157
Alat Monitoring Pemakaian Energi Listrik Berbasis Android
Menggunakan Modul PZEM-004T
Fatoni Nur Habibi*
a), Sabar Setiawidayat
a)Moh. Mukhsim
a)Abstrak: Seiring dengan kebutuhan pemakaian listrik, konsumen perlu mengetahui jumlah pemakaian energi listrik yang dibutuhkan dalam setiap harinya. Untuk mengetahui jumlah pemakaian listrik adalah dengan cara mengukur energi listrik tersebut menggunakan alat pengukur energi listrik (electric meter). Perkembangan teknologi komunikasi sangatlah cepat, Smartphone yang sedang digandrungi oleh masyarakat adalah smartphone yang berbasis sistem operasi Android, selain fitur dan aplikasi yang sudah disediakan sistem operasi Android sendiri bersifat sistem operasi open source. Alat monitoring Pemakaian Energi Listrik Berbasis Operasi Android Menggunakan Modul PZEM 004T adalah sebuah sistem yang dirancang dan dimanfaatkan untuk membaca jumlah pemakaian energi listrik yang meliputi tegangan, arus, daya dan energi. Alat monitoring dikoneksikan pada Smartphone Android yang digunakan sebagai media interface user yang menampilkan komsumsi energi listrik. Hasil pengujian menunjukkan bahwa alat monitoring pemakaian energi listrik menggunakan modul PZEM-004T dapat mengukur dan menampilkan nilai arus, tegangan, daya serta akumulasi energi, selain itu alat monitoring pemakaian energi listrik menggunakan modul PZEM-004T dapat memonitor secara real time serta tersimpan pada basis data. Berdasarkan hasil pengujian dapat disimpulkan bahwa hasil perancangan alat monitoring energi listrik memiliki angka simpangan (error) sebesar 1.07%, arus 3.45%, daya nyata 3.93%. dan energi yang dikonsumsi 18.6%.
Kata-kata kunci : Alat monitoring Energi, smartphone energy meter, PZEM-004T
1. PENDAHULUAN
Jumlah pemakaian listrik adalah dengan cara mengukur energi listrik menggunakan alat pengukur energi listrik (electric meter), baik untuk konsumen rumah tangga, usaha, industri, sosial maupun gedung pemerintah [1]. Alat ukur energi listrik yang disediakan oleh PLN saat ini yaitu analog (menggunakan piringan) dan digital (menggunakan pulsa). Sebelumnya [2] telah dibuat alat ukur daya listrik berupa power meter digital berbasis mikrokontroler AVR ATmega8535 menggunakan perangkat keras berupa sensor arus ACS712 . Alat ini dapat mengukur dan menampilkan tegangan, arus dan daya listrik suatu peralatan elektronik rumah tangga yang hanya ditampilkan melalui LCD, sehingga tidak dapat dimonitoring melalui jarak yang jauh. Peneliti yang lain [3] menggunakan sensor arus ACS712 pengukuran energi listrik dapat dilakukan dengan menggunakan Sensor
Optocoupler.
Alat monitoring konsumsi energi listrik secara real time [4] berbasis mikrokontroler memonitor konsumsi energi listrik dengan memanfaatkan transformator step-down untuk mengukur tegangan sumber dari PLN sedangkan untuk mengukur arus beban memanfaatkan sensor arus ACS712, serta mikrokontroler ATmega328 berfungsi untuk mengolah semua data dari parameter-parameter yang dibutuhkan untuk mendapatkan nilai konsumsi energi listrik dan ditampilkan pada LCD. Akan tetapi, pada fungsi lainnya alat ini tidak bekerja sesuai dengan yang direncanakan karena terjadi drop tegangan
saat sistem diaktifkan sehingga mempengaruhi pembacaan data dari sensor. Sementara itu [16], modul sensor yang dapat menghindari drop tegangan untuk menutupi kelemahan alat monitoring konsumsi energi listrik di atas adalah modul sensor PZEM-004T karena pada modul sensor ini tidak diperlukan rangkaian catu daya lainnya.
Pada penelitian lainnya [5] juga telah dibuat alat monitoring arus kWh (Kilo Watt Hours) meter tiga phasa dengan memanfaatkan mikrokontroler Arduino dan sms
gateway berbasis web. Alat ini dapat mengukur arus kWh meter tiga phasa serta menyimpan data nilai arus ke
database dan bisa ditampilkan pada web serta mengirim pesan singkat ke handphone apabila salah satu phasa arus pada kWh meter ada yang hilang atau bocor. Pada alat ini monitoring arus masih menggunakan SMS dalam mengirim data ke web, sehingga penggunaan SMS beberapa kali akan lebih banyak menghabiskan pulsa. Selain itu web hanya akan menampilkan nilai arus bocor yang sudah tersimpan pada database.Telah dibuat sebelumnya [6] aplikasi Android untuk memonitor dan mengontrol Air Conditioner, dimana sistem memiliki kemampuan untuk mengontrol dan memonitoring perangkat yang terhubung melalui aplikasi Android dengan indikator temperatur.Berdasarkan beberapa hal di atas, pada penelitian ini akan dikembangkan alat pembaca energi listrik yang dapat membaca pemakaian energi listrik melalui media interface berupa Raspberry Pi yang terhubung dengan smartphone berbasis Android secara nirkabel. Sehingga alat yang akan dirancang dapat memonitoring arus, tegangan, daya dan energi secara
realtime dengan menggunakan modul sensor PZEM-004T
＊ Korespondensi: fatoni_habibi@yahoo.com
158
yang dapat menghindari drop tegangan, karena pada modul sensor ini tidak diperlukan rangkaian catu daya lainnya.
2. LANDASAN TEORI
2.1 Pengertian Raspberry Pi
Raspberry Pi adalah sebuah mini kit yang bisa di jadikan komputer mini seukuran kartu kredit dengan berat hanya 45 gram. Komputer yang diberi nama Raspberry Pi ini, berjalan dengan sistem operasi Linux [10].Adapun
Hardware yang menunjang Raspberry Pi antara lain
Prosesor ARM11 700 MHz, PortUSB (Universal Serial Bus), PortHDMI, Port SD CAR, PortRegister Jack/RJ45 (Ethernet LAN Port), 8x GPIO (General Peripheral Input Output) UART (Universal Asynchronous Reciever Transmiter), Serial Peripheral Interface/SPI BUS serta koneksi Wifi.
2.2 Pengertian Android
Android merupakan sistem operasi handphone yang bisa di gunakan di Smartphone atau Tablet. Android bersifat open source, yang dapat dimodifikasi serta dapat membuat perangkat lunak yang bermanfaat untuk memenuhi kebutuhan manusia sehari hari. Android adalah sistem operasi yang berbasis Linux untuk telepon seluler seperti telepon pintar dan komputer tablet, platform open source bagi para pengembang untuk menciptakan aplikasi mereka sendiri untuk digunakan oleh bermacam peranti bergerak yang komprehensif dan dirancang untuk mobile devices. Dikatakan komprehensif karena Android menyediakan semua tools dan frameworks yang lengkap untuk pengembangan aplikasi pada suatu mobile device.
2.3 Modul PZEM-004T
Modul PZEM-004T adalah sebuah modul sensor multifungsi yang berfungsi untuk mengukur daya, tegangan, arus dan energi yang terdapat pada sebuah aliran listrik. Modul ini sudah dilengkapi sensor tegangan dan sensor arus (CT) yang sudah terintegrasi. Dalam penggunaannya, alat ini khusus untuk penggunaan dalam ruangan (indoor) dan beban yang terpasang tidak diperbolehkan melebihi daya yang sudah ditetapkan [17].
Gambar 2.1. Modul PZEM-004T
2.4 Delphi
Delphi adalah suatu bahasa pemograman (development language) yang digunakan untuk merancang suatu aplikasi program. Delphi termasuk dalam pemrograman bahasa tingkat tinggi (high level lenguage). Maksud dari bahasa tingkat tinggi yaitu perintah-perintah programnya menggunakan bahasa yang mudah dipahami oleh manusia. Bahasa pemrograman Delphi disebut bahasa prosedural artinya mengikuti urutan tertentu. Delphi merupakan generasi penerus dari Turbo Pascal. Pemrograman Delphi dirancang untuk beroperasi dibawah sistem operasi
Windows. Program ini mempunyai beberapa keunggulan, yaitu produktivitas, kualitas, pengembangan perangkat lunak, kecepatan kompiler, pola desain yang menarik serta diperkuat dengan bahasa pemrograman yang terstruktur dalam struktur bahasa pemrograman Object Pascal.
2.5 Bahasa Pemrograman Phyton
Python adalah bahasa pemrograman interpretatif multiguna dengan filosofi perancangan yang berfokus pada tingkat keterbacaan kode. Python diklaim sebagai bahasa yang menggabungkan kapabilitas, kemampuan dengan sintaksis kode yang sangat jelas seerta dilengkapi dengan fungsionalitas pustaka standar yang besar serta komprehensif. Saat ini kode Python dapat dijalankan di berbagai sistem kerja sistem operasi, beberapa diantaranya adalah Linux/Unix, Windows, Mac OSX, Java Virtual Machine, OS/2, Amiga, Palm dan Symbian (untuk produk-produk Nokia).
Gambar 2.2. Simbol Pemrograman Python
3. PERANCANGAN
3.1 Blok Diagram Secara Umum
Smart Phone Android
Raspberry Pi
Wifi
Modul Sensor PZEM-004T
Beban
Gambar 3.1 Diagram Blok Alat Monitoring Pemakaian Energi Listrik
159
pada sebuah database MySQL. Data yang tersimpan ditampilkan melalui aplikasi Smartphone sebagai informasi nilai ukur energi listrik dalam satuannya masing-masing.
3.2 Konfigurasi Perangkat Keras
3.2.1 Konfigurasi antara Beban dengan PZEM-004T
Konfigurasi antara beban dengan sensor merupakan konfigurasi bagian input yang terdiri dari sensor PZEM-004T dengan beban, seperti dalam Gambar 3.2.
Modul Sensor PZEM-004T
Beban
CT
Modul PZEM-004T
AC
Beban
Gambar 3.2 Konfigurasi antara Sensor PZEM-004T dengan Beban
Untuk dapat bekerja, modul sensor dihubungkan dengan sumber tegangan AC sehingga nilai daya dan energi listrik dapat diketahui oleh modul sensor tersebut. Sesuai
datasheet, modul sensor PZEM-004T memiliki spesifikasi kerja sebagai .
1. Bekerja pada tegangan: 80 ~ 260VAC 2. Tegangan test: 80 ~ 260VAC
3. Daya: 100A / 22.000W Frekuensi: 45-65Hz
3.2.2 Konfigurasi antara PZEM-004T dengan
Raspberry Pi
Konfigurasi antara sensor dengan Raspberry Pi
dihubungkan melalui kabel data serial ke USB. Data yang dikirim dari modul sensor dalam bentuk heksadesimal. Adapun wiring konfigurasi antara PZEM-004T dengan
Raspberry Pi seperti dalam Gambar 3.3.
Modul PZEM-004T
Raspberry Pi
Modul Sensor PZEM-004TPower Supply
5Volt
Raspbe rry P
i
Pow er Sup
ply
5Vdc
Kabel Data
Gambar 3.3 Konfigurasi antara PZEM-004T dengan
Raspberry Pi
Data heksadesimal yang diterima oleh Raspberry Pi
diproses melalui bahasa program Phyton untuk dikonversikan menjadi bilangan desimal, dan kemudian disimpan di dalam database.
3.2.3 Konfigurasi antara Raspberry Pi dengan
Smartphone
Konfigurasi antara Raspberry Pi dengan Smartphone
merupakan dilakukan dengan cara menggunakan perangkat keras router yang menjembatani komunikasi antara
Smartphone dengan Raspberry Pi melalui internet local. Smartphone digunakan sebagai media interface yang dapat menampilkan nilai arus, tegangan, daya dan 159energi. Berikut scematic konfigurasi antara Raspberry Pi dengan
Smartphone seperi dalam Gambar 3.4 .
Router
Raspberry Pi
Wifi
SmartPhone Android
Handphone
Wifi Wifi
Wifi
Raspbe rry Pi
Gambar 3.4 Konfigurasi antara Raspberry Pi dengan
Smartphone
3.2.4 Konfigurasi Secara Keseluruhan
Konfigurasi secara keseluruhan merupakan gabungan dari beberapa konfigurasi sebelumnya. Dalam proses perancangan alat monitoring, digunakan sebuah monitor yang dihubungkan ke Raspberry Pi melalui kabel VGA menuju port HDMI yang terdapat pada Raspberry Pi. Monitor diperlukan sementara sebagai media interface
antara user dengan Raspberry Pi saat mengisi program
160
CTAC
Beban Monitor
Router
Handphone
Wifi
Wifi Wifi
Raspbe rry Pi
Modul PZEM-004T Power Supply
Kabel Data
VGA
Gambar 3.5Wiring Diagram Alat Monitoring Energi Listrik Secara Keseluruhan
3.3 Perancangan Perangkat Lunak
Komunikasi antara Smartphone denga modul Raspberry Pi
dilakukan dengan cara menggunakan internet local (wifi) melalui IP (Internet Protocol) Raspberry Pi. Database
dibuat melalui phpMyAdmin dan disimpan di MySQL, yang nantinya akan diakses melalui sebuah aplikasi Android. Database dibuat untuk menyimpan data arus, tegangan, daya dan energi yang dideteksi oleh modul sensor, data yang disimpan nantinya akan ditampilkan pada aplikasi Android melalui Smartphone. Pada saat aplikasi dibuka dan login, maka data yang tersimpan didalam php MySQL akan diakses oleh aplikasi Android dengan cara seperti flowchart dalam Gambar 3.6.
Mulai
Connect Wifi ke
Raspberry Pi
Ambil data A,V,W,kwh Dari PHP MySQL
Tampil data :A,V,W,Kwh Ke interface android
Selesai Cek koneksi dari
PHP MySQL Inisialisasi
Wifi
Tidak
Ya
Gambar 3.6Flowchart Program MySQL ke Delphi
4. Hasil dan Pembahasan
4.1 Pengujian Alat
Pengujian alat dilakukan untuk dapat mengetahui hasil perancangan dan pembuatan alat. Pada bab ini menguraikan tentang bagaimana cara untuk melakukan pengujian sesuai dengan hasil yang diharapkan. Selain itu tujuan dari pengujian alat dimaksudkan untuk menguji semua elemen-elemen perangkat keras dan perangkat lunak yang dibuat apakah sudah sesuai dengan yang diharapkan.
4.1.1 Pengujian Komunikasi
Pengujian komunikasi dilakukan untuk dapat mengetahui status komunikasi antara perangkat Smartphone dengan
Raspberry Pi. Pengujian ini dilakukan dengan cara melalui terminal Raspberry Pi dengan cara ‘ping IP’ seperti
Gambar 4.1.
Gambar 4.1 Komunikasi Terhubung
4.1.2 Pengujian Alat Monitoring Energi Listrik
Pengujian dilakukan dengan cara menghubungkan beban peralatan listrik yang akan di monitoring melalui stop kontak 220V yang telah disediakan pada modul alat ukur. Adapun sifat beban dari peralatan listrik yang akan diukur bersifat resistif, induktif dan kapasitif.
161
Tabel 4.1 Hasil pengukuran
Beban V I P
Lampu LED Phillips 23
watt 224 0.11 23 Setrika listrik 350 watt 224 1.67 372
4.2 Hasil monitoring tegangan (V), arus (I), daya nyata (P) dan energi (W)
Setelah alat ukur rancangan dapat mengukur V, I dan P beban listrik seperti pada percobaan yang dilakukan pada sub bab 4.1.3, alat ukur ini membutuhkan perbandingan dengan alat ukur standar yang mengukur V, I dan P dan telah terkalibrasi. Adapun rangkaian percobaan perbandingan alat ukur rancangan dan alat ukur standar ditunjukkan pada gambar 4.3.
Gambar 4.3 Rangkaian percobaan pengukuran V, I dan P menggunakan alat ukur standar dan alat ukur rancangan Voltage regulator digunakan untuk merubah tegangan dari tegangan 220 volt diturunkan bertahap hingga 170 volt sehingga dapat diketahui pola perubahan arus I dan daya nyata P dengan beban yang tetap. Berikut ini data hasil pengujian:
Tabel 4.2 Hasil pengujian beban motor 1 phasa merk SEM 180 watt
V jala-jala
Alat ukur
standard Alat ukur rancangan V I P V I P 220 221 1.74 92 224 1.81 106 210 208 1.58 76 211 1.61 86 200 198 1.44 66 201 1.48 77 190 186 1.26 55 189 1.28 63 180 181 1.21 52 183 1.24 59 170 169 1.08 45 171 1.11 50
Pengujian serupa telah dilakukan pada beban pompa air Kyomizu 370 watt, lampu pijar 200 watt, setrika listrik
Maspion 350 watt dan TV 14” 60 watt, masing-masing 6
kali pengujian dengan tegangan yang berbeda.
Tabel 4.3 Penghitungan meter energi alat ukur rancangan dengan tegangan kerja 220 v selama 1 menit
Beban
Stand Meter awal
Stand Meter akhir
Selisih meter (Wh)
1 jam pemakaian (perhitungan
–Wh)
Pompa air Kyomizu 380 W
1069 1075 6 360
Motor SEM 180 watt
1041 1043 2 120
Lampu pijar 200 watt
1091 1095 4 240
Setrika Maspion 350 watt
1099 1105 6 360
TV tabung berwarna 60 watt
1041 1043 2 120
4.3 Pembahasan
4.3.1 Nilai simpangan (error) alat ukur rancangan
Setelah dilakukan pengambilan data pengukuran tegangan, arus dan daya nyata menggunakan alat ukur standar dan alat ukur rancangan, maka didapatkan tabel perhitungan simpangan (error) alat ukur rancangan dibanding alat ukur standar. Angka error dalam persen (%) didapatkan dengan rumus:
Khusus untuk perhitungan error energi, metodenya dibandingkan dengan daya nyata beban itu sendiri selama durasi tertentu, dengan rumus perhitungan:
162
4.3.2 Perhitungan daya semu, faktor daya dan impedansi beban
Dari data pengukuran tegangan, arus dan daya nyata (watt), didapatkan hasil perhitungan daya semu (VA), faktor daya/ cos phi, dan impedansi. Sebagai contoh perhitungan, beban motor pompa Kyomizu 370 watt, jika I terukur 2.5 Ampere saat dihubungkan dengan jaringan listrik 220 V AC, maka besar daya semu: maka nilai impedansi dan resistansi dapat diketahui dengan menggunakan hitungan dibawah ini:
diketahui untuk semua pengukuran beban dan perubahan tegangan ujinya5. PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil pengujian skripsi yang telah dijalankan, maka dapat diambil suatu kesimpulan bahwa:
1. Alat monitoring pemakaian energi listrik menggunakan modul PZEM-004T dapat mengukur dan menamplilkan nilai arus, tegangan, daya serta akumulasi energi.
2. Alat monitoring pemakaian energi listrik menggunakan modul PZEM-004T dapat memonitor secara real time.
3. Besar simpangan alat ukur rancangan dibandingkan alat ukur standard, untuk tegangan sebesar 1,07 %, arus 3,45 %, daya nyata 3,93% dan energy 18,6% 4. Dikarenakan pendekatan angka meter hanya sampai
bilangan satuan dan tidak ada angka di belakang desimal, maka perhitungan energy pada beberapa sampel percobaan menjadi kurang akurat (di atas 10%).
5.2 Saran
Penulis merasa bahwa alat ini masih jauh dari
sempurna, karena itu penulis memiliik beberapa saran dalam pembuatan Alat Monitoring Pemakaian Energi Listrik Melalui Smartphone Berbasis Android
Menggunakan Modul PZEM, yaitu:
1. Tampilan aplikasi alat monitoring energi listrik dapat didesain lebih menarik dan inovatif.
2. Alat monitoring energi listrik dapat dilakukan pada energi listrik 3 phasa.
3. Komunikasi antara Smartphone dan Raspberry Pi
dapat dilakukan menggunakan jaringan internet (tidak lokal).
4. Perancangan alat monitoring energi listrik dapat menggunakan sensor jenis lain.
Daftar Pustaka
[1] Prabowo Hartanto, Alat Pengukur Listrik dan Perbaikan Faktor Daya dengan Penambahan Kapasitor.: Atikel Teknik Elektro Sistem Tenaga Listrik UGM, 2013.
[2] Hilman HR Jufri, 2012, Rancang Bangun Alat Ukur Daya Arus Bolak-Balik Berbasis Mikrokontroler ATMega8535, Universitas Sumatera Utara, Medan. [3] Mery Subito , Rizal, Alat Pengukur Pemakaian Energi
Listrik Menggunakan Sensor Optocoupler dan Mikrokontroler AT89S52, Jurnal Ilmiah Foristek, Vol.2, No.2, pp.185 -189. September 2012.
[4] Temy Nusa, Alat monitoring Konsumsi Energi Listrik Secara Real Time Berbasis Mikrokontroler, E-journal Teknik Elektro dan Komputer, UNSRAT Manado, Vol.4, No.5. pp 19 - 26. 2015.
[5] Riswandi, Perancangan Alat Monitoring Arus KWH (Kilo Watt Hours) Meter Tiga Phasa Dengan Memanfaatkan Mikrokontroler Arduino dan SMS Gateway Berbasis Web, STMIK Cikarang, Bekasi. [6] Zuhal, 1991. Dasar Tenaga Listrik, Bandung: ITB
Bandung
[7] Alam, M. Agus J, 2003, Mengelola Database dengan Borland Delphi 7, Jakarta: PT. Elex Media Komputindo.
[8] Malik Abdillah Ibnul Hakim, Pemanfaatan Mini PC Raspberry Pi Sebagai Pengontrol Jarak Jauh Berbasis Web pada Rumah, Teknik Komputer Unikom, Bandung.
[9] Handry Khoswanto, Wireless Monitoring with Microcontroller MCS-51, Jurnal Teknik Elektro,
Universitas Kristen Petra, Vol. 4, No.1. pp 40 - 45. 2004.
[10] Vector Anggit Pratomo, Rancang Bangun Pencatat Data Kwh Meter Jarak Jauh Berbasis Mikrokontroler, Jurnal Teknik Elektro, Universitas Budi Luhur, Vol.3, No.2. pp 64 – 72. 2012
[11] Achmad, Balza, 2011, Pemrogram Delphi Untuk Aplikasi Mesin Visi Menggunakan Webcam, Gava Media, Yogyakarta.
[12] Ropix, 2006, Mikrotik OS Untuk Bandwidth Management. http://www.ilmukomputer.com
