PROJECT MODUL 4

 




MODUL 4

SISTEM CLEANING DAN COOLING PANEL SURYA BATU BUSUK BERBASIS STM32 BLUEPILL 


1. Pendahuluan [kembali]

Energi listrik merupakan kebutuhan penting dalam kehidupan masyarakat modern. Seiring meningkatnya kebutuhan energi dan upaya mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil, pemanfaatan energi terbarukan seperti tenaga surya semakin banyak dikembangkan. Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) menjadi salah satu solusi yang efektif karena memanfaatkan sumber energi yang melimpah, ramah lingkungan, dan dapat diterapkan di berbagai wilayah, termasuk daerah yang mengalami keterbatasan pasokan listrik akibat bencana alam.

Salah satu implementasi pemanfaatan energi surya di Sumatera Barat adalah Panel Surya Batu Busuk yang berfungsi sebagai sumber listrik tambahan atau bantuan bagi masyarakat, khususnya di daerah yang terdampak bencana galodo. Bencana galodo yang terjadi di Sumatera Barat menyebabkan kerusakan pada berbagai infrastruktur, termasuk jaringan distribusi tenaga listrik. Oleh karena itu, keberadaan sistem PLTS menjadi sangat penting untuk membantu memenuhi kebutuhan energi masyarakat ketika pasokan listrik dari jaringan utama terganggu.

Meskipun memiliki banyak keunggulan, performa panel surya sangat dipengaruhi oleh kondisi lingkungan dan faktor operasional. Akumulasi debu, kotoran, daun, maupun partikel lainnya pada permukaan panel dapat mengurangi intensitas cahaya yang diterima sehingga menurunkan efisiensi konversi energi listrik. Selain itu, peningkatan suhu panel yang terlalu tinggi juga dapat menyebabkan penurunan efisiensi dan mempercepat degradasi material panel surya. Oleh karena itu, diperlukan suatu sistem yang mampu menjaga kebersihan dan suhu kerja panel agar tetap berada pada kondisi optimal.

Berdasarkan permasalahan tersebut, dirancang sebuah Sistem Cleaning dan Cooling Panel Surya Batu Busuk Berbasis STM32 Blue Pill yang mampu melakukan pemantauan kondisi panel secara otomatis. Sistem ini menggunakan sensor suhu untuk mendeteksi temperatur panel surya serta sensor LDR (Light Dependent Resistor) untuk mengukur intensitas cahaya yang diterima panel. Logika kerja sistem dirancang dengan menggabungkan data dari kedua sensor tersebut sehingga dapat membedakan kondisi panel yang kotor dan panel yang mengalami panas berlebih.

2. Tujuan [kembali]

  1. Merancang dan membangun sistem cleaning dan cooling panel surya berbasis STM32 Blue Pill yang mampu bekerja secara otomatis berdasarkan kondisi panel surya yang terdeteksi oleh sensor.
  2. Memantau suhu permukaan panel surya secara real-time menggunakan sensor suhu untuk mengetahui kondisi operasional panel dan mendeteksi terjadinya panas berlebih (overheating).
  3. Mengukur intensitas cahaya yang diterima panel surya menggunakan sensor LDR sebagai indikator tingkat penyinaran dan kondisi kebersihan permukaan panel.
  4. Mengidentifikasi kondisi panel surya yang kotor berdasarkan kombinasi data suhu panel yang tinggi dan intensitas cahaya yang rendah sehingga sistem dapat mengambil tindakan yang sesuai.
  5. Mengaktifkan sistem pembersihan (cleaning system) secara otomatis ketika panel terdeteksi dalam kondisi kotor guna menjaga kemampuan panel dalam menyerap energi matahari secara optimal.
  6. Mengaktifkan sistem pendinginan (cooling system) secara otomatis ketika suhu panel melebihi batas yang telah ditentukan untuk menjaga efisiensi dan keamanan operasional panel surya.
  7. Meningkatkan efisiensi pembangkitan energi listrik pada Panel Surya Batu Busuk dengan menjaga kebersihan dan suhu kerja panel pada kondisi optimal.

3. Alat dan Komponen [kembali]

A. Alat

1) DC Voltmeter

Sebuah voltmeter DC mengukur beda potensial antara dua titik dalam sebuah rangkaian DC kemudian dihubungkan paralel dengan sebuah sumber tegangan atau komponen rangkaian.

Spesifikasi:

  • Tipe: FT-45VDC (atau sejenis)

  • Tegangan Input: DC 0 – 99.9 V (umumnya), atau 0 – 200 V tergantung tipe

  • Tegangan Kerja (Power Supply): 5V DC, 12V DC, atau 24V DC tergantung versi

  • Tampilan: 3 digit 7-segment LED merah

  • Akurasi: ± (0.5% + 1 digit)

  • Impedansi Input: Sangat tinggi (biasanya >1MΩ)

  • Cara Pemasangan: Panel mounting

  • Ukuran Panel: ± 45 x 26 mm (bagian depan)

  • Warna Display: Merah (beberapa model tersedia dalam warna hijau, biru, dll)

  • Fungsi: Mengukur beda potensial (tegangan) DC antar dua titik

  • Sambungan: Paralel terhadap beban/sumber tegangan yang diukur

2) Solder

Solder adalah alat pemanas yang digunakan untuk melelehkan timah sambungan dalam perakitan atau perbaikan komponen elektronika. Spesifikasinya didasarkan pada daya listrik (Watt), rentang suhu, dan jenis mata solder.

Spesifikasi Taffware Solder Adjustable Temperature Fast Heating 60W with 5 Tips CS-31

  • Temperatur 200 - 450 Celcius
  • Voltase 220 V, 50 HZ
  • Daya / Power 60 W
  • Material
  • Bodi: Plastik
  • Handle: Silikon
  • Kepala: Besi
  • Dimensi
  • Panjang Solder: Sekitar 21.5 cm
  • Panjang Kabel: Sekitar 1.43 m
  • Panjang Tips: 4 cm

3) Jumper

 Kabel jumper adalah salah satu jenis kabel pendek yang umum digunakan untuk menghubungkan dua titik dalam sirkuit listrik atau elektronik.

Spesifikasi teknis:

  • Tipe Kawat: Solid tunggal
  • Standar Gauge: AWG24
  • Diameter Luar: 1.4mm
  • Bahan Konduktor: Tembaga murni
  • Material Isolasi: PVC
  • Warna: Hitam

4) Breadboard 

Breadboard (atau project board) adalah papan yang digunakan untuk membuat prototipe atau uji coba rangkaian elektronika tanpa perlu melakukan penyolderan.

B. Komponen 

1) Baterai 

Spesifikasi Baterai:

2) Potensiometer

 

Berfungsi untuk mengatur tegangan dengan menaikkan atau menurunkan resistansi.

3) Resistor

Resistor merupakan komponen elektronika yang benrguna untuk menghambat aliran arus listrik sehingga tidak terjadi short circuit. mempunya resitstansi yang berbeda beda seaui kebutuhan.

Spesifikasi:

4) Kapasitor

Kapasitor atau disebut juga dengan kondensator adalah komponen elektronika pasif yang dapat menyimpan energi atau muatan listrik dalam sementara waktu.

