PENERAPAN KONSEP INTERNET OF THINGS (IoT) SEBAGAI MONITORING TEGANGAN
DAN ARUS PADA MOTOR INDUKSI 1 PHASE
Heru Susanto1, Amir Hamzah2
1Sekolah Tinggi Teknologi Kedirgantaraan, 2Institut Sains dan Teknologi (IST) Akprind e-mail:1herususanto2013@gmail.com, 2amir@akprind.ac.id
ABSTRACT
The implementation of technology based on the Internet of Things (IoT) is widely used now and one of them is to monitor a voltage and current on the performance of 1 phase induction motor. Monitoring can be done in real time wherever and whenever using a PC, laptop, and smartphone as long as it is connected to the internet network. This research aims to design, describe the way it works, and implement a voltage and current monitoring system on a 1 phase induction motor using the concept of Internet of Things (IoT). The system is designed using an AC voltage sensor and AC current sensor which is connected to an analog multiplexer using CD4051 whose the output from this multiplexer will be connected to an analog I/O on the NodeMCU which is equipped with ESP8266 as an IoT module. AC voltage and current data will be processed by NodeMCU which will then be displayed on a 2x16 LCD and also published to a Thingspeak that can be stored and downloaded in CSV format. The results of this research has indicated that the design, way of working, and implementation of the monitoring system of voltage and current in a 1 phase induction motor using the IoT concept has been able to display results that are able to display the corresponding voltage and current data between those displayed on the LCD and also published on Thingspeak in real time. The test results show that there is a difference of 5% of the voltage data from the voltmeter with the LCD display and also there is a difference of 16% of the AC amperemeter current data with the LCD display. There is no difference between the voltage and current data displayed on the LCD and Thingspeak even though there is a gap between the time to display data on the LCD and Thingspeak.
Keywords : Internet of Things, Multiplexer, NodeMCU , Current Sensor ACS712, Thingspeak INTISARI
Implementasi teknologi berbasis pada Internet of Things (IoT) saat ini sudah banyak digunakan salah-satunya adalah untuk memantau atau monitoring besarnya tegangan dan arus listrik pada kinerja motor induksi 1 phase. Pemantauan dapat dilakukan secara real time dimanapun dan kapanpun menggunakan perangkat PC, laptop, dan smartphone selama terhubung dengan jaringan internet. Penelitian ini bertujuan untuk melakukan rancang-bangun, mendeskripsikan cara kerja, dan mengimplementasikan sistem monitoring tegangan dan arus pada motor induksi 1 phase menggunakan konsep Internet of Things (IoT). Sistem dirancang menggunakan sensor tegangan AC dan arus AC yang dihubungkan ke sebuah multiplexer analog berupa IC CD4051 yang keluarannya akan dihubungkan ke I/O analog pada NodeMCU yang dilengkapi dengan ESP8266 sebagai modul IoT. Data arus dan tegangan AC akan diolah oleh NodeMCU yang selanjutnya akan di tampilkan pada sebuah LCD 2x16 dan juga di publikasi ke sebuah broker Thingspeak agar dapat disimpan dan di unduh dalam format CSV. Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa desain, cara kerja, dan implementasi dari sistem monitoring tegangan dan arus pada motor induksi 1 phase menggunakan konsep IoT sudah mampu untuk menampilkan hasil yang mampu untuk menampilkan data tegangan dan arus yang sesuai antara yang tampil pada LCD dan juga yang terpublikasi pada Thingspeak secara real time. Hasil pengujian menunjukkan bahwa terdapat selisih sebesar 5% data tegangan dari voltmeter dengan tampilan LCD dan selisih sebesar 16% data arus amperemeter AC dengan tampilan LCD. Tidak terdapat perbedaan antara data tegangan dan arus yang tampil pada LCD dan Thingspeak meskipun terdapat jeda waktu antara untuk menampilkan data pada LCD dan
Thingspeak.
Kata kunci : Internet of Things, Multiplexer, NodeMCU , Sensor Arus ACS712, Thingspeak 1. PENDAHULUAN
Pemantauan tegangan dan arus pada motor listrik perlu dilakukan secara terus-menerus (real time) agar kinerja motor tetap berjalan dengan baik dan dapat diketahui secara lebih dini jika terjadi ganguan pada motor tersebut. Hasil dari pemantauan arus dan tegangan secara real time ini dapat dijadikan sebagai bahan analisis
apakah motor listrik mengalami gangguan atau tidak sehingga penanganan dapat dilakukan secepatnya jika terjadi gangguan [1].
Pemantauan tegangan dan arus motor listrik di industri biasanya masih dilakukan secara manual oleh pekerja yang ditugaskan untuk mencatat tegangan dan arus setiap periode tertentu (biasanya 1 jam sekali). Pekerja yang bertugas untuk melakukan pemantauan ini akan mendatangi alat pengukur tegangan dan arus dan mencatat besarnya tegangan dan arus yang sedang terukur saat itu dan mencatatnya kembali setelah periode berikutnya. Pekerjaan seperti ini tentu akan memiliki resiko terhadap kesalahan akibat faktor human error, sehingga menjadi tidak efektif. Diperlukan cara alternatif untuk memudahkan pekerjaan pemantauan arus dan tegangan motor listrik yang lebih mudah dan efektif dengan meminimalkan terjadinya kesalahan yaitu dengan menggunakan konsep
internet of thing (IoT).
Internet of Things (IoT) adalah sebuah jaringan yang digunakan untuk mewujudkan interkoneksi antara
suatu obyek dengan layanan WEB. Penggunaan aplikasi IoT saat ini telah merambah berbagai ranah seperti WSN, RFID, GPS dan lainnya yang secara keseluruhan bertujuan untuk membuat pekerjaan akan lebih efisien dan lebih mudah [2].
Pemanfaatan konsep IoT telah dilakukan dengan berbagai penelitian yang menjangkau berbagai macam bidang kehidupan diantaranya adalah untuk power management system [3], greenhouse agricultural [4], sistem pemantauan [5], smart home [6], dan sistem pemandu robot [7].
Penelitian ini akan melakukan pemanfaatan konsep IoT pada sistem monitoring tegangan dan arus pada motor listrik induksi 1 phase dengan menghubungkan perangkat keras seperti sensor arus ACS712, sensor tegangan AC, Multiplexer analog berupa IC CD4051, modul NodeMCU yang dilengkapi dengan ESP8266 untuk
IoT, jaringan intenet, dan WEB service. Sensor arus dan tegangan digunakan untuk melakukan deteksi
(pengukuran) arus dan tegangan pada motor listrik induksi 1 phase yang selanjutnya akan dioleh menjadi data arus, tegangan, dan daya pengukuran secara real time oleh pemroses berupa NodeMCU. Penggunaan NodeMCU memudahkan untuk akses data ke internet karena pada modul ini disamping sudah memiliki MCU juga sudah dilengkapi adanya WiFi shield berupa ESP8266. Salah satu kekurangan yang dimiliki oleh modul NodeMCU adalah hanya memiliki satu buah I/O analog sehingga membutuhkan ekspansi I/O analog jika digunakan lebih dari satu masukan analog seperti pada pengukuran arus dan tegangan dalam penelitian ini.
Ekspansi masukan analog pada penelitian ini dilakukan dengan menambahkan IC multiplexer analog dengan seri CD4051 yang memiliki 8 masukan. Dua masukan dari CD4051 ini berasal dari sensor arus dan tegangan dan keluaran dari IC ini selanjutnya di hubungkan ke masukan I/O analog (A0) modul NodeMCU untuk mengolah data tegangan dan arus AC.
WEB server yang dipakai untuk mengakses data tersebut adalah Thingspeak yang memiliki kemudahan
dalam menampilkan data pemantauan dan hasilkan juga mudah untuk di unduh dalam format CSV. Pengaturan perekaman data ini dapat dilakukan dengan pengaturan periode tertentu secara real time yang dilakukan berdasarkan pemrograman yang dibuat. Akhirnya data ini dapat diakses kapanpun dan di manapun baik menggunakan PC, laptop, dan juga menggunakan smartphone selama terakses dengan internet.
Penelitian ini dilakukan untuk melakukan desain dan implementasi pemantauan tegangan dan arus motor listrik dengan konsep IoT sebagai alternatif untuk memudahkan pekerjaan pemantaun tegangan dan arus secara real time yang dapat diakses kapanpun dan dimanapun sehingga akan membantu dalam perawatan motor listrik khususnya motor induksi 1 phase yang banyak digunakan di industri di samping itu juga dapat digunakan sebagai modul prototipe pembelajaran khususnya dunia teknologi informasi dan komunikasi.
2. METODE PENELITIAN A. Desain Hardware
Rancangan arsitektur sistem dalam penelitian desain dan impelentasi monitoring tegangan dan arus motor induksi 1 phase menggunakan konsep Internet of Things dapat digambarkan secara blok diagram sebagai berikut.
Gambar 1. Arsitektur Sistem Monitoring Arus dan Tegangan Motor DC Menggunakan Konsep IoT
Multiplexer berupa IC CD4051 pada I/O 1 dan 2 akan menerima masukan dari sensor arus
ACS712 dan sensor tegangan AC berupa data analog dari pembacaan arus dan tegangan motor induksi 1 phase. Keluaran dari multiplexer ini selanjutnya akan dihubungkan ke NodeMCU melalui pin I/O analog (A0) untuk diolah menjadi data digital yang menghasilkan keluaran berupa data tegangan dan
arus AC. Hasil data dari NodeMCU ini akan ditampilkan pada penampil LCD 2x16 dan di publikasikan
internet server melalui ESP8266 sebagai IoT nya.
Data pada LCD akan ditampilkan berupa nilai dari tegangan AC yang terbaca dan Arus AC yang berasal dari motor induksi 1 phase. Data ke IoT akan terhubung ke server Web service Thingspeak dengan data berupa besarnya tegangan dan arus AC seperti yang terdapat pada LCD 2x16 sebagai monitor.
Gambar 2. Rancangan Hardware Monitoring Tegangan dan Arus Motor Induksi 1 Phase dengan Menggunakan Konsep IoT
Sensor tegangan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sensor tegangan AC AC ZMPT101 dengan kemampuan untuk membaca besarnya tegangan maksimum 250 VAC. Sensor ini memiliki dua buah pin input untuk sumber tegangan AC yang akan diukur tanpa perlu memperhatikan polaritasnya. Pemasangannya adalah secara parallel terhadap tegangan yang akan diukur dari tegangan motor induksi 1 phase. Empat buah pinout juga terdapat pada sensor tegangan AC ZMPT101 yang terdiri dari pin untuk keluaran pengukuran, tegangan VCC +5 VDC dan dua buah pin ground.
Sensor tegangan ZMPT101 memiliki range pembacaan mulai dari 0 sampai 1024 pada tegangan VCC +5VDC. Tegangan output dapat ditentukan dengan persamaan rumus sebagai berikut.
Sensor arus ACS712 adalah sensor arus yang dapat digunakan untuk mengukur besarnya arus DC dan AC. Input sensor ini dipasang secara seri terhadap beban berupa motor DC dengan daya kecil. Sedangkan output dari sensor ini adalah keluaran tegangan analog yang berkisar antara 0 sampai 5 volt yang dihubungkan ke variable resistor untuk melakukan kalibrasi terhadap keluaran arus yang diinginkan sebelum masuk ke IC multiplexer CD4051. Catu daya +5 volt dan ground digunakan sebagai sumber energi pada sensor ACS712 agar dapat bekerja secara normal.
Sensor arus ACS712 yang terdapat di pasaran memiliki kemampuan untuk membaca arus mulai dari 5A, 10A, dan 30A. Penelitian ini menggunakan sensor arus ACS712 dengan maksimum pembacaan arus maksimum 5A untuk membaca arus dari motor induksi dengan daya lebih dari 1A. Sesuai dengan spesifikasi sensor ACS712 bahwa sensitifitas keluaran dari sensor ini adalah 66-185 mV/A yang artinya setiap kenaikan 1A arus yang terbaca maka pada keluarannya akan mengalami kenaikan tegangan sebesar 66-185 mV atau 0,066-0,185 Volt. Spesifikasi lain yang dimiliki oleh sensor ACS712 dengan arus maksimum 5A adalah kemampuannya untuk mengukur arus negatif dan positif dari -5A dampai +5A sehingga nilai 0 ampere keluaran dari sensor ini perlu di seting pada tegangan keluaran 2,5 Volt.
Sensor arus ACS712 memiliki range pembacaan mulai dari 0 – 1024 dengan pada tegangan 5 volt. Sensitifitas keluaran 185 mV untuk setiap kenaikan 1A, dengan AC offset 2500 mV mengingat hanya digunakan untuk mengukur arus positif dan negatif, sehingga besarnya arus yang diukur dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut [14].
IC Multiplexer analog yang digunakan pada perancangan ini adalah IC CD4051 yang dapat digunakan untuk memilih keluaran dari beberapa masukan sesuai yang digunakan. Multiplexer digunakan dalam perancangan ini karena pada NodeMCU hanya memiliki satu buah I/O analog yaitu A0 sehingga perlu ekspansi masukan dan keluaran analog ini menggunakan multiplexer analog.
Sumber tegangan IC CD4051 adalah +5 volt yang terdapat pada pin 16 dan ground pada pin 8. Masukan sensor tegangan AC ZMPT101 dihubungkan pada pin 14 dan masukan sensor arus ACS712 dihubungkan pada pin 13. Kendali keluaran dari dua masukan pada IC ini dilakukan dengan menghubungkan pin 11 ke D0 NodeMCU sedangkan pin 9 dan 10 dihubungkan ke ground. Terakhir adalah pin Inhibit dan VSS dihubungkan ke catu ground.
B. Desain Software
Software yang digunakan dalam pembuatan program C++ adalah IDE Arduino yang
merupakan freeware yang dapat diunduh secara gratis melalui situs resmi Arduino. Flowchat atau diagram alir untuk perancangan software untuk sistem pemantau arus dan tegangan pada motor DC berbasis internet of things tampak seperti pada Gambar 3.
Perancangan program untuk monitoring tegangan dan arus motor induksi 1 phase menggunakan IoT dimulai dengan melakukan konfigurasi keluaran sistem atau yang dikenal dengan konfigurasi pinout, selanjutnya dilakukan inisialisasi variabel untuk perangkat keras maupun perangkat lunak. Inisialisasi ini meliputi inisialisasi untuk membaca arus dan tegangan DC, kendali multiplexer IC CD4051, penampil LCD melalui i2C, dan inisialisasi terhadap perangkat IoT dengan menggunakan MQTT Client Thingspeak.
Gambar 3. Diagram Alir Program Monitoring Tegangan dan Arus Berbasis IoT
Langkah berikutnya adalah melakukan koneksi ke Access Point setelah perangkat semuanya siap. Kegunaan dari koneksi access point ini adalah untuk melakukan komunikasi berupa pengiriman data menggunakan MQTT client. Apabila komunikasi dengan MQTT belum tersambung, maka sistem secara otomatis akan melakukan penghubungan kembali dengan MQTT sampai kondisi terjadi komunikasi. Apabila komunikasi antara perangkat dengan MQTT client dan broker sudah siap maka sistem akan melakukan pembacaan terhadap sensor arus dan selanjutnya dihitung besarnya arus yang dihasilkan. Pembacaan sensor tegangan selanjutnya dilakukan setelah pembacaan perhitungan arus yang dihasilkan selanjutnya hasil dari sensor tegangan dihitung besarnya tegangan yang dihasilkan.
Sistem berikutnya akan menampilkan besarnya tegangan dan arus yang dimonitor pada motor induksi 1 phase pada LCD 2 x 16 setelah dikirm melalui i2C LCD module. Data tegangan dan arus juga
akan di publikasikan ke MQTT client dan broker berupa Thingspeak. Berikut contoh-contoh program pada perancangan software.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Realisasi Alat Monitoring Tegangan dan Arus Motor Induksi 1 Phase dengan IoT
Realisasi dari desain alat untuk monitoring tegangan dan arus motor induksi 1 phase menggunakan konsep Internet of Things (IoT) terlihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Realisasi alat monitoring tegangan dan arus motor induksi 1 phase dengan IoT
Terdapat beberapa komponen utama yang digunakan dalam realisasi alat pemantau tegangan dan arus ini yaitu sensor, multiplexer, pengolah data, penampil, IoT, dan power supply. Sensor yang digunakan dalam sistem ini adalah sensor arus AC yaitu ACS172 yang dipasang secara seri terhadap beban motor. Sensor tegangan AC menggunakan modul HMPT101 yang dipasang secara parallel terhadap motor. Multiplexer analog digunakan IC CD4051 dan pengolah data menggunakan NodeMCU yang dilengkapi dengan ESP8266. Penampil LCD menggunakan LCD 16x2 yang dilengkapi dengan modul I2C.
3.2 Hasil Pengujian Sensor Arus dan Tegangan
Hasil dari pengujian tegangan menggunakan alat ukur voltmeter dan tampilan pada publikasi Thingspeak adalah sesuai dengan Tabel 1 berikut ini.
Tabel 1. Perbedaan hasil pengujian menggunakan multimeter dengan tampilan Thingspeak.
Pengujian tegangan motor induksi menggunakan multimeter dan sensor tegangan yang dipublikasikan pada Thingspeak mendapatkan selisih sebesar 9,5 volt atau sebesar 5%.
Hasil dari pengujian arus menggunakan alat ukur amperemeter dan tampilan pada publikasi Thingspeak adalah sesuai dengan Tabel 2 berikut ini.
Pengujian arus motor induksi menggunakan amperemeter dan sensor arus yang dipublikasikan pada Thingspeak mendapatkan selisih sebesar 151 mA atau 16%.
Gambar 5. Hasil pengujian tegangan pada Thingspeak
Gambar 6. Hasil pengujian arus pada Thingspeak 4. KESIMPULAN
Perancangan atau desain alat telah direalisasikan menjadi alat untuk monitoring tegangan dan arus pada motor induksi 1 phase menggunakan konsep IoT dengan memanfaatkan komponen utama yaitu sensor tegangan AC ZMPT101, sensor arus ACS712, multiplexer IC CD4051, pengolah data NodeMCU yang dilengkapi modul
IoT berupa ESP8266, penampil data I2C dan LCD 2x16, dan unit power supply +3,3VDC dan +5VDC. Alat monitoring tegangan dan arus ini telah diimplemntasikan untuk melakukan pengukuran tegangan dan arus pada
motor induksi 1 phase dengan interval waktu tertentu. Pengujian dilakukan dengan membandingkan hasil pembacaan tegangan dan arus menggunakan alat ukur multimeter dan amperemeter AC dengan hasil pembacaan yang dihasilkan oleh alat baik yang tampil pada LCD dan yang tersimpan pada Thingspeak. Hasil pengujian tegangan motor induksi menunjukkan bahwa terdapat selisih antara alat ukur dengan tampilan LCD maupun data tersimpan pada Thingspeak sebesar 5%, sedangkan tidak terdapat perbedaan antara hasil yang ditampilkan pada LCD dengan data pada Thingspeak. Hasil pengujian arus motor induksi menunjukkan bahwa terdapat selisih antara alat ukur dengan tampilan LCD maupun data tersimpan pada Thingspeak sebesar 16%, sedangkan tidak terdapat perbedaan antara hasil yang ditampilkan pada LCD dengan data pada Thingspeak, meskipun pada Thingspeak data ditampilkan lebih lambat dari data yang ditampilkan pada LCD.
UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih kami sampaikan kepada kampus Sekolah Tinggi Teknologi Kedirgantraan (STTKD) Yogyakarta yang telah memberikan kemudahan dalam penggunaan laboratorium untuk penelitian ini, dan juga kepada pihak kopertis Yogyakarta dan Dikti yang telah mendukung dalam pembiayaan penelitian ini. DAFTAR PUSTAKA
[1] A. Setiawani, “Rancang Bangun Sistem Monitoring Arus dan Tegangan Multichannel Motor Induksi Tiga Fasa Menggunakan Mikrokontroler ATmega8535,” Jur. Tek. Elektro Univ. Mercu Buana, Jakarta Barat Indones. [2] X. Wang and J. Liu, “Design and Implementation for Ambulance Route Search Based on the Internet of
Things,” 2011 Third Int. Conf. Commun. Mob. Comput., pp. 523–526, 2011.
[3] C. H. Lee and Y. H. Lai, “Design and implementation of a universal smart energy management gateway based on the Internet of Things platform,” 2016 IEEE Int. Conf. Consum. Electron. ICCE 2016, no. 1, pp. 67–68, 2016.
[4] T. Guo and W. Zhong, “Design and implementation of the span greenhouse agriculture Internet of Things system,” Fluid Power Mechatronics (FPM), 2015 Int. Conf., pp. 398–401, 2015.
[5] F. Lao and G. X. Li, “The Design and Implementation of Crop Growing Environment Monitoring System Based on the Internet of Things,” Adv. Mater. Res., vol. 912–914, pp. 1440–1443, 2014.
[6] M. Soliman, T. Abiodun, T. Hamouda, J. Zhou, and C. H. Lung, “Smart Home: Integrating Internet of Things with Web Services and Cloud Computing,” 2013 IEEE 5th Int. Conf. Cloud Comput. Technol. Sci., vol. 2, pp. 317–320, 2013.
[7] a Kumar, a Mishra, and P. Makula, “Smart Robotic Assistant,” … ), 2015 Ieee, pp. 2–5, 2015.
[8] A. Kurniawan, D. Syauqy, and B. H. Prasetio, “Pengembangan Sistem Monitoring Listrik Pada Ruangan Menggunakan NodeMCU dan MQTT,” J. Pengemb. Teknol. Inf. dan Ilmu Komputer, Fak. Ilmu Komput. Univ.
Brawijaya, vol. 1, no. 6, pp. 486–491, 2017.
[9] Wikipedia, “Sensor Arus,” Wikipedia Indonesia. p. https://id.wikipedia.org/wiki/Sensor_arus, 2014. [10] Allegro, “ACS712 Datasheet,” 2007, pp. 1–14.
[11] Sensors, “What are Voltage Sensors?,” p. http://what–is–a–sensor.com/what–are–voltage–senso.
[12] M. Robith, “Prinsip Kerja Motor Induksi 1 Fasa,” 2015. [Online]. Available: http://www.insinyoer.com/prinsip-kerja-motor-induksi-1-fasa/. [Accessed: 04-Oct-2017].
[13] Kurniawan, PURWA RUPA IoT (Internet of Things) KENDALI LAMPU GEDUNG (Studi Kasus pada
Gedung Perpustakaan Universitas Lampung). Lampung Indonesia: UNIVERSITAS LAMPUNG BANDAR
LAMPUNG, 2016.
[14] Henry, “The ACS712 Current Sensor with an Arduino.” [Online]. Available: http://henrysbench.capnfatz.com/henrys-bench/arduino-current-measurements/the-acs712-current-sensor-wit h-an-arduino/. [Accessed: 02-Oct-2017].
[15] A. Kece, “Cara mengakses sensor tegangan 220v ZMPT101B,” 2017. [Online]. Available: https://www.nyebarilmu.com/cara-mengakses-sensor-tegangan-220v-zmpt101b/. [Accessed: 04-Oct-2017].
