Dwi Meilia 1), Dwi oktafiani ) MerbauMataram, Bandar Lampung Abstract

(1)

Jurnal ICTEE, Vol. 1, No. 1, 2020, 11-14

1

Rangcang Bangun Smart Switch Sistem kontrol dan perhitungan

beban berbasis mikrokontroler Sebagai mengakuisisi Data pengguna

Untuk Peralatan Listrik Rumah Tangga

Dwi Meilia

1)

_{, Dwi oktafiani}

) 1_{JurusanTeknik Elektro, Institut Teknologi Sumatera} 2_{JurusanTeknik Elektro, Institut Teknologi Sumatera}

1_{Palembang, Bandar Lampung} 2_{MerbauMataram, Bandar Lampung}

Email: 1_{dwimeilia29@gmail.com,}2_{dwioktafiani12@gmail.com}

Abstract

In an era of increasingly advanced technology, population growth is increasingly developing, making the need for electrical energy to increase. In Indonesia, 2,519 villages have not had electricity at all, while 12,669 villages have no electricity for 24 hours. This happens because of the lack of usable electrical energy supply. Lack of electrical energy supply can be caused by leaving household appliances on even when not in use. waste of electrical energy like this can result in a lack of electrical energy. S-Telu can be a solution to these problems because the S-Telu system can activate and automatically disconnect household electrical appliances from a distance or a short distance. However, the S-telu system needs to be assisted by a data acquisition and control system so that users can find out how much current and voltage and power load is consumed by the equipment used. For this reason, this study aims to build a data acquisition and control system which can be used to monitor the use of household electrical appliances using a microcontroller. For this research, an acquisition and control system will be made. From the results of the research conducted, the accuracy is quite good, for the current sensor ACS712 0.3%, the voltage sensor ZMPT101b 0.05%. The lag time for data communication between the hardware and the cloud-server has a lag of ± 20s with 100% compatibility of the data sent by the hardware and received on the cloud-server, besides that the application is made to communicate with the hardware Panel box sub-system with both according to the desired function.

Keywords: ZMPT1011b, ACS712, sub-system panel box, current, voltage, power, IoT.

Abstrak

Diera teknologi yang semakin maju pertumbuhan penduduk yang semakin berkembang, membuat kebutuhan energi listrik semakin meningkat. Berdasarkan Catatan Statistik Ketenaga listrikkan 2016 yang dikeluarkan Direktorat Jenderal Ketenaga listrikkaan Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral, jumlah pelanggan PLN di sektor rumah tangga di Tahun 2016 adalah 59.243.672. Hasil penjualan energi listrik untuk sejumlah pelanggan tersebut adalah 93.634,63 GWh. Dimana konsumsi energi listrik tersebut berasal dari penggunaan peralatan rumah tangga, seperti kulkas, televisi, dispenser, lampu dan AC. Hal ini dapat menyebabkan kurangnya pasokan energi listrik yang dapat digunakan. Kekurangan pasokan energi listrik dapat disebabkan karna membiarkan peralatan rumah tangga tetap menyala walau tidak digunakan. pemborosan energi listrik seperti ini dapat mengakibatkan kekurangan sumber energi listrik. S-Telu dapat menjadi solusi permasalahan tersebut karna sistem S-Telu yang dapat mengaktifkan dan memutuskan secara otomatis peralatan listrik rumah tangga dari jarak jauh maupun jarak dekat. Namun pada sistem S-telu perlu dibantu dengan sistem akuisisi data dan kontrol agar pengguna dapat mengetahui berapa besar arus dan tegangan serta beban daya yang dikonsumsi oleh peralatan yang digunakan. Untuk itu penelitian ini bertujuan untuk membangun sistem akuisisi data dan kontrol dimana dapat digunakan untuk memantau penggunaan peralatan listrik rumah tangga menggunakan mikrokontroler berbasis IoT. Dari hasil penelitian yang dilakukan didapatkan akurasi yang cukup baik, untuk sensor Arus ACS712 0.6 %, sensor tegangan ZMPT101b 3%, serta akurasi daya 4%. Waktu jeda komunikasi data antara perangkat keras dan cloud-server memiliki jeda ±𝟐𝟎𝒔 dengan tingkat kesesuain data yang dikirim oleh perangkat keras dan yang diterima pada cloud-sever 100%, selain itu aplikasi yang dibuat dapat berkomunikasi dengan perangkat keras Panel box sub-sistem dengan baik sesuai dengan fungsi yang diinginkan.

