.5.2 adalah sedemikian rupa sehingga medan magnet yang

dihasilkan melawan medan magnet yang menghasilkannya. Arus rotor ini akan

menghasilkan medan magnet rotor dan membentuk kutub-kutub pada

permukaan rotor. Karena kutub-kutub ini juga berada pada sumbu AC dengan

arah yang berlawanan terhadap kutub-kutub stator, maka tidak ada momen

putar yang dihasilkan pada kedua arah sehingga rotor tetap diam. Dengan

demikian, motor induksi satu fasa tidak dapat diasut sendiri dan

membutuhkan rangkaian bantu untuk menjalankannya.

Belitan Rotor Belitan Stator A

C

16

Gambar 2.2.5.3. Motor Dalam Keadaan Berputar

Misalkan sekarang motor sedang berputar. Hal ini dapat dilakukan dengan

memutar secara manual (dengan tangan) atau dengan rangkaian bantu.

Konduktor-konduktor rotor akan memotong medan magnet stator sehingga

timbul gaya gerak listrik pada konduktor-konduktor tersebut. Hal ini

diperlihatkan pada Gambar 2.2.5.3 yang menunjukkan rotor sedang berputar

searah jarum jam.

Jika fluks rotor seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.2.5.3

mengarah ke atas sesuai dengan kaidah tangan kanan Fleming, arah gaya

gerak listrik (ggl) rotor akan mengarah keluar kertas pada setengah bagian

atas rotor dan mengarah ke dalam kertas pada setengah bagian bawah rotor.

Pada setengah periode berikutnya arah dari gaya gerak listrik yang

dibangkitkan akan terbalik. Gaya gerak listrik yang diinduksikan ke rotor

adalah berbeda dengan arus dan fluks stator. Karena konduktor-konduktor

rotor terbuat dari bahan dengan tahanan rendah dan induktansi tinggi, maka

arus rotor yang dihasilkan akan tertinggal terhadap gaya gerak listrik

rotor mendekati 90o. Gambar 2.2.5.4 menunjukkan hubungan fasa dari arus

dan fluks stator, gaya gerak listrik, arus dan fluks rotor.

Teori Medan Putar Ganda

Teori medan putar ganda (double revolving-field theory) adalah suatu metode

lain untuk menganalisis prinsip perputaran motor induksi satu fasa disamping

teori medan putar silang. Menurut teori ini, medan magnet yang berpulsa

dalam waktu tetapi diam dalam ruangan dapat dibagi menjadi dua medan

magnet, dimana besar kedua medan magnet ini sama dan berputar dalam

arah yang berlawanan. Dengan kata lain, suatu fluks sinusoidal bolak-balik

dapat diwakili oleh dua fluks yang berputar, yang masing-masing nilainya

sama dengan setengah dari nilai fluks bolak-balik tersebut dan masing-masing

berputar secara sinkron dengan arah yang berlawanan.

17

Gambar 2.2.5.4. Fluks Rotor Tertinggal Terhadap Fluks Stator Sebesar 90

Sesuai dengan kaidah tangan kanan Fleming, arus rotor ini akan

menghasilkan medan magnet, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2.5.4

karena medan rotor ini terpisah sebesar 90o

dari medan stator, maka

disebut sebagai medan silang (cross-field). Nilai maksimum dari medan ini

seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2.2.5.4, terjadi pada saat seperempat

periode setelah gaya gerak listrik rotor yang dibangkitkan adalah telah

mencapai nilai maksimumnya. Karena arus rotor yang mengalir disebabkan

oleh suatu gaya gerak listrik bolak- balik maka medan magnet yang

dihasilkan oleh arus ini adalah juga bolak-balik dan aksi ini terjadi sepanjang

sumbu DB (lihat Gambar 2.2.5.5).

Gambar 2.2.5.5. Medan Silang yang Dibangkitkan Arus Stator

Karena medan silang beraksi pada sudut 90o

terhadap medan magnet

stator dengan sudut fasa yang juga tertinggal 90o

terhadap medan stator, kedua

medan bersatu untuk membentuk sebuah medan putar resultan yang

berputar dengan kecepatan sinkron yang ditunjukkan pada Gambar 2.2.5.6.

18

Gambar 2.2.5.6. Phasor Medan Putar yang Dihasilkan Oleh Belitan Stator dan Rotor.

Teori Medan Putar Ganda

Teori medan putar ganda (double revolving-field theory) adalah suatu metode

lain untuk menganalisis prinsip perputaran motor induksi satu fasa disamping

teori medan putar silang. Menurut teori ini, medan magnet yang berpulsa

dalam waktu tetapi diam dalam ruangan dapat dibagi menjadi dua medan

magnet, dimana besar kedua medan magnet ini sama dan berputar dalam arah

yang berlawanan. Dengan kata lain, suatu fluks sinusoidal bolak-balik dapat

diwakili oleh dua fluks yang berputar, yang masing-masing nilainya sama

dengan setengah dari nilai fluks bolak-balik tersebut dan masing-masing

berputar secara sinkron dengan arah yang berlawanan.

