## MONITORING TEGANGAN DAN ARUS LAMPU DC PADA PJU DENGAN SUMBER SOLAR CELL
Ahmad Ridho’i 1 ; Subekti Yuliananda 2 ; Aris Heri Andriawan 3
1 Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya e-mail: ridhoi@untag-sby.ac.id
2 Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya e-mail: subekti.untag@gmail.com
3 Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya e-mail: aris_po@untag-sby.ac.id

## Abstract
DC  lamp  voltage  monitoring  by  microcontroller  ATmega  328P through wireless zigbee is a monitoring tool that uses a DC lamp AVR microcontroller as  a  data  processor,  voltage  and  current  sensors  on  the  lights  to  detect  the lamp  current  and  voltage  power  supply,  monitoring  DC  lights  will  transmit data to the monitoring in the form of a PC (Personal Computer) with the help of  Visual  Basic  software,  data  transmission  through  wireless  zigbee. Monitoring lamps DC serves to detect damage to the lamp and power supply, monitoring  can  be  used  to  monitor  street  lighting  that  uses  a  DC  lamp. Monitoring  can  monitor  the  DC  lamp  lights  up  to 50W  and  the power  supply voltage  is  12  VDC  and  can  be  informed  remotely  by  using  zigbee  as  a communication medium.
Keywords: zigbee, lights, monitoring, ATmega

## 1. PENDAHULUAN
Pada  saat  ini  sudah  ada  lampu  penerangan  jalan  yang  menggunakan  lampu  dengan tegangan DC, tetapi sejauh ini belum ada alat monitoring untuk mengetahui kondisi lampu dan catu  daya  dari  lampu  tersebut,  maka  untuk  memonitoring  kondisi  lampu  dan  catu  daya  maka dibuatlah alat monitoring lampu DC yang nantinya bias dikembangkan menjadi alat monitoring lampu jalan yang bertegangan DC. Monitoring adalah suatu proses rutin pengumpulan data dan pengukuran  atau  memantau  perubahan,  yang  fokus  pada  proses  dan  keluaran.  Monitoring tegangan lampu DC dilakukan  secara rutin, dengan melakukan pengukuran arus atau tegangan untuk  mengetahui  kondisi  baterai  dan  lampu.  Kemudian  data  dikirim  lewat  jaringan  zigbee wireless.
Seluruh energi terbaharui secara definisi juga merupakan energi berkelanjutan, yang berarti mereka  tersedia  dalam  waktu  jauh  ke  depan,  dapat  digunakan  dalam  membuat  perencanaan. Seluruh  energi  terbaharui  secara  definisi  juga  merupakan  energi  sustainable,  yang  berarti mereka  tersedia  dalam  waktu  jauh  ke  depan.  Dengan  memperhatikan  makin  banyaknya pemakaian  energy  listrik  akan  berdampak  pada  krisis  energy  sehingga  banyak  yang  berlomba menciptakan  dan  menggunakan  energy  alternative  yang  melimpah  tersedia  di  alam.  Dengan menggunakan energy alternative  solar cell dengan penempatan pada daerah yang banyak  debu dapat  mengakibatkan  menutupi  permukaan  solar  cell  sehingga  menghasilkan  tegangan  yang kurang maksimal.
PJU  adalah  lampu  penerangan  jalan  yang  menggunakan  cahaya  matahari  sebagai  sumber energi  listriknya.  Penerangan  Jalan  Umum   Tenaga  Surya  (  PJU-TS  )  sangat  cocok  digunakan
untuk  jalan-jalan  di  daerah-daerah  yang  belum  terjangkau  oleh  listrik  PLN  dan  juga  daerah- daerah yang mengalami krisis energi listrik terutama di daerah terpencil. Namun belakangan ini PJU Tenaga Surya juga marak diaplikasikan di daerah perkotaan seperti di kawasan jalan-jalan utama, jalan kawasan perumahan, halte bis, tempat parkir, pompa bensin (SPBU) dsb.
Penerangan Jalan Tenaga Surya merupakan sebuah alternatif yang murah dan hemat untuk digunakan sebagai sumber listrik penerangan karena menggunakan sumber energi gratis dan tak terbatas  dari  alam  yaitu  energi  matahari.    Menggunakan  Modul/Panel  Surya  dengan  lifetime hingga  25  tahun  yang  berfungsi    menerima  cahaya  (sinar)  matahari  yang  kemudian  diubah menjadi  listrik  melalui  proses  photovoltaic.  Lampu  Jalan  Tenaga  Surya  (  PJU  Tenaga  Surya) secara otomatis dapat mulai menyala pada sore hari dan padam pada pagi hari dengan perawatan yang mudah dan efisien selama bertahun tahun.Menggunakan Lampu LED jenis hi-power yang sangat  terang,  hemat  energi  dan  tahan  lama  .  Masa  pemakaian  Lampu  LED  bisa  mencapai 50.000 jam dengan sumber daya DC.