 

 

 

CodeMicrofarad “μF”Nanofarad “nF”Picofarad “pF”CodeMicrofarad “μF”Nanofarad “nF”Picofarad “pF”
1000.000010.01102252.222002200000
1010.00010.11002540.2200200000
1020.0011.010003300.0000330.03333
1030.0110100003310.000330.33330
1040.11001000003320.00333.33300
1051.0100010000003330.0333333000
1210.000120.121203340.33330330000
1310.000130.131303353.333003300000
1500.0000150.015154700.0000470.04747
1510.000150.151504710.000470.47470
1520.00151.515004720.00474.74700
1530.01515150004730.0474747000
1540.151501500004740.47470470000
1551.5150015000005020.0055.05000
1810.000180.181805610.000560.56560
2020.0022.020005620.00565.65600
2052.0200020000006810.000680.68680
2200.0000220.022226820.00686.86800
2210.000220.222206830.0686868000
2220.00222.222006840.68680680000
2230.02222220007510.000750.75750
2240.222202200008210.000820.82820

 5) Dioda 1N4001

Dioda memiliki fungsi sebagai penyearah arus listrik. Fungsi dioda atau diode adalah mampu mengubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus yang searah (DC). Dioda memiliki fungsi sebagai penyetabil tegangan.

Spesifikasi:

Konfigurasi pin:

6) Transistor NPN BC 547

Spesifikasi:

  • Material of Transistor: Si
  • Polarity: NPN
  • Maximum Collector Power Dissipation (Pc): 0.5 W
  • Maximum Collector-Base Voltage |Vcb|: 50 V
  • Maximum Collector-Emitter Voltage |Vce|: 50 V
  • Maximum Emitter-Base Voltage |Veb|: 6 V
  • Maximum Collector Current |Ic max|: 0.1 A
  • Max. Operating Junction Temperature (Tj): 150 °C
  • Transition Frequency (ft): 300 MHz
  • Collector Capacitance (Cc): 6 pF
  • Forward Current Transfer Ratio (hFE), MIN: 110

Konfigurasi pin:

7) LED

Light Emiting Diode (LED) adalah komponen yang dapat memancarkan cahaya.LED terbuat dari bahan semi konduktor yang merupakan keluarga dioda.

Spesifikasi:

Klasifikasi tegangan LED menurut warna yang dihasilkan:

  • Infra merah : 1,6 V
  • Merah : 1,8 V – 2,1 V 
  • Oranye : 2,2 V
  • Kuning : 2,4 V 
  • Hijau : 2,6 V
  • Biru : 3,0 V – 3,5 V
  • Putih : 3,0 – 3,6 V
  • Ultraviolet : 3,5 V

8) Motor DC

Spesifikasi Motor DC:

Konfigurasi Motor DC:

9) Buzzer

Spesifikasi buzzer:

  • Rated Voltage : 12V 
  • DC Operating Voltage : 4 to 8V 
  • DC Rated Current* : ≤30mA 
  • Sound Output at 10cm* : ≥85dB 
  • Resonant Frequency : 2300 ±300Hz 
  • Tone : Continuous 
  • Operating Temperature : -25°C to +80°C 
  • Storage Temperature : -30°C to +85°C
  • Weight : 2g  
  • Value applying at rated voltage (DC) 

Konfigurasi pin buzzer:

1

Positif

Diidentifikasi dengan simbol (+) atau kabel terminal yang lebih panjang. Dapat didukung oleh 12V DC 

2

Negatif

Diidentifikasi oleh kabel terminal pendek. Biasanya terhubung ke ground sirkuit

10) Sensor LDR 

Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) adalah salah satu jenis resistor yang dapat mengalami perubahan resistansinya apabila mengalami perubahan penerimaan cahaya. Modul sensor cahaya bekerja manghasilkan output yang mendeteksi nilai intensitas cahaya. Perangkat ini sangat cocok digunakan untuk project yang berhubungan dengan cahaya seperti nyala mati lampu.

Spesifikasi Sensor Cahaya LDR

  • Supply : 3.3 V – 5 V (arduino available)
  • Output Type: Digital Output (0 and 1) 
  • Inverse output
  • Include IC LM393 voltage comparator
  • Sensitivitasnya dapat diatur  
  • Dimensi PCB size: 3.2 cm x 1.4 cm 

Modul sensor cahaya ini memudahkan Anda dalam menggunakan sensor LDR (Light Dependent Resistor) untuk mengukur intensitas cahaya. Modul LDR ini memiliki pin output analog dan pin output digital dengan label AO dan DO pada PCB. Nilai resistansi LDR pada pin analog akan meningkat apabila intensitas cahaya meningkat dan menurun ketika intensitas cahaya semakin gelap. Pada pin digital, pada batas tertentu DO akan high atau low, yang dikendalikan sensitivitas nya menggunakan on-board potensiometer.

  • Input Voltage: DC 3.3V - 5V
  • Output: Digital - Sensitivitas bisa diatur, dan analog 
  • Ukuran PCB : 33 mm x 15 mm  

11) Sensor DS18B20

DS18B20 adalah salah satu jenis sensor suhu yang memberikan pembacaan suhu 9-bit hingga 12-bit. Nilai-nilai ini menunjukkan suhu suatu perangkat tertentu. Komunikasi sensor ini dapat dilakukan melalui protokol bus one-wire yang menggunakan satu jalur data untuk berkomunikasi dengan mikroprosesor internal . Selain itu, sensor ini mendapatkan catu daya langsung dari jalur data sehingga kebutuhan akan catu daya eksternal dapat dihilangkan. Aplikasi sensor suhu DS18B20 meliputi sistem industri, produk konsumen, sistem yang sensitif terhadap suhu, kontrol termostatik, dan termometer.

Konfigurasi Pin DS18B20:

  • Pin 1 (Ground): Pin ini digunakan untuk menghubungkan ke terminal GND pada rangkaian.
  • Pin 2 (Vcc): Pin ini digunakan untuk memberikan daya ke sensor yang berkisar antara 3,3V atau 5V.
  • Pin3 (Data): Pin data menyediakan nilai suhu, yang dapat dikomunikasikan dengan bantuan metode 1-wire.
Spesifikasi sensor ini mencakup hal-hal berikut:
  • Sensor ini adalah sensor suhu digital yang dapat diprogram.
  • Komunikasi sensor ini dapat dilakukan dengan menggunakan metode 1-Wire .
  • Rentang tegangan catu daya adalah 3,0V – 5,5V.
  • Fahrenheit sama dengan -67°F hingga +257°F
  • Akurasi sensor ini adalah ±0,5°C.
  • Resolusi output akan berkisar dari 9-bit hingga 12-bit.
  • Proses ini mengubah suhu 12-bit menjadi kata digital dalam waktu 750 ms.
  • Sensor ini dapat dioperasikan dengan daya dari jalur data.
  • Opsi alarm dapat diprogram.
  • Multiplexing dapat diaktifkan dengan alamat 64-bit unik.
  • Suhu dapat dihitung dari -55°C hingga +125°C.
  • Ini bisa didapatkan seperti SOP, To-92, dan juga sebagai sensor tahan air.

