TI ME CLOCK CLOCK DS3231 APLIKASI RE AL TI DS3231 SEBAGAI PENJEJAK SOL A R CE C E L L BERBASIS ARDUINO MATAHARI PADA SOLA
LAPORAN AKHIR
Disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan pendidikan Diploma III pada Jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Sriwijaya
Oleh : REPALDO ALPARES 061330320932
POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA PALEMBANG 2016
LEMBAR PENGESAHAN APLIKASI RE AL TI ME CLOCK DS3231 SEBAGAI PENJEJAK MATAHARI PADA SOLAR CE LL BERBASIS ARDUINO
LAPORAN AKHIR Disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan pendidikan Diploma III pada Jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Sriwijaya Oleh : REPALDO ALPARES 061330320932 Menyetujui, Pembimbing I
Pembimbing II
Dewi Permata Sari, S.T., M.Kom. NIP.19761213 200003 2 001
Johansyah Al Rasyid, S.T., M.Kom. NIP. 19780319 200604 1 000
Mengetahui, Ketua Jurusan
Ketua Program Studi Teknik Elektronika
Yudi Wijanarko, S.T., M.T. NIP. 19670511 199203 1 003
Amperawan, S.T., M.T. NIP. 19670523 199303 1 002
ii
LEMBAR PERSETUJUAN APLIKASI RE AL TI ME CLOCK DS3231 SEBAGAI PENJEJAK MATAHAR PADA SOLAR CE LL BERBASIS ARDUINO Laporan Akhir ini disusun oleh : REPALDO ALPARES 0613 3032 0932 Telah disidangkan di depan dewan penguji Pada hari Kamis, 4 Agustus 2016 Susunan Dewan Penguji Ketua Anggota
: Dewi Permata Sari, S.T., M.Kom : 1. Ir. Iskandar Lutfi, M.T 2. Ir. H. M. Nawawi, M.T 3. Niksen Alfarizal, S.T., M.Kom 4. Ekawati Prihatini, S.T., M.T 5. Destra Andika Pratama, S.T., M.T
Laporan Akhir ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan untuk menyelesaikan Pendidikan Diploma III pada Jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Elektronika
Palembang,
Agustus 2016
Amperawan, S.T., M.T Ketua Program Studi Teknik Elektronika Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Sriwijaya
iii
SURAT PERNYATAAN KEASLIAN LAPORAN AKHIR
Saya yang bertanda tangan di bawah ini :
Nama
: Repaldo Alpares
NIM
: 0613 3032 0932
Jurusan
: Teknik Elektro
Program Studi
: Teknik Elektronika
Menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Laporan Akhir yang telah saya buat ini dengan judul
“APLIKASI REAL
TIME CLOCK DS3231 SEBAGAI
PENJEJAK MATAHARI PADA SOLAR CE LL BERBASIS ARDUINO”
adalah benar hasil karya saya sendiri dan bukan merupakan duplikasi, serta tidak mengutip sebagian atau seluruhnya dari karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan sumbernya.
Palembang, Agustus 2016
Penulis
iv
(-RE PALDO ALPARE S-)
SAYA PE RSE MBAH KAN KE PA DA
Ayah dan Ibu serta Kakak dan Adik saya yang saya sayangi.
Seluruh keluarga yang selalu mendo’akan dan memberi semangat kepada saya.
Mb Dita, Rendi, Dessy, Echa, yang selalu memberi semangat dalam proses pembuatan laporan akhir ini.
Seluruh Dosen terutama Dosen pembimbing saya. Ibu Hj. Dewi Permata Sari, S.T., M.Kom. dan Bapak Johansyah Al Rasyid, S.T., M.Kom.
Teman-teman
serta
sahabat
seperjuangan
Elektronika Angkatan 2013 khususnya kelas 6EC
Teman-teman Tim Solar Cell.
Almamaterku.
v
ABSTRAK
APLIKASI RE AL TI ME CLOCK DS3231 SEBAGAI PENJEJAK MATAHARI PADA SOLAR CE LL BERBASIS ARDUINO (2016; 65 Halaman + xv halaman + Daftar Pustaka + Lampiran)
REPALDO ALPARES TEKNIK ELEKTRO TEKNIK ELEKTRONIKA POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA
Laporan Akhir ini berjudul “Aplikasi Real Time Clock DS3231 Sebagai Penjejak Matahari Pada Solar Cell Berbasis Arduino”. Pembuatan laporan ini bertujuan agar penulis dapat membuat sistem penjejak matahari bagi solar cell agar dapat bergerak mengikuti pergerakan matahari berdasarkan waktu demi mendapatkan cahaya matahari secara optimal. Terdapat modul RTC DS3231 yang berfungsi sebagai input logic dan sebagai indikasi waktu dari pergerakan solar cell . Arduino Uno digunakan sebagai unit pengolahan data yang ditransmisikan oleh RTC DS3231 melalui pin SDA Dan SCL yang telah diisi sebelumnya. Hasil yang didapat adalah dengan menghidupkan motor power window melalui Driver Relay 4 Channel pada mekanik solar cell sehingga permukaan solar cell tetap mendapatkan cahaya matahari secara optimal. Dikarenakan pergerakan dari motor power window tidak terlalu mulus, posisi dari solar cell tidak selalu berada ditengah range pada posisi matahari, akan tetapi selisih perbedaannya tidak terlalu jauh berbeda. Posisi dari solar cell didapat dari pergerakan motor power window yang diatur dari nilai delay waktu pada program. Untuk pengembangan selanjutnya disarankan untuk mengganti motor power window dengan gearbox yang telah dimodifikasi agar pergerakan dari solar cell lebih mulus.
Kata kunci : Solar cell , Sistem Penjejak Matahari, RTC DS3231, Arduino Uno.
vi
ABSTRACT RE AL TI ME CLOCK DS3231 AS SUN RANGE F I NDE R ON SOLAR CEL L BASE D ON ARDUI NO (2016; 65 Page + xv page + B ibliogr aphy + Attachment) RE PALDO ALPARE S ELE CTRI CAL ENGI NEERI NG ELE CTRONIC ENGINEE RI NG STATE POLYTE CH NI C OF SR I WI JAYA This final report entitled “Real Time Clock DS3231 Application As Sun Rangefinder On Solar Cell Based On Arduino”. The purpose of making this report intended that the author can make a rangefinder system for solar cell that can doing movement by following of sun movement based on time and the solar cell still get the sun light optimally. There is RTC DS3231 Module that use as an input and as a time indication for solar cell movement. Arduino Uno is use as a data processing unit that data have been transmitted via SDA and SCL pin which is the program on the Arduino has uploaded. The final result is to turn on the power window motor through the Relay 4 Channel Driver on mechanic of solar cell so that the solar cell surface still radiated by the sun light equally. Because of power window motor movement is not too smooth, the position of the solar cell is not always in the middle of the range of the sun position, but the difference is not too much. The position of solar cell is getting from the movement of power window motor who had setting by the value of time delay on program. For the next upgrading, author suggested that the power window motor should be change using gearbox who already modificated with the hope that the movement of the solar cell can more be smoothly. Keyword : Solar Cell, Solar Cell Rangefinder, RTC DS3231, Arduino UNO
vii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, yang telah memberikan nikmat kesehatan dan kekuatan serta berkat rahmat dan hidayahnya penulis dapat menyelesaikan Laporan Akhir ini yang berjudul “Aplikasi Real
Time Clock DS3231 Sebagai Penjejak Matahari Pada Solar Cell Berbasis Arduino” dengan baik. Laporan Akhir ini dibuat untuk memenuhi salah satu
persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Diploma III pada jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Sriwijaya. Selama penulisan laporan akhir ini penulis mendapatkan beberapa hambatan dan kesulitan, namun berkat dorongan dan bimbingan dari berbagai pihak, segala hambatan dan kesulitan tersebut dapat terselesaikan. Untuk itu penulis menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : Ibu Hj. Dewi Permata Sari, S.T., M.Kom. Selaku Pembimbing I Bapak Johansyah Al Rasyid, S.T., M.T. Selaku Pembimbing II
Penulis juga ingin mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan laporan ini : 1. Bapak Dr. Ing. Ahmad Taqwa, M.T., selaku Direktur Politeknik Negeri Sriwijaya. 2. Bapak Yudi Wijanarko, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Sriwijaya. 3. Bapak H. Herman Yani, S.T., M.Eng., selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Sriwijaya. 4. Bapak Amperawan , S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro Politkenik Negeri Sriwijaya. 5. Seluruh dosen dan staf pada Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Sriwijaya yang membantu penulis dalam kelancara penulisan laporan akhir ini. 6. Kepada kedua orang tua saya yang selama ini memberikan semangat dan dukungan moril atau materil.
viii
7. Teman-teman seperjuangan kelas 6 EC yang telah membantu dengan berbagi pengetahuan dalam pembuatan laporan akhir ini.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Laporan Akhir ini masih terdapat kekurangan dan kekeliruan, baik mengenai isi maupun cara penulisan. Untuk itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun. Akhir kata penulis mengharapkan semoga Laporan Akhir ini dapat bermanfaat bagi semua dan semoga segala bantuan serta bimbingan yang penulis dapatkan selama ini mendapat rahmat dan ridho dari Allah SWT, Aamiin Ya Robbal A’lamiin.
Palembang, Agustus 2016
Penulis
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .....................................................................................
i
LEMBAR PENGESAHAN ..........................................................................
ii
LEMBAR PERSETUJUAN .........................................................................
iii
SURAT PERNYATAAN KEASLIAN LAPORAN AKHIR .....................
iv
MOTTO ........................................................................................................ .
v
ABSTRAK .................................................................................................... .
vi
ABSTRACT ...................................................................................................
vii
KATA PENGANTAR ...................................................................................
viii
DAFTAR ISI ..................................................................................................
x
DAFTAR GAMBAR .....................................................................................
xiii
DAFTAR TABEL .........................................................................................
xv
BAB I PENDAHULUAN
1.1 1.2 1.3 1.4 1.4.1 1.4.2 1.5 1.5.1 1.5.2 1.5.3 1.6
Latar Belakang ................................................................................... Perumusan Masalah ........................................................................... Pembatasan Masalah .......................................................................... Tujuan dan Manfaat ........................................................................... Tujuan ................................................................................................ Manfaat .............................................................................................. Metodologi Penulisan ........................................................................ Metode Literatur................................................................................. Metode Observasi............................................................................... Metode Wawancara ............................................................................ Sistematika Penulisan ........................................................................
1 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 2.1.1
Solar Cell ........................................................................................... Prinsip Dasar Teknologi Solar Cell ( Photovoltaic) dari Bahan Silikon ................................................................................................ 2.1.2 Semikonduktor Tipe P dan Tipe N .................................................... 2.1.3 Sambungan P-N ................................................................................. 2.2 Arduino .............................................................................................. 2.2.1 Hardware ........................................................................................... 2.2.1.1 Soket USB .......................................................................................... 2.2.1.2 Input / Output Digital ......................................................................... 2.2.1.3 Input Analog ...................................................................................... x
5 6 7 8 9 10 12 12 12
2.2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.6.1 2.7 2.7.1 2.8 2.8.1 2.8.2 2.9 2.9.1
Software Arduino ............................................................................... Real Time Clock (RTC)...................................................................... Motorn DC Power Window................................................................ Liquid Crystal Display (LCD) ........................................................... DC-DC Converter .............................................................................. Buck Converter ................................................................................... Charger Controller ............................................................................ Teknologi Solar Charger Controller ................................................. Baterai / Aki ( Accumulator ) ............................................................... Jenis-jenis Baterai .............................................................................. Kapasitas Baterai ................................................................................ Inverter ............................................................................................... Prinsip Kerja Inverter .........................................................................
12 14 20 22 25 25 26 27 29 29 31 31 31
BAB III RANCANG BANGUN
3.1 Umum................................................................................................. 3.2 Tujuan Perancangan ........................................................................... 3.3 Blok Diagram ..................................................................................... 3.4 Tahap-Tahap Perancangan ................................................................. 3.4.1 Perancangan Hardware Elektronik .................................................... 3.4.1.1 Rangkaian Power Supply (Catu Daya) ............................................... 3.4.1.2 Real Time Clock (RTC) DS3231 ....................................................... 3.4.1.3 Rangkaian LCD 16x2......................................................................... 3.4.1.4 Arduino UNO ..................................................................................... 3.4.1.5 Layout Rangkaian............................................................................... 3.4.1.6 Tata Letak Komponen........................................................................ 3.4.2 Perancangan Hardware Mekanik....................................................... 3.4.3 Perancangan Software ........................................................................ 3.5 Prinsip Kerja ...................................................................................... 3.6 Rangkaian Keseluruhan .....................................................................
34 34 35 36 37 37 37 38 38 40 41 43 45 52 54
BAB IV PEMBAHASAN
4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.3 4.3.1 4.3.2
Pengukuran dan Pengujian Alat ......................................................... Tujuan Pengukuran Alat .................................................................... Rangkaian Penguji ............................................................................. Peralatan Pengukuran ......................................................................... Langkah-Langkah Pengukuran .......................................................... Titik Pengukuran ................................................................................ Titik Pengukuran Power Supply (Catu Daya) .................................... Titik Pengukuran RTC DS3231 ......................................................... Titik Pengukuran Driver Relay 4 Channel ........................................ Data Hasil Pengukuran....................................................................... Data Hasil Pengukuran Power Supply (Catu Daya) ........................... Data Hasil Pengukuran RTC DS3231 ................................................ xi
55 55 55 56 56 56 57 57 58 58 58 60
4.3.3 4.4 4.5
Data Hasil Pengukuran Driver Relay 4 Channel ............................... Data Hasil Pengujian .......................................................................... Analisa................................................................................................
