SISTEM MONITORING DAYA LISTRIK BERBASIS MIKROKONTROLER AVR ATMEGA16 Abdullah Hamdi1, Arfan Eko Fahrudin2, Iwan Sugriwan2
ABSTRACT: It has been made a monitoring power electricity based microcontroller AVR ATMega16 for house’s tool using. The system consisted by ACS712 censor. It able to followed the current up to 5 ampere. The voltage output from censor is followed by external filter, then went into 10 bit internal ADC by ATMega16. The value ADC is compared with the current of censor to achieve a characteristic of sensor. The result is display on LCD 16x2. It also able to do serial communication with PC that already installed with interface program automatically, continously and directly. The result shows the system have 94,65% accuracy.
Keywords: Monitoring power electricity, censor ACS712, microcontroller ATMega16 PENDAHULUAN Masalah
indikator keamanan
dan
yang
ditetapkan)
secara
sistematis dan kontinu tentang kegiatan
kenyamanan konsumsi listrik sangat
program/projek
penting bagi pengguna daya listrik.
dilakukan
Tanpa adanya sistem pengaman dan
penyempurnaan program atau projek
kontrol yang memadai, gangguan yang
itu
disebabkan oleh faktor internal maupun
dihasilkan untuk monitoring pemakaian
eksternal pada sistem tidak dapat
listrik di masyarakat dan paling utama
bekerja dengan baik. Akibatnya, sering
adalah menghindari terjadinya arus
terjadi pemutusan aliran arus listrik
pendek
pada
kebakaran, yang sering disepelekan
instalasi rumah karena terjadi
sehingga
tindakan
selanjutnya.
yang
beban lebih. Untuk itulah kegiatan
oleh masyarakat.
pengawasan pemakaian daya listrik
Satuan
dapat
koreksi
Keuntungan
sering
daya
untuk
yang
menyebabkan
listrik
dalam
SI
secara otomatis perlu dilakukan tanpa
adalah watt, yang didefinisikan sebagai
pengamatan langsung dari konsumen
berubahnya
listrik.
disebut
dalam bentuk tegangan dan arus. Daya
monitoring (Sulistyowati dan Febrianto,
dalam watt diserap oleh suatu beban
2012).
pada setiap saat sama dengan jatuh
Kegiatan
ini
biasa
Menurut Hikmat (2010) monitoring adalah analisis 1Staff
proses
pengumpulan
informasi
energi
terhadap
waktu
tegangan pada beban tersebut (volt)
dan
dikalikan dengan arus yang mengalir
(berdasarkan
lewat beban (ampere).
Pengajar Program Studi Fisika FMIPA UNLAM
135
Hamdi, A, dkk., Sistem Monitoring Daya Listrik.............136
Efek Hall ditemukan oleh Edwin H.
Hall
pada
tahun
1879
yang
dan
diubah
menjadi
proporsional.
tegangan
Ketelitian
mengatakan bahwa suatu pembawa
pembacaan
muatan dalam konduktor dapat berupa
dengan cara pemasangan komponen
muatan positif atau muatan negatif.
yang
Dengan kata lain, pancaran elektron
penghantar yang menghasilkan medan
dalam ruang hampa dapat dipengaruhi
magnet dengan hall transducer secara
oleh medan magnet. Berdasarkan hal
berdekatan.
Persisnya,
tersebut
proporsional
yang
dapat
diketahui
jumlah
ada
sensor
dalam
dioptimalkan
didalamnya
antara
tegangan
rendah
akan
pembawa muatan tiap volume dalam
menstabilkan Bi CMOS Hall IC yang
suatu konduktor (Halliday dan Resnick,
didalamnya. (Datasheet ACS712).
2008). ACS712 adalah hall effect current sensor. Hall effect allegro ACS712 merupakan sensor yang presisi sebagai sensor
arus
AC
atau
DC
dalam
pembacaan arus didalam dunia industri,
Gambar 1. Kaki pin IC ACS712
otomotif, komersil dan sistem-sistem komunikasi. Pada umumnya aplikasi sensor ini biasanya digunakan untuk mengontrol motor, deteksi beban listrik, switched-mode power supplies dan proteksi beban berlebih (Sulistyowati & Febrianto, 2012).
