3.1 Perancangan Blok Diagram Sistem
3.1.1 Fungsi-Fungsi Diagram Blok
1. Blok PLN Source sebagai sumber arus dan tegangan.
2. Blok Sensor AC ZMPT101B sebagai pengukur tegangan yang masuk.
3. Blok Arduino Nano sebagai pembaca sensor dan data di kirim ke NodeMCU 4. Blok NodeMCU ESP8266 sebagai otak dari sistem yang memproses data
yang akan di kirim ke android
5. Blok Aplikasi Android Online sebagai aplikasi tampilan hasil dari pembacaan sensor.
16 3.2 Perancangan Sistem
Tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini dari membuat alat atau sistem yang dapat memonitor pemakaian lisytrik rumah tangga rumah tangga secara real time melalui perangkat android. Sehingga pengguna dapat mengetahui pemakaian listrik setiap hari. Perancangan ini dilakukan dengan dua bagian yaitu: perancangan perangkat keras (hardware) dan perancangan perangkat lunak (software).
3.2.1 Perancangan Perangkat Keras (Hardware)
Pada perancangan perangkat keras (hardware) pada sistem ini, dilakukan perancangan terhadap rangkaian sensor-sensor yang diintegrasikan dengan suatu pengontrol kemudian di transfer oleh sebuah wifi.
1. Rangkaian Sensor Tegangan AC ZMPT101B
Disini dengan menggunakan cara yaitu dengan metode sampling dengan sinyal sinus kecil dinaikan offset-nya dengan menambahkan dengan tegangan DC, sehingga mudah untuk dibaca mikrokontroller. Karena ADC tidak bisa membaca sinyal negatif maka dari itu tegangan negatif harus dinaikkan offsetnya ke 2.5 volt, sehingga ada space untuk nilai negatif dan positif, untuk menaikkan tegangan AC bisa digunakan rangkaian summing amplifier, namun pada modul sensor ini sudah include summing amplifier sehingga tidak perlu menggunakan rangkaian tersebut.
Gambar 3.2 Rangkaian Sensor Tegangan
Universitas Sumatera Utara
17
2. Rangkaian Power Supplay Adaptor (PSA)
Gambar 3.3 Rangkaian PSA
Ketika switch(s1) ditutup (On), arus dari sumber DC 12Volt akan mengalir menuju diode yang berfungsi sebagai pengaman polaritas. Kondensator C5 yang berfungsi sebagai filter dapat dihilangkan jika tegangan input merupakan tegangan DC stabil misalnya dari sumber baterai (Accu/Aki). Pada power supply ini menggunakan IC LM7805. IC LM7805 merupakan salah satu tipe regulator tetap.
Regulator tegangan tipe ini merupakan salah satu regulator tegangan tetap dengan tiga terminal, yaitu terminal Vin, Gnd, Vout. Setelah melalui IC 7805, tegangan akan diturunkan menjadi 5 Volt stabil. Fungsi C6 adalah sebagai filter terakhir yang berfungsi mengurangi noice(ripple tegangan) sedangkan LED yang dipasang dengan resistor berfungsi sebagai indicator.
Pada umumnya power supply selalu dilengkapi dengan regulator tegangan.
Tujuan pemasangan regulator tegangan pada power supply adalah untuk menstabilkan tegangan keluaran apabila terjadi perubahan tegangan masukan pada power supply. Fungsi lain dari regulator tegangan adalah untuk perlindungan dari terjadinya hubung singkat pada beban. IC LM7805 mampu mengeluarkan tegangan +5V dengan memberikan kapasitor pada masing-masing kakinya.
Rangkaian penyearah gelombang penuh kemudian dilanjutkan dengan filter kapasitor C yang dipasang setelah diode bridge. Dengan filter ini bentuk gelombang tegangan keluarnya bisa menjadi rata atau terjadinya pengosongan dan pengisian terhadap kapasitor yang disebut tegangan rippel.
Rangkaian regulator ini dapat dipakai untuk menurunkan tegangan 12 volt pada sebuah perangkat elektronika atau pada sebuah kendaraan menjadi stabil.Power
Universitas Sumatera Utara
18
supply ini juga menggunakan IC LM 7805 yang berfungsi sebagai regulator. Regulator tegangan dengan menggunakan komponen utama IC (integrated circuit) mempunyai keuntungan karena lebih kompak (praktis) dan umumnya menghasilkan penyetabilan tegangan yang lebih baik. Fungsi-fungsi seperti pengontrol, sampling, komparator, referensi, dan proteksi yang tadinya dikerjakan oleh komponen diskrit, sekarang semuanya dirangkai dan dikemas dalam IC. Regulator yang menggunakan IC LM 7805 selalu menghasilkan keluaran yang bernilai positif.
3. Rangkaian Sensor NodeMCU ESP8266
NodeMCU merupakan papan sirkuit yang didalamnya telah terintegrasi dengan modul WiFi ESP8266, papan sirkuit ini memiliki fungsi sebagai pemroses, pemilihan jenis papan sirkuit ini karena penggunaannya simpel, karena modul kontrol dan modul WiFi telah satu paket, dan juga untuk kebutuhan pin dan memori sudah sangat terpenuhi. NodeMCU pada dasarnya adalah pengembangan dari ESP 8266 dengan firmware berbasis e-Lua. Pada NodeMcu dilengkapi dengan micro usb port yang berfungsi untuk pemorgaman maupun power supply.
Selain itu juga pada NodeMCU di lengkapi dengan tombol push button yaitu tombol reset dan flash. NodeMCU menggunakan bahasa pemorgamanan Lua yang merupakan package dari esp8266. Bahasa Lua memiliki logika dan susunan pemorgaman yang sama dengan c hanya berbeda syntax. Jika menggunakan bahasa Lua maka dapat menggunakan tool Lua loader maupun Lua uploder. Selain dengan bahasa Lua NodeMCU juga support dengan sofware Arduino IDE dengan melakukan sedikit perubahan board manager pada Arduino IDE. Sebelum digunakan Board ini harus di Flash terlebih dahulu agar support terhadap tool yang akan digunakan. Jika menggunakan Arduino IDE menggunakan firmware yang cocok yaitu firmware keluaran 45 dari AiThinker yang support AT Command. Untuk penggunaan tool loader Firmware yang di gunakan adalah firmware NodeMCU.
Universitas Sumatera Utara
19
3.4 Gambar Rangkaian NodeMCU ESP 8266
4. Rangkaian Arduino Nano
Arduino Nano adalah salah satu varian dari produk board mikrokontroller keluaran Arduino. Arduino Nano adalah board Arduino terkecil, menggunakan mikrokontroller Atmega 328 untuk Arduino Nano 3.x dan Atmega168 untuk Arduino Nano 2.x. Varian ini mempunyai rangkaian yang sama dengan jenis Arduino Duemilanove, tetapi dengan ukuran dan desain PCB yang berbeda.
Spesfikasi Arduino Nano
Arduino Nano memiliki spesifikasi sebagai berikut :
Mikrokontroller : Atmel ATmega168 untuk Arduino Nano 2.x Atmer Atmega328 untuk Arduino Nano 3.x
Tegangan kerja : 5 Volt
Tegangan input : Optimal : 7 – 12 Volt
Minimum : 6 Volt
Maksimum : 20 Volt
Digital pin I/O : 14 pin yaitu pin D0 sampai pin D13 Dilengkapi dengan 6 pin PWM
Analog pin : 8 pin yaitu pin A0 sampai pin A7 Arus listrik maksimum : 40 mA
Flash memori : 32 Mbyte untuk Arduino Nano 3.x
Universitas Sumatera Utara
20 16 Mbyte untuk Arduino Nano 2.x
Besar flash memori ini dikurangi 2 kbyte yang digunakan untuk menyimpan file boatloader.
SRAM : 1 kbyte (ATmega168) dan 2 kbyte (ATmega328) EEPROM : 512 byte (Atmega168) dan 1 kbyte (Atmega328) Kecepatan clock : 16 MHz
Ukuran board : 4,5 mm x 18 mm Berat : 5 gram
Gambar 3.5 Rangkaian Arduino Nano
Universitas Sumatera Utara
21 5. Perancangan Keseluruhan
Rangkaian keseluruhan ini merupakan rangkaian yang terdiri dari
beberapa komponen, diantaranya adalah sensor tegangan yang digunakan sebagai pengukur tegangan, Arduino Nano sebagai pembaca sensor dan data di kirim ke NodeMCU, PSA sebagai sumber tegangan, dan NodeMCU sebagai mikronkotrol pemroses data yang mengirim data ke Android.
Gambar 3.6 Rangkaian Keseluruhan
22 3.2.2 Rancangan Perangkat Lunak (Software)
Rancangan ini untuk membuat tampilan antarmuka (interface) sebagai media monitor sistem. Tampilan monitor yang menampilkan besar tegangan yang di kirim oleh NodeMCU ke layar monitor android setiap saat dan menampilkan status alat (on/off).
Gambar 3.7 Tampilan Perangkat Lunak
Universitas Sumatera Utara
23 3.3 Flowchart Sistem
Berikut disertakan Flowcart system yang menggambarkan keseluruhan system bekerja.
Data input diperoleh dari data hasil sensor tegangan. Data sensor tersebut dibaca dan diproses pada arduino nano sehingga diperoleh data digital tegangan (V) . Data inilah yang akan di kirim oleh NodeMCu ke aplikasi yang ada di android. Dan kemudian data akan ditampilkan aplikasi yang ada pada monitor android secara real time.
Start Baca
Arduino Nano baca Sensor
Kirim data ke aplikasi
END Kirim data ke
NodeMCU
Universitas Sumatera Utara
24 BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN 4. 1 Pengujian Arduino Nano
Pengujian pada rangkaian mikrokontroler Arduino Nano ini dapat dilakukan dengan menghubungkan rangkaian ini dengan rangkaian power supply sebagai sumber tegangan . Kaki 13 apabila diberikan logika high maka akan mengeluarkan tegangan sebesar 4,89 Volt . Langkah selanjutnya adalah memberikan program sederhana pada mikrokontroler Arduino nano untuk menguji port port yang terdapat pada Arduino nano, program yang diberikan adalah sebagai berikut:
#include <Filters.h> //Easy library to do the calculations
#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial mySerial(7,6);
float testFrequency = 48; // test signal frequency (Hz)
float windowLength = 100.0/testFrequency; // how long to average the signal, for statistist
int Sensor = 0; //Sensor analog input, here it's A0
float intercept = -0.04; // to be adjusted based on calibration testing float slope = 0.0405; // to be adjusted based on calibration testing float current_Volts; // Voltage
float current_Volts_Final; // Voltage
unsigned long printPeriod = 3000; //Refresh rate unsigned long previousMillis = 0;
void setup() {
Universitas Sumatera Utara
25 RMS requires a load of coding
inputStats.setWindowSecs( windowLength );
while( true ) {
Sensor = analogRead(A0); // read the analog in value:
inputStats.input(Sensor); // log to Stats functionr
if((unsigned long)(millis() - previousMillis) >= printPeriod) { previousMillis = millis(); // update time every second
current_Volts_Final = 0.008*current_Volts*current_Volts - 0.804*current_Volts + 20.6;
if(current_Volts_Final < 25.00) current_Volts_Final = 0;
if(current_Volts_Final > 240) current_Volts_Final = 240;
Serial.print( "\tVoltage: " );
Serial.print( current_Volts ); //Calculation and Value display is done the rest is if you're using an OLED display
Serial.print( "\tVoltageFinal: " );
Universitas Sumatera Utara
26
Serial.print( current_Volts_Final ); //Calculation and Value display is done the rest is if you're using an OLED display
mySerial.print("*" + (String)current_Volts_Final + "#");
} } }
Gambar 4.1 Pengujian Arduino Nano
4.2 Pengujian NodeMCU ESP8266
Pengujian pada rangkaian NodeMCU ESP8266 dapat dilakukan dengan menghubungkan rangkaian ini dengan rangkaian power supply sebagai sumber tegangan . Apabila diberikan logika high maka akan mengeluarkan tegangan sebesar 3,21 Volt . Langkah selanjutnya adalah memberikan program sederhana pada NodeMCU ESP8266, program yang diberikan adalah sebagai berikut:
#include <Filters.h> //Easy library to do the calculations
#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial mySerial(7,6);
Universitas Sumatera Utara
27
float testFrequency = 48; // test signal frequency (Hz)
float windowLength = 100.0/testFrequency; // how long to average the signal, for statistist
int Sensor = 0; //Sensor analog input, here it's A0
float intercept = -0.04; // to be adjusted based on calibration testing float slope = 0.0405; // to be adjusted based on calibration testing float current_Volts; // Voltage
float current_Volts_Final; // Voltage
unsigned long printPeriod = 3000; //Refresh rate unsigned long previousMillis = 0;
void setup() {
Serial.begin( 9600 ); // start the serial port mySerial.begin(9600);
pinMode(A0,INPUT);
}
void loop() {
RunningStatistics inputStats; //Easy life lines, actual calculation of the RMS requires a load of coding
inputStats.setWindowSecs( windowLength );
while( true ) {
Sensor = analogRead(A0); // read the analog in value:
inputStats.input(Sensor); // log to Stats functionr
if((unsigned long)(millis() - previousMillis) >= printPeriod) { previousMillis = millis(); // update time every second
Universitas Sumatera Utara
28
Serial.print( "\n" );
current_Volts = intercept + slope * inputStats.sigma(); //Calibartions for offset and amplitude
current_Volts= current_Volts*(30.3231); //Further calibrations for the amplitude
current_Volts_Final = 0.008*current_Volts*current_Volts - 0.804*current_Volts + 20.6;
if(current_Volts_Final < 25.00) current_Volts_Final = 0;
if(current_Volts_Final > 240) current_Volts_Final = 240;
Serial.print( "\tVoltage: " );
Serial.print( current_Volts ); //Calculation and Value display is done the rest is if you're using an OLED display
Serial.print( "\tVoltageFinal: " );
Serial.print( current_Volts_Final ); //Calculation and Value display is done the rest is if you're using an OLED display
mySerial.print("*" + (String)current_Volts_Final + "#");
} } }
Gambar 4.2 Pengujian NodeMCU ESP8266
Universitas Sumatera Utara
29 4.3 Pengujian Sensor AC ZMPT 101B
Tegangan listrik (Voltage) timbul dikarenakan ada beda potensi listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik. Besaran tegangan dinyatakan dalam satuan international volt. Pengukuran ini dilakukan dikarenakan adanya beda potensial di suatu medan listrik yang berefek pada aliran listrik yang mengalir pada material yang berbahan dari konduktor. Apabila di berikan logika high maka akan mengeluarkan tegangan sebesar 4,89 Volt. Berikut penampakan daripada sensor tegangan AC ZMPT101B.
Gambar 4.3 Pengujian Sensor AC ZMPT 101B
4.4 Pengujian Alat (Hardware dan Software)
Pengujian alat dilakukan dengan melakukan fungsionalitas untuk keseluruhan sistem ini mulai dari perangkat keras sampai dengan perangkat lunak. Pengujian pertama yaitu keakuratan pembacaan sensor serta pengkalibrasian sensor dalam pembacaannya bisa akurat dan baik sesuai dengan pembacaan multitester. Sehingga didapat data sebagai berikut:
Tabel 4.1 Hasil Pengujan Alat
No Kondisi Pengukuran di Nilai (V)
1 ON ANDROID 232,51
MULTITESTER 227
2 OFF ANDROID 0
MULTITESTER 0
Universitas Sumatera Utara
30
Gambar 4.4 Tampilan Dalam Keadaan ON
Gambar 4.5 Tampilan Dalam Keadaan OFF
Universitas Sumatera Utara
31
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan perancangan dan pengujian yang telah dilakukan pada alat maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut:
1. NodeMCU ESP8266 berhasil sebagai pemroses data yang telah dapat mengirimkan data ke android.
2. Sistem pada sensor tegangan AC ZMPT101b telah mampu mendeteksi penggunaan tegangan listrik pada perangkat listrik rumah tangga.
3. Pemakaian sistem monitoring tegangan listrik pada rumah biasa cukup membantu pemilik rumah dalam mengetahui berapa besar tegangan listrik paling tinggi dalam satu hari.
5.2 Saran
Dalam perancangan alat ini jauh dari sempurna, oleh sebab itu diharapkan ada yang menyempurnakan alat ini, adapun saran sebagai berikut:
1. Penambahan penggunaan jenis sensor lain selain dari pada ZMPT101b untuk mendeteksi tegangan AC seperti sensor AC712 untuk mendeteksi kuat arus.
2. Pada perancangan selanjutnya di harapkan dapat menambah variabel – variabel lain seperti suhu, dan kelembapan.
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR PUSTAKA
Budiharto,Widodo. 2011. Aneka Proyek Mikokontroler. Graha Ilmu: Yogyakarta Muis, Saludin. 2014. Perancangan Power Supply. Graha Ilmu: Yogyakarta
Muis, Saludin. 2017. Perancangan Teori & Praktis Power Supply. Graha Ilmu:
Yogyakarta
Sudjadi. 2005. Teori dan Aplikasi Mikrokontroler. Graha Ilmu: Yogyakarta Syahwil, Muhammad.. 2013. Panduan Mudah Simulasi dan Praktis Mikrokontroler Arduino. Andi Offet: Yogyakarta
https://eprints.akakom.ac.id/4911/3/3_143310017_BAB_II.pdf Tanggal diakses 27 Juni 2020, 12.30
http://jnte.ft.unand.ac.id/index.php/jnte/article/viewFile/120/138..
Tanggal diakses 08 Agustus 2020, 14.30
http://repository.usu.ac.id/bitstream/handle/123456789/62649/Chapter%20II.pdf?seq uence=4&isAllowed=y
Tanggal diakses 27 Juni 2020, 14.20
https://sinta.unud.ac.id/uploads/wisuda/1105315101-3-BAB%202.pdf.
Tanggal diakses 08 Agustus 2020, 13.00
Universitas Sumatera Utara
Qingxian Zeming Langxi Electronic www.micro-transformer.com
Tel: 86-25-52601870 E-mail: zm@zeming-e.com
ZMPT101B
Current-type Voltage Transformer
Small size，high accuracy, good consistency, for voltage and power measurement
Structural parameters：
Remarks: primary input: 1、2 pinssecondary output: 3、
4pins
Front view Bottom view The main technical parameters：
Model ZMPT101B
Rated input current 2mA
Rated output current 2mA
turns ratio 1000:1000
phase angle error ≤20＇（input 2mA，sampling resistor 100Ω）
operating range 0~1000V 0~10mA（sampling resistor 100Ω）
linearity ≤0.2%(20%dot~120%dot)
Permissible error -0.3%≤ f ≤+0.2%（input 2mA，sampling resistor 100Ω）
isolation voltage 4000V
application voltage and power measurement
Encapsulation Epoxy
installation PCB mounting（Pin Length>3mm）
Universitas Sumatera Utara
Direction for use
：
Figure Ⅰ FigureⅡ
1. The typical usage of the product is for the active output (FigureⅠ). R ＇ is a limiting resistor ， R is a
sampling resistor.
2. The product can be directly through the resistance sampling , easy to use ( FigureⅡ).
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara