BAB II DASAR TEORI 2.1 Tinjauan Pustakarepository.ump.ac.id/2904/3/DZUNI ARSY RIXY AMANTO BAB...

6

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Sistem pengaturan suhu memegang peranan yang sangat penting dalam

kehidupan ini. Sebagai contoh dalam dunia peternakan, khususnya peternakan

unggas diperlukan pengaturan suhu yang tepat dan stabil untuk proses inkubasi

telur tetas. Disamping itu kondisi kelembaban juga harus diperhatikan, dalam

proses penetasan telur, kelembaban ruangan memegang peranan yang sangat

penting, maka dari itu pengontrolan kelembaban udara harus dilakukan secara

teliti. Hal ini diperlukan untuk menjaga hilangnya kandungan air dari dalam telur

secara berlebihan. Oleh karena itu diperlukan suatu alat yang bisa mengatur suhu

dan kelembaban pada inkubator penetas telur. Sensor suhu dan kelembaban

DHT11 membaca suhu dan kelembaban pada inkubator kemudian diubah dalam

bentuk sinyal digital yang menjadi masukan bagi mikrokontroler untuk mengatur

heater dan kipas ventilasi, agar bekerja sesuai dengan kondisi yang diharapkan.

Selain faktor suhu dan kelembaban, proses pemerataan panas telur juga

tidak bisa diabaikan. Karena inkubator berfungsi untuk menggantikan proses

pengeraman yang dilakukan oleh indukan. Dalam proses penetasan telur

dibutuhkan kondisi panas yang merata ke seluruh permukaan telur. Untuk

mengoptimalkan pemerataan suhu maka diperlukan proses pemutaran telur.

Penelitian tentang pembuatan inkubator otomatis yang dibuat oleh

Gunawan Prangbakti (2011) dalam Tugas Akhir yang berjudul “Rancang bangun

Rancang Bangun Sistem..., Dzuni Arsy Rixy Amanto, Fakultas Teknik UMP, 2016

7

mesin penetas telur otomatis berbasis mikrokontroler”. Dalam Tugas Akhir

tersebut hanya digunakan sistem kontrol on – off dengan rentang suhu antara

37℃ sampai dengan 39℃. Dalam Tugas Akhir kali ini dikembangkan lagi dengan

menggunakan sistem kontrol yang lebih stabil yaitu dengan menggunakan kontrol

PID disamping itu juga diterapkanya setpoint sehingga suhu yang diharapkan bisa

ditentukan.

Dalam Tugas Akhir yang disusun Basuki Aji (2015) menyimpulkan

bahwa algoritma kontrol PID terbukti bisa menghasilkan respon kontrol yang

lebih stabil jika dibandingkan dengan kontrol On/Off karena mampu menjaga

suhu sesuai dengan referensinya.

Penelitian lainnya dilakukan oleh Murie Dwiyaniti (2013) menyimpulkan

bahwa tuning parameter PID dengan menggunakan metode Ciancone sangat

mudah, sederhana, dan telah berhasil mengendalikan suhu pada plant heat

exchanger. Kesimpulan tersebut diperoleh dari Tugas Akhirnya yang meneliti

tentang “Tuning Parameter PID dengan Metode Ciancone pada Plant Heat

Exchanger”.

Tulisan tersebut dijadikan acuan dalam konsep pembuatan Tugas Akhir ini,

akan tetapi banyak perbedaan dari segi perancangan sistem, perangkat keras,

perangkat lunak dan teknik pemrograman mikrokontroler. Selain itu juga

dilakukan proses tunning PID dengan metode trial and error dan juga Integral of

Absolute Error untuk menentukan nilai konstanta PID agar kinerja kontrol bisa

maksimal. Perancangan sistem inkubator penetas telur pada Tugas Akhir ini

didesain fleksibel dalam pengaturan parameter suhu dan kelembaban, range


8

pengaturan suhu bisa disetting 30oC sampai dengan 40

oC. Sedangkan range

pengaturan kelembaban bisa disetting 40% sampai dengan 70%, menggunakan

interface LCD dan potensiometer untuk mempermudah mengatur setpoint suhu

dan kelembaban pada inkubator penetas telur ini.

2.2 Landasan Teori

2.2.1 Inkubator Penetas Telur

Inkubator penetas telur berfungsi untuk menggantikan proses pengeraman

yang dilakukan oleh indukan. Dengan menggunakan inkubator, keuntungan yang

diperoleh adalah kapasitas penetasan yang lebih besar, tentunya tergantung pada

kapasitas inkubator itu sendiri.

Standar suhu pengeraman telur ayam adalah 38℃ disamping itu telur

biasanya diputar sebanyak 4 - 6 kali dalam sehari dengan derajat pemutaran 30° –

45°. Selain itu kondisi kelembaban relatif (relative humidity) pada inkubator 18

hari pertama harus dijaga pada 45 – 55 %. Dan pada hari 19 – 21 sebelum

penetasan, kelembaban harus dinaikan menjadi 60 – 65 %. (Rudi, 2014)

Dalam proses penetasan telur dibutuhkan kondisi-kondisi yang optimal

untuk mendapatkan prosentase keberhasilan yang baik. Kondisi yang disyaratkan

adalah distribusi suhu, kondisi kelembaban, dan juga jumlah putaran telur untuk

memberikan panas yang merata pada permukaan telur. Untuk itu pemasangan

sensor harus sesuai, lebih baik ditempatkan di sisi telur dengan jarak tidak lebih

dari 5cm dari kulit telur. Disamping itu inkubator juga harus tertutup, untuk

menghindari pengaruh suhu di luar inkubator sehingga bisa mencegah terjadinya


9

perubahan suhu yang drastis dan bisa mempengaruhi perkembangan embrio telur.

Tapi bukan berarti harus tertutup total, lubang ventilasi juga sangat diperlukan

sebagai jalan masuknya 𝑂2 dan keluarnya 𝐶𝑂2 karena pada dasarnya telur juga

adalah makhluk hidup yang memerlukan oksigen untuk perkembangan embrio.

Toleransi suhu ±1℃ tidaklah menjadi masalah, tetapi pengontrolan berkala juga

perlu sekali dilakukan untuk memastikan suhu tetap berada di batas aman.

Sebagai catatan suhu sekitar 42℃ selama 30 menit dapat mematikan embrio di

dalam telur. Sedangkan suhu dibawah 35℃ selama 3 – 4 jam dapat memperlambat

perkembangan embrio dalam telur. (Rudi, 2014)

Kondisi kelembaban yang rendah akan menyebabkan anak ayam sulit

memecah kulit telur karena lapisannya akan menjadi keras dan berakibat anak

ayam melekat/lengket di selaput bagian dalam telur sehingga menyebabkan

kematian. Sedangkan kelembaban yang terlalu tinggi dapat menyebabkan anak

ayam sulit untuk memecah kulit telur, kalaupun kulit telur dapat dipecahkan maka

anak ayam akan tetap berada didalam kulit ari telur yang akan mengakibatkan

kematian karena tenggelam dalam cairan telur itu sendiri. Untuk meningkatkan

kelembaban bisa ditambahkan dengan memberikan nampan berisi air, dan apabila

diperlukan bisa juga ditambahkan sponge di dalam nampan untuk meningkatkan

kelembaban udara. Atau pada prinsipnya, menaikan kelembaban bisa dengan cara

menambahkan luas penampang airnya. Sebagai acuan bisa dilihat pada tabel 2.1.


10

Tabel 2.1 Kondisi inkubator

2.2.2 Sensor Suhu dan Kelembaban DHT11

Sensor DHT11 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk

mendeteksi suhu dan kelembaban udara secara kompleks. Sinyal output yang

dihasilkan dari sensor ini adalah sinyal digital yang sudah terkalibrasi. Teknologi

penyensoran sinyal digital pada DHT11 sudah terakuisisi secara terpisah antara

suhu dan kelembaban, juga dapat dipastikan sensor ini tahan uji dan memiliki

kestabilan yang baik dalam jangka waktu yang lama. Sensor ini menggunakan

nilai resistansi untuk membaca nilai kelembaban dan menggunakan komponen

NTC (Negative Suhue Coefficient) untuk membaca nilai suhu, yang dikoneksikan

pada mikrokontroler 8-bit, memberikan kualitas yang baik, respon cepat, minim

gangguan/noise, dan juga dengan harga yang relatif lebih murah.

Gambar 2.1 Sensor DHT11


11

Setiap elemen pada sensor DHT11 sudah terkalibrasi sehingga keakurasian

dalam pembacan kelembaban sudah cukup baik. Koefisiensi kalibrasi sudah

diprogramkan dalam OTP (One Time Programming) memory, yang berarti

pendeteksian/pembacaan nilai kelembaban dilakukan dalam komponen tersebut.

Sensor ini dilengkapi dengan interface data secara serial sehingga proses

pengiriman sinyal bisa lebih cepat dan lebih mudah. Komponen ini relatif kecil

sehingga tidak terlalu memakan tempat dalam penggunaannya. Selain itu juga

hanya membutuhkan daya kecil namun memiliki kemampuan pengiriman sinyal

dalam jarak yang jauh ±20meter sehingga bisa mudah diaplikasikan. Komponen

ini memiliki 4-pin, namun untuk saat ini juga sudah diproduksi hanya dengan 3-

pin saja, tentunya dengan kemampuan yang sama persis, sehingga bisa dapat lebih

mudah dan praktis dalam penggunaannya.