Pada Gambar 2.2.5.7.a menunjukkan suatu fluks bolak-balik yang mempunyai

nilai maksimum m . Komponen fluksnya A dan B mempunyai nilai yang

sama yaitu m /2, berputar dengan arah yang berlawanan dan searah jarum

jam, seperti ditunjukkan anak panah.

Gambar 2.2.5.7. Konsep Medan Putar Ganda.

19

Pada beberapa saat ketika A dan B telah berputar dengan sudut + dan

seperti pada Gambar 2.2.5.7.b, maka besar fluks resultan adalah :

dimana :

r = fluks resultan ( weber )

m = fluks maksimum ( weber )

= sudut ruang

Setelah seperempat periode putaran, fluks A dan B akan berlawanan arah

seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2.5.7.c, sehingga resultan fluksnya

sama

dengan nol. Setelah setengah putaran, fluks A dan B akan mempunyai resultan

sebesar -2 x m /2 = - m , seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2.5.7.d.

Setelah tiga perempat putaran, resultan akan kembali nol seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 2.2.5.7.e dan demikianlah seterusnya. Jika nilai-nilai

dari fluks resultan digambarkan terhadap diantara = 0o sampai = 360o,

maka akan didapat suatu kurva seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2.5.8.

Gambar 2.2.5.8. Kurva Fluks Resultan Terhadap

20

Pada saat rotor berputar sesuai dengan arah momen putar medan maju dengan

kecepatan tertentu, maka besar slip terhadap momen putar medan maju (sf)

yang terjadi adalah :

s f = ns nr / ns = s .......................................(2.2)

dimana :

ns = kecepatan sinkron ( rpm )

nr = kecepatan putaran rotor (rpm)

2.2.6 ARM STM32F407VG

Gambar 2.2.6.1 ARM Cortex

ARM itu merupakan mikrokontroler yang lagi panas-panasnya di koar-koarin

di elins, karena penggunaan AT MEGA dari ATMEL sudah mulai ditinggalkan

dengan alasan sudah terlalu banyak aplikasi dengan AT MEGA maka harus

berkembang dengan ARM yang harganya relatif lebih murah dengan

teknologi yang lebih canggih. Sedikit sejarahnya, ARM adalah prosesor

dengan arsitektur set instruksi 32bit RISC (Reduced Instruction Set Computer)

yang dikembangkan oleh ARM Holdings. ARM merupakan singkatan dari

Advanced RISC Machine (sebelumnya lebih dikenal dengan kepanjangan

Acorn RISC Machine). Pada awalnya ARM prosesor dikembangkan untuk

PC (Personal Computer) oleh Acorn Computers, sebelum dominasi Intel x86

prosesorMicrosoft di IBM PC kompatibel menyebabkan Acorn Computers

bangkrut. Setelah Acorn Computers bangkrut, Apple Computers (sekarang

Apple Inc) dan VLSI Technology Inc membeli kekayaan intelektual Acorn

Computer, dan mendirikan ARM Ltd. ARM Ltd kemudian melanjutkan proyek

Acorn Computer untuk mengembangkan prosesor 32bit dengan arsitektur

RISC yang sederhana dan hemat energi. Prosesor yang dikembangkan

ARM Ltd ternyata tidak diminati oleh kalangan produsen PC,

dengan alasan tidak kompatibel dengan arsitektur Intel x86. ARM

Ltd kemudian memutuskan untuk tidak memproduksi ARM prosesor, tetapi

melisensikan desain prosesor tersebut untuk digabungkan dengan ASIC

(Application Specific IC) yang membutuhkan kontroler embedded (contoh:

21

kontroler printer, kontroler mesin cuci, kontroler video dekoder, kontroler

ethernet hub/router, dan sebagainya).

Saat ini, selain digunakan untuk ASIC, ARM prosesor juga diproduksi oleh

berbagai perusahaan semikonduktor sebagai mikroprosesor terpisah

(sebelumnya ARM prosesor selalu diembeddedkan dengan ASIC) maupun

mikrokontroler (dengan pengurangan berbagai fitur yang diperlukan

mikroprosesor). Perusahaan yang dulu ataupun saat ini menggunakan lisensi

ARM prosesor meliputi AlcatelLucent, Apple Inc., Atmel, Broadcom, Cirrus

Logic, Digital Equipment Corporation (DEC), Freescale, Intel (melalui akuisisi

DEC), LG, Marvell Technology Group, Microsoft, NEC, Nuvoton, Nvidia,

NXP (dulu Philips), Oki, Qualcomm, Samsung, Sharp, STMicroelectronics,

Symbios Logic, Texas Instruments, VLSI Technology, Yamaha and

ZiiLABS. Berbagai macam kontroler berbasis ARM yang terkenal meliputi

DEC StrongARM (digunakan Intel untuk prosesor PDA), Marvell Xscale

(desain Xscale dibeli Marvell dari Intel), Nintendo (untuk prosesor Gameboy,

DSi, dan 3DS), Nvidia Tegra, STEricsson Nomadik, Qualcomm Snapdragon,

Texas Instruments OMAP product line, Samsung Hummingbird and Apple A4.

