II-1

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Arduino

Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open sorce

yang di dalamnya terdapat komponen utama, yaitu sebuah chip mikrokontroler

dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel. Mikrokontroler itu sendiri adalah chip

atau IC (integrated circuit) yang bisa diprogram menggunakan komputer. Tujuan

menanamkan program pada mikrokontroler adalah agar rangkaian elektronik

dapat membaca input, memproses input tersebut dan kemudian menghasilkan

output sesuai yang diinginkan. Jadi mikrokontroler bertugas sebagai „otak‟ yang

mengendalikan input, proses dan output sebuah rangkaian elektronik. Salah satu

jenis arduino yang sering digunakan yaitu jenis Arduino Uno.

Secara umum arduino terdiri dari dua bagian, yaitu:

1. Hardware berupa papan input/output (I/O) yang open source.

2. Software arduino yang juga open source, meliputi software arduino IDE

untuk menulis program dan driver untuk koneksi dengan komputer.

II-2

Gambar 2.1 Jendela Kerja Arduino IDE

2.1.1 Arduino Uno

Arduino Uno adalah papan mikrokontroler berbasis ATmega328 yang

memiliki 14 pin digital input/output (di mana 6 pin dapat digunakan sebagai

output PWM), 6 input analog, clock speed 16 MHz, koneksi USB, jack listrik,

header ICSP, dan tombol reset. Board ini menggunakan daya yang terhubung ke

komputer dengan kabel USB atau daya eksternal denga adaptor AC-DC atau

baterai (Syahwil M, 2013).

Gambar 2.2 Board Arduino Uno

(Sumber: Atmajakusumah, 2013)

II-3

2.1.2 Bagian-bagian Pada Board Arduino Uno

Gambar 2.3 Bagian-bagian Pada Board Arduino Uno

(Sumber: Ferry, 2014)

Gambar diatas adalah board arduino uno dengan connector USB. Bagian-

bagiannya dapat dijelaskan sebagai berikut:

14 pin input/output digital (0-13)

Berfungsi sebagai input atau output, dapat diatur oleh program. Khusus

untuk 6 buah pin 3, 5, 6, 9, 10 dan 11, dapat juga berfungsi sebagai pin

analog output dimana tegangan output-nya dapat diatur. Nilai sebuah

pin output analog dapat diprogram antara 0-255, dimana hal itu

mewakili nilai tegangan 0-5V.

USB (Universal Serial Bus)

Berfungsi untuk:

a. Memuat program dari komputer ke dalam papan.

b. Komunikasi serial antara papan dan komputer.

c. Memberi daya listrik kepada papan.

II-4

Sambungan SV1

Sambungan atau jumper untuk memilih sumber daya papan, apakah

dari sumber eksternal atau menggunakan USB. Sambungan ini tidak

diperlukan lagi pada papan arduino versi terakhir karena pemilihan

sumber daya eksternal atau USB dilakukan secara otomatis.

Q1-Kristal (quartz crystal oscillator)

Jika mikrokontroler dianggap sebagai sebuah otak, maka kristal adalah

jantungnya karena komponen ini menghasilkan detak-detak yang

dikirim kepada mikrokontroler agar melakukan sebuah operasi untuk

setiap detaknya. Kristal ini dipilih yang berdetak 16 juta kali per detik

(16MHz).

Tombol Reset S1

Untuk me-reset papan sehingga program akan mulai lagi dari awal.

Perhatikan bahwa tombol reset ini bukan untuk menghapus program

atau mengosongkan mikrokontroler .

In-Circuit Serial Programming (ICSP)

Port ICSP memungkinkan pengguna untuk memprogram

mikrokontroler secara langsung, tanpa melalui bootloader. Umumnya

pengguna Arduino tidak melakukan ini sehingga ICSP tidak terlalu

dipakai walaupun disediakan.

IC 1-Mikrokontroler Atmega

Komponen utama dari papan arduino, di dalamnya terdapat CPU, ROM

dan RAM.

II-5

X1-sumber daya eksternal

Jika hendak disuplai dengan sumber daya eksternal, papan arduino

dapat diberikan tegangan DC antara 9-12V.

6 pin input analog (0-5)

Pin ini sangat berguna untuk membaca tegangan yang dihasilkan oleh

sensor analog, seperti sensor suhu. Program dapat membaca nilai

sebuah pin input antara 0-1023, dimana hal itu mewakili nilai tegangan

0-5V (Rakhman F A, 2015).

2.2 PWM (Pulse Width Modulation) Arduino Uno

PWM (Pulse Width Modulation) adalah salah satu teknik modulasi dengan

mengubah lebar pulsa (duty cycle) dengan nilai amplitudo dan frekuensi yang

tetap.

Nilai duty cycle berkisar 0-100% atau dalam bilangan analog bernilai 0-255.

Pin output arduino uno yang mampu menghasilkan PWM yaitu pin 3, 5, 6, 9, 10,

dan 11 (Blum J, 2013).

II-6

Gambar 2.4 Nilai Pulse Width Modulation

(https://www.arduino.cc/en/Tutorial/PWM)

Gambar 2.5 Gelombang PWM

Ton adalah waktu dimana tegangan keluaran berada pada posisi tinggi

(high atau 1), Toff adalah waktu dimana tegangan keluaran berada pada posisi

rendah (low atau 0). Ttotal adalah waktu satu siklus atau penjumlahan antara Ton

dengan Toff , biasa dikenal dengan istilah “periode satu gelombang”.

(2.1)

Siklus kerja atau duty cycle sebuah gelombang didefinisikan sebagai berikut :

(2.2)

Tegangan keluaran dapat bervariasi dengan duty cycle dan dapat dirumuskan

sebagai berikut :

(2.3)

Sehingga :

(2.4)

https://www.arduino.cc/en/Tutorial/PWM

II-7

Dari rumus di atas dapat ditarik kesimpulan bahwa tegangan keluaran dapat

diubah-ubah secara langsung dengan mengubah nilai Ton. Apabila Ton adalah 0,

Vout juga akan 0. Apabila Ton adalah Ttotal maka Vout adalah Vin atau katakanlah

nilai maksimumnya.

Teknik PWM menggunakan arduino uno dapat diperoleh dari beberapa cara,

diantaranya :

1. Menggunakan fungsi analogWrite.

2. Menggunkan fungsi digitalWrite.

3. Menggunakan fungsi Timer.

2.3 TimerOne Library Arduino Uno

TimerOne Library merupakan sebuah perpustakaan khusus untuk

mengkonfigurasi timer perangkat keras 16 bit yang disebut Timer1 pada

ATmega168/328. Ada 3 timer perangkat keras yang tersedia pada chip, dan

mereka dapat dikonfigurasi dalam berbagai cara untuk mencapai fungsi yang

berbeda.

Pengembangan perpustakaan ini dimulai dengan kebutuhan untuk dengan cepat

dan mudah mengatur periode atau frekuensi PWM.

II-8

Gambar 2.6 Tampilan Program Sketch dengan Library TimerOne

2.4 Processing

Processing adalah bahasa pemrograman dan lingkungan pemrograman

(development environment) open source untuk memprogram gambar, animasi dan

interaksi. Processing biasa digunakan oleh pelajar, seniman, desainer, peneliti dan

hobbyist untuk belajar dan juga digunakan oleh engineering untuk sebagai

interface dalam mengontrol sebuah sistem tertentu. Processing juga digunakan

untuk mengajarkan dasar-dasar pemrograman komputer dalam konteks rupa dan

berfungsi sebagai buku sketsa perangkat lunak (software) dan tool produksi

profesional.

II-9

Ada tiga mode dalam pemrograman Processing, yaitu :

Mode statik

Mode Statik digunakan untuk membuat gambar statik. Contoh berikut

adalah program sketch untuk membuat sebuah gambar segi empat

kuning pada layar jendela run.

size(200, 200);

background(255);

noStroke();

fill(255, 204, 0);

rect(30, 20, 50, 50);

Mode Aktif

Mode Aktif menyediakan bagian setup() opsional yang akan berjalan

ketika program mulai berjalan. Bagian draw() akan berjalan selamanya

sampai progam dihentikan. Contoh ini menggambar segi empat yang

mengikuti posisi mouse (disimpan dalam variabel mouseX dan

mouseY).

void setup()

{

size(200, 200);

rectMode(CENTER);

noStroke();

fill(255, 204, 0);}

void draw()

{

II-10

background(255);

rect(width-mouseX, height-mouseY, 50, 50);

rect(mouseX, mouseY, 50, 50);}

Mode java

Mode Java adalah mode yang paling fleksibel, namun tidak tersedia

sampai dengan rilis Processing 1.0 Beta. Mode ini memungkinkan

menulis program Java secara lengkap di dalam Lingkungan Processing.

Contoh ini sama dengan di atas, namun ditulis dalam mode Java.

public class MyDemo extends BApplet {

void setup()

{

size(200, 200);

background(255);

rectMode(CENTER);

noStroke();

fill(255, 204, 0);}

void draw()

{

rect(width-mouseX, height-mouseY, 50, 50);

rect(mouseX, mouseY, 50, 50);

}

}

2.4.1 Jendela Kerja Processing

Jendela kerja Processing adalah bagian window yang berlatar belakang

putih memiliki beberapa ikon-ikon pada bagian toolbar yang berarti fungsi-fungsi

tertentu pada Processing. Pada bagian inilah seorang user akan memasukkan

program sketch dengan desain tertentu dan fungsi tertentu yang dibutuhkan oleh

II-11

user itu sendiri. Tampilan dari jendela kerja Processing dapat dilihat pada gambar

di bawah ini.

Gambar 2.7 Jendela Kerja Processing IDE 3

2.5 ControlP5 Library Processing

ControlP5 Library Processing adalah sebuah perpustakaan yang berisi

program khusus untuk memudahkan seseorang membuat sketch, perpustakaan

ControlP5 ini khusus dibuat sebagai interface di bidang elektronika, sehingga

fungsi-fungsi yang terdapat pada perpustakaan ini berupa cara praktis dalam

pembuatan ikon tombol, toggle, slider, textfield dan lain-lain. Di bawah ini adalah

contoh sederhana dari penggunaan perpustakaan ControlP5 :

II-12

Gambar 2.8 Tampilan Program Sketch dengan Library ControlP5

(Sumber: https://github.com/sojamo/controlp5)

Gambar 2.9 Tampilan Jendela Run ControlP5

(Sumber: https://github.com/sojamo/controlp5)

https://github.com/sojamo/controlp5https://github.com/sojamo/controlp5

II-13

2.6 Xbee Wireless Communication

Perangkat XBee-PRO merupakan modul RF yang didesain dengan

standard protokol IEEE 802.15.4 dan sesuai dengan kebutuhan yang sederhana

untuk jaringan sensor tanpa kawat. XBee-PRO hanya membutuhkan energi yang

rendah untuk beroperasi dan dimensi fisiknya kecil (gambar 2.10 b) sehingga

praktis dalam penempatan. Modul ini beroperasi pada rentang frekuensi 2.4 GHz.

(a) (b)

Gambar 2.10 a. Pin Xbee Pro b. Bentuk Fisik Xbee Pro

Gambar 2.11 Prinsip Kerja Komunikasi Serial Xbee Pro

II-14

Tabel 2.1 Spesifikasi Dari Xbee Pro

2.7 Modul PZEM-004T

Modul PZEM-004T adalah sebuah modul sensor yang berfungsi untuk

mengukur tegangan, arus, daya dan energi yang terdapat pada sebuah aliran

II-15

listrik. Modul ini sudah dilengkapi sensor tegangan dan sensor arus (CT) yang

sudah terintegrasi.

Gambar 2.12 Modul PZEM-004T

Parameter spesifikasi:

1. Tegangan kerja: 80 ~ 260 VAC

2. Uji tegangan: 80 ~ 260 VAC

3. Daya: 100 A/22000 W

4. Frekuesi pengoperasian: 45-65 Hz

2.7.1 Wiring Diagram PZEM-004T

Pengkabelan pada modul ini dibagi menjadi dua bagian, yang pertama

adalah kabel input untuk uji tegangan dan arus dan yang kedua adalah kabel input

untuk komunikasi serial.

II-16

Gambar 2.13 Wiring Diagram PZEM-004T

2.8 Inverter

Inverter adalah sebuah rangkaian elektronik yang dapat mengubah

tegangan DC menjadi tegangan AC dengan besaran tegangan dan frekuensinya

dapat diatur. Sumber tegangan masukan inverter dapat menggunakan battery,

tenaga surya atau sumber tegangan DC yang lain.

Secara sederhana lambang inverter diperlihatkan seperti pada gambar dibawah ini.

