RANCANG BANGUN SISTEM INFORMASI BIAYA PEMAKAIAN ENERGI LISTRIK PADA INDUSTRI. BERBASIS MIKROKONTROLLER ATmega8 LAPORAN TUGAS AKHIR

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN SISTEM INFORMASI BIAYA PEMAKAIAN ENERGI LISTRIK PADA INDUSTRI BERBASIS MIKROKONTROLLER ATmega8 LAPORAN TUGAS AKHIR Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan Program Diploma III Oleh : ANDI PRAMANA BENJOVA LUMBANTOBING NIM NIM RISKI HUSEIN NASUTION NIM PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015

2 ABSTRAK Perkembangan teknologi pada zaman sekarang ini sangat pesat dibidang elektronik dan pada umumnya bertujuan untuk memberi kemudahan dan memanjakan konsumen. Monitoring Alat penghitung biaya Energi listrik terpakai merupakan sebuah alat ukur energi listrik kwh (kilo Watt hour ) yang dikonversikan dalam harga rupiah. Instrumen ini menggunakan metode pengukuran volt-ampere untuk menentu-kan daya kwh, perubahan tampilan harga dalam setiap jam dapat memonitoring harga pemakaian listrik. Pembuatan alat ini menjadi penting karena kemajuan teknologi yang terus berkembang, karena pencatatan kwh meter PLN yang terpasang di industri dalam satuan energi listrik terpakai Watt. Metode pengukuran volt-ampere, Pada prinsipnya adalah mengasumsikan perubahan tegangan Vac pada resistor pendeteksi arus sebagai perubahan arus Iac terpakai. Vac dalam bentuk analog dikonversikan ke data digital dengan ADC( Analog to Digital Converter ), kemudian data ini sebagai input VCO (Voltage Controlled Oscillator ) yang dibangun dengan mikrokontroller. Frekuensi inilah yang menjadi data input untuk dikomputasi pada mikrokontroller menjadi harga rupiah sebagai konversi dari pemakaian energi listrik kwh dengan mengacu pada perhitungan biaya PLN. Kata kunci: Mikrokontroller ATmega8, kwh meter iii

3 KATA PENGANTAR Puji dan syukur atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala limpahan rahmat-nya berupa kesehatan dan kesempatan kepada kami, sehingga dapat menyelesaikan Proyek Tugas Akhir dengan judul RANCANG BANGUN SISTEM INFORMASI BIAYA PEMAKAIAN ENERGI LISTRIK PADA INDUSTRI BERBASIS MIKROKONTROLLER ATmega 8 Proyek Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk menyelesaikan studi pada Program Studi Teknik Listrik Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan. Penulis menyadari bahwa terlaksananya pembuatan proyek ini dan penyusunan laporan tugas akhir ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak. Pada kesempatan ini juga penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar- besarnya kepada : 1. Bapak M. Syahruddin Selaku Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Selaku Bapak Junaidi, ST.MT ketua jurusan teknik elektro Politeknik Negeri Medan. 3. Bapak Gunoro, M.T selaku kepala program studi teknik elektro Politeknik Negeri Medan. 4. Bapak Ir. Martin Sembiring, M.T selaku pembimbing yang telah memberikan saran dan bimbingan kepada penulis. 5. Bapak Drs. Bahtera Taringan, MT selaku wali kelas EL-6D yang telah menasehati kami dan memberikan saran. 6. Seluruh staff pengajar khususnya jurusan teknik elektro yang telah memberikan banyak ilmu pengetahuan dan keterampilan selama penulis menuntut ilmu di Politeknik Negeri Medan. 7. Teristimewa kepada Orang Tua kami tercinta yang telah memberikan nasehat-nasehat dan membiayai kami selama pengerjaan proyek tugas akhir sehingga kami dapat menyelesaikan pendidikan Diploma III di Politeknik Negeri Medan. iv

