KWH METER DIGITAL DENGAN FITUR PEMBATAS ENERGI LISTRIK TUGAS AKHIR Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Menyelesaikan Program Studi S-1 Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun Oleh : Muhammad Nur Fuadi D 400 090 007 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2013
ii
iii
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur ke hadirat Allah Subhanahu wa Ta ala yang telah memberi hidayah, akal dan nikmat kepada mahluk-nya. Hidayah, akal dan nikmat yang tidak terhingga yang selalu diberikan kepada manusia sehingga apa yang dilihat dapat menjadi apa yang dirasa dan dicerna. Sholawat dan salam senantiasa tercurahkan kepada Rasulullah Muhammad Shalallahu Alaihi Wasalam yang telah memperjuangkan Agama sehingga Islam masih jaya dan dapat dinikmati hingga jaman sekarang. Terciptanya sebuah gagasan untuk membuat KWH meter digital dengan harapan dan tujuan akan memberikan kesadaran kepada pengguna untuk peduli terhadap pentingnya dalam kehidupan untuk berhemat dalam hal apapun dan dalam listrik khususnya. Selain itu konsumen bisa mendapatkan KWH meter digital dengan harga yang terjangkau dari buatan anak Bangsa. Banyak hambatan dan kendala yang menimbulkan kesulitan pada penyusunan penelitian ini. Namun pada proses tersebut tidak lepas dari bantuan, dukungan, bimbingan dan motivasi dari berbagai pihak sehingga terselesaikannya skripsi dengan judul KWH Meter Digital Dengan Fitur Pembatas Energi Listrik. Segala ucapan terimakasih penulis ucapkan kepada : 1. Bapak Prof. Bambang Setiadji, selaku Rektor Universitas Muhammadiyah Surakarta. iv
2. Bapak Ir. Agus Riyanto, MT. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiayah Surakarta. 3. Bapak Ir. Jatmiko, MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiayah Surakarta. 4. Bapak Heru Supriyono, PhD selaku Pembimbing I dalam Tugas Akhir. 5. Bapak Hasyim Asy ari, ST, MT selaku Pembimbing II dalam Tugas Akhir. 6. Bapak/Ibu Dosen selaku Dewan Penguji dalam Tugas Akhir. 7. Bapak/Ibu Dosen yang selalu membimbing dan memberikan ilmu yang sangat bermanfaat. 8. Seluruh Staf Tata Usaha, Akademik maupun non Akademik, yang telah banyak membantu dan memberikan kemudahan kepada penulis selama menempuh studi di Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta. 9. Kedua orang tua dan keluarga yang memberikan kasih sayang tiada henti hingga sekarang tidak pernah lepas. 10. Indah Widyasmara Ischamelya, ST yang selalu memberi semangat dan telah bersabar. 11. Teman - teman di KMTE Robot Research Universitas Muhammadiyah Surakarta dan teman - teman elektro angkatan 2009, yang telah berbagi dalam suka duka bersama selama ini. Penulis berharap semoga Skripsi ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Skripsi ini masih v
banyak kekurangan, maka penulis menerima kritik dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan penulisan di masa yang akan datang. Surakarta, 15 Juli 2013 Penulis Muhammad Nur Fuadi vi
