PERANCANGAN ALAT PENCATATAN PEMAKAIAN LISTRIK DIGITAL
HUDARSONO
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2007
ABSTRAK HUDARSONO (G74103001). Perancangan Alat Pencatatan Pemakaian Listrik Digital. Dibimbing oleh MAHFUDDIN ZUHRI dan AHMAD AMINUDIN. Penelitian ini dilakukan untuk merancang sebuah alat pencatatan pemakaian listrik (meteran listrik) digital untuk penggunaan skala kecil (rumah tangga) dengan akurasi yang diperoleh dari hasil pengujian adalah 98%. Meteran listrik ini juga memiliki kemampuan untuk berkomunikasi dalam jaringan karena meteran listrik memiliki fitur device addressing yang memungkinkan pembedaan antara meteran listrik yang satu dengan yang lainya. Selain itu, meteran listrik juga dapat berkomunikasi dengan PC (Personal Computer) melalui komunikasi serial dengan interface RS232 melalui aplikasi software yang telah dibuat dalam penelitian ini. Variabel listrik yang dapat dibaca oleh meteran listrik ini adalah akumulasi pemakaian energy, tegangan RMS, arus RMS, daya aktif, daya reaktif, daya total, faktor daya, dan frekuensi. Kata kunci: meteran listrik, device addressing, pemakaian energi, Personal Computer
PERANCANGAN ALAT PENCATATAN PEMAKAIAN LISTRIK DIGITAL
HUDARSONO
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Fisika
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2007
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Palembang pada tanggal 24 Agustus 1985 dari pasangan Bapak Husani dan Ibu Helenawati. Penulis merupakan putra kedua dari empat bersaudara. Sejak lahir hingga menyelesaikan pendidikan menegah atas, penulis tinggal di kota Lubuklinggau, Sumatera Selatan. Setelah lulus dari SLTA Xaverius Lubuklinggau, penulis melanjutkan studi di Departemen Fisika, Fakultas MIPA, Institut Pertanian Bogor. Selama mahasiswa, penulis juga aktif dalam mengikuti Program Kreativitas Mahasiswa yang diselenggarakan oleh DIKTI. Selain bidang Fisika, bidang IT (Information Technology) juga sangat diminati oleh penulis sehingga penulis juga mengikuti training CCNA (Cisco Certified Networking Associate) dan juga sebagai asisten dalam training tersebut. Penulis juga telah menulis sebuah buku dalam bidang IT yang sedang dalam proses penerbitan.
Judul Nama NRP
: Peracangan Alat Pencatatan Pemakaian Listrik Digital : Hudarsono : G74103001
Menyetujui :
Mahfuddin Zuhri, M.Si Pembimbing I
Ahmad Aminudin, M.Si Pembimbing II
Mengetahui, Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, M.S. NIP. 131 473 999
Tanggal Lulus :
PRAKATA
Penelitian yang telah diselesaikan ini bertemakan perancangan pencatatan pemakaian listrik digital. Skripsi ini dibuat dalam rangka untuk memperoleh gelar sarjana dari Departemen Fisika IPB Bogor. Skripsi ini telah memuat hal – hal utama dan penting dalam penelitian ini, dan diharapkan karya ini akan berguna untuk perkembangan penelitian selanjutnya. Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah ikut berkontribusi sehingga skripsi dapat selesaikan dalam rangka memperoleh gelar sarjana. Ucapan terima kasih juga penulis haturkan kepada dosen pembimbing yaitu Mahfuddin Zuhri M.Si dan Ahmad Aminuddin M.Si yang telah membimbing selama proses penelitian ini. Dan juga kepada pihak PLN (Pak Ilham dan Pak Boyke) yang telah mendukung penelitian ini, penulis ucapkan terima kasih. Terima kasih juga kepada dosen-dosen lain yang telah memberi masukan dalam penelitian ini, terutama kepada Ardian Arif M.Si dan Irmansyah M.Si selaku dosen penguji. Kepada temanteman bagian instrumentasi yang telah banyak membantu yaitu Rizal dan Subhi, penulis juga ucapkan terima kasih. Akhir kata, semoga hasil penelitian ini dapat digunakan dengan baik ataupun dikembangkan untuk penelitian selanjutnya.
Bogor, Agustus 2007
Penulis
DAFTAR ISI
Halaman DAFTAR ISI …………………………………………………………………………….. vii DAFTAR GAMBAR …………………………………………………………………….. viii DAFTAR TABEL ……………………………………………………………………….. ix PENDAHULUAN ……………………………………………………………………….. Latar Belakang ………………………………………………………………………. Tujuan Penelitian …………………………………………………………………….
1 1 1
TINJAUAN PUSTAKA ………………………………………………………………….. Meteran Listrik Digital ………………………………………………………………. Perhitungan Daya Listrik …………………………………………………………….. Daya Aktif dan Daya Reaktif ………………………………………………………… Daya Aktif ……………………………………………………………………………. Daya Reaktif …………………………………………………………………………. Faktor Daya …………………………………………………………………………… Pengukur Tegangan dan Pengukur Arus ……………………………………………... Pengukur Arus ………………………………………………………………………… Pengukur Tegangan …………………………………………………………………… Standardisasi Meteran Listrik ………………………………………………………… Mixed-Signal Microcontroller MAXQ3120 …………………………………………..
1 1 2 2 2 3 3 4 4 5 5 5
BAHAN DAN METODE …………………………………………………………………. Tempat dan Waktu Penelitian ………………………………………………………… Alat dan Bahan ………………………………………………………………………..
6 6 6
HASIL DAN PEMBAHASAN …………………………………………………………….
9
SIMPULAN DAN SARAN ………………………………………………………………... 13 Simpulan ………………………………………………………………………………. 13 Saran …………………………………………………………………………………… 13 DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………………………………… 13 LAMPIRAN ……………………………………………………………………………….. 14
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Meteran Listrik Digital ………………………………………………………. 2 Gambar 2. Kurva Hubugan Tegangan, Arus, dan Daya …………………………………. 2 Gambar 3. Kurva Hubugan antar Daya, Arus, dan Tegangan …………………………… 3 Gambar 4. Rangkaian Pengukur Arus …………………………………………………… 4 Gambar 5. Rangkaian Pengukur Tegangan ……………………………………………… 5 Gambar 6. Mikrokontroler MAXQ3120 …………………………………………………. 5 Gambar 7. Diagram Blok Front-End MAXQ3120 ………………………………………. 6 Gambar 8. Desain Meteran Listrik Digital ……………………………………………….. 7 Gambar 9. Format Paket Daya ……………………………………………………………. 7 Gambar 10. Desain Sensor Tegangan ……………………………………………………… 7 Gambar 11. Desain Sensor Arus …………………………………………………………… 7 Gambar 12. Rangkaian Pengujian Sensor Tegangan ……………………………………… 8 Gambar 13. Rangkaian Pengujian Sensor Arus …………………………………………… 8 Gambar 14. Diagram Alir Penelitian ………………………………………………………. 8 Gambar 15. Hasil Pengujian Sensor Arus …………………………………………………. 9 Gambar 16. Hasil Pengujian Sensor Tegangan ……………………………………………. 9 Gambar 17. Diagram Alir Kerja DSP ……………………………………………………… 12 Gambar 18. Struktur Program Meteran Listrik …………………………………………….. 13
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1. Tabel 2. Tabel 3. Tabel 4. Tabel 5. Tabel 6. Tabel 7. Tabel 8. Tabel 9.
Data Pengukuran Nilai Offset ADC ………………………………………………. 9 Data Pengukuran Nilai Gain Sensor Tegangan …………………………………… 10 Data Pengukuran Nilai Gain Sensor Arus ………………………………………… 10 Hasil Pengukuran Nilai Offset Sensor …………………………………………….. 11 Hasil Pengukuran Nilai Offset Daya ………………………………………………. 11 Hasil Pengukuran berbagai Beban dengan Power Logic PM800 …………………..11 Hasil Pengukuran berbagai Beban dengan Meteran Listrik Rancangan…………… 11 Hasil Pengukuran Akumulai Pemakaian Energi berbagai Beban selama 15 menit .. 12 Hasil Perhitungan Persentase Perbedaan Hasil Pengukuran terhadap PM800 ……..12
1
PENDAHULUAN Latar Belakang Saat ini, dengan tingkat pertumbuhan penduduk yang tinggi setiap tahunnya, maka kebutuhan akan energi listrik juga semakin meningkat. Kita tahu bahwa energi listrik merupakan salah satu energi yang memegang peranan vital dalam berbagai aspek kehidupan, baik rumah tangga maupun industri. Di Indonesia terdapat sebuah perusahaan negara yang berperan untuk memenuhi kebutuhan semua penduduk akan energi listrik, yaitu dengan cara menyalurkan energi listrik ke pelanggan dengan menggunakan sarana transmisi berupa kabel listrik. Walaupun pembangkit listrik telah mengalami proses swastanisasi, proses distribusi dan layanannya masih dipercayakan pada PLN ( Perusahaan Listrik Negara). Dengan semakin banyaknya pelanggan PLN, maka jaringan distribusi listrik pun akan semakin besar. Semakin besarnya jaringan listrik PLN, maka akan dibutuhkan usaha yang semakin besar untuk pengawasan dan kontrol. Apalagi saat ini proses pengontrolan dan pengawasan masih dilakukan secara manual dengan menggunakan tenaga manusia, sehingga biaya dan waktu yang dibutuhkan akan semakin besar. Semakin maraknya pencurian listrik yang dilakukan baik oleh industri maupun rumah tangga juga perlu menjadi perhatian khusus untuk menghindari kerugian. Walaupun untuk tingkat industri telah diatasi dengan cara menggunakan AMR (Automated Meter Reading) sehingga tingkat pencurian dapat diminimalisir, tapi untuk tingkat rumah tangga masih belum teratasi dengan baik. Mengingat tingginya biaya untuk instalasi AMR ini, maka pemasangan AMR di rumah tangga dirasa kurang efektif. Selain pencurian listrik, kasus human error juga sering menjadi keluhan para pelanggan yaitu kesalahan pencatatan pemakaian listrik oleh pekerja PLN apalagi untuk daerah-daerah yang sulit dijangkau oleh sarana transportasi. Selain itu biasanya keluhan juga timbul akibat waktu pencatatan yang tidak benar-benar tepat waktu oleh pekerja PLN. Kapabilitas PLN untuk menanggapi keluhankeluhan ini juga belum memadai. Hal ini dapat dipahami mengingat sarana dan prasarana yang dimiliki pihak PLN dalam distribusi listrik yang belum benar-benar memadai, sehingga pihak PLN mengalami kesulitan untuk memberikan data-data pemakaian listrik oleh pelanggan secara akurat dan konkret. Ini juga disebabkan karena saat ini meteran listrik yang
digunakan oleh PLN masih berupa meteran listrik analog sehingga belum memiliki kemampuan untuk mengirimkan data secara otomatis melalui jaringan. Tujuan Penelitian Secara umum penelitian ini bertujuan untuk merancang sebuah meteran listrik digital yang mampu membaca berbagai variabel pemakaian energi listrik memungkinkan pengembangan untuk komunikasi dalam jaringan. Dengan adanya fasilitas ini diharapkan dapat : 9 meminimalisir tingkat pencurian listrik dan manipulasi meteran listrik milik PLN, 9 meminimalisir kemungkinan terjadinya kesalahan pencatatan pemakaian listrik, 9 memberikan hasil pengukuran yang lebih akurat, 9 memungkinkan pelanggan mengetahui berbagai informasi mengenai pemakaian beban rumah tangga. TINJAUAN PUSTAKA Meteran Listrik Digital Meteran listrik merupakan sebuat alat yang dirancang agar dapat mengukur energi listrik yang digunakan oleh pemakai listrik. Pada umumnya, meteran listrik dipasang diantara jaringan penyedia listrik dan pemakai, sehingga arus listrik yang digunakan oleh pemakai akan melewati meteran listrik terlebih dahulu untuk diukur. Dengan demikian, semua energi listrik yang dipakai oleh pemakai akan diukur oleh meteran listrik. Biasanya meteran listrik akan mengakumulasi energi total yang digunakan oleh pemakai pada selang waktu tertentu. Pada umumnya meteran listrik terdiri dari dua jenis yaitu meteran listrik analog dan digital. Meteran listrik digital memiliki beberapa kelebihan dibanding meteran analog baik dalam hal akurasi, keamanan maupun dalam hal komunikasi. Meteran listrik digital biasanya menggunakan komponen-komponen elektronik untuk mengukur penggunaan energi listrik dan pengolahan data hasil pengukuran juga dilakukan secara elektronik. Pada umumnya meteran listrik digital menggunakan LCD (Liquid Crsytal Display) sebagai penampil data akumulasi pemakaian listrik dan menggunakan memori elektronik untuk mengakumulasi jumlah pemakaian energi listrik. Salah satu tipe meteran listrik yang banyak dipakai sekarang ini biasanya disebut sebagai KWH Meter (KiloWattHours Meter).
2
KWH Meter mengukur jumlah energi yang dipakai oleh beban dalam satuan KiloWattHour, dimana satu KWH berarti jumlah energi yang setara dengan pemakaian daya satu KiloWatt selama satu jam atau setara dengan 1000 watt x 1 jam x 3600 detik/jam yaitu 3.600.000 joule. Satuan energi yang digunakan dalam pengukuran jumlah pemakaian energi listrik adalah KiloWattHours dimana KiloWatt sendiri adalah satuan daya pemakaian. Jadi energi dapat diperoleh dengan persamaan (1). W = ∫ pdt
tidak akan menghasilkan penggunaan daya yang sesungguhnya dalam watt. Karena pada umumnya, terdapat beban yang bersifat kapasitif atau induktif yang membuat tegangan dan arus tidak sefasa.
(1)
Dalam persamaan (1), W adalah energi, p adalah daya sesaat, dan t adalah selang waktu pemakaian. Jadi Meteran Listrik bekerja dengan cara mengukur daya pemakaian listrik tiap satuan waktu lalu mengintegralkannya selama selang waktu tertentu untuk memperoleh akumulasi pemakaian listrik.
Gambar 1 Meteran Listrik Digital
Perhitungan Daya Listrik Pada awalnya, perhitungan daya ini terlihat sangat sederhana, yaitu bila tegangan dan arus bersifat sinusoidal, maka nilai RMS (RootMeanSquare) nya hanya 1/ 2 kali nilai puncak tegangan dan arus. Dengan mengalikan nilai RMS tegangan dan arus maka akan diperoleh daya dalam watt. Tapi pada kenyataannya, cara seperti ini tidak dapat digunakan dalam perhitungan daya yang digunakan di rumah tangga. Ada dua alasan yang utama yaitu: 9 Tegangan yang ditransimisikan dari perusahaan listrik memang hampir sinusoidal, tapi arusnya belum tentu sinusoidal terutama bila terdapat beban non linear seperti lampu fluororencent, switching power supply membuat arus yang digunakan tidak sinusoidal. Maka mencari nilai RMS arus dengan mengalikan 1/ 2 tidak lagi memenuhi. 9 Walaupun bila ternyata arus bersifat sinusoidal, kecuali tegangan dan arus tepat satu fasa, maka cara sederhana dengan mengalikan nilai RMS tegangan dan arus
Gambar 2 Kurva Hubungan Tegangan, Arus, dan Daya
Daya Aktif dan Daya Reaktif Daya pemakaian listrik sendiri terdiri dari dua bagian yaitu daya aktif (active/real power) dan daya reaktif (reactive power). Secara sederhana, dapat dibayangkan bahwa daya aktif merupakan daya yang dipakai oleh beban sedangkan daya reaktif merupakan daya yang diserap tapi tidak digunakan untuk melakukan kerja karena beban tidak dapat menggunakan semua daya yang disediakan oleh penyedia listrik. Seperti pernyataan dalam sebuah makalah, “Dalam hal daya reaktif, jumlah energi yang mengalir menuju satu arah sama besar dengan jumlah energi yang mengalir dalam arah yang berlawanan. Hal itu berarti bahwa energi tersebut tidak ditransmisikan dan tidak juga diserap”.[13] Daya aktif ini merupakan daya yang digunakan oleh beban resitif murni sedangkan daya reaktif disebabkan oleh adanya beban induktif atau kapasitif (beban reaktif). Beban induktif memiliki daya reaktif yang positif sedangkan beban kapasitif akan memiliki daya reaktif yang negatif. Jadi daya yang digunakan oleh beban untuk melakukan kerja merupakan daya aktif. Dalam perhitungan daya pemakaian oleh pihak penyedia listrik, yang dikenakan biaya hanya daya aktifnya saja. Daya Aktif Pada arus AC (Alternating Current), tegangan bersifat sinusoidal sedang arusnya bisa bersifat sinusoidal ataupun tidak (bila terdapat beban tidak linear). Bila terdapat beban reaktif maka arus dan tegangan akan mengalami pergeseran fasa sebesar φ . Pada
3
dasarnya dalam pengukuran daya, tegangan dijadikan sebagai referensi fasa. Jadi tengangan dan arus AC dideskripsikan dengan persamaan: v = Vm sin(ωt )
(2)
i = I m sin(ω t + φ )
(3)
daya rata-rata tiap periode dapat dikalkulasi bila nilai tegangan dan arus selama periode tersebut diketahui.
sehingga daya sesaatnya adalah : p = vi = V m I m sin ωt sin(ωt + φ )
(4)
dimana p, v, i adalah fungsi dari waktu. Kurva untuk p, v, i dapat digambarkan seperti pada Gambar 3. Jadi, luas total yang dilingkupi oleh kurva daya sesaat selama satu periode menunjukkan jumlah energi yang diberikan ke beban selama periode tersebut. Pada saat φ = 0 (beban bersifat resitif murni) maka luas daerah dibawah kurva akan bernilai nol. Tapi saat sudut φ meningkat, maka luas daerah kurva yang negatif akan meningkat sampai pada
φ = π 2 (beban bersifat reaktif murni) maka
luas daerah yang positif dan negatif akan sama, sehingga luas totalnya adalah nol. Ini menunjukkan bahwa tidak ada energi yang netto yang digunakan oleh beban. Pada umumnya, nilai φ akan selalu berkisar
− π2 ≤ φ ≤
π 2
, sehingga luas total daerah yang
dilingkupi kurva tidak akan pernah negatif. Daya aktif yang digunakan oleh beban sama dengan luas total daerah yang dilingkupi kurva daya p (daya sesaat) selama satu periode seperti pada Gambar 3, dibagi periodenya. Jadi dengan kata lain, daerah kuning pada Gambar 3 merupakan luas totalnya selama satu periode setelah dikurangi daerah biru yang dibawah sumbu x. Persamaan (4) untuk perhitungan daya dapat dirubah sehingga menggunakan kuantitas yang lebih terukur seperti pada persamaan (5). p = 12 Vm I m (cos φ − cos( 2ωt + φ ))
(5)
Jika T adalah periode dari p , maka daya aktif periodiknya dapat dihitung dengan persamaan (6). T
preal =
1 pdt = 12 Vm I m cos φ = VI cos φ T ∫0
(6)
Dalam persamaan (6) tersebut, V dan I adalah besaran RMS (Root Mean Square) dari tegangan dan arus. Dengan demikian, nilai
Gambar 3 Kurva Hubungan antar Daya, Arus, dan Tengangan
Daya Reaktif Perhitungan daya reaktif yang digunakan oleh beban tidak begitu sederhana. Pertama, telah diketahui bahwa untuk tegangan dan arus sinusoidal, daya reaktif dapat dihitung dengan: Preaktif = VI sin θ
(7)
dimana V dan I adalah nilai RMS dan θ adalah beda fasa antara tegangan dan arus. Selain perhitungan daya reaktif dengan cara diatas, dapat juga mengkalkulasi daya reaktif dengan persamaan (8).
Preaktif = Ptotal 2 − Paktif
2
(8)
Faktor Daya Faktor daya (PF) didefinisikan sebagai rasio antara daya aktif (daya yang digunakan oleh beban) terhadap daya total (daya yang ditransmisikan pada beban). Faktor daya juga disebut sebagai cos φ . Faktor daya sendiri ada dua jenis, yaitu true power factor dan displacement power factor. ¾ True power factor merupakan rasio antara nilai RMS daya aktif dan daya total atau daya efektif. ¾ Displacement power factor merupakan nilai cosinus dari perbedaan fasa antara tegangan dan arus.[18] Nilai true PF ini dapat lebih rendah dari displacement PF untuk jenis beban tertentu, tapi seringkali mendekati sama[12]. Untuk menghitung nilai true PF dapat dilakukan dengan persamaan (9). Paktif TruePF = (9) Ptotal
4
Pengukuran Tegangan dan Arus Agar dapat menghitung jumlah pemakaian daya listrik, maka perlu mengetahui tengangan dan arus yang melewati beban. Dalam meteran listrik terdapat komponen yang berfungsi untuk mengukur tengangan dan arus yang menuju beban pada setiap saat, sehingga data pengukuran tengangan dan arus ini akan diproses di dalam blok prosesor pada meteran listrik untuk menghitung jumlah pemakaian daya dan energi total yang digunakan oleh beban. Komponen yang berfungsi untuk mengukur tegangan AC pada jala-jala listrik disebut transduser tegangan (Voltage Transducer), sedangan untuk mengukur besar arus AC yang melewati beban digunakan sensor arus berupa current transformer. Pengukur Arus Pengukur arus atau sensor arus yang dapat digunakan untuk keperluan meteran listrik ada beberapa jenis seperti resistor shunt, current transformer (CT) dan Hall Effect current sensor. Resistor shunt merupakan metode pengukuran arus secara langsung (arus yang akan diukur dilewatkan pada resistor), sedangkan current transformer dan Hall-Effect sensor merupakan metode tak langsung (memanfaatkan medan magnet yang ditimbulkan dari arus AC yang mengalir dekat sensor). Pengukuran arus tak langsung akan lebih baik karena mengurangi disipasi daya pada sensor dan juga memiliki akurasi dan stabilitas terhadap temperatur yang lebih baik. Oleh karena itu, dalam penelitian ini digunakan sensor arus jenis Current Transformer (CT). Current transformer berfungsi untuk mengukur besar arus AC yang mengalir pada sebuah penghantar dengan memanfaatkan medan magnet yang ditimbulkan oleh arus tersebut, sehingga tidak diperlukan kontak langsung antara penghantar dan CT. Arus sekunder yang dihasilkan oleh CT akan proporsional terhadap arus primer yang melewatinya dimana perbedaan fasa antara arus primer dan sekunder mendekati nol[19]. Selain dalam hal akurasi, keuntungan utama menggunakan CT adalah dari segi keamanan, karena apapun yang terjadi pada arus primer, bagian sirkuit sekunder akan tetap terlindung dari tegangan tinggi, sehingga dapat melindungi perangkat meteran listrik terhadap tegangan tinggi. Prinsip kerja CT ini sesuai dengan Hukum Lens, dimana perubahan besar medan magnet yang ditimbulkan arus listrik disekitar kumparan, akan menghasilkan arus listrik pada kumparan yang menimbulkan medan magnet baru dengan arah melawan perubahan medan
magnet sebelumnya. Jadi pada CT ideal, arus sekunder akan sama dengan arus primer setelah dikalikan dengan turn ratio CT tapi arahnya berlawanan. Dimana turn ratio merupakan perbandingan jumlah lilitan sekunder/ lilitan primer.
TurnRatio(r ) =
N sec N primer
(10)
Contoh rangkaian pengukur arus dengan CT terlihat seperti Gambar 4. Pada Gambar 4, Vo adalah tegangan keluaran (mV), Io adalah arus primer, Is adalah arus sekunder, dan Ro adalah Burden Resistor. Burden Resistor ini diperlukan untuk mengubah arus sekunder menjadi tegangan, sehingga output dari sensor arus ini adalah tegangan, bukannya arus. Dengan demikian, arus sekunder (Is) dapat dihitung dengan :
Is =
I0 TurnRatio(r )
(11)
Sehingga tegangan output (Vo) dapat dihitung dengan : V0 = I s Ro
(12)
Dengan menggabungkan persamaan (11) dan (12) akan diperoleh hubungan antara tegangan output (Vo) dengan arus primer (Io).
V0 =
Ro I0 TurnRatio(r )
(13)
Gambar 4 Rangkaian Pengukur Arus
Dari persamaan (13) tersebut, maka terlihat jelas bahwa nilai tegangan keluaran (Vo) dari sensor arus akan sebanding dengan nilai arus primer yang mengalir (Io). Karena arus primer yang melewati sensor arus merupakan arus AC (bolak-balik) secara sinusoidal, maka tegangan keluaran dari sensor arus juga akan sinusoidal. Sehingga agar tegangan keluaran sensor arus yang berupa sinyal analog dapat diolah untuk perhitungan daya, maka perlu dikonversi ke dalam bentuk digital terlebih dahulu.
5
Pengukur Tegangan Pada dasarnya, untuk mengukur tegangan tidak dibutuhkan sensor karena besaran yang diukur telah berbentuk tegangan sehingga tidak lagi dibutuhkan sensor untuk mengkonversi besaran fisik ke besaran elektrik (tegangan). Hanya saja untuk pengukuran tegangan yang cukup tinggi seperti tegangan jala-jala listrik yang berkisar 220 V rms, maka diperlukan rangkaian tambahan untuk mengkondisikan tegangan tersebut agar cukup rendah sehingga dapat diukur tanpa merusak rangkaian elektronik yang lain. Rangkaian ini dinamakan Voltage Transducers. Voltage transducers dapat berupa rangkaian pembagi tegangan sederhana seperti tampak pada gambar 2.6. R
R
R
R
Vinput Vout Ro Ground
Gambar 5 Rangkaian Pengukur Tegangan
Tegangan keluaran dari rangkaian diatas dapat dihitung dengan :
Vout =
Ro Vinput 4 R + Ro
(14)
Rangkaian diatas menggunakan empat buah resistor dengan besar yang sama daripada hanya satu resistor saja dengan besar 4R dikarenakan bila menggunakan empat resistor, maka disipasi daya akan dibagi keempat resistor tersebut sehingga disipasi daya pada tiap resistor tidak akan terlalu besar, untuk mencegah resistor menjadi panas. Karena Vinput adalah tegangan AC yang sinusoidal, maka Vout juga berupa tegangan AC sinusoidal tapi dengan amplitudo yang jauh lebih kecil. Frekuensi Vinput akan sama dengan Vout ,
merupakan komplian meteran listrik untuk pengukuran energi aktif. Standar ini menspesifikasikan beberapa parameter yaitu : ¾ Parameter listrik Parameter ini menspesifikasikan seberapa besar batas maksimum meteran litrik menyerap daya untuk operasionalnya, dan seberapa besar tegangan yang harus dapat ditoleransi oleh meteran listrik tersebut. ¾ Parameter akurasi Parameter ini menspesifikasikan seberapa besar tingkat kesalahan pengukuran yang diperbolehkan dalam berbagai kondisi. ¾ Parameter kompatibilitas elektromagnetik Parameter ini menspesifikasikan seberapa besar radiasi elektromagnetik yang dapat diserap dan diemisikan oleh meteran listrik. Tabel standardisasi tersebut dapat dilihat pada Lampiran 1. Mixed-Signal Mikrokontroler MAXQ3120 Mikrokontroler MAXQ3120 merupakan mikrokontroler 16 bit berarsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer) dengan kemampuan tinggi yang menyertakan dua buah input ADC Delta-Sigma 16bit, interface Liquid Crystal Display (LCD) 112 segmen, dan Real-Time Clock dengan baterai. Bentuk fisik dari mikrokontroler ini adalah seperti Gambar 6. Mikrokontroler MAXQ3120 ini sangat reliable untuk aplikasi meteran listrik karena dapat beroperasi pada kecepatan 8 MHz. Selain itu, MAXQ3120 memiliki 16 Kwords memori flash, 256 words RAM, 3 buah timer 16bit, dan 2 Universal Syncronuous/Asyncronuous Receiver/Transmitter (USARTs). Bagian – bagian penting dari mikrokontroller MAXQ3120 ini seperti analog front-end, high speed hardware multiplier, dan realtime clock.
begitu juga dengan fasanya karena pada rangkaian hanya menggunakan hambatan murni. Standardisasi Meteran Listik Dalam pembuatan meteran listrik, terdapat standar-standar yang harus dipenuhi agar meteran listrik tersebut layak untuk diaplikasikan secara luas. Salah satu standar untuk meteran listrik yang digunakan di seluruh dunia adalah standar IEC61036 yang
Gambar 6 Mikrokontroler MAXQ3120
Analog Front-End Bagian analog front-end dari MAXQ3120 adalah seperti terlihat pada gambar 2.9. Dua channel input (AN0 dan AN1) untuk konversi data analog (ADC Delta-
6
Sigma) bekerja secara parallel dengan kecepatan sama. Selain itu juga dilengkapi dengan blok koreksi fasa untuk mengkoreksi adanya phase-sift diantara kedua channel yang disebabkan oleh rangkaian luar. Buffer untuk koreksi fasa bekerja secara digital dengan cara menunda arus data dari salah satu channel
terhadap channel lain hingga 140 bit. Modul ADC ini dapat melakukan sampling setiap 48us, sehingga dalam 1 detik dapat dilakukan pengambilan sample sebanyak 20833 sample dengan range input -1 sampai 1V dengan resolusi 16 bit.
Gambar 7 Diagram Blok Front-End MAXQ3120
Modul Pengali Berkecepatan Tinggi (HighSpeed Hardware Multiplier) MAXQ3120 juga dilengkapi dengan modul pengali untuk mengalikan data digital keluaran dari dua channel ADC. Modul ini dapat melakukan operasi pengalian dengan cepat, operasi pengkuadratan, operasi pengakumulasian, dan dapat melakukan operasi pengalian dengan pengakumulasian dua data 16 bit (16bit × 16bit ) hanya dalam satu siklus operasi. Modul ini memiliki register akumulator 40 bit.
dibutuhkan penelitian ini adalah 12 bulan yaitu dari bulan Juli 2006 hingga bulan Juli 2007.
Real-Time Clock Mikrokontroler MAXQ3120 memiliki sistem pencatatan waktu secara biner yang berfungsi sebagai jam, sehingga dapat dijadikan sebagai acuan waktu. Resolusi dari jam biner MAXQ3120 mencapai 1/256 detik. Jam ini terbuat dari pencacah detik 32 bit, sehingga mampu mencacah hingga 136 tahun dan dapat dikonversi ke dalam format kalender dengan software aplikasinya
Bahan – bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain : 1. Modul evaluasi MAXQ3120 + JTAG 2. Modul sensor arus dan tegangan 3. Modul display 4. Modul catu daya DC 5V 5. Modul AC-MIO Transceiver
BAHAN DAN METODE Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilakukan pada Lab Fisika Lanjut, Lab Mikroprosesor dan Lab Software Departemen Fisika IPB. Waktu yang
Alat dan Bahan Alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain : 1. Personal Computer (PC) 2. Multimeter digital 3. Peralatan solder 4. Catu daya AC/DC digital 5. Rheostat 6. Protoboard dan alat pendukung lain
Metode Penelitian Penelitian dilakukan dalam beberapa tahapan yaitu : 1. Melakukan studi literalur melalui internet dan melakukan survei ke beberapa kantor PLN untuk memperoleh gambaran rancangan meteran listrik yang sesuai kebutuhan. 2. Membuat desain meteran listrik digital.
7
3.
Membuat desain masing – masing modul seperti modul sensor, modul display, modul EEPROM, dan modul catu daya. + ADC0 100kΩ
220 Vrms
10nF
100kΩ
100kΩ
100kΩ 100nF
1.00kΩ
10nF
- ADC0 100nF
1.00kΩ
Gambar 8. Desain meteran listrik digital
Meteran listrik digital yang didesain menggunakan mikrokontroler MAXQ3120 sebagai komponen utama. Dua buah sensor yaitu sensor arus dan tegangan dipasang untuk mengukur besar arus dan tegangan yang mengalir, dimana keluaran dari sensor akan dikonversi oleh ADC ke format digital dengan metode Delta-Sigma 16 bit. Lalu hasil konversi akan diolah oleh 16-Bit RISC CPU yang meliputi perhitungan Vrms, Irms, daya aktif, daya reaktif dan pemakaian energi total. Pada meteran listrik juga dipasang modul EEPROM untuk menyimpan data hasil pengukuran dan data kalibrasi agar tidak hilang saat listrik padam. Selain itu, pada modul EEPROM ini juga terdapat baterai yang akan menjaga agar RTC (Real Time Clock) pada MAXQ3120 tetap berjalan walaupun listrik padam. Untuk keperluan komunikasi, meteran listrik dapat berkomunikasi lewat serial port RS232, dimana melalui port RS232 ini dapat dilakukan kalibrasi ataupun pembacaan data dari meteran listrik. Jenis komunikasi yang dilakukan adalah komunikasi asinkron dengan menggunakan paket data. Format dari paket data ini dapat dilihat pada Gambar 9.
Gambar 10. Desain Sensor Tegangan
CURRENT_XFORMER
2500:1
10nF
220V RMS 330 Ω
- ADC1 825Ω 10nF
Gambar 11. Desain Sensor Arus
Sensor tegangan telah didesain agar masih dapat mengukur kenaikan tegangan hingga 115% dari tegangan standar yaitu 220 Vrms, berdasar pada standar IEC61036. Pada saat tegangan input maksimum maka tegangan outputnya : Vout =
1KΩ × 115% × 220Vrms = 0,630Vrms 401KΩ
Sehingga range osilasi maksimum pada input ADC adalah 0,630V × 2 = 0,891V . Nilai ini masih berada dalam range input ADC yaitu -1 sampai 1V. Sedangkan sensor arus didesain agar meteran listrik dapat membaca arus hingga 5A (1200W), dimana pada saat arus maksimum, tegangan outputnya adalah
Format paket data ke meteran
V out = Format paket data reply dari meteran
4. 5. Gambar 9. Format Paket Data
+ ADC1 825Ω
Jala listrik
5A × 330 Ω = 0,66V rms 2500
Jadi saat arus masukan maksimum, range osilasi maksimum pada input ADC adalah 0,660V × 2 = 0,933V , masih berada dalam range input ADC. Merakit masing – masing modul Menguji masing – masing modul secara terpisah
8
Pengujian sensor tegangan dan sensor arus dilakukan dengan menggunakan rangkaian seperti pada Gambar 12 dan Gambar 13. Voltmeter (Tegangan Keluaran) Voltmeter (Tegangan Masukan) Sensor Tegangan
9.
Pengambilan data pengujian meteran listrik dengan cara membandingkan dengan perangkat pengukuran standar yaitu Power Logic Power Meter PM800 yang memiliki tingkat error kurang dari atau sama dengan 1%.
Prosedur tahapan – tahapan dalam melakukan penelitian dapat dilihat pada diagram alir yaitu pada Gambar 14.
INPUT OUTPUT
Gambar 12. Rangkaian Pengujian Sensor Tegangan Amperemeter Volmeter (Arus Masukan) (Tegangan Keluaran)
330 Ω
50%
Current Transformer
Rheostat Gambar 13. Rangkaian Pengujian Sensor Arus
6. 7.
Mengintegrasikan seluruh sistem meteran listrik Melakukan kalibrasi meteran listrik Kalibrasi meteran listrik ini meliputi pengukuran nilai offset masukan ADC agar dapat meng-nol-kan nilai output ADC. Selain itu juga perlu dilakukan pengukuran nilai faktor konversi sensor tegangan dan sensor arus. Secara teoretis, nilai faktor konversi dari sensor tegangan dan sensor arus dapat dihitung dari persamaan dibawah ini. I _ Konversi = V _ Konversi =
8.
TurnRatio 2500 = = 7,57 330 Ro Rtotal 401K = 401 R o 1K
Membuat software meteran listrik yang kemudian di-download ke dalam modul MAXQ3120.
Gambar 14. Diagram Alir Penelitian
9
HASIL DAN PEMBAHASAN Bagian yang sangat penting dalam meteran listrik karena berperan besar dalam hal akurasi pengukuran adalah sensor. Sensor arus dan tegangan yang digunakan dalam perancangan meteran listrik ini telah diuji, dimana hasilnya menunjukkan tingkat linearitas yang memenuhi standar. Data hasil pengujian dapat dilihat pada Gambar 15 dan Gambar 16.
Tegangan Output (mV)
Hasil Pengujian Sensor Arus 700,0 600,0
y = 0,1333x + 0,0536
500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0,0 0,0
1000,0 2000,0 3000,0 4000,0 5000,0 6000,0 Arus (mA)
Gambar 15. Hasil Pengujian Sensor Arus
Hasil Pengujian Sensor tegangan
Tegangan Output (mV)
70,0 60,0 y = 2,4834x - 0,1092
meningkatkan tingkat error dalam prngukuran. Oleh karena itu, dalam penelitian ini offset ADC perlu diukur sehingga dapat kemudian dikompensasi pada saat pembacaan data dari ADC. Data hasil pengukuran nilai offset masukan ADC dapat dilihat pada tabel 1. Tabel 1. Data Pengukuran nilai offset ADC
Pengulangan 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Rata - Rata =
Output (Format Desimal) ADC 0 ADC 1 -20 -10 -25 -3 -15 -18 -23 -25 -18 -23 -28 -20 -18 -13 0 -20 -20 -20 -25 -23 -20 -5 -15 -50 -25 -15 -58 -10 -30 -25 -22,7 -18,7
50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
Tegangan Input (V ac)
Gambar 16. Hasil Pengujian Sensor Tegangan
Pada Gambar 15, hasil pengujian sensor arus menghasilkan kemiringan grafik yang hampir sama dengan hasil perhitungan teoretis yaitu 0,132. Sedangkan pada Gambar 16, hasil pengujian sensor tegangan menghasilkan kemiringan grafik yang juga mendekati hasil perhitungan yaitu 2,493. Adanya sedikit perbedaan kemiringan grafis pada hasil pengujian sensor tegangan ini disebabkan oleh penggunaan kapasitor dalam modul sensor tegangan untuk mem-filter noise sehingga akan sedikit mengubah gain sensor tegangan dikarenakan kapasitor juga memiliki reaktansi. Blok ADC dari meteran listrik digital yang dibuat memiliki nilai tegangan offset masukan sehingga walaupun input ADC bernilai nol, output ADC tidak benar- benar nol tapi mendekati nol. Nilai offset ini dapat
Pada Tabel 2 dapat terlihat bahwa ADC 0 yaitu ADC untuk sensor tegangan memiliki keluaran rata–rata -22,7 pada saat tidak ada masukan, sedangkan ADC 1 yaitu ADC untuk sensor arus memiliki keluaran rata-rata -18,7 saat tidak ada masukan. Sehingga pada saat pembacaan nilai ADC, perlu ditambahkan dengan 22,7 pada ADC0 dan 18,7 pada ADC1 sebagai faktor koreksi. Untuk kasus ini, nilai 22,7 dan 18,7 dapat dibulatkan menjadi 23 dan 18 untuk mempermudah pembacaan data tanpa memberi pengaruh yang signifikan karena range nilai ADC mencapai 216 atau 65536, sehingga nilai 0,3 tidak cukup berarti. Selain pengukuran nilai offset masukan ADC, dilakukan juga pengukuran faktor konversi pada sensor arus dan sensor tegangan. Faktor konversi pada sensor tegangan dapat diukur dengan cara memberikan tegangan masukan berupa tegangan DC yang bervariasi sambil mengukur tegangan keluaran ADC-nya. Dengan membandinkan nilai output ADC dan nilai input, maka akan diperoleh besar faktor konversi sensor. Data hasil pengukuran nilai faktor konversi sensor tegangan dapat dilihat pada Tabel 2. Untuk pengukuran faktor konversi sensor arus, tidak dapat dilakukan
10
pengukuran tegangan output ADC secara langsung karena arus input yang diberikan pada sensor arus merupakan arus AC sehingga nilai tegangan output ADC-nya akan berosilasi. Arus input sensor arus perlu menggunakan arus AC karena sensor arus yang digunakan berupa induktor sehingga jika menggunakan arus DC tidak akan diperoleh tengangan output karena arus DC tidak dapat menimbulkan induksi magnet. Jadi tegangan baik pada input sensor maupun output ADC yang diukur merupakan tegangan RMS-nya. Data hasil pengukuran faktor konversi sensor arus dapat dilihat pada Tabel 3. Pengukuran nilai faktor konversi sensor tegangan ini dilakukan dengan
pemberian tegangan masukan sensor yang bervariasi dari 0 – 200 volt. Pengambilan hasil sampling ADC dilakukan 5 kali perulangan. Sedangkan tegangan keluaran ADC (V_ADC0) dihitung dengan cara membagi nilai output ADC dengan 32768 (berlaku untuk ADC 16 bit). Dari data pada Tabel 2, nilai rataan faktor konversi sensor tegangan yang diperoleh adalah 409,14. Nilai ini sedikit lebih tinggi dari perhitungan teoretis yaitu 401. Peningkatan nilai faktor konversi ini disebabkan oleh kapasitor yang dipasang pada keluaran ADC sehingga mengakibatkan adanya reaktansi tambahan pada outputnya yang akan mengurangi nilai tegangan ouputnya.
Tabel 2. Data pengukuran nilai faktor konversi sensor tegangan
V INPUT (V) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
1 -17 1585 3193 4803 6398 8038 9618 11215 12833 14440 16115
Output ADC 0 2 3 4 26 5 3 1583 1615 1598 3163 3193 3193 4828 4828 4813 6413 6418 6408 7993 8023 8025 9593 9620 9623 11238 11213 11230 12823 12820 12845 14433 14450 14430 16080 16095 16100
5 3 1583 3190 4793 6410 8018 9603 11213 12830 14408 16065
V_ADC0 (V) 0,049 0,097 0,147 0,196 0,245 0,293 0,342 0,392 0,440 0,491 Rataan = Standar Deviasi =
Rataan 4 1593 3186 4813 6409 8019 9611 11222 12830 14432 16091
V_Konversi 411,45 411,35 408,49 409,00 408,61 409,11 408,80 408,64 408,69 407,28 409,14 1,29
Tabel 3. Data pengukuran nilai faktor konversi sensor arus
I INPUT (A) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
OUTPUT ADC 1 (V) 0,013206 0,026572 0,039123 0,051428 0,064259 0,076094 0,088217 0,102084 0,113889 0,125651 Rataan = Standar Deviasi =
Pengukuran nilai faktor konversi sensor arus dilakukan dengan mmberi masukan arus AC yang besarnya bervariasi pada sensor arus, yaitu antara 0,1 – 1 A. Dari
I_Konversi 7,572 7,527 7,668 7,778 7,781 7,885 7,935 7,837 7,902 7,959 7,784 0,151
data-data yang diperoleh, nilai rataan faktor konversi untuk sensor arus adalah 7,784. Nilai ini juga sedikit lebih tinggi dari perhitungan teoretis yaitu 7,57. Hal ini dapat
11
disebabkan juga karena pemasangan kapasitor pada keluaran sensor arus sehingga menyebabkan adanya reaktansi tambahan pada output yang akan mengurangi tegangan outputnya. Selain pengukuran nilai tegangan offset ADC seperti penjelasan sebelumnya, perlu juga dilakukan pengukuran nilai offset yang berasal dari modul sensor. Hal ini karena walaupun saat sensor tidak diberi beban, sensor menghasilkan keluaran yang tidak nol, sinyal ini bisa disebut sinyal offset sensor. Untuk mengkoreksi penyimpangan hasil pengukuran akibat sinyal offset sensor, maka dilakukan pengukuran besar sinyal offset sensor setiap satu periode yang kemudian nilai ini akan digunakan untuk mengkoreksi nilai hasil pengukuran. Yang diukur adalah sinyal offset sensor tegangan dan arus dalam setiap siklus keluaran dari ADC, yaitu ∑V 2 dan ∑I 2 hasil keluaran
Dengan adanya sinyal offset dari sensor arus dan tegangan ini, maka besaran ini juga akan terakumulasi saat perhitungan daya real, hal ini akan mengurangi akurasi hasil pengukuran daya. Oleh karena itu, dilakukan juga pengukuran nilai offset daya real dalam setiap siklus, yang disebabkan oleh nilai offset sensor ini. Pengukuran dilakukan dalam kondisi sensor tanpa beban. Hasil pengukuran dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5. Hasil pengukuran nilai offset daya (Data ini diperoleh dari hasil keluaran ADC)
Perulangan 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Rata-Rata
sensor saat tidak ada beban pada sensor. Hasil pengukuran dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Hasil pengukuran nilai offset sensor (Data ini merupakan nilai keluaran dari ADC)
Perulangan
∑V 2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Rata-Rata
∑I2
8527 12436 7358 11645 13922 10755 5029 10441 7591 8559 9626,3
50420 42065 42778 58224 44602 52726 55422 45650 49716 52729 49433,2
∑ VI 2770028 2159128 1140865 2701991 1632458 2983316 3254360 539747 3167128 2747874 2309689,3
Nilai – nilai offset rataan pada Tabel 3, 4, dan 5 ini kemudian akan dijadikan nilai koreksi dari akumulasi arus, tegangan, dan daya setiap siklus. Setelah proses kalibrasi selesai dilakukan, maka dilakukan proses pengujian. Pengujian dilakukan dengan cara membandingkan hasil pengukuran dari meteran listrik hasil rancangan dengan meteran listrik standar, yaitu Power Meter (Power Logic PM800) yang memiliki tingkat akurasi 1 %.
Tabel 6. Hasil pengukuran berbagai beban dengan Power Logic PM800 Beban Solder Standing Fan Table Fan
I RMS (mA) 119 169 161
P real (W) 24,8 30,9 19,2
P reaktif (VAR) 11,0 22,6 31,3
P total (VA) 25,7 38,0 36,9
PF (Power Factor) 0,915 0,891 -0,520
Tabel 7. Hasil pengukuran berbagai beban dengan meteran listrik hasil rancangan Beban Solder Standing Fan Table Fan
I RMS (mA) 117 168 160
P real (W) 24,7 31,0 18,8
P reaktif (VAR) 10,7 22,3 31,1
P total (VA) 25,6 37,8 36,6
PF (Power Factor) 0,917 0,892 0,515
12
Tabel 8. Hasil pengukuran akumulasi pemakaian energi pada berbagai beban selama 15 menit Beban Setrika Solder Standing Fan Laptop Table Fan
PF Referensi 1,000 0,915 0,891 0,680 0,520
Akumulasi Energi ( Watt – Hours) Meteran Listrik Power Logic PM800 35,7 36,2 6,04 6,04 7,76 7,80 7,46 7,48 4,63 4,71
Error (%) 1,38 0,00 0,51 0,27 1,69
Tabel 9. Hasil perhitungan persentase perbedaan hasil pengukuran terhadap PM800 Beban Solder Standing Fan Table Fan
I RMS (%) 1,68 0,59 0,62
P real (%) 0,40 0,32 2,08
Perbandingan antara hasil pengukuran dengan meteran listrik hasil rancangan dan instrumen ukur standar dapat dilihat pada Tabel 6 dan Tabel 7. Dari data tersebut dapat dilihat bahwa rata-rata hasil pengukuran cukup akurat, hanya pada beberapa bagian ada penyimpangan yang lebih besar dari 1%. Penyimpangan ini kemungkinan disebabkan oleh kurang tepatnya pembacaan nilai, dikarenakan pemakaian beban yang cukup fluktuatif. Hasil pengukuran akumulasi energi baik dengan instrumen standar maupun dengan meteran listrik hasil rancangan dapat dilihat pada Tabel 8. Hasil pengukuran cukup akurat untuk berbagai beban, kecuali pada beban berupa table fan (kipas meja). Faktor utama yang diduga menyebabkan hal ini adalah akibat beban ini bersifat sangat induktif dengan nilai PF(Power Factor) yang cukup rendah yaitu 0,520. Dari data terlihat bahwa tingkat error pada pengukuran daya real juga meningkat saat beban bersifat sangat induktif. Sehingga sangat masuk akal bahwa penyimpangan dari pengukuran daya real ini akan berimbas pada penyimpangan saat proses akumulasi energi yang pada dasarnya merupakan proses integrasi dari daya real terhadap waktu. Semua proses perhitungan daya, tegangan, arus, energi dan power factor ini dilakukan oleh sebuah program DSP (Digital Signal Processing) yang dieksekusi oleh prosesor. Secara sederhana, DSP akan mengakumulasi daya ( ∑ VI ), kuadrat arus dan kuadrat tegangan ( ∑ V 2 dan ∑ I 2 ) setiap
P reaktif (%) 2,72 1,33 0,64
P total (%) 0,39 0,53 0,81
PF (%r) 0,22 0,11 0,96
waktu, sambil menunggu request dari bagian lain untuk perhitungan nilai RMS, daya atau energi. Saat terjadi request, maka request akan dilayani oleh DSP selama masa tidak sibuk (tidak sedang melayani interrupt). DSP akan menyimpan variabel – variabel yang akan diperlukan untuk perhitungan RMS, daya, frekuensi, maupun faktor daya, sehingga saat terjadi request maka DSP dapat segera mengkalkulasi nilai yang di-request.
Gambar 17. Diagram Alir Kerja DSP
13
Secara garis besar, struktur program meteran listrik yang dibuat tampak seperti Gambar 16.
3.
meminimalkan noise yang masuk ke ADC. Perhitungan pergeseran fasa antara V dan I akibat rangkaian sensor perlu lebih akurat dengan peralatan yang lebih baik.
DAFTAR PUSTAKA
Gambar 18. Struktur Program Meteran Listrik
Jika ada request dari serial RS-232, maka request tersebut akan diterima oleh SerialCom, lalu SerialCom akan mengirimkan request tersebut ke SerialService untuk diterjemahkan. Kemudian SerialService akan mengintruksikan kepada DSP untuk memberikan data sesuai dengan yang request, dan memformat data tersebut bersamaan dengan data tanggal dan waktu yang diperoleh dari RTC sebelum dikirimkan kembali melalui SerialCom. Setiap blok routine pada Gambar 18 memiliki prioritasnya masing-masing.
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan 1. Secara umum meteran listrik yang dirancang telah berfungsi dengan baik dengan tingkat akurasi lebih dari 99%. 2. Pada beban yang sangat induktif terjadi penurunan tingkat akurasi pengukuran hingga 98%. 3. Dengan tingkat efisiensi software DSP yang dibuat, sampling rate ADC mencapai lebih dari 385 sample/siklus. Saran 1. Untuk penelitian selajutnya, sampling rate ADC dapat ditingkatkan hingga 417 sample/siklus dengan lebih mengefisienkan software DSP. Secara sederhana dapat dilakukan dengan tidak mengakumulasi I2 dan V2 setiap saat, melainkan hanya diakumulasi berdasarkan request. 2. Tingkat akurasi pengukuran juga dapat ditingkatkan dengan membuat modul sensor yang lebih baik sehingga dapat
[1] _____. 2005. High-Precision ADC Mixed Signal Microcontroller. Maxim, Inc [2] _____. 2005. MAXQ3120 Evaluation Kit. Maxim, Inc [3] _____. 2006. MAXQ3120 Electricity Meter Reference. Maxim, Inc [4] _____. 2005. Single Phase, Bidirectional Power/Energy IC. Cirrus Logic, Inc. [5] _____. 2004. AVR465 : Single-Phase Power/Energy Meter with Tamper Detection. Atmel Corporation [6] _____. 2005. Introduction to Utility Metering Tutorial. Microchip Technology, Inc [7] _____. 2006. Single-Phase Energy Meter with Tamper Detection based on ST7FLITE2x. ST Electronics [8] _____. 2000. Power Factor. USA: Osram Sylvania. [9] English, Stephen T. A Low Cost WattHour Meter based on the ADE7757. Analog Device, Inc. USA. [10] English, Steven and Dave Smith. 2001. Power Meter Reference Design based on the ADE7756. Analog Device, Inc. USA [11] General, Ariel. Current-Sense Transformer Application Design Guidelines. Datatronic Distribution, Inc [12] Grady, W Mack and Robert J Gilleskie. 1993. Harmonics and How They Relate to Power Factor. San Diego. [13] Jayaraman. Reactive Power. Kochi Refineries, Ltd. Japan. [14] King, Craig L. 2005. IEC Compliant Active-Energy Meter Design Using the MCP3905/6. Microchip Technology, Inc [15] Koon, William. 2001. A TamperResistent Watt-Hour Energy Meter based on the AD7751 with a Current Transformer and a Low Resistant Shunt. Analog Device, Inc. USA. [16] Mouline, Etienne. 2002. Measuring Reactive Power in Energy Meter. Analog Device, Inc. USA.
14
[17] Sauer, Peter W. 2003. What is Reactive Power?. Urbana-Champaign : University of Illionis. [18] Power Factor Effect. http:// EnergyIdeas.org [19] Current Transformer, Voltage Transformer, and Instrument Transformer. http://www.kappaelectricals.com
LAMPIRAN Lampiran 1. Source code DSP (Digital Signal Processing) //
DSP (Digital Signal Processing) Routine
#include "MAXQ3120.h" #include "AMR.h" #include <math.h>
//constant static float V_gain, I_gain; static int OFF_ADC0,OFF_ADC1; static float POWER_CONSTANT, V_CONSTANT, I_CONSTANT, ENERGY_CONSTANT; static static static static static static static static
int sample_count, energy_sample, data_count, cycle_count; char sample_neg, zero_crossf, timer0_count; int prev_sample_i, prev_sample_v; long long realpowerE_sum,realpower_sum; long long v2_sum,i2_sum,v2_acc,i2_acc; sign_mac realpower_acc; int frecuency; float Energy;
void accumulateRealPower(int i_sample, int v_sample) { initMAC(MULTIPLY_ADD); preloadMAC(realpower_acc.Byte); realpower_acc.Byte = getMAC(v_sample, i_sample); }
void accumulateV2(int v_sample) { initMAC(SQUARE_ADD); preloadMAC(v2_acc); v2_acc = getSQUARE(v_sample); }
void accumulateI2(int i_sample) { initMAC(SQUARE_ADD); preloadMAC(i2_acc); i2_acc = getSQUARE(i_sample); }
void LineCycleRoutine(void) { v2_sum = v2_acc; i2_sum = i2_acc; v2_acc = 0; i2_acc = 0; if ( realpower_acc.byte_array[2] == 0xFF) { realpower_acc.byte_array[3] = 0xFFFF; realpower_acc.byte_array[2] = 0xFFFF; } realpowerE_sum += realpower_acc.Byte; realpower_sum = realpower_acc.Byte; data_count = sample_count; realpower_acc.Byte = 0; sample_count = 0; }
void ZeroCrossingDetector(int sampleADC) { if (sampleADC < 0) { if((zero_crossf > 0) && (sample_count < 50)) return; // remove sero_cross by noise sample_neg = 1; } if ((sampleADC >= 0) && sample_neg) { if ((zero_crossf > 0) && (sample_count < 50)) return; // remove sero_cross by noise zero_crossf++; if(zero_crossf == 1) { startTimer1(); // timing for kwh calculation startTimer0(); // timing for frecuency calculation } if(zero_crossf > 1) { LineCycleRoutine(); // Save accumulated variabel cycle_count +=1; // count cycle for frequency } sample_neg = 0; } } float GetPower(char p_opt) { switch(p_opt) { case 0: return Get_RealPower(); break; case 1: return Get_TotalPower(); break; case 2: return Get_ReactivePower(); break; } }
float Get_RealPower() { return (realpower_sum * POWER_CONSTANT)/data_count ; } float Get_TotalPower() { float V_RMS,I_RMS; V_RMS = GetRMS(RMS_VOLTAGE); I_RMS = GetRMS(RMS_CURRENT); return V_RMS * I_RMS; } float Get_ReactivePower() { float RealPower, TotalPower; RealPower = Get_RealPower(); TotalPower = Get_TotalPower(); return sqrt( pow(TotalPower,2) - pow(RealPower,2) ); } float Get_PowerFactor() { float TotalPower, RealPower; RealPower = Get_RealPower(); TotalPower = Get_TotalPower(); return RealPower/TotalPower; }
float Get_Energy() { return Energy; } int Get_Frecuency() { return frecuency; } float GetRMS(char rms_opt) { if(rms_opt == RMS_VOLTAGE) { return sqrt( ((float)v2_sum/sample_count)) * V_CONSTANT; // 140 } if(rms_opt == RMS_CURRENT) { return sqrt( ((float)i2_sum/sample_count)) * I_CONSTANT; // 140 } } void adc_interrupt(void) __interrupt { int sample_v,sample_i; float Energy_seq; sign_mac realpower_seq; switch(IIR & 0x0E) { case IIR_II1: case (IIR_II1 | IIR_II3): if((++timer0_count)== 11) { frecuency = cycle_count; cycle_count = 0; timer0_count = 0; } setTimer0(0x1342); T0CN &= ~0x20; break;
// reset timer // clear timer0 flag
case IIR_II2: case (IIR_II2 | IIR_II3): case (IIR_II1 | IIR_II2): case (IIR_II1 | IIR_II2 | IIR_II3): // converting 32 bit variabel to 40 bit in 2'complement format realpower_seq.Byte = realpower_acc.Byte; if ( realpower_seq.byte_array[2] == 0xFF) { realpower_seq.byte_array[3] = 0xFFFF; realpower_seq.byte_array[2] = 0xFFFF; } // calculate energy usage for 50 ms duration Energy_seq = ((realpowerE_sum+realpower_seq.Byte) * ENERGY_CONSTANT)/ energy_sample; //120 10 realpowerE_sum = - realpower_seq.Byte; //22 Energy += Energy_seq; // accumulate energy usage energy_sample = 0; T1CN &= ~0x80; break; case IIR_II3: sample_v = ADC0 - OFF_ADC0; sample_i = ADC1 - OFF_ADC1; ZeroCrossingDetector(sample_v); // check if zero crossed if (!zero_crossf) return; sample_count++; energy_sample++; accumulateI2(sample_i); accumulateV2(sample_v); accumulateRealPower(sample_v,sample_i); break; } }
void initDSP() { v2_sum = 0; v2_acc = 0; i2_sum = 0; i2_acc = 0; realpower_sum = 0; realpowerE_sum = 0; sample_count = 0; energy_sample = 0; energy_sample = 0; sample_neg = 0; zero_crossf = 0; cycle_count = 0; timer0_count = 0; V_gain = 409.1426; I_gain = 7.784; OFF_ADC0 = -23; OFF_ADC1 = -19; POWER_CONSTANT = (float)V_gain*I_gain/1073741824; V_CONSTANT = (float)V_gain/32768; I_CONSTANT = (float)I_gain/32768; ENERGY_CONSTANT= (float)POWER_CONSTANT * 0.05/3600; setIV(adc_interrupt); IC |= 0x01; }
// define interrupt vector // enable global interrupt
Lampiran 2. Datasheet Modul MAXQ3120 Rev 0; 10/05
MAXQ3120 Evaluation Kit The MAXQ3120 evaluation kit (EV kit) is a proven platform to conveniently evaluate the capabilities of the MAXQ3120 dual analog-to-digital converter (ADC) microcontroller. The kit contains the MAXQ3120 with the ADC inputs and spare GPIO pins brought out to headers, a JTAG programming interface, an on-board 3.3V power supply, and a 3.5 digit LCD. With the included serial-to-JTAG interface board, JTAG cable, and an RS-232 cable connected to a Windows®-compatible computer, the kit provides a completely functional system ideal for evaluating the MAXQ3120.
Evaluation Kit Contents ♦ MAXQ3120 Evaluation Kit Board with Processor and 8MHz Crystal Installed ♦ Serial-to-JTAG (MAXQJTAG) Interface Board, Serial Cable, and JTAG Cable
Features ♦ Easily Loads Code Using Bootstrap Loader and Serial-to-JTAG Interface Board ♦ JTAG Interface Provides In-Application Debugging Features Step-by-Step Execution Tracing Breakpointing by Code Address, Data Memory Address, or Register Access Data Memory View and Edit ♦ Static 3.5 Digit LCD Display Driven Directly by MAXQ3120 ♦ On-Board 3.3V Power-Supply Regulator ♦ EV Kit Board can be Powered Directly Over JTAG Interface or from DC Power Supply ♦ Indicator LED Driven from Port Pin P0.6
♦ MAXQ3120 Evaluation Kit CD
♦ Pushbuttons for Reset, Three GPIO Inputs and One External Interrupt
♦ Third-Party Compiler Tools Evaluation CD(s)
♦ RS-232 Interface Included on Serial Port 1
Ordering Information PART MAXQ3120-KIT
♦ Included Full Board Schematics Provide a Convenient Reference Design
DESCRIPTION
MAXQ is a trademark of Maxim Integrated Products, Inc. Windows is a registered trademark of Microsoft Corp.
MAXQ3120 EV Kit Board MAXQ3120-FFN+
POWER LED
USER SERIAL PORT LCD
PROTOTYPE AREA
SERIAL DEBUG PORT
RESET
JTAG INTERFACE CABLE
5V POWER CONNECTOR JTAG INTERFACE BOARD
Figure 1. MAXQ3120 Evaluation Kit Setup ______________________________________________ Maxim Integrated Products
For pricing, delivery, and ordering information, please contact Maxim/Dallas Direct! at 1-888-629-4642, or visit Maxim’s website at www.maxim-ic.com.
1
Evaluates: MAXQ3120
General Description
Evaluates: MAXQ3120
MAXQ3120 Evaluation Kit Component List SUPPLIER/ PART NUMBER
QTY
Nichicon F931A107MNC
JP9
1
1 x 4 header, 0.1in 3M spaced 929834-02-04
100nF tantalum capacitor
Nichicon F921V104MAA
L1
1
56µH inductor
J.W. Miller 78F560J
1
47µF tantalum capacitor
Nichicon F931A476MCC
R2–R7, R14, R15, R16
9
10kΩ ±5%, 1/8W resistors (0805)
Generic
C4, C5, C6, C7
4
1µF ceramic capacitors (0805)
Generic
R8
1
470Ω ±5%, 1/8W resistor (0805)
Generic
C8–C18
11
100nF ceramic capacitors (0805)
Generic
R10
1
0Ω shunt
—
R18
1
Generic
10nF ceramic capacitor (0805)
2.2Ω ±5%, 1/8W resistor (0805)
Generic S1–S5
5
SPST N/O pushbutton
Omron B3W1052BYOMZ
U1
1
MAX1658 350mA Linear regulator
Maxim MAX1658ESA
U3
1
MAXQ3120 Dual ADC microcontroller
Maxim MAXQ3120-FFN
U5
1
MAXQ3160 Multiprotocol transceiver
Maxim MAX3160CAP
X1
1
32.768kHz, 6pF crystal
Epson C-002RX 32.7680K-E
X2
1
8MHz crystal
Citizen HC49US8.000M ABJ
QTY
C1
1
100µF tantalum capacitor
C2
1
C3
C21
1
DESCRIPTION
C22, C23
2
4.7µF capacitors (0805)
D3
1
Surface-mount red Generic LED (0805)
J4
1
RS-232 DB9 female connector
Generic
AMP 747844-4
1
1 x 2 header, 0.1in 3M spaced 929834-02-02
JP2, JP5
2
1 x 3 headers, 0.1in spaced
JP3
1
2 x 5 header, 0.1in 3M spaced 929836-02-05
JP6
1
Static 3V–5V, 3-1/2 digit LCD
JP1
3M 929834-02-03
Lumex LCDS3X1C50TR/A
DESCRIPTION
SUPPLIER/ PART NUMBER
DESIGNATION
DESIGNATION
TEST MODE SELECT
TEST CLOCK WINDOWS PC
SERIAL (COM) PORT
SERIAL-TO-JTAG INTERFACE ADAPTER
TEST DATA IN
TEST DATA OUT
RS-232 INTERFACE
JTAG/TAP INTERFACE
Figure 2. MAXQ3120 Serial-to-JTAG Interface 2
_____________________________________________________________________
MAXQ3120
MAXQ3120 Evaluation Kit Evaluates: MAXQ3120
+3.3V FIXED POWER SUPPLY 3.5 DIGIT x 7-SEGMENT LCD
8MHz CRYSTAL
PB1
RESET WINDOWS PC WITH SERIAL (COM) PORT (USER SUPPLIED)
POWER SUPPLY 5V DC ±5% > 300mA
MAXQ3120 RS-232
PB2
J1 SERIAL SERIALTOJTAG INTERFACE BOARD
JTAG CONNECTOR
JTAG INTERFACE
JTAG CONNECTOR 32kHz CRYSTAL (FOR REAL-TIME CLOCK)
J2 JH3
RS-232 INTERFACE
PROTOTYPING AREA
PB3 P0.6
PB4
J1 SERIAL
Figure 3. MAXQ3120 Evaluation Kit Functional Layout
Detailed Description This EV kit must be used with the following documents: • MAXQ3120 Data Sheet (www.maxim-ic.com/MAXQ3120) • MAXQ Family User’s Guide (www.maxim-ic.com/MAXQUG) • MAXQ312x User’s Guide Supplement (www.maxim-ic.com/MAXQ3120UG)
The MAXQ3120 EV kit board is fully defined in the included schematic. However, a short description of the major components and connectors of the boards follows.
Power Supplies There are three ways to set up power supplies when using the MAXQ3120 EV kit. The two boards that require power supplies are the MAXQ3120 EV kit board and the serial-to-JTAG interface board.
_____________________________________________________________________
3
Evaluates: MAXQ3120
MAXQ3120 Evaluation Kit Running Both Boards from Separate Power Supplies To run each of the boards from its own power supply, connect supplies as follows. • Connect a 5V ±5% regulated DC wall supply to the J2 power plug of the serial-to-JTAG interface board. • Connect a 3.3V regulated bench supply to test points VCC and GND on the MAXQ3120 EV kit board. Note: When using two power supplies in this manner, the JP3 jumper on the serial-to-JTAG board must be DISCONNECTED. Running Both Boards from a Single Power Supply If the serial-to-JTAG interface board is being used, a single power supply can be used to power both boards as follows. • Connect a 5V ±5% regulated DC wall supply to the J2 power plug of the serial-to-JTAG interface board. • Connect the JH3 jumper on the serial-to-JTAG interface board. Note: Do not connect a power supply to the test points on the MAXQ3120 EV kit when powering the boards in this manner.
Running the MAXQ3120 EV Kit Board from a Single Power Supply If the MAXQ3120 has already been programmed using the JTAG interface, it is possible to disconnect the serial-to-JTAG board and power-up the MAXQ3120 EV kit board on its own. This simply executes the previously loaded firmware, with no possibility of in-application load or debugging. • Connect a 3.3V regulated bench supply to test points VCC and GND on the MAXQ3120 EV kit board.
Internal Power Rail If the MAXQ3120 EV kit is powered from the serial-toJTAG board, it generates a 3.3V internal power rail from the 5V DC input power supply. This supply can be used to provide up to 100mA to circuitry on the prototyping area.
Using the LCD The LCD included on the MAXQ3120 EV kit is a static (nonmultiplexed) 3V display with 3.5 digits of 7 segments each (Figure 4). When the LCD controller is configured to static mode, the display’s segments are memory mapped as noted in Table 1. (Refer to Table 29 in the MAXQ312x Supplement for more details.)
2A
1A
Y
1B
1F
X K
3A
2F C O L
1G
2B
3F
2G
3B 3G
X 1C
1E
2E
3E
2C
DP2
3C
DP3
1D
2D
3D
Figure 4. LCD Configuration
Table 1. LCD Memory Map (Static) REGISTER
BIT 7
BIT 6
BIT 5
BIT 4
BIT 3
BIT 2
BIT 1
BIT 0
LCD0
2G
1G
1F
1E
1D
1C
1B
1A
LCD1
3A
DP2
2F
2E
2D
2C
2B
2A
LCD2
COL
DP3
3G
3F
3E
3D
3C
3B
X
K
Y
LCD3
4
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
P3[7..0]
AN1N AN1P ANON ANOP
2
1
REF
RST 6 8 VCC5 10 GND
GND 2 4 V
JP9
C15 1 100nF 10V 2
P35 P34
C16 1 100nF 10V 2
HEADER 2 x 5 (JTAG)
TDI
KEY
ADC INPUTS
1 2 3 4
9
7
TCK 3 TDO 5 TMS
1
C9 1 100nF 10V 2
DVDD
P31
P32
P30
P33
JP3
3
1 2
JP1
RST
C17 1 100nF 10V 2
C18 1 100nF 10V 2
C22 4.7µF 10V
SPARE GPIO, BATTERY
VBAT
VP50 1
1
1
R10 0Ω
L1 56µH
R18 2.2Ω
C1 1 100µF 10V 2
VP50
2
2
2
1
C23 4.7µF 10V
C2 1 0.1µF 10V 2
TP11 +5V
2
1
TP10 GND
TP9 GND
TP8 GND
U1
C10 100nF 10V
2
1
AVDD
1
1
1
1
GND 8
1
5
4
C21 100nF 10V
SET
OUT5
OUT4
MAX1658 SHDN
IN7
IN6
IN3
TP7 GND
2
7
6
3
TP14 DVDD 1
2
1
DVDD
C3 4.7µF 10V
Evaluates: MAXQ3120
DVDD
MAXQ3120 Evaluation Kit
Figure 5. MAXQ3120 Evaluation Kit Power Schematics—Power, Headers (Sheet 1 of 4)
5
RST
VBAT
P0.5 P0.6 P0.7
C19 22pF 10V
X2 8MHz 1
1
2
1 C20 22pF 10V 2
2
4 5 6 7 8 9 10 11 16 17 18 23
SEG11 SEG10 SEG9 SEG8 SEG7 SEG6 SEG5 SEG4 SEG3 SEG2 SEG1 SEG0 SEG11 SEG10 SEG9 SEG8 SEG7 SEG6 SEG5 SEG4 SEG3 SEG2 SEG1 SEG0
P1.0/SEG19 P1.1/SEG18 P1.2/SEG17 P1.3/SEG16 P1.4/SEG15 P1.5/SEG14 P1.6/SEG13 P1.7/SEG12
21
20
HFXOUT
HFXIN
63 RESET 53 VBAT
76 77 78 79 80 1 2 3
SEG19 SEG18 SEG17 SEG16 SEG15 SEG14 SEG13 SEG12
P0.0/SQW P0.1/RXDO P0.2/TXDO P0.3/INT0/TOG P0.4/INT1/T0 P0.5/INT2/T1 P0.6/T2A P0.7/T2B
U9
MAXQ3120
DGND DGND DGND DGND DGND
64 65 66 67 68 69 70 71
22 DVDD 38 DVDD 60 DVDD 74 DVDD AVDD AGND 52
P0.0 P0.1 P0.2 P0.3
AVDD
44
DVDD
50
_____________________________________________________________________ 19 37 43 59 75
N.C. N.C.
35 36 N.C. N.C.
49 N.C. N.C.
6 72
Figure 6. MAXQ3120 Evaluation Kit Power Schematics—Processor (Sheet 2 of 4) 73
32KOUT
32KIN
VREF AN0+ AN0AN1+ AN1-
62
61
51 46 45 48 47
27 COM0 26 COM1 25 COM2 24 COM3
2
X1 32.768kHz
P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7
40 41 42 54 55 56 57 58
1
SEG20 SEG21 SEG22 SEG23 SEG24 SEG25 SEG26
28 29 30 31 32 33 34 39
12 VLCD 13 VLCD1 14 VLCD2 15 VADJ
P3.0/TDO P3.1/TDI P3.2/TMS P3.3/TCK P3.4 P3.5 P3.6/TXD1 P3.7/RXD1
P2.0/SEG20 P2.1/SEG21 P2.2/SEG22 P2.3/SEG23 P2.4/SEG24 P2.5/SEG25 P2.6/SEG26 P2.7/SEG27
2
1
C8 100nF 10V
AN0P AN0N AN1P AN1N
COM0
VLCD VLCD1 VLCD2 VADJ
P3.0...P3.7
P2.7
SEG[26.0]
Evaluates: MAXQ3120 MAXQ3120 Evaluation Kit
_____________________________________________________________________
VLCD
3
1
2
S5
1
2
4
3
4
1
2
S4
3
4
1
2
S3
3
S1
2
1
4
VADJ
VLCD2
VLCD1
C7 1 1µF 10V 2
2
1 R2 10kΩ 2
1
C6 1 1µF 10V 2
R14 10kΩ 2
1
C5 1 1µF 10V 2
R15 10kΩ
R16 10kΩ
DVDD
C4 1µF 10V
P0.2
P0.1
P0.0
P0.5
SEG[26...0}
2
4
COMO
3
1
2
1
U3 LCD-S3X1C50TR/A
OVER
N.C.
1B COL 2G 2F
DP2 2E 2D 2C
3A
3B
3G
3D
3F
2B
3E 3C
2A
DP3
P0.6
1A
1F
1C
1D
RST
N.C.
DP1
1G
N.C.
N.C. 1E
N.C.
N.C.
N.C.
LOBAT
K N.C.
X
COM
Y
COM
R4 10kΩ
DVDD
20
SEG16
S2
19
SEG17
18
16
SEG22 SEG18
15
SEG10 17
14
SEG11
SEG19
13
SEG12
12
11
SEG2 SEG14
10
9
8
7
6
5
SEG3
SEG4
3
SEG25 4
2
1 SEG24
1
LIFE
2
SEG15
2
R3 2 10kΩ 1
1
D1 RED LED
R8 470Ω
DVDD
SEG20 21
SEG21
SEG9
SEG8
SEG13
SEG7
SEG23
SEG1
SEG0
SEG5
SEG6
SEG26
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
Evaluates: MAXQ3120
DVDD
MAXQ3120 Evaluation Kit
Figure 7. MAXQ3120 Evaluation Kit Power Schematics—LCD, Switches (Sheet 3 of 4)
7
8
RS-485/RS-232 SELECT
9 SHDN
P0.7
Figure 8. MAXQ3120 Evaluation Kit Power Schematics—Serial (Sheet 4 of 4)
_____________________________________________________________________ 1
JP2 1
3 2
3 2
2
2
GND
FAST
HPDLX
HALF/FULL DUPLEX
JP5
R6 10kΩ
1
1 R5 10kΩ
DVDD
DVDD
4
10
12
11 RS-485/RS-232
A/R2IN 13
P0.3
P2.7
8 R0/R2OUT
V-
17
P3.7
MAX3160
U5
B/R1IN 14
C2-
C2+
C1-
20
Y(A)/T2OUT 6
C12 100nF 10V 18
19
3
V+
15 DE485/T2IN 7 R1OUT
2
1
C11 100nF 10V
C1+
VCC
Z(B)/T1OUT 5
P3.6
2
2
1
1
2
16 DI/T1IN
R7 10kΩ
1
DVDD
2
1
2
1
C14 100nF 10V
C13 100nF 10V
J4
1 2 3 4 5 6 RJ-11 6-PIN
J3
DB9 FEMALE CONNECTOR
5 9 4 8 3 7 2 6 1
Evaluates: MAXQ3120 MAXQ3120 Evaluation Kit
Maxim cannot assume responsibility for use of any circuitry other than circuitry entirely embodied in a Maxim product. No circuit patent licenses are implied. Maxim reserves the right to change the circuitry and specifications without notice at any time.
Figure 9. MAXQ3120 Evaluation Kit JTAG Board Schematic
Maxim Integrated Products, 120 San Gabriel Drive, Sunnyvale, CA 94086 408-737-7600 _____________________ 9
5x2
P2
2 4 6 8 10
RST
VTREF
J2
1 2 3
1 2 3
10nF
C12
COAXIAL POWER JACK
5V DC ±5%
JTAG INTERFACE
1 3 5 7 9
TCK
TDI TDO
TMS
FB5
FB4
FB2 FB3
FB1
F1 D1
1
1N5908
500mA
C4 100nF
C2 10nF
BEAD
BEAD
BEAD
BEAD
BEAD
IO1 VCC IO2 IO4 GND IO3
JH3 2 PIN
C20
100nF
C13
BEAD
FB6
2
3.3uF
100nF
C18
V50
100nF
6 5 4
VCC
TCK
VCC
C1 100nF
TDO
V50
MAX3204EET C5
1 2 3
U2
R15 R4 10Ω 47Ω
R3 47Ω
R11 10kΩ
3.3µF
C14
TDI
TMS
7
14
15
4
V50
4
C15
C16
6
3 5 9 1 2 10 13 12 11
10nF
EN
V50
100nF
N.C. GND
VCC
D2
OUT GND IN+
1N5819
U1
IN-
VDD
Z1 Z0 C Y Y1 U5 Y0 MAX4619CUE B X X1 X0 A
Z
C19 100nF
V50
R2 47Ω
R1 47Ω
R13 1.0KΩ
R14 3.3KΩ
5
1 2 3
VCC
MAX9140EUK-T
U7
DS1086
OUT SCL SPRD SDA VCC PD GND OE
8 7 6 5
R7 2.2kΩ
SPREAD EMI OPTION
1 2 3 4
R6 0Ω
V50
C8 22pF
CRYSTAL OPTION
C9 22pF
7.3728MHz
Y1
C21 47pF
PLACE EITHER: A) C7+C8+Y1 OR B) U7+R6 NOT BOTH!
C6 100nF
V50
V50
SCL SDA
C10 100nF
V50
R eset TDO TCK TMS TDI /Enable
2N7002 Q1
1 2 3
P3
12
3-PIN MALE
1 2 3
R8 47kΩ
100nF
C11
6 38
29 4
15 14
40 41 42 43 44 1 2 3
37 36 35 34 33 32 31 30
U6C
LED
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
U6A
74VHC125
11
100nF
C17
V50
2
GND GND GND GND
ALE PSEN
P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD
P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15
R10 820Ω
U3 DS89C430-ENL
74VHC125
3
VCC VCC
EA RST
XTAL1 XTAL2
P1.0/T2 P1.1/T2EX P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7
DS1
P1
V50
R9 47kΩ
16 17 28 39
27 26
5 7 8 9 10 11 12 13
18 19 20 21 22 23 24 25
V50
24-PIN DUAL ROW (12 x 2)
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23
Available ’430 I/O
7
9
14
SCL SDA
U6D
1 2 1 2
U6B
74VHC125
8
74VHC125
6
JH1
SHORT TO USE DTR
5
2-PIN JH2
R2IN
R1IN
T2OUT
T1OUT
V+
Vb-
V-
R5 68kΩ
C2b-
C2-
C9 10nF
11
16
15
12
19
4
18
5
C3 100nF
U4 C2+ MAX203ECWP C1C2b+
C1+
R2OUT
R1OUT
T2IN
T1IN
OPEN = RESET SHORT = LOADER
8
17
10
14
13
20
3
1
2
V50
VCC
R12 47Ω
16 8
VCC
13
1
GNDb
FB10
10
is a registered trademark of Dallas Semiconductor Corporation. 4
7 GNDa 6
Printed USA 9
© 2005 Maxim Integrated Products
is a registered trademark of Maxim Integrated Products, Inc.
Bead
Bead
Bead FB9
FB8
FB7
J1
DB9 FEMALE
1 6 2 7 3 8 4 9 5
ASYNC SERIAL INTERFACE
Evaluates: MAXQ3120
BEAD
MAXQ3120 Evaluation Kit
Lampiran 4. Standardisasi Meteran Listrik (Dokumen Maxim)