## Urgensi Penelitian
Keutamaan  dari  hasil  penelitian  ini  adalah  energy  dari  solar  cell  dapat  dimaksimalkan dengan memonitor tegangan yang dihasilkan. Mendapatkan alat yang dapat memantau tegangan dari solar cell dan  tegangan  yang berada di battery, dengan memantau tegangan dari  solar cell dan  battery  dapat  meningkatkan  efisiensi  penggunaan  energy  untuk  menyalakan  lampu  yang terpasang untuk penerangan jalan umum.

## Tujuan
Tujuan  yang  ingin  dicapai  mendapatkan  perangkat  yang  dapat  memonitor  tegangan  dari solar  sell  dan  battery  yang  benar  dengan  adanya  pengaruh  dari  cuaca  untuk  tegangan  yang dihasilkan oleh solar cell serta tingkat daya simpan yang dimiliki oleh battery.

## Tinjauan Pustaka
Untuk paparan teori yang digunakan pada alat monitoring  tegangan, arus battery dan solar cell secara system elektronik yang memanfaatkan mikrokontroller sebagai berikut :
 Variabel masukan
Pada  pengolahan  yang  menggunakan  mikrokotroller  atmega16  memerlukan  masukan yang  berupa  sensor  tegangan  dan  sensor  arus  untuk  mendeteksi  tegangan,  arus  pada  solar cell dan battery, diantara variable masukan tersebut.
a. Sensor tegangan
Dari  hasil  pengukuran  bahwa  rentang  tegangan  yang  dihasilkan  oleh  solar  sell  0,5 volt sampai 23 volt, sedangkan battery kondisi tidak waktu pengisian selama 12 jam dari pengisian dapat dikelompokan menjadi :
Kondisi 100% terukur tegangan 12,7  volt
Kondisi 75% terukur tegangan  12,4 volt Kondisi 50% terukur tegangan 12,2  volt Kondisi 25% terukur tegangan 12,0  volt
Mendekati 0% terukur tegangan 11,9  volt
dengan  mengetahui  rentang  nilai  yang  melampaui  dari  rentang  tegangan  yang diperbolehkan  oleh  ADC  internal  yang  dimiliki  atmega16  maka  diperlukan pengkondisian agar dapat diolah oleh mikrokontroller tersebut.
Dengan mencari perbandingan  nilai dari resistor maka diharapkan  tegangan yang masuk ke mikrokontroller sesuai dengan tegangan yang diperbolehkan oleh atmega16.
Gambar 1. Sensor tegangan
b. Sensor arus
Untuk  mendeteksi  arus,  digunakan  IC  ACS712-30A.  IC  tersebut  merupakan sensor  arus  dengan  kapasitas  maksimum  30  Ampere.  IC  ACS712-30A  memiliki  rate tegangan  output  yang  linier  terhadap  arus  input.  Pada  0  ampere,  tegangan  output terukur pada setengah dari tegangan supply. Dari tegangan supply 5v terukur tegangan output  ACS  sebesar  2,5v  DC  pada  input  0  A.  Untuk  arus  AC,  tegangan  output  ACS memiliki  output  sinyal  sinus  dengan  DC  refference  sebesar  ½  Vcc.  Dengan  kondisi tersebut, digunakan rangkaian pengkondisian sinyal seperti pada gambar 2.

