RANCANG BANGUN SISTEM KWH METER DIGITAL MENGGUNAKAN MIKROKONTROLLER PIC18F452 DENGAN PENYIMPANAN MMC

1

RANCANG BANGUN SISTEM KWH METER DIGITAL MENGGUNAKAN MIKROKONTROLLER PIC18F452 DENGAN PENYIMPANAN MMC

Skripsi Untuk memenuhi salah satu syarat mencapai derajat pendidikan Strata Satu ( S-1 ) Sebagai Sarjana Sains pada Jurusan Fisika

DisusunOleh : HAMSUN MUNAWIR J2D008020

JURUSAN FISIKA FAKULTAS SAINS DAN MATEMATIKA UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG Desember, 2012

2

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang dan Permasalahan Perusahaan Listrik Negara (PLN) sebagai perusahaan BUMN yang mengurusi aspek kelistrikan di Indonesia salah satu fungsinya yaitu untuk mengetahui besarnya pemakaian energi listrik. Besarnya pemakaian energi listrik oleh konsumen dapat diketahui dengan memasang alat kWh meter di setiap pelanggan. KWh meter yang dipasang di setiap pelanggan dapat berupa kWh meter analog ataupun kWh meter prabayar, masing - masing kWh meter ini memiliki fungsi yang sama yaitu membaca beban listrik pelanggan. Pembacaan beban listrik pelanggan analog dilakukan secara manual oleh petugas PLN. Kesalahan pencatatan kWh meter oleh petugas pencatat seringkali terjadi dan sudah banyak pelanggan yang dirugikan akibat kesalahan tersebut. Kesalahan pencatatan nominal rupiah yang harus dibayar setiap bulannya, menyebabkan turunnya ketidakpercayaan pelanggan terhadap kinerja PLN (Prashanth, 2012). Salah satu cara untuk mengatasi permasalahan tersebut yaitu melakukan keakuratan, ketransparanan pembacaan biaya listrik ke pelanggan. Keakuratan dan ketransparasan pembacaan beban listrik ke pelanggan dapat dibantu dengan sistem kWh meter digital menggunakan Power Line Carrier (PLC) dengan bantuan mikrokontroler. Jenis mikrokontroler pada penelitan ini menggunakan mikrokontroller PIC18F452. Aplikasi mikrokontroller PIC18F452 pada penelitian kWh meter digital hingga saat ini masih kurang dikembangkan. Penelitian mengenai kWh meter digital sebelumnya telah dilakukan oleh Wicaksono dengan metode pengukuran volt-ampere untuk menentukan besarnya energi listrik (kWh), di mana perubahan tampilan harga dalam setiap jam pada kWh meter dapat dimonitoring dan mampu mengukur daya maksimal 491,95240 watt dengan tingkat kesalahan rata-rata sebesar 1,33017 % dan 0,01178 % (Wicaksono, 2007). Khoiri melakukan penelitian mengenai sistem kWh meter digital menggunakan

mikrokontroller

AVR

Atmega8. 1 1

Pada

penelitian

tersebut

3

menunjukkan bahwa kWh meter digital yang dibuat memiliki tingkat linieritas alat sebesar 0,946 dengan spesifikasi linieritas trafo sebesar 0,964 dan tingkat error ADC 0,0001954 pada pengukuran daya 0-450 watt (Khoiri, 2009). Sistem kWh meter digital dapat juga diaplikasikan dengan sistem transmisi data menggunakan jala – jala listrik. Jala- jala listrik digunakan untuk mempermudah transfer data energi listrik ke setiap pelanggan. Berdasarkan latar belakang tersebut maka dilakukan penelitian tentang kWh meter digital menggunakan mikrokontroller PIC18F452.

1.2 Tujuan Penelitian 1. Membuat sistem pencatat beban listrik secara digital. 2. Membuat sistem penyimpanan beban listrik (kWh) dan (Watt) menggunakan Multimedia Card (MMC) secara real time. 3. Mengetahui korelasi antara nilai beban listrik (kWh) digital dengan nilai beban listrik hasil perhitungan, analog dan data penyimpanan multimedia card (MMC).

1.3 Manfaat Penelitian Membantu petugas PLN dalam pencatataan dan pemantuan beban listrik.

4

BAB II DASAR TEORI

2.1 KWh Meter Analog Alat yang digunakan untuk mengukur energi listrik dalam satuan kilo watt hour disebut sebagai kWh meter (Sukarman dkk, 2009). Bagian utama dari sebuah kWh meter adalah kumparan tegangan, kumparan arus, sebuah piringan aluminium, sebuah magnet tetap, dan sebuah gir mekanik yang mencatat putaran piringan. Pada saat kWh meter dihubungkan ke daya satu fase, maka piringan mendapat torsi yang membuat berputar seperti motor dengan tingkat presisi yang tinggi. Semakin besar daya yang dipakai, mengakibatkan kecepatan piringan semakin besar, demikian pula sebaliknya (Lim, 2002). Skema kWh meter analog ditunjukkan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 KWh meter analog (Lim, 2002).

