Prototype kWh Meter Digital

(1)

PROTOTYPE kWh METER

DIGITAL

PROJEK AKHIR II

GATRA NOFANDRA

112411023

PROGRAM STUDI D-3METROLOGI DAN INSTRUMENTASI

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

PROTOTYPE kWh METER

DIGITAL

PROJEK AKHIR II

Diajukan sebagai syarat memenuhi Tugas Akhir dan menyelesaikan

Pendidikan Program Studi D3 Metrologi dan Intrumentasi Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

GATRA NOFANDRA

112411023

PROGRAM STUDI D-3METROLOGI DAN INSTRUMENTASI

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(3)

PERSETUJUAN

Judul : Prototype kWh Meter Digital

Kategori : Projek Akhir II

Nama : Gatra Nofandra

Nomor Induk Mahasiswa : 112411023

Program Studi : Diploma (D-3) Metrologi Dan Instrumentasi

Departemen : Fisika

Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Disetujui di Medan, Juli 2014

Ketua Program Studi

Metrologi dan Instrumentasi, Pembimbing ,

Dr.Diana Alemin Barus, M.Sc Dr. Mester Sitepu, M.Phil

(4)

PERNYATAAN

PROTOTYPE kWh METER DIGITAL

PROJEK AKHIR II

Saya mengakui bahwa projek akhir II ini adalah hasil karya sendiri.Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, July 2014

(5)

PENGHARGAAN

Alhamdulillahirobbil’alamin,

Segala puji dan syukur bagi Allah Subhanahuwata’ala yang telah melimpahkan barokah, rahmat, hidayah-Nya dan menganugerahkan kemudahan serta kelancaran sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan lapora proyek akhir 1 ini sesuai waktu yang telah ditetapkan. Sholawat dan salam semoga senantiasa tercurahkan kepada Rasulullah Sallallahu’alaihiwassalam sang pembawa petunjuk dan selalu menjadi inspirasi dan teladan bagi penulis

Adapun judul Projek Akhir II (dua) ini adalah

PROTOTYPE kWh METER DIGITAL

Penulis menyadari bahwa tersusunnya Laporan Projek Akhir II (dua) ini dari Do’a, perhatian, bimbingan, motivasi dan dukungan berbagai pihak, sehingga dengan keikhlasan dan kerendahan hati pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Kedua orang tua penulis dan serta saudara kandung yang telah memberikan bantuan moril maupun materil, semangat dan do’a yang begitu besar kepada penulis.

2. Ibu Dr. Diana A. Barus, M.Sc , selaku Ketua Program Studi Metrologi dan Instrumentasi Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam.

3. Ibu Dra. Ratna A S, MS, selaku Sekretaris Program Studi Metrologi dan Instrumentasi Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam.

4. Bapak Dr. Mester Sitepu, M.Phil, selaku dosen pembimbing, yang telah banyak membantu dan mendukung penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

5. Seluruh Dosen dan Karyawan Program Studi Diploma Tiga (III) Metrologi dan Instrumentasi Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.

(6)

PROTOTYPE kWh METER DIGITAL

ABSTRAK

Pengukuran energi listrik dengan menggunakan alat kWh meter, dilakukan oleh penyelenggara jasa layanan distribusi energi listrik seperti di PLN. Sampai saat ini, PLN masih menggunakan kWh meter analog atau disebut kWh meter elektromekanik dalam mengukur konsumsi energi listrik pada sebagian besar pelanggan, khususnya rumah tangga. Pertumbuhan tuntutan kompleksitas dalam layanan seperti monitoring tagihan listrik yang sifatnya real time (langsung), belum dapat dilakukan dengan meter standart seperti biasanya. Dibutuhkan suatu proses pengolahan data yang lebih kompleks dan fleksibel dalam merepresentasikan suatu harga, yang tidak mungkin dapat dicapai dengan mekanisme secara analog.

Penambahan modul elektonik terprogram pada mekanik kWh meter analog fasa tunggal, dapat mejadi solusi kasus ini tanpa harus mengganti metoda/sistem pengukuran, sehingga akan memberi nilai tambah dari alat tersebut. Untuk keperluan tersebut, maka dibuat alat konversi putaran piringan kWh meter menjadi isyarat digital, dengan cara menempatkan sensor arus ACS712. Keluaran listrik secara otomatis langsung diolah menggunakan mikrokontroler Arduino Nano, Data ini dikalkulasi menjadi nominal Rupiahnya secara langsung dengan tarif yang dapat diseting bagi pelanggan PLN (khususnya rumah tangga), untuk kemudian ditampilkan pada display LCD.

(7)

DAFTAR ISI

4.1 Pengujian Prototype kWh Meter Digital ... 15

4.2 Analisa Program ... 15

BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN ... 27

5.1 Kesimpulan ... 27

(8)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Sensor Arus ACS712 4

Gambar 2.1 Arduino Nano 7

Gambar 3.1 Skema Rangkaian Prototype kWh Meter Digital 9

Gambar 3.2 Rangkaian Arduino Nano 10

Gambar 3.2 Skema Rangkaian Sensor Arus ACS712 11

Gambar 3.3 Pin Kaki ACS712 12

(9)

DAFTAR TABEL

(10)

PROTOTYPE kWh METER DIGITAL

ABSTRAK

Pengukuran energi listrik dengan menggunakan alat kWh meter, dilakukan oleh penyelenggara jasa layanan distribusi energi listrik seperti di PLN. Sampai saat ini, PLN masih menggunakan kWh meter analog atau disebut kWh meter elektromekanik dalam mengukur konsumsi energi listrik pada sebagian besar pelanggan, khususnya rumah tangga. Pertumbuhan tuntutan kompleksitas dalam layanan seperti monitoring tagihan listrik yang sifatnya real time (langsung), belum dapat dilakukan dengan meter standart seperti biasanya. Dibutuhkan suatu proses pengolahan data yang lebih kompleks dan fleksibel dalam merepresentasikan suatu harga, yang tidak mungkin dapat dicapai dengan mekanisme secara analog.

Penambahan modul elektonik terprogram pada mekanik kWh meter analog fasa tunggal, dapat mejadi solusi kasus ini tanpa harus mengganti metoda/sistem pengukuran, sehingga akan memberi nilai tambah dari alat tersebut. Untuk keperluan tersebut, maka dibuat alat konversi putaran piringan kWh meter menjadi isyarat digital, dengan cara menempatkan sensor arus ACS712. Keluaran listrik secara otomatis langsung diolah menggunakan mikrokontroler Arduino Nano, Data ini dikalkulasi menjadi nominal Rupiahnya secara langsung dengan tarif yang dapat diseting bagi pelanggan PLN (khususnya rumah tangga), untuk kemudian ditampilkan pada display LCD.

(11)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pengukuran pemakaian energi lkistrik dilakukan dengan menggunakan sebuah alat ukur yang dinamakan kWh meter. Pembacaan pemakaian tenaga listrik pada kWh meter merupakan salah satu kesulitan dalam pendataan tenaga listrik yang digunakan pelanggan. Kesulitan pembacaan ini terutama disebabkan oleh kesulitan dalam mengakses kWh-meter tersebut.

Sampai saat ini masih banyak alat ukur yang menggunakan sistem analog. Dengan pesatnya perkembangan teknologi, kWh meter analog dapat diubah menjadi kWh meter digital dengan tujuan untuk memudahkan proses pengontrolan energi listrik, memudahkan proses pemantauan, dan pembacaannya.

Alat ukur kWh meter digital mempunyai beberapa kelebihan seperti kemudahan dalam pembacaan nilai arus, tegangan, daya, dan pemakaian energy listriknya. Kekurangan dari kWh meter digital ini adalah belum teruji dan nilai pembacaannya masih ada intervalnya.

kWh meter merupakan suatu alat ukur yang banyak dipakai baik dilingkungan rumah, kantor maupun industri. Alat ukur ini sudah mengalami perkembangan yang begitu luar biasa dalam beberapa tahun terakhir ini.

(12)

Oleh karena itu pada kesempatan penyusunan tugas akhir ini penulis mencoba memodifikasi kWh meter konvensional agar pelanggan lebih mudah untuk mengetahui besar pemakaian energi listrik.

1.2 Rumusan Masalah

Rumusan masalah dalam laporan Tugas Akhir ini yaitu bagaimana cara mewujudkan prototype kWh meter digital yang seoptimal mungkin dengan menggunakan sensor arus ACS712, Mikrokontroler ATmega328 (Arduino Nano) sebagai pusat kendalinya, software pemrogramannya dan LCD sebagai tampilannya.

1.3 Batasan Masalah

Mengacu pada hal diatas, penulis membuat perancangan prototype kWh meter digital berbasis mikrokontroler ATmega 328 Arduino Nano dengan batasan penulis hanya sebagai pembuat program ang akan dimasukkan ke mikrokontroler ATmega 328 / Arduino Nano

1.4 Tujuan Penulisan

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

a. Sebagai salah satu syarat untuk dapat menyelesaikan program Diploma Tiga (D-3) Metrologi dan Instrumentasi FMIPA Universitas Sumatera Utara.

(13)

1.5Manfaat Penulisan

(14)

BAB II

LANDASAN TEORI

Di bab ini, akan dijelaskan komponen-komponen utama yang digunakan untuk merancang pembuatan suatu prototype kWh meter digital dengan menggunakan sensor ACS712 dengan menggunakan Arduino Nano serta cara kerjanya.

2.1 Sensor Arus ACS712

ACS712 adalah sensor arus yang bekerja berdasarkan efek medan. Sensor arus ini dapat digunakan untuk mengukur arus AC atau DC. Modul sensor ini telah dilengkapi dengan rangkaian penguat operasional, sehingga sensitivitas pengukuran arusnya meningkat dan dapat mengukur perubahan arus yang kecil. Sensor ini digunakan pada aplikasi-aplikasi di bidang industri, komersial, maupun komunikasi. Contoh aplikasinya antara lain untuk sensor kontrol motor, deteksi dan manajemen penggunaan daya, sensor untuk catu daya tersaklar, sensor proteksi terhadap arus lebih, dan lain sebagainya.

Gambar 2.1 Sensor Arus ACS712

(15)

 Waktu kenaikan perubahan luaran = 5 µs.  Lebar frekuensi sampai dengan 80 kHz.

 Total kesalahan luaran 1,5% pada suhu kerja TA= 25°C.  Tahanan konduktor internal 1,2 mΏ.

 Tegangan isolasi minimum 2,1 kVRMS antara pin1-4 dan pin 5-8.  Sensitivitas luaran 185 mV/A.

 Mampu mengukur arus AC atau DC hingga 5 A.

 Tegangan luaran proporsional terhadap masukan arus AC atau DC. 2. Tegangan kerja 5 VDC.

3. Dilengkapi dengan penguat operasional untuk menambah sensitivitas luaran.

Sensor ini memiliki pembacaan dengan ketepatan yang tinggi, karena di dalamnya terdapat rangkaian offset rendah linier medan dengan satu lintasan yang terbuat dari tembaga. Cara kerja sensor ini adalah arus yang dibaca mengalir melalui kabel tembaga yang terdapat didalamnya yang menghasilkan medan magnet yang di tangkap oleh IC medan terintegrasi dan diubah menjadi tegangan proporsional. Ketelitian dalam pembacaan sensor dioptimalkan dengan cara pemasangan komponen yang ada di dalamnya antara penghantar yang menghasilkan medan magnet dengan tranducer medan secara berdekatan.

Tabel 2.1 Fungsi pin Sensor Arus ACS712

Pin Sensor ACS712 Fungsi

IP + Terminal yang mendeteksi arus, terdapat sekring di dalamnya IP - Terminal yang mendeteksi arus, terdapat sekring di dalamnya

(16)

FILTER

Terminal untuk kapasitor eksternal yang berfungsi sebagai pembatasbandwith

Viout Terminal keluaran sinyalanalog

Vcc Terminal masukan catu daya

Hambatan dalam penghantar sensor sebesar 1,2 mΩ dengan daya yang rendah. Jalur

(17)

2.2 Arduino Nano

Arduino Nano adalah sebuah board mikrokontroler yang didasarkan pada ATmega328. Arduino Nano mempunyai 14 pin digital input/output (6 di antaranya dapat digunakan sebagai luaran PWM), 6 masukan analog, sebuah osilator Kristal 16 MHz, sebuah koneksi USB, sebuah power jack, sebuah ICSP header, dan sebuat tombol reset. Arduino Nano memuat semua yang dibutuhkan untuk menunjang mikrokontroler, mudah menghubungkannya ke sebuah komputer dengan sebuah kabel USB atau mensuplainya dengan sebuah adaptor AC ke DC atau menggunakan baterai untuk memulainya.

Gambar 2.2 Arduino Nano

(18)

(19)

BAB III

PERANCANGAN ALAT DAN PROGRAM

3.1 Skema Rangkaian Prototype kWh Meter Digital

(20)

3.2 Rangkaian Arduino Nano Berbasis Mikrokontroler AT328

Gambar 3.2 Rangkaian Arduino Nano

(21)

3.3 Rangkaian Sensor Arus ACS712

Gambar 3.2 Skema Rangkaian 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. 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

(22)

Gambar 3.3 Pin kaki ACS712

Output/keluaran dari sensor ini sebesar (>VIOUT(Q)) saat peningkatan arus pada penghantar arus (dari pin 1 dan pin 2 ke pin 3 dan 4), yang digunakan untuk pendeteksian atau perasa arus. 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. Ketebalan penghantar arus didalam sensor sebesar 3x kondisi overcurrent. Sensor ini telah dikalibrasi oleh pabrik.

3.4. Rangkaian Liquid Crystal Display (LCD)

(23)

(24)

(25)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pengujian Prototype kWh meter digital

4.2

Jumlah lampu Jumlah watt yang tertulis di lampu hasil penguian alat

1 100 99

(26)

(27)

// initializing --- void setup() {

Serial.begin(9600);

Timer1.initialize(5000000);//0.05 detik (5000000) // 5 detik; Timer1.attachInterrupt( timerIsr );

pinMode(8, INPUT); // tersambung ke +5 pinMode(led, OUTPUT);

pinMode(sw, INPUT);

lcd.begin(16, 2);

lcd.print(" PROTOTYPE kWh "); lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print(" METER DIGITAL "); delay(2000);

lcd.clear();

(28)

(29)

(30)

(31)

(32)

(33)

(34)

void blinkLed(int tOn,int tOff)

Hsl = String(Number,DEC); Hsl.toUpperCase();

(35)

//sKWH = "00000001";

(36)

(37)

BAB IV

KESIMPULAN DAN SARAN

a. Kesimpulan

Setelah dilakukan pengujian hasil perancangan alat ukur sensor jarak berbasis mikrokontroler AT328 arduino uno, dapat diambil beberapa kesimpulan:

1. Sensor arus ACS721 memiliki kesalahan (toleransi) sekitar 1%.

b. Saran

Beberapa tambahan yang diperlukan dalam meningkatkan kemampuan alat ini adalah: 1. Supaya rangkaian yang digunakan tidak terganggu, sebaiknya alat ini dikemas

dalam bentuk yang lebih aman dan terlindungi, sehingga penggunaannya lebih efektif

2. Dengan beberapa pengembangan dan penyempurnaan sistem dari alat ini akan dapat lebih baik lagi hasilnya.

(38)

Daftar Pustaka

 Allegro microsystem.Inc. (2011). ACS712-Datasheet Rev. 14. Diambil dari http://www.allegromicro.com diakses tanggal 10 Juli 2014.

 Anonim. (2012). Faktor Daya. Diambil dari http://www.muhammadrizal22. blogspot.com/2012/04/faktor-daya.html. Diakses pada tanggal 10 Juli 2014.  Anonim. (2012). Power Supply Simetris (Output Ganda), diambil dari

http://www.elektronika-dasar.com/rangkaian/power-supply/power-supply-simetris-output-ganda/. Diakses pada tanggal 10 Juli 2014.

 Atmel Corporation. 2011. 8-bit with 8Kbytes In-System Programmable Flash

ATmega8 ATmega8L, diambil dari : http:// www.alldatasheet.com, Diakses tanggal 10

Juli 2014.

 Chusna Yahya, dkk. (2011). Perbaikan Faktor Daya untuk Beban Rumah Tangga Secara Otomatis. Surabaya : ITS.

 Djoko Santoso, dan Rahmadi, H.S. Teori Rangkaian Dasar Listrik. Yogyakarta : LaksBang Mediatama.

 Hendawan Soebhakti. (2007). Basic AVR Microcontroller Tutorial. Batam : Politeknik Batam.

 Saphie Soedjana, dan Nishimo Osamu. (2000). Pengukuran dan Alat-Alat Ukur Listrik. Jakarta : Pradnya Paramita.

 Sri Waluyanti, dkk. (2008). Alat Ukur dan Teknik Pengukuran. Jakarta : Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan.

 Sudirman Sudaryanto. (2001). Anailsis Rangkaian Listrik Dan Rangkaian Magnetik. Bandung : ITB.

 Winoto Ardi. (2008). Mikrokontroller AVR ATmega8/16/32/8535 dan

(39)

(40)