WATTMETER DIGITAL DENGAN MIKROKONTROLER DAN ARDUINO UNO 2 Eki Yulian, Priyo Sasmoko Program Studi Diploma III Teknik Elektro Sekolah Vokasi Universitas Diponegoro ABSTRACT Eki Yulian, Arkhan Subari in this paper explain that Power consumption in boarding houses still can not be monitored , so that power usage bill payments based solely on electrical equipment used in the room . This would be detrimental to the owner of the boarding when the power consumption is too large . But tenants boarding can also be harmed if rarely use electricity must still pay the electric bill to the owner of the boarding.Thus making the tool use of electricity for the purposes of calculating a dorm room at the end of the project , expected to assist in completing the problem. In this tool using optocoupler sensor mounted on a disc kwh meter analog and microcontroller will process the data readings from sensors optocoupler . The output of this tool will appear on an LCD (liquid circuit display) . Where is the data to be displayed is the amount of power usage and costs to be paid . In addition , the tool uses the SMS facility for monitoring power use. Thus the cost paid by the tenant to the boarding room owner would be more in line with the use of electricity in use by tenants boarding. Keywords :optocoupler sensor, microcontroller , SMS PENDAHULUAN Latar Belakang Meninjau masalah listrik, kini telah menjadi kebutuhan sehari-hari. Bagi tiap pelanggan PLN, tagihan listrik merupakan salah satu anggaran pengeluaran keuangan per bulan yang sudah pasti ada, tergantung dari besarnya pemakaian listrik. Menghitung angka stand meter kWh analog untuk mengetahui biaya tagihan secara manual setiap saat tidak efisien untuk dilakukan. Sehingga kebanyakan masyarakat baru mengetahui besar pemakian daya listrik diketahui saat sudah melakukan pembayaran. Angka pada stand meter KWH analog untuk pelanggan PLN saat ini merupakan counter yang hanya menunjukan total pemakaian listrik dalam kWh (Kilo Watt Hour). Nilai yang ditampilkannya punsifatnya kontinyu, artinya terus bertambah walaupun bulan telah berganti. Hal inilah yang pada umumnya membuat masyarakat kurang tertarik terhadap angka KWH meter analog untuk mengontrol pemakaian listrik setiap harinya. Penelitian ini membuat sebuah mekanisme untuk menampilkan besar pemakaian daya listrik yang bisa langsung dibaca oleh masyrakat awam pada umumnya, sehingga dengan diketahuinya besar pemakaian kwh yang digunakan setiap pengguna listrik dapat memikirkan pemakaian listrik seharihari. Dan memungkinkan masyarakat berlaku hemat dalam menggunakan alat-alat listrik sehari-harinya. Dalam penelitian ini, penulis memberikan batasan-batasan masalah sebagai berikut, pembahasan mengenai sitem minimum arduino uno dan program terbatas pada aplikasi/penggunanya dalam alat yang dibuat.. Penghitungan besar pemakaian konsumsi energi listrik hanya didasarkan pada arus dan tegangan listrik beban. PEMBUATAN BENDA KERJA Proses Pembuatan alat pengukur daya meter listrik dengan tampilan kwh menggunakan arduino uno terdiri dari dua bagian. Bagian-bagian tersebut adalah: • Pembuatan perangkat keras (hardware) Tahap pertama ini meliputi semua proses pembuatan perangkat keras untuk merealisasikan rancangan yang telah dibuat menjadi sistem yang siap untuk dioperasikan. • Pembuatan perangkat lunak (software) Tahap kedua ini yaitu mencakup hal yang berkaitan dengan perangkat lunak bagi sistem. Masing-masing bagian mempunyai tujuan yang sama yaitu agar kedua bagian yang merupakan satu kesatuan sistem yang akan dibuat dapat saling melengkapi satu sama lain sehingga tercipta suatu sistem yang baik. Langkah awal pembuatan tugas akhir ini adalah perencanaan dan konsep yang jelas tentang aplikasi yang akan dibuat. Agar kendalakendala yang tidak diinginkan pada proses pembuatan dapat diperhitungkan. Pembuatan perangkat keras meliputi dua bagian, yaitu pembuatan bagian elektronika dan mekanik. Pembuatan perangkat elektronika meliputi perencanaan rangkaian, percobaan sementara, pembuatan Papan Rangkaian Tercetak (PRT), serta pemasangan komponen. Sedangkan pembuatan bagian mekanik meliputi perencanaan bagian mekanik, pembuatan kotak rangkaian, perakitan modul rangkaian pada kotak rangkaian, dan pembuatan label petunjuk penggunaan. Pembuatan bagian elektronika terdiri atas beberapa langkah yaitu perencanaan rangkaian, percobaan sementara, pembuatan Papan Rangkaian Tercetak (PRT), serta pemasangan komponen. GEMA TEKNOLOGI Vol. 18 No. 3 Periode April 2015 - Oktober 2015 121 Pada proses pembuatan benda kerja bagian elektronik dibutuhkan peralatan dan bahan-bahan untuk mendukung proses tersebut. CARA KERJA ALAT Blok Diagram Sistem Sistem terdiri dari beberapa perangkatelektronika yang dibagi menjadi blokblok diagram yang terdiri dari beberapa perangkat input dan output, masing masing blok dapat dijabarkan sebagai berikut : • Rangkaian Catu Daya Merupakan rangkaian yang berfungsi mensuplai tegangan tiap perangkat sesuai dengan kebutuhan tegangannya dengan tegangan kerja 5 volt dan 12 volt. • Rangkaian Sistem Mikrokontroler Arduino UNO Berfungsi sebagai pengatur keseluruhan proses yang dikerjakan oleh sistem setelah mendapatkan input dari perangkat lain dan mengeluarkan output yang menjadi masukan dari perangkat lain. • Rangkaian LCD 2 x 16 Berfungsi untuk menampilkan sistem baik hasil pembacaan jumlah putaran piringan kwh maupun jumlah biaya energy listrik. • Sensor Arus Berfungsi sebagai mengubah arus listrik pada bagian input menjadi tegangan sinyal pada pin outputnya. • Sensor tegangan Berfungsi sebagai mengubah dan menurunkan tegangan listrik pada bagian input menjadi tegangan sinyal pada pin outputnya dengan tegangan output yg lebih kecil. Beban AC Sensor arus Sensor Tegangan Arduino Uno Kontroller +5Vdc AC 220V +5Vdc +9Vdc Catu Daya Gambar 1. Blok Diagram sistem Penjelasan Rangkaian Keseluruhan Di dalam rangkaian mikrokontroler ini terdapat dua kali delapan bit dan 4 bit port dengan jumlah 20 bit port, yaitu port B delapan bit, port C enam bit, dan port D delapan bit. Port digunakan 122 sebagai port masukan dan keluaran data yang terhubung langsung dengan rangkaian-rangkaian dalam sistem ini. Rangkaian ini menggunakan oscillator crystal 16 MHz untuk membangkitkan frekuensi dan kapasitor 22 pF yang dipasang secara parallel dengan crystal befungsi untuk menstabilkan frekuensi. Tegangan yang digunakan pada mikrokontroler arduino uno adalah sebesar 5 volt yang dihubungkan dengan pin 7 sebagai pin Vcc yang mendapat sumber tegangan dari catu daya. Komunikasi serial pada mikrokontroler ini masih menggunakan sinyal TTL atau transistor transistor logic yaitu sinyal yang ayunan gelombang datanya antara 0 sampai 5 volt. Sedangkan komunikasi Rs 232 memiliki ayunan gelombang antara +12 sampai -12. mikrokontroller Atmega16 yang digunakan sebagai ADC (Analog to Digital Converter). Sensor yang dipakai berupa sensor tegangan sebagai pembaca tegangan pada alat, sensor arus ACS712 sebagai sensor utama yang dapat mengindikasi jika ada beban berlebih pada salah satu trafo dan tiga buah sensor suhu LM35 yang ditempelkan pada tiap trafo sebagai pembaca suhu tiap trafo dan dapat secara otomatis menghidupkan fan / kipas yang terpasang pada box agar tidak terjadi panas berlebih yang dapat menyebabkan trafo terbakar. Adapun 6 buah relai 5 kaki sebagai PMS (Pemisah) dan 3 relai 8 kaki sebagai PMT (Pemutus). Cara kerja rangkaian adalah sebagai berikut :Ketika alat otomatisasi pembagi daya ON / Start, trafo yang tersambung adalah trafo 1 dengan beban maksimal 1A. Setelah trafo 1 tersambung pada beban atau ON, sensor arus akan membaca besaran arus (Ampere) yang mengalir pada beban. Ketika beban kurang dari 1A atau tepat pada 1A, maka trafo 1 akan bekerja dengan normal dan trafo 2 dan trafo 3 dalam kondisi tidak terhubung atau OFF. Ketika arus yang mengalir pada beban lebih besar dari 1A dan kurang dari 3A dalam kondisi trafo 1 masih tersambung ke beban dan dibantu dengan trafo 2 ON kemudian terdapat delay beberapa second untuk mengubah kondisi trafo 1 menjadi tidak terhubung atau OFF. Dalam kondisi trafo 2 rangkaian sensor tegangan dan modul display LCD. Ketika arus listrik mulai mengalir menuju ke beban maka sensor arus akan mulai melakukan proses perubahan arus listrik yang mengalir pada internal sensor menjadi besar tegangan yang sesuai dengan besarnya arus. Tegangan output sensor arus yang masih berupa sinyal analog ini kemudian dihubungkan ke pin ADC pada system minimum arduino uno yaitu pada pin A0. Program pada arduino uno akan membaca besarnya tegangan output sensor arus ini melalui internal ADC dari mikrokontroller arduino uno. ADC ( Analog to digital converter ) akan mengubah tegangan input analog menjadi data-data digital untuk bisa diproses oleh system digital didalam mikrokontroller arduino uno. Disamping sensor arus yang dibaca besarnya arus oleh program pada mikrokontroller arduino GEMA TEKNOLOGI Vol. 18 No. 3 Periode April 2015 - Oktober 2015 PENGUKURAN DAN PENGUJIAN ALAT Dalam pengukuran dan pengujian ini dilakukan dengan menggunakan peralatan dan bahan sebagai berikut: • Multimeter • Rangkaian Catu Daya 5V dan 12V • Rangkaian sensor arus • Rangkaian sensor tegangan • Kabel Penghubung Secukupnya. disearahkan, input dan output regulator, serta tegangan keluaran akhir. Langkah-langkah pengukuran pada catu daya adalah sebagai berikut : • Menghubungkan catu daya dengan jala-jala PLN. • Mengukur tegangan tiap-tiap bagian yang telah ditentukan sebelumnya sesuai dengan gambar 5.1. di bawah. • Mencatat hasil pengukuran Titik pengukuran catu daya diperlihatkan pada Gambar 2. Trafo 1A Vin +5V DIODA 1A AC 220 TP2 TP6 3 GND 1 TP1 C? +5Vdc MC7805T TP3 2200uF/16V 1000uF/16V 1N4001 TP4 Gambar 2. Pengukuran Rangkaian Catu Daya Hasil dari pengukuran rangkaian catu daya dapat dilihat pada Tabel 1. berikut Tabel 1. Hasil Pengukuran Catu Daya Titik Bagian yang Pengukuran diukur Tegangan Input 1-2 Trafo Tegangan 3-4 Output Trafo Tegangan 5-4 Output Dioda Tegangan 6-4 Output 7809C Tegangan 210 VAC 11,5 Vdc 12,2 Vdc 8.99 Vdc Dari hasil pengukuran rangkaian catu daya pada tabel 1. terlihat bahwa tegangan keluaran memilikki hasil yang sesuai dengan desain sistem. Rangkaian Pengujian Sensor Arus Untuk menguji hasil pembacaan sensor arus yang digunakan, dalam hal ini ACS712, maka dilakukan pengujian rangkaian seperti pada Gambar 3. DC Voltmeter 20 Vac Sensor Arus ACS712 RBeban Rangkaian Catu Daya Pengukuran rangkaian catu daya pada dasarnya bertujuan untuk mengetahui tegangan keluaran dari rangkaian catu daya agar tegangan keluaran dapat stabul sebagai catu daya pada masing-masing modul. Pada sistem ini menggunakan rangkaian catu daya dengan tegangan output sebesar 5V dan 12V. Titik pengukuran yang dilakukan meliputi input trafo yaitu dari tegangan jala-jala PLN, output dari trafo yaitu tegangan PLN yang telah diturunkan oleh trafo step down, keluaran dioda sebagai keluaran setelah tegangan TIP3055 TP5 Sw Power 2 uno, dibaca juga besarnya tegangan listrik ac yang mencatu ke beban. Sensor tegangan ini diambilkan dari output sekunder tranformator step down yang pada dasarnya setiap perubahan tegangan input tranformator yaitu tegangan ac 220v akan juga mempengaruhi tegangan output sekunder trafo. Tegangan output trafo yang digunakan adalah pada tap tegangan 6vac yang kemudian disearahkan oleh dua buah diode dan sebuah kapasitor untuk memfilter sinyal dc nya sehingga didapatkan sinyal dc yang lebih halus. Output sensor tegangan ini kemudian dihubungkan ke pin ADC pada mikrokontroller sismin arduino uno yaitu pada pin A1. Sebagaimana pada sensor arus maka pada sensor tegangan output tegangan ini akan diubah menjadi data-data digital yang kemudian akan diproses ileh system digital pada program arduino uno. Setelah didapatkan besar nilai arus dan tegangan yang menuju ke beban oleh program arduino kemudian program akan menampilkan besarnya arus dan tegangan ke layar display LCD 16x2. Program mikrokontroller arduino uno akan mengirimkan data-data berupa perintah dan datadata karakter ke modul display LCD melalui pin 4 sampai pin 7 dari sismin arduino uno. Dan untuk mengendalikan arah data komunikasi antara display LCD dan mikrokontroller arduino uno digunakan pin 2 dan pin 3. Program dalam mikrokontroller arduino uno akan melakukan proses perhitungan terhadap datadata arus dan tegangan, yang telah dibaca melalui internal ADC dari mikrokontroller arduino uno. Hasil perhitungan masih berupa watt yang akan ditampilkan ke layar display LCD. Yang kemudian data watt ini kemudian diubah menjadi KWH yang juga akan ditampilkan ke layar display LCD. +5VDC + - DC Amperemeter + - Battery Gambar 3. Pengujian sensorarus ACS712 GEMA TEKNOLOGI Vol. 18 No. 3 Periode April 2015 - Oktober 2015 123 Hasil dari pembacaan sensor ACS712 dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Hasil Pengukuran Sensor Arus NO. DC Ampere Meter DC ACS712 1 0.5 A 0.47 A 2 1A 0.9 A 3 1.5 A 1.5 A Dari hasil pengujian terlihat bahwa sensor arus ACS712 dapat bekerja dengan baik dan memilikki margin error yang kecil bila dibandingkan dengan hasil pembacaan alat ukur terkalibarasi. Pengujian Pemakaian Daya Pengujian dilakukan dengan memberi beban berupa bohlam dengan beban 300 W. Data hasil pengujian berupa jumlah pemakaian beban dengan satuan Kwh yang terlihat pada LCD. Hasil pengujian ini dibandingkan dengan hasil perhitungan menurut rumus: W=Pxt Dimana: W = Watthours (Wh) P = Daya beben (Watt) T = Waktu (jam) Hasil perbandingan antara pengukuran dengan alat dan perhitungan dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Perbandingan Hasil Pengukuran dan Hasil Perhitungan Pemakaian Daya Beban Waktu Kwh KwH Error (W) (jam) Perhitungan alat (%) 0,29 1 jam 0,3 kwh 3% kwh 0,58 2 jam 0,6 kwh 3% kwh 0,87 3 jam 0,9 kwh 3% kwh 1,16 4 jam 1,2 kwh 3% kwh 300 1,45 5 jam 1,5 kwh 3% kwh 1,74 6 jam 1,8 kwh 3% kwh 2,03 7 jam 2,1 kwh 3% kwh 2,32 8 jam 2,4 kwh 3% kwh Dari hasil pengujian yang diperlihatkan pada Tabel 3.terlihat bahwa perbandingan antara hasil pengukuran dengan alay yang dibuat dengan perhitungan matematis hanya berbeda 3%. 124 KESIMPULAN Dari hasil peneleitian yang telah dilakukan ini maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut: • Sistem Minimum Arduino Uno digunakan sebagai pusat pengendali sistem karena mikrokontroler ini memiliki fitur yang lebih canggih daripada mikrokontroler yang sama – sama berasal dari keluarga AVR. Dan memiliki kapasitas memori yang lebih besar dari pada mikrokontroler yang satu keluarga dengannya. • Rangkaian output catu daya sesuai dengan yang dibutuhkan pada sistem ini yaitu sebesar 9 volt. • Pada rangkaian ini, output tegangan rangkaian sensor arus sebanding dengan besarnya arus yang melewati ensor. • LCD digunakan untuk menampilkan jumlah Kwh yang terpakai pada saat itu. DAFTAR PUSTAKA 1. Andrianto, Heri. 2008. Pemrograman Mikrokontroler AVR ATMEGA 16 Menggunakan Bahasa C (CodeVisionAVR). Informatika: Bandung 2. Bejo, Agus. 2008. C & AVR. Graha Ilmu: Yogyakarta 3. Fidzon, Adil. 2011. Miniatur Sistem Parkir Mobil Otomatis Berbasis Mikrokontroler ATmega8535. Undip : Semarang 4. Hardika, Doni. 2012. Pembuatan Aplikasi Mikrokontroler ATmega8535 Dalam Otomasi Alat Pencacah Permen Skala Home Industri. Undip : Semarang 5. Frank D, Peetruzella. 1996. Elektronika Industri. Andi : Yogyakarta 6. Malvino, A.P. 1996. Prinsip-prinsip Elektronika (terjemahan Hanapi Gunawan). Erlangga: Jakarta 7. M.C, Sharma. 1993. Praktikal Music dan Sound Circuit. Halaman 123 : New Delhi 8. Pratama, LiusWeny. 2009. Sistem Absensi Otomatis Pengunjung Perpustakaan Dengan Menggunakan Radio Frequency Identification. Laporan Tugas Akhir Politeknik Negeri Sriwijaya : Palembang 9. Sudjadi. 2005. Teori dan Aplikasi Microcontroller. Graha Ilmu : Yogyakarta 10. Sumanto, MA. 1984. Mesin Arus Searah. Andi Offset : Yogyakarta 11. Turbian, K. 1973. A Manual for Writers of Term Papers, Theses and Dissertations. 4th. Ed. The University of Chicago Press. Chicago. 12. Wardana, E.K. 2013. Pintu Pengaman Untuk Ruang Penyimpanan Dokumen Menggunakan RFID (Radio Frequency Identification) Berbasis Mikrokontroler Atmega16. Undip:Semarang 13. Wardani, dkk. 2008. Teknik Menulis Karya Ilmiah. Universitas Terbuka : Jakarta GEMA TEKNOLOGI Vol. 18 No. 3 Periode April 2015 - Oktober 2015 14. Wardhana, Lingga. 2006. Mikrokontroler AVR seri ATMEGA Simulasi, Hardware, dan Aplikasi. Andi : Yogyakarta GEMA TEKNOLOGI Vol. 18 No. 3 Periode April 2015 - Oktober 2015 125