Prinsip kerja kWh meter analog pada Gambar 2.1 yaitu pada saat kWh meter mengalami beban listrik terjadi induksi pada piringan kWh meter, sehingga menyebabkan kelemahan piranti mekanik kWh meter analog (Kirkup, 2002). kWh meter analog memiliki konversi beban listrik pelanggan yang dapat dinyatakan sebagai berikut ( Haque, 2011 ). 1 𝑊𝑎𝑡𝑡𝑆𝑒𝑐 =

1 𝑘𝑊𝑆𝑒𝑐

(2.1)

1000 1 kWh

1 WattSec = 1000 ∗3600 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑦

𝑃∗𝑆𝑒𝑐

= 1000 ∗3600 ∗ 𝑈𝑛𝑖𝑡𝑠 3

(2.2) (2.3)

5

2.2 Energi Listrik Rata - Rata Daya listrik 3-fase dapat dihitung dengan mengukur besarnya arus yang mengalir pada tiap-tiap fase dan tegangan terhadap common point (titik netral), sehingga daya 3-fase adalah jumlah dari daya tiap-tiap kawat. Daya listrik 3-fase juga dapat dihitung dengan mengukur besarnya arus pada dua kawat fase dan tegangan terhadap salah satu kawat fase, sehingga daya 3-fase adalah jumlah daya pada dua kawat fase. Apabila pada dua terminal rangkaian pasif mengalir arus I(t) dan tegangan v(t) maka daya adalah : 𝑝 𝑡 = 𝑣 𝑡 . 𝐼(𝑡)

(2.4)

Pada suatu rangkaian linear, bila v(t) gelombang sinusoidal maka persamaan (2.4) menjadi (Muchlis, 1995) : 𝑝 𝑡 = 𝑉𝑚 𝐼𝑚 𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡 sin⁡ (𝜔𝑡 + 𝜙)

(2.5)

2.3 Analisis Perhitungan Watthour Digital Pengukuran pemakaian energi listrik dengan menggunakan kilowatthour elektronik adalah dengan cara mendeteksi besarnya sinyal arus dan tegangan pada line, energi listrik dihitung berdasarkan proses perkalian arus dan tegangan, sedangkan konsumsi energi listrik dihitung berdasarkan proses akumulasi energi listrik setiap selang waktu (sampling-time). Arus dan tegangan bolak-balik dikonversi oleh tranduser rms menjadi tegangan DC. Tegangan DC diubah menjadi bilangan biner oleh analog to digital converter. Konversi arus rms ke tegangan DC yaitu: 𝑉𝐷𝐶𝑖 = 𝑘𝑖. 𝐼𝑟𝑚𝑠

(2.6)

Konversi tegangan rms ke tegangan DC yaitu: 𝑉𝐷𝐶𝑣 = 𝑘𝑣. 𝑉𝑟𝑚𝑠

(2.7)

Dengan 𝑘𝑖 dan 𝑘𝑣 berturut-turut adalah konstanta konversi linear arus dan tegangan rms ke tegangan DC. Tegangan DC selanjutnya diubah menjadi bilangan biner oleh analog to digital converter. Konversi tegangan DC ke bilangan biner adalah sebagai berikut: hexi =

vDCi Vref 2b

(2.8)

6

𝑕𝑒𝑥𝑣 =

𝑣𝐷𝐶𝑣

(2.9)

𝑉𝑟𝑒𝑓 2𝑏

Pada persamaan (2.8) dan (2.9), (

𝑉𝑟𝑒𝑓 2𝑏

) merupakan besarnya tegangan analog

untuk 1 bit atau resolusi ADC 8 bit dengan tegangan referensi adalah Vref. Dengan mensubsitusikan persamaan (2.6), (2.7), (2.8) dan (2.9) ke dalam persamaan daya listrik dengan time sampling sebesar Ts detik, maka didapatkan: 𝑃𝑇𝑠 = 𝐾 ∗ 𝑕𝑒𝑥𝑖 ∗ 𝑕𝑒𝑥𝑣 (Watthours) 𝑉𝑟𝑒𝑓 2

𝑃𝑇𝑠 =

2𝑏

1

𝑇

𝑘 𝑖 ∗𝑘 𝑣

3600

(2.10)

𝐴𝑚𝑝. 𝑉𝑜𝑙𝑡. 𝐻𝑜𝑢𝑟

(2.11)

Pada persamaan (2.11), 𝐾 merupakan konstanta watthour. Perhitungan Watthours untuk 3-line adalah dengan cara menjumlahkan pemakaian daya-listrik yang terdapat pada masing-masing line untuk setiap sampling-time (Muchlis, 1995): 𝑃 = 𝑃𝑇𝑆 𝑅−𝑁 + 𝑃𝑇𝑆 𝑆−𝑁 + 𝑃𝑇𝑆 𝑇−𝑁

(2.12)

2.4 Catu Daya Catu Daya merupakan bagian penting dari suatu sistem agar dapat bekerja. sistem mikrokontroler bekerja pada tegangan 5V DC dengan arus maksimum 3A. Pada tansformator 3A digunakan dioda bertipe 1N4002 yang berfungsi mengkonversi tegangan 9V AC menjadi 9V DC dengan menambahkan kapasitor 470μF/16V sebagai filtering derau dan dikonversi menjadi 5V DC menggunakan

3 Out r

e

d

n

u

k

S

C

C

V

D

N

G

(2500mA)

Volt Charge D

N

G

D

N

G

D

N

G

1

0

u

Battery

F

_

2

Vo=10.8

1

2

6

0

V

u

F

_

SUPPLY

POWER

2

5

2

V

1

9

G

N

(AC)

V

220

Primer

TRANSISTOR

D

n

I

Hz

50

1

2N3005

LM7805

7

5

1N4002

1N4002_BRIDGE

3A

TRAFO

IC LM7805 (Harish, 2012).

Gambar 2.2 Rangkaian Catu Daya 5 Volt DC (Harish , 2012).

7

2.5 Transformator Transformator adalah suatu peralatan listrik yang digunakan untuk memindahkan daya atau energi listrik secara induksi dengan tegangan dan arus berubah dengan frekuensi tetap (Anwar, 2008). Transoframor terdiri dari dua lilitan kawat yang terpisah satu sama lain yaitu lilitan primer (𝑁1 ) dan lilitan sekunder (𝑁2 ) yang dapat ditunjukkan pada Gambar 2.3 (Mappeasse, 2007).