## Gambar 2 Sensor Arus
Pada  rangkaian  tersebut  terdapat  coupling  kapasitif  yang  dapat  menghilangkan  DC referensi dari sinyal output  ACS. Selanjutnya sinyal  tersebut dikuatkan dengan Op-Amp tanpa  catu  daya  negatife.  Sehingga  sinyal  sinus  terpotong  pada  setiap  tegangan negatifnya,  sedangkan  untuk  tegangan  DC  tidak  memerlukan  pemangkasan  tegangan ripple factor karena tegangan DC tidak memiliki tegangan ripple.
c. Waktu
Waktu  yang  dimaksud  disini  adalah  waktu  matahari  bersinar  secara  efektif  yang dapat dikonversi ke tegangan oleh solar sell, sedangkan matahari terbit pada pukul 05:52 dan  matahari  terbenam  pada  pukul  17:39.  Berdasarkan  web  yang  memaparkan  waktu terbit dan waktu terbenam matahari ( http://ind.timegenie.com/sunrise_sunset/city/idjkt ). Dilihat pada tanggal 15 mei 2015 pukul 10:57 PM. Sedangkan  masukan  untuk  mikrokontroller  menggunakan  RTC  yang  secara  mandiri membangkitkan time dan date secara valid sampai 2100 sesuai dengan datasheet DS1307, waktu  yang  dihasilkan  oleh  RTC  digunakan  untuk  acuan  dalam  hal  waktu  solar  sell mendapatkan cahaya matahari efektive.
 Pengolah (mikrokontroller)
Pengolah  merupakan  bagian  dari  system  yang  berfungsi  mengolah  nilai-nilai  dari masukan  (tegangan,  cahaya  matahari,  dan  waktu)  yang  memanfaatkan  mikrokontroller atmega16.  Pada  mikrokontroller  atmega16  ini  tersedia  fitur  ADC  internal  yang  sangat diperlukan  sebagai  konversi  nilai  dari  tegangan,  cahaya  matahari  yang  masih  analog sehingga perlu dikonversi ke nilai-nilai digital, untuk itu konfigurasi pin atmega16 seperti di bawah :

## Gambar 3. Konfigurasi atmega16
Pin yang dapat digunakan sebagai konversi analog ke digital dapat menggunakan pin 40 menurun sampai pin 33 (ADC0 – ADC7). AVR memiliki keunggulan dibandingkan dengan mikrokontroler  lain,  keunggulan  mikrokontroler  AVR  yaitu  memiliki  kecepatan  eksekusi program  yang  lebih  cepat  karena  sebagian  besar  instruksi  dieksekusi  dalam  1  siklus clock , lebih  cepat  dibandingkan  dengan  mikrokontroler  MSC51  yang  memiliki  arsitektur  CISC ( Complex  Instruction  Set  Computer )  dimana  MSC51  membutuhkan  12  siklus clock untuk mengeksekusi 1 instruksi.
1. V cc merupakan pin yang berfungsi sebagai masukan catu daya.
2. GND merupakan pin Ground
3. Port A (PA 0 ..PA 7 ) merupakan pin input/output dua arah dan pin masukan ADC. 4. Port B  (PB 0 ..PB 7 )  merupakan pin  input/output dua  arah  dan pin fungsi  khusus  seperti dapat dilihat pada table dibawah ini.
Pin Fungsi Khusus PB7 SCK (SPI Bus Serial Clock )
PB6 MISO (SPI Bus Master Input/Slave Output ) PB5 MOSI (SPI Bus Master Input/Slave Output ) PB4 SS (SPI Slave Select Input )
PB3
AIN 1 ( Analog Comparator Negative Input )
OC0 ( Timer/Counter0 Output Compare Match Output )
PB2 AIN 0 ( Analog Comparator Positif Input )
INT2 ( External Interupt 2 input )
PB1 T0 ( Timer/Counter1 External Counter Input )
PB0 T0 T1 ( Timer/Counter0 External Counter Input ) XCK ( USART External Clock Input/Output )
5. Port C  (PC 0 ..PC 7 )  merupakan pin  input/output dua  arah  dan pin fungsi  khusus  seperti dapat dilihat pada table dibawah ini.
6. Port D  (PD 0 ..PD 7 )  merupakan pin  input/output dua  arah  dan pin fungsi  khusus  seperti dapat dilihat pada table dibawah ini.
7. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler.
8. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal.
9. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC.
10. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.
 LCD ( Liquid Crystal Display )
Display  elektronik  adalah  salah  satu  komponen  elektronika  yang  berfungsi  sebagai tampilan  suatu  data,  baik  karakter,  huruf  ataupun  grafik. LCD  ( Liquid  Cristal  Display ) adalah  salah  satu  jenis  display  elektronik  yang dibuat  dengan  teknologi  CMOS logic yang bekerja  dengan  tidak  menghasilkan  cahaya  tetapi  memantulkan  cahaya  yang  ada  di sekelilingnya terhadap front-lit atau mentransmisikan cahaya dari back-lit .
LCD  (Liquid  Crystal  Display)  adalah  suatu  jenis  media  tampil  yang  menggunakan kristal  cair  sebagai  penampil  utama.  Fungsi display LCD  dalam  suatu  aplikasi mikrokontroler diantaranya untuk :
 Memastikan data di input valid
 Mengetahui hasil suatu proses
 Memonitoring  suatu proses
 Men debug program
 Menampilkan pesan
Pin Fungsi Khusus PC7 TOSC2 ( Timer Oscillator Pin 2 ) PC6 TOSC1 ( Timer Oscillator Pin 1 ) PC5 TDI (JTAG Test Data In ) PC4 TDO (JTAG Test Data Out ) PC3 TMS (JTAG Test mode Select ) PC2 TCK (JTAG Test Clock ) PC1 SDA ( Two-wire Serial Bus Data Input/Output Line ) PC0 SCA ( Two-wire Serial Bus Clock Line ) Pin Fungsi Khusus PD7 OC2 ( Timer/Counter2 Output Compare Match Output ) PD6 ICP ( Timer/ Counter1 Input Capture Pin ) PD5 OC1A  ( Timer/Counter1  Output  Compare  A  Match Output ) PD4 OC1B  ( Timer/Counter1  Output  Compare  B  Match Output ) PD3 INT1 ( External Interrupt 1 input ) PD2 INT0 ( External Interrupt 0 input ) PD1 TXD ( USART Output Pin ) PD0 RXD ( USART Input Pin )