12) Sensor INA219AD 

Sensor INA219AD (atau lebih umum dikenal sebagai keluarga sensor INA219) adalah modul sensor elektronik yang berfungsi untuk mengukur arus (current) dan tegangan (voltage) DC secara bersamaan, sekaligus menghitung nilai daya (power) secara real-time. Sensor ini sangat populer di kalangan praktisi elektronika, robotika, dan sistem tertanam (embedded system) karena tingkat akurasinya yang tinggi dan kemudahan antarmukanya yang menggunakan komunikasi I2C. 

Spesifikasi sensor INA219AD: 

  • Tegangan Operasi Chip: 3V hingga 5.5V DC (untuk menghidupkan sensor itu sendiri). 
  • Target Tegangan Bus (Beban): Dapat mengukur tegangan beban dari 0V hingga maksimal +26V DC. 
  • Rentang Pengukuran Arus: Secara bawaan (default) dapat mengukur arus hingga +-3.2A dengan resolusi +-0.8mA (rentang ini bisa diubah dengan mengganti resistor shunt). 
  • Protokol Komunikasi: I2C (Inter-Integrated Circuit). Ini sangat menguntungkan karena hanya membutuhkan 2 pin data (SDA dan SCL) untuk berkomunikasi dengan mikrokontroler. 
  • Alamat I2C: Memiliki pin konfigurasi alamat (A0 dan A1). Pada varian INA219AD, Anda bisa memprogram alamat I2C yang berbeda agar dapat menggunakan beberapa sensor INA219 sekaligus dalam satu jalur I2C yang sama. 

4. Landasan Teori [kembali]

  • Resistor
Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkain elektronika. Sebagaimana fungsi resistor yang sesuai namanya bersifat resistif dan termasuk salah satu komponen elektronika dalam kategori komponen pasif. Satuan atau nilai resistansi suatu resistor di sebut Ohm dan dilambangkan dengan simbol Omega (Ω). Sesuai hukum Ohm bahwa resistansi berbanding terbalik dengan jumlah arus yang mengalir melaluinya. Selain nilai resistansinya (Ohm) resistor juga memiliki nilai yang lain seperti nilai toleransi dan kapasitas daya yang mampu dilewatkannya. Semua nilai yang berkaitan dengan resistor tersebut penting untuk diketahui dalam perancangan suatu rangkaian elektronika oleh karena itu pabrikan resistor selalu mencantumkan dalam kemasan resistor tersebut.

Simbol resistor sebagai berikut:


Resistor dalam suatu teori dan penulisan formula yang berhubungan dengan resistor disimbolkan dengan huruf “R”. Kemudian pada desain skema elektronika resistor tetap disimbolkan dengan huruf “R”, resistor variabel disimbolkan dengan huruf “VR” dan untuk resistorjenis potensiometer ada yang disimbolkan dengan huruf “VR” dan “POT”.

Kapasitas Daya Resistor

Kapasitas daya pada resistor merupakan nilai daya maksimum yang mampu dilewatkan oleh resistor tersebut. Nilai kapasitas daya resistor ini dapat dikenali dari ukuran fisik resistor dan tulisan kapasitas daya dalamsatuan Watt untuk resistor dengan kemasan fisik besar. Menentukan kapasitas daya resistor ini penting dilakukan untuk menghindari resistor rusak karena terjadi kelebihan daya yang mengalir sehingga resistor terbakar dan sebagai bentuk efisiensi biaya dan tempat dalam pembuatan rangkaian elektronika.

Nilai Toleransi Resistor

Toleransi resistor merupakan perubahan nilai resistansi dari nilai yang tercantum pada badan resistor yang masih diperbolehkan dan dinyatakan resistor dalam kondisi baik. Toleransi resistor merupakan salah satu perubahan karakteristik resistor yang terjadi akibat operasional resistor tersebut. Nilai torleransi resistor ini ada beberapa macam yaitu resistor dengan toleransi kerusakan 1% (resistor 1%), resistor dengan toleransi kesalahan 2% (resistor2%), resistor dengan toleransi kesalahan 5% (resistor 5%) dan resistor dengan toleransi 10% (resistor 10%).

Nilai toleransi resistor ini selalu dicantumkan di kemasan resistor dengan kode warna maupun kode huruf. Sebagai contoh resistor dengan toleransi 5% maka dituliskan dengan kode warna pada cincin ke 4 warna emas atau dengan kode huruf J pada resistor dengan fisik kemasan besar. Resistor yang banyak dijual dipasaran pada umumnya resistor 5% dan resistor 1%.

Jenis-jenis resistor

Berdasarkan jenis dan bahan yang digunakan untuk membuat resistor dibedakan menjadi resistor kawat, resistor arang dan resistor oksida logam atau resistor metal film.

  1. Resistor Kawat (Wirewound Resistor): Resistor kawat atau wirewound resistor merupakan resistor yang dibuat dengan bahat kawat yang dililitkan. Sehingga nilai resistansiresistor ditentukan dari panjangnya kawat yang dililitkan. Resistor jenis ini pada umumnya dibuat dengan kapasitas daya yang besar.
  2. Resistor Arang (Carbon Resistor): Resistor arang atau resistor karbon merupakan resistor yang dibuat dengan bahan utama batang arang atau karbon. Resistor karbon ini merupakan resistor yang banyak digunakan dan banyak diperjual belikan. Dipasaran resistor jenis ini dapat kita jumpai dengan kapasitas daya 1/16 Watt, 1/8 Watt, 1/4 Watt, 1/2 Watt, 1 Watt, 2 Watt dan 3 Watt.
  3. Resistor Oksida Logam (Metal Film Resistor): Resistor oksida logam atau lebih dikenal dengan nama resistor metal film merupakan resistor yang dibuah dengan bahan utama oksida logam yang memiliki karakteristik lebih baik. Resistor metal film ini dapat ditemui dengan nilai tolerasni 1% dan 2%. Bentuk fisik resistor metal film ini mirip denganresistor kabon hanya beda warna dan jumlah cicin warna yang digunakan dalam penilaian resistor tersebut. Sama seperti resistorkarbon, resistor metal film ini juga diproduksi dalam beberapa kapasitas daya yaitu 1/8 Watt, 1/4 Watt, 1/2 Watt. Resistor metal film ini banyak digunakan untuk keperluan pengukuran, perangkat industri dan perangkat militer.
Kemudian berdasarkan nilai resistansinya resistor dibedakan menjadi 2 jenis yaitu resistor tetap (Fixed Resistor) dan resistor tidak tetap (Variable Resistor)
  1. Resistor Tetap (Fixed Resistor): Resistor tetap merupakan resistor yang nilai resistansinya tidap dapat diubah atau tetap. Resistor jenis ini biasa digunakan dalam rangkaian elektronika sebagai pembatas arus dalam suatu rangkaian elektronika. Resistor tetap dapat kita temui dalam beberpa jenis, seperti Metal Film Resistor, Metal Oxide Resistor, Carbon Film Resistor, Ceramic Encased Wirewound, Economy Wirewound, Zero Ohm Jumper Wire, SIP Resistor Network
  2. Resistor Tidak Tetap (Variable Resistor): Pontensiometer, tipe variable resistor yang dapat diatur nilai resistansinya secara langsung karena telah dilengkapi dengan tuas kontrol. Potensiometer terdiri dari 2 jenis yaitu Potensiometer Linier dan Potensiometer Logaritmis. Trimer Potensiometer, yaitu tipe variable resistor yang membutuhkan alat bantu (obeng) dalam mengatur nilai resistansinya. Pada umumnya resistor jenis ini disebut dengan istilah “Trimer Potensiometer atau VR”. Thermistor, yaitu tipe resistor variable yangnilairesistansinya akan berubah mengikuti suhu disekitar resistor. Thermistor terdiri dari 2 jenis yaitu NTC dan PTC. Untuk lebih detilnya thermistor akan dibahas dalam artikel yang lain. LDR (Light Depending Resistor), yaitu tipe resistor variabel yang nilai resistansinya akan berubah mengikuti cahaya yang diterima oleh LDR tersebut.

