Perancangan dan Realisasi Pencatat Nirkawat Pemakaian Energi Listrik Berbasis Pengendali Mikro

59 ISSN 1979-2867 (print) Electrical Engineering Journal Vol. 4 (2013) No. 1, pp. 59-73 Perancangan dan Realisasi Pencatat Nirkawat Pemakaian Energi Listrik Berbasis Pengendali Mikro Andre Yosef Mumuh dan Daniel Setiadikarunia Jurusan eknik Elektro, Universitas Kristen Maranatha, Bandung Jl. Suria Sumantri 65, Bandung 40164, Indonesia andreyosef07@gmail.com; daniel.sk@ieee.org Abstrak: Pemakaian energi listrik pada setiap rumah diukur dengan menggunakan kwh meter dan dicatat secara manual oleh petugas setiap bulan. Pencatatan pemakaian energi listrik dapat dibuat lebih praktis dengan menggunakan perangkat yang dapat mencatat pemakaian energi listrik secara otomatis dan nirkawat, sehingga petugas pencatat tidak perlu masuk ke dalam rumah atau ke dalam pekarangan rumah pelanggan dan mencatat secara manual. Dalam artikel ini dibahas perancangan dan realisasi suatu perangkat pencatat pemakaian energi listrik secara nirkawat berbasis pengendali mikro. Perangkat yang direalisasikan terdiri dari dua bagian perangkat, yaitu perangkat pengukur yang dipasang pada setiap rumah pelanggan, dan perangkat pencatat. Petugas pencatat membawa perangkat pencatat dan mendatangi rumah pelanggan, cukup di luar rumah atau pekarangan rumah, kemudian mengaktifkan perangkat pengukur untuk mengirimkan data pelanggan dan jumlah pemakaian energi listriknya, yang akan diterima oleh perangkat pencatat dan disimpan dalam memori SD card. Hasil ujicoba menunjukkan bahwa perangkat yang direalisasikan dapat berfungsi sesuai dengan perancangan. Data yang dikirim dari perangkat pengukur dapat diterima dan disimpan dalam SD card dengan benar oleh perangkat pencatat. Rata-rata perbedaan hasil pengukuran energi listrik antara perangkat pengukur yang dibuat dengan Clamp Meter sebesar 11,51 %. Kata kunci: energi listrik, kwh meter, pencatat nirkawat Abstract: Electrical energy consumption in each house is measured by using the kwh meter and recorded manually by the registrar every month. Recording of electrical energy consumption can be made more practical by using a device that can record the electrical energy consumption automatically and wirelessly, so that the registrar does not need to go into the house or into the customer's yard and recorded manually. In this article discussed the design and realization of a microcontroller based wireless recording device of electrical energy consumption. he realized device consists of two parts, namely measuring device mounted on each customer's house, and the recording device. he registrar brings the recording device to the customer's house, just outside the house or yard, then activates the measuring device to transmit customer data and the amount of electric energy consumption, which will be received by the recording device and stored in the SD card memory. est results show that the realized device can be function according to the design. Data sent from the measuring device can be received and stored in the SD card correctly by the recording device.

