ARDUINO UNO
SKRIPSI
OKTAVIANO ORLANDO S 130801078
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2020
ARDUINO UNO
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
OKTAVIANO ORLANDO S 130801078
PROGRAM STUDI S-1 FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2020
PERNYATAAN
PERANCANGAN SISTEM MONITORING PARAMETER LISTRIK MENGGUNAKAN WEB BROWSER BERBASIS
ARDUINO UNO
SKRIPSI
Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, 20 Februari 2020
Oktaviano Orlando S 130801078
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Yesus Kristus atas berkat dan kasih setianya yang selalu menyertai dan memberi kemudahan sehingga saya dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini yang berjudul “Perancangan Sistem Monitoring Parameter Listrik Menggunakan Web Browser Berbasis Arduino Uno” dengan baik dan lancar.
Penulis menyadari bahwa tanpa bimbingan, bantuan, dorongan, dan doa dari berbagai pihak, skripsi ini tidak akan dapat diselesaikan tepat pada waktunya. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Kedua orang tua yaitu bapak S. Simanjuntak dan ibu R. Hutapea yang telah memberikan dukungan moril dan material serta dorongan semangat, kasih sayang, dan doa yang tulus.
2. Bapak Dr. Kerista sebayang, M.S selaku dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara (FMIPA-USU)
3. Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS., selaku ketua Departemen dan bapak Awan Maghfirah, S.Si, M.Si., selaku sekretaris Departemen Fisika S1 Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara (FMIPA-USU)
4. Bapak Drs. Takdir Tamba selaku dosen pembimbing utama yang telah meluangkan waktunya, memberikan saran, arahan, petunjuk, motivasi dan semangat dalam penulisan skripsi ini.
5. Bapak Ferdinan Sinuhaji, dan Awan Maghfirah selaku ketua dan sekretaris Departemen Fisika, serta seluruh staf pengajar dan pegawai Departemen Fisika yang selalu memperhatikan penulis terutama dalam proses perkuliahan di Departemen Fisika FMIPA USU.
6. Terkhusus kepada saudara dan saudari penulis, Jonni Simanjuntak, Trianita Simnajuntak, Lionni Simanjuntak, Rianty Simanjuntak, Ida Simanjuntak, dan Yulisah Simanjuntak yang telah memberikan semangat dan doa.
7. Teman-teman seperjuangan Fisika 2013, Adi, Williams, Eko, Juarsan, Riza, Kumara, Henri serta teman-teman yang lain yang tidak bisa disebutkan namanya satu persatu yang telah menemani suka duka selama perkuliahan.
8. Lenny Samosir atas segala dukungan doa, bantuan, kesabaran dan semangat serta waktu yang diberikan terkhusus pembuatan skripsi kepada penulis serta membuat penulisan skripsi ini lebih bewarna.
Demikianlah yang dapat penulis sampaikan. Penulis menyadari bahwa penulisan ini masih jauh dari kesempurnaan. Maka dari itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun untuk memyempurnakan skripsi ini.Semoga dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca.
Medan, 20 Februari 2020
Oktaviano Orlando Simanjuntak Nim: 130801078
PERANCANGAN SISTEM MONITORING PARAMETER LISTRIK MENGGUNAKAN WEB BROWSER BERBASIS
ARDUINO UNO
ABSTRAK
Telah dirancangkan suatu alat sebagai alat pendeteksi parameter listrik menggunakan web browser berbasis arduino uno. Input sistem adalah parameter dasar listrik yaitu arus dan tegangan beban. Arus dan tegangan dibaca oleh sensor arus dan sensor tegangan, dalam hal ini sensor ACS712 sebagai sensor arus dan transformator step- down sebagai sensor tegangan. Kedua parameter diubah menjadi data digital oleh arduino uno.
Data arus dan tegangan dikalibrasi menjadi nilai sebenarnya oleh program.
Setelah diperoleh nilai tegangan dan arus sebenarnya maka dapat dicari daya beban yaitu dengan mengalikan kedua nilai tersebut. Sistem dilengkapi dengan modul TCP/IP yang berfungsi memancarkan data ke jaringan internet. Dengan modul ini rangkaian dihubungkan pada jaringan LAN melalui soket RJ45. Alamat IP yang diatur pada program digunakan user untuk mengakses sistem dan dapat dilakukan melalui browser internet explorer atau chrome.
Kata kunci: Arduino Uno, ACS712, Ethernet Shield, Web Browser, Komputer
DESIGN OF ELECTRIC PARAMETER MONITORING SYSTEM USING ARDUINO UNO-BASED WEB BROWSER
ABSTRACT
An instrument has been designed as a tool to detect electrical parameters using an arduino uno-based web browser. The system input is the basic parameter of electricity which is the load current and voltage. Current and voltage are read by current sensors and voltage sensors, in this case the ACS712 sensor as a current sensor and step-down transformer as a voltage sensor. Both parameters are converted into digital data by Arduino Uno.
Current and voltage data are calibrated to the actual value by the program. After the actual voltage and current values are obtained, the load power can be searched by multiplying the two values. The system is equipped with a TCP / IP module that functions to transmit data to the internet network. With this module the circuit is connected to the LAN network via an RJ45 socket. The IP address set on the program is used by the user to access the system and can be done through an internet explorer or chrome browser.
Keywords: Arduino Uno, ACS712, Ehernet Shield, Web Browser, Personal Computer
DAFTAR ISI
Halaman
PENGESAHAN i
PERNYATAAN ii
PENGHARGAAN iii
ABSTRAK v
ABSTRACT vi
DAFTAR ISI vii
DAFTAR TABEL ix
DAFTAR GAMBAR x
DAFTAR LAMPIRAN xii
BAB I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Rumusan Masalah 2
1.3 Batasan Masalah 2
1.4 Tujuan Penelitian 2
1.5 Manfaat Penelitian 3
1.6 Sistematika Penulisan 3
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Teori Umum 5
2.1.1 Jenis-Jenis Arus 6
2.2 Arduino Uno 7
2.2.1 Daya 9
2.2.2 Memori 9
2.2.3 Input dan Output 9
2.2.4 Komunikasi 10
2.3 Ethernet Shield 11
2.4 Tegangan 13
2.5 Sensor Arus 13
2.5.1 Macam-macam Sensor Arus 13
2.6 Sensor Tegangan 16
2.7 Transformator 18
2.8 TCP/IP 19
2.9 Modem 20
2.10 Internet 22
BAB III. METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Blok 23
3.2 Rancangan Pengendali Sistem 24
3.3 Rancangan Keseluruhan 26
3.4 Diagram Alir 28
3.5 Listing Program 30
BAB IV. PENGUJIAN ALAT DAN PROGRAM
4.1 Pengujian Tegangan pada Sistem 37
4.1.1 Pengujian Kontroler Atmega 328 38
4.1.2 Pengujian Sensor Tegangan 39
4.1.3 Pengujian Sensor Arus 40
4.2 Pengujian Catu Daya Sistem 42
4.3 Analisa Penggunaan Energi Listrik dalam Satuan KWH 42
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 47
5.2 Saran 48
DAFTAR PUSTAKA 49
LAMPIRAN 50
DAFTAR TABEL
Nomor Judul
Tabel Halaman
4.1 Data tegangan hasil pengukuran pada pin mikrokontroler
ATmega 328 38
4.2 Pengukuran Sensor 39
4.3 Data pengukuran sensor arus CT 41
4.4 Data pengukuran Catu Daya 42
4.5 Pengukuran KWH Meter Analog 43
4.6 Pengukuran KWH Meter Digital 44
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
Gambar
2.1 Arduino Uno 8
2.2 Ethernet Shield 12
2.3 Sensor Arus ACS712 tidak stabil tidak linear 14
2.4 Rangkaian CT current sensor 15
2.5 Sensor CT current cincin 16
2.6 Modul Sensor tegangan 16
2.7 Bentuk rangkaian sensor tegangan untuk mengukur
tegangan beban pada panel surya 17
2.8 Skema Transformator 18
2.9 Modem internal 56kbps PCI slot modem 21
3.1 Diagram Blok Sistem 23
3.2 Rancangan Sensor Arus 24
3.3 Skematik Sensor Tegangan 25
3.4 Skmatik Arduino Uno 25
3.5 Rancangan TCP/IP 26
3.6 Rancangan Keseluruhan 27
3.7 Diagram Alir Sistem 29
4.1 Capture foto rangkaian real KWH meter digital berbasis web 37 4.2 Perbandingan Tegangan KWH Meter Analog dan
KWH Meter Digital 44
4.3 Perbandingan Arus KWH Meter Analog dan
KWH Meter Digital 45
4.4 Perbandingan Daya KWH Meter Analog dan
KWH Meter Digital 45
4.5 Perbandingan Energi KWH Meter Analog dan
KWH Meter Digital 45
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul
Lamp. Halaman
1. Gambar Pengujian 48
2. Rangkaian Lengkap 49
3. Listing Program 51
4. Pengukuran KWH Meter 58
5. Perhitungan Nilai data ADC 57
6. Nilai konstanta kalibrasi 58
7. Datasheet ACS712 59
8. Datasheet ATmega 328 71
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
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. Maka dari itu perlu ada sebuah terobosan baru untuk menemukan sebuah cara dalam penghematan energi yang efektif dan efisien 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)” yang bertujuan untuk menghemat energi pada penggunaan lampu suatu ruangan.
