Rancang Bangun Penjejak Sinar Matahari

RANCANG BANGUN PENJEJAK SINAR MATAHARI Ir.Syaprudin*) dan Rahmat Suripto,ST **)

Abstrak

Matahari sebagai pusat dalam tata surya kita memiliki kandungan alam yang sangat vital bagi kehidupan manusia. Cahaya, dan panas matahari dapat dimanfaatkan secara maksimal dengan bantuan sistem elektronik.Penjejak sinar matahari pada artikel ini menjelaskan secara menyeluruh proses pemanfaatan sinar matahari sebagai penentu arah pergerakan sensor melalui motor stepper.Tegangan error dan set point memegang peranan penting dalam menentukan posisi sensor sesuai datangnya arah sinar matahari.Dalam aplikasinya, sistem ini dapat diaplikasikan pada alat pemanas air dan pembangkit listrik tenaga surya.

Kata-kata Kunci : cahaya, tegangan error, set point.

Abstract As the center of our solar system, the sun have its natural resources that very important for human life. Light, and the sun’s heat can be totally exploitted with electronic system.The sun’s light tracker in this article explain entirely the process in exploiting the sun’s light as the guide of the sensor movement by stepper.Error voltage and set point are important in the way of determining the sensor’s position appropriate to the position of the sun.On its application, this system could be applicated on water heating and the rising of sun’s electrical power.

Keywords : Light, error voltage, set point.

* **

1

6. Driver stepper, yang terdiri dari

1.Pendahuluan

IC 7404, dan ULN 2003

1.1. Latar belakang Energi cahaya, panas, dan listrik

Blok diagram dari keseluruhan

merupakan infra struktur yang sangat penting dalam

sistem

kehidupan manusia.

dapat

dilihat

pada

gambar.2

Pemanfaatan energi cahaya dan panas matahari

secara

maksimal

dapat

menekan biaya operasional

dalam LDR-1 LDR-3

penggunaan energi listrik. Penggunaan

ON-OFF CONTROLLER 1

Counter Up / Down

Astable Multivibrator

Demux, Driver

sistem kontrol elektronik memberikan hasil yang dapat dirasakan manfaatnya. Motror Stepper

Hal ini terjadi ketika adanya proses konversi cahaya menjadi energi listrik

ON-OFF CONTROLL ER 2

LDR-2

dan sinyal-sinyal tersebut digunakan sebagai kontrol pergerakkan sensor.

Gambar 2. Blok Diagram Penjejak Sinar Matahari

Penjejak sinar matahari adalah alat yang inputnya bergantung kepada

1.2 Batasan Masalah.

datangnya arah sinar matahari. Sensor

Penjejakan

akan mengikuti arah datangnya sinar

memerlukan

matahari. Sistem ini dibangun oleh

mengikuti pergerakan matahari .Dalam

beberapa sub sistem, yaitu:

pembahasan ini, yang akan dibahas

1. Input, yaitu berupa sensor.

adalah

2. Pengkondisi sinyal yang berupa

matahari

rangkaian on.off controller 3. Astable

Multivibrator

menggunakan LM 555 4. Up/down

sensor

proses

matahari yang

dapat

penginderaan

sinar

sampai pergerakan motor

stepper yang menggerakkan sensor tersebut. 1.1. Tujuan

counter



menggunakan 74191 5. Demuks yang menggunakan 74138

sinar

Dapat

menggunakan

driver

motor stepper 

Dapat mengaplikasikan LDR dan motor stepper sebagai penjejak sinar matahari

2

Besarnya verror:

2. Tinjauan Pustaka.

Verr = VLDR 2 – VLDR 1

2.1 . Sensor Pada alat ini, sensor yang digunakan adalah LDR sebanyak 3 buah. LDR 1 dan 3 berfungsi sebagai penentu arah

Gambar

rangkaian

di

bawah

menunjukkan gambar on-off.1 +12 V

putaran motor. Jika intensitas cahaya pada LDR 1 lebih besar dari LDR 3 LDR 1

dan LDR 2, maka motor akan bergerak

22 k

22 k +12 V

VR1

ke arah LDR 1, dan motor akan

U1

+12 V

_

+

berhenti, ketika intensitas cahaya pada LDR 2 lebih besar dari LDR 1 dan

+12 V

_

U2

_

+

-12 V

R1 100 k

-12 V

U3

+

LDR 3

-12 V 22 k

LDR 3. Ketika intensitas cahaya pada

R2 10 k

22 k

VR2

LDR 3 lebih besar dari LDR 2 dan LDR 1, maka motor akan bergerak ke Gambar 4. On-Off Controller 12

arah LDR 3, dan motor akan berhenti jika intensitas cahaya pada LDR 2 lebih besar dari LDR 1 dan LDR 3.

Besarnya Histerisis yang dibentuk oleh R1 dan R2 :

R2 R 2  R1 10k  10k  100k   0,091

 2.2. On-Off Controller On-off controller digunakan untuk menghasilkan logik O atau 1, yang kemudian diumpankan kepada blok Astable, atau up-down conter.

Maka grafik Histerisisnya : Vsat f

d

e c

2.2.1 On-Off 1 Pada blok on-off 1, jika tahanan g

LDR 1 lebih kecil dari LDR 3, maka a

tegangan error yang dihasilkan adalah

b

-0.091

V error 0.091

positif dan berarti keluaran pada U3 adalah

positif.dan

Gambar 5. Grafik Histerisis

menggerakkan

motor ke arah kanan. 2

Michael J Jacob,Industrial Control Electronics,hal

3

Dari grafik histerisis, keluaran U 3

Gambar

akan positif

skematik

(logik 1) jika tegangan

.6

dibawah rangkaian

menunjukkan dari

on-off

error yang dihasilkan melebihi +0,091

controller yang kedua. Pada on-Off ini,

V, dan baru akan turun (logik 0) jika

sensor

tegangan

Prinsip On-Off controller ini sama

error

yang

dihasilkan

melebihi –0,091 V Pada

tabel

yang digunakan hanya

1.

dengan On-Off controller 1

1.ditunjukkan

keadaan +12 V

output on-off 1 Tabel 1. Keadaan On-Off

LDR 1

OUTPUT (V) LDR1

LDR3

Ket U1

U2

22 k

VR1

U3

22 k +12 V +12 V

_ U1

+

U2

+

-12 V

Terang Gelap Gelap

-Verr

+12 0

Terang +Verr -12

Logik 0

+5

+12 V

_

-12 V

_ R1 100 k

U3

+ -12 V

22 k

Logik11

R2 10 k

22 k

VR2

Pada U 3, ketika Vout = -12 V,

Gambar 6. On Off Controller 2

digunakan dioda zener, sehingga dioda

Tabel 2. Keluaran dari On Off

terbias maju, dan meng’clamp’ output

Controller 2

menjadi sekitar –0,6 dan dianggap logic 0.

OUTPUT (V) LDR2

Ketika Vout U3 adalah

Vsp U1

U2

Terang 2V

-Verr

+12 0

Gelap

+Verr -12

+12, maka

aoutput akan dibatasi oleh dioda zener

Ket U3

sampai sebesar +5V. 2V

2.2.2 On-Off.2 Keluaran

dari

on-off

+5

Logik 0 Logik 1

2

diumpankan ke IC NE-555. Prinsip

Dari tabel.2, ketika intensitas cahaya

dari on-off.2 sama dengan on-off.1.

berada pada kondisi tertentu, sehingga

Besarnya

V error yang dihasilkan negatif maka

tegangan

error

dihasilkan, yaitu: V error = Vsp – V LDR2

yang

motor akan berhenti karena IC NE-555 berada pada kondisi reset (pin no.4 diberi 0 V)

4

mengosongkan

2.3. Astable Multivibrator Astable digunakan sebagai penghasil

resistor

kapasitor melalui

Rb.

Tegangan

kapsitor

clock, yang diumpankan ke IC 74191.

kemudian menurun sampai batas

Besarnya frekuensi atau clockout dari

Vcc/3. Flip-flop mendapat trigger

IC 555 menentukan kecepatan putaran

sehingga output

motor. Gambar Astable ditunjukan

tinggi

oleh gambar 8

menjadi kembali non-aktif kemudian

dan

kembali menjadi

kapsitor

pengosongan

kapasitor mengisi kembali melalui

+Vcc

Ra

dan

Rb

ke

arah

Vcc.Pada

persamaan dibawah terlihat periode Ra Kapasitor C Mengisi melalui Ra + Rb

2 Vcc 3

8

Kapasitor mengosongkan muatannya melalui Rb

4

555 Timer 2 6

Rb

1 Vcc 3 T high

waktu pengisian dan pengosongan

7

kapasitor. 3

1

Output

5

Thigh  0.7( Ra  Rb ).C C

Tlow  0,7.Rb.C

T low

Dan periode totalnya adalah : T= periode = Thigh + Tlow

Gambar 8. astable Multivibrator1

Dan Kapasitor C mengisi

kapasitor

meningkat f 

Tegangan ini merupakan tegangan pada

dari

dengan rumus :

sampai sedikit diatas 2 .Vcc / 3 .

ambang batas

total

rangkaian astable dinyatakan

ke arah Vcc

melalui resistor eksternal Ra dan Rb . Tegangan

frekuensi

1 1,44  T ( Ra  2 Rb ).C

pin 6, yang

mengendalikan komparator (internal)

2.4.

Up-/

Down

1 untuk mentrigger flip-flop sehingga

Demultiplexer Keluaran

keluaran flip-flop pada pin 3 menjadi

Counter

dari

IC

dan

555

rendah. Lalu, transistor pengosongan

diumpankan ke pin 1474191. 74191

dikendalikan

menjadi aktif

dan

difungsikan sebagai up/down counter.

menyebabkan

keluaran

7

Jika pada pin 5 IC ini diberi logik 1,

pin

maka counter menghitung naik. jika 1

Robert Boylestad,Electronic Devices And Circuit Theory, Hal 752

diberi

logik

0,

maka

counter

5

menghitung turun.

Ketika counter

menghitung

maka

naik,

2.5. Driver Stepper

counter

Driver yang digunakan adalah ULN

bergerak ke kanan. Ketika counter

2003, yang memiliki 7 input dan 7

menghitung

output.

turun,

maka

motor

bergerak ke kiri. Pin 5 IC ini

Gambar 10 menunjukkan rangkaian

dihubungkan ke pin 6 IC 3.

Driver.

Gambar

9.menunjukkan

rangkaian

+12V

counter dan Demultiplexer +Vcc

74191

4 5

16 15 14 13 12

6 7 8

11 10 9

1 2 3 Up/Down

Clock In

M

+12V +Vcc

8 b4 0

GND a4 4

6

5

8

7

7 b3 3

a3

b2 a2 2

b1 1

a1

b4 4

a4

b3 3

a3

b2

5 b1

ULN2003 a2

0

Vcc1

11 10 9

a1

6 7 8

2

+Vcc

Qa Qb Qc Qd

1

4 5

16 15 14 13 12

6

74138 1 2 3

14 2

4

6

8

7404

Gambar 9. Up/Down Counter dan Qa

Demultiplekser Demuks

74138

1

3

5

9

7

Qb Qc

digunakan

untuk

Qd

menggeser keluaran ketika counter berubah.

Tabel

3.menunjukkan

keluaran dari IC 74138

Gambar 10. Driver Stepper

Tabel 3. Tabel Fungsi IC 74138 Karena keluaran dari Demuks adalah rendah,

maka

diperlukan

sebuah

Inverter, yaitu 7404, agar input ULN 2003 adalah 1. Tabel 4. .menunjukkan urutan langkah stepper

6

Tabel 4. Urutan Langkah Stepper Input

Langkah

Qa

Qb

Qc

Qd

1

0

1

1

1

2

1

0

1

1

3

1

1

0

1

4

1

1

1

0

Hasil Pengujian Tabel.1 Hasil Percobaan.

Keadaan LDR

OUTPUT ( V )

LDR1

LDR2

LDR3

U1

U2

U3

Diterangi

Gelap

Gelap

-0.8

+10.8

0

Gelap

Gelap

diterangi

+1

-10.8

+5.1

Gelap

diterangi

Gelap

+1

-10.8

+5.1

U4

U5

U6

Gelap

Diterangi

Gelap

-1,2

+11

0

Gelap

Gelap

Gelap

+0.8

-11

+5,1

Tabel 2. Output Counter Op-Amp U3

1

0

0

U6

1

1

0

Timer 555

pulse

pulse

0

Counter

Demuks

ULN 2003

Qa Qb Qc Qd

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0

1

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0

1

1

0

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

0

1

1

1

1

1

0

1

1

1

0

1

0

1

1

0

1

1

1

0

1

0

1

1

0

1

1

1

0

1

1

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0

0

0

0

0

0

1

1

1

1

7

Analisa

berubah dari pin 2 sampai pin 5. Hal ini membuat motor bergerak ke kiri.

Dari Tabel 5 didapat 3 keadaan, yaitu: 1. LDR 1 diterangi

5.Penutup

Ketika LDR 1 lebih terang dari LDR 3,

5.1 Kesimpulan

maka Verr 1 yang dihasilkan adalah negatif sehingga pin up/down 74191 diberi logik 0. Logik 0 pada pin 5

1. Arah datang cahaya menentukan arah pergerakkan motor.

74191 membuat counter menghitung

2. Jika LDR 1 lebih terang dari LDR 2

turun dan membuat output ULN 2003

dan LDR 3, maka motor akan bergerak

berubah dari pin 2 sampai pin 5. Hal

sampai cahaya yang jatuh pada LDR 2

ini membuat motor bergerak ke kanan.

lebih besar intensitasnya daripada LDR 1 dan LDR 3.

2.

LDR 2 diterangi

3. Jika LDR 3 lebih terang dari LDR 1

Ketika LDR 2 lebih terang dari LDR 1

dan LDR 2, maka motor akan bergerak

dan 3, maka Verr 2 yang dihasilkan

sampai cahaya yang jatuh pada LDR 2

adalah negatif sehingga pin 4 NE 555

lebih besar intensitasnya daripada LDR

diberi logik 0. Logik 0 pada pin 4 NE

1 dan LDR 3.

555 membuat NE 555 dalam keadaan reset dan membuat output NE 555

6.Daftar Pustaka

tidak berosilasi.. Hal ini membuat

Jacob, Michael J, ”Industrial Control

motor berhenti.

Electronic Application And Design” Prentice Hall Inc,1992 Tocci, Ronald J, ”Digital System

3. LDR 3 diterangi Ketika LDR 3 lebih terang dari LDR 1 dan 2, maka Verr 1 yang dihasilkan

Principles and Application”, Prentice Hall Inc, 1996 Boylestad Robert,Louis Nashelsky,

adalah positif sehingga pin up/down

“Electronic Devices and Circuit

74191 diberi logik 1. Logik 1 pada pin

Theory”,Prentide Hall, 1996

5 74191 membuat counter menghitung naik dan membuat output ULN 2003

8

Gambar skematik Lengkap:

+12 V

LDR 1

22 k

22 k

+5V

+12 V

VR1

+12 V

_ U1

+

U2

-12 V

+ -12 V

NE555

+12 V

_ _ R1 100 k

LDR 3

2

U3

+

3 4

a1

Vcc1

b1

a2

b2

a3 a4

b3 b4

GND

+12V

5 6 7

100k

8

0

-12 V R2 10 k

22 k

22 k

2k2

0 1

1uF

M +5V

VR2

+12V 0

8

6

5

8

7

6

7 a3

a4 4

a2

a1

0

b4

b3

GND

b2

b1

b4

ULN2003

7 8

b3

5

6

3

b4

2

b3 GND

1

a4

a4

a3

5

b2

b2

8

b1

a2

7

0

b4

74191 a1 b1

a3

4

a4

6

4

3

b3

Vcc1

2

b2

a3

a2

1

a2

5

a1

4

b1

3

3

Vcc1

2

2

+12 V

a1

1

1

0

LDR 1

VR1

22 k

22 k

14 2

+12 V

_ U4

+ -12 V

1

+12 V

_ U5

+ -12 V

_ R1 100 k

U6

+ -12 V

22 k

22 k

4

6

8

7404

74138 0

+12 V

R2 10 k

2 3 4 1 2 3 4

a1

Vcc1

b1

a2

b2

a3

b3

a4

b4

a1

b1

a2

b2

a3

b3

a4

GND

b4

5 6

1

3

5

9

7

7 8 5 6 7 8

0

VR2

9