RANCANG BANGUN ALAT UKUR KONSUMSI ENERGI PADA KOMPUTER MEMAKAI MIKROKONTROLER ATMEGA 328

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN ALAT UKUR KONSUMSI ENERGI PADA KOMPUTER MEMAKAI MIKROKONTROLER ATMEGA 328 TUGAS AKHIR Diajukan guna memenuhi sebagian persyaratan Dalam rangka menyelesaikan pendidikan sarjana strata satu (S1) Jurusan Teknik Elektro Oleh : DENNY CAHYADI NIM JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA JIMBARAN-BALI 2012

2 LEMBAR PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan disuatu perguruan tinggi, dan sepanjang sepengetahuan saya juga tidak terdapat karya tau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Denpasar 12 Juni 2012 ( Denny Cahyadi) ii

3 ABSTRACT Measurement of the energy used on a computer is the most important thing is known. This is related to funds payable resulting from the use of energy. Amount of energy consumed by a computer is also important to know the number of computers that operate at the same time. On this final measurement tools built on the energy consumption of computers. ATmega 328 as a central controller and the process of measuring both the current measurement, voltage and cos phi. The process to get the current value is the conversion of analog values from the current sensor into a digital form of a decimal value of the current value. So is the tension gauge, measure the voltage using a step-down transformer to reduce voltage of 220 V to 9 V, 9 V voltage is reduced again to 2.5 V by using a series resistor as a voltage divider. Voltage of 2.5 V to the analog input of the ADC. Analog to digital conversion value of 2.5 V yield equal to 250 VAC. The data obtained were processed by the microcontroller ATmega 328. Microcontroller also controls devices that must function displays the results of calculations on the LCD 16 x 2 with 4-bit interface and sends the measurement result data into a computer system using a USB interface. In the Delphi program will process the results of measurement of voltage, current, power and cos phi is to be displayed into numbers and graphs. Then stored into a file with txt format. From the manufacture and testing of measuring instruments measuring energy consumption conclude that the results obtained on the gauge of energy consumption is similar to measuring instrument voltmeter, ammeter, Wattmeter, cos phi meter, either on a fixed load using incandescent lights and the computer loads. Keywords: ADC, ATmega328, LCD, transformer step - down, current transformer, USB iv

4 ABSTRAK Pengukuran energi yang dipakai pada sebuah komputer adalah hal yang paling penting diketahui. Hal ini berhubungan dengan dana yang harus dibayar akibat pemakaian energi tersebut. Jumlah energi yang dikonsumsi sebuah komputer juga penting untuk mengetahui jumlah komputer yang dioperasikan pada waktu bersamaan. Pada tugas akhir ini dibangun alat ukur konsumsi energi pada komputer. ATmega 328 sebagai pusat pengontrol dan proses pengukur baik itu pengukuran arus daya,cos phi dan tegangan. Proses untuk mendapatkan nilai arus adalah dengan konversi nilai analog dari sensor arus menjadi nilai digital berupa bilangan desimal dari nilai arus tersebut. Begitu juga pengukur tegangan, pengukur tegangan menggunakan trafo step down untuk menurunkan tegangan 220 V menjadi 9 V, tegangan 9 V ini dikecilkan lagi menjadi 2,5 V dengan menggunakan rangkaian resistor sebagai pembagi tegangan. Tegangan 2,5 V menjadi nilai input analog dari ADC. Konversi nilai analog ke digital menghasilkan 2,5 V sama dengan 250 VAC. Data yang diperoleh diproses oleh mikrokontroler ATmega 328. Mikrokontroler juga mengontrol perangkat yang harus berfungsi menampilkan hasil perhitungan pada LCD 16 x 2 dengan interface 4 bit dan mengirimkan data-data hasil pengukuran ke sistem komputer menggunakan interface USB. Pada program Delphi akan memproses hasil pengukuran tegangan, arus, daya dan cos phi tersebut untuk ditampilkan menjadi angka dan grafik. Kemudian disimpan menjadi file dengan format txt. Dari hasil pembuatan dan pengujian alat ukur konsumsi energi disimpulkan hasil pengukuran yang didapatkan pada alat ukur konsumsi energi hampir sama dengan alat ukur voltmeter, amperemeter, wattmeter, cos phi meter, baik pada beban tetap menggunakan lampu pijar dan pada beban komputer. Kata kunci : ADC, ATmega328, LCD, trafo step - down, trafo arus,usb v