Menghitung Nilai Resistor

Nilai resistor dapat diketahui dengan kode warna dan kode huruf pada resistor. Resistor dengan nilai resistansi ditentukan dengan kode warna dapat ditemukan pada resistor tetap dengan kapasitas daya rendah, sedangkan nilai resistor yang ditentukan dengan kode huruf dapat ditemui pada resistor tetap daaya besar dan resistor variable.

Kode Warna Resistor

Cicin warna yang terdapat pada resistor terdiri dari 4 ring 5 dan 6 ring warna. Dari cicin warna yang terdapat dari suatu resistor tersebut memiliki arti dan nilai dimana nilai resistansi resistor dengan kode warna yaitu :




  1. Resistor Dengan 4 Cincin Kode Warna: Maka cincin ke 1 dan ke 2 merupakan digit angka, dan cincin kode warna ke 3 merupakan faktor pengali kemudian cincin kode warnake 4 menunjukan nilai toleransi resistor.
  2. Resistor Dengan 5 Cincin Kode Warna: Maka cincin ke 1, ke 2 dan ke 3 merupakan digit angka, dan cincin kode warna ke 4 merupakan faktor pengali kemudian cincin kode warna ke 5 menunjukan nilai toleransi resistor.
  3. Resistor Dengan 6 Cincin Warna: Resistor dengan 6 cicin warna pada prinsipnya sama dengan resistor dengan 5 cincin warna dalam menentukan nilai resistansinya. Cincin ke 6 menentukan coefisien temperatur yaitu temperatur maksimum yang diijinkan untuk resistor tersebut.

Kode Huruf Resistor

Resistor dengan kode huruf dapat kita baca nilai resistansinya dengan mudah karenanilia resistansi dituliskan secara langsung. Pad umumnya resistor yang dituliskan dengan kode huruf memiliki urutan penulisan kapasitas daya, nilai resistansi dan toleransi resistor. Kode huruf digunakan untuk penulisan nilai resistansi dan toleransi resistor.


Kode Huruf Untuk Nilai Resistansi :

  • R, berarti x1 (Ohm)
  • K, berarti x1000 (KOhm)
  • M, berarti x 1000000 (MOhm)

Kode Huruf Untuk Nilai Toleransi :

  • F, untuk toleransi 1%
  • G, untuk toleransi 2%
  • J, untuk toleransi 5%
  • K, untuk toleransi 10%
  • M, untuk toleransi 20%

Rumus Resistor

Resistor mempunyai nilai resistansi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin dimana nilai tegangan terhadap resistansi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir, berdasarkan persamaan Hukum OHM :


Dimana V adalah tegangan,  I adalah kuat arus, dan R adalah Hambatan


Mencari resistansi total dalam rangkaian dapat menggunakan :

Seri : Rtotal = R1 + R2 + R3 + ….. + Rn

Dimana :
Rtotal = Total Nilai Resistor
R1 = Resistor ke-1
R2 = Resistor ke-2
R3 = Resistor ke-3
Rn = Resistor ke-n

Paralel: 1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ….. + 1/Rn

Dimana :
Rtotal = Total Nilai Resistor
R1 = Resistor ke-1
R2 = Resistor ke-2
R3 = Resistor ke-3
Rn = Resistor ke-n

  • Dioda

Dioda atau disebut juga sinyal dioda adalah komponen dasar semikonduktor aktif yang hanya bisa mengalirkan arus satu arah saja (forward bias) yaitu dari arah positip (Anoda) ke arah negatif (Katoda) namun memblok arus untuk arah sebaliknya. Dalam rangkaian elektronika dioda diibaratkan sebagai kran/katup listrik satu arah. Dioda memiliki dua elektroda yaitu elektroda positip (Anoda) dan elektroda negatif (Katoda). Secara umum dioda biasa dipakai untuk merubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC) atau disebut sebagai Rectifier.

Dioda dibuat dari bahan semikonduktor seperti germanium (Ge), Silicon (Si) dan galium arsenide (GaAs), sifat listrik pada jenis material tersebut ialah menengah atau dengan kata lain tidak baik sebagai konduktor dan tidak baik juga sebagai insulator, sifat ini dinamakan semikonduktor.

Material semikonduktor memiliki sangat sedikit "elektron bebas" karena molekul atomnya terkumpul bersama dalam bentuk pola kristal yang sering disebut "kisi kristal". Untuk meningkatkan daya hantar listrik pada material ini maka perlu dicampurkan "kotoran atom" pada struktur kristalnya sehingga menghasilkan lebih banyak elektron bebas dan lubang atom. Untuk menghasilkan sisi Negatif (katoda) pada dioda maka material semikonduktor biasanya dicampurkan kotoran atom dengan bahan seperti: Arsenik, Antimony atau Fosfor. dan untuk menghasilkan sisi positip (Anoda) dicampur dengan kotoran atom dari bahan Aluminium, Boron atau Galium. 

JENIS DAN SIMBOL DIODA

Seperti penjelasan diatas, Jenis dioda tergantung dari bahan material yang dipakai saat pembuatannya, dibawah ini adalah contoh gambar dan simbol dari jenis-jenis dioda:

Jenis dan Simbol Dioda

  1. Dioda Silicon:Terbuat dari bahan Germanium, memiliki drop tegangan maju (forward volt drop) 0,7V, pada rangkaian elektronika biasa dipakai sebagai penyearah (rectifier). Contoh dioda Germanium adalah: 1N4000 series dan 1N5000 series dll.
  2. Dioda Germanium: Terbuat dari bahan Silicon, memiliki drop tegangan maju (forward volt drop) 0,3V. Biasa diaplikasikan sebagai dioda penyearah. contoh dioda silicon adalah: IN4148 atau 1N914 dll.
  3. Dioda Zener: Terbuat dari bahan silikon, dioda zener atau sering disebut juga "breakdown diode" berfungsi sebagai pembatas tegangan pada rangkaian, atau dengan kata lain dioda zener adalah komponen regulator tegangan sederhana.  dioda zener memiliki rating tegangan antara 1 sampai ratusan volt dengan daya mulai dari 1/4w.
  4. Light Emitting Diode atau LED: Adalah jenis dioda yang dapat mengeluarkan cahaya, LED yang banyak dipasaran berbentuk kubah bulat dan juga kotak persegi dengan variasi warna merah, kuning, hijau, biru atau putih. batas arus maksimum LED adalah 20mA. dan memiliki drop tegangan maju (forward volt drop) antara 1,2v sampai 3,6v tergantung dari jenis warna LED.
  5. Dioda Schottky: disebut juga dioda power memiliki drop tegangan maju (forward bias) yang rendah, namun rating arus dan tegangannya tinggi. Biasa dipakai sebagai penyearah pada frekuensi tinggi, sering dipakai pada rangkaian pengisian battre, AC Rectifier dan Inverter.contoh untuk dioda schotky adalah 5819 atau 58xx dll.
  • Transistor

Transistor adalah sebuah komponen di dalam elektronika yang diciptakan dari bahan-bahan semikonduktor dan memiliki tiga buah kaki. Masing-masing kaki disebut sebagai basis, kolektor, dan emitor.