ARM STM32F407VG

Spesifikasi:

Gambar 2.2.6.2 ARM STM32F407VG

22

2.2.7 Sensor Arus

ACS712 merupakan suatu IC terpaket yang mana berguna untuk sensor arus

menggantikan trafo arus yang relatif besar dalam hal ukuran. Pada prinsipnya

ACS712 sama dengan sensor efek hall lainnya yaitu dengan memanfaatkan

medan magnetik di sekitar arus kemudian dikonversi menjadi tegangan yang

linier dengan perubahan arus. Nilai variabel dari sensor ini merupakan input

untuk mikrokontroller yang kemudian diolah.

ACS712 memiliki bentuk fisik seperti yang akan ditunjukan pada gambar

2.2.7.1 dan disetiap pin yang terdapat pada ACS712 memiliki fungsi yang

berbeda beda seperti ditunjukan pada tabel 2.2.7.1.

keluaran dari ACS712 masih berupa sinyal tegangan AC, agar dapat diolah

oleh mikrokontroller maka sinyal tegangan AC ini di searahkan oleh rangkaian

penyearah. Seperti pada gambar dibawah ini.

Gambar 2.2.7.1 Aplikasi Rangkaian Sensor Arus ACS712.

Gambar 2.2.7.2 Pin Out Diagram ACS712

23

Tabel 2.7.1 Pin Deskripsi ACS 712

Nomor Nama Deskripsi

1 dan 2 IP+ Terminal arus dengan fuse yang menyatu

3 dan 4 IP- Terminal arus dengan fuse yang menyatu

5 GND Terminal ground signal

6 FILTER Terminal untuk kapasitor external

pengaturan bandwith

7 VIOUT Signal output analog

8 VCC Perangkat terminal power supply

2.2.8 Sensor Tegangan

Pengukuran besarnya tegangan pada beban menggunakan AMC1100.

AMC1100 merupakan suatu komponen elektronika yang dapat digunakan

untuk mengukur besaran tegangan dan arus pada sistem dengan memiliki 8

kaki.

Gambar 2.2.8.1 Pin Out Diagram AMC1100

konfigurasi disetiap pin tersebut memiliki fungsi yang berbeda seperti tampak

pada gambar 2.8.1 dan pin deskripsinya akan ditunjukan pada tabel 2.2.8.1

Tabel 2.2.8.1 Pin Deskripsi AMC1100

Nama No. Function Deskripsi

GND1 4 Power Sisi tinggi analog ground

GND2 5 Power Sisi rendah analog ground

VDD1 1 Power Sisi tinggi power supply

VDD2 8 Power Sisi rendah power supply

VINN 2 Analog

input

Inverting analog input

VINP 3 Analog

Input

Non inverting analog input

VOUTN 6 Analog Inverting analog output

24

Output

VOUTP 7 Analog

Output

Non inverting analog output

2.2.9 Kontrol Logika Fuzzy

Logika fuzzy, adalah peningkatan dari logika boolean yang berhadapan dengan

konsep kebenaran sebagian. Dimana logika klasik menyatakan bahwa segala

hal dapat diekspresikan dalam istilah binery (0 atau 1, ya atau tidak), logika

fuzzy menggantikan kebenaran boolean dengan tingkat kebenaran. Logika

fuzzy memungkinkan nilai keanggotaan antara 0 dan 1, tingkat keabuan dan

juga hitam dan putih, dalam bentuk linguistik, konsep tidak pasti seperti

sedikit, lumayan, danbanyak. Dalam logika fuzzy, nilai-nilai linguistik

dan ekspresi digunakan untuk menggambarkan variabel fisik.

Gambar 2.2.9.1 Struktur dan elemen fungsi dari kontrol fuzzy.

Kontrol logika fuzzy berarti kontrol terbuka dan loop tertutup dari proses

teknis, termasuk pengolahan nilai yang terukur, berasal dari variabel terukur,

dan set poin. Variabel keluaran dalam bentuk variabel pengoreksi.

Transformasi harus dilakukan antara masukan dan variabel keluaran dari

proses dan dunia fuzzy (fuzzifikasi, defuzzifikasi) komponen inti pengendalian

fuzzy terdiri dari linguistik aturan dasar (rule base) dan kesimpulan

(inference).

Fuzzyfikasi

Penentuan dan pencocokan variabel masukan dengan istilah linguistik

disebut sebagai fuzzifikasi. Untuk tujuan ini, tingkatan aktual keanggotaan

untuk variabel masukan ditentukan untuk masing-masing linguistik.

25

Gambar 2.2.9.2 Prinsip dan proses fuzzifikasi.

Aturan Dasar (rule base)

Basis aturan (rule base) berisi pengetahuan empiris mengenai operasi dari

suatu proses dibawah pertimbangan tertentu. Aturan linguistik digunakan untuk

mewakili pengetahuan terhadap suatu plant.