5 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan ke hadapan Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-nya penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir yang berjudul RANCANG BANGUN ALAT UKUR KONSUMSI ENERGI PADA KOMPUTER MEMAKAI MIKROKONTROLER ATMEGA 328. Sebagaimana telah diketahui bahwa tugas akhir ini diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan dalam rangka menyelesaikan studi strata (S1) Pada Bidang Studi Teknik Elektronika Terapan, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Udayana. Penulis menyadari akan keterbatasan pengetahuan dan kemampuan yang penulis miliki. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari semua. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan dan bimbingan dalam rangka penyusunan laporan Tugas Akhir ini terutama kepada: 1. Orang Tua dan keluarga yang telah memberikan dukungan baik materi dan spirit selama ini, 2. Bapak Prof. Ir. I Wayan Redana, M.A.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana. 3. Bapak Ir. I Nyoman Setiawan, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Udayana 4. Bapak IGAP Raka Agung, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing I, 5. Bapak Pratolo Rahardjo, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing II,, 6. Bapak Ir. I Wayan Arta Wijaya,M.Erg.,MT selaku penguji, 7. Bapak Ir I Nengah Suweden.,MT selaku penguji, 8. Bapak IGAK Diafari Djuni H., ST.,MT selaku penguji, 9. Bapak Widyadi Setiawan, S.T., M.T., selaku Kepala Urusan Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana, 10.Teman teman di Teknik Elektro khususnya angkatan 2007 kosentrasi elektronika terapan ( IrwanSyah, Mr. Gede Pangkas dan Tuan CRAB ), atas vi

6 semua bantuan dan dukungannya, serta semua pihak yang telah memberikan masukan dan saran dalam penyusunan Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis mohon maaf apabila terdapat kesalahan dan kekurangan dalam penyusunan Tugas Akhir ini. Semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Bukit Jimbaran, Juni 2012 Penulis vii

7 DAFTAR ISI JUDUL. i LEMBAR PERNYATAAN. ii LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR... iii ABSTRACT..... iv ABSTRAK... v KATA PENGANTAR.. vi DAFTAR ISI.... viii DAFTAR GAMBAR... xiii DAFTAR TABEL.. xix BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Manfaat Batasan Masalah Sistematika Penulisan. 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Energi Listrik Biaya Penggunaan Energi Listrik Pengertian Daya Daya Aktif Daya Reaktif Daya Semu Faktor Daya Pengertian Trafo Prinsip Dasar Transformer Prinsip Kerja Trafo Arus. 14 viii

8 2.6 Mikrokontroler ATmega Memory ATmega Status Register Pin I/O ATmega Pewaktu CPU Mikrokontroler Board Arduino Empat belas pin iput/output digital(0-13) USB Sambungan SV Q1 - Kristal Tombol Reset In-Circuit Programming (ICSP) IC 1 Mikrokontroler Atmega X1 Sumber Daya External Enam pin input analog (0-5) Sofware Arduino LCD Liquid Cristal Display LCD 2x16 Penjelasan 16 pin pada LCD Pin VDD,VSS dan VEE Pin RS ( Register Select) Pin R/W ( Read/Write) Pin D0-D7 (Bus Data) Pin EN ( Enable) Resistor Sebagai Pembagi Tegangan Antarmuka USB Persinyalan USB Paket Data Umum USB Pengenalan Aplikasi Visual IDE Delphi 35 BAB III METODE DAN PERANCANGAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian 40 ix

9 3.2 Data Sumber Data Jenis Data Teknik Pengumpulan Data Bahan Peralatan Kerja Perancangan Hardware Alat Ukur Konsumsi Energi pada Komputer Memakai Mikrokontroler Atmega Diagram Blok Hardware Alat Ukur Konsumsi Energi pada Komputer Memakai Mikrokontroler Atmega Perancangan Sensor Arus Perancangan Sensor Tegangan Perancangan Mikrokontroler dengan LCD Skematik hardware alat ukur konsumsi energy pada sebuah Computer Perancangan software alat ukur konsumsi energy pada sebuah Computer memakai mikrokontroler Atmega Diagram Alir software alat ukur konsumsi energy pada sebuah Computer memakai mikrokontroler Atmega Diagram Alir software Delphi alat ukur konsumsi energy pada sebuah Computer memakai mikrokontroler Atmega Jadwal Kegiatan Daftar Anggaran Biaya.. 53 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1Realisasi Alat Ukur Konsumsi Energi pada Komputer Memakai ATmega Aplikasi Energy Monitoring Alat Ukur Konsumsi Energi pada Komputer Memakai ATmega Pengujian dan Pembahasan Alat Ukur Konsumsi Energi pada Komputer Memakai ATmega x

10 4.3.1 Pengujian dan pembahasan LCD Pengujian dan pembahasan ADC pada mikrokontroler Atmega Pengujian dan Pembahasan pengukuran menggunakan beban tetap pada lampu pijar Pengukuran Menggunakan Beban Lampu Pijar 40 Watt Pengukuran Menggunakan Beban Lampu Pijar 75 Watt Pengukuran Menggunakan Beban Lampu Pijar 100 Watt Pengujian dan Pembahasan pada beban computer yang bekerja menggunakan program program pada komputer Pengujian dan pembahasan pengukuran terhadap beban komputer saat computer dalam kondisi idle atau saat computer dalam keadan hidup tanpa melakukan suatu proses komputasi dengan software Pengujian dan pembahasan Pengukuran terhadap beban komputer dengan menggunakan program PRIME burner Pengujian dan pembahasan Pengukuran terhadap beban computer dengan menggunakan program GAME PES BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Saran 112 xi

11 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN Kode Program ATmega Kode Program Energi Monitoring Delphi ATmega TRAFO ARUS SCT Data Statistik Pengukuran BIODATA xii

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 kwh meter analog 6 Gambar 2.2 Rangkaian Sumber dan Beban 7 Gambar 2.3 Penjumlahan Trigonometri Daya Aktif, Reaktif dan Semu.. 8 Gambar 2.4 Hubungan Daya Aktif, Reaktif dan Kapasitansi 9 Gambar 2.5 Kompensasi Daya Reaktif. 10 Gambar 2.6 Faktor Daya leading.. 10 Gambar 2.7 Segitiga Daya Untuk Beban Kapasitif 11 Gambar 2.8 Faktor Daya lagging 11 Gambar 2.9 Segitiga Daya Untuk Beban Induktif 11 Gambar 2.10 Transformasi Energi. 12 Gambar 2.11 Rangkaian Transformer 14 Gambar 2.12 Rangkaian Trafo Arus.. 15 Gambar 2.13 PinOut ATmega Gambar 2.14 Blok diagram Mikrokontroler Atmega Gambar 2.15 Pemetaan Memori ATmega Gambar 2.16 Blok diagram Mikrokontroler Atmega Gambar 2.17 Bagian bagian Arduino uno 24 Gambar 2.18 Tampilan IDE arduino.. 27 Gambar 2.19 LCD 2 x Gambar 2.20 Rangkaian Pembagi Tegangan.. 29 Gambar 2.21 konektor USB ( Tipe A dan B ) 30 Gambar 2.22 konektor USB.. 30 Gambar 2.23 Pin USB 32 Gambar 2.24 Gambar hasil pengaturan 4 bit USB. 34 Gambar 2.25 Tampilan Utama IDE Delphi 35 Gambar 2.26 Menu Bar Pada Delphi. 36 Gambar 2.27 Toolbar dan Speed Bar pada Delphi 36 Gambar 2.28 Component Palette pada Delphi.. 36 Gambar 2.29 Form Designer pada Delphi. 37 Gambar 2.30 object Inspector pada Delphi 38 Gambar 2.31 Object Treeview pada Delphi xiii

13 Gambar 2.32 Code Editor pada Delphi.. 39 Gambar 3.1 Diagram Block hardware alat ukur konsumsi energy pada sebuah computer. 42 Gambar 3.2 Trafo Arus.. 44 Gambar 3.3 Rangkaian Sensor Arus.. 44 Gambar 3.4 Pemasangan Trafo Arus pada Kabel Primer.. 44 Gambar 3.5 Rangkaian Sensor Tegangan. 46 Gambar 3.6 Skematik LCD 16 x Gambar 3.7 Tampilan Pada LCD 47 Gambar 3.8 Skematik hardware alat ukur konsumsi energy pada sebuah komputer. 48 Gambar 3.9 Diagram Alir Sofware alat ukur konsumsi energy pada sebuah komputer.. 49 Gambar 3.10 Diagram Alir Software Delphi alat ukur konsumsi energy pada sebuah komputer Gambar 3.11 Rencana Tampilan Program pada computer menggunaka Delphi7 52 Gambar 4.1 Gambar Realisasi alat ukur konsumsi energi pada komputer memakai ATmega Gambar 4.2 Gambar Alat Ukur Konsumsi Energi Pada komputer Memakai ATmega 328 dilihat dari atas Gambar 4.3 Gambar Alat Ukur Konsumsi Energi Pada Komputer Memakai ATmega 328 dilihat dari depan Gambar 4.4 Gambar Alat Ukur Konsumsi Energi Pada Komputer Memakai ATmega 328. Gambar a line out dan gambar b line in Gambar 4.5 Bagian bagian dari Alat Ukur Konsumsi Energi Pada Komputer Memakai ATmega Gambar 4.6 Tampilan Form Utama Energy Monitoring Delphi.. 57 Gambar 4.7 Bagian bagian Tampilan Form Utama Energy Monitoring Delphi Gambar 4.8 Hasil pada property memo pada aplikasi Delphi energy monitoring Gambar 4.9 Tampilan Form Energy Monitoring Delphi saat Button Setup Com xiv

