## SISTEM KONTROL CERDAS PELACAK SUMBER CAHAYA MENGGUNAKAN KONTROL PROPORTIONAL INTEGRAL DERIVATIVE (PID)
Tahan Prahara S.T., M.Kom (1) , Dr. Suryono, S.Si., M.Si (2) , Jatmiko Endro Suseno, M.Si. Ph.D (3) IKIP Veteran Jawa Tengah (1) , Universitas Jawa Tengah (2) (3) tahan.prahara@gmail.com
Disetujui: Maret 2018. Dipublikasikan: April 2018

## ABSTRAK
Pada  penelitian  ini  telah  dilakukan  pembuatan  sistem  kontrol  cerdas  pelacak  sumber  cahaya menggunakan kontrol PID. Sistem ini sangat berguna untuk menentukan titik paling optimal sumber cahaya matahari. Tingkat kecepatan pelacakan cahaya yang tinggi dan akurat dapat dimanfaatkan pada bidang pembangkitan listrik tenaga matahari di mana panel surya akan menyerap energi surya jika posisi panel tegak lurus terharap arah datangnya sinar matahari. Sistem komputasi secara penuh dijalankan  pada  komputer  menggunakan  program  aplikasi  Matlab.  Mikrokontroler  ATMega328 digunakan  sebagai  hardware  antarmuka  komputer  dengan  pemprograman  Matlab.  Data  sensor digunakan  sebagai  acuan  untuk  proses  kontrol  PID,  dan  fuzzy  digunakan  sebagai  penyelaras hasilnya. Data sensor selanjutnya dikirim ke komputer untuk diproses oleh Matlab. Mikrokontroler menyediakan data-data pengukuran sensor yang diminta Matlab dan mengontrol gerak motor servo sesuai  dengan  perintah  dari  komputer.  Sistem  berhasil  direalisasikan  dan  dapat  bekerja  secara komputasi berada pada komputer melalui program aplikasi Matlab. Hasil komputasi Matlab yang berupa data pengamatan ditampilkan pada layar komputer melalui GUI, sedangkan hasil komputasi yang  berupa  perintah  menggerakkan  motor  servo  dikirim  ke  mikrokontroler  melalui  serial komunikasi. Hasil dari penelitian ini sistem kontrol pelacakan sumber cahaya mampu memberikan kecepatan pelacakan yang sangat cepat dengan tingkat akurasi yang baik.
Kata kunci : fuzzy logic, kontrol PID, akurat, pelacakan, kecepatan

## ABSTRACT
This research made an intelligent tracking system of light source using algorithms PID control. This system is very useful to determine the most optimal point source of light. High level tracking speed and high accurate can be used for instalation solar power generation where solar panels will absorb maximum solar energy if the panel position on the right position of the sun. Fully computerized on computers using Matlab application program. ATmega328 microcontroller is used as the computer hardware interface with Matlab programming. Sensor data is used as reference for the process PID control, and fuzzy used as aligning a result. Sensor data then sent to computer  for processing by Matlab. Microcontroller provide requested data sensor measurement by Matlab and controling servo motor accordance with commands from the computer. The system can work successfully realized and fully computerized on computers through the program Matlab application. Matlab computing the results like the form of observational data is displayed on the computer screen via the GUI, while the computing potition results of servo motor drive command is sent to the microcontroller via serial communication.  The  results  of  this  research  information  system  tracking  light  source  capable  of providing tracking speed is very fast with a good accuracy.
Keywords : fuzzy logic, PID control,  accuracy, tracking, speed

## PENDAHULUAN
Pesatnya pertumbuhan industri membutuhkan  energi  yang  besar  sehingga menyebabkan  eksploitasi  energi  fosil  yang dapat menimbulkan krisis energi dan masalah pemanasan global yang tidak dapat dihindari, tetapi  ada  satu  cara  untuk  menguranginya yaitu  dengan  cara  memanfaatkan  energi terbarukan.  Pada  permasalahan  ini  energi sinar  matahari  adalah  jawaban  pertama sebagai  alternatif  yang  terbaik.  Namun terdapat beberapa masalah pada pemanfaatan penyerapan  sinar  matahari  yang  tidak maksimal.  Penambahan  alat  penggerak sistem solar tracking pada panel surya adalah solusi  terbaik  untuk  mengatasi  masalah  ini (Jabiulla dan Radha, 2015).
Kemampuan  melakukan  pelacakan sumber  cahaya  matahari  telah  memberikan efisiensi  yang  tinggi  dibidang  pengelolaan energi.  Sumber  matahari  memiliki  orientasi yang  berubah  setiap  waktu.  Oleh  karena  itu sensor  cahaya  harus  menyesuaikan  posisi arah  sumber  cahaya  matahari.  Sensor  harus menghadap selatan untuk belahan bumi utara atau  menghadap  utara  di  belahan  bumi selatan. Menggerakkan posisi sensor cahaya terhadap  matahari  dapat    memberikan  hasil yang lebih baik. Tingkat efisiensi penerimaan dipengaruhi oleh kemiringan sudut, di mana satuan  luas  permukaan  akan  mendapatkan intensitas cahaya (Fawzi, 2013).
Penggunaan  sensor  pelacak  sumber cahaya  matahari  untuk  sistem  penggerak otomatis penjejak matahari akan mengarahkan  panel  selalu  tegak  lurus terhadap arah datangnya sinar matahari untuk memaksimalkan  tangkapan  energi  dari matahari,  prinsip  kerja  ini  meniru  dari pergerakan  bunga  matahari.  Pemanfaatan sistem penggerak otomatis penjejak matahari
ini  mampu  meningkatkan  performa  hingga sebesar 25-30% (Srinivas, 2013).
Pada  pelacakan  sumber  cahaya diperlukan sistem kontrol cerdas untuk dapat meningkatkan  kecepatan  dan  ketepatan gerakan  lacak.  Kontroler  PID  adalah  salah satu  kontroler  yang  memiliki  kemudahan dalam  implementasi  dan  pengaturannya. Kontroler PID termasuk kontroler mekanisme umpan balik yang bekerja secara terus  menerus  menghitung  nilai  kesalahan untuk  menghasilkan  variabel  output  proses yang terukur. Proses ini mampu mempercepat  proses  iterasi  kontrol.  Oleh karena  itu  pada  penelitian  ini  dilakukan pembuatan  aplikasi  kontrol  cerdas  untuk mengetahui posisi sudut dan arah datangnya cahaya  yang  paling  optimal  menggunakan kontrol PID.
Tujuan  penelitian  adalah  merancang sensor  dan  aplikasi  kontrol  cerdas  pelacak sumber    cahaya  dengan  menerapkan  fuzzy dan sistem kontrol PID untuk meningkatkan kecepatan  dan  akurasi  pengukuran  pada sensor penjejak sumber cahaya.

## METODE PENELITIAN

## Perancangan Alat
Merancang  sistem  yang  sederhana, murah,  namun  harapannya  bisa  diandalkan. Mulai dari bentuk konfigurasi sensor, papan utama kendali, dan software sistem dan user interfacenya.
Sensor LDR disusun sedemikian rupa sehingga  modul  sensor  akan  menghasilkan tegangan  yang  tinggi  ketika  mendapatkan sinar  yang  terang  begitu  pula  sebaliknya untuk  memudahkan  analogi  berpikir  dalam pembuatan  pemrogramannya.  Schematic modul sensor ditunjukkan pada gambar 1.
Gambar 1. Schematic modul sensor LDR penjejak cahaya
Sensor disusun dengan teknik shadow modeling  sensor.  Penggunaan  LDR  dengan ukuran besar, bertujuan untuk dapat memberikan nilai range fuzzy yang besar dari bayangan  yang  jatuh  pada  LDR  sehingga harapannya  memberikan  nilai  input  yang lebih variatif ditunjukkan pada gambar 2.
Sensor Atas Kanan
Sensor Atas Kiri
Sensor Bawah Kanan Sensor Bawah Kiri
Gambar 2. Rancangan modul sensor LDR penjejak cahaya
Papan  kendali  utama  menggunakan mikrokontroler  IC  ATMega328  dirancang sesederhana  mungkin  untuk  memudahkan pembuatan PCB dan peletakan komponennya ditunjukkan
pada gambar 3.3.
Mikrokontroler  di  sini  bertugas  menerima perintah  dari  software  Matlab  kemudian meresponsnya
dengan
hasil
yang diperintahkan.  Sebagai  contoh  software Matlab  memerintahkan  membaca  sensor, maka mikrokontroler bagian ADCnya
bertugas membaca data dari sensor, kemudian  mengirimkannya  kembali  ke komputer sebagai data akusisi.
Gambar 3. Schematic ATMega328 Kontrol Sistem

## Kerangka Sistem Informasi
Kerangka sistem informasi
penjejakan  cahaya  secara  garis  besar  dibagi menjadi tiga tahapan yaitu input, proses dan output.  Dalam  tahapan  input  dilakukan masukan  dari  sensor-sensor  pada  modul sensor dibaca oleh ADC pada mikrokontroler Pada  tahapan  proses  dilaksanakan  setelah tahapan  input  selesai,  kemudian  dilakukan proses  algoritma  kontrol  PID,  kemudian proses  Fuzzy  dilakukan  setelah  Proses kontrol PID selesai. Pada tahapan output dari proses PID didapatkan perintah menggerakkan motor servo untuk menggerakkan  modul  mengarah  pada  posisi yang tepat. Tahapan output dari proses Fuzzy adalah menghasil data arah dan sudut elevasi. Kerangka  sistem  informasi  yang  dibuat ditunjukkan pada gambar 3.4.
Kontrol PID Nilai Intensitas Sensor Mengatur Set Point Fuzzy Pembacaan Nilai Fuzzi Sensor LDR_T LDR_D Defuzzification Menghitung Error Aktuasi Posisi INPUT PROSES OUTPUT Menghitung Power Difference PID - Sudut Azimut (Arah) - Sudut Elevasi - Posisi Motor Servo - Sudut Azimut (Arah) - Sudut Elevasi
Gambar 4. Kerangka sistem informasi
Dari kerangka sistem tersebut selanjutnya  di  buat  diagram  alir  program seperti ditunjukkan pada gambar 6.

## Perancangan User Interface
Pada penelitian ini digunakan pemprograman  Matlab  2016b  dengan  GUI (Graphic  User  Interface)  di  mana  dalamnya terdapat  dua  buah  file  Figure  dan  M-Script. File Figure berfungsi sebagai User Interface dari  komputasi  yang  ditulis  pada  M-Script. Perancangan GUI pada file Figure
ditunjukkan pada gambar 5
Gambar 5. Diagram alir program
Gambar 6. Diagram alir program

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada penelitian ini hasil yang dicapai adalah  sistem  informasi  penjejak  cahaya yang  digunakan  untuk  mencari  sumber cahaya  yang  paling  terang  di  suatu  titik pengukuran.
Penelitian dimulai dengan menjalankan  sistem  tanpa  kontrol  cerdas yaitu didapatkan dari proses iterasi membandingkan  intensitas  modul  sensor kanan dengan sensor kiri, dan membandingkan  modul  sensor  atas  dengan modul  sensor  bawah.  Jika  intensitas  modul sensor  kiri  lebih  besar  dari  modul  sensor kanan  maka  sistem  akan  menggerakkan motor servo satu step sejauh 1° ke kiri begitu pula  sebaliknya,  metode  ditunjukkan  pada gambar
Gambar 7. Pengamatan iterasi penjejakan tanpa sistem cerdas.
Lamanya  iterasi  penjejakan  tanpa metode  dan  sistem  cerdas  menjadi  alasan dilakukannya penelitian ini. Dengan menggunakan  metode  sensor  fuzzy  dan kontrol  PID  untuk  metode  sistem  cerdas penjejakan sumber cahaya dapat menghemat waktu  iterasi  proses  penjejakan.  Hasil penelitian penjejakan dengan sumber cahaya bohlam LED220V AC menggunakan metode
dan  sistem  cerdas  didapatkan  proses  iterasi yang  tergolong  sangat  singkat.  Hasil pengamatan  proses  ini  ditunjukkan  pada gambar 4.5
Gambar 8. Pengamatan iterasi penjejakan dengan kontrol PID
Penggunaan  sensor  yang  besar  akan memberikan  nilai  fuzzy  pada  LDR  di  mana LDR  akan  mendapatkan  cahaya  bergantung pada seberapa luas bayangan yang diterimanya.  Ketika  sensor  mendapatkan bayangan yang luas maka sensor mengeluarkan  nilai  tegangan  yang  rendah. Namun  ketika  sensor  menerima  cahaya penuh  tanpa  bayangan  yang  mengenainya maka  sensor  mengeluarkan  nilai  tegangan maksimal ditunjukkan pada gambar 4.7. Nilai Input  fuzzy  ini  yang  akan  digunakan  pada proses  controller  PID,  sehingga  dapat memperkirakan  seberapa  besar  aktuasi gerakan motor servo dengan lebih teliti.
Gambar 9. Pengamatan iterasi penjejakan dengan kontrol
PID
Gambar 10. Himpunan fuzzy sensor kanan dan kiri
Penghalang Bayangan Error = 0 Error = 80 Error = -20 Sensor Sensor Sensor Sensor Sensor Sensor Error = -100 Sensor Sensor
Gambar 11. Besaran error pada beberapa posisi kemiringan. Pengaturan variabel kontrol proportional KP, derivative KD dan integral
KI perlu diatur untuk mendapatkan keandalan  dan  kecepatan  pelacakan  sumber cahaya. Pengaturan yang berlebih menjadikan sistem tidak stabil dan berisolasi. Dengan  penerapan  metode  kontrol  PID  dan fuzzy  mampu  memberikan  hasil  yang  cepat dalam proses pelacakan sumber cahaya.

## Tingkat  Kecepatan  Penjejakan  Sumber Cahaya
Pengujian dilakukan dengan
membandingkan lamanya proses iterasi pada penjejakan  metode  bolean  dan  metode kontrol  PID.  Berdasarkan  pengamatan tingkat  akurasi  keduanya  sama-sama  baik, namun dengan menggunakan metode kontrol PID didapatkan proses iterasi yang jauh lebih cepat  dibandingkan  dengan  metode  bolean. Hasil pengamatan ditunjukkan pada tabel 1.
Tabel  1.  Perbandingan  tingkat  kecepatan  metode  bolean
dengan PID Percobaan Jumlah Iterasi Elevasi Azimut Bolean PID Bolean  PID  Elevasi PID 1 60 6 38° 37° 147° 148° 2 73 10 37° 38° 20° 20° 3 27 9 39° 38° 45° 46° 4 75 12 38° 38° 17° 16° 5 90 13 37° 37° 2° 1° 6 72 9 39° 39° 160° 157° 7 81 8 39° 39° 179° 179° 8 50 6 39° 38° 138° 138° 9 80 10 40° 40° 77° 78° 10 101 13 39° 39° 81° 81°
Gambar 12. Sistem Kontrol Cerdas Pelacak Sumber Cahaya Menggunakan Kontrol Proportional Integral
Derivative (Pid Tingkat Ketelitian dan Konsistensi Penjejakan Sumber Cahaya Pada percobaan dilakukan
pengamatan ketelitian dan konsistensi pengukuran  didapatkan  pengamatan  data
0 1 Sensor Kanan Sensor Kiri 90° Sudut
berupa  lamanya  iterasi,  arah  dan  sudut datangnya  cahaya  yang paling terang. Pada pengamatan  didapatkan  hasil  kestabilan  dan tingkat  konsistensi  pengukuran  yang  baik ditunjukkan pada tabel 2.

## Tabel 2. Tabel percobaan pengukuran
Percobaan Jumlah Iterasi Elevasi Azimut 1 14 39° 9° 2 14 39° 9° 3 14 39° 9° 4 18 39° 9° 5 13 39° 10° 6 13 39° 10° 7 13 39° 10° 8 13 39° 9°
9 13 40° 9°
10 13 39° 8° 11 14 39° 9° 12 12 39° 12° Modus 39° 9° Rata-Rata 39,08 9,42° Max 40° 12° Min 39°
8°

## PENUTUP
Pemanfaatan metode fuzzy logic dan sistem  kontrol  PID  sebagai  sistem  cerdas pelacakan sumber cahaya
dapat meningkatkan kecepatan pengukuran. Sistem ini  dapat  dimanfaatkan  sebagai  sumber informasi  arah  datangnya  sinar  matahari untuk  menempatkan  solar  panel  pada  posisi yang  paling  optimal  agar  dapat  menyerap energi  matahari  secara  maksimal.  Sistem informasi ini dapat juga dimanfaatkan untuk
mengukur dan mengamati sistem penerangan cahaya di suatu ruangan agar perancang tata cahaya  ruang  mendapatkan  informasi  yang akurat  serta  bisa  merancang  tata  cahaya ruangan  yang  baik  bagi  kesehatan  sesuai dengan standar kesehatan tertentu. Pengaturan variabel sangat menentukan hasil kinerja  sistem  pelacak  cahaya  ini  sehingga perlu adanya latihan dalam mengaturnya.
Penggunaan  sensor  yang  lebih  besar lebih  baik  dalam  penggunaan  metode  fuzzy logic  karena  penggunaan  sensor  yang  lebih besar  akan  mendapatkan  range  nilai  fuzzi yang  lebih  besar,  sehingga  mempermudah dalam  proses  pengukuran  dan  proses-proses fuzzi di dalamnya. serta mampu memperbaiki  proses  dan  kinerja  sistem pelacakan sumber cahaya ini.

## DAFTAR PUSTAKA
Algazar, M.M., AL-monier, H., dan Salem, K., 2012. Maximum power point tracking using fuzzy logic control, Electrical Power and Energy Systems Vol. 39 , 21-28.
Anuraj, A., dan Gandhi, R., 2014. Solar Tracking System Using Stepper
Motor, International Journal of
Electronic and Electrical Engineering ,
561-566.
Arghira ,N., dkk, 2015. Fuzzy Decision Support System for Solar Tracking Optimization, 12th International Conference on Development and Application Systems Suceava
Romania , 16-20.
Astrom, K. J., dan Hagglund, T. , 1995. PID Controllers : Theory Design and Tuning, Instrument Society of America , New York.
Away, Y., dan Ikhsan, M., 2016. Dual-axis Sun Tracker Sensor Based on
Tetrahedron Geometry, Automation in Construction , 1-6.
Bawa, D., dan Patil, C.Y., 2013. Fuzzy Control Based Solar Tracker Using
Arduino Uno, International Journal of Engineering and Innovative
Technology (IJEIT) Vol.2 Issue 12 , 179-187.
Daoud, A.,  dan Midoun, A., 2006. A Fuzzy Logic Based Photovoltaic Maximum Power Tracker Controller, Electrical Power Quality and Utilisation Journal Vol. XIV No. 2 .
Garrido, R., dan Diaz, A., 2016. Cascade Closed-loop Control of Solar Trackers Applied to HCPV Systems, Renewable Energy 97 , 689-696.
Hamed, B., dan Moghany, M., 2013. Fuzzy Controller Design Using FPGA for Sun and Maximum Power Point Tracking in Solar Array System, International Journal of Modeling and Optimization Vol. 3 No. 2 .
Huang, Y. J. , dkk, 2009. Solar Tracking Fuzzy Control System Design using FPGA, Proceedings of the World Congress on Engineering 2009 Vol.I .
Jabiulla, S., dan Radha, K. , 2015. Advanced GPS Based Solar Tracking,
International Journal Of Modern Engineering Research (IJMER) , 52- 60.
Manzoor, M., Qureshi, M.K., dan Waheed,
A., 2010. Design & Development of Low Cost Solar Tracker using Microcontroller, NUST Journal of Engineering Sciences Vol.3 No.1 , 22-
27.
Mohamad, A., 2004. Efficiency Improvements of Photovoltaic Panels using a Sun-Tracking System, Applied Energi Vol.79 Issue 3 , 345–354.
Pandjaitan, L.W., 2007. Dasar-dasar Komputasi Cerdas , Yogyakarta.
Shamsuzzoha, M., Moonyong, L., dan Hirya, S., 2012. Closed loop PI/PID Controller Tuning for Stable and Unstable Processes, American Control Conference Fairmont Queen Elizabeth Montréal Canada , 2368- 2373.
Stamatescu, I., dkk, 2013. Design and Implementation of a Solar-Tracking Algorithm, 24th DAAAM International Symposium on Intelligent
Manufacturing and Automation , 500- 507.
Tej, S.A., dan Kalaiarasi, N., 2013. Hardware Modelling Of Automatic Solar Tracking System, International Journal of ChemTech Research Vol.5 No.2 , 1030-1035.
Visconti ,P., dkk, 2015. Software Solution Implemented on Hardware System to Manage and Drive Multiple Bi-axial Solar Trackers by PC in Photovoltaic Solar Plants, Measurement 76 , 80–92.