BAB III
PERANCANGAN
Pada bab ini penulis menjelaskan mengenai perancangan dan realisasi stop
kontak dengan menggunakan android smartphone sebagai user interface nya.
Bahasan perancangan dimulai dengan penjelasan alat secara keseluruhuan yaitu
penjelasan singkat bagaimana alat bekerja.
Pembahasan slanjutnya mengenai penjelasan perancangan dari sistem
elektroniknya. Yaitu penjelasan perancangan mikrokontroler sebagai pengendali
utama serta komponen lain yang terhubung pada mikrokontroler. Serta penjelasan
mengenai keterkaitan sensor untuk memenuhi spesifikasi berbagai menu yang ada
(ON/OFF, Timer, Scheduling, Info Pemakaian).
Kemudian pembahasan diakhiri dengan penjelasan dari perancangan
perangkat lunak. Perangkat lunak berupa program pada mikrokontroler untuk
mengolah data dari sensor maupun dari android smartphone, serta perancangan
aplikasi user interface yang terdapat pada android smartphone.
3.1. Gambaran Alat
Sistem yang dirancang oleh penulis adalah sebuah stop kontak dengan 5 port
yang dapat dikendalikan oleh android smartphone. Stop kontak ini memiliki
berbagai fitur yaitu ON/OFF, Timer, Scheduling, dan Info Pemakaian.
Menu "ON/OFF" berfungsi untuk menghidupkan atau mematikan port secara
langsung pada stop kontak yang dipilih, menu "Timer" untuk menyalakan port
terpilih pada stop kontak hingga jangka waktu tertentu, dan menu "Scheduling"
untuk menyalakan dan mematikan stop kontak pada waktu tertentu dan juga menu
"Info Pemakaian kWh" untuk mengetahui energi listrik yang terpakai pada stop
kontak.
Pada stop kontak terdapat modul Bluetooth sebagai perantara aplikasi android
dengan stop kontak itu sendiri. Data pada menu-menu yang dipilih pada aplikasi
android dikirimkan melalui bluetooth ke stop kontak, lalu pada stop kontak nantinya
Gambar 3.1. Blok diagram sistem.
3.2. Perancangan Perangkat Keras
Perangkat keras yang dirancang adalah sebuah stop kontak yang terdapat di
pasaran yang kemudian akan dimodifikasi dengan menambahkan dimensi menjadi
30cm×10cm× 5cm (p×l×t) dan beberapa komponen elektronik. Penambahan dimensi
dimaksudkan agar komponen-komponen elektronik yang digunakan dapat tersusun
di dalam stop kontak. Adapun komponen elektronik tersebut yaitu:
Modul Bluetooth HC-05 sebagai perantara komunikasi android smartphone dan mikrokontroler.
Board mikrokontroler jenis Arduino Mega 2560. Modul Real time clock
Modul Sensor arus ACS712
Gambar 3.2. Gambar Sketsa Stop Kontak Tampak Depan.
3.3. Perancangan Elektronika
Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan elektronika yang
dipakai dalam sistem yang akan dibuat. Perancangan elektronika dalam pembutan
tugas akhir ini terdiri dari bagian-bagian utama sebagai berikut:
1. Mikrokontroler jenis Arduino Mega 2560 sebagai pengendali utama.
2. Modul Bluetooth HC-05.
Mega 2560 dengan IC mikrokontroler ATmega 2560. Sebagai pengendali
utama, tugas mikrokontroler antara lain:
1. Melakukan komunikasi dengan android smartphone melalui media
bluetooth menggunakan modul bluetooth HC-05.
2. Mengolah data yang didapat dari modul real time clock untuk
pewaktuan pada menu Timer dan Scheduling.
3. Mengolah data yang didapat dari modul sensor arus ACS712 dan modul
sensor tegangan ZMPT101B untuk memperoleh total daya yang akan
ditampilkan pada menu Info Pemakaian.
4. Menghidupkan-matikan relay yang tersambung pada port stop kontak
sesuai menu yang dipilih
Tabel 3.1. Konfigurasi pin mikrokontroler Arduino Mega 2560 yang
digunakan
Nama Port Fungsi
PORT TX0 Terhubung dengan pin RX pada modul bluetooth HC-05
PORT RX0 Terhubung dengan pin TX pada modul bluetooth HC-05
PORT SDA Terhubung dengan pin SDA modul RTC
PORT A0 Terhubung dengan pin data pada sensor tegangan ZMPT101b
PORT A1 Terhubung dengan pin data pada sensor arus ACS712
PORT D8 Terhubung dengan pin input 1 modul relay
PORT D9 Terhubung dengan pin input 2 modul relay
PORT D10 Terhubung dengan pin input 3 modul relay
PORT D11 Terhubung dengan pin input 4 modul relay
PORT D12 Terhubung dengan pin input 5 modul relay
Gambar 3.4. Skema Rancangan Pengendali Utama.
3.3.2. Bluetooth HC-05
Pada tugas akhir ini membutuhkan Bluetooth HC-05 sebagai media
komunikasi nirkabel antara android smartphone dengan mikrokontroler yang
terdapat pada stop kontak. Pemilihan modul Bluetooth HC-05 ini karena modul
tersebut bisa dijadikan master/slave, di mana pada skripsi ini bluetooth tidak
hanya mengirim data tetapi juga untuk menerima data. Selain itu karena
penggunaannya yang cukup mudah dan ketersediaannya yang cukup mudah
ditemukan di toko elektronik.
Berikut skema konfigurasi pin antara modul Bluetooth HC-05 dengan
Arduino Mega 2560.
3.3.3. Real Time Clock
Real time clock (RTC) pada tugas akhir ini digunakan untuk pewaktuan
pada menu Timer dan Scheduling. Data waktu yang tersimpan dalam RTC
diolah oleh mikrokontroler sebagai acuan untuk pewaktuan menu Time dan
Scheduling. RTC memiliki internal power dari bateral sehingga jika tidak ada
external power RTC akan tetap beroperasi.
Berikut skema konfigurasi pin antara modul RTC dengan Arduino
Mega 2560.
Gambar 3.6. Wiring modul real time clock (RTC).
3.3.4. Modul Sensor Arus ACS712 5A
Sensor Arus ACS712 5A pada tugas akhir ini digunakan untuk
mengukur arus yang digunakan pada stop kontak. Sensor arus yang digunakan
memiliki keterbatasan hanya dapat mengukur hingga arus 5A. Pemilihan sensor
arus ACS712 karena sensor dapat mengukur arus DC maupun AC, dan karena
Gambar 3.7. Wiring Modul ACS712
3.3.5. Modul Sensor Tegangan ZMPT101B
Sensor Tegangan ZMPT101B digunakan untuk mengukur tegangan
pada stop kontak. Sensor tersebut memiliki transformator untuk menurunkan
tegangan AC menjadi tegangan DC yang dapat dibaca oleh pin ADC pada
mikrokontroler. Jangkauan pengukuran pada sensor tegangan ZMPT101B
adalah 0-1000V.
3.3.6. Modul Relay
Arduino Mega 2560 sebagai pengendali utama nantinya akan
mengendalikan modul relay yang terhubung ke setiap port pada stop kontak.
Relay akan menghubung-putuskan tegangan AC dari PLN ke setiap port pada
stop kontak
3.4. Perancangan Perangkat Lunak
Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan perangkat lunak yang
digunakan pada tugas akhir ini. Yang pertama akan membahas mikrokontroler
Arduino Mega 2560 yang bekerja sebagai pengolah data dan pengendali utama.
Selanjutnya akan membahas mengenai perancangan sistem user interface pada
android smartphone yang digunakan untuk mengendalikan stop kontak sesuai
menu-menu yang ada, dan untuk menampilkan data yang dikirimkan dari stop kontak.
3.4.1. Program Mikrokontroler
Perancangan perangkat lunak mikrokontroler menggunakan
mikrokontroler Arduino Mega 2560. Program dimulai dari menunggu data dari
bluetooth HC-05 masuk. Data yang dikirimkan dari android smartphone
berbeda-beda setiap menunya, mikrokontroler disini bekerja dengan
memilah-milah data yang masuk, kemudian mengeksekusi perintah sesuai data yang
masuk.
Ketika data yang diterima adalah data menu “ON/OFF” maka
mikrokontroler akan menyala-matikan port stop kontak yang terpilih secara
langsung sesuai data port yang masuk pada mikrokontroler. Ketika data menu “Timer” yang diterima maka mikrokontroler akan mengatur agar port stop kontak yang terpilih dapat menyala selama data inputan waktu yang diterima
mikrokontroler hingga jangkauan jam, menit, dan detik.
Ketika data menu “Scheduling” dipilih maka hamper sama seperti menu
Timer, tetapi tidak hanya mengatur agar port stop kontak yang terpilih dapat
menyala saja tetapi juga mematikannya. Jangkauan pewaktuan pada menu
“Info Pemakaian kWh” digunakan untuk mengetahui daya keseluruhan yang sudah terpakai pada stop kontak sejak stop kontak dihidupkan. Ketika
menu Info Pemakaian kWh diterima datanya, maka mikrokontroler akan
mengirimkan data daya yang terpakai ke android smartphone melalui bluetooth.
Berikut adalah diagram alir program mikrokontroler pada sistem yang dibuat.
Gambar 3.9. Diagram Alir Perancangan Perangkat Lunak
3.4.2. Aplikasi User Interface Android Smartphone
Stop kontak ini dikendalikan oleh android smartphone melalui media
bluetooth. Aplikasi user interface ini merupakan aplikasi android. User interface
ini digunakan untuk menampilkan dan memilih menu yang ada, serta untuk
menampilkan data yang dikirimkan dari stop kontak melalui bluetooth.Berikut
adalah diagram alir program mikrokontroler pada sistem yang dibuat.
Gambar 3.10. Diagram Alir Perancangan Perangkat Lunak pada
Program user interface aplikasi android smartphone ini dibuat dengan
menggunakan program Cordova. User interface dimulai dari pairing bluetooth
pada stop kontak dengan bluetooth pada android.
Gambar 3.11. User interface Pairing Antar Bluetooth
Setelah tampilan list bluetooth muncul, maka user akan memilih
bluetooth pada stop kontak. Kemudian setelah koneksi berhasil maka akan
Gambar 3.12. User interface Menu “ON/OFF”
Pada menu ON/OFF terdapat 5 list port yaitu port 1, port 2, port 3, port
4, dan port 5 beserta slider switch tiap portnya. Ketika salah satu slider switch
port tertentu diaktifkan ataupun dinonaktifkan maka android akan mengirimkan
data ke stop kontak melalui media bluetooth. Ketika slider switch berwarna biru
menandakan bahwa port tersebut aktif, sedangkan jika slider switch berwarna
abu-abu menandakan bahwa port tersebut tidak aktif. Ketika port pada stop
kontak sudah menyala, maka pemberitahuan akan dikirimkan dari stop kontak
ke android yang nantinya akan ditampilkan pada aplikasi android.
Selain menu ON/OFF, yang kedua adalah menu Timer, berikut adalah
Gambar 3.13. User interface Menu “Timer”
Pada menu Timer, hampir sama dengan menu ON/OFF dengan nama
port dan slider switch tiap port nya. Pada menu Timer ini terdapat kolom
inputan untuk memasukkan data waktu dengan jangkauan dari jam, menit, dan
detik untuk nantinya dikirimkan ke stop kontak. Slider switch pada menu Timer
akan mengirimkan data ke stop kontak melalui bluetooth dan berwarna biru
ketika diaktifkan, dan berwarna abu-abu jika dinonaktifkan. Pemberitahuan
Gambar 3.14. User interface Menu “Scheduling”
Pada menu Scheduling, terdapat kolom Date, ketika kolom tersebut
ditekan maka akan menampilkan tanggal yang dipilih, dengan minimal
jangkauan tanggal adalah hari yang sama ketika aplikasi tersebut digunakan
hingga waktu yang tak terbatas. Juga terdapat kolom jam, menit, dan detik untuk
pewaktuan juga.
Pada menu Scheduling, setiap portnya memiliki 2 slider switch dimana
salah satu slider switch nya untuk menyalakan port dan slider switch satunya
untuk mematikan port. Setiap slider switch pada sebuah port memiliki
pewaktuan yang berbeda-beda yang dapat diaturkan.
Menu yang terakhir adalah Info Pemakaian, dimana info ini akan
menampilkan jumlah keseluruhan daya yang telah terpakai sejak stop kontak
Gambar 3.15. User interface Menu “Info Pemakaian kWh”
Pada menu Info Pemakaian terdapat 3 tombol. Tombol pertama yaitu Get
kWh ketika ditekan akan menampilkan energi total yang telah terpakai pada stop
kontak. Berbeda dengan tombol Get log kWh, ketika ditekan maka user
interface akan menampilkan energi total yang telah terpakai pada stop kontak
secara berkelanjutan. Nilai total energi akan terbaharui setiap detiknya dan akan
ditampilkan pada menu ini. Tombol Stop log digunakan untuk menghentikan