Gambar 2.3. Trafo Ideal Terhubung dengan Beban (Hamid, 2009).

Pada Gambar 2.3 menunjukkan lilitan primer (𝑁1 ) dihubungkan ke sumber listrik AC, sehingga timbul gaya gerak magnet (ggm). Gaya gerak magnet (ggm) akan menyebabkan timbulnya fluks magnet (𝜑𝑚 ) bersama dan pada ujung-ujung kumparan sekunder timbul gaya gerak listrik (ggl). Pada saat lilitan sekunder dihubungkan ke beban, pada lilitan sekunder (𝑁2 ) timbul arus bolak-balik akibat adanya gaya gerak listrik induksi. Pada proses ini mengakibatkan timbul gaya gerak magnet (ggm) pada lilitan sekunder dan mengakibatkan timbulnya tegangan pada lilitan sekunder (Mappeasse, 2007). Tegangan 𝑣1 pada lilitan primer menghasilkan flux inti (𝜑) dan gaya gerak listrik (𝑒1) yang sebanding dengan tegangan (𝑣1) yang dapat ditunjukkan persamaan (2.13) 𝑣1 = 𝑒1 = 𝑁1 =

𝑑𝜑 𝑑𝑡

(2.13)

Flux pada inti juga terhubung ke bagian sekunder trafo menghasilkan induksi gaya gerak listrik emf (e2) yang ditunjukkan pada persamaan (2.14): 𝑣2 = 𝑒1 = 𝑁1 =

𝑑𝜑 𝑑𝑡

(2.14)

Dengan membandingkan persamaan (2.13) dan (2.14) diperoleh (Hamid, 2009) : 𝑉1 𝑉2

𝑁

= 𝑁1 2

(2.15)

8

2.6 Real Time Clock (RTC) RTC (Real Time Clock) digunakan untuk menyimpan data-data detik, menit, jam, tanggal, bulan, hari dalam seminggu atau setahun. Sistem komunikasi RTC menggunakan komunikasi serial two-wire (i2c) (Putra, 2010). Proses komunikasi serial two-wire (i2c) akan terjadi pada saat sistem clock RTC yang meyebabkan interrupts dengan interval yang tetap pada setiap detiknya. Interrupt sistem akan terjadi pada saat overflow atau clock overflow. Pada saat overflow, sistem akan melakukan proses reset. Penyimpanan waktu dan tanggal dapat dilakukan melalui Operating System (OS), di mana pengaturan periode clock RTC dapat dilakukan melalui komputer (Harish, 2012). Pada Penelitian ini digunakan RTC DS1307 yang merupakan jenis Real Time Clock (RTC) dengan kapasitas memori RAM nonvolatile (NV) 56-byte.

Gambar 2.4 Real Time Clock (DS 1307) (Harish, 2012).

2.7 Tranduser Arus Tranduser arus berfungsi untuk memperbesar jangkauan pengukuran dengan cara memperkecil arus rangkaian listrik sehingga dapat terjangkau oleh alat ukur (Gozali, 2011). Tranduser Arus dapat dibentuk menggunakan transformator step-down, di mana besarnya arus transformator adalah 300 mA. Modifikasi transformator step-down menjadi transformator arus dapat dilakukan dengan cara menghubungkan seri kumparan primer dengan beban dan kumparan sekunder dengan rangkaian pembagi tegangan, sehingga terbentuk tranduser arus seperti pada Gambar 2.5.

BRIDGE SECONDARY

T

U

P

T

U

O

N

A

G

N

A

G

E (AC) (AC)

V

D

N

U

O

R D

N

G

G

50Hz

220

Transformator

Rvar

T

K

0

0

1

Listrik

Beban

PRIMARY

1N4002

DIODE

3mA

/

220

9

Gambar 2.5 Gambar Tranduser Arus (Gozali, 2011)

Arus maksimum yang dihasilkan tranduser arus salah satunya dipengaruhi oleh diamaeter lilitan yang digunakan pada lilitan primer dan sekunder. Besarnya arus yang dipengaruhi oleh diameter lilitan dapat ditunjukkan pada Tabel 2.1

Tabel 2.1 Karakteritik Diameter Lilitan Transformator (Gozali, 2011).

NO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Diamater Lilitan (mm) 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Kemampuan Arus (A) 0.016-0.024 0.035-0.053 0.063-0.094 0.098-0.147 0.141-0.212 0.190-0.298 0.251-0.377 0.318-0.477 0.390-0.588 0.566-0.849 0.770-1.160 1.010-1.510 1.270-1.910 1.570-2.360 3.530-5.300 6.280-9.420 9.820-14.73 14.14 - 21.20 19.24-28.86 25.14-37.71

10

2.8 Tranduser Tegangan Tranduser tegangan merupakan sebuah transformer step-down yang dapat dibentuk dari transformator 300mA-5A (Khoiri, 2009). Transformator yang diaplikasikan ke tranduser tegangan memiliki keluaran berbentuk gelombang sinusoidal. Gambar 2.6 menunjukkan tranduser tegangan dan pengkondisi sinyal

TEGANGAN 1N4002

D1

1 Pol

F

u 1N4002 Transformator

D2

1

SECONDARY

PRIMARY

Cap

Rvar

C

k

0

5

220/3mA

AC

V Hz

50

220

OUTPUT

(Khoiri, 2009).

Gambar 2.6 Gambar Tranduser Arus (Khoiri, 2009).

