SISTEM MONITORING BEBAN ENERGI LISTRIK BERBASIS MIKROKONTROLER ARDUINO.

(1)

Muhammad Iqbal, 2013

SISTEM MONITORING BEBAN ENERGI LISTRIK BERBASIS MIKROKONTROPOLER ARDUINO

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu i Sistem Monitoring Beban Energi Listrik Berbasis Mikrokontroler Arduino

UNO

Oleh

Muhammad Iqbal

ABSTRAK

Proyek akhir ini berjudul “Sistem Monitoring Beban Energi Listrik

Berbasis Mikrokontroler Arduino UNO”. Tujuan dari proyek akhir ini untuk membuat sistem monitoring energi listrik. Sistem monitoring ini dibuat untuk mengukur besaran energi yang telah digunakan pada suatu tempat agar pengguna listrik dapat mengetahui berapa KWh yang telah terpakai beserta biaya ya selama waktu yang telah ditentukan.

Untuk dapat merancang sistem maka pertama kali dilakukan pendeteksian arus oleh sensor arus tipe SCT 013-000, dan pendeteksi tegangan menggunakan tranformator yang kemudian di searahkan oleh penyearah dan diturunkan tegangannya oleh pembagi kemudian diolah oleh mikrokontroler arduino yamg selanjutnya ditampilkan oleh LCD yang dimana setiap data yang masuk akan secara otomatis masuk juga dalam database menggunakan program PLX DAQ yang terkomunikas dalam Ms.Excel.

(2)

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu i Electrical Energy Load Monitoring System Based Microcontroller Arduino

UNO

Muhammad Iqbal

ABSTRACT

The final project titled "Energy Electricity Load Monitoring System Based Microcontroller Arduino UNO". The purpose of this final project to create electrical energy monitoring system. This monitoring system is designed to measure the amount of energy that has been used in a place where users can find out how many KWh electricity that has been used along with the cost so long as time allowed.

To be able for design a system that was first performed by the current detection sensor type flows SCT 013-000, and detection using a voltage transformer which then in searahkan by rectifiers and reduced voltage by divider then processed by the Arduino microcontroller yamg subsequently displayed by the LCD where each data entry will also be automatically entered in the database using PLX DAQ program that terkomunikas in Ms.Excel

(3)

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu iv

DAFTAR ISI

BAB I. PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Rumusan Masalah ... 3

1.3. Tujuan Penelitian ... 3

1.4. Batasan Masalah ... 3

1.5. Metode Penelitian ... 4

1.5. Sistematika Penulisan ... 5

BAB II. LANDASAN TEORI ... 6

2.1. Konsep Dasar KWh Meter ... 6

2.2. Sistem Monitoring Beban Energi Listrik ... 9

2.2.1. Detektor Tegangan ... 10

2.2.2. Detektor Arus ... 10

2.2.3. Arduino UNO Sebagai Mikrokontroler ... 12

2.2.4. PLX DAQ Sebagai Program Data Base ... 13

BAB III. PERANCANGAN ... 15

3.1. Deskripsi Model Sistem Monitoring Beban Energi Listrik ... 15

3.1.1. Spesifikasi ... 15

3.1.2. Prinsip Kerja ... 16

3.1.3. Diagram Blok ... 17

3.1.4. Diagram Alur ... 20

3.2. Perancangan dan Pembuatan Sistem Monitoring Beban Energi Listrik . 21 3.2.1. Perancangan Rangkaian Detektor Tegangan ... 21

(4)

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu v

3.2.3. Perancangan Program Mikrokontroler Arduino UNO ... 22

3.2.4. Perancangan Program DataBase ... 23

3.3. Analisis Biaya ... 24

3.4. Simulasi Sistem Kerja Pembayaran ... 25

BAB IV. HASIL DAN PENGUJIAN... 27

4.1. Peralatan Pengujian ... 27

4.2. Pengujian ... 27

4.3. Hasil Pengujian ... 28

4.4. Analisa Hasil Pengujian ... 33

BAB V. PENUTUP ... 34

5.1. Kesimpulan ... 34

5.2. Saran ... 34

DAFTAR PUSTAKA

(5)

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu vi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Skema KWh Meter ... 6

Gambar 2.2. Konstruksi KWh Meter ... 8

Gambar 2.3. Arduino UNO ... 12

Gambar 2.4. Antar Muka PLX DAQ ... 14

Gambar 3.1. Diagram Blok Sistem Monitoring Beban Energi Listrik ... 17

Gambar 3.2. Diagram alur Sistem Monitoring Beban Energi Listrik ... 20

Gambar 3.3. Rangkaian Detektor Tegangan ... 21

Gambar 3.4. Rangkaian Detektor Arus Menggunakan Sensor SCT 013-000... 21

Gambar 3.5. Antar Muka Data Base PLX DAQ Menggunakan Ms.Excel ... 24

Gambar 3.6. Simulasi Denah Kost-an ... 25

Gambar 3.7. Grafik Data Base dari Pengujian 1 (Beban Lampu) ... 30

Gambar 3.8. Grafik Data Base dari Pengujian 2 (Beban Lampu & Kipas) ... 31

(6)

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu vii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Pengujian Alat Yang Dirancang 1 ... 28

Tabel 4.2 Pengujian KWh Meter Analog 2 ... 29

Tabel 4.3 Pengujian Alat Yang Dirancang 3 ... 29

(7)

SISTEM MONITORING BEBAN ENERGI LISTRIK BERBASIS MIKROKONTROPOLER ARDUINO Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu

15

BAB III

PERANCANGAN

3.1. Deskripsi Model Sistem Monitoring Beban Energi Listrik Berbasis

Mikrokontroler Arduino

3.1.1 Spesifikasi

 Detektor Tegangan

Detektor tegangan ini berperan sebagai pendeteksi besaran

nilai tegangan dalam suatu rangkaian. Komponen yang

digunakan adalah dengan memanfaatkan Transformator, dimana

dengan melakukan step down tegangan sampai 1,5 volt

bolak-balik (dengan penambahan Dioda Bridge sebagai Penyearah),

maka nilai 1,5 volt dibaca oleh mikrokontroler arduino. Dengan

begitu kita dapat melakukan kalibrasi nilai, ketika data

menunjukan 1,5 volt maka tegangan yang sebenarnya adalah 220

volt, dan begitu seterusnya dengan penurunan dan peningkatan

nilai yang ditunjukan.

 Detektor Arus

Berperan sebagai pendeteksi nilai arus dalam suatu

rangkaian. Komponen yang digunakan adalah berupa suatu

sensor dengan tipe sensor arus SCT-013 000. Sama dengan

detector tegangan, pencarian nilai arus dilakukan dengan

(8)

16  Mikrokontroler Arduino

Banyak jenis dan macam dari mikrokontroler itu sendiri,

yang digunakan dalam proyek ini adalah seri Arduino UNO.

Berperan sebagai penerima dan juga bisa sebagai pengolah data

serperti untuk menerima nilai besaran arus dan tegangan.

 LCD dan Komputer

LCD dan monitor computer Sebagai penampil data yang

sudah terlebih dahulu diolah oleh mikrokontroler. Sedangkan

beberapa program dalam komputer digunakan sebagai

penyimpanan data base.

3.1.2 Prinsip Kerja

Pada monitoring beban listrik ini diperlukan sensor arus dan

sensor tegangan. Sesuai dengan apa yang dicari dari rumus daya

yaitu :

�= �.�.�� Watt

Dimana nilai V yang dimaksud didapat dari sensor tegangan, nilai I

didapat dari sensor arus tipe SCT 013-000, dan nilai Cos � didapat

juga dari sensor arus tipe SCT 013-000. Sehingga dari kedua sensor

tersebut didapat besaran nilai dari rumus diatas.

Dari input tersebut yang berupa sensor, diterima oleh

mikrokontroler arduino UNO. Pada arduino ini terdapat beberapa

(9)

17

Converter) yang terlebih peruntukannya untuk membaca sensor arus

dan tegangan yang dimaksud diatas.

Setelah data analog diterima oleh mikrokontroler, maka

diolah kembali didalam komputer dengan menggunakan beberapa

program. yaitu program penyimpanan data menggunakan PLX DAQ.

program ini diperlukan karena data yang masuk perlu di simpan

sehingga memperolah akumulasi data daya total yang nantinya akan

dijadikan nilai akhir menjadi WattHour. Penggunaan program data

base diperlukan untuk mencari nilai besaran waktu yang ingin

diketahui.

Semua data sudah siap, maka output dari keseluruhan

ditampilkan dalam perangkat keras berupa LCD 16x2.

3.1.3 Diagram Blok

(10)

18

o _{Kawat Fasa}

Dimana dalam mendeteksi suatu arus dan tegangan dilakukan

pada kawat fasa. Yang menjadi acuan pengukuran nya adalah kawat

yang berada sebelum beban yaitu setelah sumber dari PLN dan

setelah MCB utama sehingga yang menjadi tujuan dari pengukuran

nya adalah beban keseluruhan.

o _{Detektor Tegangan dan Detektor Arus}

Seperti yang telah dijelaskan di bab sebelumnya. Detector

tegangan dan detector arus bekerja mendeteksi besaran nilai dari

tegangan dan arus yang melawati pendeteksi. Detektor arus yang

dimaksud adalah sensor arus tipe SCT 013-000 dan sebagai detektor

tegangan nya adalah rangkain sensor tegangan dengan menggunakan

trafo sebagai step down tegangan, diode bridge sebagai penyearah,

dan rangkaian pembagi tegangan sebagai step down tegangan DC

hingga 1,5V.

o _{Mikrokontroler}

Mikrokontroler yang digunakan adalah tipe arduino UNO yang

dimana bertugas sebagai penerima data input dengan segala

kelebihan nya seperti penerima data analog dll, yang nantinya data

tersebut bisa diakses melalui komputer. Tetapi arduino itu sendiri

(11)

19

o _{Data Base PLX DAQ}

Setiap data yang dikirim ke komputer dari mikrokontroler arduino

tersebut dimasukan ke dalam database PLX DAQ agar diperoleh

perhitungan daya total sesuai waktu yang ditentukan, dan agar semua

data yang diperoleh dapat tersmpan.

o _{Display LCD}

Sebagai output yaitu data yang sudah diolah dalam komputer dapat

ditampilkan dalam berbagai cara, salah satu nya adalah penggunaan

LCD. LCD ini diperlukan agar pengguna yang ingin melihat besaran

energi yang diukur tidak harus selalu melihat monitor dari komputer,

cukup dengan melihat di tampilan LCD sudah terdapat menu besaran

(12)

20

3.1.4 Diagram Alur (Flow Chart)

Gambar 3.2 Diagram Alur Sistem Monitoring Beban Energi Listrik

END Display LCD / Serial Monitor

Arduino Data Base

PLX DAQ Pengkondisian

Sinyal

Mikrokontroler Arduino UNO

START

Mendeteksi Tegangan Mendeteksi

(13)

21

3.2 Perancangan dan Pembuatan Sistem Monitoring Beban Energi Listrik

Berbasis Mikrokontroler Arduino UNO.

3.2.1 Perancangan Rangkaian Detektor Tegangan

.

Gambar 3.3 Rangkaian Detektor Tegangan

Deteksi tegangan menggunakan transformator 1Andari 220 ACV yang

diturunkan menjadi 12 ACV. Setelah melalui diode bridge

(penyearah), beberapa filter dan pembagi tegangan, dihasilkan

tegangan DC yang berbanding lurus dengan naik turunnya tegangan

listrik PLN. Tegangan 12 DC diturunkan menjadi tegangan sekitar 1,5

VDC melalui rangkaian pembagi tegangan. Output tersebut

dimasukkan ke pin adc.

