Penerapan microprosesor pada rangkaian elektronika, tidak hanya dapat dilakukan pada satu atau dua rangkaian saja. Melainkan hal ini dapat diterapkan pada berbagai macam rangkaian elektronika, salah satu contohnya yaitu penerapannya pada sistem penerangan lampu cerobong (stack) gedung. Pada pembahasan kali ini, kami mengambil gedung RSG-GAS sebagai contoh. System penerangan lampu stack gedung RSG-GAS merupakan salah satu sistem pendukung yang digunakan untuk memberikan penerangan pada stack gedung RSG-GAS yang berada di atas gedung RSG-GAS dengan memiliki ketinggian ± 30 m dari permukaan tanah. Jenis gangguan yang sering terjadi pada sistem penerangan stack gedung RSG-GAS ini antara lain:
- Lampu tidak menyala.
- Light Depending Resistor (LDR) dan rangkaian elektroniknya rusak sehingga system penerangan lampu stack gedung RSG-GAS tidak menyala.
- Metode yang digunakan untuk menyelesaikan rancang bangun ini terdiri atas lima tahapan, yaitu pembuatan model sistem, pembuatan rangkaian catu daya, pembuatan rangkaian RS232 Serial Port Interface, pembuatan rangkaian mikrokontroler AT89C51, pembuatan listting program, dan perakitan serta uji fungsi.
Salah satu upaya yang dapat dilakukan untuk mengatasi hal-hal tersebut di atas, maka perlu dibuat rancang bangun sistem penerangan lampu stack gedung RSG-GAS yang berbasis mikrokontroler dengan menggunakan komponen utama dan komponen pendukung antara lain:
- Sensor LDR sebagai saklar system.
- Delapan buah relay AC sebagai sensor beban dan relay DC sebagai saklar lampu.
- Serta rangkaian Serial Port Interface (converter RS232) untuk menghubungkan system (hardware) dengan program (software) pada PC.
Rancang bangun sistem ini mengutamakan aspek keselamatan dan penggunaannya dapat bertahan lebih lama sehingga hasil rancang bangun ini diharapkan dapat berfungsi lebih baik dan menggantikan sistem penerangan sebelumnya.
A. Mikrokontroler
Mikrokontroler merupakan salah satu komponen elektronika yang didalamnya terdapat rangkaian mikroprosesor, memori (RAM/ROM) dan I/O, rangkaian tersebut terdapat dalam level chip atau biasa disebut single chip microcomputer. Pada mikrokontroler sudah terdapat komponen-komponen mikroprosesor dengan bus-bus internal yang saling berhubungan. Komponen-komponen tersebut adalah RAM, ROM, timer, komponen I/O paralel dan serial, dan interrupt kontroler. Mikrokontroler juga merupakan suatu rangkaian terintegrasi digital dengan integrasi rangkaian skala besar LSI (Large Scale Integration) atau integrasi sangat besar VLSI (Very Large Scale Integration) dengan kompleksitas yang sangat tinggi dan mempunyai kemampuan sebagai unit pemroses pusat CPU (Central Procesing Unit).
Salah satu keunggulan mikrokontroler adalah memiliki sistem interrupt. Sebagai perangkat control penyesuaian, mikrokontroler sering disebut juga untuk menaikkan respon semangat external (interrupt) di waktu yang nyata. Perangkat tersebut harus melakukan hubungan switching cepat, menunda satu proses ketika adanya respon eksekusi yang lain. Jenis mikrokontroler yang memiliki keunggulan seperti disebutkan di atas yaitu mikrokontroler AT89C51.
B. Relai
Relai adalah sebuah saklar (switch) yang dikendalikan oleh arus. Relai akan bekerja jika ada masukan sinyal listrik (tegangan/arus). Komponen relai meliputi kumparan, inti besi dan jangkar. Kumparan yang dialiri arus listrik menghasilkan medan magnet pada inti besi, sehingga jangkar mengaktifkan kontak relai setelah jangkar tertarik pada inti besi. Konstruksi relai seperti ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Konstruksi Relai
Jenis relai berdasarkan prinsip kerjanya terdiri atas 2 macam, pertama Normally Open (NO) merupakan relai yang kontaknya terbuka pada saat belum ada arus yang melalui kumparan dan tertutup pada saat ada arus dan kedua jenis Normally Closed adalah relai yang kontaknya tertutup pada saat belum ada arus yang melalui kumparan dan terbuka pada saat ada arus. Keuntungan menggunakan relai umumnya terletak ada pengaturan switchingnya, sehingga terjadi isolasi antara rangkaian catu daya rendah dengan catu daya beban tinggi yang akan diputus/disambung. Kerugian relai umumnya terjadi karena tanggapan waktu yang relatif lambat saat ON/OFF.
C. Metode Rancang Bangun
Metode untuk menyelesaikan rancang bangun ini meliputi:
- Pembuatan model sistem
- Pembuatan rangkaian catu daya
- Pembuatan rangkaian RS232 Serial Port Interface
- Pembuatan rangkaian mikrokontroler AT89C51
- Pembuatan listting program
1. Pembuatan Model Sistem
Gambar 2. Blok Diagram Model Rangkaian Keseluruhan Sistem
Catu daya listrik untuk rangkaian system penerangan lampu stack ini berasal dari PLN yaitu 380 Volt (phasa-phasa) atau 220 Volt (phasa-netral) dengan frekuensi 50 Hz dan sumber penyedia daya tak (UPS). Prinsip kerja sistem penyedia daya tak putus ini adalah dalam keadaan normal memasok konsumen sekaligus memuati (charging) batere. Bila catu daya utama PLN mengalami gangguan maka system penerangan lampu stack diperoleh dari UPS-AC yang sudah tersedia di gedung RSG – GAS.
2. Pembuatan Rangkaian Catu Daya
Komponen-komponen yang digunakan dalam rangkaian catu daya terdiri atas tranformator, penyearah, rangkaian filter, dan IC regulator. Rangkaian penyearah gelombang yang digunakan adalah rangkaian penyearah gelombang penuh menggunakan 4 buah dioda yang dikenal sebagai jembatan dioda. Hasil keluaran dari rangkaian penyearah adalah gelombang sinusoida yang sudah disearahkan seperti ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Rangkaian Catu Daya
Penyearah tegangan AC menggunakan 4 buah dioda atau disebut dengan dioda bridge dengan sistem penyearah penuh, sedangkan untuk mengurangi ripple menggunakan kondensator 1000 μF (C1), 220 μF (C2), dan 100 μF (C3) serta IC LM7805 sebagai regulator. Disisi lain kondensator C2 dan C3 berfungsi pula sebagai filter ripple atau riak yang mungkin masih terjadi terutama dalam frekuensi yang tinggi. Penggunaan trafo disini berfungsi sebagai penurun tegangan Penggunaan driver relai pada perancangan sistem ini adalah untuk mengaktifkan, beban 1 dan beban 2. Pada rangkaian relai terdapat transistor yang berfungsi sebagai saklar. Transistor ini mendapat tegangan dari mikrokontroler dan akan mengaktifkan relai. Tegangan kolektor yang menggerakkan relai tidak akan ada jika tidak ada arus ke basis. Rangkaian driver relai ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4. Rangkaian Driver Relai
Prinsip kerja transistor sebagai saklar secara garis besar adalah jika tidak ada arus atau tegangan yang melalui basis maka transistor tersebut tidak bekerja pada daerah aktif, sehingga arus emitor tidak ada. Ketika ada tegangan atau arus yang melalui basis maka transistor akan bekerja dan arus mengalir melalui emiter yang akan mengaktifkan relai. Dengan demikian apabila V1 diberi tegangan level “1” maka transistor akan bekerja sehingga relai akan aktif (ON), sedangkan apabila V1 diberi tegangan level “0”, maka transistor tidak bekerja sehingga relai pun tidak aktif (OFF).
3. Pembuatan Rangkaian RS232 Serial Port Interface
Untuk menghubungkan rangkaian system penerangan lampu stack dengan PC adalah melalui serial port RS232 yang umumnya tersedia pada setiap PC. Namun standard RS232 mempunyai level yang berbeda dengan format data digital TTL. Oleh sebab itu untuk menghubungkan alat dengan PC dibutuhkan rangkaian konverter yang akan menyesuaikan data TTL ke RS232 dan sebaliknya. Rangkaian konverter ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Rangkaian RS232 Interface
4. Pembuatan Rangkaian Mikrokontroler AT89C51
Rangkaian ini merupakan pusat pengolahan data dan pengendali alat. Di dalam rangkaian mikrokontroler ini terdapat dua buah port yang digunakan untuk menampung input atau output data dan terhubung langsung oleh rangkaian-rangkaian. Rangkaian ini terdiri atas mikrokontroler AT89C51, osilator Kristal 11,0592 MHz yang berfungsi untuk membangkitkan pulsa internal, 2 buah kapasitor 33 pF yang berfungsi untuk menstabilkan frekuensi, kapasitor 10 μF dan resistor 100 kΩ yang berfungsi sebagai rangkaian reset sebelum program yang terdapat pada mikrokontroler dijalankan. Rangkaian mikrokontroler AT89C51 seperti ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 6. Rangkaian Mikrokontroler AT89C51
Data dari ADC masuk ke port 0 (pin 32 – pin 39) selanjutnya data diproses dan dikeluarkan ke port 2 (pin 21 – pin 28). Untuk port 1 (pin 0 – pin 7) merupakan masukan dari keypad, data tersebut diolah dan dikeluarkan kembali ke port 2 lalu ditampilkan dengan BCD to seven segment. Supaya mikrokontroler dapat mengeksekusi program dari awal program (alamat 00H) maka mikrokontroler akan direset secara otomatis saat catu daya pertama kali dihidupkan dimana untuk reset otomatis ini dilakukan oleh C3 dan R1 (Power On Reset). Dengan cara ini maka reset akan berlangsung secara otomatis, namun demikian reset manual tetap diperlukan untuk keadaan tertentu misalnya untuk memulai kembali program dari awal tanpa harus mematikan catu daya. Prinsip kerja dari reset otomatis ini adalah proses pengisian dan pengosongan C3 dimana pin reset membutuhkan logika high. Pada saat catu daya dihidupkan maka C3 mulai diisi sementara pada pin reset belum ada tegangan. Setelah C3 penuh maka tegangan dari C3 akan menyulut pin reset high sehingga terjadi reset. Pada saat catu daya dimatikan maka akan berlangsung pengosongan C3 melalui R1 sehingga saat catu dihidupkan kembali maka akan terjadi lagi proses pengisian sehingga terjadi reset kembali. Spesifikasi mikrokontroler AT89C51 yang digunakan ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Spesifikasi Mikrokontroler AT89C51
5. Pembuatan Listting Program
Software yang digunakan pada sistem ini menggunakan bahasa pemrogram bahasa assembler, Borland Delphi dan Java. Borland Delphi diaplikasikan untuk tampilan monitoring dan Java sebagai aplikasi yang dapat mengirim data ke database. Hasil yang diperoleh pada penelitian ini meliputi flowchart, listing program, perangkat lunak (software), dan perangkat keras (hardware). Flowchart yang dihasilkan terdiri dari flowchart pengoperasian alat, pengecekan lampu dan penggantian lampu stack.
D. Hasil Perakitan
Hasil perakitan rangkaian system penerangan lampu stack gedung RSG-GAS, seperti ditunjukkan pada Gambar 10.
Pada Gambar 12, menunjukkan monitoring sistem penerangan lampu stack pada monitor PC yang terdiri atas posisi letak lampu bagian Utara, Timur, Selatan dan Barat. Masing-masing posisi ini memiliki 2 buah lampu yang menyala secara bergantian (flipflop). Indikator lampu dibedakan menjadi 2 jenis yaitu Merah dan Hijau. Lampu indicator pada monitor PC menyala Hijau menunjukkan bahwa lampu yang terdapat di ujung stack menyala, tetapi jika terdapat lampu stack yang tidak menyala pada salah satu posisi tersebut maka lampu indikator pada monitor PC akan menyala Merah. Semua kejadian kondisi menyala dan tidak menyala ini akan disimpan pada memori sehingga petugas perawat dalam mengetahui kapan lampu tersebut tidak menyala. Tampilan semua kejadian kondisi lampu akan mudah diketahui oleh petugas merawat melihat pada tampilan yang disediakan pada PC.
Langkah awal mengoperasikan rancang bangun sistem penerangan ini yaitu menghubungkan seluruh elemen alat dan menghubungkan alat dengan komputer pada koneksi RS232 (port keyboard), menekan tombol power sistem. Setelah alat dalam keadaan menyala (on) sensor cahaya merespon intensitas cahaya disekitar untuk selanjutnya mengalirkan/memutuskan tegangan dan arus yang berasal dari PLN, selanjutnya menurunkan intensitas cahaya ≤ 30 lux untuk mengaktifkan sistem, catu daya, 8 (delapan) buah relai DC yang akan menghidupkan 8 (delapan) buah lampu utama, sehingga seluruh lampu utama menyala (on) dengan baik.
Jika seluruh lampu tidak on, maka harus diperiksa rangkaian sensor LDR-nya untuk memastikan cahaya yang diterima ≥ 30 lux, atau sensor LDR dalam keadaan rusak. Untuk mengkondisikan fungsi relai AC yang terhubung pada lampu utama, lampu utama harus dalam kondisi mati (off) atau putus, maka secara otomatis relai AC tersebut akan memberikan informasi keadaan lampu utama ke mikrokontroler dan member perintah kepada relai dc yang dihubungkan pada lampu kedua untuk mengaktifkan lampu kedua, bila lampu kedua menyala (on) dengan baik, maka rancang bangun sistem penerangan dapat dikatakan beroperasi dengan baik, sedangkan untuk mengkondisikan fungsi relai AC yang terhubung pada lampu kedua, lampu kedua harus dalam kondisi mati (off) atau putus, maka relai AC akan memberikan informasi ke mikrokontroler untuk selanjutnya mengirimkan data ke monitor PC. Tampilan pada monitor PC akan menunjukkan kondisi lampu secara continue.
Kesimpulan
Berdasarkan hasil uji fungsi yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa:
- Rancang bangun sistem penerangan lampu stack gedung reaktor RSG-GAS dapat berfungsi dengan baik sehingga diharapkan dapat digunakan menjadi salah satu alternatif untuk mengganti peralatan system penerangan yang telah lama beroperasi serta realisasi pembuatannya dapat dilakukan pada bengkel listrik yang terdapat pada RSG-GAS.
- Salah satu kemampuan dari hasil rancang bangun sistem penerangan lampu stack gedung reaktor RSG-GAS ini yaitu dapat memberikan informasi kondisi lampu stack secara kontinyu dan akurat yang dapat dimonitor melalui Ruang Kendali Utama (RKU) gedung RSG-GAS
Daftar Pustaka
- Aninomous, Interatom, GmBH, “Electrical Safety Analysis Report of MPR-30”.
- Paulus Andi Nalwan, “Panduan Praktis Teknik Antarmuka dan Pemrograman Mikrokontroler AT89C51”, Penerbit PT Elex Media Komputindo Kelompok Gramedia, Jakarta.
- Owen Bishop, “Dasar-Dasar Elektronika”, Penerbit Erlangga, Jakarta
- Maxim +5V-Powered, Multi-Channel RS-232 Drivers/Receivers. Diakses dari http://www.maxim-ic.com
- Teguh Sulistyo, 2006, ”Rancang Bangun Sistem Penerangan Lampu Teras Reaktor RSG-GAS”, Seminar Penelitian dan Pengelolaan Perangkat Nuklir di Yogyakarta.