(2)

2 I. Pendahuluan

Energi listrik merupakan salah satu energi yang memiliki peran penting diberbagai aspek kehidupan manusia. Pada saat ini teknologi berkembang sangat pesat, manusia terus- menerus mengembangkan ilmu teknologi terbaru yang semakin berkembang untuk mempermudah kegiatan yang dilakukan. Salah satu teknologinya yaitu IoT (Internet of thing). Internet of thing sudah banyak diminati untuk dipelajari dan diterapkan di berbagai aspek kehidupan baik dibidang keilmuan dan industri. Internet of thing adalah teknologi yang dapat membantu proses pekerjanan menjadi lebih mudah. Karna sistem yang diberikan tidak harus melalui manusia ke manusia atau manusia ke komputer.

Pertumbuhan penduduk yang semakin berkembang membuat konsusmsi energi listrik semakin banyak dan memungkin kan akan terjadi kekurangan energi listrik. Pemakaian energi listrik yang berlebih dapat menjadi alasan yang kuat untuk kekurangan sumber energi listrik.Berdasarkan Catatan Statistik Ketenaga listrikkan 2016 yang dikeluarkan Direktorat Jenderal Ketenaga listrikkaan Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral, jumlah pelanggan PLN di sektor rumah tangga di Tahun 2016 adalah 59.243.672. Hasil penjualan energi listrik untuk sejumlah pelanggan tersebut adalah 93.634,63 GWh. Selsisih ini lambat laun kan menimbulkan kekurangan energi listrik bila komsumsi energi listrik semakin meningkat[2].

Pengkonsumsian energi listrik yang berlebih, seperti terlupa mematikan lampu dan membiarkan lampu tetap menyala walau tidak digunakan, lupa mematikan ac meski tidak digunakan, lupa mematikan tv karna terburu-buru, adalah contoh dari pemborosan energi listrik. Kecerobohan seperti ini dapat diatasi dengan sistem S-TELU. Sistem ini dapat melakukan kontrol pemutusan dan pengaktifan peralatan listrik rumah tangga secara otomatis dengan dilengkapi aplikasi android sebagai media interfacenya. Bersama dengan penerapan teknologi tersebut, muncul kebutuhan untuk mematau keadaan listrik rumah ketika menggunakan peralatan rumah tangga. Meretan listrik yang berada dirumah merupakan satu-satunya alat pemantau konsusmsi listrik rumah tangga yang biasa digunakan saat ini, dengan meteran tersebut, pengguna cukup sulit untuk mentau penggunaan listrik secara mandiri. Selain itu penggunaan beban rumah belum dapat terbaca atau terpantau. Beban rumah berkaitan dengan penggunaan peralatan-peralatan elektronik. Apabila penggunaan beban melebihi batas beban maksimal maka akan menyebabkan MCB turun atau Trip pada listrik rumah tersebut. Berkaitan dengan beban listrik rumah, kualitas tegangan pun harus diperhatikan. Tegangan listrik yang lebih atau tegangan listrik yang kurang atau tegangan listrik yang tidak stabil dapat mengganggu kerja beban listrik dan dapat menyebabkan kerusakan pada beban tersebut.

Maka berdasarkan kebutuhan tersebut akan

dilakukan penelitian untuk membangun sistem akusisi data yang terintergrasi dengan IoT dimana sistem akuisisi data yang dibangun dilengkapi dengan sensor arus, sensor tegangan, sehingga dapat di akumulasi daya penggunaan listrik rumah, dan terdapat sistem kontrol dilengkapi relay sehingga dapat dikontrol melalui perintah pada aplikasi. Serta dilengkapi perangkat aplikasi sebagai perangkat untuk memudahkan pengguna dalam memantau kelistrikan rumahnya, penulis membangun aplikasi anroid menggunakan Platfrom MIT app inventor dengan cload- server Thingspeak.