4 8. Rekan-rekan seperjuangan di Politeknik Negeri Medan khususnya Elektro- 6D dan, Teman- teman di EL-6A, 6B, dan 6C. 9. Semua pihak yang telah mendukung kami dalam pembuatan dan penyelesaian laporan tugas akhir ini. Pada kesempatan ini, secara khusus penulis mempersembahkan rasa hormat dan cinta serta terima kasih kepada kedua orangtuaku juga buat abang dan kakak yang selalu setia mendukungku khususnya dalam pengerjaan tugas akhir ini. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penyusunan laporan tugas akhir ini masih terdapat kelemahan dan kekurangan. Penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi perbaikan dan kesempurnaan tugas akhir ini. semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang membacanya. Akhir kata, kepada Tuhan penulis memohon ampun dan kepada pembaca penulis meminta maaf, seperti ada kata bijak mengatakan Kekurangan hanya milik manusia dan kesempurnaan hanya milik Tuhan. Medan, 07 September 2015 Penulis, v

5 DAFTAR ISI LEMBAR PERSETUJUAN... i LEMBAR PENGESAHAN... ii ABSTRAK... iii KATA PENGANTAR... iv DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR TABEL... xiii BAB I... 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan masalah Tujuan Tugas Akhir Manfaat Tugas Akhir Metode Pengumpulan Data Keterbatasan Proses Tugas Akhir Sistematika Penulisan... 3 BAB II... 5 LANDASAN TEORI Sistem Listrik 3 Fasa... 5 A. Tegangan Line to Netral ( L N )... 5 B. Tegangan Line to Line (L L) Arus Pada Sistem Tiga Fasa... 7 A. Daya Listrik 3 Fasa... 7 B. Menentukan kva... 7 vi

6 C. Menentukan Energi Listrik Pengertian Dasar kwh Meter... 8 A. Prinsip Kerja kvarh Meter Mikrokontroler ATmega A. Mikrokontroler AVR ATmega B. Konfigurasi Pin ATmega C. Memori AVR ATmega D. Komunikasi Serial Pada ATmega Current Transformer (CT) A. Design B. Penggunaan CT C. Akurasi Curent Transformer D. Perhitungan CT E. Pemasangan CT Resistor A. Resistor Tetap (Fixed Resistor) B. Resistor Tidak Tetap (Variable Resistor) C. Resistor NTC dan PTC Resistor Sebagai Pembagi Tegangan A. Rangkaian Dasar Pembagi Tegangan B. Rangkaian Pembagi Tegangan Terbebani LCD (Liquid Crystal Display) Kapasitor Transformator A. Prinsip Kerja Transformator Penyearah vii

7 A. Regulator Alat Pemograman A. Downloader B. Kabel ISP C. Software Transistor A. Fungsi Transistor B. Cara Kerja Transistor IC ( LM324) Kendali Loop Tertutup dan Loop Terbuka A. Kendali Loop tertutup B. Kendali Loop Terbuka BAB III PERANCANGAN DAN PEMASANGAN Block Diagram A. Diagram Blok Loop Terbuka Pada kwh Deskripsi Kerja Perancangan Perangkat Keras Sistem A. Rancang Rangkaian Pengendali Sistem B. Rancangan Rangkaian Pengendali Rancangan Perangkat Lunak Sistem A. Rancangan Flow chart Perangkat Lunak B. Rancangan Program Kendali Langkah - Langkah Perancangan Program Beban Yang Digunakan Catu Daya viii

8 3.8. Pemilihan CT Perhitungan Biaya kwh Meter A. Abodemen Perhitungan Untuk Menentukan Nilai Resistor Alat Dan Bahan Yang Digunakan A. Alat Yang Digunakan B. Bahan dan Komponen Yang Digunakan BAB IV PEMOGRAMAN, PENGUJIAN DAN ANALISA DATA PEMOGRAMAN Cara Memprogram ATmega 8 Menggunakan Perangkat Lunak A. Langkah-langkah Pemograman B. Pembahasan Pemograman C. Pengecekan Program Mendownload Program Menggunakan Software PC A. Mentransfer Data Program ke ATmega Pengukuran Tegangan Dan Arus Pada Tiap Fasa Pengukuran Pin ATmega Pengukuran IC LM324 Penguat Sensor CT Pengukuran LCD Hasil Perhitungan Alat Hasil Perhitungan Manual Analisa BAB V PENUTUP Kesimpulan ix

