11
BAB III
PERANCANGAN SISTEM
Bab ini berisi penjelasan mengenai perancangan sistem yang meliputi gambaran sistem, perancangan perangkat keras sistem, perancangan elektronika sistem dan perancangan perangkat lunak sistem dengan media smartphone Android sebagai user interface-nya.
3.1. Gambaran Sistem
Sistem yang dirancang adalah sebuah pengendali saklar lampu rumah yang bisa diperintah melalui smartphone Android dengan koneksi Wifi sebagai media perantaranya. Sistem ini memiliki 5 fitur utama dalam penggunaannya yaitu ON/OFF, Timer, Scheduler, Dimmer, dan Info kWh.
Berikut ini adalah penjelasan mengenai 5 fitur tersebut:
1. Fitur “ON/OFF” berfungsi untuk memberikan perintah menghidupkan atau mematikan saklar lampu secara jarak jauh dengan smartphone Android. 2. Fitur “Timer” berfungsi untuk memberikan perintah menyalakan saklar
lampu dalam delay waktu tertentu sesuai masukan dari smartphone Android dan akan mematikan saklar lampu secara otomatis setelah delay waktu habis. 3. Fitur “Scheduler” berfungsi untuk memberikan perintah menyalakan dan
mematikan saklar lampu pada waktu tertentu dengan smartphone Android. 4. Fitur “Dimmer” berfungsi untuk memberikan perintah dalam mengatur
tingkat kecerahan cahaya dari lampu dengan 3 tingkatan yaitu redup, terang, dan sangat terang secara jarak jauh dengan smartphone Android.
5. Fitur “Info KWH” berfungsi untuk memberikan perintah menampilkan perhitungan pemakaian konsumsi energi listrik masing-masing lampu dan total konsumsi energi listrik yang dihabiskan semua lampu. Pada fitur ini juga dapat menampilkan pemakaian konsumsi energi listrik yang digunakan secara kontinu.
12
Gambar 3.1. Blok Diagram Sistem.
3.2. Perancangan Perangkat Keras Sistem
Perangkat keras dirancang dan diletakkan di dalam sebuah box yang terbuat dari akrilik. Box tersebut berisi alat yang sudah dirancang dan terdapat lubang untuk masukan catu daya listrik AC 220V pada lampu dan DC 5V pada Arduino serta keluaran untuk beban lampu yang terdapat di luar box tersebut.
13
Pada bagian dalam box akrilik terdapat mikrokontroler jenis Arduino Mega 2560, NodeMCU sebagai modul Wifi ESP8266 untuk perantara dengan smartphone Android, modul RTC (Real Time Clock) sebagai pewaktu digital, modul sensor tegangan ZMPT101B untuk mengukur tegangan listrik AC 220V, modul sensor arus ACS712 untuk mengukur arus listrik AC 220V, dan modul AC Light Dimmer untuk mengatur tingkat kecerahan dari lampu.
Gambar 3.3. Rangkaian Alat PadaBagian Dalam Box Akrilik.
14 3.3. Perancangan Elektronika Sistem
Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan elektronika sistem untuk pembuatan skripsi ini.
3.3.1. Pengendali Utama
Sebagai pengendali utama dalam tugas skripsi ini digunakan mikrokontroler dengan jenis Arduino Mega 2560. Fungsi utama dari Arduino Mega 2560 pada skripsi ini adalah:
1. Melakukan komunikasi dengan NodeMCU (modul Wifi ESP8266) untuk menerima dan mengirim data.
2. Melakukan pembacaan data dari modul sensor arus ACS712 dan modul sensor tegangan ZMPT101B untuk memperoleh arus (I) dan tegangan (V), kemudian hasil tersebut dikonversikan untuk memperoleh daya (W) dan konsumsi energi listrik (KWH).
3. Melakukan perintah untuk menyalakan/mematikan saklar lampu, dan dimming lampu pada keluaran modul AC Light Dimmer.
Tabel 3.1. Konfigurasi Pin Mikrokontroler Arduino Mega 2560.
No. Nama Port Fungsi
1 PORT D20 (SDA) Terhubung dengan pin SDA dari RTC dan pin D1 (SDA) NodeMCU
2 PORT D21 (SCL) Terhubung dengan pin SCL dari RTC dan pin D2 (SCL) NodeMCU
3 PORT A1 Terhubung dengan pin sensor tegangan ZMPT101B 1
4 PORT A3 Terhubung dengan pin sensor tegangan ZMPT101B 2
5 PORT A5 Terhubung dengan pin sensor tegangan ZMPT101B 3
6 PORT A7 Terhubung dengan pin sensor tegangan ZMPT101B 4
7 PORT A0 Terhubung dengan pin sensor arus ACS712 1
8 PORT A2 Terhubung dengan pin sensor arus ACS712 2
9 PORT A4 Terhubung dengan pin sensor arus ACS712 3
10 PORT A6 Terhubung dengan pin sensor arus ACS712 4
11 PORT D4 Terhubung dengan pin PWM pada modul AC Light Dimmer 1
12 PORT D5 Terhubung dengan pin PWM pada modul AC Light Dimmer 2
13 PORT D6 Terhubung dengan pin PWM pada modul AC Light Dimmer 3
14 PORT D9 Terhubung dengan pin PWM pada modul AC Light Dimmer 4
15 PORT D2
Terhubung dengan pin Z-C pada modul AC Light Dimmer 1, modul AC Light Dimmer 2, modul AC Light Dimmer 3, dan modul AC Light Dimmer 4
16 PORT D14 (TX) Terhubung dengan pin D7 (RX) pada NodeMCU
17 PORT D15 (RX) Terhubung dengan pin D8 (TX) pada NodeMCU
18 PORT VCC (5V) Terhubung dengan pin VCC pada sensor arus ACS712, sensor tegangan ZMPT101B, dan AC Light Dimmer
19 PORT GND Terhubung dengan pin GND pada NodeMCU, RTC, sensor arus
15
Gambar 3.5. Rangkaian DC Sistem. 3.3.2. Koneksi Dengan Wifi
NodeMCU sebagai modul ESP8266 berfungsi untuk berkomunikasi dengan mikrokontroler Arduino Mega 2560 dan smartphone Android. Melalui jaringan Wifi yang tersedia dengan memasukkan nomor IP dari ESP8266 yaitu 192.168.4.1 sebagai perantara koneksi, NodeMCU dapat mengirim dan menerima data dengan smartphone Android (koneksi dua arah).
16 3.3.3. Real Time Clock
Modul Real Time Clock berfungsi untuk mengetahui waktu secara real time. Data waktu yang diperoleh kemudian dibaca oleh NodeMCU sebagai pembanding terhadap timer dan scheduler. Modul ini mempunyai kelebihan terdapat baterai internal, sehingga jika tidak terdapat sumber daya eksternal modul tetap akan beroperasi.
Gambar 3.7. Rangkaian RTC dengan NodeMCU dan Arduino Mega. 3.3.4. Modul Sensor Tegangan ZMPT101B
Modul sensor tegangan AC ZMPT101B merupakan modul yang digunakan untuk mengukur tegangan AC 1 Fasa. Sensor ini merubah tegangan AC tersebut menjadi DC, sehingga mudah untuk dibaca mikrokontroler. Karena pin ADC tidak bisa membaca sinyal negatif maka dari itu tegangan negatif harus dinaikkan offsetnya ke 2.5 volt, sehingga ada ruang untuk nilai negatif dan positif. Modul sensor ini sudah terdapat rangkaian summing amplifier untuk menaikkan tegangan AC.
17 3.3.5. Modul Sensor Arus ACS712 30A
Pada skripsi ini modul sensor arus ACS712 30A digunakan untuk mengukur arus AC. Modul sensor ini dapat membaca arus dari -30A sampai 30A. Setiap arus yang melewati sensor ini, terdapat perubahan tegangan pada ouput sensor. Pada tegangan 0-2.5v ini range arusnya sebesar -30A-0A, sementara pada tegangan 2.5V-5.0V sensor ini memiliki range 0A – 30 A.
Gambar 3.9. Rangkaian Sensor Arus dengan Arduino Mega. 3.3.6. Modul AC Light Dimmer
Pada skripsi ini modul AC Light Dimmer berfungsi sebagai relay dan pengatur kecerahan lampu dari redup, terang, dan sangat terang.
18 3.3.7. Rangkaian AC
Berikut ini adalah skema rangkaian AC sistem:
19 3.4. Perancangan Perangkat Lunak Sistem
Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan perangkat lunak sistem untuk pembuatan skripsi ini. Terdapat 2 bagian pada pembuatan perangkat lunak yaitu program untuk cara kerja mikrokontroler dan user interface dari aplikasi yang terdapat di smartphone Android.
3.4.1. Cara Kerja Mikrokontroler
Mikrokontroler mengolah data yang masuk melalui jaringan Wifi dan menjalankan perintah sesuai masukan dari user interface aplikasi di smartphone Android. Penjelasan dari cara kerja mikrokontroler akan dijelaskan melalui diagram alir berikut.
20
Penjelasan cara kerja mikrokontroler adalah sebagai berikut:
1. Setelah mikrokontroler terhubung dengan smartphone Android melalui jaringan Wifi, mikrokontroler menunggu masukan dari smartphone Android dari pemilihan menu secara manual.
2. Apabila menu “ON/OFF” dipilih dan mikrokontroler menerima data masukan tersebut, maka mikrokontroler akan menjalankan perintah menyalakan atau mematikan saklar lampu terpilih sesuai masukan dari smartphone Android.
3. Apabila menu “Timer” dipilih dan mikrokontroler menerima data masukan tersebut, maka mikrokontroler akan menjalankan perintah menyalakan saklar lampu terpilih dalam delay waktu tertentu sesuai masukan dari smartphone Android dan akan mematikan saklar lampu tersebut secara otomatis setelah delay waktu masukan berakhir.
4. Apabila menu “Schedule” dipilih dan mikrokontroler menerima data masukan tersebut, maka mikrokontroler akan menjalankan perintah menyalakan dan mematikan saklar lampu terpilih pada waktu tertentu sesuai masukan dari smartphone Android.
5. Apabila menu “Dimmer” dipilih dan mikrokontroler menerima data masukan tersebut, maka mikrokontroler akan menjalankan perintah untuk mengatur tingkat kecerahan lampu dengan 3 tingkatan yaitu redup, terang dan sangat terang pada saklar lampu terpilih sesuai masukan dari smartphone Android.
6. Apabila menu “Info kWh” dipilih dan mikrokontroler menerima data masukan tersebut, maka mikrokontroler akan menjalankan perintah untuk mengirimkan data perhitungan konsumsi energi listrik lampu yang sudah diproses oleh mikrokontroler sejak sistem dihidupkan melalui jaringan Wifi sesuai masukan dari smartphone Android.
21
3.4.2. User Interface Aplikasi di Smartphone
Pengendali saklar ini dikendalikan oleh smartphone Android melalui jaringan Wifi sebagai media perantaranya. Aplikasi dibuat sebagai user interface untuk menampikan dan memilih menu yang tersedia untuk mengirimkan dan menerima data dari mikrokontroler melalui jaringan Wifi.
Berikut ini adalah diagram alir dari user interface aplikasi pada smartphone Android yang sudah dibuat:
22
Pada pembuatan program aplikasi yang berfungsi sebagai user interface di smartphone Android, program aplikasi tersebut dibuat dengan menggunakan MIT App Inventor 2 yaitu sistem yang berbasis web untuk pembuatan aplikasi di smartphone Android dan situs web tersebut dapat diakses secara gratis.
Pembuatan aplikasi pada skripsi ini terdiri dari 5 menu. Berikut ini adalah tampilan dari menu pada aplikasi yang terdapat di smartphone Android:
23
Sebelum dapat mengakses aplikasi tersebut, pengguna harus menyambungkan Wifi pada smartphone Android dengan sistem yang telah dibuat pada skripsi ini. Nama jaringan Wifi pada sistem adalah “power_switch”. 3.4.2.1.Menu ON/OFF
Pada menu “ON/OFF” terdapat 4 daftar menu untuk mengontrol dan memonitor lampu 1, lampu 2, lampu 3, dan lampu 4. Untuk menyalakan (nilai PWM adalah 0) atau mematikan (nilai PWM adalah 128) lampu, pengguna harus menekan tombol “ON” atau tombol “OFF”. Setelah salah satu tombol ditekan, aplikasi akan mengirimkan data kepada sistem yang telah dibuat melalui jaringan Wifi untuk diproses mikrokontroler.
24 3.4.2.2.Menu Timer
Pada menu “Timer” terdapat 4 daftar menu untuk mengontrol lampu 1, lampu 2, lampu 3, dan lampu 4. Untuk memberikan perintah menyalakan saklar lampu dalam delay waktu tertentu, pengguna harus menekan tombol “Timer”. Ketika tombol “Timer” ditekan, aplikasi akan menampilkan inputan time (jam dan menit). Selanjutnya tekan tombol “Redup”, “Terang”, atau tombol “Sangat”. Setelah time diatur dan salah satu dari ketiga tombol ditekan, aplikasi akan mengirimkan data kepada sistem yang telah dibuat melalui jaringan Wifi untuk diproses mikrokontroler.
25 3.4.2.3.Menu Schedule
Pada menu “Schedule” terdapat 4 daftar menu untuk mengontrol lampu 1, lampu 2, lampu 3, dan lampu 4. Untuk memberikan perintah menyalakan saklar lampu dan mematikannya pada waktu tertentu, pengguna harus menekan tombol “dateON”, “dateOFF”, “timeON”, dan “timeOFF”. Ketika tombol tersebut ditekan, aplikasi akan menampilkan inputan date (tanggal, bulan dan tahun) serta time (jam dan menit). Setelah date dan time diatur, tekan tombol “SET”. Aplikasi akan mengirimkan data kepada sistem yang telah dibuat melalui jaringan Wifi untuk diproses mikrokontroler.
26 3.4.2.4.Menu Dimmer
Pada menu “Dimmer” terdapat 4 daftar menu untuk mengontrol dan memonitor lampu 1, lampu 2, lampu 3, dan lampu 4. Untuk menyalakan lampu dalam kondisi redup (nilai PWM adalah 110), terang (nilai PWM adalah 80), atau sangat terang (nilai PWM adalah 0) pengguna harus menekan tombol “Redup”, “Terang” atau “Sangat Terang”. Setelah salah satu tombol ditekan, aplikasi akan mengirimkan data kepada sistem yang telah dibuat melalui jaringan Wifi untuk diproses mikrokontroler.
27 3.4.2.5.Menu Info KWH
Pada menu “Info KWH” berfungsi untuk menampilkan konsumsi energi listrik yang telah terpakai pada masing-masing lampu dan konsumsi energi listrik total lampu. Ketika menu ini dijalankan, maka secara langsung aplikasi akan menampilkan kondisi terakhir konsumsi energi listrik yang telah terpakai. Setelah berada di dalam menu, terdapat 2 tombol yaitu “Get KWH” dan ”STOP”. Ketika tombol “Get KWH” ditekan, maka secara kontinu aplikasi pada smartphone Android akan memberikan masukan kepada mikrokontroler dan akan menerima data dari mikrokontroler untuk menampilkan konsumsi energi listrik yang telah terpakai setiap 2 detik. Untuk menghentikan perintah tekan tombol “STOP”.