  1. Emitor (E) memiliki fungsi untuk menghasilkan elektron atau muatan negatif.
  2. Kolektor (C) berperan sebagai saluran bagi muatan negatif untuk keluar dari dalam transistor.
  3. Basis (B) berguna untuk mengatur arah gerak muatan negatif yang keluar dari transistor melalui kolektor.

Berfungsi sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal. Selain itu, transistor biasanya juga dapat digunakan sebagai saklar dalam rangkaian elektronika. Jika ada arus yang cukup besar di kaki basis, transistor akan mencapai titik jenuh. Pada titik jenuh ini transistor mengalirkan arus secara maksimum dari kolektor ke emitor sehingga transistor seolah-olah short pada hubungan kolektor-emitor. Jika arus base sangat kecil maka kolektor dan emitor bagaikan saklar yang terbuka. Pada kondisi ini transistor dalam keadaan cut off sehingga tidak ada arus dari kolektor ke emitor. 

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, di mana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya. Kapasitor NPN memiliki simbol seperti gambar di bawah ini:

Simbol Transistor NPN BC547



Terdapat rumus rumus dalam mencari transistor seperti rumus di bawah ini:

Rumus dari Transitor adalah :

hFE = iC/iB

dimana, iC = perubahan arus kolektor 

iB = perubahan arus basis 

hFE = arus yang dicapai


Rumus dari Transitor adalah :

Karakteristik Input

Transistor adalah komponen aktif yang menggunakan aliran electron sebagai prinsip kerjanya didalam bahan. Sebuah transistor memiliki tiga daerah doped yaitu daerah emitter, daerah basis dan daerah disebut kolektor. Transistor ada dua jenis yaitu NPN dan PNP. Transistor memiliki dua sambungan: satu antara emitter dan basis, dan yang lain antara kolektor dan basis. Karena itu, sebuah transistor seperti dua buah dioda yang saling bertolak belakang yaitu dioda emitter-basis, atau disingkat dengan emitter dioda dan dioda kolektor-basis, atau disingkat dengan dioda kolektor.


Bagian emitter-basis dari transistor merupakan dioda, maka apabila dioda emitter-basis dibias maju maka kita mengharapkan akan melihat grafik arus terhadap tegangan dioda biasa. Saat tegangan dioda emitter-basis lebih kecil dari potensial barriernya, maka arus basis (Ib) akan kecil. Ketika tegangan dioda melebihi potensial barriernya, arus basis (Ib) akan naik secara cepat.


 Pemberian bias 

        Ada beberapa macam rangkaian pemberian bias, yaitu: 

 1. Fixed bias yaitu, arus bias IB didapat dari VCC yang dihubungkan ke kaki B melewati tahanan R seperti gambar 58. Karakteristik Output.

 



2.Self Bias adalah arus input didapatkan dari pemberian tegangan input VBB seperti gambar 60.


3. Emitter-Stabilized Bias adalah rangkaian Fixed bias yang ditambahkan tahanan RE.
Sehingga tahanan RE kalau dilihat dari input untuk mencari arus IB adalah sebesar (β+1)RE. 

  • Motor DC


Motor DC adalah motor listrik yang memerlukan suplai tegangan arus searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi gerak mekanik. Kumparan medan pada motor dc disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Motor arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak langsung/directunidirectional.

Motor DC adalah piranti elektronik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik berupa gerak rotasi. Pada motor DC terdapat jangkar dengan satu atau lebih kumparan terpisah. Tiap kumparan berujung pada cincin belah (komutator). Dengan adanya insulator antara komutator, cincin belah dapat berperan sebagai saklar kutub ganda (double pole, double throw switch). Motor DC bekerja berdasarkan prinsip gaya Lorentz, yang menyatakan ketika sebuah konduktor beraliran arus diletakkan dalam medan magnet, maka sebuah gaya (yang dikenal dengan gaya Lorentz) akan tercipta secara ortogonal diantara arah medan magnet dan arah aliran arus. Kecepatan putar motor DC (N) dirumuskan dengan Persamaan berikut.

                                                   

Simbol motor DC di proteus:

 

  • Potensiometer


Potensiometer (POT) adalah salah satu jenis Resistor yang Nilai Resistansinya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan Rangkaian Elektronika ataupun kebutuhan pemakainya. Potensiometer merupakan Keluarga Resistor yang tergolong dalam Kategori Variable Resistor. Secara struktur, Potensiometer terdiri dari 3 kaki Terminal dengan sebuah shaft atau tuas yang berfungsi sebagai pengaturnya. Gambar dibawah ini menunjukan Struktur Internal Potensiometer beserta bentuk dan Simbolnya.


Struktur Potensiometer beserta Bentuk dan Simbolnya
Pada dasarnya bagian-bagian penting dalam Komponen Potensiometer adalah :

- Penyapu atau disebut juga dengan Wiper
- Element Resistif
- Terminal

Jenis-jenis Potensiometer
Berdasarkan bentuknya, Potensiometer dapat dibagi menjadi 3 macam, yaitu :
  1. Potensiometer Slider, yaitu Potensiometer yang nilai resistansinya dapat diatur dengan cara menggeserkan Wiper-nya dari kiri ke kanan atau dari bawah ke atas sesuai dengan pemasangannya. Biasanya menggunakan Ibu Jari untuk menggeser wiper-nya.
  2. Potensiometer Rotary, yaitu Potensiometer yang nilai resistansinya dapat diatur dengan cara memutarkan Wiper-nya sepanjang lintasan yang melingkar. Biasanya menggunakan Ibu Jari untuk memutar wiper tersebut. Oleh karena itu, Potensiometer Rotary sering disebut juga dengan Thumbwheel Potentiometer.
  3. Potensiometer Trimmer, yaitu Potensiometer yang bentuknya kecil dan harus menggunakan alat khusus seperti Obeng (screwdriver) untuk memutarnya. Potensiometer Trimmer ini biasanya dipasangkan di PCB dan jarang dilakukan pengaturannya.Jenis-jenis Potensiometer

Prinsip Kerja (Cara Kerja) Potensiometer
Sebuah Potensiometer (POT) terdiri dari sebuah elemen resistif yang membentuk jalur (track) dengan terminal di kedua ujungnya. Sedangkan terminal lainnya (biasanya berada di tengah) adalah Penyapu (Wiper) yang dipergunakan untuk menentukan pergerakan pada jalur elemen resistif (Resistive). Pergerakan Penyapu (Wiper) pada Jalur Elemen Resistif inilah yang mengatur naik-turunnya Nilai Resistansi sebuah Potensiometer.

Elemen Resistif pada Potensiometer umumnya terbuat dari bahan campuran Metal (logam) dan Keramik ataupun Bahan Karbon (Carbon).

Berdasarkan Track (jalur) elemen resistif-nya, Potensiometer dapat digolongkan menjadi 2 jenis yaitu Potensiometer Linear (Linear Potentiometer) dan Potensiometer Logaritmik (Logarithmic Potentiometer).

Fungsi-fungsi Potensiometer
Dengan kemampuan yang dapat mengubah resistansi atau hambatan, Potensiometer sering digunakan dalam rangkaian atau peralatan Elektronika dengan fungsi-fungsi sebagai berikut :

Sebagai pengatur Volume pada berbagai peralatan Audio/Video seperti Amplifier, Tape Mobil, DVD Player.
Sebagai Pengatur Tegangan pada Rangkaian Power Supply
Sebagai Pembagi Tegangan
Aplikasi Switch TRIAC
Digunakan sebagai Joystick pada Tranduser
Sebagai Pengendali Level Sinyal

  • Baterai
Baterai (Battery) adalah sebuah alat yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi Listrik yang dapat digunakan oleh suatu perangkat Elektronik. Hampir semua perangkat elektronik yang portabel seperti Handphone, Laptop, Senter, ataupun Remote Control menggunakan Baterai sebagai sumber listriknya. Dengan adanya Baterai, kita tidak perlu menyambungkan kabel listrik untuk dapat mengaktifkan perangkat elektronik kita sehingga dapat dengan mudah dibawa kemana-mana. Dalam kehidupan kita sehari-hari, kita dapat menemui dua jenis Baterai yaitu Baterai yang hanya dapat dipakai sekali saja (Single Use) dan Baterai yang dapat di isi ulang (Rechargeable).

  • Buzzer
Konfigurasi PIN Buzzer

1

Positif

Diidentifikasi dengan simbol (+) atau kabel terminal yang lebih panjang. Dapat didukung oleh 12V DC 

2

Negatif

Diidentifikasi oleh kabel terminal pendek. Biasanya terhubung ke ground sirkuit

Spesifikasi Buzzer
  1. Rated Voltage : 12V 
  2. DC Operating Voltage : 4 to 8V 
  3. DC Rated Current* : ≤30mA 
  4. Sound Output at 10cm* : ≥85dB 
  5. Resonant Frequency : 2300 ±300Hz 
  6. Tone : Continuous 
  7. Operating Temperature : -25°C to +80°C 
  8. Storage Temperature : -30°C to +85°C
  9. Weight : 2g 
  10. Value applying at rated voltage (DC)
  • Sensor LDR
Light Dependent Resistor (LDR) atau sering disebut juga sebagai photoresistor atau photocell adalah salah satu jenis komponen pasif elektronika yang termasuk dalam kategori sensor cahaya. Sesuai dengan namanya, LDR merupakan resistor yang nilai hambatan listriknya (resistansi) sangat bergantung pada intensitas cahaya yang mengenai permukaannya.Berbeda dengan resistor tetap (fixed resistor), LDR tidak memiliki nilai resistansi yang konstan. Nilai hambatan LDR akan berubah secara berbanding terbalik dengan intensitas cahaya yang diterimanya
  1. Kondisi Gelap: Ketika tidak ada cahaya yang mengenai sensor (gelap total), nilai resistansi LDR akan menjadi sangat besar, umumnya berkisar antara 1 MOmega hingga 10 MOmega.
  2. Kondisi Terang: Ketika sensor menerima intensitas cahaya yang tinggi (terang), nilai resistansinya akan menurun drastis, sering kali mencapai di bawah 100 Omega hingga 1 kOmega.
Struktur fisik dan bahan penyusun
Secara struktural, LDR terbuat dari bahan semikonduktor dengan resistivitas tinggi. Bahan yang paling sering digunakan untuk membuat LDR komersial adalah Kadmium Sulfida (CdS) atau Kadmium Selenida (CdSe).

Bahan semikonduktor ini diletakkan di atas substrat keramik isolator dan dibentuk menyerupai jalur zigzag (pola gelombang). Pola zigzag ini sengaja dibuat untuk memaksimalkan luas permukaan semikonduktor yang terkena paparan cahaya serta mengoptimalkan kontak dengan dua elektroda logam yang berada di kedua ujungnya. Seluruh komponen ini kemudian dilapisi oleh plastik transparan atau kaca transparan sebagai pelindung fisik.

Prinsip Kerja
Prinsip kerja LDR didasarkan pada fenomena fisik yang disebut Fotokonduktivitas (Photoconductivity), yaitu peristiwa di mana konduktivitas listrik suatu bahan meningkat ketika menyerap radiasi elektromagnetik (dalam hal ini adalah foton cahaya).

Mekanisme pergerakan elektron di dalam LDR dapat dijelaskan sebagai berikut:
  1. Ketika LDR berada dalam kondisi gelap, elektron-elektron pada bahan semikonduktor Kadmium Sulfida terikat kuat pada pita valensi (valence band). Karena tidak ada elektron bebas yang melompat ke pita konduksi (conduction band), bahan bersifat sebagai isolator dengan resistansi yang sangat tinggi. 
  2. Ketika permukaan LDR terkena cahaya, energi dari foton cahaya yang jatuh pada sensor akan diserap oleh elektron di pita valensi. 
  3. Jika energi foton tersebut cukup besar (melebihi energi ambang batas atau band gap bahan semikonduktor), elektron akan terlepas dari ikatan pita valensi dan melompat ke pita konduksi. 
  4. Perpindahan elektron ini menciptakan pasangan elektron-lubang (electron-hole pairs) yang bebas bergerak. Banyaknya elektron bebas yang aktif ini menyebabkan aliran arus listrik menjadi lebih mudah, yang secara otomatis menurunkan nilai resistansi komponen secara signifikan.
Karakteristik
Karakteristik hubungan antara intensitas cahaya (biasanya diukur dalam satuan Lux) dan nilai resistansi LDR (diukur dalam Ohm) tidak bersifat linear, melainkan berbentuk kurva eksponensial/logaritmik.

Secara matematis, hubungan tersebut dapat didekati dengan persamaan umum:


Dimana:
  1. R = Resistansi LDR (Omega)
  2. E = Intensitas cahaya (Lux)
  3. A & alpha = Konstanta yang nilainya bergantung pada bahan semikonduktor dan grafik karakteristik pabrikan pembuat LDR tersebut.
Selain itu, LDR memiliki waktu respon (response time) atau latensi tertentu. Ketika cahaya tiba-tiba hilang atau muncul, LDR membutuhkan waktu beberapa milidetik (biasanya 10 ms hingga 50 ms) untuk mengubah nilai resistansinya secara penuh. Oleh karena itu, LDR kurang cocok digunakan pada aplikasi yang membutuhkan pembacaan frekuensi tinggi atau perubahan data yang sangat cepat.

Implementasi Voltage Divider

Karena LDR menghasilkan perubahan berupa nilai resistansi, mikrokontroler (seperti Arduino, STM32, atau ESP32) tidak bisa membaca nilai tersebut secara langsung pada pin Analog-to-Digital Converter (ADC). Pin ADC hanya menerima perubahan parameter tegangan (Volt).

