Perancangan Alat Bantu Informasi Pemakaian Beban Listrik Menggunakan SMS

Transkripsi

1 Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) Perancangan Alat Bantu Informasi Pemakaian Beban Listrik Menggunakan SMS Eka Wahyudi *), Intan R.U Simatupang **), Risa Farrid C ***) Sekolah Tinggi Teknologi Telematika Telkom * ekawahyudi@st3telkom.ac.id, ** d312062@st3telkom.ac.id, *** risa@st3telkom.ac.id Abstrak Penggunaan peralatan elektronik dalam suatu rumah tangga sudah tentu membutuhkan daya listrik yang cukup besar. Pemakaian daya listrik yang tidak terkontrol dapat menimbulkan permasalahan, yaitu biaya yang membengkak pada saat membayar tagihan. Agar informasi penggunaan daya listrik dapat dipantau secara rutin maka dibutuhkan suatu alat bantu yang mampu memonitor penggunaan daya listrik dan besar biaya tagihannya yang terpakai setiap bulan. Pemantauan informasi dapat mempergunakan layanan SMS, sebagai layanan teknologi selular yang sudah banyak dipergunakan oleh masyarakat. Prinsip kerja alat yang akan dibuat yaitu dengan mendeteksi besar arus menggunakan sensor arus ACS712 dan menggunakan trafo step down untuk mendeteksi besar tegangan yang diturunkan dari tegangan jala-jala listrik (220 Volt AC) dengan komponen dioda bridge dan rangkaian pembagi tegangan. Dari rangkaian sensor tegangan akan diperoleh tegangan sebesar 4 Volt DC yang mewakili tegangan jala-jala listrik. Nilai daya yang terukur akan diproses dengan pengendali Arduino Uno untuk dikirimkan melalui GSM Shield dan diteruskan ke jaringan selular dengan memanfaatkan layanan SMS. Informasi yang dikirimkan berupa jumlah daya dan besarnya tagihan listrik. Dari rancangan, daya paling minimal yang akan dapat dideteksi oleh alat bantu ini adalah sebesar 12,76 Watt dengan nilai arus minimal sebesar 0,058 A. Kata kunci: ACS712, sensor tegangan, daya listrik, beban listrik, jala-jala listrik. 1. PENDAHULUAN Perkembangan teknologi telekomunikasi pada era sekarang telah banyak membantu dalam meningkatkan kualitas dan kesejahteraan hidup manusia. Salah satunya yaitu pemanfaatan SMS untuk membantu atau monitoring penggunaan daya listrik sekaligus besar biaya tagihan listriknya. Untuk membantu memberikan informasi besar daya listrik dan biaya tagihan yang telah dipergunakan pada periode tertentu, maka dibutuhkan suatu alat bantu yang mampu memonitor besarnya beban listrik dan biaya listrik dari penggunaan peralatan elektronik di rumah tangga. Penyampaian informasi dari alat bantu tersebut akan mempergunakan layanan SMS pada jaringan selular. Dengan demikian informasi tersebut akan dapat diakses dengan mempergunakan perangkat handphone yang memiliki akses mobilitas yang tinggi. Pengendali sistem alat bantu tersebut akan menggunakan sistem Arduino Uno Sumber Daya Listrik Rangkaian elektronika biasanya membutuhkan tegangan Direct Current (DC) dengan tegangan yang lebih rendah dibandingkan dengan tegangan sambungan jala-jala listrik (220 VAC) yang tersedia. Sedangkan tegangan yang dipergunakan dalam rangkaian elektronika biasanya hanya berkisar antara 3V DC hingga 50V DC. Tegangan tersebut biasanya dapat diperoleh dari baterai, namun penggunaan baterai sebagai sumber daya listrik jauh lebih mahal dibandingkan dengan menggunakan sumber daya listrik dari jala-jala listrik (PLN). Untuk itu diperlukan suatu alat yang dapat mengubah tengangan 220V AC menjadi tegangan DC dengan besaran sesuai kebutuhan. Gambar 1 merupakan ilustrasi proses transmisi jala-jala listrik milik Perusahaan Listrik Negara (PLN) dari pembangkit hingga sampai ke pelanggan.

2 228 Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 2015 Pembangkit 6 KV s/d 24 KV Gardu Induk 220/380 V Transmisi 70/150/500 KV Gardu Induk Distribusi 20 KV tinggi nilai Watt maka semakin tinggi daya listrik yang dikonsumsi. Persamaan umum yang dipergunakan untuk menghitung daya listrik dalam sebuah rangkaian listrik ditunjukkan pada persamaan 1. P = V x I (1) Untuk P adalah daya listrik dalam satuan Watt (W), V adalah tegangan listrik dengan satuan Volt (V), I adalah arus listrik dengan satuan Ampere (A) Gardu Distribusi Gambar 1. Transmisi jala-jala listrik PLN Sumber: Sapi ie [1] Pada gambar 1 daya listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik yaitu dari 6 KV s/d 24 KV. Tegangan ini kemudian dinaikkan oleh gardu induk dengan transformator penaik tegangan menjadi 70/250/500 KV yang kemudian disalurkan melalui saluran transmisi tegangan tinggi. Tujuan menaikkan tegangan adalah untuk memperkecil kerugian daya listrik pada saluran transmisi, di mana dalam hal ini kerugian daya adalah sebanding dengan kuadrat arus yang mengalir. Dari saluran transmisi, tegangan diturunkan kembali menjadi 20 KV dengan transformator penurun tegangan pada gardu induk distribusi. Kemudian selanjutnya tegangan tersebut akan disalurkan melalui saluran distribusi primer. Dari saluran distribusi primer inilah gardu-gardu distribusi mengambil tegangan untuk diturunkan tegangannya dengan trafo distribusi menjadi tegangan rendah, yaitu sebesar 220/380 V. Selanjutnya terangan ini disalurkan oleh saluran distribusi sekunder ke konsumenkonsumen rumah tangga Daya Listrik Daya listrik (electrical power) adalah jumlah energi yang diserap atau dihasilkan dalam sebuah sirkuit/rangkaian [2]. Sumber energi akan menghasilkan daya listrik sedangkan beban yang terhubung akan menyerap daya listrik tersebut. Dengan kata lain, daya listrik adalah tingkat konsumsi energi listrik dalam sebuah sirkuit atau rangkaian listrik. Satuan daya secara umum adalah Watt. Dalam pemakaian daya semakin 1.3. Sensor Sensor merupakan bagian dari transducer yang berfungsi untuk melakukan sensing atau "merasakan dan menangkap" adanya perubahan energi eksternal yang akan masuk ke bagian input transducer [3]. Sensing ini berupa perubahan kapasitas energi yang ditangkap segera dikirim kepada bagian converter dari transducer untuk dirubah menjadi energi listrik. Dalam alat bantu ini dipergunakan sensor arus ACS712[4]. Pada umumnya aplikasi sensor ini (gambar 2) digunakan untuk mengontrol motor, deteksi beban listrik, switched-mode power supplies dan untuk proteksi beban berlebih. Gambar 2. Sensor Arus ACS712 Sumber: allegromicro.com Sistem kerja sensor ACS712 ini dengan mendeteksi arus yang mengalir melalui kabel tembaga yang terdapat didalamnya yang menghasilkan medan magnet dan diubah menjadi tegangan proporsional. Ketelitian dalam pembacaan sensor dioptimalkan dengan cara pemasangan komponen yang ada di dalamnya antara penghantar yang menghasilkan medan magnet dengan tranducer medan secara berdekatan GSM Shield Shield-EFCom [5] merupakan sebuah antar muka nirkabel yang dapat diandalkan sebagai modul nirkabel. GSM Shield-EFCom

3 Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) ini pada modul SIM900 memiliki 4 Quad- Band. GSM Shield ini dikonfigurasi dan di kontrol melalui UART dengan menggunakan perintah sederhana melalui AT Command. Gambar 3. GSM/GPRS Shield Pada GSM Shield (gambar 3) terdapat sebuah tombol yang berfungsi untuk memilih koneksi port UART atau Debug port. Spesifikasi pada GSM Shield adalah sebagai berikut : a. Quad-Band 850/900/1800/1900 MHz b. Kompatibel dengan ArduinoPort (D0/D1) atau port serial (D2/D3) c. SIM900 merupakan pin dasar untuk bekerja/ mengirimkan SMS d. Rentang tegangan suplay V e. Konsumsi daya rendah 1.4 ma (mode tidur) f. Dimensi 70,09 x 53,09 mm (sama dengan Arduino). Fungsi aplikasi yang akan dijalankan pada GSM Shield yaitu layanan Short Message Service (SMS) dari jaringan selular. SMS merupakan layanan pengiriman pesan teks singkat antar perangkat mobile (handphone). SMS merupakan layanan yang sifatnya store and forward, di mana setiap pesan (SMS) yang dikirimkan tidak langsung di kirim dari handphone pengirim ke handphone tujuan melainkan di kirim terlebih dahulu ke Service Center (SC) yang menangani dan mengatur pesan-pesan tersebut. Selanjutnya pesan tersebut (SMS) akan dikirim hingga sampai pada handphone tujuan. Pada gambar 4 merupakan proses pengiriman SMS dari pengguna sampai ke tujuan. Hp MSC VLR SMSC MSC VLR HLR Gambar 4. Proses Pengiriman SMS Sumber: Haryadi dkk. [6] Hp Pada gambar 4 tersebut MSC memiliki fungsi mengatur dan mengalihkan layanan yang masuk dari suatu perangkat (dapat berupa SMS, panggilan maupun data) sehingga dapat diteruskan kepada perangkat selanjutnya. VLR berfungsi sebagai tempat penyimpanan data pelanggan sementara yang tidak terdapat dalam basis data. Sedangkan HLR merupakan tempat penyimpanan data pelanggan yang terdapat dalam basis data. Sementara SMSC merupakan perangkat utama yang khusus dipergunakan untuk menangani layanan pengiriman SMS. Gambar 4 menunjukkan proses pengiriman SMS. Proses ini dimulai dengan handphone pertama mengetik pesan dan mengirimkan pesan jaringan selular. Di jaringan selular, terjadi permintaan ke MSC untuk mengirimkan pesan ke nomor handphone penerima. MSC bekerja sama dengan VLR di mana VLR ini berfungsi untuk memeriksa apakah si pengirim di izinkan mengirim sebuah pesan, jika pesan di izinkan untuk di kirim ke nomor penerima maka SMC akan meneruskan atau dikirim. SMC difungsikan dalam mengirim pesan yang akan di kirim, tetapi dalam pengiriman pesan SMC tidak mengetahui lokasi nomor penerima. Maka dari itu SMC akan meneruskan tugas ke HLR. HLR ini berfungsi untuk mencari lokasi VLR nomor penerima. Jika lokasi nomor penerima telah ditemukan maka HLR memberikan infromasi VLR tersebut ke SMSC. Setelah SMSC mengetahui lokasi nomor penerima makan SMSC mengirimkan ke VLR nomor penerima, kemudian VLR perima mengirimkan pesan yang dikirim dari SMSC. 2. METODE Metode penelitian yang dipergunakan dalam perancangan alat bantu ini adalah: 2.1. Eksperimen Alat Merancang suatu alat bantu yang mampu mengirimkan sebuah informasi penggunaan beban listrik dan biayanya melalui layanan SMS. Sistem kerja alat ini menggunakan sensor arus ACS712 yang berfungsi untuk mendeteksi besar nilai arus yang terpakai Instrument Penelitian Instrumen yang digunakan dalam penelitian ini berupa rangkaian alat bantu

4 230 Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 2015 sistem Arduino Uno, sensor arus ACS712, trafo step down dan GSM Shield serta sebagai penerima berupa handphone dengan spesifikasi utama Quad-Band 850/900/1800/1900 MHz Parameter Penelitian Parameter penelitian dalam penelitian ini adalah penerimaan SMS yang membawa informasi tentang berapa daya listrik dan biaya yang digunakan Pengumpulan Data Pengumpulan data dalam penelitian ini meliputi data dari hasil uji alat bantu. Data ini didapatkan dengan melakukan percobaan dari rangkaian alat bantu yang dibuat, yang tersusun oleh komponen-komponen elektronika seperti pengendali mikro sistem Arduino Uno, sensor arus ACS712 dan GSM Shiled serta penerima pesan (handphone) Rancangan Sistem Gambar 5 merupakan gambaran secara umum sistem alat bantu informasi penggunaan beban listrik. Beban 1 SA RTC Baterai Cadangan Tegangan Jala-jala ST ST Beban 2 ARDUINO UNO Catu Daya SA GSM Gambar 5. Blok Diagram Sistem Alat Bantu. 3. HASIL dan PEMBAHASAN 3.1. Rangkaian Sensor Tegangan 1 dan 2 Pada gambar 6 merupakan rangkaian sensor tegangan yang dipergunakan pada sistem monitoring beban listrik. Gambar 6. Sensor Tegangan 1 dan 2 Sensor tegangan ini menggunakan trafo step down, dioda bridge, dan rangkaian Hp pembagi tegangan. Rangkaian pembagi tegangan pada sistem ini menggunakan 1 buah resistor dengan nilai 10K Ohm dan potensiometer dengan nilai resistansi sebesar 20 Kohm. Rangkaian pembagi tegangan digunakan untuk mengubah atau mengkonversikan dari tegangan tegangan yang lebih besar menjadi tegangan yang lebih kecil sesuai dengan batas pembacaan tegangan arduino. Dari rangkaian pembagi tegangan, nilai tegangan yang di inginkan sebesar 4 VDC. Hasil tersebut dapat diperoleh dengan mempergunakan persamaan 2. Vo = V I * (R 2 /(R1+R 2 )) (2) = 6Volt*(20K/(10K+20K)) = 4 Volt. Dari persamaan pembagi tegangan dihasilkan nilai Vo sebesar 4 Volt. 4 Volt dari sensor tegangan ini mempersentasikan nilai tegangan 220 V dari PLN. Pada perancangan ini penulis membatasi besar nilai tegangan yang dapat dideteksi dari PLN maksimum sebesar 275 Volt. Selanjutnya dari nilai Vo yang telah dihasilkan yaitu sebesar 4 Volt, akan dikonversikan menjadi data digital. Untuk itu dilakukan proses konversi ADC tegangan 4 Volt menjadi data digital 10 bit dengan mempergunakan persamaan 3. Index ADC = V REF / BIT (3) = 4/1024 = 3,91 mv Dari hasil pengkonversian tersebut dapat disimpulkan bahwa untuk setiap 1 unit ADC Arduino akan mempersentasikan tegangan sebesar 3,91 mv atau 0,0039 Volt Sensor Arus ACS712 Sensor arus ACS712 dipergunakan untuk mendeteksi besaran arus. Jumlah sensor arus ACS712 yang dipergunakan pada alat bantu ini sebanyak 2 buah. Yang pertama dipergunakan untuk beban 1 dan sensor arus 2 dipergunakan untuk mendeteksi besaran arus pada kamar 2. Gambar skematik rangkaian sensor arus ACS712 ditunjukkan pada gambar 7. Untuk konversi digital nilai arus, maka dipergunakan rentang nilai dari 0 A sampai dengan +30 A. Proses konversi dapat mempergunakan persamaan 4.

5 Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) Index Arus ADC = 30 A/512 (4) = 0,058 A Dari persamaan tersebut dapat diketahui bahwa untuk setiap 1 unit dari nilai arus ADC akan merepresentasikan nilai arus sebesar 0,058 A atau 58 ma Pengujian Sistem Dalam melakukan komunikasi dengan GSM Shield maka diperlukan perintah AT- Command. AT-Command merupakan beberapa atau kumpulan perintah yang diawali dengan kata AT. Pengujian GSM Shield ini dilakukan dengan komputer dengan menggunakan aplikasi bantuan yaitu aplikasi sscom32. Proses pengujian GSM Shield ini diawali dengan pengaturan koneksi port yang dipergunakan. Dengan memperoleh respon OK maka GSM Shield dipastikan terhubung dengan komputer yang dipergunakan. Dengan pengaturan program, maka proses pengiriman informasi pemakaian listrik dapat dibuat setiap 5 menit sekali. Informasi yang akan dikirim informasi berupa besar nilai daya dan besar biaya yang terpakai. Gambar 8 menunjukkan contoh penerimaan SMS setiap 5 menit. (a) (b) Gambar 8. Penerimaan SMS: (a) penggunaan daya; (b) biaya Gambar 7. Skematik Sensor Arus ACS712 Hasil report SMS ini diperoleh dari hasil kalkulasi dari nilai tegangan yang dideteksi oleh sensor tegangan dan nilai arus yang telah diperoleh. Nilai daya yang diperoleh dalam satuan Kilowatt yang kemudian dikalikan dengan tarif dasar PLN sebesar Rp1.325,00. Dari rangkaian sensor tegangan diperoleh nilai tegangan sebesar 4 Volt yang mewakili 220 Volt PLN. Tegangan yang dapat diukur maksimal sebesar 275 Volt. Tabel 1.Pengujian Keseluruhan No Parameter yang diuji Keterangan 1 Catu Daya Catu daya dapat bekerja sesuai dengan fungsinya dan dapat mendistribusikan tegangan masukan sebesar 5 Volt DC ke perangkat yang digunakan. 2 Sensor Tegangan Sensor tegangan mampu mendeteksi besaran tegangan 3 Sensor Arus 4 Arduino Uno ketika perangkat dijalankan. Sensor arus mampu mendeteksi besaran arus yang mengalir pada saat perangkat dijalankan. Arduino Uno berhasil menjalankan fungsinya sebagai pengendali perangkat-perangkat lainnya. 5 RTC RTC ini dapat bekerja dengan baik. RTC ini difungsikan sebagai penjadwalan dalam mengirimkan pesan. Rentang pengiriman informasi setiap 5 menit 6 GSM Shield GSM Shield dapat bekerja dengan baik. Perangkat ini mampu mengirimkan informasi berupa SMS Dalam menghitung daya yang terpakai dimulai dari detik ke 5, dari hasil pengujian alat detik pertama sampai detik ke 4 data

6 232 Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 2015 pendeteksian yang berupa nilai arus belum terdeteksi. Nilai arus keluar pada detik ke 5 maka dari pemograman dibuat detik ke 5 mulai pembacaan arus. Proses awal dari sistem ini untuk mendapatkan nilai daya dan biaya yang digunakan diawali dengan menjalankan void sensor arus dan tegangan. Void arus terlebih dahulu dikonversi nilai ADC menjadi arus sedangkan void tegangan dikonversikan nilai ADC menjadi tegangan. Setelah void arus dan void tegangan dijalankan dan memperoleh arus dan tegangan maka diperoleh nilai daya dalam satuan Kilowatt. Nilai daya dan biaya yang diperoleh, dalam pengujian akan dikirimkan setiap 5 menit, hal ini dikarenakan supaya pengamatan perubahan nilai daya dan biaya tidak membutuhkan waktu panjang. Untuk pengujian alat secara keseluruhan dapat dilihat hasilnya pada tabel 1. Sistem monitoring beban listrik dan biaya listrik kamar kost ini menggunakan sensor arus dan sensor tegangan. Sensor tegangan berfungsi untuk mendeteksi besaran nilai tegangan. Komponen yang digunakan untuk mendeteksi besaran nilai tegangan ini yaitu dengan memanfaatkan trafo di mana trafo jenis step down, di mana trafo step down ini akan melakukan penurunan tegangan hingga 6 Vpp. Selanjutnya dengan menambah dioda bridge yang bertujuan untuk menyearahkan tegangan dari tegangan bolak balik menjadi tegangan searah dan dikombinasikan dengan resistor pembagi tegangan serta potensiometer untuk memperoleh nilai tegangan sebesar 4 Volt. Tegangan 4 Volt ini setara dengan nilai tegangan maksimal yang disepadankan dengan 220 Volt. Sehinga dalam konversi nilai ADC terhadap tegangan 4 Volt tadi diperoleh 4/1024 = 0,0039 Volt per level ADC. Untuk sensor arus dipergunakan ACS712 sebagai pendeteksian nilai arus. Sensor arus ACS712 ini mampu mendeteksi besar arus dari rentang -30 A sampai dengan +30 A. Rentang arus positif maksimum (+30A) dikonversikan ke nilai tegangan 5 Volt. Nilai minimum (-30 A) dikonversikan ke nilai tegangan 0 Volt. Dengan demikian untuk nilai arus 0 A akan diperoleh tegangan konversi 2,5 Volt. Sehingga sensitifitas dari sensor tersebut adalah sebesar 0,058 A per level ADC. 4. KESIMPULAN Berdasarkan hasil perancangan dan pengujian maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : (a) Jumlah beban yang dapat dimonitor oleh prototipe alat bantu informasi penggunaan beban listrik ini sebanding dengan jumlah pasangan sensor arus dan tegangan; (b) Sensor teragangan dengan rangkaian pembagi tegangan mengkonversi tegangan 220 Volt menjadi 4 Volt, dengan sensitifitas 0,0039 Volt/level ADC. (c) Sensor arus ACS712 dengan rentang ukur arus dari -30 A hingga +30 A dikonversikan menjadi nilai tegangan 0 5 Volt dengan sensitifitas 0,058 A/level ADC; (d) Nilai daya minimal yang dapat dimonitor sebesar 12,76 Watt. 5. DAFTAR PUSTAKA [1] Sapi'ie, Prof. Dr. Sudjana. Pengukuran dan Alat-alat Ukur Listrik. Jakarta. Pradnya Paramita [2] Pengertian Daya Listrik dan Rumus untuk Menghitung. URL: diakses tanggal 06 Mei 2015 [3] Millman, Jacob. Mikroelektronika. Jakarta. Erlangga [4] Fully Integrated. Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC. URL: Datasheet.ashx. diakses pada tanggal 04 Februari [5] Efcom/GPRSShiled. URL: ad/product/efcom/efcom_datasheet.pd f. diakses pada tanggal 04 Februari [6] Haryadi, Cahya. Teknik Telekomunikasi. Purwokerto. SMK Telkom Purwokerto