MOTTO Jadi diri sendiri, cari jati diri, dan dapatkan hidup yang mandiri optimis, karena hidup terus mengalir dan kehidupan terus berputar, sesekali melihatlah ke belakang untuk melanjutkan perjalanan yang tiada berujung Berangkat dengan penuh keyakinan, Berjalan dengan penuh keikhlasan, Istiqomah dalam menghadapi cobaan Barangsiapa bersungguh-sungguh, sesungguhnya kesungguhannya itu adalah untuk dirinya sendiri. (QS Al-Ankabut : 6) Dan bahwasanya seorang manusia tiada memperoleh selain apa yang telah diusahakannya. (QS. An Najm :39) Maka (ketahuilah) sesungguhnya sesudah kesulitan itu pasti ada kemudahan. (Qs. Al-Insyirah : 5) Siapa yang dikehendaki oleh Allah menjadi orang baik akan diberi cobaan (HR Tirmizi) vii
PERSEMBAHAN Sebuah Karya kecil kupesembahkan kepada : 1. Allah SWT, yang menguasai langit, bumi dan yang diantaranya. Atas karunia-nya lah aku bisa berjalan sampai di sini. 2. Bapak dan Ibu tercinta, atas segala nasehat, jasa dan pengorbanan kalian kepadaku yang kalian berikan dengan keikhlasan hati tanpa memperdulikan cara hanya untuk membuat diriku lebih baik darimu. 3. Keluarga solo dan surabaya, yang telah memberi dukungan dan semangat dalam penyusunan. 4. Indah Widyasmara Ischamelya, ST, yang senantiasa mengimbangi dalam setiap gemuruhnya kondisi diri dan selalu setia. 5. Teman teman KMTE Robot Research, yang memberikan bantuan dan semangat. 6. Sahabat sahabat seperjuangan, Apri, Erwan, Danang, Iqbal, Ari, Supri dan teman teman angkatan 2009 lainnya yang selalu memberi solusi dan keceriaan. 7. Tim Unit Produksi Elektro viii
ix
x
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... HALAMAN PERSETUJUAN... HALAMAN PENGESAHAN... KATA PENGANTAR... MOTTO... PERSEMBAHAN... DAFTAR KONTRIBUSI... PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... i ii iii iv vii viii ix x xi xiv xv ABSTRAKSI... xvii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan Penelitian... 2 1.4 Batasan Masalah... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 4 2.1 Telaah Penelitian... 4 2.2 Landasan Teori... 5 2.2.1 Mikrokontroler ATmega16... 5 xi
2.2.2 Sensor Arus... 6 2.2.3 Real Time Clock DS1307... 7 2.2.4 Liquid Crystal Display 2x16... 7 2.2.5 Daya... 8 2.2.6 Codevision AVR... 10 BAB III METODE PENELITIAN... 11 3.1 Waktu dan Tempat... 11 3.2 Diagram Alir Penelitian... 11 3.3 Diagram Alir Program... 12 3.4 Alat dan Bahan... 13 3.5 Perancangan... 14 3.5.1 Perancangan Perangkat Keras... 15 3.5.2 Perancangan Perangkat Lunak... 22 BAB IV HASIL DAN ANALISA... 29 4.1 Hasil Penelitian... 29 4.2 Uji Coba Penelitian... 33 4.2.1 Pengujian Tegangan... 33 4.2.2 Pengujian Arus... 34 4.2.3 Pengujian Faktor Daya... 35 4.2.4 Pengujian Beban... 37 4.2.5 Pengujian Energi Listrik... 37 4.2.6 Pengujian Pembatas Energi Listrik... 38 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 40 xii
5.1 Kesimpulan... 40 5.2 Saran... 40 DAFTAR PUSTAKA... 42 LAMPIRAN... 43 xiii
DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Hasil pengujian tegangan... 34 Tabel 4.2 Hasil pengujian arus... 35 Tabel 4.3 Hasil pengujian faktor daya... 36 Tabel 4.4 Hasil pengujian beban... 37 Tabel 4.5 Hasil pengujian energi listrik... 38 xiv
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Konfigurasi pin mikrokontroler ATmega16... 5 Gambar 2.2 Sensor arus magnetik... 6 Gambar 2.3 Konfigurasi pin DS1307... 7 Gambar 2.4 LCD 2x16... 8 Gambar 2.5 Segitiga daya... 9 Gambar 3.1 Diagram alir penelitian... 12 Gambar 3.2 Diagram alir program mikrokontroler... 13 Gambar 3.3 Blok diagram perancangan alat... 15 Gambar 3.4 Skema rangkaian minimum sistem ATmega16... 16 Gambar 3.5 Rangkaian minimum sistem ATmega16... 16 Gambar 3.6 Skema rangkaian LCD 16x2... 17 Gambar 3.7 Skema rangkaian RTC... 18 Gambar 3.8 Rangkaian sensor tegangan... 19 Gambar 3.9 Rangkaian sensor arus... 19 Gambar 3.10 Rangkaian ZCD... 20 Gambar 3.11 Gelombang masukkan dan keluaran ZCD... 21 Gambar 3.12 Skema rangkaian tombol... 22 Gambar 3.13 Skema rangkaian relay... 22 Gambar 3.14 Diagram alir inisialisasi... 23 Gambar 3.15 Program inisialisasi... 24 Gambar 3.16 Diagram alir tampilan utama... 25 xv
Gambar 3.17 Program tampilan utama... 25 Gambar 3.18 Diagram alir relay... 26 Gambar 3.19 Diagram alir menu... 27 Gambar 3.20 Program menu... 28 Gambar 4.1 Tampilan beban aktif... 31 Gambar 4.2 Tampilan energi terpakai... 31 Gambar 4.3 Tampilan waktu... 31 Gambar 4.4 Tampilan menu pengaturan... 32 Gambar 4.5 Bentuk kemasan dari depan... 32 Gambar 4.6 Bentuk kemasan dari belakang... 33 Gambar 4.7 Pengujian tegangan... 34 Gambar 4.8 Pengujian arus... 35 Gambar 4.9 Pengujian faktor daya... 36 Gambar 4.10 Pengujian pembatas energi... 38 xvi
ABSTRAKSI Hemat listrik adalah suatu hal yang sangat dibutuhkan dalam kehidupan, penghematan dapat dilakukan dengan berbagai cara untuk melakukannya, salah satunya adalah dengan membatasi energi lisrik sehari - hari. Penggunaan listrik dapat diketahui dengan melihat pada KWH Meter namun hanya untuk mengetahui jumlah energi yang telah digunakan. Penghematan manual dapat dilakukan oleh penguna listrik namun membutuhkan kesadaran untuk melakukannya, sedangkan penghematan secara otomatis dapat dilakukan dengan menggunakan perangkat kendali mikrokontoler sebagai pengganti kerja manusia, sehingga batas energi listrik dapat dilakukan secara otomatis. Penelitian ini bertujuan untuk membuat KWH Meter Digital dengan kendali menggunakan mikrokontroler sehingga penghematan listrik dapat berjalan dengan otomatis. KWH Meter Digital dengan pembatas energi listrik ini dikendalikan oleh mikrokontroler Atmega16 menggunakan sensor tegangan berupa trafo stepdown, sensor arus menggunakan trafo arus dan rangkaian komparator beserta gerbang XOR sebagai sensor zero crossing. Nilai energi lisrik yang telah terbaca dibandingkan dengan nilai batas yang sudah ditentukan, jika nilai energi melebihi batas maka KWH Meter akan memutuskan aliran listrik. Semua proses data pada mikrokontroler ditampilkan melalui LCD 16x2 agar lebih mudah diakses. Sebagai pemutus aliran listrik menggunakan relay dengan kekuatan mekanis yang lebih kuat dibandingkan transistor. Pengkondisian waktu perdetik menggukan RTC DS1307 agar didapatkan waktu akurat dalam perhitngan. Hasil pengujian konsumsi energi listrik didapatkan dengan membaca hasil pembacaan alat penelitian ini kemudian dibandingkan dengan hasil pengukuran dari KWH Meter PLN. Pada saat uji coba dengan memberikan beban yang sama, alat menunjukkan nilai pemakaian sebesar 1 KWH dan pada KWH Meter PLN juga menunjukkan nilai 1 KWH. Kata kunci : KWH Meter Digital, mikrokontroler Atmega16, Zero Crossing Detector. xvii