Tabel 1. Konfigurasi pin IC ACS712 Pin 1 dan 2 3 dan 4 5 6
Nama IP+ IPGND FILTER
7 8
Vout VCC
Deskripsi Terminal untuk sampel arus Terminal untuk sampel arus Kaki ground Terminal untuk kapasitor eksternal Output sinyal analog Terminal catu daya
(Datasheet ACS712)
Sensor
ACS712
memiliki
pembacaan dengan ketepatan yang tinggi,
karena
didalamnya
terdapat
rangkaian low-offset linear Hall dengan satu
lintasan
yang
terbuat
dari
tembaga. Kerja sensor ini adalah arus yang dibaca mengalir melalui kabel tembaga yang terdapat didalamnya yang
menghasilkan medan magnet
yang di tangkap oleh integrated hall IC
Gambar
1
dan
Tabel
1
menunjukkan konfigurasi dan nama kaki-kaki pin IC ACS712. Peningkatan arus pada penghantar arus dari pin 1 dan pin 2 ke pin 3 dan 4, akan digunakan untuk pendeteksian atau perasa
arus.
Hambatan
dalam
penghantar sensor sebesar 1,2 mΩ dengan
daya
yang
rendah.
Jalur
137
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 10 No. 2, Agustus 2013 (135 –143)
terminal konduktif secara kelistrikan
menggunakan opto-isolator atau teknik
diisolasi dari sensor leads/mengarah
isolasi lainnya yang mahal. Ketebalan
(pin 5 sampai pin 8). Hal ini menjadikan
penghantar
sensor arus ACS712 dapat digunakan
sebesar 3x kondisi overcurrent. Sensor
pada
ini telah dikalibrasi oleh pabrik. Blok
aplikasi-aplikasi
membutuhkan
isolasi
yang
listrik
tanpa
arus
di
dalam
sensor
diagram dapat dilihat pada Gambar 2:
Gambar 2. Blok Diagram IC ACS712 (Datasheet ACS712) USB to Serial Prolific PL-2303
dikonsumsi dari IC selama pengiriman
beroperasi sebagai jembatan antara
data serial. Dengan mengintegrasikan
satu port USB dan satu port serial
semua fungsi dalam SSOP-28 paket,
RS232 standar. dua besar penyangga
chip ini cocok untuk ditempelkan pada
on-chip menampung aliran data dari
kabel,
dua bus yang berbeda. USB bulk-type
menghubungkan kabel ke PC atau port
data
USB,
diadopsi
maksimum.
untuk
transfer
Pengiriman
data
otomatis
pengguna
dan
terhubung
hanya
kemudian ke
data
perangkat
cukup
dapat RS-232
didukung pada port serial. Dengan ini,
(Datasheet Prolific). DT-I/O Quad Relay
baud rate yang lebih tinggi dapat
Board merupakan suatu modul yang
dicapai dibandingkan dengan UART
terdiri dari 4 relay mekanik, masing-
kontroler (Datasheet Prolific).
masing memiliki konektor input Inx dan
Perangkat ini juga cocok dengan
output: Normally Close (NCx), Normally
manajemen daya USB dan skema
open (NOx) dan Common (COMx)
wakeup devious. Hanya daya minimum
seperti ditunjukan pada Gambar 3.
Hamdi, A, dkk., Sistem Monitoring Daya Listrik.............138
Gambar 3. Rangkaian DT I/O Quad Relay Board pada buzzer (innovativeelectronics, 2011) METODE PENELITIAN
Penelitian pembuatan rangkaian
ini
keluaran menjadi 5V dan selanjutnya diawali
rangkaian sensor
dengan
catu
dan
daya,
kapasitor 2200μF digunakan sebagai filter.
pengkondisi
sinyal, rangkaian mikrokontroler, modul software untuk akuisisi data, pengujian alat serta analisis data. Gambar 4 menggambarkan sistem blok penelitian.
Gambar 5. Rangkaian sensor arus telah disearahkan (Datasheet ACS712) Gambar 4. Diagram blok sistem
Rangkaian Sensor dan Filter Sensor
Rangkaian Catu Daya Rangkaian
sensor
dan
arus
buatan
(ACS712ELCTR-05B-T
IC
Allegro Current
mikrokontroler ATMega16 memerlukan
Sensor dirangkai dengan filter eksternal
tegangan 5V, sehingga dibuat catu daya
dengan menambahkan kapasitor 1nf
dengan tegangan keluaran 5V. Untuk
(sesuai datasheet). Keluaran dari sensor
menghasilkan
keluaran
arus berupa tegangan AC, dan untuk
tersebut, digunakan regulator 7805 yang
dapat diolah dan di masukkan ke ADC
berfungsi
internal mikrokontroler maka keluaran
tegangan
menghasilkan
tegangan
139
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 10 No. 2, Agustus 2013 (135 –143)
dari sensor arus harus diubah ke sinyal
menggunakan USB Prolific to Serial
DC dengan komponen utama berupa
Bridge
dioda
dengan menggunakan software Borland
yang
forward
dikonfigurasikan
bias
seperti
secara
terlihat
pada
Delphi
Controller.
