RANCANG BANGUN KWH METER BERBASIS
JARINGAN KOMPUTER PADA HUNIAN MAJEMUK
(KOS, APARTEMEN, DLL)
Yohanes Prabowo Agung S, S.T
1, DR. Eng. Yuliman Purwanto, M. Eng
2, Dr.-Ing. Vincent Suhartono,
3 1,2,3Teknik ElektroFT UDINUS
Jl. Nakula I No. 5-11, Semarang 50131 INDONESIA 1
yoha.viper @gmail.com 2
yepe00@gmail.com 3
vinshtn@yahoo.com
Intisari— KWH Meter memiliki fungsi untuk menghitung daya listrik setiap jam. Pada era ini KWH Meter biasanya diisi ulang dengan menggunakan pulsa listrik, sehingga cukup merepotkan para penghuni bangunan majemuk seperti : Kos, Apartemen, Rusun, dll.
Pada penelitian kali ini, penulis membuat sistem rancang bangun KWH Meter berbasis jaringan komputer yang bertujuan untuk memonitoring daya listrik sekaligus dapat digunakan untuk menghemat listrik. Monitoring pada KWH meter ini nantinya akan dilakukan oleh seorang server. Seorang server adalah orang yang bertanggung-jawab untuk mengontrol, memonitor, serta melakukan maintenance pada sebuah hunian majemuk.
KWH Meter ini dirancang menggunakan Mikrokontroler Arduino UNO. Sedangkan fungsi dari jaringan komputer adalah : memonitoring KWH Meter lebih dari 1 unit, sehingga KWH Meter ini sangat cocok digunakan pada bangunan majemuk (Kos, Apartemen, Rusun, dll). KWH Meter ini mampu mengirimkan data daya listrik pada web server setiap menit, kemudian menyimpan data tersebut ke database MySql.
I. PENDAHULUAN
Listrik merupakan kebutuhan yang sangat vital, hampir semua peralatan rumah tangga dan pabrik menggunakan energi listrik untuk menjalankan aktifitas dan kegiatan yang ada di dalamnya. Begitu pula pada hunian majemuk (Kos, Apartemen, dll) listrik sangat diperlukan untuk operasional dan digunakan oleh konsumen mereka masing – masing. Setiap penghuni bangunan majemuk memiliki beragam peralatan elektronik, yang disesuaikan dengan kebutuhannya masing – masing. Namun banyak dari para pengguna hunian majemuk yang sering lupa untuk mematikan peralatan elektronik / listrik, ketika mereka akan meninggalkan hunian majemuk tersebut. Hal ini sangat disayangkan, mengingat kita tahu bahwa masih banyak di pedesaan atau daerah – daerah terpencil yang bahkan belum dapat di aliri oleh listrik.
Maka dari itu perlu ada sebuah trobosan baru untuk menemukan sebuah cara dalam penghematan energi yang efektif dan evisien seperti pada beberapa penelitian yang telah dilakukan sbb:
Sutono melakukan “Perancangan Sistem Aplikasi Otomatisasi Lampu Penerangan Menggunakan Sensor Gerak
Dan Sensor Cahaya Berbasis Arduino Uno(ATMEGA 328)”
[9] yang bertujuan untuk menghemat engergi pada penggunaan lampu suatu ruangan. Pada penelitian ini akan
dibahas suatu metoda baru yang diharapkan menjadi salah satu solusi mengatasi permasalahan dalam pencatatan meteran listrik, yaitu dengan menggunakan sebuah aplikasi yang dapat mencatat jumlah putaran listrik secara real time. Dengan menggunakan teknologi jaringan komputer dan pemasangan Microcontroller jumlah putaran di KWH meteran listrik rumah dapat mengirim data – data watt meter dari tiap – tiap unit di hunian majemuk yang akan dimonitoring oleh server.
Hal ini dapat tentunya dapat dilakukan dengan menghubungkan Arduino, KWH meter, dan server komputer yang berguna sebagai penampil data, seperti yang dilakukan oleh Samuel Aji Sena dalam melakukan perancangan dan pembuatan Application Programming Interface Server untuk Arduino [1]. Perancangan dan pembuatan application programming interface server berfungsi sebagai jembatan antara aplikasi dan arduino pada jaringan computer atau internet, protokol yang digunakan untuk berkomunikasi dengan server adalah HTTP (Hypertext Transfer Protocol) sedangkan protocol yang digunakan oleh server untuk berkomunikasi dengan arduino adalah TCP (Transmission Control Protocol). Maka dengan ini penulis merancang dan membuat sistem serta mengambil judul tugas akhir ”Rancang
II. TINJAUAN PUSTAKA
Daya Listrik
Daya listrik didefinisikan sebagai laju hantaran energi listrik dalam rangkaian listrik. Daya listrik dibagi menjadi tiga, yaitu daya aktif, daya reaktif dan daya semu.
Daya Aktif / Nyata (Active / Real Power)
Daya dengan satuan Joule/detik atau watt disebut sebagai daya aktif. Simbolnya adalah P. Daya aktif adalah daya sebenarnya yang dihamburkan atau dipakai oleh beban. Daya aktif dihitung dengan persamaan :
P = V ∙ I ∙ cos φ
Daya aktif berlaku jika φ bernilai 0 (Nol), sehingga cos φ = 1
Daya Reaktif (Reactive Power)
Daya reaktif Satuannya adalah VAR (Voltampere – reactive). Daya reaktif (Q) ini merupakan jumlah daya yang diperlukan untuk pembentukan medan magnet, daya reaktif juga dipahami sebagai daya yang tidak dihamburkan oleh beban atau dengan kata lain merupakan daya yang diserap namun dikembalikan ke sumbernya. Daya reaktif dapat dihitung dengan persamaan :
Q = V ∙ I ∙ sin φ
Daya Tampak / Semu (Apparent Power)
Daya tampak merupakan hasil penujumlahan trigonometri daya aktif dan reaktif yang disimbolkan dengan S. Dengan satuannya adalah VA (Voltampere). Daya tampak dapat dihitung menggunakan persamaan[7] :
S = V ∙ I
Segitiga Daya
Segitiga daya merupakan segitiga yang menggambarkan hubungan matematika antara tipetipe daya yang berbeda (Apparent Power, Active Power dan Reactive Power) berdasarkan prinsip trigonometri.
Gambar 2. 1 Penjumlahan trigonometri daya aktif, reaktif dan semu[12]
Faktor daya
Faktor daya terdiri dari dua sifat yaitu faktor daya “leading” dan faktor daya “lagging”. Faktor daya ini memiliki karakteristik seperti berikut :
Faktor Daya “leading”
Apabila arus mendahului tegangan, maka faktor daya ini dikatakan “leading”. Faktor daya leading ini terjadi apabila bebannya kapasitif, seperti capacitor, synchronocus generators, synchronocus motors dan synchronocus condensor.
Gambar 2. 2 Faktor daya “leading”
Faktor Daya “lagging”
Apabila tegangan mendahului arus, maka faktor daya ini dikatakan “lagging”. Faktor daya lagging ini terjadi apabila bebannya induktif, seperti motor induksi, AC dan transformator.
Gambar 2. 3 Faktor daya “lagging”[12]
Sifat Beban Listrik
Dalam sebuah sumber arus bolak-balik, bila beban diaplikasikan bersifat resistif murni, maka gelombang tegangan dan arus adalah sephasa seperti diperlihatkan pada Gambar 2.6
Gambar 2. 4 Beban Resistif
Beban yang bersifat induktif atau kapasitif dapat menggeser titik persilangan nol antara tegangan dan arus. Bila bebannya merupakan
Gambar 2. 5 Beban Induktif
Sebaliknya untuk arus beban yang bersifat kapasitif, persilangan nol gelombang arus akan muncul beberapa saat sebelum persilangan nol gelombang tegangan. Hal ini biasa dikatakan sebagai arus mendahului seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.8
Gambar 2. 6 Beban Kapasitif [14]
III.METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian ini merupakan simulasi monitoring KWH meter dengan menggunakan sensor tegangan dan sensor arus yang dijalankan oleh arduino. Simulasi monitoring ini menggunakan software Phpmyadmin dengan menggunakan jaringan localhost dan menggunakan database Mysql untuk menyimpan data – data dari KWH yang ditampilkan pada simulasi ini.
3.1. Perancangan Sistem Monitoring
Dalam perancangan system, nantinya akan dirancang untuk membaca nilai daya dari sebuah unit yang dikenal sebagai data. Data tersebut nantinya akan dimonitoring melalui web server. Diagram alir yang digunakan untuk menghasilkan data logger akan ditunjukkan pada Gambar :
Gambar 3. 1 Flowchart Sampling Data
Gambar di atas adalah bentuk diagram alir dari Client yang akan dirancang. Ketika seseorang masuk ke ruangan, maka relay akan berada pada posisi ON, setelah itu tergantung dari user tersebut apakah akan menyalakan lampu atau tidak, dari situ sensor tegangan & arus akan menghitung daya yang dikeluarkan dari ruangan tersebut. Setelah dihitung data logger tersebut akan ditampilkan melalui web server sebagai output.
3.2. Perancangan Sistem Hardware
Sesor Tegangan
Sesor Arus
Relay
Sesor PIR
Ethernet Shield ARDUINO
Gambar 3. 2 Sistem Hardware
Pada gambar diagram di atas, dapat dilihat bahwa Arduino adalah sebagai kontrol utama dalam sebuah sistem pada penelitian ini.
Dimana nilai voltase didapat dari sensor tegangan, dan nilai ampere didapat dari sensor arus tipe ACS 712.
3.3. Perancangan Sistem Jaringan
Arduino Arduino
Arduino
Lan
Lan
Lan Lan
Komputer Server
Switch / Hub
Client A Client B Client C
Gambar 3. 3 Sistem Jaringan
Gambar 3.3 menjelaskan sistem Jaringan pada Client. Setelah Arduino ditempelkan dengan Ethernet Shield, maka akan berubah menjadi client karena telah mendapatkan alamat IP. Kemudian seluruh client di hubungkan pada switch / router dengan menggunakan kabel RJ45. Data-data KWH dari sensor dapat dilihat dengan aplikasi yang sudah di buat melalui komputer server, untuk penyimpanan datanya menggunakan database MySQL karena dapat menampung database dalam jumlah yang cukup besar, apabila digunakan sebagai Data Logger.
IV.HASIL DAN PEMBAHASAN
Data KWH meter yang akan diambil oleh peneliti adalah Daya Aktif / Nyata (Active / Real Power) Daya aktif akan dihitung dengan persamaan :
P = V ∙ I ∙ cos φ
Namun pada penelitian kali ini menggunakan beban resistif, Beban resistif dihasilkan oleh alat-alat listrik yang bersifat murni tahanan (resistor) seperti pada elemen pemanas dan lampu pijar. Dengan kata lain, beban resistif tidak akan menggeser posisi gelombang arus maupun tegangan listrik AC. Sehingga diperoleh rumus untuk daya adalah sebagai berikut :
P = V ∙ I
4.1.Hasil Uji Sistem Monitoring
Sistem monitoring dapat dipantau melalui web server pada jaringan local host. Dengan menghubungkan bahasa pemrograman PHP dan HTML, serta menghubungkan jaringan komputer pada arduino ke router, maka kita dapat memantau langsung secara Real Time jumlah KWH meter yang muncul pada tiap – tiap Client melalui web browser seperti yang terdapat pada Gambar 4.3
Gambar 4. 1 Hasil pembacaan sensor
Pada gambar di atas, terdapat sebuah hasil monitoring berupa ID, waktu (real time), besaran arus, besaran tegangan, lalu daya yang berupa hasil kali antara jumlah arus dan tegangan.
4.2. Tabel Pengujian Sistem
Tabel pengujian sistem digunakan untuk menguji hasil jumlah daya pada sebuah unit pada hunian majemuk dan menguji pembacaan sensor PIR.
Tabel 4.1 Pengujian KWH meter pada unit A
Jam Kondisi Ruang
Lampu
menyala KWH
16:00 – 17:00 Kosong - 0 Lampu 0.05
17:00 – 18:00 Ada orang D, KM 2 Lampu 2.32 18:00 – 19:00 Ada orang D, KT, RT 3 Lampu 3.12 19:00 – 20:00 Ada orang D, RT 2 Lampu 2.53 20:00 – 21:00 Ada orang D, (KM), RT 2 (3) Lampu 2.69 21:00 – 22:00 Ada orang D, RT 2 Lampu 3.13 22:00 – 23:00 Ada orang D, KT, RT 3 Lampu 3.12 23:00 – 00:00 Ada orang KT 1 Lampu 2.13 00:00 – 01:00 Ada orang KT 1 Lampu 2.14 01:00 – 02:00 Ada orang KT 1 Lampu 2.15 02:00 – 03:00 Ada orang KT 1 Lampu 2.15 03:00 – 04:00 Ada orang KT 1 Lampu 2.15 04:00 – 05:00 Ada orang KT 1 Lampu 2.15 05:00 – 06:00 Ada orang D, KM, KT 3 Lampu 3.14 06:00 – 07:00 Ada orang D, KM 2 Lampu 2.55 07:00 – 08:00 Ada orang D 1 Lampu 2.15
08:00 – 09:00 Kosong - 0 Lampu 0.05
09:00 – 10:00 Kosong - 0 Lampu 0.05
Keterangan:
- KM : Kamar Mandi - D : Dapur
0 1 2 3 4
16:00 - 17:0018:00 - 19:0020:00 - 21:0022:00 - 23:0000:00 - 01:0002:00 - 03:0004:00 - 05:0006:00 - 07:0008:00 - 09:00 D…
Gambar 4. 2 Grafik KWH meter pada Unit A
Tabel 4. 2 Pengujian KWH meter pada unit B
Jam Kondisi Ruang
Lampu
menyala KWH
17:00 – 18:00 Ada orang D, KM 2 Lampu 2.56 18:00 – 19:00 Ada orang D, KM, KT, RT 4 Lampu 3.60 19:00 – 20:00 Ada orang - 0 Lampu 0.05 20:00 – 21:00 Ada orang - 0 Lampu 0.05 21:00 – 22:00 Ada orang - 0 Lampu 0.05 22:00 – 23:00 Ada orang D, KT, RT 3 Lampu 3.17 23:00 – 00:00 Ada orang D, KT 2 Lampu 2.55 00:00 – 01:00 Ada orang D, KT 2 Lampu 2.55 01:00 – 02:00 Ada orang D, KT 2 Lampu 2.55 02:00 – 03:00 Ada orang D, KT 2 Lampu 2.55 03:00 – 04:00 Ada orang D, KT 2 Lampu 2.55 04:00 – 05:00 Ada orang D, KT 2 Lampu 2.55 05:00 – 06:00 Ada orang D, KT 2 Lampu 2.55 06:00 – 07:00 Ada orang D, KM, KT 3 Lampu 3.17 07:00 – 08:00 Ada orang D, KM, KT, RT 4 Lampu 3.53
08:00 – 09:00 Kosong - 0 Lampu 0.05
09:00 – 10:00 Kosong - 0 Lampu 0.05
10:00 – 11:00 Kosong - 0 Lampu 0.05
11:00 – 12:00 Kosong - 0 Lampu 0.05
12:00 – 13:00 Kosong - 0 Lampu 0.05
Keterangan:
- RT : Ruang Tamu - KT : Kamar Tidur - KM : Kamar Mandi - D : Dapur
0 2 4
17:00 - 18:0019:00 - 20:0021:00 - 22:0023:00 - 00:0001:00 - 02:0003:00 - 04:0005:00 - 06:0007:00 - 08:0009:00 - 10:00
D…
Gambar 4. 3 Grafik KWH meter pada Unit B
Hasil penyimpanan data daya KWH meter tiap unit tersimpan pada database MySQL. Sesuai yang ditujukan pada Gambar 4.6
Gambar 4. 4 Penyimpanan data sensor di database
Hasil data yang diubah dari database ke Microsoft excel, File Monitoring bisa di cetak untuk keperluan menghitung pemakaian daya lampu setiap seperti yang ditujukan pada Gambar 4.7
V. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil perancangan, pembuatan dan pengujian yang telah dilakukan, maka didapatkan beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Membuat KWH Meter dapat dilakukan dengan cara memasang sebuah Mikrokontroler Arduino UNO yang terhubung pada sensor arus, sensor tegangan, serta sensor PIR. Sensor arus dan sensor tegangan berfungsi sebagai pengirim data besaran watt dan sensor PIR berfungsi sebagai MCB yang akan memutus saklar lampu, apabila di unit tersebut tidak ada orang.
2. Membuat jaringan komputer sebagai jalur komunikasi data antar KWH Meter dapat dilakukan dengan
menempelkan Ethernet Shield pada board Arduino UNO, sehingga setiap KWH Meter akan berubah menjadi sebuah client yang memiliki IP Adsress serta
menggunakan media transmisi berupa kabel RJ45 dan router / switch bila ingin memonitor lebih dari 1 client.
3. Membuat sebuah aplikasi server yang dapat menampung seluruh data KWH Meter dalam jumlah yang besar, dilakukan dengan menggunakan server MySql, karena server tersebut mampu menampung banyak data. Dan setiap unit dapat dibuatkan satu database sendiri.
REFERENSI
[1] Aji Sena Samuel, 2013, “Perancangan dan pembuatan Application
Programming Interface Server untuk Arduino”. Fakultas Teknik, Universitas Brawijaya: Malang.
[2] Dewanto Puspo, Ashari Ahmad. “Purwarupa KWH Meter dengan Masukan Voucher Secara Remote Melalui Web
Browser”. Jurusan Ilmu Komputer dan Elktronika, FMIPA, UGM, Yogyakarta, IJEIS Vol.2, No.2, (2012) pp.209-220.
[3] Raharjo Budi,2011.’’Belajar Otodidak Membuat
Database Menggunakan MySQL’’. Informatika Bandung, ISBN 978-602-8758-45-1.
[4] Riswandi, 2015. “Perancangan Alat Monitoring Arus KWH (Kilo Watt Hours) Meter Tiga Phasa Dengan Memanfaatkan Mikrokontroler Arduino dan Sms Gateway Berbasis Web”. Program Studi Teknik Informatika, STMIK Cikarang.
[5] Himawan Yulianto, Teddy Marcus Zakaria. “Sistem
Aplikasi Penghitungan KWH Meter Online”. Jurusan S1 Teknik Informatika, Fakultas Teknologi Informasi, Universitas Kristen Maranatha Bandung, Jurnal Sistem Informasi, Vol. 5, No. 2, September 2010:179 – 191.
[6] Fatsyahrina Fitriastuti, Siswadi. “Aplikasi KWH (Kilo What Hour) Meter Berbasis Microntroller Atmega 32 Untuk
Memonitor Beban Listrik”. Jurusan Teknik Informatika, Universitas Janabadra Yogyakarta, Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 2, No. 2, Mei 2011.
[7] Temy Nusa, Sherwin R.U.A. Sompie, ST.,MT., Dr.Eng Meita Rumbayan, ST.,MT. “Sistem Monitoring Konsumsi Energi Listrik Secara Real Time Berbasis Mikrokontroler”. Jurusan Teknik Elektro-FT, UNSRAT, Manado-95115,
E-journal Teknik Elektro dan Komputer, Vol.4 No.5, (2015), ISSN : 2301 – 8402
[8] Muchamad Pamungkas, hafiddudin, Yuyun Siti Rohmah.
“Perancangan dan Realisasi Alat Pengukur Intensitas Cahaya”. Fakultas Ilmu Terapan, Universitas Telkom, Jurnal ELKOMIKA ISSN: 2338-8323, Teknik Elektro Itenas | No. 2 | Vol. 3, Juli - Desember 2015.
[9] Muhammad Iqbal, 2013. “SISTEM MONITORING
BEBAN ENERGI LISTRIK BERBASIS
MIKROKONTROPOLER ARDUINO”. Universitas Pendidikan Indonesia Bandung, repository.upi.edu, perpustakaan.upi.edu.
[10] Sutono. “PERANCANGAN SISTEM APLIKASI OTOMATISASI LAMPU PENERANGAN MENGGUNAKAN SENSOR GERAK DAN SENSOR CAHAYA BERBASIS
ARDUINO UNO (ATMEGA 328)”. Program Studi Teknik Komputer– Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer, Universitas Komputer Indonesia, Majalah Ilmiah UNIKOM | Vol.12 No. 2.
[11] Nuranita, Silmi. “ANALISA PERBANDINGAN KWH METER PRABAYAR DENGAN NONPRABAYAR DI LIHAT
DARI SISI KEEKONOMISANNYA DI PT. PLN (persero)”. Teknik Energi Listrik, Jurusan Teknik Elektro, Sekolah Tinggi Teknik Harapan, Homepage : www.stth-medan.ac.id.
[12] Belly Alto, Dadan H Asep, Candra Agusman, Budi Lukman. “DAYA AKTIF, REAKTIF & NYATA”. Jurusan Teknik Elektro, Universitas Indonesia 2010.
[13] Titis Wicaksono, Ageng Sadnowo R, Abdul haris. “Rancang bangun Alat Penghitung Biaya Energi Listrik Terpakai Berbasis Mikrokontroler Pic 16f877”. Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Lampung, ageng@unila.ac.id
[14] Fahdi Ruamta Sebayang, A.Rachman Hasibuan. “ANALISIS PERBAIKAN FAKTOR DAYA BEBAN RESISTIF,INDUKTIF,KAPASITIF GENERATOR