Gambar 2.2 Koneksi pin DHT11

Tabel 2.2 Karakteristik DHT11


12

Power sensor DHT11 menggunakan 3 - 5,5volt DC. Satu jalur data

digunakan untuk komunikasi dan mensinkronkan antara mikrokontroler dan

sensor DHT11. Sekali proses memakan waktu sekitar 4ms. DHT11 akan berubah

dari low power consumption mode ke running mode ketika mikrokontroler

mengirim sinyal trigger. Setelah sinyal trigger selesai dikirim, DHT11 akan

merespon dengan mengirim balik sinyal 40-bit yang berisi informasi data

kelembaban dan suhu ke mikrokontroler. Setelah data selesai dikirim, DHT11

akan merubah kembali ke low power consumption mode sampai mikrokontroler

mengirimkan sinyal trigger kembali.

Gambar 2.3 Proses komunikasi DHT11

Saat terdeteksi sinyal trigger dari mikrokontroler, sensor DHT11 akan

merespon dengan mengirim sinyal low level selama 80𝜇s. Kemudian data akan

dikirimkan lagi melalui single bus yang berupa sinyal low level voltage dan high

level voltage. Saat DHT11 mengirimkan sinyal ke mikrokontroler, setiap bit data

akan diawali dengan sinyal low selama 50𝜇s dan akan di ikuti oleh sinyal high,

menyesuaikan bit data “0” ataupun “1” (lihat gambar 2.4 dan gambar 2.5).


13

Gambar 2.4 Pengiriman data bit “0”

Gambar 2.5 Pengiriman data bit “1”

Jika sinyal respon dari DHT11 selalu berada di level high, bisa diartikan

sensor tidak merespon, koneksi yang tidak baik, maupun sensor rusak.


14

2.2.3 Kontrol PID Digital

Di dalam sistem kontrol PID terdapat adanya beberapa macam aksi

kontrol, yaitu aksi kontrol proporsional, aksi kontrol integral dan aksi kontrol

derivative. Masing-masing aksi kontrol ini mempunyai keunggulan-keunggulan

tertentu dan aksi yang berbeda, dimana aksi kontrol proporsional mempunyai

keunggulan rise time yang cepat, aksi kontrol integral mempunyai keunggulan

untuk memperkecil error, dan aksi kontrol derivative mempunyai keunggulan

untuk memperkecil error atau meredam overshot/undershot. Untuk itu agar dapat

menghasilkan output dengan rise time yang cepat dan error seminimal mungkin

dapat dengan menggabungkan ketiga aksi kontrol ini menjadi aksi kontrol PID.

Pada awalnya, kontroler PID umumnya diimplementasikan dengan

menggunakan rangkaian elektronika analog. Seiring dengan berkembangnya

dunia digital (memasuki era mikroprosesor dan mikrokontroler), algoritma

kontrol PID dapat direalisasikan ke dalam bentuk persamaan PID digital. Sinyal

referensi kontrol (biasanya dalam bentuk analog) dan sinyal hasil sampling

keluaran sensor dibandingkan sehingga akan didapatkan sinyal selisih (error),

sinyal error inilah menjadi masukan bagi kontroler. Selanjutnya kontroler akan

mengolah sinyal error menjadi sinyal kendali digital yang akan diubah menjadi

sinyal kendali analog oleh D/A konverter. Sinyal keluaran D/A konverter

(biasanya dalam bentuk PWM) ini nantinya akan digunakan untuk mengendalikan

plant. Tanggapan dari plant dibaca oleh sensor, keluaran sensor kemudian akan

dijadikan referensi kembali dan selanjutnya proses akan berulang terus menerus.

Sehingga nantinya dapat ditentukan jenis kendali yang akan diterapkan untuk


15

mendapatkan kontrol yang diharapkan. Jika kendali PID dapat dimodelkan dalam

bentuk analog maka versi digitalnya juga dapat dibuat. Secara analisa matematis

rumusan fungsi alih sistem dalam bentuk laplace diubah ke model diskrit lewat

pencuplikan, kemudian diubah lagi ke bentuk z menggunakan transformasi z.