60 ELECRICAL ENGINEERING JOURNAL, VOL. 4, NO. 1, OCOBER 2013 he average difference in measurement results of electrical energy between the realized measuring device and Clamp Meter is equal to 11.51 %. Keywords: electrical energy, kwh meter, wireless recorder I. PENDAHULUAN Saat ini di Indonesia pemakaian energi listrik di setiap rumah masih banyak diukur menggunakan kwh meter analog dan dicatat oleh petugas secara manual setiap bulan. Pencatatan secara manual ini, dapat menimbulkan beberapa persoalan. Seringkali petugas tidak dapat mencatat pemakaian energi listrik pelanggan yang tertera pada kwh meter, karena petugas tidak dapat masuk ke dalam rumah pelanggan, atau ke dalam halaman rumah pelanggan, karena pemilik rumah tidak ada. Pencatatan secara manual oleh petugas juga rentan terhadap kesalahan. Salah satu solusinya adalah membuat suatu perangkat pencatat pemakaian energi listrik secara otomatis dan nirkawat, supaya petugas pencatat tidak perlu masuk ke dalam rumah atau ke dalam pekarangan rumah pelanggan dan mencatat secara manual. Untuk membuat pencatatan dapat dilakukan secara otomatis dan nirkawat, jumlah pemakaian energi listrik hasil pengukuran diubah menjadi data digital. Hal ini dapat dilakukan dengan melakukan modifikasi kwh meter analog, sehingga dapat memberikan hasil pengukuran dalam bentuk data digital [1], atau mengganti kwh meter analog dengan kwh meter digital [2]. KWh atau kilowatt hour adalah satuan energi listrik yang biasa digunakan dalam perhitungan pemakaian energi listrik. Satu kwh artinya adalah pemakaian energi listrik sebesar seribu watt dalam satu jam. Jika pada kwh meter analog tercantum x-putaran per kwh, artinya untuk mencapai satu kwh dibutuhkan putaran sebanyak x kali putaran dalam setiap jamnya. Contoh, jika 1000 putaran per kwh, maka harus ada 1000 putaran dalam satu jam untuk mencapai satu kwh. KWh meter analog supaya dapat memberikan hasil pengukuran pemakaian energi listrik berupa data digital dapat dilakukan dengan menambah perangkat tambahan berupa sensor optocoupler dan mikrokontroler untuk menghitung jumlah putaran atau laju putaran piringan yang ada dalam kwh meter analog. Laju putaran piringan ini akan sebanding dengan jumlah energi listrik yang digunakan. Untuk mengukur pemakaian energi listrik secara digital, dibutuhkan tiga besaran dalam bentuk data digital yang harus diketahui, yaitu arus, tegangan, dan faktor daya beban. Untuk mengukur arus diperlukan sensor arus dan mengubah besarnya arus yang terdeteksi menjadi tegangan, kemudian diubah ke dalam bentuk digital. Untuk mengukur faktor daya diperlukan sudut fasa antara arus dan tegangan pada beban yang hasilnya diubah ke dalam bentuk digital. Apabila besaran arus, tegangan, dan sudut fasa antara arus dan tegangan pada beban dapat diperoleh dalam bentuk digital, maka kwh meter digital dapat dibuat. Dalam artikel ini dibahas perancangan dan realisasi pencatat otomatis nirkawat pemakaian energi listrik berbasis pengendali mikro. Data pelanggan dan data pemakaian energi listriknya dikirimkan secara nirkawat melalui gelombang radio dari perangkat pengukur dan diterima oleh perangkat pencatat yang dibawa oleh petugas dan disimpan dalam memori SD card. Untuk mengukur pemakaian energi listrik dibuat kwh meter digital pada perangkat pengukur. Pemancar radio pada perangkat pengukur hanya akan aktif jika diaktifkan oleh petugas pencatat ketika akan mengirimkan data. Setelah selesai mengirimkan data, pemancar akan tidak aktif kembali secara otomatis.

PERANCANGAN DAN REALISASI PENCAA NIRKAWA PEMAKAIAN ENERGI LISRIK... 61 II. PERANCANGAN SISEM Diagram blok dari sistem pencatat otomatis nirkawat pemakaian energi listrik berbasis pengendali mikro yang dirancang ditunjukkan dalam Gambar 1. Beban Satu Fasa Pengukur Arus Pengukur egangan Pengukur Sudut Fasa LCD Pengendali Mikro Pengirim RF Penerima Infra Merah (a) Penerima RF Pengirim Infra Merah LCD Pengendali Mikro SD Card (b) Gambar 1. Diagram Blok Sistem (a) Perangkat Pengukur (b) Perangkat Pencatat Dari diagram blok pada Gambar 1 dapat dilihat bahwa sistem yang dirancang terdiri dari dua bagian besar, yaitu Perangkat Pengukur dan Perangkat Pencatat. Perangkat Pengukur merupakan perangkat kwh meter digital yang dilengkapi dengan pengirim frekuensi radio (RF transmitter) dan penerima inframerah (IR receiver). Perangkat Pengukur akan mengukur pemakaian energi atau daya listrik pada beban. Prinsip pengukuran energi listrik pada beban adalah dengan mengukur arus, tegangan, dan sudut fasa antara arus dan tegangan pada beban. Hasil pengukuran arus, tegangan, dan sudut fasa tersebut akan dibaca dan dihitung oleh pengendali mikro untuk menghasilkan besarnya energi listrik yang dikonsumsi beban dalam satuan kwh. Besarnya energi listrik yang digunakan akan diakumulasi setiap saat dan hasilnya akan ditampilkan dalam LCD dan disimpan dalam memori dari pengendali mikro. Apabila petugas pencatat akan mencatat jumlah pemakaian energi listrik, maka petugas akan mengaktifkan Pengirim RF pada Perangkat Pengukur dengan cara mengirimkan perintah untuk mengaktifkan melalui Pengirim inframerah pada Perangkat Pencatat yang dibawa oleh petugas ke Penerima inframerah pada Perangkat Pengukur. Pengendali mikro pada Perangkat Pengukur menerima perintah dari Penerima inframerah dan mengaktifkan Pengirim RF, kemudian mengirimkan data pelanggan dan data pemakaian energi

