Penelitian ini akan dilakukan di Laboratorium Elektronika Dasar, Universitas Sumatera Utara meliputi perancangan, konstruksi dan perakitan.
3.2 Diagram Blok
Alat ini terdiri dari beberapa komponen-komponen elektronika yang dipadukan dimana setiap komponen tersebut memiliki fungsinya masing-masing. Untuk lebih memudahkan dalam mempelajari dan memahami alat tersebut, berikut ini adalah gambar diagram blok sistem dari alat tersebut.
Gambar 3.2 Diagram Blok sistem
Dari gambar tersebut fungsi dari setiap komponen adalah sebagai berikut:
1. Sensor ACS712 berfungsi untuk mendeteksi, mengukur dan memeriksa arus listrik.
2. Sensor ZMPT101 berfungsi untuk mendeteksi, mengukur dan memeriksa tegangan listrik.
3. Arduino berfungsi sebagai pengkonversi, pengolah dan pusat kontrol data dari sensor yang diterima.
4. LCD berfungsi untuk menampilkan nilai pengukuran yang dibaca oleh sensor.
3.3 Rangkaian ACS712
Sensor Arus ACS 712 ACS712 adalah Hall Effect current sensor. Hall effect allegro ACS712 merupakan sensor yang presisi sebagai sensor arus AC atau DC dalam pembacaan arus didalam dunia industri, otomotif, komersil dan sistem-sistem komunikasi. Pada umumnya aplikasi sensor ini biasanya digunakan untuk mengontrol
motor, deteksi beban listrik, switched-mode power supplies dan proteksi beban berlebih, bentuk fisik dari sensor arus ACS712 dapat dilihat pada gambar 2.1 di bawah ini. Gambar 2.1.Sensor arus ACS712 Sensor ini memiliki pembacaan dengan ketepatan yang tinggi, karena didalamnya terdapat rangkaian low-offset linear Hall dengan satu lintasan yang terbuat dari tembaga.
Gambar 3.3 Rangkaian ACS712
Cara kerja sensor ini adalah arus yang dibaca mengalir melalui kabel tembaga yang terdapat didalamnya yang menghasilkan medan magnet yang di tangkap oleh integrated Hall IC dan diubah menjadi tegangan proporsional. Ketelitian dalam pembacaan sensor dioptimalkan dengan cara pemasangan komponen yang ada didalamnya antara penghantar yang menghasilkan medan magnet dengan hall transducer secara berdekatan. Persisnya, tegangan proporsional yang rendah akan menstabilkan Bi CMOS Hall IC yang 7 didalamnya yang telah dibuat untuk ketelitian yang tinggi oleh pabrik. Berikut terminal list dan gambar pin out ACS712. Gambar 2.2. Pin out ACS712 Tabel 2.1. Terminal list sensor arus ACS712. Number Name Description 1 and 2 IP + Terminals for current being sampled ; fused internally 3 and 4 IP - Terminals for current being sampled ; fused internally 5 GND Signal ground terminal 6 FILTER Terminal for external capacitor that sets bandwidth 7 VOUT Analog output signal 8 VCC Device power supply terminal Pada gambar 2.3 pin out dan tabel 2.1 terminal list diatas dapat kita lihat tata letak posisi I/O dari sensor arus dan kegunaan dari
masing-DIGITAL (~PWM)
masing pin dari sensor arus ACS712. Hambatan dalam penghantar sensor sebesar 1,2 mΩ dengan daya yang rendah. Jalur terminal konduktif secara kelistrikan diisolasi dari sensor leads/mengarah (pin 5 sampai pin 8). Hal ini menjadikan sensor arus ACS712 dapat digunakan pada aplikasi-aplikasi yang membutuhkan isolasi listrik tanpa menggunakan opto-isolator atau teknik isolasi lainnya yang mahal. Sensor ini telah dikalibrasi oleh pabrik. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada Gambar 2.3 blok diagram sensor arus ACS712. 8 Gambar 2.3. Gambar blok diagram ACS712 2.1.1. Fitur ACS712 Fitur yang di miliki ACS712 sebagai berikut: 1. Rise time output = 5 µs. 2.
Bandwidth sampai dengan 80 kHz. 3. Total kesalahan output 1,5% pada suhu kerja TA= 25°C. 4. Tahanan konduktor internal 1,2 mΩ. 5. Tegangan isolasi minimum 2,1 kVRMS antara pin 1-4 dan pin 5-8. 6. Sensitivitas output 185 mV/A. 7. Mampu mengukur arus AC atau DC hingga 5 A. 8. Tegangan output proporsional terhadap input arus AC atau DC. 9. Tegangan kerja 5 VDC. Rumus tegangan pada pin Out = 2,5
± ( 0,185 x I ) Volt, dimana I = arus yang terdeteksi dalam satuan Ampere.
3.4 Rangkaian ZMPT101
Berikut cara mengakses sensor tegangan AC ZMPT101B untuk mengukur tegangan AC, sebenarnya banyak cara yang bisa dilakukan untuk mengukur tegangan AC seperti halnya menggunakan sampling data dengan timer tertentu, ada juga yang dikonversi menjadi tegangan DC, dan banyak lainnya, disini saya mencontohkan dengan menggunakan cara kedua yaitu merubah tegangan AC tersebut menjadi DC, sehingga mudah untuk dibaca mikrokontroller, perlu diketahui bahwa 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 3.4 Rangkaian ZMPT101.
3.5 Rangkaian LCD
LCD yang digunakan adalah LCD karakter 16x2, sehingga hanya mampu menampilkan angka, huruf dan simbol sebanyak 2 baris dan setiap baris mampu menampilkan 16 karakter. Catu daya yang digunakan adalah sebesar 5 volt.
Gambar 3.5 Rangkaian LCD
Pada gambar rangkaian di atas pin 1 dihubungkan ke Vcc (5V), pin 2 dan 16 dihubungkan ke Gnd (Ground), pin 3 merupakan pengaturan tegangan Contrast dari LCD, pin 4 merupakan Register Select (RS), pin 5 merupakan R/W (Read/Write), pin 6 merupakan Enable, pin 11-14 merupakan data. Reset, Enable, R/W dan data dihubungkan ke mikrokontroler Atmega8535. Fungsi dari potensiometer (R2) adalah untuk mengatur gelap/terangnya karakter yang ditampilkan pada LCD.
3.6 Rangkaian Mikrokontroler Arduino Uno R3
Rangkaian sistem mikrokontroler Arduino Uno R3 dapat dilihat pada gambar 3.2 di bawah ini :
Gambar 3.6 Rangkaian sistem mikrokontroler Arduino Uno R3
Dari gambar 3.6, Rangkaian tersebut berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh sistem yang ada. Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC Mikrokontroler ATMega328. Semua program diisikan pada memori dari IC ini sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki. Pin 12 terhubung ke Gnd dan pin 13 dihubungkan ke Vcc sebesar 5v dan dua buah kapasitor 30 pF. Pin 9 merupakan masukan reset (aktif rendah). Pulsa transisi dari tinggi ke rendah akan me-reset mikrokontroler ini.
Untuk men-download file heksadesimal ke mikrokontroler, Mosi, Miso, Sck, Reset, Vcc dan Gnd dari kaki mikrokontroler dihubungkan ke RJ45. RJ45 sebagai konektor yang akan dihubungkan ke ISP Programmer. Dari ISP Programmer inilah dihubungkan ke komputer melalui port paralel.
Kaki Mosi, Miso, Sck, Reset, Vcc dan Gnd pada mikrokontroler terletak pada kaki 6, 7, 8, 9, 10 dan 11. Apabila terjadi keterbalikan pemasangan jalur ke ISP Programmer, maka pemograman mikrokontroler tidak dapat dilakukan karena mikrokontroler tidak akan bisa merespon.
3.7 Rangkaian Keseluruan Sistem
Gambar di bawah adalah gambar keseluruhan rangkaian Rancangan Alat Ukur Daya Listrik Digital Berbasis Arduino dengan memanfaatkan arduino Uno sebagai pengatur setiap komponen yang digunakan
Gambar 3.7 Rangkaian Keseluruan Sistem
DIGITAL (~PWM)
3.8 Perancangan PCB
Printed circuit board (PCB) adalah sebuah papan tembaga yang berfungsi untuk menghubungkan antar komponen pada rangkaian elektronik. Sebelum ada PCB komponen dihubungkan menggunakan kabel sehingga terlihat sangat tidak rapi. Setiap pcb mempunyai fungsi yang berbeda-beda tergantung dari spesifikasi produk yang dibuat, sehingga PCB mempunyai desain yang berbeda-beda pula. Kita bisa mendesain PCB dengan cara manual maupun dengan bantuan software. Proses desain dengan software biasanya diawali dengan cara membuat skematik dari kumpulan komponen lalu menghubungkannya. Setelah itu baru membuat layout dari jalur PCB tersebut.
Setelah pola jalur PCB terbuat lalu pola tersebut diprint dengan perbandingan 1:1 untuk mendapatkan mastersheet yang akan digunakan untuk proses selanjutnya. Dalam proses desain kita harus tahu komponen-komponen apa yang digunakan karena dari komponen tersebut akan menentukan jarak lubang, besar lubang, tata letak komponen dll, sehingga sangat tidak mungkin untuk membuat PCB hanya dengan bermodal gambar hasil foto PCB yang sudah jadi. Banyak software gratis yang bisa didapatkan dari internet
untuk memudahkan proses desain. Pada artikel selanjutnya kita akan membahas lebih dalam tentang proses desain menggunakan software eagle
Gambar 3.8 Pembuatan Rangakaian pada pcb
3.9 Diagram Alir
Gambar 3.9 Diagram Alir Sistem Mulai
Inisialisasi, Alat alat elektronika Rumah Tangga
Pembacaan Arus Dengan Sensor
Acs712
Pembacaan Tegangan Dengan Sensor ZMPT
101B
Pengelolahan data pada arduino
Menampilkan Arus (I), Tegangan (V) dan Daya
(P) Di LCD
Selesai
BAB 4