Perancangan dan Realisasi Pencatat Nirkawat Pemakaian Energi Listrik Berbasis Pengendali Mikro

59

ISSN 1979-2867 (print) Electrical Engineering Journal Vol. 4 (2013) No. 1, pp. 59-73

Perancangan dan Realisasi Pencatat Nirkawat Pemakaian Energi Listrik Berbasis Pengendali Mikro Andre Yosef Mumuh dan Daniel Setiadikarunia Jurusan Teknik Elektro, Universitas Kristen Maranatha, Bandung Jl. Suria Sumantri 65, Bandung 40164, Indonesia [email protected]; [email protected]

Abstrak: Pemakaian energi listrik pada setiap rumah diukur dengan menggunakan kWh meter dan dicatat secara manual oleh petugas setiap bulan. Pencatatan pemakaian energi listrik dapat dibuat lebih praktis dengan menggunakan perangkat yang dapat mencatat pemakaian energi listrik secara otomatis dan nirkawat, sehingga petugas pencatat tidak perlu masuk ke dalam rumah atau ke dalam pekarangan rumah pelanggan dan mencatat secara manual. Dalam artikel ini dibahas perancangan dan realisasi suatu perangkat pencatat pemakaian energi listrik secara nirkawat berbasis pengendali mikro. Perangkat yang direalisasikan terdiri dari dua bagian perangkat, yaitu perangkat pengukur yang dipasang pada setiap rumah pelanggan, dan perangkat pencatat. Petugas pencatat membawa perangkat pencatat dan mendatangi rumah pelanggan, cukup di luar rumah atau pekarangan rumah, kemudian mengaktifkan perangkat pengukur untuk mengirimkan data pelanggan dan jumlah pemakaian energi listriknya, yang akan diterima oleh perangkat pencatat dan disimpan dalam memori SD card. Hasil ujicoba menunjukkan bahwa perangkat yang direalisasikan dapat berfungsi sesuai dengan perancangan. Data yang dikirim dari perangkat pengukur dapat diterima dan disimpan dalam SD card dengan benar oleh perangkat pencatat. Rata-rata perbedaan hasil pengukuran energi listrik antara perangkat pengukur yang dibuat dengan Clamp Meter sebesar 11,51 %. Kata kunci: energi listrik, kWh meter, pencatat nirkawat Abstract: Electrical energy consumption in each house is measured by using the kWh meter and recorded manually by the registrar every month. Recording of electrical energy consumption can be made more practical by using a device that can record the electrical energy consumption automatically and wirelessly, so that the registrar does not need to go into the house or into the customer's yard and recorded manually. In this article discussed the design and realization of a microcontroller based wireless recording device of electrical energy consumption. The realized device consists of two parts, namely measuring device mounted on each customer's house, and the recording device. The registrar brings the recording device to the customer's house, just outside the house or yard, then activates the measuring device to transmit customer data and the amount of electric energy consumption, which will be received by the recording device and stored in the SD card memory. Test results show that the realized device can be function according to the design. Data sent from the measuring device can be received and stored in the SD card correctly by the recording device.

60

ELECTRICAL ENGINEERING JOURNAL, VOL. 4, NO. 1, OCTOBER 2013

The average difference in measurement results of electrical energy between the realized measuring device and Clamp Meter is equal to 11.51 %. Keywords: electrical energy, kWh meter, wireless recorder

I. PENDAHULUAN Saat ini di Indonesia pemakaian energi listrik di setiap rumah masih banyak diukur menggunakan kWh meter analog dan dicatat oleh petugas secara manual setiap bulan. Pencatatan secara manual ini, dapat menimbulkan beberapa persoalan. Seringkali petugas tidak dapat mencatat pemakaian energi listrik pelanggan yang tertera pada kWh meter, karena petugas tidak dapat masuk ke dalam rumah pelanggan, atau ke dalam halaman rumah pelanggan, karena pemilik rumah tidak ada. Pencatatan secara manual oleh petugas juga rentan terhadap kesalahan. Salah satu solusinya adalah membuat suatu perangkat pencatat pemakaian energi listrik secara otomatis dan nirkawat, supaya petugas pencatat tidak perlu masuk ke dalam rumah atau ke dalam pekarangan rumah pelanggan dan mencatat secara manual. Untuk membuat pencatatan dapat dilakukan secara otomatis dan nirkawat, jumlah pemakaian energi listrik hasil pengukuran diubah menjadi data digital. Hal ini dapat dilakukan dengan melakukan modifikasi kWh meter analog, sehingga dapat memberikan hasil pengukuran dalam bentuk data digital[1], atau mengganti kWh meter analog dengan kWh meter digital[2]. KWh atau kilowatt hour adalah satuan energi listrik yang biasa digunakan dalam perhitungan pemakaian energi listrik. Satu kWh artinya adalah pemakaian energi listrik sebesar seribu watt dalam satu jam. Jika pada kWh meter analog tercantum x-putaran per kWh, artinya untuk mencapai satu kWh dibutuhkan putaran sebanyak x kali putaran dalam setiap jamnya. Contoh, jika 1000 putaran per kWh, maka harus ada 1000 putaran dalam satu jam untuk mencapai satu kWh. KWh meter analog supaya dapat memberikan hasil pengukuran pemakaian energi listrik berupa data digital dapat dilakukan dengan menambah perangkat tambahan berupa sensor optocoupler dan mikrokontroler untuk menghitung jumlah putaran atau laju putaran piringan yang ada dalam kWh meter analog. Laju putaran piringan ini akan sebanding dengan jumlah energi listrik yang digunakan. Untuk mengukur pemakaian energi listrik secara digital, dibutuhkan tiga besaran dalam bentuk data digital yang harus diketahui, yaitu arus, tegangan, dan faktor daya beban. Untuk mengukur arus diperlukan sensor arus dan mengubah besarnya arus yang terdeteksi menjadi tegangan, kemudian diubah ke dalam bentuk digital. Untuk mengukur faktor daya diperlukan sudut fasa antara arus dan tegangan pada beban yang hasilnya diubah ke dalam bentuk digital. Apabila besaran arus, tegangan, dan sudut fasa antara arus dan tegangan pada beban dapat diperoleh dalam bentuk digital, maka kWh meter digital dapat dibuat. Dalam artikel ini dibahas perancangan dan realisasi pencatat otomatis nirkawat pemakaian energi listrik berbasis pengendali mikro. Data pelanggan dan data pemakaian energi listriknya dikirimkan secara nirkawat melalui gelombang radio dari perangkat pengukur dan diterima oleh perangkat pencatat yang dibawa oleh petugas dan disimpan dalam memori SD card. Untuk mengukur pemakaian energi listrik dibuat kWh meter digital pada perangkat pengukur. Pemancar radio pada perangkat pengukur hanya akan aktif jika diaktifkan oleh petugas pencatat ketika akan mengirimkan data. Setelah selesai mengirimkan data, pemancar akan tidak aktif kembali secara otomatis.

ISSN: 1979-2867

PERANCANGAN DAN REALISASI PENCATAT NIRKAWAT PEMAKAIAN ENERGI LISTRIK...

61

II. PERANCANGAN SISTEM Diagram blok dari sistem pencatat otomatis nirkawat pemakaian energi listrik berbasis pengendali mikro yang dirancang ditunjukkan dalam Gambar 1. Pengukur Arus

Beban Satu Fasa

LCD Pengirim RF

Pengukur Tegangan

Pengendali Mikro

Pengukur Sudut Fasa

Penerima Infra Merah

(a)

LCD Penerima RF Pengendali Mikro

Pengirim Infra Merah

SD Card

(b) Gambar 1. Diagram Blok Sistem (a) Perangkat Pengukur (b) Perangkat Pencatat

Dari diagram blok pada Gambar 1 dapat dilihat bahwa sistem yang dirancang terdiri dari dua bagian besar, yaitu Perangkat Pengukur dan Perangkat Pencatat. Perangkat Pengukur merupakan perangkat kWh meter digital yang dilengkapi dengan pengirim frekuensi radio (RF transmitter) dan penerima inframerah (IR receiver). Perangkat Pengukur akan mengukur pemakaian energi atau daya listrik pada beban. Prinsip pengukuran energi listrik pada beban adalah dengan mengukur arus, tegangan, dan sudut fasa antara arus dan tegangan pada beban. Hasil pengukuran arus, tegangan, dan sudut fasa tersebut akan dibaca dan dihitung oleh pengendali mikro untuk menghasilkan besarnya energi listrik yang dikonsumsi beban dalam satuan kWh. Besarnya energi listrik yang digunakan akan diakumulasi setiap saat dan hasilnya akan ditampilkan dalam LCD dan disimpan dalam memori dari pengendali mikro. Apabila petugas pencatat akan mencatat jumlah pemakaian energi listrik, maka petugas akan mengaktifkan Pengirim RF pada Perangkat Pengukur dengan cara mengirimkan perintah untuk mengaktifkan melalui Pengirim inframerah pada Perangkat Pencatat yang dibawa oleh petugas ke Penerima inframerah pada Perangkat Pengukur. Pengendali mikro pada Perangkat Pengukur menerima perintah dari Penerima inframerah dan mengaktifkan Pengirim RF, kemudian mengirimkan data pelanggan dan data pemakaian energi

ISSN: 1979-2867

62


listriknya ke Perangkat Pencatat. Setelah selesai mengirimkan data, Pengirim RF akan kembali dinonaktifkan agar tidak menggangu perangkat-perangkat yang ada di sekitarnya. Perangkat Pencatat akan menerima data yang dikirim, kemudian menampilkan data tersebut pada LCD dan menyimpannya dalam memori SD card.

II.1. Pendeteksi Arus Arus yang mengalir dalam beban dapat dideteksi menggunakan sensor arus ACS712. Sensor arus ini menggunakan prinsip efek Hall.[3] Keluaran dari sensor arus ini berupa tegangan yang besarnya sebanding dengan besarnya arus yang mengalir. Pada sensor arus ACS712 sudah dilengkapi dengan amplifier, pengatur offset tegangan DC dan filter.[3] Rangkaian pendeteksi arus yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 2. V1

AC

100K

IP+

masukan zero crossing detektor

Vout

+

PORTA ADC0

-

100n

IPBeban

2200m

50K ATmega16

ACS712

1K

Gambar 2. Rangkaian Pendeteksi Arus

Vout pada sensor arus masih banyak mengandung noise sehingga dipasang filter low-pass RC untuk meredam noise. Dari hasil pengujian, filter RC dapat meredam dengan baik noise yang terjadi ketika nilai R = 100 k dan C = 100 nF. Keluaran dari filter RC ini diubah menjadi tegangan DC menggunakan diode dan filter kapasitor sebelum masuk ke penguat non-inverting. Pada penguat non-inverting digunakan potensiometer untuk mengatur besarnya gain agar keluaran sensor arus tersebut sesuai dengan rentang masukan ADC (analog to digital converter) pengendali mikro ATmega16. Keluaran dari penguat ini dihubungkan dengan PORTA ADC0 dari Atmega16. Keluaran dari filter RC juga dihubungkan dengan masukan dari Zero Crossing Detector yang digunakan untuk mengukur sudut fasa antara arus dan tegangan pada beban.

II.2. Pendeteksi Tegangan Untuk mendeteksi besarnya tegangan jala-jala listrik pada kWh meter yang dibuat digunakan rangkaian yang terdiri dari transformator untuk menurunkan tegangan, diode sebagai penyearah dan kapasitor sebagai filter digunakan untuk mengubah keluaran transformator menjadi tegangan DC. Rangkaian pendeteksi tegangan yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 3. V2

AC

220 V

Beban

3V

masukan zero crossing detektor

2200 m

PORTA ADC1

ATmega16

Gambar 3. Rangkaian Pendeteksi Tegangan

ISSN: 1979-2867


63

Tegangan yang diturunkan oleh transformator akan digunakan sebagai masukan ADC pada pengendali mikro dengan rentang tegangan DC antara 0 sampai dengan maksimum 5 V. Oleh karena itu digunakan transformator yang menurunkan tegangan dari 220 V menjadi 3 V, sehingga tegangan DC yang diperoleh maksimum 4,24 V. Tegangan yang dibaca oleh pengendali mikro melalui PORTA ADC1 akan menghasilkan besarnya tegangan jala-jala listrik pada beban. Tegangan keluaran transformator juga dimasukkan ke rangkaian zero crossing detector untuk mengukur besarnya beda fasa antara tegangan dan arus pada beban.

II.3. Pendeteksi Beda Fasa Untuk mendeteksi beda fasa antara tegangan dan arus pada beban digunakan zero crossing detector. Zero crossing detector digunakan untuk mengetahui saat gelombang arus dan gelombang tegangan masing-masing melewati nol. Perbedaan waktu antara saat gelombang arus dan gelombang tegangan melewati nol menunjukkan beda fasa antara gelombang arus dan gelombang tegangan. Rangkaian pendeteksi beda fasa menggunakan zero crossing detector ditunjukkan pada Gambar 4. dari Pendeteksi Arus v1

VCC

VCC +

R1

vk1

vx

-

50K

PORT B0

VCC R2

VCC -

50K

vk2

ATmega16

+

v2 dari Pendeteksi Tegangan

Gambar 4. Rangkaian Pendeteksi Beda Fasa

Rangkaian pendeteksi beda fasa ini dibuat menggunakan komparator dan gerbang logika XOR. Komparator menggunakan LM393 dengan catu daya tunggal (VCC = 5V) dan gerbang XOR menggunakan 74LS86. Komparator sebagai zero crossing detector digunakan untuk mendapatkan informasi saat gelombang tegangan dan gelombang arus masing-masing tepat melewati titik nol. Gerbang logika XOR digunakan untuk mengetahui nilai perbedaan sudut fasa antara gelombang tegangan dan gelombang arus. Nilai perbedaan sudut fasa didapat dengan menghitung selang waktu antara transisi logika 0 ke logika 1 dan transisi logika 1 ke logika 0 pada pulsa keluaran gerbang logika XOR. v1 adalah masukan komparator yang berasal dari pendeteksi arus, sedangkan v2 adalah masukan komparator yang berasal dari pendeteksi tegangan. v1 dan v2 adalah sinyal-sinyal berbentuk gelombang sinusoidal yang masing-masing mewakili arus dan tegangan. Potensiometer R1 (50K) dan R2 (50K) pada masing-masing komparator digunakan sebagai pengatur tegangan referensi, agar komparator dapat mendeteksi dengan tepat ketika gelombang arus dan gelombang tegangan melewati titik nol. Keluaran masing-masing komparator atau zero crossing detector, yaitu vk1 dan vk2 ditunjukkan pada Gambar 5.

ISSN: 1979-2867

64


v1

t

Df

vk1

t v2 Df

t T

vk2 Dt

t Gambar 5. Bentuk gelombang masukan dan keluaran masing-masing zero crossing detector

Keluaran masing-masing komparator (zero crossing detector) vk1 dan vk2 merupakan sinyal digital yang berubah (mengalami transisi) ketika sinyal masukan v1 atau v2 melewati nol, seperti ditunjukkan pada Gambar 5. Antara gelombang v1 dan v2 terdapat beda fasa sebesar ∆f yang sebanding dengan perbedaan waktu (delay) ∆t antara vk1 dan vk2. Keluaran dari kedua zero crossing detector vk1 dan vk2 akan dijadikan masukan dari gerbang XOR, dan keluaran dari gerbang XOR vx akan menjadi masukan PORT B0 dari pengendali mikro. Keluaran dari gerbang XOR akan menghasilkan logika 1 jika kedua masukan gerbang XOR mempunyai logika yang berbeda. Perbedaan fasa ∆ f antara gelombang v1 dan v2 akan menghasilkan perbedaan waktu (delay) ∆t antara vk1 dan vk2. Dari Gambar 5 dapat dilihat bahwa pada interval ∆f, vk1 akan berlogika 1 dan vk2 akan berlogika 0, sehingga keluaran gerbang XOR akan berlogika 1. Perbedaan sudut fasa ∆f didapat dengan menghitung interval waktu ketika keluaran XOR berlogika 1 (selang waktu antara transisi logika 0 ke logika 1 dan transisi logika 1 ke logika 0). Bentuk keluaran gerbang XOR ditunjukkan pada Gambar 6. Perhitungan interval waktu (∆t) ketika keluaran XOR berlogika 1 dilakukan oleh pengendali mikro melalui PORT B0. Perbedaan fasa antara gelombang sinusoidal yang merepresentasikan arus (v1) dan gelombang sinusoidal yang merepresentasikan tegangan (v2) dapat dihitung dengan

ISSN: 1979-2867

65


Persamaan 1: ∆f =

∆𝑡 𝑇

× 360°

(1)

dengan T = 1/50 detik, adalah periode gelombang sinusoidal. vk1

t

T

vk2

t vx Dt

t Gambar 6. Bentuk gelombang masukan dan keluaran gerbang XOR

II.4. Pengirim RF dan Penerima IR

MODUL Receiver IR

PORT B2 PORT D0 PORT D1

Gambar 7. Hubungan Pengirim RF dan Penerima IR dengan Pengendali Mikro (PORT B2, D0, D1)

ISSN: 1979-2867

66


Untuk Pengirim RF digunakan modul XBee, yaitu sebuah modul yang didesain untuk memenuhi standar Zigbee/IEEE 802.15.4.[4] Modul ini bekerja pada pita frekuensi ISM (Industrial, Scientific & Medical) 2,4 GHz. Modul XBee ini merupakan modul transceiver yang bekerja pada catu daya 3,3V. Supaya modul XBee ini dapat dihubungkan dengan Pengendali Mikro yang bekerja dengan catu daya 5V dan untuk menghasilkan tegangan 3,3V, maka digunakan modul konverter level. Data yang akan dikirimkan dari Perangkat Pengukur melalui modul XBee diambil dari PORT D1 Pengendali Mikro ATmega16, sedangkan data yang diterima diperoleh dari PORT D0 seperti ditunjukkan pada Gambar 7. Untuk Penerima IR digunakan modul penerima infra-red DT I/O. Penerima infra-red DT-I/O adalah modul penerima data melalui gelombang infra merah dengan frekuensi carrier sebesar 38 kHz.[5] Keluaran dari modul ini dihubungkan ke PORT B2 Pengendali Mikro ATmega16 seperti ditunjukkan pada Gambar 7.

II.5. Perangkat Pencatat Perangkat Pencatat terdiri dari Pengendali Mikro ATmega16, Penerima RF menggunakan modul XBee, Pengirim IR menggunakan modul pengirim infra-red DT I/O[5], LCD, dan Embedded Module Series (EMS) SD/MMC. EMS merupakan modul untuk mempermudah antarmuka SD card dengan Pengendali Mikro. Koneksi masing-masing komponen tersebut dalam Perangkat Pencatat ditunjukkan pada Gambar 8.

Gambar 8. Rangkaian Perangkat Pencatat

ISSN: 1979-2867


67

Pada Perangkat Pencatat, push button dihubungkan dengan PORT PA0 dan masukan Pengirim IR dihubungkan dengan PORT PB0 Pengendali Mikro ATmega16. Jika push button ditekan, maka PORT PA0 akan mendapat logika 1 (high) dan PORT B0 akan mengeluarkan logika 0 (low) ke Pengirim IR, sehingga Pengirim IR akan memancarkan gelombang inframerah 38 kHz ke Penerima IR pada Perangkat Pengukur. Keluaran Penerima IR akan menginterupsi Pengendali Mikro untuk mengaktifkan Pengirim RF dan mengirimkan data pelanggan berserta data pemakaian energi listriknya ke Perangkat Pencatat. Penerima RF pada Perangkat Pencatat akan menerima data yang dikirim Perangkat Pengukur. Keluaran data dari Penerima RF setelah melewati konverter level akan dibaca oleh Pengendali Mikro melalui PORT D0. Data yang dibaca oleh Pengendali Mikro akan ditampilkan pada LCD dan disimpan dalam memori SD card Perangkat Pencatat.

II.6. Relasi Besar Arus dan Tegangan dengan Nilai Keluaran ADC Besarnya arus maupun tegangan hasil pengukuran yang dibaca oleh Pengendali Mikro sesuai dengan besarnya hasil konversi analog ke digital keluaran pendeteksi arus maupun pendeteksi tegangan. Untuk itu perlu diperoleh relasi antara besarnya tegangan atau arus dengan nilai keluaran masing-masing ADC. Untuk mengetahui relasi tersebut dilakukan percobaan pengukuran besarnya tegangan maupun arus dengan alat ukur Clamp Meter untuk beberapa beban resistif dan membaca keluaran ADC nya masing-masing. Hasil yang diperoleh ditunjukkan pada Tabel 1. TABEL 1. HASIL PENGUKURAN DENGAN CLAMP METER DAN NILAI KELUARAN ADC

Daya Beban (W) 10 20 25 30 35 40 55 60 65 75 80 85 90 100 115 125

Hasil Clamp Meter Arus (A) 0,07 0,08 0,11 0,14 0,15 0,17 0,24 0,26 0,28 0,32 0,34 0,36 0,39 0,42 0,49 0,53

Tegangan (V) 221,5 221,4 221,4 220,8 220,7 220,7 220,9 221,5 220,9 219,9 221,5 218,2 219,2 219,1 219,4 218,2

Nilai Keluaran ADC Arus 637 672 674 677 678 679 680 681 680 682 681 682 682 682 683 683

Tegangan 777 779 779 776 777 777 778 779 779 778 777 778 777 777 778 776

Dari data pada Tabel 1 didapat relasi antara arus AC hasil pengukuran dengan Clamp Meter dan nilai keluaran ADC untuk arus, dan relasi antara tegangan AC hasil pengukuran dengan Clamp Meter dan nilai keluaran ADC untuk tegangan. Gambar 9 menunjukkan relasi antara arus AC hasil pengukuran dengan Clamp Meter dan nilai keluaran ADC untuk arus. Gambar 10 menunjukkan relasi antara tegangan AC hasil pengukuran dengan Clamp Meter dan nilai keluaran ADC untuk tegangan. Relasi ini pada dasarnya menunjukkan relasi antara arus atau tegangan sebenarnya yang diukur oleh Clamp Meter dan hasil pendeteksi arus atau

ISSN: 1979-2867

68


pendeteksi tegangan dalam bentuk data digital (keluaran ADC). 0.6

Arus AC (A)

0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0

630

640

650

660

670

680

690

Nilai Keluaran ADC

Gambar 9. Relasi antara Arus hasil pengukuran Clamp Meter dan Nilai ADC keluaran Pendeteksi Arus

Dari Gambar 9 terlihat bahwa pendeteksi arus yang direalisasikan kurang linier. Oleh karena itu untuk mendapatkan persamaan hubungan antara arus dan nilai ADC dilakukan linearisasi sepotong demi sepotong, yaitu dengan membagi menjadi dua daerah. Daerah pertama adalah rentang nilai ADC 635 sampai 679, dengan regresi linear diperoleh persamaan Arus = 0,0018 × nilai ADC – 1,094. Daerah kedua adalah untuk nilai ADC lebih besar dari 679, dengan regresi linear diperoleh persamaan Arus = 0,080 × nilai ADC – 54,165.

Tegangan AC (V)

222 221 220 219 218 775

776

777

778

779

780

Nilai Keluaran ADC

Gambar 10. Relasi antara Tegangan hasil pengukuran Clamp Meter dan Nilai ADC keluaran Pendeteksi Tegangan

Dari Gambar 10 terlihat bahwa pendeteksi tegangan yang direalisasikan menghasilkan nilai ADC antara 776 – 779 untuk variasi tegangan antara 218,2V – 221,5V. Untuk mendapatkan persamaan hubungan antara tegangan dan nilai ADC dilakukan regresi linier. ISSN: 1979-2867

69


Persamaan regresi linier yang diproleh adalah Tegangan = 0,412 × nilai ADC – 99,976.

II.7. Perangkat Lunak pada Perangkat Pengukur START

Energi = 0

T=0

A

Delay 1s

kWh = Energi/ 1000

T=T+1

Data kWh disimpan dlm EEPROM

Baca ADC Tegangan

Volt = 0,412*(ADC) – 99,976 Tampilan kWh pada LCD Baca ADC Arus

POWER OFF? 635<=ADC<=679

T

Ampere = 0,08*(ADC)-54,165

T

Y END

Y Ampere = 0,0018*(ADC)-1,094

Baca Beda Fasa

Daya = Volt*Ampere* cos(beda fasa)

Energi = Energi + Daya

Y

While T < 3600s ?

T

A

Gambar 11. Diagram Alir Program pada Perangkat Pengukur

ISSN: 1979-2867

70


Perangkat lunak pada Perangkat Pengukur dirancang untuk menghitung jumlah pemakaian energi listrik dalam kWh. Dari diagram alir Gambar 11, dapat dilihat pertama-tama program akan membaca nilai ADC tegangan dan nilai ADC arus untuk mengetahui besarnya tegangan dan arus yang mengalir pada beban, serta beda fasa antara arus dan tegangan. Kemudian hasilnya dipakai untuk menghitung daya yang digunakan. Hal ini dilakukan setiap detik, sehingga dapat diperoleh jumlah energi listrik yang digunakan dalam satu detik. Jumlah energi yang digunakan akan diakumulasi setiap detik. Hasil akumulasi yang berlangsung selama 3600 detik akan menghasilkan perubahan energi sebesar seperseribu kWh. Kemudian hasilnya disimpan dalam memori dan ditampilkan pada LCD.

II.8. Perangkat Lunak pada Perangkat Pencatat START

Inisialisasi SD Card

Push Button ditekan?

T

Y Pengirim IR Aktif

Zigbee Logic = 1?

T

Y Zigbee Menerima Data

Data disimpan dalam SD Card

Tampilan data kWh pada LCD

T

Power OFF? Y END

Gambar 12. Diagram Alir Program pada Perangkat Pencatat

Permintaan untuk mengirimkan data pelanggan dan jumlah pemakaian energi ISSN: 1979-2867


71

listriknya dilakukan ketika Push Button pada Perangkat Pencatat ditekan. Pengirim IR akan aktif dan memancarkan gelombang infra-merah ke Penerima IR pada Perangkat Pengukur. Keluaran Penerima IR akan menginterupsi Pengendali Mikro untuk mengaktifkan Pengirim RF dan mengirimkan data pelanggan berserta data pemakaian energi listriknya ke Perangkat Pencatat. Penerima RF (Zigbee) pada Perangkat Pencatat akan menerima data yang dikirim Perangkat Pengukur, kemudian disimpan dalam memori SD card dan ditampilkan pada LCD.

III. HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN Pengujian dilakukan untuk melihat sejauh mana sistem Pencatat Nirkawat Pemakaian Energi Listrik Berasis Pengendali Mikro yang direalisasikan dapat berfungsi.

III.1. Pengujian Perangkat Pengukur Tabel 2 menunjukkan energi listrik dan faktor daya hasil pengukuran dari Perangkat Pengukur yang direalisasikan dan Clamp Meter untuk beberapa beban. Hasil pengukuran energi listrik yang diperoleh merupakan energi yang dikonsumsi masingmasing beban selama satu menit. TABEL 2. HASIL PENGUKURAN PERANGKAT PENGUKUR DAN CLAMP METER

Perangkat Pengukur Beban (W) Arus (A) 10 20 25 30 35 40 55 60 65 75 80 85 90 100 115 125 Neon 10 Monitor CRT 65 TV Samsung 80

0,0508 0,1174 0,1192 0,1246 0,1282 0,1282 0,2350 0,3150 0,2350 0,3950 0,3150 0,3950 0,3950 0,4750 0,4750 0,6350 0,1550 0,5550 0,3950

Tegangan (V) 220,5600 220,9720 220,9720 219,7360 220,1480 220,1480 220,5600 220,9720 220,9720 220,5600 220,5600 220,5600 220,1480 221,3840 221,7960 219,7360 221,3840 220,1480 221,3840

Faktor Daya 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0,545 0,877 0,886

Clamp Meter Energi (Wh) 0,1867 0,4324 0,4390 0,4563 0,4704 0,4704 0,8639 1,1601 0,8655 1,4520 1,1579 1,4520 1,4493 1,7526 1,7559 2,3255 0,3117 1,7859 1,2913

Faktor Daya 0,966 0,977 0,983 0,987 0,989 0,990 0,993 0,984 0,995 0,996 0,996 0,996 0,997 0,997 0,998 0,998 0,550 0,866 0,898

Energi (Wh) 0,2500 0,3167 0,4000 0,4833 0,5500 0,6000 0,8667 0,9833 1,0000 1,2333 1,1667 1,3333 1,4333 1,5333 1,7500 2,0000 0,3000 1,9000 1,3500

Dari Tabel 2 dapat dilihat bahwa energi listrik hasil pengukuran Perangkat Pengukur yang dibuat terdapat perbedaan dibandingkan dengan hasil pengukuran Clamp Meter. Dari data pengujian pada Tabel 2 tersebut dapat dihitung bahwa rata-rata perbedaan hasil pengukuran energi listriknya adalah 11,51%. Perbedaan hasil pengukuran energi listrik ini terjadi terutama disebabkan karena kurang tepatnya pendeteksi arus, karena untuk pendeteksi tegangan dan pendeteksi beda fasa dapat dilihat cukup baik hasilnya. Untuk pendeteksi tegangan, dapat dilihat

ISSN: 1979-2867

72


bahwa tegangan yang terukur cukup akurat, yaitu sekitar 220V sesuai dengan tegangan sebenarnya. Untuk pendeteksi beda fasa, dapat dilihat dari hasil faktor daya yang diperoleh, ternyata sangat mendekati hasil yang diperoleh Clamp Meter. Pendeteksi arus yang dibuat kurang akurat, ini disebabkan oleh beberapa hal, yaitu relasi antara besarnya arus yang diukur dengan nilai keluaran ADC tidak linier, pemilihan rentang linierisasi sepotong demi sepotong yang kurang tepat, sensor arus yang digunakan tidak linier dan rangkaian pendeteksi arus yang dibuat kurang baik sehingga dapat menghasilkan nilai keluaran ADC yang sama walaupun besarnya arus yang diukur berbeda.

III.2. Pengujian Pengiriman Data ke Perangkat Pencatat Pengujian dilakukan untuk mengetahui apakah pengiriman data dari Perangkat Pengukur ke Perangkat Pencatat dapat bekerja dengan baik atau tidak. Pengujian dilakukan pada pelanggan yang memiliki identitas 123 dengan beban berupa lampu pijar 75 watt. Energi listrik yang dikonsumsi yaitu sebesar 0,07 kWh akan dikirimkan ke bagian pencatat lalu disimpan dalam SD card.

(a)

(c)

(b)

(d)

(e)

Gambar 13. Proses Pengiriman data dari Perangkat Pengukur ke Perangkat Pencatat. (a) Pemakaian energi listrik yang terukur pada Perangkat Pengukur. (b) Tekan Tombol 1 pada Perangkat Pencatat. (c) Data sedang dikirim oleh Perangkat Pengukur. (d) Data yang diterima dan ditampilkan pada LCD Perangkat Pencatat. (e) Data yang disimpan dalam SD card

Gambar 13.a menunjukkan pemakaian energi listrik pelanggan yang terukur pada

ISSN: 1979-2867


73

Perangkat Pengukur. Jika pada Perangkat Pencatat tombol 1 ditekan (Gambar 13.b), maka Perangkat Pengukur akan mengirimkan identitas pelanggan dan data pemakaian energi listriknya ke Perangkat Pencatat (Gambar 13.c). Perangkat Pencatat akan menerima data yang dikirim, menyimpannya dalam memori SD card, dan menampilkannya pada LCD seperti ditunjukkan pada Gambar 13.d. Data yang disimpan dalam SD card dapat dibaca melalui komputer seperti ditunjukkan pada Gambar 13.e. Pengujian-pengujian pengiriman data yang telah dilakukan menunjukkan bahwa pengiriman data dari Perangkat Pengukur ke Perangkat Pencatat dapat bekerja dengan baik. Data yang dikirim berhasil diterima, disimpan dalam memori SD card dan ditampilkan dalam LCD oleh Perangkat Pencatat dengan benar.

IV. KESIMPULAN Sistem pencatat nirkawat pemakaian energi listrik berbasis Pengendali Mikro telah berhasil direalisasikan. Hasil ujicoba menunjukkan bahwa perangkat yang direalisasikan dapat berfungsi sesuai dengan perancangan. Data yang dikirim dari Perangkat Pengukur dapat diterima, disimpan dalam SD card, dan ditampilkan pada LCD dengan benar oleh Perangkat Pencatat. Namun hasil pengukuran energi listrik masih terdapat perbedaan dibandingkan dengan hasil pengukuran Clamp Meter. Rata-rata perbedaan hasil pengukuran energi listrik antara Perangkat Pengukur yang dibuat dengan Clamp Meter sebesar 11,51%. Perbedaan hasil pengukuran ini terutama disebabkan oleh Perangkat Pendeteksi Arus yang kurang akurat, karena sensor arus yang digunakan kurang linier, dan rangkaian pendeteksi arus yang dibuat masih perlu disempurnakan.

DAFTAR REFERENSI [1] Pasurono, S. Handoko, I. Setyawan, “Perancangan kWh Meter Digital Menggunakan kWh Meter Konvensional”, tugas akhir S1 Jurusan Teknik Elektro, Universitas Diponegoro, Semarang, Februari 2013. [2] A. Setiono, Suharto, “Prototipe Aplikasi kWh Meter Digital Menggunakan Mikrokontroler ATMEGA8535 untuk Ruang Lingkup Kamar”, Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi TELAAH, vol. 26, pp. 32-39, Nov. 2009. [3] Data Sheets of ACS712: Fully Integrated, Hall-Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Voltage Isolation and a Low-Resistance Current Conductor, Allegro MicroSystems LLC, Worcester, Massachusetts, 2012. [4] XBee®/XBee-PRO® RF Modules Product Manual, Digi International Inc. 11001 Bren Road East Minnetonka, MN, 2013. [5] DT-I/O Infrared Transmitter & Receiver Modules Data Sheets, Innovative Electronics 2005

ISSN: 1979-2867

74

ISSN: 1979-2867


Perancangan dan Realisasi Pencatat Nirkawat Pemakaian Energi Listrik Berbasis Pengendali Mikro

Recommend Documents