9 5. 2 Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN x

10 DAFTAR GAMBAR GAMBAR 2. 1 HUBUNGAN ANTARA LINE TO NETRAL... 5 GAMBAR 2. 2 HUBUNGAN ANTARA LINE TO LINE... 6 GAMBAR 2. 3 POLARITAS KUMPARAN TEGANGAN KWH... 9 GAMBAR 2. 4 SEGITIGA DAYA... 9 GAMBAR 2. 5 ATMEGA GAMBAR KONFIGURASI PIN ATMEGA GAMBAR 2. 7 BLOK DIAGRAM ATMEGA GAMBAR 2. 8 STATUS REGISTER ATMEGA GAMBAR 2. 9 PETA MEMORI ATMEGA GAMBAR CURRENT TRANSFORMATOR GAMBAR RESISTOR GAMBAR 2.12 PENENTUAN NILAI RESISTOR MELALUI CINCIN WARNA GAMBAR 2.13 KODE WARNA PADA CINCIN RESISTOR GAMBAR RANGKAIAN PEMBAGI TEGANGAN GAMBAR DISPLAY LCD GAMBAR 2.16 KAPASITOR GAMBAR 2.17 DIELEKTRIKA KONDENSATOR GAMBAR 2.18 SIMBOL, BAGIAN BAGIAN DAN CONTOH TRANSFORMATOR GAMBAR BENTUK GELOMBANG KELUARAN PENYEARAH GELOMBANG PENUH GAMBAR PENSTABIL TEGANGAN GAMBAR 2.21 KOMPONEN PEMPROGRAMAN GAMBAR 2.22 DOWNLOADER GAMBAR 2.23 KABEL ISP GAMBAR TRANSISTOR BIPOLAR GAMBAR STRUKTUR DAN SIMBOL TRANSISTOR TIPE N-P-N DAN P-N-P GAMBAR IC LM324 DAN PIN DIAGRAM GAMBAR DIAGRAM BLOK UNTUK KENDALI LOOP TERTUTUP GAMBAR DIAGRAM BLOK UNTUK KENDALI LOOP TERBUKA GAMBAR 3. 1 GAMBAR DIAGRAM BLOK GAMBAR 3. 1 DIAGRAM BLOK GAMBAR 3. 2 KESELURUHAN ALAT KWH DIGITAL GAMBAR 3. 3 RANGKAIAN PENGENDALI SISTEM GAMBAR 3. 4 RANGKAIAN PADA PCB xi

11 GAMBAR 3. 5 MIKROKONTROLLER GAMBAR 3. 6 RANKAIAN CT DAN PENGUAT GAMBAR 3. 7 RANGAKAIAN SENSOR TEGANGAN GAMBAR 3. 8 DISPLAY LCD GAMBAR 3. 9 RANGKAIAN TOMBOL RESET GAMBAR FLOW CHART PERANGKAT LUNAK GAMBAR LAMPU PIJAR GAMBAR RANGKAIAN CATU DAYA5 VOLT DC GAMBAR CURRENT TRANSFORMATOR GAMBAR TABEL TDL UNTUK INDUSTRI GAMBAR RESISTOR CICIN WARNA GAMBAR 4. 1 SOFWARE CODE VISION AVR GAMBAR 4. 2 SOFTWARE CODE VISION AVR GAMBAR 4. 3 TAMPIAN CODE WIZART GAMBAR 4. 4 PEMILIHAN CHIP GAMBAR 4. 5 PIN PADA LCD GAMBAR 4. 6 PENGAKTIFAN ADC GAMBAR 4. 7 LISTING PROGRAM GAMBAR 4. 8 TAMPILAN PERINGATAN ERROR PADA PROGRAM GAMBAR 4. 9 PROGRAM YANG ERROR GAMBAR DOWNLOADER GAMBAR PEMILIHAN CHIP GAMBAR DATA PADA ATMEGA GAMBAR GAMBAR FLASH GAMBAR MENDOWNOAD ATMEGA xii

12 DAFTAR TABEL TABEL 2. 1 FUNGSI PORT DISPLAY LCD TABEL 2. 2 FUNGSI PIN IC LM TABEL 3. 1 DAFTAR PERALATAN YANG DIGUNAKAN TABEL 3. 2 DAFTAR BAHAN DAN KOMPONEN YANG DIGUNAKAN TABEL 4. 1 PENGUKURAN TEGANGAN PADA TIAP PHASA TABEL 4. 2 TEGANGAN PADA TIAP PIN ATMEGA TABEL 4. 3TEGANGAN INPUT IC PENGUAT UNTUK CURRENT TRANSFORMATOR (CT) TABEL 4. 4 TEGANGAN INPUT LCD TABEL 4. 5 DATA PENGUKURAN DENGAN ALAT TABEL 4. 6 DATA ANALISA xiii

13 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 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 yang dipasang disetiap pelanggan dapat berupa kwh analog maupun kwh meter prabayar, masing masing kwh meter ini memiliki fungsi yang sama yaitu membaca beban listrik pelanggan. Dalam hal ini penulis membuat pengukuran daya 3 fasa pada industri yang menggunakan Mikrokontroller sebagai penkonversi yang akan ditampilkan menggunakan tampilan LCD guna untuk mendapatkan keakuratan dan ketransparan pembacaan beban listrik. Prinsip kerja alat ini ialah dengan mendeteksi banyaknya daya yang digunakan atau disuplai ke beban, dengan menggunakan Mikrokontroller ATmega 8 sebagai sebuah piranti yang dapat menjalankan perintah-perintah yang diberikan dalam bentuk baris-baris program yang dibuat untuk pekerjaan tertentu, dalam hal ini Mikrokontroller berperan sebagai pengendali yang menerima masukan dari tiga buah CT dan tiga buah sensor tegangan yang terhubung langsung dengan beban, yang akan dikonversikan dalam bentuk tampilan LCD berupa banyaknya biaya pemakaian yang telah diubah kedalam bentuk nominal rupiah. Dengan demikian penggunaan alat ini sangat membantu untuk mendapatkan keakuratan dan ketransparan pembacaan energi listrik, yang digunakan oleh konsumen. Sehingga dalam penggunaan alat ini dapat diharapkan tidak ada kesalah pahaman antara pihak konsumen maupun PLN dalam pembayaran tagihan listrik yang dilakukan tiap perbulannya. 1.2 Rumusan Masalah Permasalahan yang ditangani dari pembuatan Proyek Tugas Akir ini adalah bagaimana caranya agar dapat menghitung daya yang dipakai dikonversikan 1

14 menjadi informasi biaya dalam angka digital dan nilai rupiah dalam tampilan display LCD, menggunakan Mikrokontroller ATmega 8 sebagai alat pengendaliannya. Adapun masalah yang harus diperhatikan adalah : 1. Bagaimana cara merancang dan mengatur sistem informasi biaya pemakaian energi listrik dapat bekerja secara otomatis seperti yang diinginkan. 2. Bagaiman merancang dari beberapa rangkaian sehingga menjadi sebuah sistem atau alat penghitung dalam penggunaan daya listrik pada suatu industri. 1.3 Batasan masalah Pembatasan masalah Tugas akhir ini membahas tentang Perancang alat penghitung daya pemakain energi listrik sebagai media pengukuran daya pada beban 3 fasa disuatu industri dibatasi ruang lingkupnya untuk pembahasan : 1. Sistem yang dirancang menggunakan tegangan 3 fasa 2. Sistem pemerosesannya menggunakan mikrokontroler ATmega 8 3. Keluaran yang ditampilkan LCD meliputi besarnya daya yang digunakan pada beban, nilai kwh, dan nilai rupiah 1.4 Tujuan Tugas Akhir Tujuan yang ingin dicapai dalam perancangan tugas akhir ini adalah membuat suatu model sistem yang dapat memonitoring pemakaian energi listrik pada suatu industri sehingga dapat diketahui berapa banyaknya energi dan biaya pemakaian dalam kurun waktu tertentu dan juga ditampilkan dalam rupiah, sehingga dapat mengetahui biaya pemakaian energi listrik pada PLN. 2

15 1.5 Manfaat Tugas Akhir Adapun Manfaat dari pada pembuatan Proyek Tugas Akhir ini adalah : 1. Pengguna dapat monitoring pemakaian daya energi listrik dalam kurun waktu tertentu, dan tampil dalam rupiah, hasil pemakaian daya listrik di tampilkan pada display LCD 2. Mendapatkan hasil nilai yang akurat dan transparan sehingga tidak terjadi kesalahan dalam pembayaran tagihan listrik dan Memudahkan pelanggan dalam pembayaran. 3. Digunakan untuk 3 fasa dalam indutri menengah 1.6 Metode Pengumpulan Data Untuk dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini maka penyusun menerapkan beberapa metode studi diantaranya : 1. Metode pustaka yaitu dengan cara mencari buku referensi diperpustakaan yang berhubungan dengan topik yang dibahas dan melalui internet. 2. Metode lapangan yaitu dengan melihat tayangan movie mancanegara. 3. Metode bimbingan yaitu dengan melakukan diskusi tentang topik Tugas Akhir ini dengan dosen pembimbing 1.7 Keterbatasan Proses Tugas Akhir Alat yang kami rancang ini digunakan pada industri kecil 3 fasa karna batas sensor arus-nya sampai 50A, dan batas sensor tegangan 400 Vac 1.8 Sistematika Penulisan Laporan ini ditujukan untuk memaparkan hasil rancangan dan pengujian sistematis yang dibuat. Untuk mempermudah pemahaman hasil rancangan tersebut maka, penulis menyusun Tugas Akhir ini dalam beberapa bab, yang mana setiap bab mempunyai hubungan yang saling terkait dengan bab yang lain, yaitu seperti berikut ini: 3

16 BAB I. PENDAHULUAN Pada bab ini berisi latar belakang penulisan, pokok permasalahan, batasan masalah, tujuan, manfaat, metode pengumpulan data serta sistimatika penulisan laporan. BAB II. LANDASAN TEORI Bab ini mambahas teori-teori dasar dan teori-teori pendukung tentang sistem kontrol dalam perancangan alat dan komponen yang digunakan, khususnya yang menunjang perancangan dan pembuatan tugas akhir ini. BAB III. PERANCANGAN SISTEM Bab ini berisikan langkah-langkah perencanaan pembuatan proyek, perancangan mekanik.rancang bangun sistem informasi biaya pemakaian energi listrik pada industri berbasis mikrokontroller ATmega 8. BAB IV. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN Bab ini berisikan analisa rangkaian, hasil uji rangkaian, petunjuk pengoperasian dan cara kerja dari sistem informasi biaya pemakaian listrik secara otomatis berbasis mikrokontroler ATmega 8 di industri. BAB V. PENUTUP Bab ini berisikan mengenai kesimpulan yang diperoleh dalam perancangan dan pembuatan proyek tugas akhir serta saran yang ingin disampaikan penulis. LAMPIRAN LAMPIRAN Berisi lembar data sheet sebagai informasi dan acuan dalam pembuatan tugas akhir. 4