Pada penelitian ini akan dibahas suatu metode 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. Perancangan dan pembuatan application programming interface server berfungsi sebagai jembatan antara aplikasi dan arduino pada jaringan komputer 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 ”Perancangan Sistem Monitoring Parameter Listrik Menggunakan Web Browser Berbasis Arduino Uno”
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang sebelumnya, maka penulis merumuskan beberapa hal yang menjadi masalah dalam penelitian ini, yaitu:
1. Bagaimana merancang sebuah sistem monitoring parameter listrik berbasis web.
2. Bagaimana membuat agar rangkaian dapat membaca parameter listrik menggunakan sensor.
3. Bagaimana merancang perangkat lunak aplikasi dengan bahasa C untuk menjalankan sistem.
1.3 Batasan Masalah
Untuk mendapatkan suatu hasil penelitian dari permasalahan yang ditentukan, maka perlu ada pembatasan masalah penelitian.
1. Membuat rancang bangun monitoring terbatas pada jaringan local berupa LAN dan WiFi.
2. Rancang bangun menggunakan modul tcp/ip untuk akses jaringan internet.
3. Rancangan menggunakan modul arduino uno sebagai pengolah data sensor dan interaksi dengan internet sebagai sebuah sistem monitoring.
1.4 Tujuan Penelitian
1. Untuk mengetahui port-port ATmega bekerja dengan baik atau tidak.
2. Untuk mengetahui proses kalibrasi data pada sensor
3. Untuk merakit rangkaian elektronik dengan sensor, kontroler dan interface.
4. Untuk mengetahui kelebihan atau keuntungan menggumakan komponen elektronika digital sebagai pembaca KWH
5. Untuk mengetahui energi pada KWH meter Digital dan Analog selama 10 jam dengan menggunakan lampu pijar.
6. Untuk persentase error dari kwh meter digital yang dibuat, apakah bekerja dengan baik dengan akurasi yang cukup tinggi atau tidak.
1.5 Manfaat Penelitian
1. Manfaat rancangan adalah dapat monitoring parameter listrik dari semua tempat melalui jaringan internet.
2. Mempermudah analisis parameter listrik secara real time. Misalnya, kapan terjadi drop dan kapan terjadi normal.
1.6 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman skripsi ini, maka penulis membuat sistematika penulisan. Adapun sistematika penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut
BAB 1 PENDAHULUAN
Bab ini mencakup latar belakang penelitian, batasan masalah yang akan diteliti, rumusan masalah, tujuan penelitian, mamfaat penelitian, tempat penelitian, dan sistematika penelitian
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan untuk proses pengambilan data, analisa data serta pembahasannya.
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini membahas tentang perancangan sistem, diagram blog, flowchart (diagram alir), dan perancangan program.
BAB 4 PENGUJIAN SISTEM
Bab ini membahas tentang pengujian dan uji coba aplikasi dari program yang telah dibuat dan pengolahan data dari hasil pengujian.
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dari penelitian yang dilakukan dan memberikan saran untuk kajian penelitian selanjutnya.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Teori Umum
Listrik adalah rangkaian fenomena fisika yang berhubungan dengan kehadiran dan aliran muatan listrik. Listrik menimbulkan berbagai macam efek yang telah umum diketahui, seperti petir, listrik statis, induksi elektromagnetik dan arus listrik. Dengan adanya listrik juga bisa menimbulkan dan menerima radiasi elektromagnetik seperti gelombang radio. Tegangan listik adalah perbedaan potensial listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dan dinyatakan dalam satuan volt.
Besaran ini mengukur energi potensial dari sebuah medan listrik yang mengakibatkan adanya aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik. Arus listrik adalah aliran elektron, tapi elektron tidak langsung melompat dari titik asal arus ke tujuan. Sebaliknya, setiap elektron bergerak jarak pendek ke atom berikutnya, mentransfer energi untuk elektron dalam atom baru, yang melompat ke atom lain, dan seterusnya. Produk elektron individual tidak bergerak cepat, tapi arus itu sendiri bergerak pada kecepatan cahaya. Arus dapat memanas konduktor. Secara mekanik ini menghasilkan cahaya dalam bola lampu dan panas pada kompor listrik.
Berdasarkan perbedaan potensial listriknya, suatu tegangan listrik dapat dikatakan sebagai ekstra rendah, rendah, tinggi atau ekstra tinggi. Secara definisi tegangan listrik menyebabkan obyek bermuatan listrik negatif tertarik dari tempat bertegangan rendah menuju tempat bertegangan lebih tinggi. Sehingga arah arus listrik konvensional di dalam suatu konduktor mengalir dari tegangan tinggi menuju tegangan rendah. Arus listrik merupakan banyaknya muatan listrik yang disebabkan dari pergerakan elektron-elektron, mengalir melalui suatu titik dalam sirkuit listrik tiap satuan waktu. Arus listrik dapat diukur dalam satuan couloumb/detik atau Ampere. Contoh dari arus listrik dalam kehidupan sehari-hari berkisar dari yang sangat lemah dalam satuan mikroAmpere seperti di dalam jaringan tubuh hingga arus yang sangat kuat 1-200 kiloAmpere seperti yang terjadi pada petir. Dalam kebanyakan sirkuit arus searah dapat diasumsikan resistansi terhadap arus listrik
adalah konstan sehingga besar arus yang mengalir dalam sirkuit bergantung pada voltabese dan resistansi sesuai dengan hukum ohm. Hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu komponen elektronik (misalnya resistor ) dengan arus listrik yang melewatinya. Gaya gerak listrik (GGL) adalah besarnya energi listrik yang berubah menjadi energi bukan listrik atau sebaliknya, jika satu satuan muatan melalui sumber itu, atau kerja yang dilakukan sumber arus persatuan muatan. dinyatakan dalam Volt. Muatan listrik adalah muatan dasar yang dimiliki suatu benda, yang membuatnya mengalami gaya pada benda lain yang berdekatan dan juga memiliki muatan listrik. Simbol Q sering digunakan untuk menggambarkan muatan. sistem satuan internasional dari satuan Q adalah coloumb, yang merupakan 6.24 x 1018 muatan dasar. Q adalah sifat dasar yang dimiliki oleh materi baik itu berupa proton (muatan positif) maupun elektron (muatan negatif).
Muatan listrik total suatu atom atau materi ini bisa positif, jika atomnya kekurangan elektron. Sementara atom yang kelebihan elektron akan bermuatan negatif. Besarnya muatan tergantung dari kelebihan atau kekurangan elektron ini, oleh karena itu muatan materi/atom merupakan kelipatan dari satuan Q dasar. Dalam atom yang netral, jumlah proton akan sama dengan jumlah elektron yang mengelilinginya (membentuk muatan total yang netral atau tak bermuatan). Kapasitans adalah ukuran jumlah muatan listrik yang disimpan (atau dipisahkan) untuk sebuah potensial listrik yang telah ditentukan. Bentuk paling umum dari piranti penyimpanan muatan adalah sebuah kapasitor dua lempeng/pelat/keping. Jika muatan di lempeng/pelat/keping adalah +Q dan –Q, dan V adalah tegangan listrik antar lempeng/pelat/keping.
2.1.1 Jenis - Jenis Arus Listrik
a. Arus Searah
Arus searah adalah arus listrik yang hanya mengalir dalam satu arah. Tempat umum untuk menemukan arus searah adalah dalam baterai. Sebuah baterai pertama diisi dengan menggunakan arus searah yang kemudian diubah menjadi energi kimia.
Ketika baterai sedang digunakan, ternyata energi kimia kembali menjadi listrik dalam bentuk arus searah. Baterai perlu arus searah untuk mengisi, dan hanya akan menghasilkan arus searah.
b. Arus bolak-balik
Arus bolak-balik berarti bergantian arah. Arus bolak-balik digunakan untuk produksi dan transportasi listrik. Hal ini karena ketika listrik diproduksi dalam skala besar, misalnya di dalam pembangkit listrik, ia memiliki tegangan tinggi yang berbahaya. Hal ini lebih mudah dan lebih murah untuk menurunkan arus ini ke tegangan yang lebih rendah untuk digunakan di rumah dengan menggunakan arus AC. Namun, ada faktor lain yang turut menentukan pilihan AC sebagai arus pilihan untuk konsumsi domestik. Pada akhir abad ke-19, sebuah perjuangan industri antara Westinghouse Company, yang menggunakan AC, dan General Electric, yang menggunakan DC, berakhir dengan mendukung AC Westinghouse ketika berhasil menyalakan Pameran Dunia menggunakan AC di Chicago tahun 1893. Sejak itu, arus bolak balik umum digunakan di rumah dan disemua jaringan listrik.
2.2 Arduino Uno
Arduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis ATmega328 (datasheet).
Memiliki 14 pin input dari output digital dimana 6 pin input tersebut dapat digunakan sebagai output PWM dan 6 pin input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack power, ICSP header, dan tombol reset. Untuk mendukung mikrokontroler agar dapat digunakan, cukup hanya menghubungkan Board Arduino Uno ke komputer dengan menggunakan kabel USB atau listrik dengan AC yang-ke adaptor-DC atau baterai untuk menjalankannya. Uno berbeda dengan semua board sebelumnya dalam hal koneksi USB-to-serial yaitu menggunakan fitur Atmega8U2 yang diprogram sebagai konverter USB-to-serial berbeda dengan board sebelumnya yang menggunakan chip FTDI driver USB-to-serial.
Gambar 2.1 Arduino Uno
Nama “Uno” berarti satu dalam bahasa Italia, untuk menandai peluncuran Arduino 1.0. Uno dan versi 1.0 akan menjadi versi referensi dari Arduino. Uno adalah yang terbaru dalam serangkaian board USB Arduino, dan sebagai model referensi untuk platform Arduino, untuk perbandingan dengan versi sebelumnya, lihat indeks board Arduino.
Microcontroller ATmega328
Operasi dengan daya 5V Voltage Input Tegangan (disarankan) 7-12V Input Tegangan (batas) 6-20V
Digital I / O Pins 14 (dimana 6 memberikan output PWM)
Analog Input Pin 6
Arus DC per Pin I / O 40 mA Arus DC untuk Pin 3.3V 50 mA DC
Flash Memory 32 KB (ATmega328) yang 0,5 KB digunakan oleh bootloader
SRAM 2 KB (ATmega328)
EEPROM 1 KB (ATmega328)
Clock Speed 16 MHz
2.2.1 Daya
Uno Arduino dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan catu daya eksternal (otomatis). Eksternal (non-USB) daya dapat berasal baik dari AC-ke adaptor-DC atau baterai. Adaptor ini dapat dihubungkan dengan menancapkan plug jack pusat-positif ukuran 2,1 mm konektor POWER. Ujung kepala dari baterai dapat dimasukkan kedalam Gnd dan Vin pin header dari konektor POWER. Kisaran kebutuhan daya yang disarankan untuk board Uno adalah 7 sampai dengan 12 volt, jika diberi daya kurang dari 7 volt kemungkinan pin 5v Uno dapat beroperasi tetapi tidak stabil kemudian jikadiberi daya lebih dari 12V, regulator tegangan bisa panas dan dapat merusak board Uno.
Pin listrik adalah sebagai berikut:
VIN : Tegangan masukan kepada board Arduino ketika itu menggunakan sumber daya eksternal (sebagai pengganti dari 5 volt koneksi USB atau sumber daya lainnya).
5V : Catu daya digunakan untuk daya mikrokontroler dan komponen lainnya.
3v3 : Sebuah pasokan 3,3 volt dihasilkan oleh regulator on-board.
GND : Ground pin.
2.2.2 Memori
ATmega328 memiliki 32 KB (dengan 0,5 KB digunakan untuk bootloader), 2 KB dari SRAM dan 1 KB EEPROM (yang dapat dibaca dan ditulis dengan EEPROM liberary).
2.2.3 Input dan Output
Masing-masing dari 14 pin digital di Uno dapat digunakan sebagai input atau output, dengan menggunakan fungsi pinMode (), digitalWrite (), dan digitalRead (), beroperasi dengan daya 5 volt. Setiap pin dapat memberikan atau menerima maksimum 40 mA dan memiliki internal pull-up resistor (secara default terputus) dari 20-50 kOhms. Selain itu, beberapa pin memiliki fungsi khusus:
Serial: 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan mengirimkan (TX) TTL data serial. Pin ini dihubungkan ke pin yang berkaitan dengan chip Serial ATmega8U2 USB-to-TTL.
Eksternal menyela: 2 dan 3. Pin ini dapat dikonfigurasi untuk memicu interrupt pada nilai yang rendah, dengan batasan tepi naik atau turun, atau perubahan nilai. Lihat (attachInterrupt) fungsi untuk rincian lebih lanjut.
PWM: 3, 5, 6, 9, 10, dan 11. Menyediakan output PWM 8-bit dengan fungsi analogWrite ().
SPI: 10 (SS), 11 (Mosi), 12 (MISO), 13 (SCK). Pin ini mendukung komunikasi SPI menggunakan SPI library.
LED: 13. Ada built-in LED terhubung ke pin digital 13. Ketika pin bernilai nilai HIGH, LED on, ketika pin bernilai LOW, LED off.
Uno memiliki 6 masukan analog, berlabel A0 sampai dengan A5, yang masing- masing menyediakan 10 bit dengan resolusi (yaitu 1024 nilai yang berbeda). Selain itu, beberapa pin memiliki fungsi khusus:
I2C: A4 (SDA) dan A5 (SCL). Dukungan I2C (TWI) komunikasi menggunakan perpustakaan Wire.
Aref. Tegangan referensi (0 sampai 5V saja) untuk input analog. Digunakan dengan fungsi analogReference ().
Reset. Bawa baris ini LOW untuk me-reset mikrokontroler.
Lihat juga mapping pin Arduino dan port ATmega328.
2.2.4 Komunikasi
Uno Arduino memiliki sejumlah fasilitas untuk berkomunikasi dengan komputer, Arduino lain, atau mikrokontroler lainnya. ATmega328 menyediakan UART TTL (5V) untuk komunikasi serial, yang tersedia di pin digital 0 (RX) dan 1 (TX). Sebuah ATmega8U2 sebagai saluran komunikasi serial melalui USB dan sebagai port virtual com untuk perangkat lunak pada komputer. Firmware ’8 U2 menggunakan driver USB standar COM, dan tidak ada driver eksternal yang diperlukan. Namun, pada Windows diperlukan, sebuah file inf.
Perangkat lunak Arduino terdapat monitor serial yang memungkinkan digunakan memonitor data tekstual sederhana yang akan dikirim ke atau dari board Arduino. LED RX dan TX di papan tulis akan berkedip ketika data sedang dikirim melalui chip USB-to-serial dengan koneksi USB ke komputer (tetapi tidak untuk komunikasi serial pada pin 0 dan 1).
Sebuah SoftwareSerial library memungkinkan untuk berkomunikasi secara serial pada salah satu pin digital pada board Uno’s.
ATmega328 juga mendukung I2C (TWI) dan komunikasi SPI. Perangkat lunak Arduino termasuk perpustakaan Kawat untuk menyederhanakan penggunaan bus I2C, lihat dokumentasi untuk rincian. Untuk komunikasi SPI, menggunakan perpustakaan SPI.
2.3 Ethernet Shield
Arduino Ethernet adalah prototype tambahan yang terpampang sebagai perisai yang menghubungkan Arduino ke jaringan internet dalam hitungan menit. Dengan menyatukan plug modul ini ke papan Arduino, dan hubungkan ke jaringan dengan kabel Local Area Network dengan mengikuti petunjuk sederhana untuk memulai mengendalikannya melalui internet. Setiap elemen dari platform hardware, software dan dokumentasi tersedia secara bebas dan open source dengan klasifikasi sebagai berikut :
Membutuhkan papan Arduino
5 V tegangan operasi
Ethernet Controller : W5100 dengan internal yang 16K penyangga
Kecepatan koneksi : 10 / 100 Mbps
Koneksi dengan Arduino pada port SPI
Ethernet shield terlihat dalam gambar 2.2 di bawah ini :
Gambar 2.2 : Ethernet Shield
Ethernet Shield bekerja dengan cara memberikan layanan IP pada arduino dan pc agar dapat terhubung ke internet. Cara menggunakan cukup mudah yaitu hanya dengan menghubungkan Arduino Ethernet Shield dengan board Arduino lalu akan disambungkan ke jaringan internet. Cukup memasukkan module ini ke board Arduino, lalu menghubungkannya ke jaringan ineternet dengan kabel RJ-45, maka Arduino akan terkoneksi langsung ke internet. Dan untuk menggunakanya, tentu saja kita harus menyetting IP pada module dan pc internet agar dapat terhubung satu sama lain.
Selain itu module ini juga terdapat sebuah onboard micro-SD slot, yang dapat digunakan untuk menyimpan file dan data. Module Ethernet Shield bisa digunakan dengan board Arduino Uno dan Mega. Dan dapat bekerja dengan baik pada kedua Arduino tersebut. Untuk menggunakan akses microSD card reader onboard ini dapat dengan menggunakan library SD card. Saat menggunakan library ini, SS ditempatkan pada Pin 4. Module Ethernet juga terdapat pula reset controller, untuk memastikan bahwa module W5100 Ethernet dapat reset on power-up.
Agar board Arduino dapat berkomunikasi baik dengan module W5100 dan SD card menggunakan SPI bus melalui ICSP header, yang ada pada board Arduino Uno di pin digital 10, 11, 12, dan 13, sedangkan pada board Arduino Mega pada pin digital 50, 51, dan 52. Di kedua board Arduino tersebut, pin digital 10 digunakan untuk memilih mode W5100 dan pin digital 4 untuk SD card, dimana pin tersebut tidak dapat digunakan untuk pin I/O biasa. Dalam board Arduino Mega, pin digital 53 (SS) tidak digunakan sama sekali, baik untuk memilih antara module W5100 atau SD card, namun harus tetap ditetapkan sebagai output agar interface SPI dapat bekerja dengan baik.
2.4 Tegangan
Tegangan listrik (Voltage) adalah perbedaan potensi listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik. Tegangan dinyatakan dalam satuan V (Volt). Besaran ini mengukur energi potensial sebuah medan listrik untuk menyebabkan aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik. Tergantung pada perbedaan potensi listrik satu tegangan listrik dapat dikatakan sebagai ekstra rendah, rendah, tinggi atau ekstra tinggi.
Tenaga (the force) yang mendorong elektron agar bisa mengalir dalam sebuah rangkaian dinamakan tegangan. Tegangan adalah nilai dari beda potensial energi antara dua titik. Pada sebuah rangkaian, besar energi potensial yang ada untuk menggerakkan elektron pada titik satu dengan titik yang lainnya merupakan jumlah tegangan.
2.5 Sensor Arus
Sensor arus adalah perangkat atau komponen atau alat untuk mendeteksi arus pada listrik di dalam sebuah kabel, dan menghasilkan sinyal proporsional dengan besar nya nilai arus yang terdeteksi. Sinyal yang di hasilkan dapat berupa Tegangan Analog atau pun tegangan data digital. Sinyal ini dapat di jadi kan sebagai alat ukur Arus atau besaran arus yang dapat di simpan dalam sebuah penyimpanan seperti server untuk di analisa atau di gunakan sebagai alat control.
2.5.1 Macam – Macam Sensor Arus
a) Sensor Arus ACS712
Sensor Arus ACS712 adalah sensor arus dengan system hall effect, artinya besaran besaran arus akan mempengaruhi besar kecil nya hall effect pada sensor.
makin besar arus maka makin besar pengaruh nya pada hall effect sensor pada sensor ini.
Gambar 2.3 Sensor arus ACS712 tidak stabil tidak linear
Sensor ini memiliki beberapa type, ada yang 5A, 20A dan 30A, untuk lebih jelas nya bisa dilihat pada tabel di bawah ini
Tabel 2.1 Spesifikasi ACS712
ACS712 5A ACS712 20A ACS712 30A
5Vdc Nominal 5Vdc Nominal 5Vdc Nominal
-5 to +5 Amps -20 to +20 Amps -30 to +30 Amps
VCC/2 VCC/2 VCC/2
(nominally 2.5Vdc) (nominally 2.5Vdc) (nominally 2.5VDC) 185 mV per Amp 100 mV per Amp 66 mV per Amp
ACS712ELC-05A ACS712ELC-10A ACS712ELC-30A
Sensor arus ini memiliki output analog, sehingga jika kita ingin membaca nya dengan menggunakan mikrokontroller atau arduino, cukup kita baca output nya melalui pin ADC, jika Arduino menggunakan pin A0 ( atau pin A yang lain nya).
Untuk aplikasi sensor arus ini bisa dilihat pada artikel sensor arus ACS712, cukup klik link nya. Kami juga pernah menggunakan sensor arus ini sebagai proteksi ganset pada beban berlebih dan juga pada penghitung besar daya pada sebuah beban listrik.
b) CT Current Sensor
Current transformers adalah sensor yang di gunakan untuk mengukur arus tegangan AC. Sensor ini jauh lebih mudah di gunakan dari pada sensor ACS712.
Karena sensor ini ada yang versi clamp, arti nya lebih mudah dan lebih aman untuk instalasi nya ke kabel. Sensor ini biasanya terdiri dari sebuah lilitan pada inti besi.
lilitan ini lah yang akan menghasilkan sinyal ketika terkena kabel yang memiliki muatan listrik. sinyal ini akan di olah sehingga menghasilkan tegangan analog. Untuk gambar rangkaian sensor ini bisa dilihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 2.4 Rangkaian CT current sensor
Berbeda dengan sensor ACS712 yang menggunakan hall effect sensor, pada CT current sensor kita hanya menggunakan resistor dan kapasitor polar.
Sensor CT current ini tersedia dari berbagai ukuran dan spesifikasi. Biasanya sensor ini lebih dominan di gunakan di industri dari pada sensor ACS712, hal ini karena sensor bisa sampai 300A bahkan lebih dalam pengukuran nya. Gambar sensor ini bisa dilihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 2.5 Sensor CT current cincin
Sensor ini cukup mudah di instalasi. tinggal di clamp pada sebuah kabel yang ingin kita ukur. Jika output sensor ini kita hubungkan ke ADC 16bit, contohnya ADS1115 kemudian kita olah datanya ke mikrokontroller atau Arduino, maka kita mampu mengukur arus dengan resolusi yang kecil. Penulis sendiri memang belum pernah menggunakan ADS1115 untuk membaca sensor ini. Tapi langsung di hubungkan ke pin ADC Arduino dengan resolusi 10 bit.
2.6 Sensor Tegangan
Prinsip kerja modul sensor tegangan yaitu didasarkan pada prinsip penekanan resistansi, dan dapat membuat tegangan input berkurang hingga 5 kali dari tegangan asli. Bentuk modul sensor tegangan seperti ditunjukkan pada gambar 1 berikut :
Gambar 2.6 Modul sensor tegangan
Fitur-fitur dan kelebihannya:
Variasi Tegangan masukan: DC 0 - 25 V
Deteksi tegangan dengan jangkauan: DC 0.02445 V - 25 V
Tegangan resolusi analog: 0,00489 V
Tegangan DC masukan antarmuka: terminal positif dengan VCC, negatif dengan GND
Output Interface: "+" Koneksi 5 / 3.3V, "-" terhubung GND, "s" terhubung Arduino pin A0
DC antarmuka masukan: red terminal positif dengan VCC, negatif dengan GND
Prinsip kerja modul sensor tegangan ini dapat membuat tegangan input mengurangi 5 kali dari tegangan asli. Sehingga, sensor hanya mampu membaca tegangan maksimal 25 V bila diinginkan Arduino analog input dengan tegangan 5 V, dan jika untuk tegangan 3,3 V, tegangan input harus tidak lebih dari 16.5 V. Pada dasarnya pembacaan sensor hanya dirubah dalam bentuk bilngan dari 0 sampai 1023, karena chip Arduino AVR memiliki 10 bit, jadi resolusi simulasi modul 0,00489 V yaitu dari (5 V / 1023), dan tegangan input dari modul ini harus lebih dari 0,00489 V x 5 = 0,02445 V.
Modul tegangan ini disusun secara parallel terhadap beban. Pada gambar 2 menunjukan contoh cara mengukur tegangan beban pada panel surya (PV) dengan sensor tegangan yang dihubungkan secara paralel, seperti gambar berikut :
Gambar 2.7 Bentuk rangkaian sensor tegangan untuk mengukur tegangan beban pada Panel Surya
2.7 Transformator
Untuk melakukan pengukuran tegangan tinggi AC, metode yang digunakan adalah dengan cara menurunkan tegangan tinggi ke tegangan rendah. Metode ini
yang digunakan dalam pembuatan alat ukur tegangan atau voltmeter. Untuk menurunkan tegangan dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu dengan menggunakan rangkaian pembagi tegangan atau yang kedua dengan menggunakan transformator step down.
Transformator merupakan suatu peralatan listrik elektromagnetik statis yang berfungsi untuk memindahkan dan mengubah daya listrik dari suatu rangkaian listrik ke rangkaian listrik lainnya, dengan frekuensi yang sama dan perbandingan transformasi tertentu melalui suatu gandengan magnet dan bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik, dimana perbandingan tegangan antara sisi primer dan sisi sekunder berbanding lurus dengan perbandingan jumlah lilitan dan
berbanding terbalik dengan perbandingan arusnya.
Transformator terdiri atas dua buah kumparan (primer dan sekunder) yang bersifat induktif. Kedua kumparan ini terpisah secara elektris namun berhubungan secara magnetis. Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak- balik maka fluks bolak-balik akan muncul di dalam inti yang dilaminasi. Akibat adanya fluks di kumparan primer maka di kumparan primer terjadi induksi (self induction) dan terjadi pula induksi di kumparan sekunder karena pengaruh induksi dari kumparan primer atau disebut sebagai induksi bersama (mutual induction) yang menyebabkan timbulnya fluks magnet di kumparan sekunder, maka mengalirlah arus sekunder jika rangkaian sekunder di bebani.
Transformator step-up (Ns > Np) Transformator step-down (Ns < Np) Gambar 2.8 : Skema Transformator
Secara umum, Transformator dibedakan menjadi dua jenis, yaitu Transformator step- up dan Transformator step-down seperti skema yang dijelaskan pada gambar 2.4 di atas. Transformator step-up adalah transformator yang memiliki lilitan sekunder lebih banyak daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penaik tegangan. Transformator ini biasa ditemui pada pembangkit tenaga listrik
sebagai penaik tegangan yang dihasilkan generator menjadi tegangan tinggi yang digunakan dalam transmisi jarak jauh. Sedangkan Transformator step-down memiliki lilitan sekunder lebih sedikit daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan.
2. 8 TCP/IP
TCP/IP (singkatan dari Transmission Control Protocol/Internet Protocol) adalah standar komunikasi data yang digunakan oleh komunitas internet dalam proses tukar-menukar data dari satu komputer ke komputer lain di dalam jaringan Internet. Protokol ini tidaklah dapat berdiri sendiri, karena memang protokol ini berupa kumpulan protokol (protocol suite). Protokol ini juga merupakan protokol yang paling banyak digunakan saat ini. Data tersebut diimplementasikan dalam bentuk perangkat lunak (software) di sistem operasi. Istilah yang diberikan kepada perangkat lunak ini adalah TCP/IP stack
Protokol TCP/IP dikembangkan pada akhir dekade 1970-an hingga awal 1980-an sebagai sebuah protokol standar untuk menghubungkan komputer-komputer dan jaringan untuk membentuk sebuah jaringan yang luas (WAN). TCP/IP merupakan sebuah standar jaringan terbuka yang bersifat independen terhadap mekanisme transport jaringan fisik yang digunakan, sehingga dapat digunakan di mana saja. Protokol ini menggunakan skema pengalamatan yang sederhana yang disebut sebagai alamat IP (IP Address) yang mengizinkan hingga beberapa ratus juta komputer untuk dapat saling berhubungan satu sama lainnya di Internet. Protokol ini juga bersifat routable yang berarti protokol ini cocok untuk menghubungkan sistem- sistem berbeda (seperti Microsoft Windows dan keluarga UNIX) untuk membentuk jaringan yang heterogen.
Protokol TCP/IP selalu berevolusi seiring dengan waktu, mengingat semakin banyaknya kebutuhan terhadap jaringan komputer dan Internet. Pengembangan ini dilakukan oleh beberapa badan, seperti halnya Internet Society (ISOC), Internet Architecture Board (IAB), dan Internet Engineering Task Force (IETF). Macam- macam protokol yang berjalan di atas TCP/IP, skema pengalamatan, dan konsep
TCP/IP didefinisikan dalam dokumen yang disebut sebagai Request for Comments (RFC) yang dikeluarkan oleh IETF.
TCP/IP pun mempunyai beberapa layer, layer-layer itu adalah :
1. IP (internet protocol) yang berperan dalam pentransmisian paket data dari node ke node. IP mendahului setiap paket data berdasarkan 4 byte (untuk versi IPv4) alamat tujuan (nomor IP). Internet authorities menciptakan range angka untuk organisasi yang berbeda. Organisasi menciptakan grup dengan nomornya untuk departemen. IP bekerja pada mesin gateaway yang memindahkan data dari departemen ke organisasi kemudian ke region dan kemudian ke seluruh dunia.
2. TCP (transmission transfer protocol) berperan didalam memperbaiki pengiriman data yang benar dari suatu klien ke server. Data dapat hilang di tengah-tengah jaringan. TCP dapat mendeteksi error atau data yang hilang dan kemudian melakukan transmisi ulang sampai data diterima dengan benar dan lengkap.
3. Sockets yaitu merupakan nama yang diberikan kepada subrutin paket yang menyediakan akses ke TCP/IP pada kebanyakan sistem.
2.9 Modem
Modem adalah singkatan dari Modulator Demodulator. Modulator merupakan bagian yang mengubah sinyal informasi ke dalam sinyal pembawa (carrier) dan siap untuk dikirimkan, sedangkan Demodulator adalah bagian yang memisahkan sinyal informasi (yang berisi data atau pesan) dari sinyal pembawa yang diterima sehingga informasi tersebut dapat diterima dengan baik.
Modem merupakan penggabungan kedua-duanya, artinya modem adalah alat komunikasi dua arah. Setiap perangkat komunikasi jarak jauh dua-arah umumnya menggunakan bagian yang disebut "modem", seperti VSAT, Microwave Radio, dan lain sebagainya, namun umumnya istilah modem lebih dikenal sebagai Perangkat keras yang sering digunakan untuk komunikasi pada komputer.
Gambar 2.7 Modem Internal 56kbps PCI slot modem
Data dari komputer yang berbentuk sinyal digital diberikan kepada modem untuk diubah menjadi sinyal analog, ketika modem menerima data dari luar berupa sinyal analog, modem mengubahnya kembali ke sinyal digital supaya dapat diproses lebih lanjut oleh komputer. Sinyal analog tersebut dapat dikirimkan melalui beberapa media telekomunikasi seperti telepon dan radio.
Setibanya di modem tujuan, sinyal analog tersebut diubah menjadi sinyal digital kembali dan dikirimkan kepada komputer. Terdapat dua jenis modem secara fisiknya, yaitu modem eksternal dan modem internal.
Jenis – jenis modem
Modem ISDN
Modem GSM
Modem analog yaitu modem yang membuat sinyal analog menjadi sinyal digital
Modem ADSL
Modem teknologi ADSL (Asymetric Digital Subscribe Line) yang memungkinkan berselancar internet dan menggunakan telepon analog secara berbarengan. Caranya sangat mudah, untuk ADSL diberikan sebuah alat yang disebut sebagai Splitter atau pembagi line. Posisi Splitter ditempatkan di depan ketika line telepon masuk. Artinya, tidak disarankan untuk mencabangkan line modem untuk ADSL dengan suara secara langsung. Alat Splitter berguna untuk menghilangkan gangguan ketika menggunakan ADSL modem. Dengan Splitter keduanya dapat berjalan bersamaan, sehingga pengguna dapat menjawab dan menelpon seseorang dengan telepon biasa. Di sisi lain, pengguna tetap dapat terkoneksi dengan internet melalui ADSL modem.
Modem kabel yaitu modem yang menerima data langsung dari penyedia layanan lewat TV Kabel
Modem CDMA
Modem CDMA yaitu modem yang menggunakan frekuensi CDMA 800 MHz atau CDMA 1x. Dan yang terbaru menggunakan frekuensi EVDORev-A (setara dengan 3G) dan teknologi CDMA terbaru adalah EVDO Rev-B.
Modem Satelit
Modem Satelit Adalah Modem Yang Saling Berkomunikasi Dengan ISP Dengan Bantuan Satelit Yang Menghubungkan Antara Terminal Satelit Yang Terhubung Ke Modem
2.10 Internet
Internet (kependekan dari interconnection - networking) adalah seluruh jaringan komunikasi yang menggunakan media elektronik, yang saling terhubung menggunakan standar sistem global Transmission Control Protocol/Internet Protocol Suite(TCP/IP) sebagai protokol pertukaran paket (packet switching communication protocol) untuk melayani miliaran pengguna di seluruh dunia.
Rangkaian internet yang terbesar dinamakan Internet. Cara menghubungkan rangkaian dengan kaidah ini dinamakan internetworking ("antarjaringan").
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Blok
Untuk memudahkankan mempelajari dan memahami cara kerja alat ini, maka perancangan alat ini dibuat berdasarkan diagram blok. Adapun diagram blok rancang bangun alat ukur tekanan tabung oksigen (o2) via sms berbasis arduino uno adalah sebagai berikut.
Sensor Tegangan
(V)
Sensor Arus (I)
Arduino Uno R3
TCP/IP
Modul LAN MODEM Router
Internet Explorer
BEBAN PLN
USER
Gambar 3.1 Diagram blok sistem
Diagram blok sistem yang disajikan pada gambar diatas memperlihatkan bagian- bagian utama sistem serta input output. Input sistem adalah parameter dasar listrik yaitu arus dan tegangan beban. Arus dan tegangan dibaca oleh sensor arus dan sensor tegangan, dalam hal ini sensor ACS712 sebagai sensor arus dan transformator step- down sebagai sensor tegangan. Kedua parameter diubah menjadi data digital oleh arduino uno.
Data arus dan tegangan dikalibrasi menjadi nilai sebenarnya oleh program.
Setelah diperoleh nilai tegangan dan arus sebenarnya maka dapat dicari daya beban yaitu dengan mengalikan kedua nilai tersebut. Sistem dilengkapi dengan modul
TCP/IP yang berfungsi memancarkan data ke jaringan internet. Dengan modul ini rangkaian dihubungkan pada jaringan LAN melalui soket RJ45. Alamat IP yang diatur pada program digunakan user untuk mengakses sistem dan dapat dilakukan melalui browser internet explorer atau chrome.
3.2 Rancangan Pengendali Sistem
Rancangan berupa sebuah rangkaian elektronik dengan beberapa komponen misalnya IC, sensor, TCP/IP, Trafo dan catudaya. Adapun uraian komponen- komponen utama yang digunakan dalam rangkaian tersebut adalah sebagai berikut:
1. Sensor Arus
Sensor arus merupakan suatu komponen yang berfungsi untuk membaca arus pada beban, sensor arus yang digunakan pada prototype sistem yang akan dirancang ini menggunakan ACS712. Modul ACS712 adalah Hall Effect current sensor. Hall effect allegro ACS712 merupakan sensor yang presisi sebagai sensor arus AC atau DC dalam pembacaan arus didalam rangkaian.
Gambar 3.2 Rancangan Sensor Arus
2. Sensor Tegangan
IP+ 1/2
IP- 3/4 VIOUT
7 VCC
8
5 GNDFILTER 6
U5
ACS712ELCTR-20A-T 5V
Beban
SENSOR ARUS V4
PLN
Suatu alat yang berfungsi untuk membaca tegangan yang bekerja pada tegangan AC 220 volt. Sensor tegangan yang digunakan ialah transformator step-down.
Gambar 3.3 Skematik Sensor Tegangan
3. Arduino Uno
Arduino Uno digunakan sebagai prosesor data yang berasal dari sensor.
Setelah data selesai diproses arduino akan mengirimkan data hasil olahan tersebut ke web browser.
Gambar 3.4 Skematik Arduino Uno
4. Ethernet Shield
Ethernet Shield adalah modul yang digunakan untuk mengkoneksikan Arduino dengan internet menggunakan kabel (Wired). Arduino Ethernet Shield dibuat berdasarkan pada Wiznet W5100 ethernet chip. Ethernet Shield bekerja dengan cara memberikan layanan IP pada arduino dan pc agar dapat terhubung ke
SW2
SW -SPST
1 VI
VO 3
GND2
U4
7805
C5
10uF/50V Out 5V L2
BR2 1N4002
C6
220u/50V
V3
220VAC
ANALOG IN
ATMEGA328P-PU1121 Reset BTNON
www.TheEngineeringProjects.com
PD0/RXD PD1/TXD PD2/INT0
~ PD3/INT1/OC2B PD4/T0/XCK
~ PD5/T1/OC0B
~ PD7/AIN1
PC5/ADC5/SCL PC4/ADC4/SDA PC3/ADC3 PC2/ADC2 PC1/ADC1 PC0/ADC0 RESET
PB0/ICP1/CLKO
~ PB1/OC1A
~ PB2/OC1B
~ PB3/MOSI/OC2A
PD7/AIN1 PB4/MISO PB5/SCK AREF
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
A5 A4 A3 A2 A1 A0 ARD2
ARDUINO UNO
internet. Cara menggunakan cukup mudah yaitu hanya dengan menghubungkan Arduino Ethernet Shield dengan board Arduino lalu akan disambungkan ke jaringan internet. Cukup memasukkan module ini ke board Arduino, lalu menghubungkannya ke jaringan ineternet dengan kabel RJ-45, maka Arduino akan terkoneksi langsung ke internet. Dan untuk menggunakanya, tentu saja kita harus menyetting IP pada module dan pc internet agar dapat terhubung satu sama lain.
Gambar 3.4 Rancangan TCP/IP
3.3 Rancangan Keseluruhan
Berdasarkan uraian-uraian yang telah diterangkan pada bagian sebelumnya, maka dibuat rangkaian lengkap dari peralatan. Adapun rangkaian lengkap dari perancangan sistem ini dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
TCP/IP Module Vcc
Gnd TX
+5VDC
RX
Ethernet interface
LAN
Gambar 3.7 Rancangan keseluruhan
ANALOG IN
ATMEGA328P-PU1121 Reset BTNON
www.TheEngineeringProjects.com
PD0/RXD PD1/TXD PD2/INT0
~ PD3/INT1/OC2B PD4/T0/XCK
~ PD5/T1/OC0B
~ PD7/AIN1
PC5/ADC5/SCL PC4/ADC4/SDA PC3/ADC3 PC2/ADC2 PC1/ADC1 PC0/ADC0 RESET
PB0/ICP1/CLKO
~ PB1/OC1A
~ PB2/OC1B
~ PB3/MOSI/OC2A
PD7/AIN1 PB4/MISO PB5/SCK AREF
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
A5 A4 A3 A2 A1 A0
ARD1
ARDUINO UNO TCP/IP Module
Vcc
Gnd TX
+5VDC
RX
Ethernet interface
LAN
SW1
SW-SPST
1 VI
VO 3
GND2
U2
7805
C2
10uF/50V Out 5V
L1
BR1 1N4002 C1
220u/50V
V1
220VAC
SENSOR TEGANGAN
5k
IP+ 1/2
IP- 3/4 VIOUT 7 VCC 8
5 GNDFILTER 6
U1
ACS712ELCTR-20A-T
3 2 1
114
U3:A
LM324 C3
100n
R1
100k
RV
10K R2
1M 5V
5V
D1
DIODE
C4
10 uF
R3
100k
Beban
SENSOR ARUS V2
PLN
3.4 Diagram Alir
Perancangan software adalah proses perancangan untuk pembuatan program yang nantinya akan dijalankan oleh mikrokontroler. Sebuah mikrokontroler tidak akan bekerja sebelum diberikan program. Sebelum membuat program untuk sistem, diperlukan terlebih dahulu untuk membuat diagram alir (flowchart) dari program yang akan dibuat. Pembuatan diagram alir (flowchart) diperlukan untuk mempermudah sekaligus memahami pengerjaan program sehingga susunan program tidak berantakan dan terarah. Diagram alir (flowchart) dapat dilihat pada gambar berikut.
START
Inisialisasi dan nilai awal
Baca sensor tegangan Baca sensor arus
Kalibrasi sensor tegangan Kalibrasi sensor arus
Kalibrasi berrhasil
Perkalian arus dan tegangan untuk daya
Kirim data hasil hitung Ke Modul TCP/IP
Broad Cast ke Jaringan LAN
Selesai Tidak
Ya
Gambar 3.9 Diagram alir sistem
Penjelasan diagram alir tersebut dimulai dengan inisialisasi dan nilai awal yaitu suatu proses menentukan parameter mikrokontroler, misalnya input dan output port, parameter komunikasi serial, kemudian dengan membaca sensor dimana adanya
proses mikrokontroler membaca data dari sensor arus dan sensor tegangan. Pada kalibrasi data sensor dilakukan proses memperoleh kembali data atau nilai sebenarnya dari pengukuran, yaitu dengan cara menentukan nilai konstanta agar hasil perkalian data sensor dapat diperoleh nilai sebenarnya.
Prinsip kerja sistem digambarkan pada diagram alir dimulai dengan memberikan tegangan pada rangkaian menggunakan catudaya. Arduino Uno akan melakukan tugasnya setelah reset awal dan inisialisasi. Arduino Uno akan membaca data sensor arus dan tegangan. Jika data berhasil dikalibrasi maka lanjut ke proses selanjutnya yaitu arduino uno mengolah data, dan mengkonversikan data tersebut menjadi nilai arus dan tegangan. Data yang dikonversikan kemudian diolah dengan mengalikan nilai arus dan tegangan untuk menghasilkan nilai daya. Kemudian data hasil olahan tersebut dikiriman ke modul TCP/IP (ethernet shield) untuk di broad cast ke jaringan LAN. Lalu, alamat IP yang diatur pada program tersebut diakses melalui browser intenet explorer atau chrome dan data akan di tampilkan.
3.5 Listing Program
Adapun program ringkas yang diisikan ke dalam Arduino Uno adalah sebagai berikut.
#include <SPI.h>
#include <Ethernet.h>
unsigned int k,I;
// Enter a MAC address and IP address for your controller below.
// The IP address will be dependent on your local network:
byte mac[] = {
0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED };
//IPAddress ip(192,168,100, 168); //wifi IPAddress ip(192,168,1, 177); //Direct
// Initialize the Ethernet server library
// with the IP address and port you want to use
// (port 80 is default for HTTP):
EthernetServer server(80);
void setup() {
// start the Ethernet connection and the server:
Ethernet.begin(mac, ip);
server.begin();
}
void loop() {
// listen for incoming clients
EthernetClient client = server.available();
if (client) {
boolean currentLineIsBlank = true;
while (client.connected()) { if (client.available()) { char c = client.read();
Serial.write(c);
if (c == '\n' && currentLineIsBlank) { // send a standard http response header client.println("HTTP/1.1 200 OK");
client.println("Content-Type: text/html");
client.println("Connnection: close");
client.println();
client.println("<!DOCTYPE HTML>");
client.println("<html>");
// add a meta refresh tag, so the browser pulls again every 5 seconds:
client.println("<meta http-equiv=\"refresh\" content=\"1\">");
client.print(" ");
client.println("<br />");
client.print(" Sistem Monitoring Parameter Listrik berbasis WEB ");
client.println("<br />");
client.print(" ");
client.println("<br />");
int sensorReading = analogRead(1);
int V = (sensorReading*10)/39;
client.print(" PLN : ");
client.print(V);
client.print(" Volt ");
client.println("<br />");
client.print(" ");
client.println("<br />");
sensorReading = analogRead(0);
if (sensorReading < 5) {sensorReading = 0;}
I = sensorReading;
if (I < 25) {k =100;}
if (I >= 25){if (I < 50){k = 114;}}
if (I >= 50){if (I < 100){k = 125;}}
if (I >= 100){if (I < 200){k = 126;}}
if (I >= 200){if (I < 300){k = 126;}}
if (I >= 300){if (I < 400){k = 137;}}
if (I >= 400){if (I < 1023){k = 137;}}
I = I*60/k;
if (I < 10) {
client.print(" I : 0,0");
client.print(I);
client.print(" Ampere");
client.println("<br />");
}
if ((I >= 10)&&(I < 100)) {
client.print(" I : 0,");
client.print(I);
client.print(" Ampere");
client.println("<br />");
}
if (I >= 100) {
client.print(" I : ");
client.print(I/100 %10);
client.print(",");
client.print(I/10 %10);
client.print(" Ampere");
client.println("<br />");
}
client.print(" ");
client.println("<br />");
int P = (V*I)/100;
client.print(" Daya : ");
client.print(P);
client.print(" Watt");
client.println("<br />");
client.println("</html>");
break;
}
if (c == '\n') {
// you're starting a new line currentLineIsBlank = true;
}
else if (c != '\r') {
// you've gotten a character on the current line currentLineIsBlank = false;
} } }
// give the web browser time to receive the data delay(1000);
// close the connection:
client.stop();
Serial.println("client disonnected");
} }
BAB 4
PENGUJIAN ALAT DAN PROGRAM
Hasil penelitian adalah suatu desain atau sistem monitoring penggunaan energi listrik berbasis web browser. Untuk merealisasikan sistem monitoring tersebut butuh sebuah program yang berjalan diatas Platform arduino. Program dirancang sedemikian rupa sehingga dapat membaca masukan sensor dan memberikan output dari penggunaan energi listrik.
Konsep pengukuran energi listrik pada sebuah kwh meter digital adalah mengolah data komponen dasar listrik secara digital dan dilakukan dengan perangkat lunak atau program. Metode ini termasuk baru dengan beberapa keuntungan atau kelebihannya. Dimana konsep yang dihasilkan adalah mengukur parameter listrik dan mengolahnya secara digital. Sebelumnya pengukuran energi listrik konvensional masih menggunakan metode analog yaitu dengan induksi medan listrik. Konsep baru ini memberikan banyak keuntungan antara lain komponen yang lebih murah dengan ketelitian yang tinggi serta kalibrasi yang sederhana. Rancangan ini menggunakan komponen-komponen elektronika seperti sensor arus, sensor tegangan dan mikrokontroler.
Sensor tegangan dan sensor arus merupakan komponen analog yang berfungsi mengubah besaran analog dari energi listrik menjadi besaran tegangan analog yang dapat dibaca oleh kontroler. Dua besaran dasar listrik yaitu arus dan tegangan diubah menjadi data digital oleh konverter analog. ADC merupakan bagian dari mikrokontroler atmega 328. Data hasil konversi diolah secara digital melalui program yang dibuat. Kalibrasi nilai dilakukan pada program yaitu mengalikan dengan sebuah konstanta. Cara ini adalah konsep baru yang digunakan sebagai pengolah data secara digital. Karena dilakukan secara software maka sangat mudah melakukan kalibrasi nilai yaitu dengan mengganti nilai konstanta. Selain itu kelebihan konsep pengolahan digital juga dapat menangani data-data yang tidak linear pada sensor karena pada umumnya nilai sensor tidak selalu linear sehingga dibutuhkan proses linearisasi yang cukup rumit. Hal ini dapat dilakukan dengan mudah oleh digital processing. Keunggulan lain konsep KWH meter digital ini
adalah nilainya yang ditampilkan pada Web page atau halaman web sehingga dapat dengan mudah diakses baik melalui PC maupun smartphone. Dengan demikian pemantauan KWH lebih praktis dan efisien karena semua parameter dapat dipantau dari halaman web.
Gambar 4.1 Capture foto rangkaian real KWH meter digital berbasis web.
.
4.1 Pengujian Tegangan pada Sistem
Pengujian sistem dilakukan setelah semua komponen telah terintegrasi menjadi satu. Beberapa pengujian yang dilakukan meliputi pengujian sensor, pengujian kontroler, pengujian hasil kalibrasi dan output. Pengujian dilakukan dengan mengukur, menghitung dan menganalisa data hasil pengukuran. Berikut adalah data hasil pengukuran yang dilakukan pada masing-masing komponen.
4.1.1 Pengujian Kontroler Atmega 328
Pengujian mikro kontroler dilakukan untuk mengetahui apakah rangkaian tersebut telah bekerja sesuai program atau tidak. Untuk itu dilakukan perbandingan antara program yang dibuat dgn hasil pengukuran. Dimana tiap port keluaran diukur dengan voltmeter kemudian dibandingkan dengan data yang diprogram. Jika terdapat perbedaan logik maka berarti ada kesalahan dan artinya kontroler belum bekerja dengan baik.
Algoritma program dalam bahasa C adalah :
DDRB = 0xFF;
PORTB = 0xF3;
DDRC = 0xFF;
PORTC = 0x52;
DDRD = 0xFF;
PORTD = 0xA1;
Data tegangan hasil pengukuran pada pin mikrokontroler Atmega 328 adalah sbb:
Pin Vout(V) 1. 4,97 2. 4,99 3. 0,00 4. 0,00 5. 0,00 6. 0,00 7. 5,01 8. 0,00 9. 2,99 10. 2,01 11. 5,01 12. 0,00 13. 5,00 14. 5,01 15. 5,00 16. 0,00 17. 0,00 18. 5,01 19. 4,99 20. 5,01 21. 4,99 22. 4,91 23. 0,01 24. 5,00 25. 0,01
Tabel 4.1 Data tegangan hasil pengukuran pada pin mikrokontroler Atmega 328
Dari data diatas dibandingkan dengan data program dan dapat dilihat adanya kesamaan logik antara program dengan keluaran tiap port. Hasil menunjukkan tidak terdapat perbedaan, sehingga dapat dikatakan rangkaian kontroler bekerja dgn baik.
4.1.2 Pengujian Sensor Tegangan
Sensor memberikan informasi tegangan dari line PLN yang ada saat itu.
Penurunan dilakukan oleh stepdown dan disearahkan oleh dioda penyearah. Output penyearah kemudian dibagi oleh resistor pembagi tegangan agar sesuai dengan level pembacaan adc yaitu 0 hingga 5V. Pengujian sensor dapat dilakukan dengan memberikan variasi input melalui sebuah auto trafo. Pengukuran dilakukan pada masukan dan keluaran sensor. Data hasil pengukuran sensor adalah sebagai berikut:
Vin (PLN) Vout(sensor) 100V 1.01V 110V 1.12V 120V 1.21V 130V 1.30V 140V 1.41V 150V 1.50V 160V 1.61V 170V 1.71V 180V 1.81V 190V 1.92V 200V 2.02V 210V 2.11V 220V 2.20V 230V 2.31V 240V 2.40V 250V 2.51V Tabel 4.2 Pengukuran Sensor 26. 0,00
27. 5,02 28. 0,00
