SKRIPSI PERANCANGAN SMART POWER METER BERBASIS ARDUINO Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Komputer Oleh MUHAMMAD FADLAN ARISKA NIM : 120402085 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2017
ABSTRAK Pada teknologi KWH meter saat ini, pengguna hanya disediakan informasi konsumsi listriknya dalam kurun waktu satu bulan saja. Lama waktu update konsumsi daya listrik sangat jauh bagi pengguna untuk mengamati perubahan konsumsi listrik tersebut. Pengguna sulit melakukan pemantauan konsumsi listrik jika waktu informasi penggunaan listrik terlalu lama diperbaharui. Dengan melihat kerugian di atas, maka dibuat sebuah alat yang dapat menghitung besar energi listrik yang di pakai konsumen dan mengirim data tersebut ke internet. Sehingga pengguna dapat melihat besar penggunaan energi listriknya secara realtime. Dari hasil perancangan diperoleh Akurasi dari pembacaan arus yang diperoleh yaitu berkisar antara - 2,27% sampai dengan 10,44%, dan Akurasi dari pembacaan tegangan yang diperoleh yaitu berkisar antara -0,56% sampai dengan 0,97%. Kata kunci : Smart Power Meter, KWH Meter, Arduino, SIM900, DS3231, Sensor Arus i
KATA PENGANTAR Puji syukur senantiasa penulis ucapkan kepada Allah SWT yang telah memberikan kesempatan bagi penulis untuk dapat kiranya menyelesaikan penulisan Tugas Akhir ini, yang merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar kesarjanaan. Kemudian shalawat dan salam penulis sampaikan kepada junjungan kita Nabi besar Muhammad SAW yang selalu menjadi inspirasi penulis sekaligus menjadi panutan bagi setiap umat muslim. Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada keluarga, khususnya kedua orang tua yaitu Ibunda dan Ayahanda yang senantiasa mendoakan, memberi semangat serta nasehat kepada penulis. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah : PERANCANGAN SMART POWER METER BERBASIS ARDUINO Selama masa kuliah sampai penyelesaian Tugas Akhir, penulis juga banyak mendapat dukungan, baik moril maupun materil dari berbagai pihak yang telah membantu kelancaran penyusunan Tugas Akhir ini. Untuk itu penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada: 1. Bapak Soeharwinto, ST., MT., selaku Dosen Pembimbing tugas akhir yang telah banyak meluangkan waktu untuk membimbing dan mengarahkan penulis baik semasa kuliah maupun saat proses penulisan tugas akhir ini. 2. Bapak Dr. Ir. Fahmi, M.Sc., IPM dan Bapak Tigor Hamonangan Nasution, ST, MT selaku Dosen Penguji yang telah mengevaluasi serta mengarahkan penulis baik semasa kuliah maupun saat proses penulisan tugas akhir ini. 3. Bapak Dr. Ir. Fahmi, M.Sc., IPM selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU dan Bapak Ir. Arman Sani, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT-USU yang selama ini telah memotivasi, membimbing serta membina selama masa perkuliahan. ii
4. Orang tua tercinta, Abdul Haris Efendi dan Eva Arfianti Siregar yang telah memberikan segalanya hingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan. 5. Seluruh Dosen Teknik Elektro tercinta yang menjadi inspirasi dan sudah penulis anggap sebagai sahabat sekaligus orang tua sendiri. 6. Seluruh Pegawai di Departemen Teknik Elektro FT-USU. 7. Keluarga besar Laboratorium Sistem Pengaturan dan Komputer : Bapak Ir. Kasmir Tanjung, MT selaku kepala laboratorium, Bapak Rukiono selaku pegawai laboratorium, asisten-asisten senior (Bang Budi, Bang Ardi, Bang Frans, dan Bang Mian), dan temanteman asisten tercinta (Irwan Soleh Siregar, Habib Zakaria, Stif Agrath dan Esra C. Siagian). 8. Sahabat-sahabat Konsentrasi Teknik Komputer : Bang Winer, Bang Harry, Bang Hery, Bang Longser, Hanafi, Randy, Fachriansyah, dan Wirahadi. 9. Sahabat-sahabat sepermainan : Ifan Fadhlan, Yudha Al Hakim, Aziddin Ahmad Gading, Muhammad Kennedy, Gansyar Rezky, Muhammad Arif Piliang, Mahatir Muhammad, Rasyid Hasibuan, Lipi Junanda, dan Ardi Ahmad Fauzi. 10. Senior-seniorku yang baik hatinya : Bang Teguh Triantoro, Bang Arif Azhari, Bang Reza Alkautsar, Bang Rhobby Maulana, Bang Hamdan Hamid, dan Bang Robbin. 11. Teman-teman angkatan 2012 tercinta yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. 12. Seluruh angkatan di Departemen Teknik Elektro (2010, 2011, 2013, 2014, dan 2015). 13. Seluruh pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah membantu penulis baik secara langsung maupun tidak langsung selama menjalani masa perkuliahan di Departemen Teknik Elektro FT-USU. Akhirnya, penulis mengharapkan tulisan ini bermanfaat bagi penulis dan Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Sumatera Utara. iii
Medan, April 2017 Penulis Muhammad Fadlan Ariska iv
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... x BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang Penulisan... 1 1.2 Rumusan Masalah... 1 1.3 Tujuan Penulisan... 2 1.4 Batasan Masalah... 2 1.5 Metodologi Penelitian... 2 1.6 Sistematika Penulisan... 3 BAB II LANDASAN TEORI... 4 2.1 Listrik... 4 2.1.1 Daya Listrik... 4 2.1.2 Biaya Pemakaian Listrik... 6 2.2 Arduino... 7 2.2.1 Bahasa Pemrograman Arduino... 8 2.2.1.1 Struktur... 9 2.2.1.2 Konstanta... 10 2.2.2 Komunikasi Data... 11 2.2.2.1 I2C... 11 2.2.2.2 UART... 11 2.3 GPRS... 12 2.4 Current Transformator... 13 2.5 Potential Transformator... 14 v
BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 18 3.1 Umum... 18 3.2 Deskripsi Sistem Smart Power Meter... 18 3.3 Kebutuhan Sistem Rancangan... 19 3.3.1 Arduino UNO... 21 3.3.2 Sensor Current Transformator... 21 3.3.2.1 Kalibrasi Sensor Arus... 22 3.3.3 Sensor Potential Transformator... 23 3.3.3.1 Kalibrasi Sensor Tegangan... 24 3.3.4 Modul RTC DS3231... 25 3.3.5 Modul GPRS SIM900... 25 3.4 Perancangan Perangkat Keras... 26 3.5 Perancangan Perangkat Lunak... 27 3.5.1 Perancangan Program Arduino... 27 3.5.1.1 Perhitungan Faktor Daya... 30 3.5.2 Perancangan Sisi Server... 31 3.5.2.1 GET-Method Page... 31 3.5.2.2 MYSQL Database... 32 3.5.2.3 Halaman Monitoring... 33 BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS... 36 4.1 Pengujian Koneksi Arduino dengan RTC... 36 4.2 Pengujian Koneksi RTC dengan NTP Server... 38 4.3 Pengujian Koneksi Arduino dengan Modul GPRS SIM900... 39 4.4 Pengujian dan Analisis sensor CT (Current Transformator)... 40 4.5 Pengujian dan Analisis sensor PT (Potential Transformator)... 44 4.6 Pengujian Pengiriman Data ke Web... 46 4.7 Analisis Hasil Pengukuran Sistem... 47 vi
4.7.1 Hasil Pengukuran... 47 4.7.2 Perbandingan Arus pada Modul yang Dirancang dengan Arus pembacaan Clampmeter... 48 4.7.3 Perbandingan Tegangan pada Modul yang Dirancang dengan Tegangan pembacaan Clampmeter/Multimeter... 49 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 53 5.1 Kesimpulan... 53 5.2 Saran... 53 DAFTAR PUSTAKA... 54 LAMPIRAN... 55 vii
DAFTAR GAMBAR Gambar 1 Segitiga Daya Listrik... 5 Gambar 2 Jenis-jenis Arduino... 8 Gambar 3 Struktur Umum Pemrograman Arduino... 9 Gambar 4 Analogi Struktur Umum Pemrograman Arduino... 9 Gambar 5 Arsitektur GPRS... 12 Gambar 6 Current Transformator (CT)... 13 Gambar 7 Rangkaian pada Current Transformator... 14 Gambar 8 Potential Transformator (PT)... 15 Gambar 9 Prinsip Kerja Trafo Tegangan... 15 Gambar 10 Diagram Blok Sistem... 19 Gambar 11 Sistem Rancangan Keseluruhan Tampak Atas... 20 Gambar 12 Sistem Rancangan Keseluruhan Tampak Samping... 20 Gambar 13 Rangkaian Skematik Sensor SCT-013-000... 22 Gambar 14 Rangkaian Skematik Sensor Potential Transformator... 24 Gambar 15 Rangkaian Skematik Smart Power Meter... 26 Gambar 16 Diagram Alir Perancangan Program Arduino... 28 Gambar 17 Rumus perhitungan Faktor Daya pada library Emonlib.h... 30 Gambar 18 Diagram Blok Bagian Server... 31 Gambar 19 Daftar table dan kolom pada database... 32 Gambar 20 Flowchart Halaman Monitoring... 34 Gambar 21 Source Code Percobaan koneksi Arduino dengan RTC... 36 Gambar 22 Hasil Percobaan koneksi Arduino dengan RTC... 37 Gambar 23 Hasil Koneksi RTC dengan NTP Server... 38 Gambar 24 Source Code Pengujian Koneksi Arduino dengan Modul GPRS SIM900... 39 Gambar 25 Hasil Pengujian Koneksi SIM900 dengan Arduino... 40 Gambar 26 Pengujian Sensor CT pada KWH Meter... 41 Gambar 27 Source Code Pengujian sensor CT... 42 Gambar 28 Hasil Pengujian sensor Arus pada Komputer... 43 Gambar 29 Hasil Pengujian sensor Arus pada Clampmeter... 43 Gambar 30 Pengujian Sensor PT (Potential Transformator)... 44 Gambar 31 Source Code Program Pembacaan Sensor Tegangan... 44 Gambar 32 Hasil pembacaan sensor tegangan pada Serial Monitor... 45 viii
Gambar 33 Hasil pembacaan sensor tegangan pada Clampmeter/Multimeter... 45 Gambar 34 Proses Pengiriman data ke web... 46 Gambar 35 Kondisi database... 47 ix
DAFTAR TABEL Tabel 1 Tarif Tenaga Listrik PLN Bulan Januari 2017... 7 Tabel 2 Hasil Pengukuran Arus dan Tegangan... 47 Tabel 3 Tabel Pembacaan Arus... 48 Tabel 4 Tabel Akurasi Arus... 49 Tabel 5 Tabel Pembacaan Tegangan... 49 Tabel 6 Tabel Akurasi Tegangan... 50 x