Keputusan (Inference)

Definisi yang lebih umum dan matematis terbukti basis aturan fuzzy

didasarkan pada umum, modus ponens dan prinsip implikasi fuzzy. Prinsip-

prinsip dan definisi yang digunakan disisni berlaku untuk kasus sederhana dari

basis aturan fuzzy, pada dasarnya terinspirasi dari inferensi mamdani banyak

digunakan dalam skema kontrol. Skema inferensi lebih rumit tidak dalam

dalam bidang standar ini. Inferensi terdiri dari tiga aktivasi subfunction

agregasi, dan accumulation.

a. Pengumpulan (Aggregation)

Menentukan tingkat pencapaian kondisi dari derajat keanggotaan subkondisi.

b. Aktivasi (Activation)

Dalam kesimpulan, sub-conclusion berhubungan dengan variabel keluaran

tingkat keanggotaan kesimpulan ini kemudian ditentukan berdasarkan tingkat

pemenuhan kondisi ditentukan dalam aggregation (kesimpulan jika A maka

B). secara umum, min atau prod digunakan untuk aktivasi.

c. Pengumpulan (Accumulation)

Adalah hasil aturan yang dikombinasikan untuk mendapatkan hasil secara

keseluruhan. Algoritma maksimum biasanya digunakan untuk akumulasi.

Bergantung pada kombinasi operator dalam langkah-langkah individu, strategi

strategi inference yang terkenal adalah max-min inferensi yang artinya metode

minimum untuk akumulasi dan maksimum untuk aktivasi. Max-min Inferensi,

fungsi keanggotaan dari fuzzy set kesimpulan terbatas pada tingkat pemenuhan

kondisi dan kemudian, pada gilirannya,dikombinasikan untuk menciptakan

fuzzy set oleh membentuk maksimal. Dalam Inferensi maxprod sebaliknya,

26

fungsi keanggotaan fuzzy set dari kesimpulan yang berbobot, yaitu dikalikan,

dengan tingkat pencapaian kondisi dan kemudian digabungkan.

Fungsi Membership

Kondisi hanya fungsi keanggotaan harus benar-benar memuaskan adalah

bahwa ia harus bervariasi antara 0 dan 1. Fungsi itu sendiri bisa menjadi kurva

yang sewenang-wenang yang bentuknya kita dapat mendefinisikan sebagai

fungsi yang sesuai dengan kita dari sudut pandang kesederhanaan,

kenyamanan, kecepatan, dan efisiensi.

Gambar 2.2.9.3 Macam-macam fungsi membership.

Langkah penyusunan fuzzy adalah sebagai berikut :

1. Menentukan proses fuzzyfikasi proses memetakan nilai masukan sistem

kedalam fungsi keanggotaan untuk menentukan resultan nilai kebenaran

untuk setiap label (fungsi keanggotaan), hasilnya adalah masukan fuzzy.

2. Menentukan rule, perhitungan relatif yang dapat digunakan, atau nilai

kebenaran tiap rule. Dalam inferen min-max, hal ini sama dengan nilai

minimum anticedent (masukan fuzzy) untuk rule tersebut. Keluaran fuzzy

dihitung dengan menentukan nilai maksimum rule strength untuk tiap label

keluaran.

3. Proses defuzzyfikasi Proses penghitung center of gravity (COG) seluruh

keluaran fuzzy untuk variabel keluaran yang diberikan untuk menentukan

nilai keluaran yang diberikan. Keluaran dari COG akan digunakan sebagai

set point baru.

2.2.10 Sensor Optocoupler

Optocoupler adalah suatu piranti yang terdiri dari 2 bagian yaitu transmitter

dan receiver, yaitu antara bagian cahaya dengan bagian deteksi sumber cahaya

terpisah. Biasanya optocoupler digunakan sebagai saklar elektrik, yang bekerja

27

secara otomatis. Pada dasarnya Optocoupler adalah suatu komponen

penghubung (coupling) yang bekerja berdasarkan picu cahaya optic.

Optocoupler terdiri dari dua bagian yaitu:

1. Pada transmitter dibangun dari sebuah LED infra merah. Jika

dibandingkan dengan menggunakan LED biasa, LED infra merah

memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap sinyal tampak. Cahaya yang

dipancarkan oleh LED infra merah tidak terlihat oleh mata telanjang.

2. Pada bagian receiver dibangun dengan dasar komponen Photodiode.

Photodiode merupakan suatu transistor yang peka terhadap tenaga cahaya.

Suatu sumber cahaya menghasilkan energi panas, begitu pula dengan

spektrum infra merah. Karena spekrum inframerah mempunyai efek panas

yang lebih besar dari cahaya tampak, maka Photodiode lebih peka untuk

menangkap radiasi dari sinar infra merah.