62 ELECRICAL ENGINEERING JOURNAL, VOL. 4, NO. 1, OCOBER 2013 listriknya ke Perangkat Pencatat. Setelah selesai mengirimkan data, Pengirim RF akan kembali dinonaktifkan agar tidak menggangu perangkat-perangkat yang ada di sekitarnya. Perangkat Pencatat akan menerima data yang dikirim, kemudian menampilkan data tersebut pada LCD dan menyimpannya dalam memori SD card. II.1. Pendeteksi Arus Arus yang mengalir dalam beban dapat dideteksi menggunakan sensor arus ACS712. Sensor arus ini menggunakan prinsip efek Hall. [3] Keluaran dari sensor arus ini berupa tegangan yang besarnya sebanding dengan besarnya arus yang mengalir. Pada sensor arus ACS712 sudah dilengkapi dengan amplifier, pengatur offset tegangan DC dan filter. [3] Rangkaian pendeteksi arus yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 2. AC Beban IP+ IP- V out ACS712 100K 100n V 1 2200m masukan zero crossing detektor + - 1K 50K PORA ADC0 Amega16 Gambar 2. Rangkaian Pendeteksi Arus V out pada sensor arus masih banyak mengandung noise sehingga dipasang filter low-pass RC untuk meredam noise. Dari hasil pengujian, filter RC dapat meredam dengan baik noise yang terjadi ketika nilai R = 100 k dan C = 100 nf. Keluaran dari filter RC ini diubah menjadi tegangan DC menggunakan diode dan filter kapasitor sebelum masuk ke penguat non-inverting. Pada penguat non-inverting digunakan potensiometer untuk mengatur besarnya gain agar keluaran sensor arus tersebut sesuai dengan rentang masukan ADC (analog to digital converter) pengendali mikro Amega16. Keluaran dari penguat ini dihubungkan dengan PORA ADC0 dari Atmega16. Keluaran dari filter RC juga dihubungkan dengan masukan dari Zero Crossing Detector yang digunakan untuk mengukur sudut fasa antara arus dan tegangan pada beban. II.2. Pendeteksi egangan Untuk mendeteksi besarnya tegangan jala-jala listrik pada kwh meter yang dibuat digunakan rangkaian yang terdiri dari transformator untuk menurunkan tegangan, diode sebagai penyearah dan kapasitor sebagai filter digunakan untuk mengubah keluaran transformator menjadi tegangan DC. Rangkaian pendeteksi tegangan yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 3. AC V 2 masukan zero crossing detektor 220 V 3 V 2200 m PORA ADC1 Beban Amega16 Gambar 3. Rangkaian Pendeteksi egangan

PERANCANGAN DAN REALISASI PENCAA NIRKAWA PEMAKAIAN ENERGI LISRIK... 63 egangan yang diturunkan oleh transformator akan digunakan sebagai masukan ADC pada pengendali mikro dengan rentang tegangan DC antara 0 sampai dengan maksimum 5 V. Oleh karena itu digunakan transformator yang menurunkan tegangan dari 220 V menjadi 3 V, sehingga tegangan DC yang diperoleh maksimum 4,24 V. egangan yang dibaca oleh pengendali mikro melalui PORA ADC1 akan menghasilkan besarnya tegangan jala-jala listrik pada beban. egangan keluaran transformator juga dimasukkan ke rangkaian zero crossing detector untuk mengukur besarnya beda fasa antara tegangan dan arus pada beban. II.3. Pendeteksi Beda Fasa Untuk mendeteksi beda fasa antara tegangan dan arus pada beban digunakan zero crossing detector. Zero crossing detector digunakan untuk mengetahui saat gelombang arus dan gelombang tegangan masing-masing melewati nol. Perbedaan waktu antara saat gelombang arus dan gelombang tegangan melewati nol menunjukkan beda fasa antara gelombang arus dan gelombang tegangan. Rangkaian pendeteksi beda fasa menggunakan zero crossing detector ditunjukkan pada Gambar 4. V CC dari Pendeteksi Arus v 1 V CC 50K R 1 + - v k1 v x POR B0 V CC 50K R 2 - + V CC v k2 Amega16 v 2 dari Pendeteksi egangan Gambar 4. Rangkaian Pendeteksi Beda Fasa Rangkaian pendeteksi beda fasa ini dibuat menggunakan komparator dan gerbang logika XOR. Komparator menggunakan LM393 dengan catu daya tunggal (V CC = 5V) dan gerbang XOR menggunakan 74LS86. Komparator sebagai zero crossing detector digunakan untuk mendapatkan informasi saat gelombang tegangan dan gelombang arus masing-masing tepat melewati titik nol. Gerbang logika XOR digunakan untuk mengetahui nilai perbedaan sudut fasa antara gelombang tegangan dan gelombang arus. Nilai perbedaan sudut fasa didapat dengan menghitung selang waktu antara transisi logika 0 ke logika 1 dan transisi logika 1 ke logika 0 pada pulsa keluaran gerbang logika XOR. v 1 adalah masukan komparator yang berasal dari pendeteksi arus, sedangkan v 2 adalah masukan komparator yang berasal dari pendeteksi tegangan. v 1 dan v 2 adalah sinyal-sinyal berbentuk gelombang sinusoidal yang masing-masing mewakili arus dan tegangan. Potensiometer R1 (50K) dan R2 (50K) pada masing-masing komparator digunakan sebagai pengatur tegangan referensi, agar komparator dapat mendeteksi dengan tepat ketika gelombang arus dan gelombang tegangan melewati titik nol. Keluaran masing-masing komparator atau zero crossing detector, yaitu v k1 dan v k2 ditunjukkan pada Gambar 5.

64 ELECRICAL ENGINEERING JOURNAL, VOL. 4, NO. 1, OCOBER 2013 v 1 Df t v k1 t v 2 Df t v k2 Dt t Gambar 5. Bentuk gelombang masukan dan keluaran masing-masing zero crossing detector Keluaran masing-masing komparator (zero crossing detector) v k1 dan v k2 merupakan sinyal digital yang berubah (mengalami transisi) ketika sinyal masukan v 1 atau v 2 melewati nol, seperti ditunjukkan pada Gambar 5. Antara gelombang v 1 dan v 2 terdapat beda fasa sebesar f yang sebanding dengan perbedaan waktu (delay) t antara v k1 dan v k2. Keluaran dari kedua zero crossing detector v k1 dan v k2 akan dijadikan masukan dari gerbang XOR, dan keluaran dari gerbang XOR v x akan menjadi masukan POR B0 dari pengendali mikro. Keluaran dari gerbang XOR akan menghasilkan logika 1 jika kedua masukan gerbang XOR mempunyai logika yang berbeda. Perbedaan fasa f antara gelombang v 1 dan v 2 akan menghasilkan perbedaan waktu (delay) t antara v k1 dan v k2. Dari Gambar 5 dapat dilihat bahwa pada interval f, v k1 akan berlogika 1 dan v k2 akan berlogika 0, sehingga keluaran gerbang XOR akan berlogika 1. Perbedaan sudut fasa f didapat dengan menghitung interval waktu ketika keluaran XOR berlogika 1 (selang waktu antara transisi logika 0 ke logika 1 dan transisi logika 1 ke logika 0). Bentuk keluaran gerbang XOR ditunjukkan pada Gambar 6. Perhitungan interval waktu ( t) ketika keluaran XOR berlogika 1 dilakukan oleh pengendali mikro melalui POR B0. Perbedaan fasa antara gelombang sinusoidal yang merepresentasikan arus (v 1 ) dan gelombang sinusoidal yang merepresentasikan tegangan (v 2 ) dapat dihitung dengan

PERANCANGAN DAN REALISASI PENCAA NIRKAWA PEMAKAIAN ENERGI LISRIK... 65 Persamaan 1: f = t 360 (1) dengan = 1/50 detik, adalah periode gelombang sinusoidal. v k1 t v k2 t v x Dt t Gambar 6. Bentuk gelombang masukan dan keluaran gerbang XOR II.4. Pengirim RF dan Penerima IR MODUL Receiver IR POR B2 POR D0 POR D1 Gambar 7. Hubungan Pengirim RF dan Penerima IR dengan Pengendali Mikro (POR B2, D0, D1)

66 ELECRICAL ENGINEERING JOURNAL, VOL. 4, NO. 1, OCOBER 2013 Untuk Pengirim RF digunakan modul XBee, yaitu sebuah modul yang didesain untuk memenuhi standar Zigbee/IEEE 802.15.4. [4] Modul ini bekerja pada pita frekuensi ISM (Industrial, Scientific & Medical) 2,4 GHz. Modul XBee ini merupakan modul transceiver yang bekerja pada catu daya 3,3V. Supaya modul XBee ini dapat dihubungkan dengan Pengendali Mikro yang bekerja dengan catu daya 5V dan untuk menghasilkan tegangan 3,3V, maka digunakan modul konverter level. Data yang akan dikirimkan dari Perangkat Pengukur melalui modul XBee diambil dari POR D1 Pengendali Mikro Amega16, sedangkan data yang diterima diperoleh dari POR D0 seperti ditunjukkan pada Gambar 7. Untuk Penerima IR digunakan modul penerima infra-red D I/O. Penerima infra-red D-I/O adalah modul penerima data melalui gelombang infra merah dengan frekuensi carrier sebesar 38 khz. [5] Keluaran dari modul ini dihubungkan ke POR B2 Pengendali Mikro Amega16 seperti ditunjukkan pada Gambar 7. II.5. Perangkat Pencatat Perangkat Pencatat terdiri dari Pengendali Mikro Amega16, Penerima RF menggunakan modul XBee, Pengirim IR menggunakan modul pengirim infra-red D I/O [5], LCD, dan Embedded Module Series (EMS) SD/MMC. EMS merupakan modul untuk mempermudah antarmuka SD card dengan Pengendali Mikro. Koneksi masing-masing komponen tersebut dalam Perangkat Pencatat ditunjukkan pada Gambar 8. Gambar 8. Rangkaian Perangkat Pencatat

PERANCANGAN DAN REALISASI PENCAA NIRKAWA PEMAKAIAN ENERGI LISRIK... 67 Pada Perangkat Pencatat, push button dihubungkan dengan POR PA0 dan masukan Pengirim IR dihubungkan dengan POR PB0 Pengendali Mikro Amega16. Jika push button ditekan, maka POR PA0 akan mendapat logika 1 (high) dan POR B0 akan mengeluarkan logika 0 (low) ke Pengirim IR, sehingga Pengirim IR akan memancarkan gelombang inframerah 38 khz ke Penerima IR pada Perangkat Pengukur. Keluaran Penerima IR akan menginterupsi Pengendali Mikro untuk mengaktifkan Pengirim RF dan mengirimkan data pelanggan berserta data pemakaian energi listriknya ke Perangkat Pencatat. Penerima RF pada Perangkat Pencatat akan menerima data yang dikirim Perangkat Pengukur. Keluaran data dari Penerima RF setelah melewati konverter level akan dibaca oleh Pengendali Mikro melalui POR D0. Data yang dibaca oleh Pengendali Mikro akan ditampilkan pada LCD dan disimpan dalam memori SD card Perangkat Pencatat. II.6. Relasi Besar Arus dan egangan dengan Nilai Keluaran ADC Besarnya arus maupun tegangan hasil pengukuran yang dibaca oleh Pengendali Mikro sesuai dengan besarnya hasil konversi analog ke digital keluaran pendeteksi arus maupun pendeteksi tegangan. Untuk itu perlu diperoleh relasi antara besarnya tegangan atau arus dengan nilai keluaran masing-masing ADC. Untuk mengetahui relasi tersebut dilakukan percobaan pengukuran besarnya tegangan maupun arus dengan alat ukur Clamp Meter untuk beberapa beban resistif dan membaca keluaran ADC nya masing-masing. Hasil yang diperoleh ditunjukkan pada abel 1. ABEL 1. HASIL PENGUKURAN DENGAN CLAMP MEER DAN NILAI KELUARAN ADC Daya Beban Hasil Clamp Meter Nilai Keluaran ADC (W) Arus (A) egangan (V) Arus egangan 10 0,07 221,5 637 777 20 0,08 221,4 672 779 25 0,11 221,4 674 779 30 0,14 220,8 677 776 35 0,15 220,7 678 777 40 0,17 220,7 679 777 55 0,24 220,9 680 778 60 0,26 221,5 681 779 65 0,28 220,9 680 779 75 0,32 219,9 682 778 80 0,34 221,5 681 777 85 0,36 218,2 682 778 90 0,39 219,2 682 777 100 0,42 219,1 682 777 115 0,49 219,4 683 778 125 0,53 218,2 683 776 Dari data pada abel 1 didapat relasi antara arus AC hasil pengukuran dengan Clamp Meter dan nilai keluaran ADC untuk arus, dan relasi antara tegangan AC hasil pengukuran dengan Clamp Meter dan nilai keluaran ADC untuk tegangan. Gambar 9 menunjukkan relasi antara arus AC hasil pengukuran dengan Clamp Meter dan nilai keluaran ADC untuk arus. Gambar 10 menunjukkan relasi antara tegangan AC hasil pengukuran dengan Clamp Meter dan nilai keluaran ADC untuk tegangan. Relasi ini pada dasarnya menunjukkan relasi antara arus atau tegangan sebenarnya yang diukur oleh Clamp Meter dan hasil pendeteksi arus atau

egangan AC (V) Arus AC (A) 68 ELECRICAL ENGINEERING JOURNAL, VOL. 4, NO. 1, OCOBER 2013 pendeteksi tegangan dalam bentuk data digital (keluaran ADC). 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 630 640 650 660 670 680 690 Nilai Keluaran ADC Gambar 9. Relasi antara Arus hasil pengukuran Clamp Meter dan Nilai ADC keluaran Pendeteksi Arus Dari Gambar 9 terlihat bahwa pendeteksi arus yang direalisasikan kurang linier. Oleh karena itu untuk mendapatkan persamaan hubungan antara arus dan nilai ADC dilakukan linearisasi sepotong demi sepotong, yaitu dengan membagi menjadi dua daerah. Daerah pertama adalah rentang nilai ADC 635 sampai 679, dengan regresi linear diperoleh persamaan Arus = 0,0018 nilai ADC 1,094. Daerah kedua adalah untuk nilai ADC lebih besar dari 679, dengan regresi linear diperoleh persamaan Arus = 0,080 nilai ADC 54,165. 222 221 220 219 218 775 776 777 778 779 780 Nilai Keluaran ADC Gambar 10. Relasi antara egangan hasil pengukuran Clamp Meter dan Nilai ADC keluaran Pendeteksi egangan Dari Gambar 10 terlihat bahwa pendeteksi tegangan yang direalisasikan menghasilkan nilai ADC antara 776 779 untuk variasi tegangan antara 218,2V 221,5V. Untuk mendapatkan persamaan hubungan antara tegangan dan nilai ADC dilakukan regresi linier.

PERANCANGAN DAN REALISASI PENCAA NIRKAWA PEMAKAIAN ENERGI LISRIK... 69 Persamaan regresi linier yang diproleh adalah egangan = 0,412 nilai ADC 99,976. II.7. Perangkat Lunak pada Perangkat Pengukur SAR Energi = 0 = 0 Delay 1s A = + 1 kwh = Energi/ 1000 Baca ADC egangan Data kwh disimpan dlm EEPROM Volt = 0,412*(ADC) 99,976 ampilan kwh pada LCD Baca ADC Arus POWER OFF? 635<=ADC<=679 Ampere = 0,08*(ADC)-54,165 Y END Y Ampere = 0,0018*(ADC)-1,094 Baca Beda Fasa Daya = Volt*Ampere* cos(beda fasa) Energi = Energi + Daya Y While < 3600s? A Gambar 11. Diagram Alir Program pada Perangkat Pengukur

70 ELECRICAL ENGINEERING JOURNAL, VOL. 4, NO. 1, OCOBER 2013 Perangkat lunak pada Perangkat Pengukur dirancang untuk menghitung jumlah pemakaian energi listrik dalam kwh. Dari diagram alir Gambar 11, dapat dilihat pertama-tama program akan membaca nilai ADC tegangan dan nilai ADC arus untuk mengetahui besarnya tegangan dan arus yang mengalir pada beban, serta beda fasa antara arus dan tegangan. Kemudian hasilnya dipakai untuk menghitung daya yang digunakan. Hal ini dilakukan setiap detik, sehingga dapat diperoleh jumlah energi listrik yang digunakan dalam satu detik. Jumlah energi yang digunakan akan diakumulasi setiap detik. Hasil akumulasi yang berlangsung selama 3600 detik akan menghasilkan perubahan energi sebesar seperseribu kwh. Kemudian hasilnya disimpan dalam memori dan ditampilkan pada LCD. II.8. Perangkat Lunak pada Perangkat Pencatat SAR Inisialisasi SD Card Push Button ditekan? Y Pengirim IR Aktif Zigbee Logic = 1? Y Zigbee Menerima Data Data disimpan dalam SD Card ampilan data kwh pada LCD Power OFF? END Y Gambar 12. Diagram Alir Program pada Perangkat Pencatat Permintaan untuk mengirimkan data pelanggan dan jumlah pemakaian energi

PERANCANGAN DAN REALISASI PENCAA NIRKAWA PEMAKAIAN ENERGI LISRIK... 71 listriknya dilakukan ketika Push Button pada Perangkat Pencatat ditekan. Pengirim IR akan aktif dan memancarkan gelombang infra-merah ke Penerima IR pada Perangkat Pengukur. Keluaran Penerima IR akan menginterupsi Pengendali Mikro untuk mengaktifkan Pengirim RF dan mengirimkan data pelanggan berserta data pemakaian energi listriknya ke Perangkat Pencatat. Penerima RF (Zigbee) pada Perangkat Pencatat akan menerima data yang dikirim Perangkat Pengukur, kemudian disimpan dalam memori SD card dan ditampilkan pada LCD. III. HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN Pengujian dilakukan untuk melihat sejauh mana sistem Pencatat Nirkawat Pemakaian Energi Listrik Berasis Pengendali Mikro yang direalisasikan dapat berfungsi. III.1. Pengujian Perangkat Pengukur abel 2 menunjukkan energi listrik dan faktor daya hasil pengukuran dari Perangkat Pengukur yang direalisasikan dan Clamp Meter untuk beberapa beban. Hasil pengukuran energi listrik yang diperoleh merupakan energi yang dikonsumsi masingmasing beban selama satu menit. ABEL 2. HASIL PENGUKURAN PERANGKA PENGUKUR DAN CLAMP MEER Perangkat Pengukur Clamp Meter Beban (W) egangan Faktor Energi Faktor Energi Arus (A) (V) Daya (Wh) Daya (Wh) 10 0,0508 220,5600 1 0,1867 0,966 0,2500 20 0,1174 220,9720 1 0,4324 0,977 0,3167 25 0,1192 220,9720 1 0,4390 0,983 0,4000 30 0,1246 219,7360 1 0,4563 0,987 0,4833 35 0,1282 220,1480 1 0,4704 0,989 0,5500 40 0,1282 220,1480 1 0,4704 0,990 0,6000 55 0,2350 220,5600 1 0,8639 0,993 0,8667 60 0,3150 220,9720 1 1,1601 0,984 0,9833 65 0,2350 220,9720 1 0,8655 0,995 1,0000 75 0,3950 220,5600 1 1,4520 0,996 1,2333 80 0,3150 220,5600 1 1,1579 0,996 1,1667 85 0,3950 220,5600 1 1,4520 0,996 1,3333 90 0,3950 220,1480 1 1,4493 0,997 1,4333 100 0,4750 221,3840 1 1,7526 0,997 1,5333 115 0,4750 221,7960 1 1,7559 0,998 1,7500 125 0,6350 219,7360 1 2,3255 0,998 2,0000 Neon 10 0,1550 221,3840 0,545 0,3117 0,550 0,3000 Monitor CR 65 0,5550 220,1480 0,877 1,7859 0,866 1,9000 V Samsung 80 0,3950 221,3840 0,886 1,2913 0,898 1,3500 Dari abel 2 dapat dilihat bahwa energi listrik hasil pengukuran Perangkat Pengukur yang dibuat terdapat perbedaan dibandingkan dengan hasil pengukuran Clamp Meter. Dari data pengujian pada abel 2 tersebut dapat dihitung bahwa rata-rata perbedaan hasil pengukuran energi listriknya adalah 11,51%. Perbedaan hasil pengukuran energi listrik ini terjadi terutama disebabkan karena kurang tepatnya pendeteksi arus, karena untuk pendeteksi tegangan dan pendeteksi beda fasa dapat dilihat cukup baik hasilnya. Untuk pendeteksi tegangan, dapat dilihat

72 ELECRICAL ENGINEERING JOURNAL, VOL. 4, NO. 1, OCOBER 2013 bahwa tegangan yang terukur cukup akurat, yaitu sekitar 220V sesuai dengan tegangan sebenarnya. Untuk pendeteksi beda fasa, dapat dilihat dari hasil faktor daya yang diperoleh, ternyata sangat mendekati hasil yang diperoleh Clamp Meter. Pendeteksi arus yang dibuat kurang akurat, ini disebabkan oleh beberapa hal, yaitu relasi antara besarnya arus yang diukur dengan nilai keluaran ADC tidak linier, pemilihan rentang linierisasi sepotong demi sepotong yang kurang tepat, sensor arus yang digunakan tidak linier dan rangkaian pendeteksi arus yang dibuat kurang baik sehingga dapat menghasilkan nilai keluaran ADC yang sama walaupun besarnya arus yang diukur berbeda. III.2. Pengujian Pengiriman Data ke Perangkat Pencatat Pengujian dilakukan untuk mengetahui apakah pengiriman data dari Perangkat Pengukur ke Perangkat Pencatat dapat bekerja dengan baik atau tidak. Pengujian dilakukan pada pelanggan yang memiliki identitas 123 dengan beban berupa lampu pijar 75 watt. Energi listrik yang dikonsumsi yaitu sebesar 0,07 kwh akan dikirimkan ke bagian pencatat lalu disimpan dalam SD card. (a) (b) (c) (d) (e) Gambar 13. Proses Pengiriman data dari Perangkat Pengukur ke Perangkat Pencatat. (a) Pemakaian energi listrik yang terukur pada Perangkat Pengukur. (b) ekan ombol 1 pada Perangkat Pencatat. (c) Data sedang dikirim oleh Perangkat Pengukur. (d) Data yang diterima dan ditampilkan pada LCD Perangkat Pencatat. (e) Data yang disimpan dalam SD card Gambar 13.a menunjukkan pemakaian energi listrik pelanggan yang terukur pada

PERANCANGAN DAN REALISASI PENCAA NIRKAWA PEMAKAIAN ENERGI LISRIK... 73 Perangkat Pengukur. Jika pada Perangkat Pencatat tombol 1 ditekan (Gambar 13.b), maka Perangkat Pengukur akan mengirimkan identitas pelanggan dan data pemakaian energi listriknya ke Perangkat Pencatat (Gambar 13.c). Perangkat Pencatat akan menerima data yang dikirim, menyimpannya dalam memori SD card, dan menampilkannya pada LCD seperti ditunjukkan pada Gambar 13.d. Data yang disimpan dalam SD card dapat dibaca melalui komputer seperti ditunjukkan pada Gambar 13.e. Pengujian-pengujian pengiriman data yang telah dilakukan menunjukkan bahwa pengiriman data dari Perangkat Pengukur ke Perangkat Pencatat dapat bekerja dengan baik. Data yang dikirim berhasil diterima, disimpan dalam memori SD card dan ditampilkan dalam LCD oleh Perangkat Pencatat dengan benar. IV. KESIMPULAN Sistem pencatat nirkawat pemakaian energi listrik berbasis Pengendali Mikro telah berhasil direalisasikan. Hasil ujicoba menunjukkan bahwa perangkat yang direalisasikan dapat berfungsi sesuai dengan perancangan. Data yang dikirim dari Perangkat Pengukur dapat diterima, disimpan dalam SD card, dan ditampilkan pada LCD dengan benar oleh Perangkat Pencatat. Namun hasil pengukuran energi listrik masih terdapat perbedaan dibandingkan dengan hasil pengukuran Clamp Meter. Rata-rata perbedaan hasil pengukuran energi listrik antara Perangkat Pengukur yang dibuat dengan Clamp Meter sebesar 11,51%. Perbedaan hasil pengukuran ini terutama disebabkan oleh Perangkat Pendeteksi Arus yang kurang akurat, karena sensor arus yang digunakan kurang linier, dan rangkaian pendeteksi arus yang dibuat masih perlu disempurnakan. DAFAR REFERENSI [1] Pasurono, S. Handoko, I. Setyawan, Perancangan kwh Meter Digital Menggunakan kwh Meter Konvensional, tugas akhir S1 Jurusan eknik Elektro, Universitas Diponegoro, Semarang, Februari 2013. [2] A. Setiono, Suharto, Prototipe Aplikasi kwh Meter Digital Menggunakan Mikrokontroler AMEGA8535 untuk Ruang Lingkup Kamar, Jurnal Ilmu Pengetahuan dan eknologi ELAAH, vol. 26, pp. 32-39, Nov. 2009. [3] Data Sheets of ACS712: Fully Integrated, Hall-Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kvrms Voltage Isolation and a Low-Resistance Current Conductor, Allegro MicroSystems LLC, Worcester, Massachusetts, 2012. [4] XBee /XBee-PRO RF Modules Product Manual, Digi International Inc. 11001 Bren Road East Minnetonka, MN, 2013. [5] D-I/O Infrared ransmitter & Receiver Modules Data Sheets, Innovative Electronics 2005

74 ELECRICAL ENGINEERING JOURNAL, VOL. 4, NO. 1, OCOBER 2013