## Gambar 4. LCD 2x16

## 2. METODE
Dalam  penelitian  alat  monitoring  tegangan,  arus  pada  solar  cell  dan  battery  pada  waktu pengisian  battery  terdapat  beberapa  tahap,  tahapan  menentukan  urutan  yang  harus  dikerjakan untuk  mendapatkan  hasil  yang  sesuai  dengan  tujuan  yang  ada  pada  proposal  pengajuan penelitian.

## 1. Persiapan bahan dan alat
Dalam  pengambilan  data  untuk  mengetahui  sifat  dan  perilaku  dari  battery  diperlukan beberapa  bahan  dan  peralatan  yang  terkait  dalam  penelitian  induknya  untuk  berjudul “penerapan  kecerdasan  pada  pembersihan  dan  monitoring  solar  cell  renewable  energy bertempat  di  daerah  terpencil”  yang  diinginkan  pada  tahapan  ini  mempersiapkan  segala sesuatu  yang dibutuhkan diantaranya untuk perencanaan dan pembuatan system monitoring terhadap tegangan dan arus yang terdeteksi oleh pengolah. Dan alat ukur sebagai acuan atau referensi terhadap system monitoring.

## 2. Pengolahan data
Pada  tahapan  ini  melakukan  perencanaan  pengolah,  dengan  menggunakan  mikrokontroller atmega16,  parameter-parameter  pengukuran  diolah.  Pengukuran  tegangan  dan  arus dilakukan  dengan  memanfaatkan  konversi  analog  to  digital  (ADC)  yang  dimiliki  oleh atmega16.  Selain  melakukan  pengukuran  mikrokontroller  pada  system  juga  melakukan pencatatan data.
a. Perencanaan hardware sistem monitoring tegangan, arus pada solar cell dan battery Perencanaan rancangan penelitian yang dilakukan seperti di bawah :
Sensor
Tegangan
Sensor Arus
Pengolah LCD RTC Gambar 5. sistem monitoring tegangan arus pada solar cell dan battery
Pada  sistem  ini  menggunakan  dua  sensor  masing-masing  sensor  tegangan,  sensor arus  dan  RTC  ( real  time  clock )  sebagai  acuan  pengukuran  untuk  mengolah  hasil  sensor tegangan dan arus.
 Tegangan  yang  dikeluarkan  oleh  solar  sell  dengan  rentang  dari  0,5  volt  sampai  16 volt,sedangkan tegangan battery dengan rentang dari 9,0 volt – 13,8 volt  disensor oleh pembagi  tegangan  terdiri  dari  dua  resistor  dari  hasil  pembagi  tegangan  sebagai masukan pengolah (mikrokontroller atmega16).
Dengan  membuat  pembagi  tegangan  dengan  membuat  pendekatan  nilai  untuk tegangan  16  volt  menghasilkan  tegangan  tidak  lebih  dari  5  volt,  dapat  dihasilkan dengan perhitungan sebagai berikut :
Dengan mengasumsikan R 1 = 10 Kohm; R 2 = 2,2 Kohm; tegangan solar sell 16 volt
Dengan mendapat nilai 2,89 volt untuk tegangan masuk 16 volt maka masih aman jika tegangan masukan lebih dari 16 volt dan terbaca oleh ADC mikrokontroller atmega16
 Arus  yang  disensor  dengan  menggunakan  ACS  dan  selanjutnya  sebagai  masukan untuk  ADC  mikrokontroller  atmega16  seperti  pada  sensor  tegangan  ADC  memiliki rentang  tegangan  0  volt  –  5  volt,  yang  dapat  diperbolehkan  sebagai  masukan  ADC mikrokontroller. Hasil pembacaan seperti di bawah :
Gambar 6. Hasil sensor arus terbaca oleh mikrokontroller
 LCD 4x16
Display merupakan bagian keluaran yang memberikan informasi sehingga diperlukan untuk  mengetahui  hasil  pengolahan  mikrokontroller  atmega16  selanjutnya perencanaan LCD 4x16 seperti di bawah :
460 462 464 466 468 470 472 474 476 0 5 10 15
Gambar 7. rangkaian display LCD 4x16
Pemberian resistor pada V EE membuat intensitas LCD tidak terlalu terang sehingga membuat LCD tidak mengkonsumsi daya banyak dan tidak panas.
b. Perencanaan perangkat lunak
Pada  gambar  8.  memperlihatkan  rancangan  perangkat  lunak.  Pada  awal  catu diberikan, mikrokontroller akan melakukan inisialisasi, selanjutnya pembacaan nilai dari sensor  tegangan,  arus  pada    solar  sell  dan  battery,  serta  pembacaan  RTC  dari  hasil pembacaan diolah selanjutnya ditampilkan atau tidak, ditampilkan jika ada perbedaan dari yang ditampilkan sebelumnya.
Start Inisialisasi mikrokontroller Pembacaan Tegangan Solar cell Dan Tegangan battery Pembacaan Arus waktu pengisian ( charge ) Pengolahan data sensor tegangan dan arus Pembacaan tegangan dan arus Tampilkan ke LCD Start Tidak Ya
Gambar 9. Flowchart algorithma sistem

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian  diperlukan  untuk  memastikan  bahwa  perencanaan  yang  digunakan  sudah  benar dan sesuai dengan yang terdapat ditujuan penelitian. Sedangkan pengujian sistem hardware dan logika  program  dapat  dilakukan  dengan  menggunakan  proteus  seperti  pada  gambar  10.  di bawah:
Gambar 10. Pengujian hardware dengan simulator
Pengujian  logika  dengan  menguji  ADC  0  dengan  memberikan  potensio  dengan  rentang tegangan dari 0 volt sampai 5 volt dapat terbaca seperti pada LCD 4x16. Demikian juga untuk penggunaan  waktu  yang  dihasilkan  oleh  RTC  terbaca  tanggal  dan  jam  saat  pengambilan tegangan, arus pada solar cell dan battery.
 Hasil pengukuran tegangan, arus pada solar cell dan battery
Catatan : terjadi mendung pada jam 10:30 dan 11:30
Gambar 11. Hasil pengukuran tegangan, arus
Gambar 12. Hasil pengamatan tegangan, arus solar cell
Pada grafik hasil pengukuran merupakan hasil dari solar cell 100WP dan battery 100ah, menunjukan bahwa pengisian battery berbanding lurus dengan kondisi sinar matahari. Yang mana  haru  terkena  langsung  pada  permukaan  solar  cell  dan  lebih  maksimal  jika  sinar matahari mengenai permukaan solar cell secara tegak lurus.

## 4. KESIMPULAN
1. Dengan  menggunakan  pembagi  tegangan  resistor  dapat  digunakan  untuk  mendeteksi tegangan DC pada solar cell dan battery, pendeteksian secara linier.
2. Penutupan  permukaan  solar  cell  mempengaruhi  keluaran  teganga,  arus  yang  dihasilkan oleh solar cell, hal tersebut terbukti dengan cuaca mendung mempengaruhi tegangan, arus yang dihasilkan solar cell, selanjutnya pengisian battery menjadi berkurang.

## 5. PUSTAKA
Kenneth J. Ayala, “ The 8051 Microcontroller architecture, programming, and application ”, wesh publishing company, 1991.
Adel S. Sedra, “ Microelectronic Circuit ”, oxford university publishing press inc, 2004.
Stephen J. Fonash, “Solar Cell Device Physics”, Elsevier Inc, 2010.
A.R. Jha, Ph.D., ”Solar Cell Technology and Applications”, Auerbach Publications, 2010