Oleh karena itu Optocoupler dapat dikatakan sebagai gabungan dari LED

infra merah dengan fototransistor yang terbungkus menjadi satu chips. Cahaya

infra merah termasuk dalam gelombang elektromagnetik yang tidak tampak

oleh mata telanjang. Sinar ini tidak tampak oleh mata karena mempunyai

panjang gelombang , berkas cahaya yang terlalu panjang bagi tanggapan mata

manusia. Sinar infra merah mempunyai daerah frekuensi 1 x 1012 Hz sampai

dengan 1 x 1014 GHz atau daerah frekuensi dengan panjang gelombang 1 m

1mm. LED infra merah ini merupakan komponen elektronika yang

memancarkan cahaya infra merah dengan konsumsi daya sangat kecil. Jika

diberi bias maju, LED infra merah yang terdapat pada optocoupler akan

mengeluarkan panjang gelombang sekitar 0,9 mikrometer. Proses terjadinya

pancaran cahaya pada LED infra merah dalam optocoupler adalah sebagai

berikut. Saat dioda menghantarkan arus, elektron lepas dari ikatannya karena

memerlukan tenaga dari catu daya listrik. Setelah elektron lepas, banyak

elektron yang bergabung dengan lubang yang ada di sekitarnya (memasuki

lubang lain yang kosong). Pada saat masuk lubang yang lain, elektron

melepaskan tenaga yang akan diradiasikan dalam bentuk cahaya, sehingga

dioda akan menyala atau memancarkan cahaya pada saat dilewati arus. Cahaya

infra merah yang terdapat pada optocoupler tidak perlu lensa untuk

memfokuskan cahaya karena dalam satu chip mempunyai jarak yang dekat

dengan penerimanya. Pada optocoupler yang bertugas sebagai penerima cahaya

infra merah adalah fototransistor. Fototransistor merupakan komponen

elektronika yang berfungsi sebagai detektor cahaya infra merah. Detektor

cahaya ini mengubah efek cahaya menjadi sinyal listrik, oleh sebab itu

fototransistor termasuk dalam golongan detektor optik. Fototransistor memiliki

sambungan kolektorbasis yang besar dengan cahaya infra merah, karena

cahaya ini dapat membangkitkan pasangan lubang elektron. Dengan diberi bias

28

maju, cahaya yang masuk akan menimbulkan arus pada kolektor.

Fototransistor memiliki bahan utama yaitu germanium atau silikon yang

sama dengan bahan pembuat transistor. Tipe fototransistor juga sama

dengan transistor pada umumnya yaitu PNP dan NPN. Perbedaan transistor

dengan fototransistor hanya terletak pada dindingnya yang memungkinkan

cahaya infra merah mengaktifkan daerah basis, sedangkan transistor biasa

ditempatkan pada dinding logam yang tertutup.

Ditinjau dari penggunaanya, fisik optocoupler dapat berbentuk bermacam-

macam. Bila hanya digunakan untuk mengisolasi level tegangan atau data pada

sisi transmitter dan sisi receiver, maka optocoupler ini biasanya dibuat dalam

bentuk solid (tidak ada ruang antara LED dan Photodiode). Sehingga sinyal

listrik yang ada pada input dan output akan terisolasi. Dengan kata lain

optocoupler ini digunakan sebagai optoisolator jenis IC.

Prinsip kerja dari optocoupler adalah :

1. Jika antara Photodiode dan LED terhalang maka Photodiode tersebut

akan off sehingga output dari kolektor akan berlogika high.

2. Sebaliknya jika antara Photodiode dan LED tidak terhalang maka

Photodiode dan LED tidak terhalang maka Photodiode tersebut akan on

sehingga output- nya akan berlogika low.

Sebagai piranti elektronika yang berfungsi sebagai pemisah antara rangkaian

power dengan rangkaian control. Komponen ini merupakan salah satu jenis

komponen yang memanfaatkan sinar sebagai pemicu on/off-nya. Opto berarti

optic dan coupler berarti pemicu. Sehingga bisa diartikan bahwa

optocoupler merupakan suatu komponen yang bekerja berdasarkan picu

cahaya optic opto-coupler termasuk dalam sensor, dimana terdiri dari dua

bagian yaitu transmitter dan receiver. Dasar rangkaian dapat ditunjukkan

seperti pada gambar dibawah ini:

Gambar 2.2.10.1 Optocoupler

Sebagai pemancar atau transmitter dibangun dari sebuah led infra merah untuk

mendapatkan ketahanan yang lebih baik daripada menggunakan led biasa.

Sensor ini bisa digunakan sebagai isolator dari rangkaian tegangan

rendah kerangkaian tegangan tinggi. Selain itu juga bisa dipakai sebagai

29

pendeteksi adanya penghalang antara transmitter dan receiver dengan memberi

ruang uji dibagian tengah antara led dengan photo transistor. Penggunaan ini

bisa diterapkan untuk mendeteksi putaran motor atau mendeteksi lubang

penanda disket pada disk drive computer. Tapi pada alat yang penulis buat

optocoupler untuk mendeteksi putaran. Penggunaan dari optocoupler

tergantung dari kebutuhannya. Ada berbagai macam bentuk, jenis, dan type.

Seperti MOC 3040 atau 3020, 4N25 atau 4N33dan sebagainya. Pada umumnya

semua jenis optocoupler pada lembar datanya mampu dibebani tegangan

sampai 7500 Volt tanpa terjadi kerusakan atau kebocoran. Biasanya dipasaran

optocoupler tersedianya dengan type 4NXX atau MOC XXXX dengan X

adalah angka part valuenya. Untuk type 4N25 ini mempunyai tegangan isolasi

sebesar 2500 Volt dengan kemampuan maksimal led dialiri arus fordward

sebesar 80 mA. Namun besarnya arus led yang digunakan berkisar antara

15mA - 30 mA dan untuk menghubungkan-nya dengan tegangan +5 Volt

diperlukan tahanan sekitar 1Kohm.

2.2.11 TFT Touchscreen

LCD (Liquid Crystal Display) seperti yang ditunjukan pada gambar 2.2.11.1

merupakan komponen elektronika yang berfungsi sebagai tampilan suatu data,

baik karakter, huruf, angka ataupun grafik. Perbedaan LED ( Light Emiting

Diode ) dan LCD adalah LED menghasilkan cahaya sedangkan LCD

tergantung dari cahaya dari luar, sehingga bila cahaya dari luar semakin terang

maka tampilan yang terdapat pada LCD juga akan semakin jelas.

Gambar 2.2.11.1 TFT Touchscreen

Teknologi TFT LCD berupa liquid crystal yang diisikan di antara dua pelat

gelas, yaitu colour filter glass dan TFT glass. Colour filter glass mempunyai

filter warna yang bertugas memancarkan warna, sedangkan TFT glass

mempunyai Thin Film transistor sebanyak pixel yang ditampilkan. Liquid

crystal bergerak sesuai dengan perbedaan voltase antara colour filter glass

30

dengan TFT glass. Jumlah cahaya yang dipasok oleh Back Light ditentukan

oleh jumlah pergerakan liquid crystal yang pada gilirannya akan membentuk

warna.

3. METODOLOGI

3.1 Perencanaan Sistem (Hardware / Software)

Perancangan Perangkat Lunak (Software)

Pada perencanaan sistem ini langkah awal yang dilakukan adalah

membuat pengendali berbasis logika fuzzy dengan menentukan parameter -

parameter yang digunakan dalam pengaturan kecepatan motor induksi.

Menentukan rule base dan membership functionnya, untuk pemrograman pada

ARM STM32F407VG menggunakan software Keil untuk membakitkan PWM

boost converter

Perancangan Perangkat Keras (Hardware)

Gambar 3.1.1 Blok Diagram Sistem

SPWM

DAC

Vs(rms)=220Volt

Vo = 48 Volt

Vo= 80 Volt

Duty Cycle = 0,66

Duty Cycle= 0,4

Vo(rms)=56,57 Volt

Vo = 52,8 Volt Vin = 18 Volt

Solar Cell

150 WP

Vo=1822Volt Boost

Converter

Accu 48 Volt

10 Ah

Inverter

1 fasa

(fullbridge)

Motor AC

1 fasa

125 watt/ 220 Volt

Sensor

Kecepatan

ARM

Sensor Tegangan

dan Sensor Arus

Sensor

Tegangan

LCD

Touchscreen

Trafo Step Up

Ratio 1:4

Filter Pasif

(LC)

Boost

Converter

Mekanik Alat

Logika Fuzzy

Control

Profesional

ADC

DAC

DAC

ADC

ADC

31

Mesin pemarut kelapa yang efiensinya tinggi dengan mengontrol kecepatan

motor menggunakan metode logika fuzzy berdasarkan ketebalan dari daging

kelapa dan mesin pemarut kelapa yang hemat energi dengan memanfaatkan

tenaga surya sebagai supplynya. Tenaga surya akan konversi menjadi tegangan

melalui solar cell berkapasitas 150 WP yang kemudian akan di naikkan tegangnya

menggunakan Boost Converter dengan metode kontrol logika fuzzy pada ARM

STM32F407VG. Tegangan yang keluar dari solar cell 150 WP adalah 18 Volt dan

akan naikan menggunakan boost converter menjadi 52,8 Volt dengan duty cycle

0,66. Tegangan dan arus yang keluar dari Boost Converter akan disimpan dalam

accumulator berkapasitas 48 Volt 10 Ah yang outputnya akan dipasang sensor

tegangan dan sensor arus sebagi monitoring dan data yang akan diinputkan ke

ARM STM32F407VG. Accumulator akan dihubungkan dengan Boost Converter

untuk menaikan tegangan DC dari 48 Volt ke 80 Volt dengan duty cycle 0,4

kemudian dihubungkan dengan inverter 1 fasa untuk mengubah tegangan DC ke

AC. Agar output inverter 1 fasa sinus murni maka inverter akan dihubungkan

dengan rangkaian filter pasif LC untuk mengurangi distorsi. Filter LC akan

dihubungkan dengan trafo step up 1:4 untuk menaikan tegangan dari 56,57 Volt

ke 220 Volt AC. Output trafo Step Up akan digunakan untuk mensupply motor

AC 1 fasa 220 Volt 125 watt untuk menggerakkan alat pemarut kelapa kemudian

dipasang sensor kecepatan rotary encoder yang datanya akan diinputkan ke ARM

STM32F407VG untuk proses kontrol kecepatannya agar tetap konstan dengan

menggunakan metode logika fuzzy melaui PWM boost converter. Hasil sensing

dari sensor kecepatan, tegangan dan arus akan ditampilan pada LCD.

3.2 Implementasi Sistem

Dari hasil perancangan, dilakukan realisasi / pembuatan baik perangkat keras

maupun perangkat lunak. Diadakan pengukuran / pengujian masing - masing

bagian (sub-sistem) dari perangkat - perangkat tersebut sebelum dilakukan

integrasi. Untuk mengetahui semua sistem yang telah dirancang sesuai dengan

hasil yang diharapkan, dilakukan integrasi terhadap masing-masing perangkat.

Secara detail tahap-tahap pengerjaan proyek akhir ini terlihat pada flowchart

berikut

32

3.1 Flowchart tahap-tahap pengerjaan proyek akhir

3.3 Pengujian / Analisa Hasil Penelitian

Setelah dilakukan perancangan dan beberapa pengujian pada sistem, maka

akan diperoleh data data hasil kinerja sistem yang dapat dilihat melalui

karakteristik solar cell. Solar cell menghasilkan tegangan yang berubah-ubah,

karena tegangan ini dipengaruhi oleh intensitas cahaya matahari. Saat intensitas

cahaya tinggi maka tegangan yang dihasilkan juga tinggi, begitupun

sebaliknya. Tegangan yang dihasilkan solar cell 150 WP sekitar 18volt sampai

22Volt. Dari parameter tegangan tersebut selanjutnya akan diproses pada

mikrokontroler yaitu dengan menyuplai boost converter berupa sinyal PWM

untuk mengatur besarnya duty cycle. Sinyal PWM tersebut digunakan untuk

menyulut boost converter agar dapat mengontrol tegangan untuk mencharger

accumulator 48 volt 10 Ah yang outputnya akan dipasang sensor tegangan dan

sensor arus sebagi monitoring dan data yang akan diinputkan ke ARM

STM32F407VG. Accumulator akan dihubungkan dengan Boost Converter

untuk menaikan tegangan DC dari 48 Volt ke 80 Volt dengan duty cycle 0,4

kemudian dihubungkan dengan inverter 1 fasa untuk mengubah tegangan DC

ke AC. Agar output inverter 1 fasa sinus murni maka inverter akan

dihubungkan dengan rangkaian filter pasif LC untuk mengurangi distorsi. Filter

LC akan dihubungkan dengan trafo step up 1:4 untuk menaikan tegangan dari

33

Tabel 6.1 Rincian Biaya

56,57 Volt ke 220 Volt AC. Output trafo Step Up akan digunakan untuk

mensupply motor AC 1 fasa 220 Volt 125 watt untuk menggerakkan alat

pemarut kelapa kemudian dipasang sensor kecepatan rotary encoder yang

datanya akan diinputkan ke ARM STM32F407VG untuk proses kontrol

kecepatannya agar tetap konstan dengan menggunakan metode logika fuzzy

melaui PWM boost converter. Hasil sensing dari sensor kecepatan, tegangan

dan arus akan ditampilan pada LCD.

3.4 Kesimpulan

Setelah melakukan pengujian dan analisa hasil penelitian sistem, maka akan

diperoleh kesimpulan dari sistem yang dibuat. Kita juga akan mengetahui

kelebihan dan kelemahan dari sistem yang kita buat.

4. HASIL YANG DIHARAPKAN

Target luaran yang diharapkan adalah terciptanya suatu produk teknologi dari

mahasiswa yang berguna untuk masyarakat dan mempermudah manyarakat dalam

bekerja serta sinar matahari benar-benar dapat dimanfaatkan sehingga dapat

dikonfersi menladi suatu sumber yang ramah lingkungan dan dapat menjadi

sumber yang dapat dimanfaatkan untuk sumber energi dari alat pemarut kelapa.

5. RELEVANSI

Target luaran yang diharapkan adalah terciptanya suatu produk teknologi

dari mahasiswa yang dapat mengkonversi panas matahari menjadi energi listrik

yang efektif, efisien dan memenuhi kriteria untuk proses pemarutan kelapa

sehingga dapat menjadi contoh pemanfaatan energi terbarukan yang akan terus

dikembangkan dan kelak akan berguna bagi seluruh masyarakat Indonesia.