14 Gambar 4.10 Tampilan Form Energy Monitoring Delphi Alarm Date and Time Gambar 4.11 Tampilan Form Energy Monitoring Delphi Button Conect.. 63 Gambar 4.12 Tampilan Form Energy Monitoring Delphi saat Button Save File.. 64 Gambar 4.13 Tampilan Form Energy Monitoring Delphi saat Button Open File.. 65 Gambar 4.14 Diagram blok Pengujian LCD Gambar 4.15 Hasil pengujian LCD Gambar 4.16 Diagram Blok Pengujian ADC pada mikrokontroler Atmega Gambar 4.17 Contoh pengukuran pada salah satu input pin analog serta hasil pengukuran ADC pada LCD. 68 Gambar 4.18 Contoh pengukuran pada salah satu input pin analog serta hasil pengukuran ADC pada LCD. 69 Gambar 4.19 Grafik perbandingan ADC pada AUKE dengan AVO-meter pada pin A Gambar 4.20 Grafik perbandingan ADC dengan AVO-meter pada pin A5 72 Gambar 4.21 Alat ukur yang digunakan untuk membandingkan Hasil pengukuran AVO meter pegukur arus (B) VoltWattmeter pengukur tegangan dan arus ( C ) Cos Phi meter 73 Gambar 4.22 Diagram blok pengukuran menggunakan beban tetap. 74 Gambar 4.23 Setting pengukuran dengan Alat Ukur dan beban lampu. 75 Gambar 4.24 Pengujian menggunakan beban lampu pijar 40 Watt Gambar 4.25 Pengujian menggunakan beban lampu pijar 40 Watt (a) Hasil ukur dari AVO. (b) Hasil ukur AUKE. (c) Hasil ukur voltmeter (d) Hasil ukur wattmeter (e) Hasil ukur cos phi meter 76 Gambar 4.26 Aplikasi Energy Monitoring saat AUKE dibebankan dengan lampu pijar 40watt Gambar 4.27 Grafik perbandingan AUKE volt dengan voltmeter dan AUKE watt dengan wattmeter pada beban 40 watt 78 Gambar 4.28 Grafik perbandingan AUKE Ampere dengan Amperemeter dan AUKE PF dengan Cos Phi meter dengan beban 40 watt 79 Gambar 4.29 Pengujian menggunakan beban lampu pijar 75 Watt Gambar 4.30 Pengujian menggunakan beban lampu pijar 75 Watt Hasil ukur dari AVO. (b) Hasil ukur AUKE. (c) Hasil ukur voltmeter (d) Hasil ukur wattmeter (e) Hasil Ukur Cos Phi meter xv

15 Gambar 4.31 Aplikasi Energy Monitoring saat AUKE dibebankan dengan lampu pijar 75watt.. 81 Gambar 4.32 Grafik perbandingan AUKE volt dengan voltmeter dan AUKE watt dengan wattmeter pada beban 75 watt 83 Gambar 4.33 Grafik perbandingan AUKE Ampere dengan Amperemeter dengan beban 75 watt dan AUKE PF dengan Cos Phi meter dengan beban 40 watt 84 Gambar 4.34 Pengujian menggunakan beban lampu pijar 100 Watt.. 85 Gambar 4.35 Pengujian menggunakan beban lampu pijar 100 Watt Hasil ukur dari AVO. (b) Hasil ukur AUKE. (c) Hasil ukur voltmeter (d) Hasil ukur wattmeter (e) Hasil ukur cos phi meter 86 Gambar 4.36 Aplikasi Energy Monitoring saat AUKE dibebankan dengan lampu pijar 100watt Gambar 4.37 Grafik perbandingan AUKE volt dengan voltmeter dan AUKE watt dengan wattmeter pada beban 100 watt. 88 Gambar 4.38 Grafik perbandingan AUKE Ampere dengan Amperemeter dengan beban 75 watt dan AUKE PF dengan Cos Phi meter dengan beban 40 watt. 89 Gambar 4.39 Alat ukur yang digunakan untuk membandingkan hasil pengukuran (A) AVO meter pegukur arus (B) VoltWattmeter pengukur tegangan dan arus ( C ) Cos Phi meter 90 Gambar 4.40 Diagram blok pengukuran menggunakan beban CPU.. 91 Gambar 4.41 Pengukuran AUKE dengan beban computer Gambar 4.42 Contoh Pengukuran AUKE dengan beban komputer Gambar 4.43 Contoh Pengukuran AUKE dengan beban komputer saat komputer idle menunjukan pengukuran daya dan arus Gambar 4.44 Pengukuran AUKE dengan beban komputer saat komputer idle menunjukan pengukuran arus dan tegangan Gambar 4.45 Pengukuran cos phi meter dengan beban computer saat computer idle 94 Gambar 4.46 Pengukuran AUKE dengan beban komputer saat komputer idle pada aplikasi energy monitoring xvi

16 Gambar 4.47 Grafik perbandingan AUKE volt dengan voltmeter dan AUKE watt dengan wattmeter pada kondisi idle 97 Gambar 4.48 Grafik perbandingan AUKE Ampere dengan Amperemeter dan AUKE PF dan Cos Phi meter dengan komputer pada kondisi idle. 98 Gambar 4.49 Contoh Pengukuran AUKE dengan beban computer saat komputer menjalankan program PRIME menunjukan pengukuran arus dan daya. 99 Gambar 4.50 Contoh Pengukuran AUKE dengan beban computer saat komputer menjalankan program PRIME menunjukan pengukuran arus dan tegangan. 100 Gambar 4.51 Pengukuran cos phi meter dengan beban komputer saat komputer menjalankan program PRIME 100 Gambar 4.52 Contoh Pengukuran AUKE dengan beban komputer saat komputer menjalankan program PRIME pada aplikasi energy monitoring Gambar 4.53 Grafik perbandingan AUKE volt dengan voltmeter dan AUKE watt dengan wattmeter pada saat menggunakan program PRIME Gambar 4.54 Grafik perbandingan AUKE Ampere dengan Amperemeter dengan komputer pada saat menggunakan program PRIME. 104 Gambar 4.55 Contoh Pengukuran AUKE dengan beban computer saat komputer menjalankan program Game PES 2012 menunjukan pengukuran arus dan daya 105 Gambar 4.56 Contoh Pengukuran AUKE dengan beban komputer saat komputer menjalankan program Game PES 2012 menunjukan pengukuran arus dan tegangan 106 Gambar 4.57 Pengukuran cos phi meter dengan beban computer saat komputer menjalankan program GAME PES Gambar 4.58 Contoh Pengukuran AUKE dengan beban komputer saat komputer menjalankan program Game PES 2012 pada aplikasi energy monitoring. 107 xvii

17 Gambar 4.59 Grafik perbandingan AUKE volt dengan voltmeter dan AUKE watt dengan wattmeter pada saat menggunakan program Game PES Gambar 4.60 Grafik perbandingan AUKE Ampere dengan Amperemeter dengan komputer pada saat menggunakan program Game PES xviii

18 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Fungsi register yang berkaitan dengan port I/O.. 21 Tabel 2.2 Tabel Nilai PID 33 Tabel 3.1 Jadwal Kegiatan 52 Tabel 3.2 Daftar Anggaran Biaya.. 53 Tabel 4.1 Hasil pengukuran ADC pin A Tabel 4.2 Hasil pengukuran ADC pin A Tabel 4.3 Perbandingan hasil pengukuran pada beban 40 watt 77 Tabel 4.4 Perbandingan hasil pengukuran pada beban 75 watt 82 Tabel 4.5 Perbandingan hasil pengukuran pada beban 100 watt 87 Tabel 4.6 Perbandingan hasil pengukuran pada computer saat komputer dalam keadaan idle. 95 Tabel 4.7 Perbandingan hasil pengukuran pada computer dengan program PRIME Tabel 4.8 Perbandingan hasil pengukuran pada komputer dengan program Game PES xix