PENGIRIMAN DAN PENERIMAAN DATA FREKUENSI SEBAGAI REPRESENTASI SUHU MELALUI JARINGAN LISTRIK

Transkripsi

1 PENGIRIMAN DAN PENERIMAAN DATA FREKUENSI SEBAGAI REPRESENTASI SUHU MELALUI JARINGAN LISTRIK Kristian Harika 1), Sudiono (2), Muhtadan (3) Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir Badan Tenaga Nuklir Nasional Jl. Babarsari, PO Box 6101 YKBB Yogyakarta Telepon: (0274)48085,489716; Fax: (0274) Abstrak PENGIRIMAN DAN PENERIMAAN DATA FREKUENSI SEBAGAI REPRESENTASI SUHU MELALUI JARINGAN LISTRIK. Telah dilakukan penelitian pengiriman dan penerimaan data suhu melalui jaringan listrik yang terdiri dari 2 bagian, yaitu bagian pemancar data dan penerima data. Pemancar data terdiri dari sensor suhu LM35DZ, rangkaian pengubah tegangan ke frekuensi KA331VH30, penampil hasil pengukuran suhu dan rangkaian pengait. Rangkaian penerima berupa rangkaian high pass filter. Data dipancarkan oleh rangkaian pemancar data melalui jaringan listrik dan diterima rangkaian penerima kemudian ditampilkan melalui osiloskop. Pemancaran dan penerimaan data pengukuran frekuensi dari 2,72 KHz - 7,09 KHz dengan jarak pemancar-penerima ± 2 meter mempunyai regresi linier dengan penyimpangan rata-rata adalah 4,39 %. Telah terjadi penurunan amplitudo tegangan pada data yang dikirim. Kata kunci : suhu, jaringan listrik, pengiriman, frekuensi. Abstract TRANSMITTING AND RECEIVING OF FREQUENCY DATA TEMPERATURE REPRESENTATION THROUGH ELECTRICITY NETWORK. Research of transmission and receiving of measuring temperature data through electricity network which consists of two parts, the data transmitter and data receiver, has been done. Data transmitter consists of LM35DZ temperature sensor, KA331VH30 voltage to frequency converter circuit. Receiver circuit consists of high pass filter circuit. Data are transmitted by data transmitter circuit through electricity network and received by receiver circuit, then shown by oscilloscope. Transmitting and receiving of 2,72 KHz 7,09 frequency measurement data, with the distance between transmitter and receiver is ± 2 meter, has liniear regression of 0,989 and average deviation of 4,39%.The decrease of voltage amplitude in transmitted data, had been happened. Keywords : temperature, electricity network, transmission, frequency PENDAHULUAN Power Line Communications yang disingkat PLC adalah teknologi yang menggunakan koneksi kabel listrik pada jaringan listrik untuk memberikan pasokan energi listrik, dan di saat yang bersamaan juga dapat digunakan untuk mentransfer data dan transmisi suara. Kecepatan maksimal yang bisa diraih menggunakan teknologi ini kurang lebih mendekati kecepatan koneksi transmisi data menggunakan fiber optic, mulai dari 256 Kbit/s sampai 45 Mbit/s. Secara prinsip, pengiriman data Kristian Harika, dkk 233 STTN-BATAN & Fak. Saintek UIN SUKA

2 melalui kabel listrik ini dilakukan dengan menumpangkan sinyal komunikasi yang berisi data di bawah frekuensi aliran listrik. Proses penumpangan sinyal data ini membutuhkan frekuensi gelombang skala rendah, 1-50 MHz Penelitian dengan judul Pengiriman dan Penerimaan Data Frekuensi Sebagai Representasi Suhu Melalui Jaringan Listrik ini merupakan pengembangan dari artikel yang diunduh dari situs Dengan judul penelitian Remote sensor sends data via mains supply Temperature range: 00.0 to 99.9 C.Hasil penelitian tersebut berupa sistem yang terdiri dari transmitter (pengirim) dan receiver (penerima). Semua data yang dikirim oleh transmitter ditumpangkan pada jaringan tenaga listrik PLN dan diterima oleh bagian receiver untuk mengolah dan menampilkan data agar dapat ditampilkan pada 3 LED 7 segment. Angka yang paling signifikan persepuluh tiap derajat dengan jangkauan pengukuran o C. Jarak pemancar-penerima dapat mencapai seratus meter. Sedangkan pada penelitian dengan judul Pengiriman dan Penerimaan Data Frekuensi Sebagai Representasi Suhu Melalui Jaringan Listrik membuat rangkaian pemancar (transmitter) dan rangkaian penerima (receiver). Pemancar menampilkan hasil pengukuran suhu kemudian data dipancarkan ke jaringan listrik dan diterima dengan penerima (receiver). Penelitian mempunyai tujuan untuk membuat Sistem Pengirim dan Penerima data pengukuran suhu dengan range 26 0 C 70 0 C, yang dikirim melalui jaringan listrik. Pengembangan dan perancangan alat ini diharapkan dapat mempermudah para teknisi maupun operator yang pekerjaannya bergelut dengan pengukuran suhu. Seperti pengukuran suhu suatu ruangan, yang tidak memungkinkan operator berada dalam ruangan tersebut. DASAR TEORI Tinjauan Pustaka Pada penelitian sebelumnya yang dilakukan adalah penggunaan PLC yang merupakan kepanjangan dari Power Line Communications, teknologi yang menggunakan koneksi kabel listrik yang dapat digunakan pada jaringan listrik yang telah ada untuk memberikan pasokan energi listrik, dan di saat yang bersamaan juga dapat digunakan untuk mentransfer data dan transmisi suara (1). Dasar kerja PLC adalah menggunakan frekuensi tinggi yang tidak digunakan untuk mengalirkan listrik. Jalur listrik umumnya menggunakan frekuensi Hz untuk mengalirkan listrik. PLC akan menggunakan frekuensi yang lebih tinggi untuk mengirimkan data (2). Artikel unduhan dari situs merupakan bahan pustaka utama yang digunakan pada pembuatan sistem pengiriman data melelui tegangan listrik PLN. Berisi tentang pembuatan Remote sensor sends data via mains supply Temperature range: 00.0 o C to 99.9 C. Hasil penelitian tersebut berupa sistem yang terdiri dari Transmitter (pengirim) dan Receiver (Penerima). Semua data yang dikirim oleh transmitter ditumpangkan pada jaringan tenaga listrik PLN dan diterima oleh bagian receiver untuk mengolah dan menampilkan data agar dapat ditampilkan pada 3 LED 7 segment. Angka yang paling signifikan persepuluh tiap derajat dengan jangkauan pengukuran o C. Jarak pemancar-penerima dapat mencapai seratus meter. PLC Telekomunikasi dengan pembawa saluran tenaga (power line carrier, disingkat PLC) adalah komunikasi dimana arus pembawa (carrier current) ditumpukkan (superposed) pada saluran transmisi tenaga, sehingga saluran tenaga ini menjadi rangkaian transmisi frekuensi tinggi. Untuk memungkinkan komunikasi dengan cara ini secara effisien, yaitu dimana karakteristik penyaluran isyarat lewat pembawa digabungkan dengan karakteristik penyaluran tenaga pada tegangan tinggi, diperlukan peralatan pengait (3). LM 35 Sensor yang digunakan berupa IC LM35 buatan National Semiconductor. Keluaran dari IC LM35 berupa tegangan yang sebanding dengan suhu dalam satuan derajat Celcius. IC LM35 ini mempunyai keluaran 10 mv/ C dan bisa dioperasikan pada tegangan +4V s/d +20V DC (4). LM 331 Beberapa karakteristik dari LM 331 antara lain (5) : Beroperasi pada tegangan 5V Pulsa keluaran kompatibel dengan semua bentuk logika. Stabilitas suhu yang baik, ±50 ppm/ o C max Disipasi daya rendah, 15 mw pada saat 5V Jangkauan frekuensi 1 Hz to 100 khz Rangkaian differensiator (High Pass Filter) STTN-BATAN & Fak. Saintek UIN SUKA 234 Kristian Harika

3 Rangkaian seperti ditunjukkan pada Gambar 1 akan meneruskan isyarat dengan frekeunsi tinggi yaitu f >> fp dan isyarat dengan frekuensi rendah tidak akan diloloskan (6). Nilai fp ditujukkan seperti Pers. (1). 1 fp = f p 2 RC... (1) Komponen Sinyal Sinyal elektromagnetik terdiri dari berbagai frekuensi sehingga spektrumnya akan melebar sebanyak frekuensi yang terdapat pada sinyal tersebut, seperti pada Gambar 2 dengan menjumlahkan dua sinyalsinus dengan frekuensi f1 (pada gambar 2 a) dan 3f1 (pada gambar 2b) dengan menggunakan Pers.(2).... (2) Gambar 1. Rangkaian high pass filter Mikrokontroler ATMega 8535 Mikrokontroler ATmega8535 merupakan seri mikrokontroler 8-bit buatan Atmel Corp. yang memiliki arsitektur AVR (Alf and Vegard s Risc Processor). Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard s Risc prosesor) memiliki arsitektur RISC 8 bit, di mana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit (16-bits word) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock, berbeda dengan instruksi MCS 51 yang membutuhkan 12 siklus clock. Mikrokontroler ATmega8 mempunyai 40 pin dengan fasilitas cukup lengkap yaitu 23 jalur Input / Output, 8KByte In System Programmable Flash, 512bytes EEPROM, 1Kbytes Internal SRAM, Internal ADC, Timer/Counter, SPI, dan USART (7). Bahan Inti Magnet Ferit dan Garnet Bahan inti magnet pasti mempunyai rugi panas berupa histerisis dan rugi arus pusar. Besarnya rugirugi tersebut juga sangat tergantung pada frekuensi kerjanya. Semakin tinggi frekuensinya rugi-rugi tersebut juga semakin tinggi. Untuk itu bahan inti magnet yang dipakai untuk frekuensi tinggi seperti trafo TV dan penerima FM adalah Ferit dan Garnet. Bahan paduan ferit terbuat dari 50% MgO, 50%Mn0 ditambah Fe 2 O 3. Sedangkan bahan paduan garnet adalah ferit dengan ditambah unsur logam tanah jarang seperti samarium (Sm), europium atau emas (Eu) dan gadolinium (Gd). Untuk frekuensi audio sering digunakan inti dari bahan ferit, sedang untuk frekuensi yang lebih tinggi misalnya gelombang mikro dipakai inti dari bahan garnet (8). Gambar 2. Penggabungan 2 sinyal Dari persamaan tersebut diperoleh sinyal gabungan (seperti Gambar 2c), komponen sinyalnya terdiri dari gabungan sinyal individual (pada gambar 2 a dan 2 b), besar frekuensi pada sinyal kedua merupakan kelipatan bilangan interger dari sinyal pertama, sehingga frekuensi sinyal pertama disebut sebagai frekuensi fundamental. Periode sinyal keseluruhan sama dengan periode sinyal fundamental (9). METODE Bahan dan Komponen yang digunakan Bahan dan komponen yang digunakan, antara lain: beberapa komponen pasif, seperti resistor, dan kapasitor; beberapa komponen-komponen aktif, seperti transistor; beberapa IC, seperti LM331, LM35, Mikrokontroler ATMega8535, kabel, pin header, solder wire dan pasta solder; papan PCB dan larutan Ferit clorit. Kristian Harika, dkk 235 STTN-BATAN & Fak. Saintek UIN SUKA

4 Peralatan Peralatan yang digunakan antara lain: seperangkat komputer beserta beberapa software pendukung, seperti EAGLE full version, Microsoft Office, dan sebagainya; project board, dan sebagainya; heat solder, tang jepit, tang potong, obeng dan sebagainya, multimeter, osiloskop. Perangkat Keras Blok diagram dari perancangan perangkat keras perangkat keras pemancar data (transmitter) dan penerima data (receiver) dalam tugas akhir ini diperlihatkan dalam Gambar 3. Gambar 4. Rangkaian pengubah tegangan ke frekuensi Gambar 5. Rangkaian pengait Gambar 3. Blok Diagram Alat Fungsi dari tiap blok adalah: 1. Sensor Suhu Sensor LM35D berfungsi merubah besaran suhu (Celcius) menjadi tegangan listrik (mili Volt). 2. Rangkaian Pengubah Tegangan ke Frekuensi (voltage to frequency converter) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4 berfungsi mengubah tegangan keluaran dari sensor suhu diubah menjadi frekuensi yang sebanding. Agar dapat ditumpangkan ke jaringan listrik data suhu diubah ke frekuensi yang sebanding. 3. Rangkaian Minimum Sistem Mikrokontroler ATMega 8535 berfungsi untuk mengolah data tegangan keluaran sensor suhu yang masuk ke port ADC agar dapat ditampilkan pada LCD (liquid crystal display). 4. LCD (liquid crystal display) berfungsi untuk menampilkan data pengukuran suhu yang telah diolah oleh mikrokontroler ATMega Rangkaian penerima yang berupa rangkaian filter berfungsi memisahkan antara frekuensi data dengan frekuensi pembawa, sehingga frekuensi data yang dipancarkan dapat ditampilkan di osiloskop. Rangkaian filter yang digunakan ditunjukkan pada Gambar 6. Perangkat Lunak Gambar 6. Rangkaian Filter Perangkat lunak dalam penelitian ini digunakan BASIC dengan software BASCOM-AVR. BASCOM-AVR juga mempunyai fasilitas untuk mengubah file.bas menjadi.hex. File.HEX ini yang kemudian ditanamkan dalam mikrokontroller menggunakan downloader. Agar program sistem minimum mikrokontroler terarah sesuai tujuan, maka dibuat diagram alir yang ditunjukan pada Gambar 7. STTN-BATAN & Fak. Saintek UIN SUKA 236 Kristian Harika

5 Gambar 8. Hasil dari pengujian LM35DZ Pengujian Rangkaian Pengubah Tegangan ke Frekuensi Pengujian sensor LM35DZ dilakukan dengan cara membandingkan hasil pengukuran suhu menggunakan mulmeter digital merek Sanwa PC520M dengan hasil keluaran LM35DZ yang diukur menggunakan multimeter merek Sanwa YF3503. Hasil dari pengujian ditunjukkan pada Gambar 9. Gambar 7. Diagram alir pengukuran suhu HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian Pemancar Data (Transmitter) Pengujian Sensor Suhu LM35DZ. Pengujian sensor LM35D dilakukan dengan cara membandingkan hasil pengukuran suhu menggunakan mulmeter digital merek Sanwa PC520M dengan hasil keluaran LM35DZ yang diukur menggunakan multimeter merek Sanwa YF3503. Hasil dari pengujian LM35DZ ditunjukkan pada Gambar 8. Berdasarkan Gambar 8 diketahui bahwa antara suhu yang diukur sebanding dengan tegangan keluaran. Ditunjukkan dengan nilai regresi linier adalah Gambar 9. Grafik linieritas tegangan masukan rata-rata dengan frekuensi rata-rata pada rangkaian pengubah tegangan ke frekuensi Dari Gambar 9 dapat disimpulkan bahwa antara tegangan masukan sebanding dengan frekuensi yang dihasilkan. Ditunjukkan dengan nilai regresi linier adalah Pengujian LCD (Liquid Crystal Display) Sebagai Penampil Pengukuran Suhu. Pengujian LCD (Liquid Crystal Display) sebagai penampil pengukuran suhu dilakukan untuk mengetahui kesebandingan antara suhu yang diukur LM35DZ dan yang ditampilkan oleh LCD. Pengujian dilakukan dengan membandingkan suhu yang diukur LM35DZ menggunakan multimeter Kristian Harika, dkk 237 STTN-BATAN & Fak. Saintek UIN SUKA

6 digital PC520M dengan tampilan suhu yang ada pada LCD. Hasil dari pengujian LCD ditunjukkan pada Gambar 10. Gambar 10. Grafik perbandingan antara suhu yang terukur oleh LM35DZ dengan tampilan pada LCD Dari Gambar 10 dapat disimpulkan bahwa antara suhu yang terukur sebanding dengan yang ditampilkan pada LCD. Ditunjukkan dengan nilai regresi linier adalah Pengujian pemancaran Data ke Jaringan Listrik Pengujian dilakukan dengan melihat sinyal AC di jaringan listrik dengan menggunakan osiloskop. Hasil pengujian ditunjukkan pada Gambar 11. Dari Gambar 11 terdapat perbedaan antara jaringan listrik yang tidak ditumpangi data frekuensi dengan jaringan listrik yang ditumpangi data frekuensi. Perbedaan ditunjukkan pada tinggi amplitudo dan juga pada gambar sinyal. Pada Gambar 11 (a) tinggi amplitudo adalah 42,4 volt, sedangkan pada Gambar 11 (b) tinggi amplitudo adalah 46,4 volt. Terjadi selisih sebesar 2 volt. Perubahan amplitudo disebabkan penambahan atau penumpangan data frekuensi pada jaringan listrik. Data frekuensi yang ditumpangkan mempunyai amplitudo 20 volt. Tetapi saat ditumpangkan amplitudo data turun menjadi 2 volt. Hal ini dapat disebabkan penginduksian frekuensi pada trafo rangkaian pengait terjadi rugi-rugi daya. Dengan demikian data telah dapat ditumpangkan dengan jaringan listrik dengan function generator sebagai penghasil data. Pengujian Penerimaan Data Dari Jaringan Listrik. Penerimaan Data Dari Jaringan Listrik Dengan Function Generator Sebagai Sumber Frekuensi Data. Keluaran dari function generator disambungkan secara langsung dengan lilitan primer trafo inti ferit dimana lilitan sekunder dari trafo dihubungkan secara langsung dengan jaringan listrik. Alat ukur yang digunakan untuk membaca data yang diterima adalah osiloskop GRS-6032A. Jarak antara pemancar dan penerima ±2 m. Hasil dari pengujian ditunjukkan pada Gambar 12. (a) Gambar 12. Hasil pengujian Penerimaan data dari jaringan listrik dengan function generator sebagai sumber frekuensi data. (b) Gambar 11. Perbedaan sinyal AC (a) sebelum dengan (b) sesudah ditumpangkan jaringan listrik. Dari Gambar 12 terlihat bahwa data yang dipancarkan sebanding dengan data yang diterima. Hal ini ditunjukkan dengan nilai R 2 = Dari penelitian diketahui penurunan amplitudo pada STTN-BATAN & Fak. Saintek UIN SUKA 238 Kristian Harika

7 yang diterima. Penurunan amplitudo data dapat disebabkan : 1. Nilai resistor dan kapasitor dari rangkaian high pass filter yang tidak sesuai dengan teori. 2. Amplitudo data sudah turun saat data dipancarkan oleh rangkaian pemancar. 3. Perbedaan impedansi pada jaringan listrik. Penerimaan Data Frekuensi Representasi Pengukuran Suhu Dari Jaringan Listrik. Pada pengujian ini sumber data yang digunakan adalah keluaran dari KA331VH30 yang merupakan konversi tegangan dari sensor suhu LM35DZ. Hasil dari pengujian ditunjukkan pada Gambar 13. Gambar 13. Pengujian Penerimaan data frekuensi dari pengukuran suhu dari jaringan listrik. Dari Gambar 13 terlihat bahwa data yang dipancarkan sebanding dengan data yang diterima. Hal ini ditunjukkan dengan nilai R 2 = KESIMPULAN 1. Telah dibuat sistem pemancaran data pengukuran suhu melalui jaringan listrik. 2. Pemancaran dan penerimaan data telah diuji dengan sumber data dari function generator pada jarak pemancar-penerima ±2 meter mempunyai penyimpangan rata-rata 2,9493% dengan regresi linier 0, Pemancaran dan penerimaan data pengukuran frekuensi dari 2,72 KHz - 7,09 KHz dengan jarak pemancar-penerima ±2 meter mempunyai regresi linier dengan penyimpangan rata-rata adalah 4,39 %. 4. Telah terjadi penurunan amplitudo tegangan pada data yang dikirim SARAN Pada rangkaian penerima digunakan rangkaian filter supaya data dapat diolah dalam sistem digital. DAFTAR PUSTAKA Internet Via elctricity Cable. ernet-via -kabel-listrik.html diakses tanggal 15 Oktober Anonim TES & TEKNOLOGI Powerline Communication (PLC) - Jaringan via Listrik. diakses tanggal 15 Desember Arismunandar Artono, Dr. M.A.Sc et al, 1982, Buku Pegangan Teknik Tenaga Listrik Jilid II: Saluran Transmisi. PT. Pradnya Paramita: Jakarta. 4. National Semiconductor, 2000, LM35 Precision Centigrade Temperature Sensors. National Semiconductor Corporations Amaricas: USA. 5. National Semiconductor, 1999, LM 331 Precision Voltage-to-Frequency Converters. National Semiconductor Corporations Amaricas: USA. 6. Sutrisno, 1986, ELEKTRONIKA Teori dasar dan penerapannya, Penerbit ITB: Bandung. 7. Wardhana, Lingga Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR Seri ATMega8535 Simulasi, Hardware, dan Aplikasi. Penerbit ANDI: Yogyakarta. 8. Suyamto Fisika Bahan Listrik. Pustaka Pelajar:Yogyakarta. 9. Dony Ariyus, Rum Muhamad Andri Komponen Sinyal. article/view/4531/2315. diakses tanggal 10 Agustus Anonim Remote sensor sends data via mains supply Temperature range: 00.0 to 99.9 C. diakses tanggal 11 Desember TANYA JAWAB Pertanyaan: 1. Berapa Frekuensi Carrier? (Raden oktova) 2. Apa bedanya dengan alat telemetri BPPTK? Jawabab: 1. Frekuensi Carrier sebesar 50 Hz sesuai dengan frekuensi jaringan listrik PLN 2. Alat telemetri BPPTK medianya adalah gelombang radio. Sedangkan Kristian Harika, dkk 239 STTN-BATAN & Fak. Saintek UIN SUKA

8 pada penelitian ini medianya adalah jaringan listrik STTN-BATAN & Fak. Saintek UIN SUKA 240 Kristian Harika