62 63 64
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 5.2
Kesimpulan ........................................................................................ Saran...................................................................................................
xii
67 67
DAFTAR GAMBAR
Gambar
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 3.22
Hal
Skema Solar Cell ............................................................................... Modul Solar Cell ................................................................................ Cara Kerja Solar Cell ......................................................................... Semikonduktor Tipe P dan Tipe N .................................................... Diagram Energi Sambungan P-N Munculnya Daerah Deplesi .......... Struktur Solar Cell Silikon P-N Junctioni ......................................... Logo Arduino ..................................................................................... Bentuk Fisik Arduino UNO .............................................................. Software Arduino ............................................................................... Blok Diagram RTC DS3231 .............................................................. Diagram Pewaktu I2C......................................................................... Format Frame Pengiriman Satu Byte Data ........................................ Konfigurasi Pin RTC DS3231 ........................................................... Motor Power Window ........................................................................ Konstruksi Motor DC Power Window ............................................... Modul Karakteristik LCD 16x2 ......................................................... Topologi Buck Converter ................................................................... Charger Controller ............................................................................ Inverter ............................................................................................... Blok Diagram Keseluruhan ................................................................ Blok Diagram Sesuai Pembahasan..................................................... Skematik Rangkaian Power Supply (Catu Daya) .............................. Skematik RTC DS3231...................................................................... Skematik LCD 16x2........................................................................... Skematik Driver Relay 4 Channel ..................................................... Skematik Arduino UNO..................................................................... Layout Rangkaian Power Supply ....................................................... Layout Rangkaian LCD 16x2............................................................. Layout Arduino UNO ........................................................................ Tata Letak Komponen Rangkaian Power Supply .............................. Tata Letak Komponen Rangkaian LCD 16x2.................................... Tata Letak Komponen Rangkaian Modul Arduino UNO .................. Mekanik Tampak Depan .................................................................... Mekanik Tampak Belakang ............................................................... Mekanik Tampak Samping ................................................................ Keterangan Mekanik Solar Cell ......................................................... Jendela License Agreement ................................................................ Tampilan Jendela Instalation Folder ................................................. Tampilan Jendela Setup Instalation Option ....................................... Tampilan Jendela Proses Instalasi ...................................................... Tampilan Jendela Security Warning Penginstalan Aruidno USB Driver ........................................................................................ xiii
5 6 6 7 8 8 10 11 13 15 18 18 19 20 21 23 26 28 32 35 36 37 38 39 39 40 41 41 41 42 42 42 43 43 43 44 45 45 46 46 47
3.23 3.24 3.25 3.26 3.27 3.28 3.29 3.30 3.31 4.1 4.2 4.3
Tampilan Jendela Proses Instalasi Telah Selesai ............................... Tampilan Splash Screen Aplikasi Arduino IDE ................................ Tampilan Jendela Pengisian Program Aplikasi Arduino IDE............ Tampilan Aplikasi Arudin IDE Untuk Menambah Library Bentuk File ZIP .............................................................................................. Tampilan Aplikasi Arduino IDE Untuk Manage Library.................. Tampilan Aplikasi Arduino IDE Untuk Menghubungkan Aplikasi Dengan Arduino Board ...................................................................... Proses Compiling Program Arduino IDE........................................... Proses Upload Program Ke Arduino Board ...................................... Rangkaian Sistem Penjejak Matahari................................................. Titik Pengukuran Rangkaian Power Supply (Catu Daya) .................. Titik Pengukuran RTC DS3231 ......................................................... Titik Pengukuran Driver Relay 4 Channel ........................................
xiv
47 48 48 49 49 50 51 51 54 57 57 58
DAFTAR TABEL
Tabel
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 4.1 4.2 4.3 4.4
Hal
Daftar Jenis Arduino .......................................................................... Alternatif Penggunaan Tegangan Pada DS3231 ................................ Peta Alamat Register DS3231............................................................ Deskripsi Pin DS3231 ........................................................................ Karaktersitik Motor DC Power Window............................................ Fungsi Pin LCD 16x2 ........................................................................ Hasil Pengukuran Catu Daya ( Power SupplyPower Supply) ............. Hasil Pengukuran RTC DS3231 ........................................................ Hasil Pengukuran Driver Relay 4 Channel Dengan Beban Motor 12 Volt................................................................................................ Hasil Pengujian Posisi Sudut Solar Cell dan Matahari .....................
xv
10 16 17 19 20 24 58 60 62 63