Gambar 2.14 Lambang Inverter

Ada beberapa pembagian inverter berdasarkan beberapa klasifikasi, antara

lain:

1. Berdasarkan bentuk sumber arus searah yang digunakan

- Tipe sumber tegangan

- Tipe sumber arus

II-17

2. Berdasarkan jumlah fasa

- Inverter satu fasa

- Inverter tiga fasa

3. Berdasarkan topologi

- Topologi push-pull

- Topologi half-bridge

- Topologi full-bridge

- Topologi neutral-point clamped (NPC)

4. Berdasarkan pengendalian penyalaan

- Two-level mode squarewave PWM

- Three-level mode squarewave PWM

- Two-level mode sinewave PWM

- Three-level mode sinewave PWM

2.8.1 Prinsip Kerja Inverter

Berbagai macam jenis inverter kini banyak tersedia di pasaran, mulai dari

yang sederhana sampai yang mempunyai tingkat keandalan yang tinggi. Jenis

inverter yang mempunyai tingkat keandalan dan juga efisiensi yang tinggi adalah

inverter full bridge. Prinsip kerja inverter full bridge dapat dilihat pada gambar di

bawah ini.

II-18

Gambar 2.15 Inverter Full Bridge

Dilihat dari gambar di atas, sebuah rangkain inverter terdiri dari 4 buah

saklar statis yang terhubung dengan beban L dan R. Rangkaian inverter kemudian

dihubungkan dengan catu daya DC, pada kondisi di atas transistor dan tidak

boleh menyala (on) secara bersamaan, begitu juga dengan transistor dan .

Artinya transistor harus bekerja secara bersilangan, ketika on maka juga on

sedangkan untuk dan dalam kondisi off dan ketika on maka juga on

sedangkan untuk dan dalam kondisi off (Permadi R, 2009).

Gambar 2.16 Bentuk Gelombang Inverter Full Bridge

II-19

2.9 Transformator

Transformator merupakan peralatan listrik yang berfungsi untuk

menyalurkan daya/tenaga dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau

sebaliknya. Transformator menggunakan prinsip hukum induksi faraday dan

hukum lorentz dalam menyalurkan daya, dimana arus bolak balik yang mengalir

mengelilingi suatu inti besi maka inti besi itu akan berubah menjadi magnet.

Transformer atau trafo merupakan suatu peralatan yang dapat mengubah

tenaga listrik dari suatu level tegangan ke level tegangan lainnya.Trafo biasanya

terdiri atas dua bagian inti besi atau lebih yang dibungkus oleh belitan - belitan

kawat tembaga. Prinsip pengubahan level tegangan dilakukan dengan

memanfaatkan banyaknya jumlah belitan pada inti trafo. Bila salah satu kumpulan

belitan, biasanya disebut belitan primer (N1), diberikan suatu tegangan yang

berubah-ubah, maka akan menghasilkan mutual flux yang berubah-ubah dengan

besar amplitude yang tergantung pada tegangan, frekuensi tegangan, dan jumlah

lilitan kawat tembaga di belitan primer. Mutual flux yang terjadi akan melingkup

dengan belitan lain yang disebut sisi sekunder (N2) dan akan menginduksi suatu

tegangan yang berubah-ubah di dalamnya dengan nilai tegangan yang bergantung

pada jumlah lilitan pada belitan sekunder.

2.9.1 Prinsip Kerja Transformator

Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik.

Tegangan masukan bolak-balik yang membentangi primer menimbulkan fluks

magnet yang idealnya melingkup dengan lilitan sekunder. Fluks bolak-balik ini

menginduksikan GGL dalam lilitan sekunder. Jika efisiensi sempurna, semua

daya pada lilitan primer akan dilimpahkan ke lilitan sekunder.

II-20

Gambar 2.17 Transformator

Persamaan dan rumus transformator

(2.5)

Dimana :

Vp = tegangan pada kumparan primer.

Vs = tegangan pada kumparan sekunder.

Np = banyaknya lilitan pada kumparan primer.

Ns = banyaknya lilitan pada kumparan sekunder.

Efisiensi Transformator

(2.6)

Dimana :

η = efisiensi transformator (%).

Pout = daya pada kumparan sekunder (W).

Pin = daya pada kumparan primer (W).