Pada intinya secara matematis proses proporsional, integral dan diferensial dapat

diimplementasikan dengan pendekatan numeris. Jika diimplementasikan, kontrol

kendali PID hanya berupa sebuah program saja yang ditanamkan ke dalam

embedded system (mikroprosesor atau mikrokontroler)

Kontrol Proporsional (P)

Kontrol proporsional merupakan perkalian antara konstanta proposional

dengan nilai error yang didapatkan pada sistem, atau dalam artian nilai output

sebanding dengan besarnya nilai error sehingga akan mempercepat keluaran

sistem mencapai titik referensi. Hubungan antara input kontroler u(t) dengan

sinyal error e(t) terlihat pada Persamaan berikut.

u(t) = Kp e(t) (Persamaan 2.1)

Apabila persamaan diatas diubah dalam bentuk diskrit maka akan menjadi:

u(t) = Kp e(k) (Persamaan 2.2)


16

Secara eksperimen, pengguna pengontrol proporsional harus

memperhatikan ketentuan-ketentuan berikut ini :

1. Jika nilai Kp kecil, pengontrol proposional hanya mampu melakukan koreksi

kesalahan yang kecil, sehingga akan menghasilkan respon sistem yang lambat.

2. Jika nilai Kp tepat/sesuai, respon sistem menunjukan semakin cepat mencapai

setpoint dan keadaan stabil.

3. Namun jika nilai Kp diperbesar sehingga mencapai harga yang berlebihan,

akan mengakibatkan sistem bekerja tidak stabil, atau respon sistem akan

berisolasi.

Kontrol Integral (I)

Kontrol integral pada prinsipnya bertujuan untuk menghilangkan

kesalahan keadaan tunak (offset) yang biasanya dihasilkan oleh kontrol

proporsional. Kontrol integral dapat memperbaiki respon sistem untuk menjamin

keluaran sistem dengan kesalahan keadaan stabilnya nol. Output sangat

dipengaruhi oleh perubahan yang sebanding dengan nilai error. Hubungan antara

output kontrol integral u(t) dengan sinyal error e(t) terlihat pada persamaan

berikut.

u(t) = 𝐾𝑖 𝑒 (𝑡)𝑡

𝑢dt (Persamaan 2.3)

Apabila persamaan diatas diubah ke dalam bentuk diskrit maka akan menjadi:


17

u(k) = 𝐾𝑖 𝑒 𝑖 𝑘𝑖=0 𝑇𝑐

u(k) = 𝐾𝑖𝑇𝑐 𝑒 𝑖 𝑘𝑖=0 = 𝐾𝑖𝑇𝑐[e(0) + e(1). . +e(k – 1) + e(k)]

u(k) = 𝐾𝑖𝑇𝑐[e (k – 1) + e(k)] (Persamaan 2.4)

Dimana :

Tc = waktu pencuplikan (sampling time)

Integral ( ʃ ) adalah suatu operator matematis dalam kawasan kontinyu,

jika didiskritkan maka akan menjadi sigma ( ∑ ). Fungsi dari operator sigma

adalah menjumlahkan nilai ke-1 sampai dengan nilai ke-k. Berdasarkan

perhitungan diatas, variabel error (e) yang di integralkan dalam kawasan diskrit

akan menjadi e(0)+e(1)+....+e(k-1)+e(k), atau dengan kata lain error yang

diperoleh sebelumnya akan dijumlahkan dengan error yang sekarang.

Kontrol derivatif (D)

Kontrol derivatif dapat disebut juga dengan pengendali laju, karena output

kontroler sebanding dengan laju perubahan sinyal error. Perubahan yang

mendadak pada masukan pengontrol, akan mengakibatkan perubahan sinyal

kontrol yang besar dan cepat. Hubungan antara output kontrol derivatif u(t)

dengan sinyal error e(t) terlihat pada persamaan berikut.

u(t) = 𝐾𝑑𝑑𝑒 (𝑡)

𝑑𝑡 (Persamaan 2.5)

Apabila persamaan diatas diubah menjadi bentuk diskrit maka akan menjadi:


18

u(t) = 𝐾𝑑𝑒 𝑘 – 𝑒(𝑘−1)

𝑇𝑐 (Persamaan 2.6)

dimana:

Tc = waktu pencuplikan (sampling time)

Derivatif (dx/dt) adalah suatu operator matematis pada area kontinyu,

apabila diubah menjadi bentuk diskrit maka akan menjadi limit. Fungsi dari

operator limit adalah mengurangi nilai ke-k dengan nilai ke-[k-1].

Aksi kontrol Proporsional + Integral + Derivatif (PID)

Gambungan dari ketiga kontroler tersebut disebut dengan “kontroler PID”.

Diagram Blok dari kontroler PID ditunjukan pada Gambar berikut.

Gambar 2.6 Blok sistem kontrol PID

Kontroler ini dapat digunakan untuk memperbaiki respon transien dengan

memprediksi error yang akan terjadi. Aksi kontrol gabungan ini menghasilkan

performasi serta keuntungan dari aksi kontrol sebelumnya. PID mempunyai


19

karakteristik reset control dan rate control yaitu meningkatkan respon dan

stabilitas sistem serta mengeliminasi atau memperkecil steady state error.

Berikut ini adalah kombinasi dari ketiga aksi kontrol P, I, dan D:

Vo = Kp e(t) + 𝐾𝑖 𝑒 (𝑡)𝑡

𝑢dt + 𝐾𝑑

𝑑𝑒 (𝑡)

𝑑𝑡 (Persamaan 2.7)

Dari persamaan 2.7 dapat dirumuskan menjadi bentuk PID digital sehingga

diperoleh bentuk digital diskritnya menjadi:

u(k) = Kp e(k) + 𝐾𝐼𝑇 𝑒𝑘𝑘0 +

1

𝑇𝐾𝐷(𝑒𝑘 − 𝑒𝑘−1) (Persamaan 2.8)

2.2.4 Pemodelan Sistem Orde 1 dengan Metode Ciancone

Identifikasi sistem digunakan untuk menentukan model dari suatu sistem

yang disusun berdasarkan kurva reaksi yang diperoleh dari uji tanggapan sistem

terbuka(open loop) dengan fungsi step. Dari data sampel sistem terbuka maka bisa

dibuat grafik dengan model ciancone. Selanjutnya dari grafik sistem tersebut akan

didapatkan model matematis dengan pendekatan sistem orde satu. Model grafik

reaksi kurva ciancone ditunjukkan pada Gambar 2.7.


20

Gambar 2.7 (a) Reaksi kurva metode I (b) Reaksi kurva metode II

Langkah – langkah untuk menentukan pemodelan matematis sistem adalah

sebagai berikut:

a. Melakukan pendekatan orde 1 terhadap data dengan pemodelan grafik

ciancone dengan menghitung penguatan proporsional (Kp) yang merupakan

nilai keluaran (PV) pada saat mapan dibagi nilai masukan(δ).

𝐾𝑝 = 𝛥 𝑃𝑉

𝛥 𝛿 (Persamaan 2.9)

b. Menentukan konstanta waktu(τ) dengan mencari waktu yang diperlukan

untuk mencapai 28% dari keadaan mapan (t28%) dan waktu yang diperlukan

untuk mencapai 63% keadaan mapan (t63%).

τ = 1,5(𝑡63% - 𝑡28%) (Persamaan 2.10)


21

c. Mencari waktu tunda(θ) dengan persamaan:

θ = 𝑡63% - τ (Persamaan 2.11)

d. Membuat model orde 1 dengan persamaan:

𝐺(𝑠) = 𝐾𝑝 .𝑒−𝜃𝑠

𝜏𝑠+1 (Persamaan 2.12)

2.2.5 Mikrokontroler AT-MEGA328

AT-MEGA328 adalah mikrokontroler keluaran dari atmel yang memiliki

arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) yang dimana setiap proses

data dieksekusi lebih cepat daripada arsitektur CISC (Completed Instruction Set

Computer). AT-MEGA328 merupakan mikrokontroler keluarga AVR 8-bit.

Beberapa tipe mikrokontroler yang sama dengan AT-MEGA328 ini antara lain

AT-MEGA8, AT-MEGA16, AT-MEGA32, AT-MEGA8535, yang membedakan

antara mikrokontroler antara lain adalah, ukuran memori, banyaknya GPIO

(input-output pin), periperal (USART, timer, counter, etc). Dari segi ukuran fisik,

ATMega328 memiliki ukuran fisik lebih kecil dibandingkan dengan beberapa

mikrokontroler diatas. Namun untuk segi memori dan periperial lainnya

ATMega328 tidak kalah dengan yang lainnya karena ukuran memori dan

periperialnya relatif sama dengan ATMega8535, ATMega32, hanya saja jumlah

GPIO lebih sedikit dibandingkan mikrokontroler diatas.


22

Mikrokontroler AT-MEGA328 memiliki beberapa fitur antara lain:

1. 130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu siklus

clock.

2. 32 x 8-bit register serba guna.

3. Kecepatan mencapai 16 MIPS dengan clock 16MHz.

4. 32 KB Flash memory dan pada arduino memiliki bootloader yang

menggunakan 2 KB dari flash memori sebagai bootloader.

5. Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only

Memory) sebesar 1KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanent

karena EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya dimatikan.

6. Memiliki SRAM(Static Random Access Memory) sebesar 2KB.

7. Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse Width

Modulation) output.

8. Master / Slave SPI Serial interface.

Mikrokontroler AT-MEGA328 memiliki arsitektur Harvard, yaitu

memisahkan memori untuk kode program dan memori untuk data sehingga dapat

memaksimalkan kerja dan parallelism. Instruksi-instruksi dalam memori program

dieksekusi dalam satu alur tunggal, dimana pada saat satu instruksi dikerjakan

instruksi berikutnya sudah diambil dari memori program. Konsep inilah yang

memungkinkan instruksi-instruksi dapat dieksekusi dalam setiap satu siklus clock.

32 x 8-bit register serba guna digunakan untuk mendukung operasi pada ALU

(Arithmatic Logic unit ) yang dapat dilakukan dalam satu siklus. 6 dari register


23

serbaguna ini dapat digunakan sebagai 3 buah register pointer 16-bit pada mode

pengalamatan tidak langsung untuk mengambil data pada ruang memori data.

Ketiga register pointer 16-bit ini disebut dengan register X ( gabungan

R26 dan R27 ), register Y ( gabungan R28 dan R29 ), dan register Z ( gabungan

R30 dan R31 ). Hampir semua instruksi AVR memiliki format 16-bit. Setiap

alamat memori program terdiri dari instruksi 16-bit atau 32-bit.

Selain register serba guna di atas, terdapat register lain yang terpetakan

dengan teknik memory mapped I/O selebar 64 byte. Beberapa register ini

digunakan untuk fungsi khusus antara lain sebagai register control Timer/

Counter, Interupsi, ADC, USART, SPI, EEPROM, dan fungsi I/O lainnya.

Register-register ini menempati memori pada alamat 0x20h- 0x5Fh.

Gambar 2.8 Diagram blok arsitektur MCU AVR


24

2.2.6 TRIAC

Triac, atau Triode for Alternating Current (Trioda untuk arus bolak-

balik) adalah sebuah komponen elektronik yang ekivalen dengan dua SCR yang

disambungkan antiparalel dan kaki gerbangnya disambungkan bersama. Nama

resmi untuk Triac adalah Bidirectional Triode Thyristor. Ini menunjukkan saklar

dua arah yang dapat mengalirkan arus listrik ke kedua arah ketika dipicu

(dihidupkan). Triac dapat dinyalakan baik dengan tegangan positif ataupun negatif

pada elektrode gerbang. Triac tersusun dari lima buah lapis semikonduktor yang

banyak digunakan pada penyaklaran elektronik. Berbeda dengan SCR yang hanya

melewatkan tegangan dengan polaritas positif saja, Triac banyak digunakan pada

rangkaian pengendali dan pensaklaran.

Gambar 2.9 Konfigurasi pin Triac

Jika terminal MT1 dan MT2 diberi tegangan jala-jala PLN dan gate

dalam kondisi mengambang maka tidak ada arus yang dilewatkan oleh Triac

(kondisi idlle) sampai pada tegangan break over Triac tercapai. Kondisi ini

dinamakan kondisi off Triac. Apabila gate diberi arus positif atau negatif maka

tegangan break over ini akan turun. Semakin besar nilai arus yang masuk ke gate

maka semakin rendah pula tegangan break over-nya. Kondisi ini dinamakan


25

sebagai kondisi on Triac. Apabila Triac sudah on maka Triac akan dalam kondisi

on selama tegangan pada MT1 dan MT2 di atas nol volt. Apabila tegangan pada

MT1 dan MT2 sudah mencapai nol volt maka kondisi kerja Triac akan berubah

dari on ke off. Apabila Triac sudah menjadi off kembali, Triac akan selamanya off

sampai ada arus trigger ke gate dan tegangan MT1 dan MT2 melebihi tegangan

break over-nya.

Triac akan aktif ketika polaritas pada anoda lebih positif daripada

katodanya. Dan gate-nya diberi polaritas positif, begitu juga sebaliknya. Setelah

terkonduksi, sebuah Triac akan tetap bekerja selama arus yang mengalir pada

Triac (IT) lebih besar dari arus penahan (IH) walaupun arus gate dihilangkan.

Satu-satunya cara untuk membuka (meng-off-kan) Triac adalah dengan paralel

bolak-balik, sehingga dapat melewatkan arus dua arah. Kurva karakteristik dari

Triac dapat dilihat pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Kurva karakteristik Triac


26

Kelebihan dari penggunaan Triac:

1. Dapat mengalirkan arus listrik dari dua arah.

2. Dapat digunakan untuk mengendalikan tegangan listrik AC (Alternating

Current).

3. Dapat digunakan sebagai interface antara sistem kendali digital pada

beban dengan tegangan AC.

2.2.7 Optocoupler MOC 3022

MOC3022 adalah driver Triac yang didalamnya menggunakan isolasi

optis (optocoupler). Driver ini menjembatani sinyal trigger yang berasal dari

kontroler yang umumnya memiliki level tegangan dan arus kecil dengan bagian

beban yang memiliki tegangan dan arus yang relatif tinggi. Skema dalam

MOC3022 ini terlihat di Gambar 2.11.

Gambar 2.11 Skema dan pin seri MOC3020 – MOC3023

Komponen ini memiliki 6 kaki dengan 2 kaki yang tidak digunakan. Kaki

anoda (1) dihubungkan ke Vcc, kaki katoda (2) dihubungkan dengan pulsa trigger

active low. Fungsi trigger dengan active low ini adalah untuk menghindari


27

kontroler melakukan sourcing(mengeluarkan arus) sehingga tidak membebani

kontroler yang umumnya hanya mampu mengeluarkan arus yang sangat kecil.

Kaki 4 dan 6 dihubungkan dengan beban. Kaki 3 dan 5 tidak digunakan.

Pada saat ada pulsa low di kaki 2 maka dioda dalam MOC3022 akan

memancarkan cahaya sehingga arus dari beban dapat mengalir dari kaki 6 melalui

driver dan keluar melalui kaki 4 yang akan mentrigger kaki gate Triac yang

bersangkutan. Pada saat itulah Triac dalam keadaan ON sehingga dapat

mengalirkan daya sesuai dengan waktu firing-nya. Lebih jelasnya dalam

penggunaannya bisa dilihat pada Gambar 2.12.

Gambar 2.12 skema penggunaan MOC3022 pada kontrol beban resistive

2.2.8 Zero Crossing Detector

Zero crossing detector adalah rangkaian yang digunakan untuk

mendeteksi apakah tegangan fasa berada pada posisi positif atau negatif dilihat

dari acuan netral dan berfungsi untuk memulai melakukan pemicuan dan berapa

besar sudut picu yang akan disulutkan pada thyristor. Prinsip kerja zero detector

adalah dengan membandingkan tengangan AC dengan tegangan referensi nol volt.

Apabila tegangannya tidak sama dengan nol volt maka output zero detector akan


28

high dan apabila sama dengan nol volt maka outputnya akan low. Perubahan

kondisi low inilah saat terjadi zero.

Gambar 2.13 Rangkaian zero crossing detector

Gambar 2.13 merupakan rangkaian zero-crossing-detector yang

menggunakan sistem terisolasi dengan menggunakan transformer step down.

Teknik ini paling aman digunakan namun biaya pembuatannya relatif lebih mahal

karena masih menggunakan transformer. Disamping itu juga digunakan

optocoupler 4N25 untuk mengisolasi rangkaian mikrokontroler dengan bagian

rangkaian listrik AC.

Gambar 2.14 Optocoupler 4N25


29

Dengan adanya rangkaian sistem interface antara arus AC dan arus DC

menggunakan optocoupler, maka kerusakan port mikrokontroler atau PC karena

mendapat imbas tegangan tinggi bisa diminimalisir.

2.2.9 Relay

Relay adalah saklar mekanik yang dikendalikan atau dikontrol secara

elektronik (elektromagnetik). Saklar pada relay akan terjadi perubahan posisi off

ke on pada saat diberikan energi elektromagnetik pada armature relay tersebut.

Relay pada dasarnya terdiri dari 2 bagian utama yaitu bagian kumparan dan

contact point. Ketika kumparan diberikan tegangan DC, maka akan terbentuklah

medan elektromagnetik yang mengakibatkan contact point akan mengalami

switch ke bagian lain. Keadaan ini akan bertahan selama arus masih mengalir pada

kumparan relay. Contact point akan kembali switch ke posisi semula jika tidak

ada lagi arus yang mengalir pada kumparan relay. Relay memiliki kondisi contact

point dalam 2 posisi. Kedua posisi ini akan berubah pada saat relay mendapat

tegangan sumber pada kumparan. Kedua posisi tersebut adalah:

1. Posisi NO (Normally Open), yaitu posisi contact point yang terhubung ke

terminal NO (Normally Open). Kondisi ini akan terjadi pada saat relay

mendapat tegangan sumber pada elektromagnetnya.

2. Posisi NC (Normally Close), yaitu posisi contact point yang terhubung ke

terminal NC (Normally Close). Kondisi ini terjadi pada saat relay tidak

mendapat tegangan sumber pada elektromagnetnya.


30

Jika dilihat dari desain saklarnya maka relay dibedakan menjadi:

1. SPST (Single Pole Single Throw), relay ini memiliki 4 terminal yaitu 2

terminal untuk input kumparan elektromagnetik dan 2 terminal saklar. Relay

ini hanya memiliki posisi NO (Normally Open) saja.

2. SPDT (Single Pole Double Throw), relay ini memiliki 5 terminal yaitu terdiri

dari 2 terminal untuk input kumparan elektromagnetik dan 3 terminal saklar,

relay jenis ini memiliki 2 kondisi NO dan NC.

3. DPST (Double Pole Single Throw), relay jenis ini memiliki 6 terminal yaitu

terdiri dari 2 terminal untuk input kumparan elektromagnetik dan 4 terminal

saklar untuk 2 saklar yang masing-masing saklar hanya memiliki kondisi NO

saja.

4. DPDT (Double Pole Double Throw), relay jenis ini memiliki 8 terminal yang

terdiri dari 2 terminal untuk kumparan elektromagnetik dan 6 terminal untuk

2 saklar dengan 2 kondisi NC dan NO untuk masing- masing saklarnya.

Gambar 2.15 Skema relay


31

2.2.10 LCD 16x2

Banyak sekali kegunaan LCD (liquid crystal display) dalam perancangan

suatu sistem yang menggunakan mikrokontroler. LCD berfungsi menampilkan

suatu nilai hasil sensor, menampilkan teks, atau menampilkan menu pada aplikasi

mikrokontroler. LCD yang digunakan adalah jenis LCD 16x2. LCD 16x2

merupakan modul LCD dengan tampilan 16 kolom dan 2 baris dengan konsumsi

daya rendah. Modul tersebut dilengkapi dengan mikrokontroler yang didesain

khusus untuk mengendalikan LCD. LCD ini dapat menampilkan total 32 karakter

termasuk spasi. Adapun konfigurasi pin nya yakni terdapat 16 pin yang harus

dicocokkan agar mendapatkan keluaran yang sesuai. Fungsi pin-pin pada LCD

16x2 adalah:

1. Pin 1 dihubungkan ke Ground.

2. Pin 2 dihubungkan ke Vcc +5V.

3. Pin 3 dihubungkan ke bagian tengah daerah potensiometer 10 kOhm

sebagai pengatur kontras.

4. Pin 4 memberitahu LCD bahwa sinyal yang dikirim adalah data, jika pin

4 ini diset ke logika 1 (high, +5) atau memberitahu bahwa sinyal yang

dikirim adalah perintah jika pin ini diset dengan logika 0 (low, 0V).

5. Pin 5 berfungsi mengatur fungsi LCD. Jika diset ke logika 1, (high, +5)

maka LCD berfungsi untuk menerima data (membaca data) dan berfungsi

untuk mengeluarkan data. Jika pin ini diset ke logika 0 (low, 0V). Namun

kebanyakan aplikasi hanya digunakan untuk menerima data sehingga pin

5 ini selalu dihubungkan ke Gnd.


32

6. Pin 6 dihubungkan ke enable. Berlogika 1 setiap kali

penerimaan/pembacaan data.

7. Pin 7-14 dihubungkan ke data 8 bit data bus (aplikasi ini menggunakan 4

bit MSB saja, sehingga pin data yang digunakan hanya pin 11 sampai pin

14).

8. Pin 15-16 adalah tegangan untuk menyalakan lampu LCD.

Gambar 2.16 Konfigurasi LCD 16x2

2.2.11 Motor AC low-rpm

Motor listrik AC adalah motor listrik yang digerakkan oleh arus listrik AC

(Alternating Current) atau arus bolak-balik. Umumnya motor listrik AC terdiri

dari dua komponen yaitu stator dan rotor. Seperti pada motor DC, stator adalah


33

bagian yang diam dan terletak pada bagian luar. Pada stator terdapat coil yang

nantinya akan dialiri arus listrik dan akan menghasilkan medan magnet yang

berputar. Bagian kedua yaitu rotor. Bagian ini terletak di bagian dalam dan

nantinya akan berputar. Rotor dapat berputar dikarenakan adanya torsi yang

bekerja pada poros, dimana torsi tersebut dihasilkan oleh medan magnet yang

berputar.

Gambar 2.17 Rotor dan Stator

Dalam motor AC low-rpm terdapat juga komponen tambahan berupa gear-

set yang sudah disusun didalamnya sehingga motor akan memiliki torsi yang

besar namun dengan kecepatan rpm kecil, kemampuan inilah yang banyak

digunakan sebagai penggerak mekanik yang memiliki beban besar. Sebagai

contoh, motor ini juga digunakan pada penggerak leher kipas angin yang

memerlukan gerakan yang lambat namun teratur.

Gambar 2.18 Motor AC low-rpm


34

2.2.12 Lampu Pijar

Lampu pijar adalah sumber cahaya buatan yang dihasilkan melalui

penyaluran arus listrik yang dialirkan melewati kawat filamen yang kemudian

memanas dan menghasilkan cahaya. Dikarenakan didalam bola kaca tidak

terdapat udara (hampa udara) maka kawat filamen tidak akan mudah terbakar dan

rusak karena tidak terjadinya proses oksidasi.

Gambar 2.19 Lampu pijar AC


BAB II DASAR TEORI 2.1 Tinjauan Pustakarepository.ump.ac.id/2904/3/DZUNI ARSY RIXY AMANTO BAB...

Documents

Transcript of BAB II DASAR TEORI 2.1 Tinjauan Pustakarepository.ump.ac.id/2904/3/DZUNI ARSY RIXY AMANTO BAB...