II. Metode

Pada penelitian ini akan dibuat perangkat keras dan perangkat lunak adapun perangkat keras yang akan dibuat yaitu panel Box Sub-sistem dan perangkat lunak berupa aplikasi android. Metodelogi yang digunakan pada penelitian ini terdiri dari meninjau penelitain-penelitian terdahulu, komponen-komponen, serta metode pengujian. Kemudian merancang sistem, memverifikasikan kerja tiap komponen yang akan digunakan, mengimplementasikan sistem yang telah dirangcang menjadi alat. Alur penelitian seperti ditunjukan pada pada gambar 1.

Gambar 1. Metode penelitian sistem akuisisi data sistem S- Telu

Pada perencangan sistem akuisisi data dan kontrol terbagi menjadi dua bagian, bagian perangkat keras dan bagian perangkat lunak, dimana perangkat keras adalah perancangan panel Box Sub-sistem sedangkan perangkat lunak yang dimaksud adalah perangcangan aplikasi android. Gambar 2 merupakan blok diagram keseluruhan sistem yang akan dibuat. Gambar 3 merupakan desain alur kerja perangkat keras sub- sistem akuisisi data. Gambar 4 merupakan desain blok diagram alur kerja sistem kontrol. Adapun koponen penyusun perangkat keras akuisisi data dan kontrol yaitu:

1. Mikrokontroler arduino Mega 2. Sensor arus ACS712 30A 3. Sensor tegangan ZMPT101b 4. Adaptor 12V

5. Dc-Dc converter Stepdown 6. Mikrokontroler NodeMCU

(3)

3 7. Relay

Pada gambar 2 merupakan sistem blok diagram dari sistem yang akan dibuat.

Gambar 2. Blok diagram sistem

Gambar 3. Flowchart sub-sistem akuisisi Data.

Gambar 4. Flowchart sub-sistem kontrol

Gambar 5. Diagram usecase aplikasi sistem akuisisi data dan kontrol

Gambar 5 merupakan rancangan kerja perangkat lunak. Perangkat lunak ini merupakan diagram usecase aplikasi android yang dirangcang. Pengguna dapat melakukan 3 pemantauan pada aplikasi, yaitu cek data beban, cek status beban dan cek kontrol

Gambar 6(a) Perangkat keras (Panel Box Sub-Sistem ) 5(b) Perangkat lunak (Tampilan Aplikasi) Hasil implementasi perangkat seperti yang ditunjukan pada gambar 6. Gambar6 (a) merupakan perangkat keras yang menggunakan panel box sub-sistem bewarna hitam untuk mengamankan komponen elektronik didalamnya dengan dilengkapi 6 buah sensor arus, 6 buah sensor tegangan, dan 6 buah channel relay serta dilengkapi dengan konverter stepdown tegangan DC 12V ke 7V sebagai sumber daya eksternal. Gambar 6(b) merupakan interface aplikasi yang dibuat dalam platform MIT app invertor dimana menyediakan pembuatan aplikasi dengan sistem drag serta pembuatan programan blok.

(4)

4 III. Algoritma program Hasil dan pembahasan

Pengujian bagun sistem akuisisi data dan kontrol dilakukan dengan membagi tahapan pengujian, pada pengujian ini dilakukan 4 tahap pengujian , yaitu akurasi sensor, on/off relay,akurasi daya beban.

Pengujian akurasi sensor merupakan pengujian untuk memverifikasi kebenaran pengukuran berdasarkan pengukururan alat referensi pada saat yang besamaan dan dalam kodisi lingkungan yang sama. Pada pengujian ini terdapat 2 parameter uji, pengukuran arus oleh sensor ACS712 hasil pengujian ditunjukan pada gambar 9, pengukuran tegangan oleh sensor ZMPT101b hasil pengujian ditunjukan pada gambar 11.

Pengujian Kontrol On/Off beban oleh relay, serta pengujian daya beban dengan membandingkan hasil perkalian antara nilai yang dibaca oleh sensor arus dan nilai yang dibaca oleh sensor tegangan pada saat pengukuran

dengan alat ukur dibandingkan dengan hasil perkalian nilai tegangan dan arus yang terdapat pada seial monitor. Pada gambar 7 merupakan skrip dari sistem akuisisi data dan kontrol, dan pada gambar 8 merupakan skrip dari sistem komunikasi

(5)

5 Gambar 8. Skrip sistem Komunikasi

Gambar 9(a)-9(f) grafik hasil pengukuran dari 6 sensor ACS712 dengan melakukan percobaan sebanyak 5 kali dalam satu sensor. Hasil Terlihat pada table 1. Gambar. 6 (a) Gambar .9 (b) Gambar. 9 (c) Gambar. 6 (c) Gambar. 6 (d) Gambar. 9 (d) Gambar. 9 (e) Gambar. 9 (f) Keterangan Gambar:

Gambar 9(a) Hasil Pengukuran Sensor ACS712-01 Gambar 9(b) Hasil Pengukuran Sensor ACS712-02 Gambar 9(c) Hasil Pengukuran Sensor ACS712-03 Gambar 9(d) Hasil Pengukuran Sensor ACS712-04

(6)

Jurnal ICTEE, Vol. 1, No. 1, 2020, 11-14 6

%Error

ACS712

1 0 . 8 0 . 6 0.4 0 . 2 0 %Eror ACS71 2 Gambar 9(e) Hasil Pengukuran Sensor ACS712-05 Gambar 9(f) Hasil Pengukuran Sensor ACS712-06

Setelah didaptkan hasil pengukuran yang membandingkan antara nilai yang terbaca pada serial monitor dengan nilai yang ditampilkan pada tabel1.

Tabel 1 % Error Sensor ACS712

No Kompoen %Error ACS712 1 _Sensor-01 _0.56 2 Sensor-02 0.52 3 Sensor-03 0.83 4 Sensor-04 0.54 5 Sensor-05 0.56 6 Sensor-06 0.51 Rata-rata _0.586667

Gambar 10 % Error Sensor ACS712

Gambar 11(a)-11(f) hasil pengukuran sensor ZMPT101B pada ke enam sensor yang digunakan dengan cara membandingkan hasil pembacaan pada serial monitor dengan pembacaan menggunakan multimeter. Dengan parameter inputan yaitu tegangan VDC yang bersumber dari alat Voltageregulator. Hasil terlihat pada Tabel 2.

Gambar.11(a)

Gambar.11(b)

Gambar.11(c)

Gambar.11(d)

(7)

7 Gambar.11(f)

Keterangan Gambar:

Gambar 11 (a) Hasil Pengukuran Sensor ZMPT101B -01

Gambar 11 (b) Hasil Pengukuran Sensor ZMPT101B -02

Gambar 11 (c) Hasil Pengukuran Sensor ZMPT101B -03

Gambar 11 (d) Hasil Pengukuran Sensor ZMPT101B -04

Gambar 11 (e) Hasil Pengukuran Sensor ZMPT101B -05

Gambar 11 (f) Hasil Pengukuran Sensor ZMPT101B -06

Tabel 2 % Error sensor ZMPT101B

No

Komponen

% Error Sensor

ZMPT10B

1 Sensor 01

1.44 2 Sensor 02

0.83 3 Sensor 03

1.11 4 Sebsor 04

0.58 5 Sensor 05

1.77 6 Sensor 06

1.14 Rata-rata

1.145

Gambar 12 % Error Sensor ZMPT101B

Gambar 13 (a)-(f) garfik besaran daya pada setiap beban yang digunakan, hasil yang diperoleh dengan mengalikan hasil pembacaan sensor dengan pembacaan multimeter. Kemudian hasil perkalian pengukuran sensor dengan hasil pengukuran multimeter lalu dibandingkan. Telihat pada tabel 3.

Gambar 13 (a)

Gambar 12 (b)

Gambar 13 (c)

(8)

8 Gambar 13 (e)

Gambar 13 (f) Keterangan Gambar:

Gambar 13(a) Hasil perhitungan daya-01 Gambar 13(b) Hasil perhitungan daya-02 Gambar 13(c) Hasil perhitungan daya-03 Gambar 13(d) Hasil perhitungan daya-04 Gambar 13(e) Hasil perhitungan daya-05 Gambar 13(f) Hasil perhitungan daya-06 Tabel 3 Error Daya Beban

N0 Komponen % Error Daya

1 Sensor -01 1.95 2 _Sensor-02 _0.78 3 _Sensor-03 _0.6 4 Sensor-04 0.95 5 Sensor-05 2.94 6 _Sensor-06 _0.63 7 Rata-rata 1.308333

Gambar 14 % Error daya

Gambar 10 Hasil pembacaan pada Tingspeak untuk perintah kontrol beban . Tabel 1 pengujian keberhasilan Data dari Aplikasi ke cload server.

Tabel 4 Pengujian Keberhasilan Pengiriman Data dari Aplikasi ke Cloud Server

Pengujia

n ke-

Data

Aplikasi

Cloud Server

1 On

1 Off

0

2 On

1 Off

0

3 On

1 Off

0

4 On

1 Off

0

5 On

1 Off

0

(9)

9 Gambar 15 Tampilan Pada Thingspeak 6 channel

Relay

Gambar 9(a) sampai 9(f) hasil perbandingan pengukuran sensor ACS712-01-06 terhadap pengukuran multimeter digital, dimana uji coba pengukuran menggunakan lima beban. Pada Gambar 10 merupakan rata-rata % Error dari 6 sensor ACS712 yang digunakan kesalahan relatif pengukuran dari ke-6 sensor ACS712 yaitu 0,59% . Gambar 11 Hasil yang diperoleh pada sensor ZMPT101B-01 sampai 06, Pengujian pada sensor tegangan adalah linearitas pendeteksian tegangan pada rentang 185 – 230 VAC, memberikan hasil bahwa tegangan untuk sensor tegangan ZMPT101B linear

.

Gambar 12 merupakan hasil Pengukuran dari ke-6 sensor tegangan oleh sensor ZMPT101B Mengindikasi akurasi yang baik dengan % Error rata-rata kesalahan relatif pengukuran 1.145%. Pada gambar 13(a) Sampai 13(f) hasil daya beban dari perkalian antara nilai yang dibaca oleh sensor ACS712 dengan sensor ZMPT101B. Gambar 14 merupakan hasil perkalian dari ke-6 sensor tegangan oleh sensor ZMPT101B dengan sensor ACS712 Mengindikasi akurasi yang baik dengan % Error rata-rata kesalahan relatif pengukuran 1.13%.

Pada Gambar 15 merupakan hasil uji coba relay terhadap perintah aplikasi yang dibuat, pada gambar 15 bila grafik menunjukan pada titik1 maka relay mendapat perintah 1 yang berarti aktif sedangkan apa bila pada grafik menunjukan 0 maka relay mendapatkan perintah o yang berarti tidak aktif yaitu off. Data yang dibaca akan muncul di cloud server 1 untuk mengaktifkan, sedangkan bila keadaan off data yang dibaca pada cloud server sebesar 0

Pada gambar 9 menjukan pengukuran arus oleh sensor arus ACS712 terhadap pengukuran miltimeter, sedang pada gambar 11 menunjukan pengukuran sensor

Tegangan ZMPT101B terhadap pengukuran

multimeter. Hasil pengukuran untuk sensor arus didapatkan dari perbandingan nilai sensor arus dengan alat uji multimeter dengan jumlah sensor yang diuji sebanyak 6 dan beban yang digunakan sebanyak 5 jenis beban peralatan elektronik rumah tangga, dan didapatkan nilai rata-rata akurasi dari ke-6 sensor yang diuji sebesar 0.59 % ditunjukan pada gambar 10. Sedangkan untuk pengujian pada sensor tegangan dilakukan pemberian inputan tegangan Vac dengan alat voltage regulator dengan rentang tegangan inputan sebesar 0-250 Vac, dengan membandingkan output pada sensor dan multimeter digital didapatkan nilai akurasi rata-rata dari ke 6 sesnor yang digunakan sebesar 1.145% ditunjukan pada gambar 12.

Pada gambar 15 adalah tampilan pada cloud server tihingspeak dimana bila relay on maka akan terbaca 1 Dan bila relay off maka akan terbaca 0 pada cloud server tihingspeak. dan sensor arus pada alat ukur multimeter yang dikalikan lalu dibandingkan dengan nilai yang ada pada serial monitor didaptkan error sebesar 1.13%

IV. Kesimpulan

• Sensor ZMPT101b dapat digunakan untuk mengukur tegangan pada rentang 185- 230Vac dengan rata-rata kesalahan relatif mengukuran 1.145%

• Sensor ACS721 dapat digunakan untuk mengukur arus <30 A dengan rata-rata kesalahan relative pengukuran 0.59 %

• Jeda waktu antara pengiriman data dari perangkat keras dan penerimaan data di cloud- server ±20dengan tingkat kesesuain data yang dikirim dan diterima 100 %

• Rata-rata kesalahan relatif pembacaan daya 1.13% Daftar Pustaka

[1] PT PLN (PERSERO), StatistikaPLN 2018.

Sekertariat Perusahaan PT PLN (persero)

[2] P.Budi, dkk. “Prototipe Sistem Monitoring Penggunaan Daya Listrik Peralatan Elektronik Rumah Tangga Berbasis Internet Of Things” vol. 12, no. 1, pp. 1-9, Maret 2019.

[3] S. S. Khansa, dkk. “Sistem Monitoring Panel ListrikATSLER Berbasis Internet of Thing untuk Listrik Rumah Tangga” .

[4] A. A. P Gusti, dkk “Desain saklar Otomatis Untuk Kontrol peraltan Listrik di Bangunan”vol.7, no.1, April 2019.

[5] F. Masykurdan F. Prasetiyowati, “Aplikasi Rumah Pintar (Smart Home) Pengendali Peralatan Elektronik Rumah Tangga Berbasis WEB,” Jurnal Internasional Smart Switch, vol.3, no.1, hal.51-58, Maret 2016.

[6] Suprianto, “Analisa Tegangan Jatuh pada Jaringan Distribusi 20 kV PT . PLN Area Rantau Prapat Rayon Aek Kota Batu,” J. Electr. Technol., vol. 3, no. 2, pp. 64–72, 2018.

[7] I. G. Putu, M. Eka, I. Ayu, D. Giriantari, and L. Jasa, “Monitoring Menggunaan Daya Listrik Sebagai Implementasi Internet of Things Berbasis Wireless Sensor Network,” vol. 16, no. 03, pp. 50–55, 2017.

[8] Herdianto. "perencanaan Smart Home dengan konsep Internet of Things (IoT) Berbasis Smartphone," vol.1, no. 3,pp 1-11. 2019.

[9] J. Lianda and D. Handarly, “Sistem Monitoring Konsumsi Daya Listrik Jarak Jauh Berbasis Internet of Things,” vol. 4, no. 1, pp. 79–84, 2019.

[10]T. Nusa, S. R. U. A. Sompie, and E. M. Rumbayan, “Sistem Monitoring Konsumsi Energi Listrik Secara Real Time Berbasis Mikrokontroler,” vol. 4, no. 5, pp. 19–26, 2015.

[11]A. D. Pangestu, F. Ardianto, and B. Alfaresi, “Sistem Monitoring Beban Listrik Berbasis Arduino Nodemcu Esp8266,” J. Ampere, vol. 4, no. 1, p. 187, 2019.

Y h g g

(10)

Jurnal ICTEE, Vol. 1, No. 1, 2020, 11-14 10 a n g t e r b a c a p a d a m u l t i m e t e r , b e r i k u t P e r h i t u n g a n % e r o r

(11)