2.9 Mikrokontroler PIC18F Microchip Inc. telah mengembangkan seri mikrokontroler tipe PIC18 yang memiliki jumlah pin yang banyak dan memiliki aplikasi yang kompleks. PIC18F mikrokontroler memberikan solusi untuk menciptakan aplikasi menggunakan bahasa C yang dapat digunakan atau diakses secara real-time dengan sistem Operating System (RTOS) dan dapat menggunakan protokol komunikasi yaitu TCP/IP, CAN, USB atau ZigBee. PIC18F merupakan piranti mikrokontroler yang menyediakan flash program memory dengan ukuran 8 sampai 128 kbytes dan menyediakan data memori dari 256 bytes sampai 4 kbytes. PIC18F series beroperasi pada tegangan 2.0 sampai 5.0 volts dan memiliki kecepatan DC sampai 40 MHz (Ibrahim, 2008). Fitur utama dari Mikrokontroler seri PIC18F yaitu : 1. Memiliki 77 instruksi. 2. Memiliki alamat memory sebesar 2 Mbytes. 3. Memiliki alamat memory data diatas 4 Kbytes. 4. Operasi 40 MHz dengan menggunakan tegangan DC. 5. 8 x 8 Hardware multiplier. 6. Memiliki lebar instruksi 16 bit dan lebar data 8 bit.

11

7. Memiliki 8 bit timers/Counter. 8. Memilik 16 bit timers/counter. 9. Memiliki external interrupts. 10. Memiliki kapasitas sumber arus sebesar 25 mA. 11. Memiliki PWM modulation yang dapat membandingkan, menangkap sumber PWM. 12. Memiliki Master synchronous serial port module (SPI and I2C modes). 13. Memiliki USART modules. 14. Parallel slave port (PSP). 15. Memiliki 10-bit analog-to-digital converter Mikrokontroler PIC18F452 memiliki pin konfigurasi yang sama dengan PIC16F877. Konfigurasi pin mikrokontroler PIC18F452 (DIP) dapat dilihat pada Gambar 2.6.

Gambar 2.7 Konfigurasi PIC18F452 Mikrokontroler bertipe DIP (Ibrahim, 2008).

Mikrokontroler PIC18F452 memiliki sistem internal block diagram. Pada sistem internal block diagram PIC18F452 terdapat beberapa fitur penujang antara lain CPU (Central Processor Unit), 8-bit ALU, 8-bit working accumulator register (WREG), 8 x 8 Hardware multiplier. Pada Byte teratas dan terbawah dari multiplication menyimpan dua register 8-bit dan dikenal dengan nama PRODH dan PRODL. Internal block diagram PIC18F452 dapat ditunjukkan pada Gambar 2.8 (Ibrahim, 2008).

12

Gambar 2.8 Internal Block Diagram Mikrokontroler PIC18F452 (Ibrahim, 2008).

2.10 Analog to Digital Converter (ADC) ADC berfungsi untuk mengubah input analog menjadi data digital yang dapat diproses menggunakan mikrokontroller atau sistem digital. Klasifikasi jenis ADC dapat diklasifikasikan menjadi unipolar dan bipolar. Unipolar ADC menerima input tegangan dari kisaran 0 sampai +0 volt dan bipolar ADC menerima input tegangan dari kisaran +V. Pada Gambar 2.6 menunjukkan proses perubahan data analog ke digital. Proses pembacaan data analog dimulai dari pengkondisian sinyal sampai konversi ADC diperlihatkan pada Gambar 2.8.

Gambar 2.9 Konversi Data Analog to Digital (Ibrahim, 2008).

13

Proses konversi ADC berawal dari sinyal analog dengan nilai yang benar di filter menggunakan low pass filter kemudian dilewatkan pada rangkaian sample-and-hold yang digunakan untuk menjaga bahwa sinyal berada pada kondisi konstan selama proses konversi terjadi dan kemudian dilakukan proses multiplekser analog sebelum memasuki ADC oleh mikrokontroler. Proses konversi ADC secara garis besar yaitu : 1. Sinyal yang akan diproses 2. Memulai konversi 3. Menunggu data hasil konversi 4. Membaca data hasil konversi Proses konversi dapat mengambil waktu beberapa mikro detik. Sebagian besar keluraga mikrokonroler PIC18F memiliki konfigurasi converter yaitu 10-bit ADC. Contoh konfigursi ADC yaitu jika tegangan referensi adalah +5 V, maka nilai tegangan ouput yaitu: 5𝑉 1023

= 0,00489 𝑉 𝑎𝑡𝑎𝑢 4,89 𝑉

(2.16)

Sehingga jika input tegangan 1,0 V atau 3,0 V maka konversi tegangan digital: 1𝑉 0,00489 3𝑉 0,00489

= 205 𝑑𝑒𝑠𝑖𝑚𝑎𝑙

(2.17)

= 613 𝑑𝑒𝑠𝑖𝑚𝑎𝑙

(2.18)

ADC yang dimiliki mikrokontroler PIC18F452 berjumlah 8 channels dengan nama AN0 – AN7, di mana terdapat pada PORTA hingga PORTE. Diagram blok ADC ditunjukkan pada Gambar 2.8 ( Ibrahim, 2008 ).

Gambar 2.10 Diagram blok ADC PIC18F452 (Ibrahim, 2008).

14

2.11 Multy Media Card (MMC) MMC merupakan sebuah alat flash memory yang dirancang dengan kapasitas penyimpanan yang tinggi dan memiliki ukuran yang kecil. Kapasitas memory pada MMC meningkat seiring dengan perkembangan jaman. Saat ini kapasitas MMC yang tersedia di pasaran mulai dari 256 MB sampai 8 GB. MMC memiliki tiga ukuran yaitu standard, mini dan micro. Gambar 2.10 menunjukkan salah satu jenis MMC Standard.

Gambar 2.11 MMC Standard (512 MB) (Ibrahim, 2008).

2.11.1 SPI (Serial Peripheral Interface) bus SPI (Serial Peripheral Interface) bus merupakan standard synchronous serial bus. Perbandingan mode operasi antara SD dan SPI seperti ditunjukkan pada Tabel 2.1.

Tabel 2.2 Standard Pin SD card (Ibrahim, 2008).

15

SPI bus dapat beroperasi menggunakan satu buah sumber data (master) dengan banyak penerima. Sinyal SPI bus memiliki berbagai nama yaitu : a. MOSI ( master output, slave input ) b. MISO ( master input, slave output ) c. SCLK ( serial clock ) d. SS ( slave select ) Sinyal yang dikeluarkan diberikan nama yaitu : a. DO (data out) b. DI (data in) c. CLK (clock) d. CD (chip select) Pada mode komunikasi SPI bus sumber data dikirimkan melalui MOSI dan menerima data melalui MISO. Penerima data harus siap sebelum data akan dikirimkan. Pengiriman data pada mode komunikasi SPI bus diperlihatkan pada Gambar 2.11.

Gambar 2.12 Mode Komunikasi SPI Bus dengan Koneksi Master-Slave Connection (Ibrahim, 2008).

2.12.2 Fungsi-Fungsi Library SD Card Salah satu bahasa pemograman mikrokontroler PIC menggunakan bahasa pemograman C yaitu software compiler microC. Software compiler microC dilengkapi berbagai library pendukung salah satunya library SD Card. Library SD card microC antara lain (Ibrahim, 2008): 1. Mmc_Init (initialize the card) 2. Mmc_Read_Sector (read one sector of data) 3. Mmc_Write_Sector (write one sector of data) 4. Mmc_Read_CID (read CID register)

16

5. Mmc_Read_CSD (read CSD register) 6. Mmc_Fat_Init (initialize FAT) 7. Mmc_Fat_Quick Format (format the card to FAT16) 8. Mmc_Fat_Assign (assign the file we will be working) 9. Mmc_Fat_Reset (reset the file pointer; opens the currently assigned file for reading) 10. Mmc_Fat_Rewrite (reset the file pointer and clear assigned file; opens the assigned file for writing) 11. Mmc_Fat_Append (move file pointer to the end of assigned file so new data can be appended to the file), Mmc_Fat_Read (read the byte the file pointer points to) 12. Mmc_Fat_Write (write a block of data to the assigned file) 13. Mmc_Set_File_Date (write system timestamp to a file) 14. Mmc_Fat_Delete (delete a file) 15. Mmc_Fat_Get_File_Date (read file timestamp) 16. Mmc_Fat_Get_File_Size (get file size in bytes) 17. Mmc_Fat_Get_Swap_File (create).

2.13 Komunikasi Serial Ada dua jenis cara pengiriman data serial USART yaitu Synchronous dan Asynchronous, kedua cara tersebut dibedakan berdasarkan sinyal detak (clock) yang digunakan untuk membawa data serial tersebut. Jika detak dikirim bersamasama dengan data serial maka cara pengiriman tersebut disebut dengan istilah pengiriman data serial secara sinkron (Synchronous) dan bila pengiriman data dilakukan secara tak sinkron (Asynchronous) maka detak tidak dikirim bersama dengan data serial, sehingga rangkaian penerima data harus membangkitkan sendiri detak pendorong data serial. Mikrokontroler PIC telah mendukung kedua jenis komunikasi serial tersebut. Penggabungan kedua teknik tersebut dikenal dengan istilah Universal Synchronous and Asynchronous Serial Receiver and Transmitter (USART) (Rangkuti, 2011).

17

Port COM pada komputer tidak dapat secara langsung dihubungkan pada mikrokontroller oleh sebab itu dibutuhkan pengemudi jalur yang berfungsi untuk mengubah tegangan sinyal RS-232 ke tegangan TTL agar dapat diterima oleh mikokontroller. Salah satu chip yang digunakan adalah MAX232 produksi Maxim Corp. MAX232 mengkonversi level tegangan RS-232 ke level TTL. Salah satu keuntungan tambahan dari MAX232 yaitu chip ini hanya membutuhkan tegangan +5V. MAX232 memiliki dua perangkat pengemudi jalur yang masing-masing dapat mengirim dan menerima data. Pengemudi jalur yang digunakan untuk mengirimkan data (TXD) disebut T1 dan T2, dan pengemudi jalur untuk menerima data (RXD) ditandai sebagai R1 dan R2 (Rangkuti, 2011).

. Gambar 2.13 Deskripsi Pin MAX232 (Rangkuti, 2011)

Komunikasi MAX232 dengan mikrokontroler akan menghubungkan komunikasi DTE (Data Terminal Equipment) dan DCE (Data Circuit Terminating Equipment). MAX232 Standar dapat mendifinisikan level tegangan input berlogika satu dan nol. Sinyal input yang diterima RS232 akan mendefinisikan tegangan 3 sampai 25 Volt sebagai logika minus atau plus. Tegangan 0 Volt input tidak didefinisikan oleh sistem RS-232 sedangkan logika satu akan didefinsikan sebagai tegangan negative dan memiliki fungsi OFF pada sistem. Logika nol dianggap sebagai tegangan positif dan memiliki fungsi sebagai ON pada sistem. Sehingga dapat disimpulkan logika nol mewakili tegangan +3 V sampai +25 Volt dan logika satu mewakili tegangan -3V sampai +25 V (Harish, 2012)

18

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Alat dan Bahan 3.1.1 Perangkat Keras Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini ditunjukkan pada Tabel 3.1 di bawah ini: Tabel 3.1 Alat dan Bahan

NO 1 2 3 4 5 6

Alat Multimeter Digital Multimeter Analog Solder Bor PCB Tang Potong Obeng

Jumlah 1 buah 1 buah 1 buah 1 buah 1 buah 1 buah

7 8 9

Cutter Penyedot timah Downloader PIC

1 buah 1 buah 1 buah

10

Osiloskop

1 buah

11 12

Timah Fericlorit

1 buah 1 buah

13

Tag Potong

1 buah

Bahan Kwh meter analog PIC18F452 LCD 4X20 Card Raider (MMC) Transformator 2A PCB Sumber Tegangan Cadangan (Italic) Power Supply 3A Voltmeter AC Lampu dan Instalasi beban Listrik Box Kwh meter Analog Box MCB Pin konektor: 2 pin,3 pin, 8 pin.