6. BIAYA DAN JADWAL KEGIATAN

6.1 Biaya

No Jenis Pengeluaran Harga

Satuan/Unit Volume Jumlah

A. Peralatan Penunjang

1. Tool Box Rp. 42.500/Buah 1 Rp. 42.500

2. Solder Rp. 35.000/Buah 1 Rp. 35.000

3. Tool Set Rp.105.000/Set 1 Rp.105.000

4. Organizer Box Rp. 32.900/Buah 1 Rp. 32.900

5. Penyedot Timah Rp. 40.000/Buah 1 Rp. 40.000

6. Adaptor Selector Rp. 35.000/Buah 1 Rp. 35.000

34

6.2 Jadwal Kegiatan

6.2.1 Jadwal Kegiatan Pembuatan Proposal Proyek Akhir

Tabel 6.2.1 Rencana Jadwal Kegiatan Pembuatan Proposal Proyek Akhir

NO KEGIATAN BULAN

1 2 3 4 5 6

1 Studi Literatur

2 Sharing dengan Dosen

Pembimbing

3 Pembuatan Blok

Diagram

4 Pembuatan Simulasi

5 Penyusunan Proposal

7. Bor Rp.60.000/Buah 1 Rp.60.000

B. Bahan Habis Pakai

1. Solar Cell

150 WP Rp.3.300.000/Buah 1 Rp.3.300.000

2. Accumulator .150.000/Buah 4 Rp.600.000

3. ARM

STM32F407VG

Rp. 250.000/Buah 1

Rp. 250.000

4. Timah Rp. 12.500/Buah 1 Rp. 12.500

5. Pasta Solder Rp. 30.000/Buah 1 Rp. 30.000

6. LCD TFT Rp. 260.000/Buah 1 Rp. 260.000

7. Trafo Step Up Rp. 500.000/Buah 1 Rp.500.000

8. Komponen Boost

Converter Rp. 200.000/Buah 1 Rp. 200.000

9. Komponen

Inverter Rp. 200.000/Buah 1 Rp. 200.000

10. Sensor Arus Rp. 90.000/Buah 1 Rp. 90.000

11. Sensor Tegangan Rp. 40.000/Buah 2 Rp. 80.000

12. Komponen Filter

LC Rp. 50.000/Buah 1 Rp. 50.000

13. Sensor Kecepatan Rp. 50.000/Buah 1 Rp. 50.000

E Jumlah Pengeluaran Rp. 5.972.900

35

6.2.2 Jadwal Kegiatan Progres Proyek Akhir

Tabel 6.2.2 Rencana Jadwal Kegiatan Pembuatan Proposal Proyek Akhir

NO KEGIATAN BULAN

1 2 3 4 5 6

1 Survei Komponen

2 Sharing dengan Dosen

Pembimbing

3 Perencanaan

Komponen

4 Uji Coba Sensor

5 Pembuatan Mekanik

6 Pembuatan Elektrik

Sistem

6.2.3 Jadwal Kegiatan Proyek Akhir

Tabel 6.2.3 Rencana Jadwal Kegiatan Pembuatan Proposal Proyek Akhir

NO KEGIATAN BULAN

1 2 3 4 5 6

1 Uji Coba Elektrik

Sistem

2 Sharing dengan Dosen

Pembimbing

3 Uji Coba Mekanik

4 Integrasi Sistem

5 Uji Coba dan Analisa

Sistem

6 Penyusunan Buku

36

DAFTAR PUSTAKA

1. Ecy Dwiasta Rosella, 2014, Solar Cell Sebagai Sumber Energi

Penggerak Aerator Pada Tambak Udang (Battery Charger), Tugas

Akhir, Teknik Elektro Industri Politeknik Elektronika Negeri Surabaya.

2. Achmad Erfan Prihadana, 2014, Rancang Bangun Battery Charger

ON/OFF Regulator Sebagai Sumber Listrik Pompa Air, Tugas Akhir,

Teknik Elektro Industri Politektik Elektronika Negeri Surabaya.

3. Junaidi dan Eka, 2008. Rancang Bangun Mesin Pemeras Santan Dengan

Metode Kombinasi Pemarutan Dan Pemerasan Dengan Sistem Screw.

POLI REKAYASA Volume 4, Nomor ISSN : 1858-370, 1 Oktober

2008. Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Padang Kampus Unand

Limau Manis Padang : Sumatera Barat.

4. Arismunandar W. 1998. Motor Bakar Torak. ITB. Bandung Bergeyk,

K.V. and A.J. Leidekerken. 1981. Teknologi Proses, Jilid 1

(Penerjemah : B.S.Anwir). Penerbit Bharata Karya Aksara. Jakarta

5. Benzon, J.A. dan R.V. Jose . 1982. Coconut, Production and

Utilization. Philipine Coconut Font Inc. Amber Avenue. Metro Manila

6. Chen, James and Chou, Cung Ci. 1991. Cane Sugar Hand Book. John

Wiley and Sons, Inc. New York

7. Dachlan, M.A. 1984. Pengembangan Pembuatan Santan Awet :

Laporan Majalah Industri Hasil Pertanian. Balai Besar Industri

Pertanian. Bogor

8. Djatmiko, B. 1983. Minyak dan Lemak. Departemen Teknologi

Hasil Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian (Fateta). Institut Pertanian

Bogor.

9. Dirjen Industri Agro. 2010. Roadmap Industri Pengolahan Kelapa.

Kementerian Perindustrian. Jakarta

COVER(Revisi3).pdfProposal PA (Revisi3).pdf