7,
Program
yang
memiliki
dibuat
fasilitas
ComPort untuk menjalankan koneksi
Gambar 5.
dengan port serial. Karakterisasi Rangkaian Sensor Karakterisasi
pencatat
data
yang
ACS712
dibuat dengan borland delphi 7 dapat
dilakukan dengan cara memberikan
menampilkan hasil pengukuran sama
variasi
arus
sensor
Program
sensor
dan
dengan hasil di LCD. Program pencatat
keluaran
dari
data juga dilengkapi dengan grafik
sensor tersebut. Variasi arus diberikan
untuk menampilkan nilai daya yang
dengan
terukur setiap waktu. Pencatatan data
mengukur
macam
terhadap
tegangan
menggunakan objek
memerlukan
alat
daya
beberapa
elektronik
yang
hasil pengukuran dilakukan dengan
pemakaian
listrik
selang waktu 1 menit. Hasil pengukuran dapat disimpan dalam bentuk file. txt
berbeda.
dan .xls. Modul sofware untuk akuisisi data. Interface ke LCD dan PC Mikrokontroler software
menggunakan
codevision
Mode
kontrol
alarm
dilakukan
sehingga
dengan menentukan port keluaran pada
dapat membaca nilai tegangan ADC,
mikrokontroler lalu menghubungkannya
mengkonversi menjadi sinyal digital,
dengan
mengubah
Konfigurasi
menjadi
avr,
Mode Alarm
nilai
arus
dan
kaki-kaki
tegangan, dan dapat menampilkan hasil
mikrokontroler
pengukuran pada LCD 16x2. Proses
program
penting
dibuat
pada
program
ini
adalah
driver
hubungan
port
disesuaikan
dengan
mikrokontroler dengan
relay.
yang
CodeVision
telah AVR.
konversi nilai adc menjadi arus dan
Program yang dibuat terdiri atas dua
tegangan.
pengingat
keadaan yaitu ketika daya pemakaian
maksimum daya yang digunakan di
listrik dalam kondisi kurang dari 800
rumah tangga maka alat dilengkapi
watt atau setara dengan arus kurang
dengan alarm yang dilengkapi dengan
dari 3,636 ampere dan daya pemakaian
relay, buzzer dan lampu led indikator.
listrik dalam kondisi lebih dari 800 watt
Interface ke PC dilakukan dengan
setara dengan arus lebih dari 3,636
Sebagai
Hamdi, A, dkk., Sistem Monitoring Daya Listrik.............140
ampere. Jika nilai daya listrik telah
sensor berupa tegangan dan output
diketahui, maka dapat dilakukan kontrol
nilai arus dan tegangan ini kemudian
pemakaian listrik.
dijadikan nilai acuan karakteristik alat monitoring
Pengujian Monitoring Pada Listrik Rumah Tangga Pengujian dilakukan pada listrik
daya
menunjukkan
listrik.
data
Tabel
2
karakterisasi
rangkaian sensor dan hasil pengujian alat ditunjukkan pada Tabel 3.
rumah tangga dengan daya 900 watt saat pemakian listrik lebih optimal pada jam
sibuk
kegiatan
rumah
tangga
dengan range pengambilan data tiap 1 menit
selama
2
jam
penuh.
Pengambilan data dilakukan dengan
Tabel 2. Data karakterisasi pengukuran No 1 2 3 4 5
Objek yang diukur Labtop Pompa air Pemanas air Rice cooker
Arus (Ampere) 0 0,33 0,89 1,49 1,85
Tegangan (Volt) 2,40 2,46 2,57 2,68 2,76
cara menghubungkan alat elektronik yang terpakai pada alat monitoring daya
listrik
secara
serial.
Step
pemakaian dimulai dari beban normal (tidak ada pemakaian listrik), mendekati maksimum (pemakaian mencapai 800 watt) sampai beban puncak maksimum (pemakaian hingga 900 watt). Tujuan pengujian alat adalah untuk mengetahui tingkat akurasi monitoring digital yang dibuat.
Gambar 6. Grafik karakterisasi perbandingan arus dan tegangan rangkaian sensor. Gambar 6, sumbu x menunjukkan arus yang terbaca dan sumbu y adalah tegangan yang terbaca pada keluaran
HASIL PENELITIAN
sensor, dan persamaan karakteristik
Sensor dikarakterisasi dengan melihat data arus yang terpakai dan
sensor yang diperoleh: I = 2,39771V + 0.19373
tegangan keluarannya dapat terbaca sekaligus menggunakan dua multimeter yaitu sebagai pembaca arus yang dihubungkan
langsung ke listrik PLN
kemudian diteruskan ke sensor
dan
kedua sebagai pembaca output dari
Pengujian Monitoring Listrik Rumah Tangga Pengujian alat
ukur
pada listrik
tumah tangga dilakukan dengan
cara
141
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 10 No. 2, Agustus 2013 (135 –143)
menghubungkan alat monitoring daya
dilakukan dengan memperhatikan tingkat
pada
efisiensi
tegangan
pengamatan
listrik
PLN
dengan
alat
melalui
upaya
terjadinya
arus
pendek
pemakaian
pada
alat
Pengambilan
range
data
akibat beban pemakaian berlebih. Untuk
sampel dilakukan dengan memonitor
menghindari itu ditunjukkan lebih awal
pemakaian daya listrik tiap 1 menit
tanda peringatan berupa media suara
selama
(buzzer) dan lampu indikator aktif.
elektronik.
2
jam.
Pengolahan
data
menghindari
ukur
Tabel 3. Perbandingan hasil pengukuran arus antara alat ukur monitoring daya dan multimeter digital DT9205A Objek yang Diukur
Alat Ukur Monitoring Data
Labtop Kulkas Pompa Air Pemana Air Rice Cooker
Daya
Mutlak Selisih (A)
Eror Akurasi (%)
0,01 0,04 0,01 0,06 0,14
7,69 6,06 1,11 4 7,87 5,35% 94,65%
0,14 0,13 0,62 0,66 0,89 0,90 1,56 1,50 1,92 1,78 Rata-Rata Eror Akurasi Akurasi Alat
terukur
monitoring
Multimeter Digital DT9205A(A)
digital
pada
sistem
selain
diamati
laptop
Axioo,
lampu
philip.
Hasil
pengujian alat ditunjukkan oleh Tabel 4.
menggunakan peraga LCD juga diamati menggunakan media PC/laptop melalui pengiriman data serial USB prolific PL2303
agar
dapat
mempermudah
mengontrol waktu pengambilan data secara real time serta sebagai media menyimpan data. Tujuan dari pengujian alat
ini
adalah
untuk
mengetahui
Tabel 4. Data pengujian alat listrik rumah tangga jam (17.00-19.00) WITA No. 1 . . . 120
Waktu
Arus (A)
Daya (watt)
5:01:36 PM 2.333 . . . . . .
513.26 . . .
7:02:22 PM
364.98
1.659
akurasi monitoring daya digital yang dibuat. Adapun beberapa alat elektronik
Berdasarkan data yang diamati
daya
sensor ACS712 dapat digunakan pada
ukur
arus 0 sampai 5 Ampere. Karakterisasi
monitoring daya listrik meliputi TV LG
sensor dilakukan dengan cara kabel
29 inchi, kulkas sanyo emerald, kipas
tegangan
angin maspion, rice cooker miyako,
multimeter
yang
terserap
listriknya
saat
pemakaian pengujian
alat
PLN
dihubungkan
dengan
ditujukan
pada ke
Hamdi, A, dkk., Sistem Monitoring Daya Listrik.............142
pengukuran arus kemudian diteruskan
karakterisasi sensor, tegangan yang
ke kaki input pin 1 dan 2 dengan
dihasilkan oleh sensor berkisar antara
keluaran ke kaki output pin 3 dan 4
2,4V hingga 2,76V untuk arus 1,85A,
sensor. Arus listrik dikondisikan mulai
sedangkan tegangan referensi
dari tanpa beban (0) Ampere sampai
adalah 4,92V. Agar tegangan keluaran
mendekati 2A dengan pencatatan arus
sensor
bervariasi. Saat tidak ada arus 0A,
referensi
sensor mempunyai tegangan offset
rangkaian filter untuk penyeimbang
sebesar 2,40V, sedangkan saat arus
arus AC sebelum masuk ke ADC.
mendekati 2A yaitu pada 1,85A, sensor menghasilkan sebesar
tegangan
2,76V.
karakterisasi
keluaran
Berdasarkan
sensor
grafik
Gambar
6,
sesuai ADC,
ADC
dengan
tegangan
maka
dibuatlah
Hasil keluaran sensor dengan menggunakan keluaran sensor
filter
sinyal yang
lebih tidak
smooth
dari
menggunakan
perbandingan arus dengan tegangan
rangkaian
keluaran
filter
gelombang sinyal pada osiloskop tidak
mempunyai persamaan karakteristik I =
menunjukkan hasil keluaran DC yang
2,39771V + 0,19373.
sempurna, hal itu dikarenakan filter
sensor
Rangkaian
dengan
Hasil
keluaran
mempunyai
yang digunakan masih belum mampu
empat kaki masukan (Vcc, Vout, filter,
membuat sinyal tanpa sinusoidal. Hasil
dan ground), sesuai dengan keperluan
keluaran sensor dengan dan tanpa filter
sensor
ditunjukkan oleh Gambar 7.
ACS712.
filter
filter.
menunjukkan
Berdasarkan
data
a. Sinyal tanpa sensor
b. Sinyal dengan sensor
Gambar 7. Sinyal output sensor
Daya listrik yang terbaca pada alat
mikrokontroler.
ukur adalah hasil perkalian arus yang
menunjukkan
terdeteksi
antara
oleh
sensor
dengan
tegangan listrik PLN 220 volt oleh
alat
Data tingkat
monitoring
pengujian pengukuran daya
listrik
dengan kekuatan beban daya listrik dari
143
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 10 No. 2, Agustus 2013 (135 –143)
rumah tangga yaitu 900 watt memiliki tingkat ketelitian cukup baik, sebab akurasi pembacaan alat terhadap daya listrik yang terpakai dapat terbaca
Arihutomo, M., M. Rifai, dan Suwito. 2012. Sistem monitoring arus listrik jala–jala menggunakan power line carrier. Jurnal Penelitian Sains Vol. 1 No 1 ISSN: 2301-9271. ITS: Surabaya
dengan cepat oleh alat ukur yaitu sekitar delay waktu hanya 1 detik. Berdasarkan
data
perhitungan
pengujian alat (Tabel 5) error akurasi rata-rata
sebesar
5,35%.
Hikmat, H. 2010. Monitoring dan Evaluasi Proyek. http://es.slideshare.net/andhika1 412/monitoring-dan-evaluasi. (diakses tanggal 28 Maret 2013)
Dengan
demikian akurasi alat monitoring daya
Innovativeelectronics. 2011. Datasheet DT I/O Quad Relay Board.
listrik adalah 94,65% sehingga layak digunakan sebagai alat ukur daya listrik.
Irmansyah, I.2011. Pengendalian Pintu Gerbang dan Intensitas Lampu Ruangan Berdasarkan Jam Kerja Menggunakan Delphi. Tugas Akhir. UNIKOM: Bandung
KESIMPULAN 1. Alat monitoring daya listrik berbasis ATMega16 kapasitas
dapat pemakaian
membaca daya
listrik
rumah tangga dari 5 watt hingga 900 watt. 2. Pembacaan alat monitoring daya listrik 94,65%
memiliki dan
akurasi
dapat
sebesar
menampilkan
hasil pengukuran melalui LCD dan PC secara real time.
DAFTAR PUSTAKA Allegro. 2012. Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a low-Resistance Current Conductor. Datasheet.
Prolific. 2005. PL-2303 Edition USB to Serial Bridge Controller. Datasheet. Rio, R. dan M. Iida. 1999. Fisika dan Teknologi Semikonduktor. Pradnya Paramita. Jakarta. Sulistyowati, R. dan D.D. Febrianto. 2012. Perancangan prototype sistem kontrol dan monitoring pembatas daya listrik berbasis mikrokontroler. Jurnal IPTEK Vol. 16 No 1. Institut Adhi Tama: Surabaya Wicaksono, A.N. 2010.Pembuatan Software Telemetri sistem Monitoring Daya Listrik Panel Sel Surya Menggunakan Jaringan Wi-Fi. Tugas Akhir. Universitas Diponegoro: Semarang