3.2.2 Perancangan Rangkaian Detektor Arus

(14)

22

Pada rangkaian input ini menggunakan sensor arus tipe sct-013

000 sebagai sensor pendeteksi besaran arus. Prinsip kerja sensor arus

ini adalah mendeteksi medan magnet dari kawat berarus dengan IC

Hall efek yang sudah terintegrasi didalamnya. Besar arus yang masuk

sebanding dengan besar medan magnet yang ditimbulkan.

3.2.3 Perancangan Program Mikrokontroler Arduino UNO

Pada perancangan program mikrokontroler arduino UNO ini

bahasa pemrograman yang digunakan adalah bahasa C, dimana dalam

menata setiap bahasa yang akan digunakan sudah open source.

Pada pemrograman Kwh Meter Digital ini menggunakan

penggunaan library arduino. Dimana library ini sangat mempermudah

dalam memprogram sesuatu. Yang dimaksud dengan library adalah

suatu pustaka dalam bahasa pemrograman C++ yang didalam nya

merupakan program untuk mendukung penggunakan hardware agar

bisa digunakan dalam software. Sehingga programan nya hanya

tinggal memasukan library tersebut didalam listing program arduino,

dan memodifikasinya untuk dibaca dari mikrokontroler ke komputer.

(15)

23

3.2.4 Perancangan Program DataBase

Dalam perancangan sistem monitoring beban energi listrik ini

perancangan program database merupakan hal yang sangat penting,

karena dengan adanya data base, perhitungan energi listrik dapat

dilakukan real time, sesuai dengan waktu nyata.

Selain itu database ini berfungsi sebagai penyimpanan data dari

pengukuran ditiap waktu nya, sehingga ketika pengguna akan

melakukan pengecekan ulang data terdahulu dapat dilihat dalam

database ini sendiri. Secara tidak langsung database ini merupakan

suatu sarana untuk memback-up keseluruhan data yang diukur, agar

data tersebut menjadi aman.

Program database PLX DAQ ini dikomunikasikan dengan

perangkat lunak mikrokontroler arduino dan data yang diperoleh

langsung terbaca dalam Ms.Excel.

Program komunikasi itu sendiri dilakukan dalam program

mikrokontroler arduino, PLX DAQ hanya bertugas

mengkomunikasikan program mikrokontroler arduino dengan

Ms.Excel saja, yang nantinya setiap data yang masuk dalam program

miktokontoler arduino akan secara automatis masuk juga ke dalam

Ms.Excel. tetapi sudah terlebih dahulu dibuat program komunikasi nya

(16)

24

Gambar 3.5 Antar Muka DataBase PLX DAQ menggunakan Ms.Excel

3.3 Analisis Biaya

Pada bagian ini merupakan rincian dari bahan – bahan yang

diperlukan dalam perancangan sistem monitoring beban energi listrik beserta

harga yang sesuai dengan harga asli nya. Bahan atau komponen tersebut tidak

termasuk dalam peralatan pendukung untuk membangun sistem tersebut,

tetapi secara keseluruhan komponen yang diperlukan dalam membangun

sistem monitoring beban energi listrik berbasis mikrokontroler arduino.

Berikut ini harga dari keseluruhan bahan atau komponen yang diperlukan :

 Sensor Arus SCT-013 000  Rp 155.000,00

 Mikrokontroler Arduino UNO  Rp 275.000,00

 Panel Listrik  Rp. 90.000,00

 Cetak Papan PCB  Rp. 14.000,00

(17)

25  Kabel – Kabel  Rp. 20.000,00

 Komponen Elektronika  Rp. 30.000,00

(Resistor, Capasitor, Pin Screw,

Pin Header, Spiser)

 MCB 6A  Rp. 15.000,00

 Jack Female Banana (10 Pasang)  Rp. 20.000,00

 LCD 16x2  Rp. 47.000,00 +

Jumlah  Rp.731.000,00

3.4 Simulasi Sistem Kerja Pembayaran

Penulis merancang simulasi ini bertujuan untuk pembaca dapat

memahi sistem kerja pembayaran jika alat yang dirancang di

implementasikan di kost kostan. Yang dimaksud dengan sistem pembayaran

tersebut adalah sistem pembagian dari setiap pengguna listrik dalam kost kost

an pada setiap kamar nya untuk melakukan pembayaran secara adil yaitu

pembayaran yang sesuai dengan pemakaian dari setiap pengguna listrik

dalam kamar kost kost an.

(18)

26

Sebelum membahas sistem kerja simulasi pembayaran, dari gambar

3.6 dapat dilihat bahwa terdapat pembagian grup dari setiap kamar sehingga

dapat dengan mudah dapat dilakukan monitoring beban listrik pada setiap

kamarnya.

Sistem kerja nya adalah jika pemilik kost membayar tagihan listrik

pada bulan agustus adalah sebesar 200 ribu rupiah. Maka pembagian tagihan

terhadap setiap kamar adalah sebagai berikut :

 Kamar 1  20% dari total pembayaran yaitu = Rp 40.000,00

 Kamar 2  30% dari total pembayaran yaitu = Rp 60.000,00

 Kamar 3  30% dari total pembayaran yaitu = Rp.60.000,00 +

Jumlah = Rp 160.000,00

Dari hasil 3 kamar tersebut didapat sebesar 160 ribu rupiah

sedangkan yang harus dibayarkan pemilik kost an adalah sebesar 200 ribu

rupiah. Itu artinya kurang sebesar 40 ribu rupiah. Dari hasil tersebut belum

terhitung pemakaian lampu teras, pompa air, dan lain lain. Maka :

Rp.40.000,00 : 3 kamar = Rp 13.500,00 (sudah di bulatkan)

Maka dari setiap kamar harus membayar listrik bulan agustus sebesar :

 Kamar 1 = Rp 40.000,00 + Rp 13.500,00 = Rp 53.500,00

 Kamar 2 = Rp 60.000,00 + Rp 13.500,00 = Rp 73.500,00

 Kamar 3 = Rp 60.000,00 + Rp 13.500,00 = Rp.73.500,00 +

(19)

34 BAB V

PENUTUP

1.1Kesimpulan

o _{Pada perancangan sistem monitoring beban energi listrik ini menunjukan}

bahwa dari hasil pengukuran antara KWh meter konvensional dengan alat

yang dirancang menunjukan perbedaan hasil pengukuran yang tidak begitu

jauh pada hasil pengukurannya, sehingga dengan begitu sistem monitoring

beban energi listrik ini berjalan kurang begitu memuaskan. Walaupun hasil

pengukuran dari kedua alat tersebut menunjukan hasil yang tidak begitu

jauh.

o _{Ada keuntungan lebih dalam penggunaan alat yang dirancang untuk}

memonitoring beban listrik ini, yaitu pengguna dapat melihat besar

penggunaan listrik yang telah terpakai.

1.2Saran

o _{Kurang presisi nya alat yang dirancang dengan KWh Meter Konvensional}

dilihat dari hasil pengujian. Mungkin ada yang perlu diperbaiki mengenai

kalibrasi dari sensor arus yang merupakan salah satu komponen penting

(20)

DAFTAR PUSTAKA

Ratnata, I Wayan (2011). Hand-out Teknik Instalasi Listrik.Bandung

http://roysoala.wordpress.com/2012/04/20/energy-monitoring-using-pachube-and-arduino-1-0/ [Online]. [10 Juli 2013]

http://hgenius-electrical-eng.blogspot.com/2011/03/sensor-arus.html [Online]. [5 Juli 2013]

http://elektronika-dasar.com/instrument/konstruksi-dan-cara-kerja-watt-jam-kwh-meter/[Online]. [10 Juli 2013]

Team, Arduino. [Online]. Tersedia :