RANCANG BANGUN SISTEM INFORMASI ONLINE PENGGUNAAN DAYA LISTRIK DAN PEMUTUSAN LISTRIK JARAK JAUH

Transkripsi

1 RACAG BAGU SISTEM IFORMASI OLIE PEGGUAA DAA LISTRIK DA PEMUTUSA LISTRIK JARAK JAUH Taufiqur Rachman * *) Student of Electronical Engineering Program Dept. of Electrical Engineering, Sepuluh opember Institute of Technology Kampus ITS, Sukolilo Surabaya 60111, IDOESIA sephiroth@elect-eng.its.ac.id Abstrak: Pembacaan alat ukur pemakaian daya listrik pada saat ini dilakukan dengan pencatatan secara manual oleh petugas dengan cara mendatangi setiap lokasi alat ukur secara periodik. Kendala dari metode ini diantaranya petugas tidak dapat menjangkau alat ukur bila pemilik tidak ada di rumah, dan kesalahan membaca nilai yang tertera pada alat ukur oleh petugas. Selain itu dengan berkembangnya teknologi internet, pelanggan menginginkan untuk mengetahui pemakaian daya listriknya sewaktu-waktu secara mudah. Pada tugas akhir ini dibahas perancangan dan pembuatan sistem informasi online pemakaian daya listrik. Untuk mendapatkan nilai tegangan digunakan sensor berupa rangkaian pembagi tegangan dan nilai arus didapatkan dengan sensor berupa R-shunt. Output dari sensor tegangan dan sensor arus akan menjadi input untuk rangkaian ADE7757. Input tersebut akan diolah oleh IC ADE7757 untuk mendapatkan nilai daya yang diukur. Rangkaian ADE7757 diatur agar memberikan output frekuensi tinggi, dimana output frekuensi tersebut merupakan data dari daya yang diukur. Mikrokontroler akan menghitung frekuensi tersebut dan menyimpan informasi berupa data pada EEPROM. Data tersebut akan dikirimkan ke server via SMS pada waktu-waktu tertentu. Data yang masuk ke server akan diolah agar dapat diakses secara online. Server dapat memutuskan aliran listrik pelanggan melalui SMS bila terjadi keterlambatan pembayaran ataupun terjadi pelanggaran. Dari hasil pengujian pengukuran daya listrik didapatkan error pengukuran rata-rata sebesar 4,95%. Hal ini dikarenakan keterbatasan alat ukur untuk kalibrasi daya beban, sehingga kalibrasi untuk beban berdaya kecil kurang bagus. Keywords: KWh meter, ADE7757, SMS I. PEDAHULUA Pembacaan alat ukur energi listrik pada saat ini dilakukan secara manual oleh petugas dengan mendatangi setiap lokasi alat ukur secara periodik dan mencatat hasil alat ukur secara manual. Hasil pencatatan tersebut kemudian ditambahkan ke nilai pembacaan sebelumnya dimana daya yang digunakan selama satu siklus periode (biasanya satu bulan) akan dihitung. Perhitungan ini dilakukan secara manual atau komputerisasi. Pada beberapa kasus misalnya konsumen tidak menggunakan daya listrik dengan jumlah yang sama pada bulan ini seperti bulan sebelumnya dengan alasan semisal, berlibur ke suatu tempat atau dirawat di rumah sakit selama bulan tersebut, dan konsumen menerima tagihan dengan jumlah yang lebih besar berdasarkan catatan pemakaian listriknya dapat mengakibatkan kesulitan finansial bagi pelanggan tersebut. Metode tagihan ini juga tidak sesuai untuk PL karena memberikan laporan yang tidak akurat untuk keseluruhan pemakaian daya listrik di daerah konsumen dan pada akhirnya mengakibatkan kesalahan pada rencana ke depan perusahaan tersebut. Kendala lain yang dihadapi oleh petugas adalah tidak dapat menjangkau lokasi alat ukur, pemilik rumah tidak ada di waktu kunjungan petugas atau kesalahan pencatatan yang dilakukan saat mencatat nilai pada alat ukur. Pada tugas akhir ini