Jumlah 1 buah 2 buah 3 buah 1 buah 1 buah 1 buah 8 buah 2 buah 1 buah 1 buah 1 buah 1 buah 10 buah

3.3.2 Perangkat Lunak Perangkat lunak yang digunakan dalam penelitian ini adalah : a. MicroC Berfungsi sebagai complier mikrokontroler PIC menggunakan bahasa C. b. Proteus Berfungsi sebagai salah satu software simulasi mikrokontroler sistem rancang bangun sebelum diaplikasikan pada rangkaian.

17

19

c. DIY Programer microbrn Berfungsi sebagai software downloader USB mikrokontroler PIC yang dapat mendownload file hex. program ke mikrokontroler PIC. d. Altium Designer 9 Berfungsi sebagai software perancang layout PCB ( Printed Circuit Board). e. Borland Delphi 7 Berfungsi sebagai software komunikasi serial antara mikrokontroler dengan komputer.

3.2 Prosedur Penelitian Prosedur penelitian digambarkan pada diagram blok yang ditunjukkan pada garis warna hijau tua pada Gambar 3.1.

PLN

Kwh Meter Analog

MCB

Beban Listrik

Sumber Tegangan Cadangan

Tranduser 1

Tranduser Tegangan (Volt)

Tranduser 2 Tranduser Arus (Ampere)

Mikrokontroller 1 (ATmega8535)

FSK Modulator

Sistem Kalibrasi Sensor

ADC (ADC0,ADC1)

Setting Kalibrasi RTC (Real Time Clock) Mikrokontroller Atmeta 8535 (Remote Kontrol kWh Meter Digital)

Modul Infrared (DT-Sense IR Proximity)

Memory ekternal (Penyimpan Data kWh)

Jaring-jaring PLN (Power line carrier)

Filter Frekuensi

Mikrokontroller PIC 18F452 Tipe A (Kwh Meter Digital)

Mikrokontroller PIC18F452 Tipe B (Kwh Meter MMC)

Mikrokontroller PIC18F452 Tipe C (Watt Meter MMC)

DS1307 (Real Time Clock)

Memori Eksternal (MMC)

Setting Menu MMC (Serial Usart)

Display LCD Beban Listrik (Time,Date,Watt,kWh)

Data Notpad “kwhmeter.txt” (data kwh per detik)

Komputer (Basis Data)

Gambar 3.1 Diagram Blok Penelitian.

FSK Demodulator

Mikrokontroller 2 (ATmega8535)

20

3.3 Disain dan Realisasi Rangkaian 3.3.1 Tranduser Arus Penggunaan tranduser arus bertujuan untuk memperbesar range pengukuran dengan cara memperkecil arus beban listrik sehingga dapat terjangkau oleh range alat ukur. Tranduser yang dibuat pada penelitian ini adalah tranduser arus yang dibuat menggunakan transformator. Rangkaian tranduser arus diperlihatkan pada

SEKUNDER

LILITAN mm

0.1

=

RPot

V

1

K

0

0 DIODE_BRIDGE_1N4002 SEC

PRI

ADC1_KWH

1 V

5

2

_

F

u

0

7

4

RPot

V

2

K

0

0 Skunder)

dan

(Primer

Seri

1

R

2A

Trafo

FILTERING

4

C

1

(AC)

V

220

50Hz

2

ADC0_MMC

LISTRIK

3

N

A

B

E

B

1

S

U

R

A

R

E

S

U

D

N

A

R

T

R

LILITAN

50

Diameter

PRIMER mm

0.4

= LILITAN

25

Diameter

LILITAN

Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Rangkaian Tranduser Arus

Pada penelitian ini tranduser arus dibuat menggunakan trafo 2A dengan mengganti lilitan primer dan sekunder. Penggantian lilitan bertujuan agar tranduser dapat membaca beban listrik. Agar dapat membaca beban listrik yang besar, maka lilitan primer dipasang secara seri dengan beban listrik dan lilitan sekunder dipasang parallel dengan beban listrik. Beban listrik yang besar dapat menghasilkan arus dan tegangan yang besar, sehingga untuk mendeteksi arus dan tegangan pada beban listrik secara optimal digunakan jumlah lilitan primer dan sekunder yang ideal. Pada penelitian ini digunakan lilitan primer dengan diameter kawat 0.4 0.45 mm dengan jumlah lilitan 25 lilitan sedangkan pada lilitan sekunder digunakan diameter kawat 1 mm dengan jumlah lilitan 50 lilitan. Tegangan yang dihasilkan tranduser adalah tegangan AC sehingga diperlukan rangkaian konversi tegangan AC ke DC menggunakan rangkaian diode bridge (1N4002). Pada output

21

rangkaian dipasang kapasitor 470𝜇𝐹/25𝑉 sebagai filtering derau pada sistem. Tegangan yang dihasilkan tranduser kemudian dikalibrasi menggunakan resistor variable 100 kΩ agar dapat dibaca oleh mikrokontroler.