Untuk mengubah perubahan resistansi LDR menjadi perubahan tegangan, LDR harus dirangkai bersama sebuah resistor tetap (R1) menggunakan skema Pembagi Tegangan (Voltage Divider).

Rumus untuk menghitung tegangan output (Vout) yang menuju pin ADC adalah:


Jika LDR diletakkan di posisi bawah (Rbawah) dan Resistor Tetap di atas (Ratas)
  • Saat terang, resistansi LDR mengecil, sehingga nilai Vout akan mendekati 0V (Low).
  • Saat gelap, resistansi LDR membesar, sehingga nilai Vout akan meningkat mendekati Vin (High).


  • Sensor DS18B20
Sensor DS18B20 adalah komponen elektronika aktif semi-konduktor yang diproduksi oleh Maxim Integrated (sekarang bagian dari Analog Devices) yang berfungsi untuk mengukur suhu lingkungan digital secara presisi. Berbeda dengan sensor suhu analog konvensional (seperti LM35 atau termistor) yang keluarannya berupa tegangan atau hambatan analog, DS18B20 mengeluarkan sinyal data digital yang sudah terkalibrasi langsung dari pabrik.

Sensor ini di pasaran umumnya tersedia dalam dua bentuk fisik utama:
  1. Kemasan Transistor (TO-92): Bentuknya menyerupai transistor kecil berkaki tiga, cocok digunakan untuk pemasangan langsung pada papan sirkuit (Printed Circuit Board / PCB) atau breadboard. 
  2. Kemasan Waterproof Probe: Sensor dibungkus di dalam tabung baja tahan karat (stainless steel) dan dilapisi kabel kedap air. Varian ini sangat ideal untuk mengukur suhu cairan, tanah, atau lingkungan luar ruangan (outdoor) yang ekstrem.
Karakteristik

DS18B20 memiliki performa yang sangat andal untuk berbagai aplikasi instrumentasi berkat spesifikasi berikut:
  • Rentang Pengukuran Suhu: -55 derajat celcius hingga +125 derajat celcius ($-67 derajat Fahreinhet hingga +257 derajat Fahreinhet).
  • Akurasi: +-0.5 derajat Celcius pada rentang suhu kritis -10 derajat Celcius hingga +85 derajat Celcius.
  • Resolusi Pembacaan: Dapat dikonfigurasi melalui perangkat lunak dari 9-bit hingga 12-bit. Pada resolusi tertinggi (12-bit), sensor mampu mendeteksi perubahan suhu sekecil $0.0625 derajat Celcius.
  • Tegangan Kerja: Rentang catu daya yang fleksibel antara 3.0 Volt hingga 5.5 Volt DC.
  • Waktu Konversi Maksimal: 750 milidetik (ms) saat beroperasi pada resolusi maksimal 12-bit.
Protokol Komunikasi 1-Wire (One-Wire)

Kelebihan utama dari DS18B20 terletak pada arsitektur komunikasinya yang menggunakan protokol 1-Wire. Protokol ini dikembangkan oleh Dallas Semiconductor untuk memungkinkan komunikasi data dua arah antara mikrokontroler (master) dan sensor (slave) hanya dengan menggunakan satu kabel data tunggal (di luar jalur Ground dan VCC).

Setiap chip DS18B20 yang diproduksi dibekali dengan kode serial 64-bit unik yang terekam secara permanen di dalam ROM (Read-Only Memory) internalnya. Kode unik ini berfungsi sebagai alamat identitas (address ID) biner dari sensor tersebut.

Berkat adanya sistem alamat 64-bit ini, beberapa sensor DS18B20 dapat dihubungkan secara paralel (metode multidrop) pada satu jalur bus data yang sama (single data bus). Mikrokontroler dapat memanggil dan membaca data suhu dari sensor tertentu secara spesifik tanpa adanya risiko konflik data, sehingga sangat menghemat penggunaan pin I/O pada mikrokontroler seperti Arduino atau STM32.

Memori Internal

Di dalam chip DS18B20 terdapat unit memori utama yang disebut Scratchpad berukuran 9 byte berformat SRAM. Memori ini berfungsi untuk menyimpan data operasional sensor secara dinamis:
  • Byte 0 & Byte 1: Menyimpan data hasil konversi suhu digital (Format Two's Complement).
  • Byte 2 & Byte 3: Menyimpan batas alarm suhu tertinggi (TH) dan terendah (TL).
  • Byte 4: Configuration Register untuk mengatur tingkat resolusi bit (9, 10, 11, atau 12-bit).
Data pada register TH, TL, dan konfigurasi bersifat non-volatile karena terhubung dengan memori EEPROM, sehingga pengaturan tidak akan hilang meskipun aliran listrik mati (power cycle).

Cara Kerja

Secara internal, DS18B20 mengukur suhu menggunakan sirkuit osilator internal yang tingkat frekuensinya sangat sensitif terhadap perubahan suhu (berkoefisien suhu tinggi).

Proses pengukurannya bekerja dengan menghitung jumlah pulsa (siklus osilator) dalam sebuah jendela waktu (time gate) yang ditentukan oleh osilator referensi berkoefisien suhu rendah. Penghitung (counter) internal akan diatur pada suatu nilai awal yang merepresentasikan -55 derajat Celcius. Jika penghitung mencapai angka nol sebelum waktu gerbang habis, berarti suhu berada di atas nilai dasar tersebut, dan sirkuit akan mengakumulasikan nilai suhu digital yang kemudian dimasukkan ke dalam register Scratchpad byte 0 dan 1 untuk siap dibaca oleh master.

Untuk menjaga integritas data selama proses transmisi melewati kabel 1-Wire, DS18B20 dilengkapi dengan generator CRC (Cyclic Redundancy Check) 8-bit pada byte ke-8 di memori Scratchpad-nya, sehingga mikrokontroler dapat memvalidasi apakah data suhu yang diterima mengalami kerusakan atau korupsi akibat interferensi elektrik.


  • Sensor INA219AD 
Sensor INA219AD adalah sebuah sirkit terpadu (Integrated Circuit / IC) monitor arus elektrik dan tegangan berskala mikro yang diproduksi oleh Texas Instruments. Sensor ini dirancang khusus untuk memantau parameter daya (arus, tegangan, dan kalkulasi daya total) pada sirkuit arus searah (DC) secara high-side maupun low-side dengan tingkat akurasi yang tinggi. Sensor ini sering kali dijumpai dalam bentuk modul siap pakai (breakout board) yang sudah dilengkapi dengan komponen pendukung seperti resistor shunt eksternal berpresisi tinggi, kapasitor filter, dan pin header untuk memudahkan interkoneksi dengan mikrokontroler.

Karakteristik

Sebagai sensor monitor daya beresolusi tinggi, INA219AD memiliki spesifikasi utama sebagai berikut:
  1. Tegangan Bus Target: Mampu mengukur tegangan beban dari 0 Volt hingga maksimal +26 Volt DC.
  2. Tegangan Operasi Chip: Membutuhkan catu daya antara 3.0 Volt hingga 5.5 Volt DC untuk menghidupkan sirkuit internalnya.
  3. Resolusi ADC: Dilengkapi dengan Analog-to-Digital Converter (ADC) internal 12-bit yang dapat diprogram untuk mengatur tingkat akurasi dan kecepatan konversi data.
  4. Protokol Komunikasi: Menggunakan antarmuka I2C (Inter-Integrated Circuit) atau SMBus digital.
  5. Akurasi Tinggi: Memiliki tingkat kesalahan (error) maksimal hanya sebesar 1% di seluruh rentang suhu operasional (-40 derajat Celcius hingga +125 derajat Celcius).
Cara kerja

Prinsip kerja INA219AD dalam mengukur arus listrik didasarkan pada Hukum Ohm (I = V/R) dengan memanfaatkan metode Shunt Resistor.Mekanisme pengukurannya dijabarkan melalui tahapan berikut:
  1. Sebuah resistor dengan nilai hambatan yang sangat kecil dan presisi tinggi (pada modul standar biasanya bernilai 0.1 Omega atau ditandai dengan kode R100) dipasang secara seri dengan jalur beban listrik.
  2. Ketika arus DC (I) mengalir melewati resistor shunt (Rshunt), akan terjadi penurunan tegangan yang sangat kecil di antara kedua ujung kaki resistor tersebut. Penurunan tegangan ini disebut sebagai Sinyal Tegangan Shunt (Vshunt).
  3. Pin VIN+ dan VIN- pada chip INA219AD dipasang secara paralel ke masing-masing ujung resistor shunt untuk menangkap nilai Vshunt tersebut.
  4. Penguat diferensial internal di dalam IC akan memperkuat sinyal Vshunt yang sangat kecil tersebut sebelum diubah menjadi data digital oleh ADC 12-bit.
  5. Nilai arus kemudian dihitung secara internal oleh register chip atau oleh mikrokontroler berdasarkan persamaan:

Protokol Komunikasi

Komunikasi antara INA219AD dan mikrokontroler (seperti Arduino, STM32, atau Raspberry Pi) dilakukan melalui bus data digital I2C yang hanya memerlukan dua kabel fungsional, yaitu SDA (Serial Data) dan SCL (Serial Clock).

Sufiks atau kode huruf pada varian INA219AD mengindikasikan tipe kemasan fisik (package) berupa SOIC-8 (komponen SMD kecil 8 pin) serta fleksibilitas dalam konfigurasi alamat I2C (I2C Address).

Melalui kombinasi penyambungan dua pin alamat khusus, yaitu pin A0 dan A1 (apakah dihubungkan ke GND, VS+, SDA, atau SCL), pengguna dapat mengubah alamat I2C default chip ini menjadi hingga 16 alamat biner yang berbeda. Fitur ini sangat krusial dalam instrumentasi tingkat lanjut karena memungkinkan pemasangan hingga 16 buah sensor INA219AD secara paralel dalam satu jalur bus I2C yang sama untuk memonitor banyak beban sekaligus.


5. Flowchart [kembali]


6. Listing Program [kembali]

...

7. Rangkaian Simulasi [kembali]


Prinsip kerja: 

Sistem monitoring dan pendingin panel surya berbasis STM32 Bluepill ini bekerja secara otomatis melalui beberapa tahapan. Sistem secara terus-menerus membaca data suhu permukaan panel melalui sensor DS18B20 , serta memantau parameter arus dan tegangan secara digital menggunakan sensor INA219 melalui komunikasi I2C. Selain itu, sakelar water level digunakan untuk memonitor ketersediaan air di dalam tangki penyimpanan.

Jika sakelar SW1 mendeteksi air di dalam tangki habis, STM32 akan langsung mengunci pompa dalam kondisi mati (OFF) demi mencegah kerusakan akibat dry running dan menampilkan status "Air Habis" pada LCD. Namun, jika air tersedia dan seluruh sensor membaca nilai suhu, arus, serta tegangan dalam batas wajar, sistem berada dalam Kondisi Normal, sehingga pompa dan buzzer tetap mati sementara LCD menampilkan parameter data dengan pesan "Status: Normal".

Ketika sensor DS18B20 mendeteksi suhu panel melebihi batas aman, sistem akan mengambil tindakan berdasarkan data elektrikalnya. Jika nilai arus dan tegangan dari sensor INA219 terbaca normal, sistem mengaktifkan gerbang (Gate) MOSFET IRLZ44N (Q2) melalui pin PA1 untuk mengalirkan daya 12V ke pompa DC; air kemudian mengalir ke pray nozzle untuk mendinginkan panel, dan LCD menampilkan "Status: Cooling" (terdapat dioda 1N4007 untuk meredam lonjakan listrik pompa). Sebaliknya, jika suhu panel tinggi namun nilai tegangan atau arus drop secara drastis, sistem mendeteksi adanya Kondisi Gangguan (anomali), sehingga STM32 akan menyalakan Buzzer sebagai alarm dan mengubah tampilan LCD menjadi "Status: GANGGUAN!".

9.  Video Penjelasan [kembali]

...

10.  Kesimpulan dan Saran [kembali]

A. Kesimpulan

  1. Integrasi Sistem yang Optimal: Sistem berhasil menggabungkan fungsi monitoring elektrikal (arus, tegangan) dan termal (suhu) panel surya, sekaligus memberikan proteksi otomatis berupa sistem pendingin (cooling system) berbasis semprotan air.
  2. Peningkatan Efisiensi Hardware: Penggunaan sensor INA219 jauh lebih efisien dibandingkan sensor analog terpisah karena menggunakan komunikasi digital I2C, sehingga menghemat pin pada STM32 Bluepill dan meminimalkan interferensi noise analog.
  3. Keamanan Komponen yang Baik: Penggunaan MOSFET IRLZ44N sebagai driver motor menggantikan relay mekanis memberikan kecepatan sakelar yang lebih responsif. Ditambah dengan adanya Dioda Flyback 1N4007, komponen penggerak aman dari risiko lonjakan arus balik (back-EMF) pompa.
  4. Sistem Proteksi Berlapis: Logika pemutus arus otomatis saat air tangki habis (melalui sensor water level / SW1) sangat efektif untuk mencegah kerusakan fatal pada pompa DC akibat dry running.
  5. Pembeda Gangguan yang Jelas: Sistem mampu mendeteksi secara cerdas kapan panel hanya sekadar mengalami panas biasa (memicu pompa) dan kapan panel mengalami malafungsi/kerusakan sel surya (memicu buzzer alarm).
B. Saran
  1. Kalibrasi dan Sensor LDR: Optimalkan penggunaan sensor LDR yang ada di skematik untuk mengunci sistem pendingin agar tidak aktif di malam hari, meskipun suhu siang harinya menyisakan panas, guna menghemat konsumsi air dan daya baterai.
  2. Penyaringan Air Tangki: Disarankan untuk menambahkan filter air fisik pada pipa/selang sebelum masuk ke pompa DC agar lubang spray nozzle tidak mudah tersumbat oleh lumut atau kotoran mikro dari tangki air.
  3. engembangan Fitur Data Logging: Untuk penelitian jangka panjang, sistem ini disarankan ditambah dengan modul MicroSD Card atau modul IoT (seperti ESP8266) agar data harian tegangan, arus, dan suhu panel dapat disimpan dan dianalisis untuk melihat grafik efisiensi PLTS.

11.  File Download [kembali]


Comments

Post a Comment