dibuat sebuah sistem informasi pemakaian daya listrik pelanggan berbasis mikrokontroller dengan menggunakan Short Message Service (SMS) sebagai penyalur informasi dari user ke server dan sebaliknya. Pada sistem ini, pengolahan pemakaian daya yang dilakukan dengan mikrokontroller akan menghasilkan ketelitian karena data diolah secara digital. Mikrokontroller juga digunakan untuk mendukung proses penyampaian informasi via SMS. SMS umumnya disukai karena empat alasan yaitu kepastian bahwa pesan pasti dikirimkan, kepastian bahwa pesan telah dikirimkan, kecepatan dan harga per kiriman yang konstan dan murah [1]. Penggunaan mikrokontroller dan fasilitas SMS akan menghasilkan sebuah sistem pengukuran yang efektif dan efisien, dari segi penghematan tenaga dan akses informasi yang cepat. Pada tugas akhir ini dilakukan perhitungan daya satu phasa secara digital. Tegangan langsung diambil dari jala-jala dan arus dihitung sesuai dengan besarnya arus yang melewati beban. Dari kedua besaran tersebut, maka perhitungan daya dapat dilakukan. Kemudian didapatkan hasil pemakaian daya oleh pelanggan. Daya yang dipakai tiap jam akan dihitung menjadi energi dalam satuan KWH (Kilo Watt Hours). Daya yang telah disimpan dalam memori EEPROM (Electrical Erasable and Programmable Read Only Memory) akan dikirimkan ke server utama melalui SMS. Data kemudian masuk ke database server yang kemudian diolah agar bisa diakses secara online. Apabila terjadi keterlambatan pembayaran tagihan listrik, 1

2 maka dengan mudah server dapat mengirimkan perintah ke alat ukur untuk memutuskan aliran listrik melalui SMS. 220 VAC MCB SSR II. MODEL SISTEM R Shunt Voltage Divider Rangkaian ADE7757 Sistem Minimum Mikrokontroler Micro- Controller ATMega32 LCD EEPROM RTC Modul Interface HP Gambar 1. Diagram blok sistem Perancangan perangkat keras yang dilakukan pada Tugas Akhir ini meliputi perancangan alat untuk pengukuran daya listrik yang terdiri dari bagian sensor tegangan, sensor arus, Mini Circuit Breker (MCB), Solid State Relay (SSR), rangkaian pengukur energi ADE7757, dan sistem minimum mikrokontroler yang dilengkapi dengan modul interface handphone, tampilan LCD, keypad dan Real Time Clock (RTC). Secara garis besar gambaran perangkat keras dapat dilihat pada blok diagram Gambar 1. Blok diagram tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut. Alat ukur daya listrik (KWh meter) digital yang terdapat pada pelanggan merupakan alat ukur daya satu fasa dengan pengukuran daya maksimum 1100 Watt (5 Ampere) seperti yang telah dicantumkan pada batasan masalah Bab I. MCB digunakan sebagai pelindung jika terjadi arus berlebih. Sedangkan SSR berfungsi untuk memutus atau menyambung aliran listrik dengan perintah dari server. Tegangan dari jala-jala akan melalui sensor tegangan dan sensor arus untuk mendapatkan nilai tegangan yang memenuhi input rangkaian ADE7757. Rangkaian ADE7757 akan mengolah input dari sensor tegangan dan sensor arus sehingga didapatkan output berupa frekuensi. Output rangkaian ADE7757 akan dihitung oleh mikrokontroler, dimana nilai counter yang dibaca merupakan nilai energi yang digunakan. Mikrokontroler akan mengolah informasi tersebut dan menampilkan informasi pada display LCD, kemudian data akan dikirimkan ke server dengan SMS melalui HP (handphone). Proses pengiriman dari client ke server melalui HP tersebut diolah oleh sistem mikrokontroller. III. DESAI HARDWARE Desain hardware sistem terbagi menjadi 2 bagian yaitu desain rangkaian ADE7757 dan sistem minimum mikrokontroler. Rangkaian ADE7757 terdiri dari sensor arus, sensor tegangan, dan IC ADE7757. Sedangkan sistem minimum mikrokontroler menggunakan ATMega32 yang dilengkapi dengan LCD, EEPROM, dan RTC, serta terdapat juga modul interface HP. A. Rangkaian ADE7757 Rangkaian ADE7757 merupakan pengukur energi listrik dengan akurasi tinggi yang bekerja pada tegangan AC. Input untuk pin kanal tegangan didapatkan dari sensor tegangan, dan input untuk kanal arus didapatkan dari sensor arus. Sensor tegangan yang digunakan pada alat ini berupa rangkaian pembagi tegangan. Output dari rangkaian pembagi tegangan ini akan menjadi input untuk pin kanal tegangan (V2P) pada rangkaian ADE7757. Gambar 2 menunjukkan rangkaian pembagi tegangan yang digunakan pada alat ini. Dengan ketentuan R1 lebih besar dari R2, dan dipilih R1 = 1,4 MΩ dan R1 = 510 Ω, didapatkan nilai V2P sebesar 81,6 mv. ilai tersebut masih dibawah tegangan input maksimuum yang besarnya 116,7 mv. Gambar 2. Rangkaian Pembagi Tegangan Sedangkan sensor arus meggunakan R-shunt yang dipilih sekecil mungkin hingga orde μω. Output dari sensor arus ini menjadi input pin kanal arus (V1) rangkaian ADE7757. Gambar 3 menunjukkan rangkaian r-shunt yang digunakan pada alat ini. Gambar 3. Rangkaian sensor arus dengan r-shunt Rangkaian ADE7757 diatur agar mengeluarkan output frekuensi tinggi 2867 Hz. Output frekuensi tinggi ini didapatkan dengan mengatur pin IC ADE7757 yaitu pin SCF = 0, dan pin S0 dan S1 = 1. Gambar Rangkaian ADE7757 seperti pada Gambar 4. Output ADE7757 berupa sinyal digital yang berubah-ubah (bila beban atau pembacaan arus sesaat dan tegangan sesaat berubah). Untuk mengetahui adanya output frekuensi dari pin CF, digunakan LED sebagai penanda. Output dari pin CF dihubungkan ke optocoupler tipe 425. Fungsi dari optocoupler ini adalah memisahkan sinyal AC dari rangkaian ADE7757 dengan sinyal DC yang akan masuk ke mikrokontroler agar rangkaian sistem minimum mikrokontroler yang bekerja pada tegangan DC tidak mengalami kerusakan. Gambar rangkaian optocouper 425 dapat dilihat pada 2

3 gambar 5. Pada rangkaian tersebut, dan diambil dari supply untuk mikrokontroler. Sinyal output dari optocupler akan terbalik dari sinyal inputnya, namun tegangan yang dihasilkan masih berada pada batas aman mikrokontroler yaitu 0 5V. Optocoupler berfungsi sebagai pemisah antara sinyal AC dan sinyal DC, karena ground pada rangkaian sensor berupa tegangan AC yang dapat membahayakan sistem mikrokontroler. AT24C1024. Rangkaian EEPROM ditunjukkan oleh Gambar 8. Fungsi dari EEPROM ini adalah menyimpan data penggunaan energi oleh pelanggan. RTC dihubungkan dengan port D. RTC yang digunakan adalah tipe DS 1302 ditunjukkan Gambar 9. RTC dapat menampilkan waktu yang terdiri dari detik, menit, jam, hari, bulan, dan tahun. Port C.2 digunakan untuk mengontrol SSR. Bila port C.2 bernilai high, maka SSR akan aktif. Dan sebaliknya, bila port C.2 bernilai low, maka SSR menjadi tidak aktif dan ini berarti memutus aliran listrik. C. Modul Interface HP RS 232 digunakan sebagai interface antara mikrokontroller dan handphone. Rangkaian Interface HP dengan menggunakan Max232 ditunjukkan oleh Gambar 10. Handphone yang digunakan untuk proses pengiriman pesan adalah jenis Siemens S35. Pada Gambar 11, tidak semua pin out konektor HP S35 terhubung ke mikrokontroller, tetapi hanya pin nomor 1(ground), 5(Tx/data out) dan 6 (Rx/data in). Gambar 4. Rangkaian ADE7757 Gambar 5. Rangkaian optocoupler 425 B. Sistem Minimum Mikrokontroler Rangkaian sistem minimum mikrokontroler terdiri dari mikrokontroler AVR Atmel ATMega 32 dengan menggunakan crystal 11,0592 MHz agar mendapatkan nilai baud rate error 0%. Sistem minimum mikrokontroler ini juga dilengkapi dengan tampilan LCD 4 x 20, EEPROM, dan RTC. Mikrokontroler AVR Atmel ATMega 32 merupakan otak penggerak dari keseluruhan sistem. Gambar rangkaian mikrokontroler AVR ATMega 32 seperti pada Gambar 6. Fungsi mikrokontroler ini adalah sebagai pengolah data digital, menampilkan data pada LCD, dan juga mengontrol pengiriman dan penerimaan pesan (SMS) melalui HP Port D.2 (pin IT0) dihubungkan dengan pin output rangkaian ADE7757 yang berupa frekuensi. Mikrokontroler akan menghitung frekuensi yang masuk pada pin tersebut, dan menyimpan data yang diperoleh ke EEPROM. LCD 4 x20, yakni 4 b aris dan 2 0 ko lo m, d ihub ungkan dengan Port B mikrokontroler ditunjukkan pada Gambar 7. LCD berfungsi untuk menampilkan besarnya energi yang digunakan oleh beban dan juga tanggal serta waktu. EEPROM yang digunakan adalah tipe Gambar 6. Rangkaian Mikrokontroler AVR ATMega 32 Gambar 7. Rangkaian LCD 4x20. 3

4 mungkin masih mempunyai sejumlah kecil ripple, bahkan saat kondisi beban stabil. ilai daya yang telah dihitung akan disimpan dalam EEPROM. ilai ini akan diakumulasikan selama 1 bulan. ilai perhitungan energi akan ditampilkan pada LCD. Dan nilai tersebut akan dikirimkan ke server via SMS. Gambar 8. Rangkaian EEPROM. START Hitung Frekuensi t = 1s? Gambar 9. Rangkaian RTC(Real Time Clock). Hitung nilai Daya Simpan nilai KWH Cek ilai KWH sudah 1 bulan? Gambar 10. Interface antara mikrokontroler menggunakan Max232. Simpan ilai KWH 1 Bulan Gambar 11. Konektor HP C35, M35i, S35 IV. DESAI SOFTWARE SISTEM Flowchart perhitungan energi dapat dilihat pada Gambar 12. Mikrokontroler menghitung jumlah pulsa dari output rangkaian ADE7757 dalam integrasi waktu yang diberikan, yang telah ditentukan oleh pewaktu internal mikrokontroler. Daya rata-rata proporsional terhadap frekuensi ratarata diberikan oleh Energi yang digunakan selama periode yang diberikan ditunjukkan oleh Untuk operasi normal pada sistem ini, integrasi waktu yang digunakan sekitar lima detik untuk keperluan update tampilan pada LCD. Dengan waktu integrasi yang lebih singkat pada mikrokontroler, jumlah energi pada setiap update STOP Gambar 12. Flowchart Perhitungan Energi Perancangan software untuk pengiriman dan penerimaan SMS ditunjukkan pada Gambar 13. Perintah yang digunakan oleh mikrokontroler untuk berkomunikasi dengan HP menggunakan perintah AT-Command. Untuk komunikasi antara HP dan mikrokontroler mode serial yang digunakan adalah mode 1, dimana pada mode ini baud rate bias diatur. Baud rate yang digunakan untuk komunikasi serial ini adalah bps. Flowchart untuk software server seperti pada Gambar 14. Dan tampilan software server seperti Gambar 15. Data SMS yang ada dalam database inbox, akan diakses dengan Delphi, kemudian data tersebut diolah untuk mengetahui pemakaian energi dari clientn. Data pemakaian energi dari client diproses untuk mendapatkan nilai besarnya pemakaian harian dan total pemakaian dalam 1 bulan. Kemudian data tersebut akan dimasukkan ke database untuk ditampilkan dalam web dengan menggunakan bahasa PHP. 4

5 START Ambil ilai RTC Ambil Data PDU Konversi Data ke PDU While (1) ew SMS? Ready GSM Set o Echo Cek Format SMS Send SMS STOP Cek nomer HP server? Eksekusi Perintah Delete SMS Gambar 13. Flowchart Pengiriman dan Penerimaan SMS START IISIALISASI KOMPOE DELPHI COECT DATABASE MSQL MEGAMBIL DATA SMS V. PEGUJIA DA AALISA Pengukuran daya beban dilakukan dengan menggunakan alat ukur Fluke 43B Power. Hal ini bertujuan untuk mengetahui nilai daya beban sesungguhnya sekaligus sebagai referensi kalibrasi. Hasil pengukuran daya terlihat pada Tabel 1. Tabel 1. Daya Beban Beban Daya (W) PF 1 Lampu Lampu Lampu Lampu Lampu Lampu Lampu Lampu TL 50 0,61 2 TL 90 0,71 3 TL 130 1,05 4 TL 160 1,39 Vacuum cleaner Setrika Pengukuran daya dengan mikrokontroler telah dilakukan dengan menghubungkan output dari rangkaian ADE7757 dengan mikrokontroler. Data counter frekuensi diambil setiap 5 detik untuk mendapatkan nilai counter yang stabil. Hasil pengujian counter yang telah dilakukan untuk beberapa beban yang berbeda terlihat pada Tabel 2. ilai pengujian counter dibandingkan terhadap daya terukur, dihasilkan grafik dan fungsi linier seperti pada Gambar 16. MEGOLAH DATA SMS BALAS? MEMASUKKA HASIL PROSES KE DATABASE BARU MEGOLAH DATA MEJADI WEB BASED Data Baru? STOP Gambar 14. Flowchart software server Tabel 2. Hasil counter frekuensi daya Beban Counter 1 Lampu Lampu Lampu Lampu Lampu Lampu Lampu Lampu TL TL TL TL 573 Vacuum 3106 cleaner Setrika 1412 Gambar 15. Tampilan software server Gambar 16. Grafik dan fungsi linier perbandingan Daya terhadap Counter 5

6 Fungsi dimana adalah daya terukur dan adalah nilai counter, dibandingkan dengan nilai daya yang terukur dengan alat ukur Fluke 43B, didapatkan hasil seperti pada Tabel 3. Dari perbandingan tersebut diketahui bahwa error dari sistem ini sebesar 4,95%. ilai error ini diakibatkan oleh keterbatasan Fluke 43B dalam mengukur daya kecil sehingga kalibrasi yang dilakukan kurang tepat untuk daya-daya kecil. Pengujian komunikasi HP dilakukan dengan menguji koneksi komunikasi RS 232. Pengujian telah dilakukan dengan menggunakan Terminal dari CodeVision AVR versi , baud rate bps. Hasil pengujian ditunjukkan oleh Tabel 3 Tabel 3. Hasil pengujian komunikasi serial Input dari Output dari Terminal CV keyboard AVR a A b B c C dst dst Dari hasil pengujian terlihat bahwa data karakter yang tampil pada Terminal CV AVR adalah sama dengan huruf yang diinputkan. Dengan demikian konverter RS232 telah dapat mengirim data atau menerima data dengan baik pada kecepatan data bps, dan pada pengujian tidak terdapat karakter yang error. Pengujian pengiriman SMS dilakukan dengan mengirimkan data pemakaian server. Tipe HP yang digunakan adalah Siemens C45, dan nomer HP pengirim adalah Isi SMS ini terdiri dari ID pelanggan, waktu dan tanggal pengambilan data, awal pemakaian, akhir pemakaian, dan jumlah pemakaian. Hasil penerimaan SMS oleh server dari client ditunjukkan oleh Gambar 17 dan grafik pada gambar 18.. Dari Gambar terebut dapat diketahui bahwa pengiriman data dari client ke server berhasil. Gambar 17. Data diterima server Pengujian pengiriman perintah dari server ke client dilakukan dengan pengiriman SMS dengan isi pesan O untuk menyambung aliran listrik dan OFF untuk memutus aliran listrik. Dari hasil pengujian diketahui bahwa pengiriman perintah dari server dapat dijalankan dengan baik oleh client dengan padamnya lampu saat perintah OFF dan nyala lampu saat perintah O. Gambar 18. Grafik pemakaian Daya VI. KESIMPULA Dari hasil pengujian yang telah dilakukan, didapatkan kesimpulan sebagai berikut 1. ilai tegangan yang diperoleh dari sensor tegangan dengan menggunakan rangkaian pembagi tegangan dan sensor arus dengan R-shunt masih berada dalam batas aman rangkaian ADE7757, 2. Dari pengujian yang telah dilakukan, rangkaian ADE7757 mampu digunakan untuk beban dengan daya hingga 1100 watt, 3. Hasil pengujian pembacaan daya dengan menggunakan mikrokontroler didapatkan error sebesar 4,95%, 4. Pengujian pengiriman data dari client ke server melalui SMS dapat berjalan dengan baik, 5. Pengujian untuk memutuskan dan menyambung aliran listrik dengan perintah dari server ke client melalui SMS menunjukkan keberhasilan, sehingga sistem ini layak untuk digunakan. DAFTAR REFERESI [1] Khang, Bustam, Trik Pemrograman Aplikasi Berbasis SMS, Elex Media Komputindo, Jakarta, [2] Sapie, Soedjana dan ishino, Osamu, Pengukuran dan Alat- Alat Ukur Llistrik, Pradaya Pramita, Jakarta, [3], AC Power, <URL: AC_power >, 11 ovember [4], ADE7757, <URL: >, 3 Juli [5], ATMega32, <URL: >, 16 Juli [6], HSR-2D, <URL: >, 3 Juli

7 [7], DS1302, <URL: >, 15 April [8], AT24C128, <URL: >, 15 April [9] Kurniawan, E, Lingkungan Pengembangan Aplikasi Internet, Materi Perkuliahan Pertemuan 1, pp.1-29, [10], Low-Pass Filter, <URL: Low-pass_filter >, 11 ovember [11], High-Pass Filter, <URL: Highpass_filter >, 11 ovember [12], Opto-isolator, <URL: Optocoupler >, 11 ovember [13], Kelvin Bridge, <URL: Kelvin_bridge >, 11 ovember [14], DB9 RS232 pinout, <URL: >, 11 ovember [15], Siemens C45 cell phones cable connector pinout, <URL: W/siemens_c25_s25_ pinout.shtml >, 11 ovember [16] Zakaria, Teddy M dan Widiadhi, Josef, Aplikasi SMS untuk Berbagai Keperluan, Informatika Bandung, Bandung, [17] Istianto, J dan Effendy, eyen, Perancangan dan Implementasi Prototipe Sistem Kendali Jarak Jauh Berbasis AT 89C52 dan Layanan SMS GSM, Jurnal Ilmu dasar, Vol.5, o. 2, pp.76-86, [18], A679, <URL: >, 15 April [19], 425, <URL: >, 14 Januari [20], AVR232 : Interfacing GSM modems, <URL: >, 15 April [21] Skerlos, Steven, Aware@home: Low Cost Energy Monitoring, University of Michigan, Michigan, [22] Sunil, Kumar, Low-Cost Energy Meter Using ADE7757, <URL: 15 April [23], AVR465: Single-Phase Power/Energy Meter with Tamper Detection, <URL: >, 1 April [24] Al-khateeb, Tarik dan Blundell, Martin. An electronic meter for measuring the saving in electrical power, <URL: sciencedirect.com>, 2 Maret [25] Sarkar, Arghya dan Sengputa, S, Design and implementation of a low cost fault tolerant three phase energy meter, <<URL: sciencedirect.com>, 2 Maret TETAG PEULIS Taufiqur Rachman dilahir-kan di kota pahlawan, Surabaya pada tanggal 31 Januari 1986 yang merupakan putra pertama dari 2 bersaudara dari pasangan Khusnur Rachman dan Anisyah. Menyelesaikan pendidikan dasar di SD Muhammadiyah 1 Gresik pada tahun Menyelesaikan pendidikan menengah di SLTP 1 Gresik. pada tahun 2002 dan SMU 2 Surabaya pada tahun Pada tahun 2005 itu juga langsung melanjutkan pendidikan dengan kuliah di jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh opember (ITS) Surabaya dengan mengambil bidang studi Elektronika. Selama kuliah aktif dalam organisasi Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro (Himatektro), BEM FTI ITS dan sebagai Asisten Laboratorium Elektronika. 7