3.3.2 Tranduser Tegangan Penggunaan tranduser tegangan bertujuan untuk mendeteksi tegangan sumber bolak-balik (AC) PLN. Tranduser tegangan dibuat menggunakan transformator 5A step-down dan rangkaian pembagi tegangan. Rangkaian tranduser terdiri dari 2 buah diode 1N5401 yang dipasang secara seri terhadap transformator. Diode 1N5401 berfungsi sebagai penyearah gelombang sinusoidal dengan arus ouput 3A. 1 buah regulator LM7805 dan filtering kapasitor 2200 𝜇𝐹 dan 100 𝜇𝐹 berfungsi sebagai konversi tegangan 9 V DC ke 5 V DC, kemudian tegangan tersebut dikalibrasi menggunkan resistor variable 100k dengan arus maskimun 2A menggunakan diode 1N4002, sehingga dapat dibaca oleh

3

D

1

3 Out

1

V

R RPot 1N4002

Diode

K

0

0 2

1

2

C

V

5

2

_

F

u

0

0

2

V

6

1

_

F

u

0

0

1

D

N D

N

G

G

5A

TRAFO

FILTERING

1N5401

Diode

5

FILTERING

7

2

(AC)

V

220

C

Vout

2

r

e

d

n

u

k

S

Primer

50Hz

D

1

G

1N5401

Diode

9

N

1

D

n

I

1

N

A

G

N

A

G

E

T

R

E

S

U

D

N

A

R

T

D

LM7805

mikrokontroler. Rangkaian tranduser tegangan diperlihatkan pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3 Rangkaian Tranduser Tegangan

3.3.3 Rangkaian Catu Daya dan Sumber Tegangan Cadangan Pada penelitian ini digunakan sumber arus searah (DC) menggunakan regulator LM7805 dan didukung oleh tegangan cadangan menggunakan battery 1.3 volt sebanyak 8 buah yang dapat bertahan selama 6 jam. Sistem battery cadangan akan secara otomatis aktif pada saat catu daya mati. Gambar rangkaian catu daya dan sumber tegangan cadangan ditunjukkan pada Gambar 3.4.

3 Out r

e

d

n

u

k

S

C

C

V

D

N

G

(2500mA)

Volt Charge D

N

G

D

N

G

D

N

G

1

0

u

Battery

F

_

2

Vo=10.8

1

2

6

0

V

u

F

_

SUPPLY

POWER

2

5

2

V

1

9

G

N

(AC)

V

220

Primer

TRANSISTOR

D

n

I

Hz

50

1

2N3005

LM7805

7

5

1N4002

1N4002_BRIDGE

3A

TRAFO

22

Gambar 3.4 Catu Daya dan Sumber Tegangan Cadangan

3.3.4 Rangkaian RTC (Real Time Clock) RTC merupakan salah satu antarmuka i2c (two-wire) yang mampu menyimpan data-data detik, menit, jam, tanggal, bulan, hari dalam seminggu dan tahun hingga 2100. RTC (Real Time Clock) memiliki kapasitas 56-byte, battery backed, RAM nonvolatile (NV) untuk penyimpanan. Sistem RTC (Real Time

D

N

G C

C

M

A

J

_

Y

A

R

E

T

T

A (DC)

Volt 8 C

C

T

A

V

3

V B

SCL SDA

1

SQW

7 SQW/OUT

2

X

N

G

L

A

T

D

N

DIGITAL)

METER

(KWH

CLOCK

TIME

REAL

G

1

D

4

32.768kHz

X

2

2

X

1

SCL

5

SDA

6

DS1037

3.0

B

F

n

0

2 0

1

C

V

D

N

G

Clock) dapat diperlihatkan pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5 Rangkaian RTC (Real Time Clock).

3.3.5 Rangkaian kWh meter digital PIC18F452 Multimedia Card (MMC) MMC merupakan sebuah alat flash memory yang dirancang dengan kapasitas yang tinggi dan memiliki ukuran yang kecil. Kapasitas memory pada MMC meningkat seiring dengan perkembangan jaman. Rangkaian kWh meter digital multimedia card (MMC) ditunjukkan pada Gambar 3.6.

23

Gambar 3.6 kWh Meter digital multimedia card (MMC)

Rangkaian kWh meter digital MMC memiliki konfigurasi Pin Pada PORTC yang ditunjukkan pada Tabel 3.2. Tabel 3.2 Konfigurasi PIN Kwh Meter Digital Menggunakan MMC KONFIGURASI PIN KWH METER DIGITAL MENGGUNAKAN MMC PIN NAMA PIN Nomor Fungsi PORT MMC NO PIC18F452 MMC PIN MMC 1 RC2/CCP1 CS (chip select ) 1 Pin penanda dimana berlogika 0 jika ada MMC masuk slot. dan berlogika 1 jika tidak ada MMC yang masuk slot. 2 RC3/SCK/SCL SCK (Clock) 5 Pin clock merupakan jalur clock MMC yang digunakan untuk mengakses clock MMC. 3 RC4/SDI/SDA DO (Data out ) 7 berfungsi untuk mengirimkan data / MISO keluar MMC. 4 RC5/SDO DI (Data in) 2 berfungsi untuk menerima data / MOSI kedalam MMC 5 VCC Catu Daya 6 Catu daya MMC maksimum (3.3 Volt) sebesar 3.3 Volt. 6 GND Ground 3 dan 4 Ground.

24

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan Pada perancangan sistem kWh meter digital berbasis mikrokontroler PIC18F452 menggunakan MMC didapatkan hasil penelitian sebagai berikut : 1. Dari hasil pengujian pencatatan beban listrik didapatkan nilai ketelitian pencatatan beban listrik yang cukup baik. Nilai ketelitian pencatatan beban listrik dapat diukur melalui linieritas tranduser. Dari hasil pengujian didapatkan linieritas tranduser arus terhadap perubahan arus (R2= 0.985) dan tranduser tegangan terhadap perubahan tegangan (R2= 0.997). 2. Dari hasil pengujian kWh meter digital dengan beban listrik didapatkan linieritas pencatatan beban listrik sebesar R2=0.998 dan korelasi kWh meter digital dengan beban listrik sebesar 0.099 dengan error rata-rata sistem 0.00505 % pada jangkauan pengukururan 0-999.9 Watt dengan beban minimum 20 Watt. 3. Dari hasil pengujian kWh meter digital dan watt meter digital menggunakan multimedia card (MMC), didapatkan linieran alat selama 60 menit dengan selang waktu 10 detik memiliki linieritas pengukuran sebesar R2= 0.994 dan pada pengujian watt meter digital selama 60 menit dengan selang waktu 1 detik memiliki linieritas pengukuran beban listrik yang sama dengan beban listrik sesungguhnya. 4. Dari hasil pengujian keseluruhan sistem kWh meter digital dengan kWh meter analog didapatkan korelasi dan linieritas kWh meter analog dengan kWh meter digital sebesar 0.998 dan R2=0.995, kWh meter analog dengan kWh meter perhitungan sebesar 0.997 dan R2=0.993, kWh meter analog dengan kWh meter MMC sebesar 0.997 dan R2= 0.992.

5.2 SARAN 1. Diperlukan tranduser arus dan tegangan yang lebih presisi dan akurat dalam proses pengukuran beban listrik secara real time. 41

25

DAFTAR PUSTAKA Cahyono, B. D., Arif, Y. C., dan Suryono. 2010. Sistem Monitoring Pencurian Energi Listrik. Surabaya: PENS-ITS. Gozali, M. 2011. Desain Perancangan kWh Meter Digital berbasis Sistem SCADA pada Pelanggan Tegangan Menengah 20 KV di PT PLN (Persero) APJ Jember. Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Jember (UNEJ) , Jurnal Rekayasa Elektrika, Vol. 9, No. 3, April 2011. Haque, M., Hossain, K., Ali, M., dan Sheikh, R. I. 2011. ”Microcontroller based single phase digital prepaid energy meter For improved metering and billing system”. 1dept. of electrical and electronic engineering, khulna university of engineering & technology, khulna-9203, Bangladesh international journal of power electronics and drive system (ijpeds) vol.1, no.2, december 2011, PP. 139~147 ISSN: 2088-8694. Hamid, Marsud.2009.IEC Standar 60076 Laboratorium Sebagai Standar Uji Trafo Daya Tengangan Menengah.Jurusan Pendidikan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Negeri Makassar.Media Elektrik, Volume 4 Nomor 2, Desember 2009.

Harish, P. dan Sandeep, S. 2012. GSM Based Automatic Wireless Energy Meter Reading System. International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT) ISSN: 2278-0181 Vol. 1 Issue 9, November- 2012. Ibrahim, D. 2008. Advanced pic microcontroller Projects in C From USB to RTOS with the PIC 18 F Series. Lim Un Tung, L. dan Oktavia, H. 2002. KWh meter dengan sistem prabayar. Jakarta: Electrical Engineering Dep. Mappeasse,M,Y., Mangesa, R, T dan Suhardi, I., 2007.Studi Sistem Proteksi Transformator Daya Gardu Induk 150 kV TELLO PT. PLN (PERSERO) Wilayah Sulawesi Selatan Dan Barat. Jurusan Pendidikan Teknik Elektro FT UNM.Media Elektrik, Volume 2 Nomor 2, Desember 2007. Mubarak, E. 2005. Sistem Kendali dan Monitoring Jarak Jauh Peralatan Elektronik Rumah Tangga melalui Media Transmisi Jala-Jala Listrik. Makalah Seminar Tugas Akhir. Semarang: Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Semarang. Muchlis, I. dan Santoso, A. 1995. Watthour Meter Digital. PUSLITBANG KIMLIPI. ISSN 0852-002 X, PPI-KIM 1995.

26

Prashanth. 2012. Design and Implementation of Wireless Energy Meter System for Monitoring the Single Phase Supply" . Instrumentation Engineer , Dept. of Science and Technology (DST) Promotion of University Research and Scientific Excellence (purse). International Journal of Computer Applications (0975 – 8887) volume 41– no.2, march 2012. Putra, A. E. 2010. Tips dan Trik Mikrokontroller AT89 dan AVR. Yogyakarta: ANDI. Rangkuti, S. 2011. Mikrokontroller Atmel AVR Simulasi dan Praktek menggunakan ISIS Proteus dan CodeVisionAVR. Bandung: Informatika Bandung. Rosanto, S. A., Satoto, K. I., dan Rochim, A. F. 2010. Analisis Perbandingan Kinerja Jaringan Komputer berbasis Powerline Communication dengan Jaringan Komputer berbasis Kabel UTP. Makalah Seminar Tugas Akhir. Semarang: Teknik Elektro Universitas Diponegoro. Sukarman, M. K. dan Swarnada, S. 2009. Rancang Bangun kWh Meter Digital berbasis Mikrokontroler. Seminar Nasional V SDM Teknologi Nuklir. Yogyakarta : Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-Batan. Sapiie, S. dan Nishino, O. 2000. Pengukuran dan Alat-Alat Ukur Listrik. Jakarta: Pradnya Paramita. Wicaksono, T., Sadnowo, A., dan Haris, A. 2007. Rancang Bangun Alat Penghitung Biaya Energi Listrik Terpakai berbasis Mikrokontroler PIC 16F877. Lampung: Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung.