Aplikasi KwH (Kilo What Hour) Meter Berbasis Microntroller
Atmega 32 Untuk Memonitor Beban Listrik
Fatsyahrina Fitriastuti dan Siswadi
Jurusan Teknik Informatika, Universitas Janabadra fitri@staff.janabadra.ac.id, siswadi@yahoo.com
Abstrak: Penelitian ini membahas tentang bagaimana merancang dan membangun KWH (Kilo Watt
Hour) Meter berbasis microcontroller ATMega 32 yang terhubung dengan komputer. Studi kasus dilakukan pada pemondokan yang memiliki beberapa kamar, dengan setiap kamar memiliki konsumsi daya listrik yang berbeda-beda. Alat ini dibuat untuk dapat mengukur pemakaian listrik pada setiap kamar sehingga setiap penghuni kamar dapat memonitor sejauh mana penggunaan daya listrik yang terpakai dan membayar tagihan listrik sesuai dengan jumlah daya listrik yang dipakai.
Kata Kunci: KWH meter, Mikrokontroler, daya listrik, AT Mega32
1. Pendahuluan
1.1. Latar Belakang
KWH (Kilo Watt Hour) meter merupakan salah satu instrumen yang memiliki fungsi utama untuk melakukan pengukuran energi listrik. KWH meter yang dikenal luas oleh masyarakat umum adalah KWH meter konvensional yang memiliki keterbatasan. KWH meter konvensional hanya melakukan pengukuran energi aktif serta hasil pengukurannya hanya dapat dibaca pada tampilan KWH meter tersebut sehingga selalu dibutuhkan operator manusia yang bertugas melakukan pencatatan data. Hasil dari pengukuran alat tersebut menunjukkan berapa besar pemakaian listrik dalam jangka waktu tertentu sehingga pelanggan listrik dapat mengetahui besarnya pemakaian listriknya melalui alat tersebut, dan dari hasil tersebut pihak PLN dapat melakukan perhitungan besarnya biaya yang harus dibayar oleh pelanggan kepada PLN. Seiring dengan terus meningkatnya Tarif Dasar Listrik (TDL), maka penggunaan listrik harus lebih diperhatikan supaya tidak terjadi pembengkakan biaya listrik. Permasalah ini biasa muncul di tempat-tempat yang digunakan lebih dari satu keluarga atau disebut rumah kontrakan atau di pemondokan/indekost. Yogyakarta
merupakan kota pelajar dimana banyak pelajar atau mahasiswa dari dalam ataupun luar daerah yang datang ke Yogyakarta untuk menuntut ilmu, hal inilah yang memicu munculnya banyak pemondokan atau yang sering disebut indekost. Dalam suatu pemondokan terdapat beberapa kamar. Setiap kamar mengkonsumsi daya yang berbeda-beda tetapi dalam tagihan listrik bulanan untuk setiap kamar biasanya dilakukan dengan membagi rata biaya total untuk pemondokan itu dengan jumlah penghuni kamar yang ada. Hal ini sering menimbulkan protes bagi pihak yang merasa tidak terlalu banyak pemakaian listriknya karena merasa dirugikan. Sehingga perlu bagi pemilik pemondokan atau rumah kontrakan memantau pemakaian listrik di setiap kamar dan dapat memperkirakan besarnya biaya yang harus dibayarkan oleh sertiap penghuni kamar/rumah kontrakan setiap bulannya, sehingga penghuni membayar listrik sesuai dengan besarnya pemakaian.
Perkembangan teknologi informasi dikombinasikan dengan elektronika dapat dimanfaatkan untuk mengatasi permasalahan diatas. Penelitian ini merancang dan membangun suatu alat yang dapat mengukur dan memantau pemakaian listrik melalui komputer. KWH
meter ini dirancang dengan berbasis mikrokontroller ATMega 32 yang dihubungkan dengan komputer sebagai media pembacanya.
Berdasarkan latar belakang masalah di atas maka perumusan masalahnya adalah sebagai berikut:
1. Bagaimana membangun alat KWH Meter digital bebasis mikrokontroler ATMega 32 yang dapat dihubungkan dengan komputer sehingga hasil perhitungan KWH Meter dapat terbaca oleh komputer?
2. Bagaimana merancang dan membuat perangkat lunak yang dapat membaca hasil perhitungan dari KWH Meter digital, menampilkan informasi hasil perhitungan, pembatasan pemakaian listrik dan biaya pemakaian listrik dalam waktu tertentu pada komputer menggunakan Borland Delphi 7? 3. Bagaimana cara menyimpan data hasil
paerhitungan daya meggunakan MySql dan memanfaatkan ODBC (Open Database Connectivity) sebagai media koneksi basis data dengan perangkat lunak?
1.2. Tujuan
Penelitian ini mempunyai tujuan untuk merancang dan membangun alat KWH meter berbasis mikrokontroler Atmega 32 yang dapat digunakan untuk memantau dan mengontrol penggunaan listrik dengan mengunakan komputer dan dapat mengetahui besarnya pemakaian listrik dalam jangka waktu tertentu.
1.3. Tinjauan Pustaka 1.3.1 KWH Meter
Energi listrik diukur dalam watthour, wattsecond, atau joule. Meteran pengukur energi dikenal sebagai watthour meter atau
kilowatthour meter . Meteran ini bekerja
berdasarkan prinsip dan lebih kurang menyerupai wattmeter. Tapi medan arus dan medan tegangannya tidak menggerakan jarum penunjuk melainkan memutar sebuah motor listrik. Cara kerja KWH Meter dapat dilihat pada gambar 1.
Gambar 1. : Skema cara kerja kwh Meter (Sumber:http://www.ilmuku.com/mod/wiki/view.
php?id=1834&page=links/watt+hour) Keterangan:
Huruf A menunjukkan gir mekanik. Huruf B menunjukkan kumparan arus. Huruf C menunjukkan kumparan
tegangan.
Huruf D menunjukkan piringan alumunium.
Huruf E menunjukkan arah aliran arus. Gigi-gigi motor menggerakkan tuas penunjuk yang berputar seperti tuas jam. Seribu watt yang bekerja selama satu menit akan memutar motor tersebut selama satu menit, gigi-gigi akan menggerakkan tuas sepanjang busur kecil. Bila daya yang sama bekerja selama satu jam, maka gigi-gigi motor akan menggerakkan tuas penunjuk 60 kali lebih besar. Biasanya terdapat empat tuas penunjuk, masing-masing mempunyai gigi reduksi 10 kali penunjuk sebelumnya. Tuas pertama membaca kilowatthour, tuas yang ketiga ratusan kilowatthour, dan tuas yang keempat ribuan kilowatthour. Bagian -bagian utama dari sebuah KWH meter adalah kumparan tegangan, kumparan arus, sebuah piringan aluminium, sebuah magnet tetap, dan sebuah gir mekanik yang mencatat banyaknya putaran piringan. Semakin besar daya yang terpakai, mengakibatkan kecepatan piringan semakin besar, demikian pula sebaliknya.
1.3.2 Microcontroller ATMEGA 32
Microcontroller ATMega 32 merupakan
salah satu varian dari microcontroller Alv
and Vegard’s Risc processor atau sering
disingkat AVR yang juga merupakan
inilah sebagian besar kode instruksinya dikemas dalam satu siklus clock. AVR adalah jenis mikrokontroler yang paling sering dipakai dalam bidang elektronika dan instrumentasi. Secara umum, AVR dapat dikelompokkan dalam 4 kelas. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral dan fungsinya. Keempat kelas tersebut adalah keluarga ATTiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT86RFxx.
Mikrokontroler seri AVR pertama kali diperkenalkan ke pasaran sekitar tahun 1997 oleh perusahaan Atmel, yaitu sebuah perusahaan yang sangat terkenal dengan produk microcontroller seri AT89S51/52 yang sampai sekarang masih banyak digunakan di lapangan. Berbeda dengan sistem AT89S51/52 yang memiliki frekuensi kerja seperduabelas kali frekuensi oscilator, frekuensi kerja microcontroller AVR ini pada dasarnya sama dengan frekuensi oscilator, sehingga hal tersebut menyebabkan kecepatan kerja AVR untuk frekuensi oscilator yang sama, akan dua belas kali lebih cepat dibandingkan dengan microcontroller keluarga AT89S51/52.
Dengan instruksi yang sangat variatif (mirip dengan sistem CISC-Complex Instruction
Set Computer) serta jumlah register
serbaguna (General Purpose Register) sebanyak 32 buah yang semuanya terhubung secara langsung ke ALU (Arithmetic Logic Unit), kecepatan operasi microcontroller AVR ini dapat mencapai 16 MIPS (enam belas juta instruksi per detik) sebuah kecepatan yang sangat tinggi untuk ukuran microcontroller 8 bit yang ada di pasaran sampai saat ini. AVR muncul di pasaran dengan tiga seri utama: tinyAVR, ClasicAVR (AVR), megaAVR.
Diantara ketiganya, megaAVR umumnya memiliki fitur yang paling lengkap, disusul oleh AVR, dan terakhir tinyAVR. Untuk memberi gambaran yang lebih jelas, tabel 1 berikut memperlihatkan perbedaan ketiga seri AVR ditinjau dari jumlah memori yang dimilikinya.
Tabel 1. Perbedaan seri AVR berdasarkan jumlah memori
1.3.3 Borland Delphi
Borland Delphi adalah bahasa tingkat tinggi
dan terkompilasi yang mendukung bahasa terstruktur serta Perancangan Berorientasi Object menggunakan bahasa Pascal, sebuah bahasa terstruktur generasi ketiga. Delphi menawarkan gaya pemrograman yang bersih dan konsisten dan yang terpenting menghasilkan aplikasi yang lebih dapat diandalkan.
1.3.4 MySQL
MySQL adalah suatu perangkat lunak database relasi (Relational Database Management System atau RDBMS), MySQL tersedia di berbagai platform Linux dan berbagai varian Unix. MySQL biasanya banyak dibutuhkan dalam aplikasi Web karena praktis untuk melakukan paging dan jenis indeks field fulltext untuk pencarian text. MySQL memiliki memiliki kecepatan transaksi atau kinerja tinggi, karakteristik ini membuat MySQL cocok bekerja dengan aplikasi CGI, di mana di setiap perintah request akan melakukan koneksi, mengirimkan satu atau lebih perintah SQL, lalu memutuskan koneksi kembali.
1.3.5 Open Database Connectivity
ODBC (Open Database Connectivity) merupakan komponen dari Microsoft Windows Open Services Architecture
(WOSA). Antarmuka ODBC membuat aplikasi-aplikasi dapat mengakses data dari berbagai macam database management system (DBMS). ODBC
mengijinkan interoperabilitas secara maksimal terhadap berbagai macam DBMS hanya dengan melalui satu antarmuka. Ini dapat dikatakan bahwa suatu aplikasi akan berjalan secara independen. Pengguna aplikasi dapat
menambah suatu software komponen yang dinamakan driver, yang mana menciptakan suatu antarmuka antara suatu aplikasi dan suatu DBMS.
ODBC dirancang untuk memaksimumkan interoperabilitas - yaitu kemampuan sebuah aplikasi untuk mengakses sistem manajemen basis data (DBMS) yang berbeda dengan kode sumber yang sama. Aplikasi basis data memanggil fungsi-fungsi dalam antarmuka ODBC, yang diimplementasikan dalam modul spesifik basis data yang disebut driver, untuk penggunaan aplikasi driver dari panggilan database-spesifik yaitu dengan cara pengguna hanya harus menambahkan driver baru untuk mengakses sebuah DBMS baru, tidak perlu mengkompilasi ulang aplikasi.
2. Bagian Inti
2.1. Metode
Terdapat beberapa metode yang digunakan dalam perancangan dan pembuatan alat KwH Meter adalah sebagai berikut:
1. Studi Pustaka
Informasi dan pustaka yang berkaitan dengan masalah ini diperoleh dari literatur, datasheet, atau penelusuran melalui internet.
2. Merangkai Perangkat Keras
Melakukan perakitan perangkat keras dengan merangkai komponen-komponen elektronik sehingga menjadi rangkaian KWH Meter digital yang dapat berhubungan dengan komputer. 3. Membangun Perangkat Lunak
Metode dalam membangun perangkat lunak yang digunakan adalah waterfall (air terjun) yang terdiri dari beberapa tahap, yaitu :
a. Definisi persyaratan.
b. Perancangan sistem dan perangkat lunak
c. Implementasi dan pengujian unit. d. Integrasi dan pengujian sistem. e. Operasi dan pemeliharaan.
2.2. Perancangan Sistem
2.2.1. Perancangan Perangkat Keras Sistem
Secara umum skema perangkat keras sistem dapat dilihat pada gambar 2.
Gambar 2. Skema perangkat keras
Keterangan dari skema perangkat keras secara singkat adalah:
Listrik merupakan energi yang akan di ukur besar dayanya.
Sensor arus merupakan bagian dari KWH meter yang berfungsi untuk menghitung besarnya arus listrik yang terjadi.
Sensor tegangan merupakan bagian dari kwh meter yang berfungsi untuk menghitung besarnya tegangan listrik yang terjadi.
ATMega 32 merupakan mikrokontroler yang bertugas sebagai pusat pengontrol kerja alat.
RS 232 merupakan jalur antar muka komunikasi antara KWH Meter dengan komputer.
Komputer berfungsi sebagai pengontrol dari KWH Meter.
2.2.2. Perancangan Perangkat Lunak Sistem
Diagram Konteks Sistem
Merupakan gerakan data melalui sebuah sistem, mulai dari masuk sampai ke tujuannya. Arus data dapat juga digambarkan secara sederhana sebagai masuk – proses – keluar, bagan alir data yang pertama kali digambarkan adalah yang level teratas dan diagram ini disebut dengan context diagram.
Gambar 3 Diagram Konteks Sistem
Dari gambar diagram konteks di atas dapat diuraikan sebagai berikut : user akan memberikan perintah kepada KWH Meter melalui aplikasi untuk membaca data yang terdapat pada KWH Meter, aplikasi akan memberikan perintah berupa perintah protokol dimana nantinya KWH Meter digital akan memberikan respon berdasarkan perintah protokol yang diberikan. Aplikasi akan mengolah data yang masuk dan akan di sampaikan kepada user.
Diagram Level 1
Gambar 4. Bagan Alir Data
Bagan alir data digunakan untuk menggambarkan bagaimana perangkat lunak sistem berkomunikasi dengan modul KWH, dan pengambilan data. Petugas yang berhak untuk mengakses adalah admin dan operator dengan hak akses yang telah terdaftar sebelumnya didalam data petugas. Admin memiliki hak akses untuk dapat melakukan pengesetan modul
KWH seperti memberikan batasan daya, parameter dan mematikan atau menghidupkan KWH, serta dapat pula membaca data yang tersimpan didalam memori KWH dan mengetahui pemakaian daya. Hak akses yang dimiliki oleh operator adalah membaca data modul KWH meter dan membaca pemakaian daya.
Perancangan Basis Data
Basis data pada sistem ini digunakan untuk menyimpan data petugas, pelanggan, data induk, dan data pemakaian daya dengan stuktur tabel seperti tampak pada tabel di bawah ini:
1. Tabel petugas.
Tabel ini digunakan untuk menyimpan data petugas yaitu berisi data-data orang yang memilki hak akses terhadap sistem ini. Tabel petugas dapat dilihat pada tabel 2.
Tabel 2. Tabel Petugas
Field Type Size Fungsi
Kode varchar 4 Menyimpan id _petugas User varchar 30 Menyimpan
data_user Nama varchar 15 Menyimpan
nama petugas Password varchar 45 Menyimpan
data password Hak varchar 1 Menyimpan
data hak akses petugas 2. Tabel pelanggan. Tabel ini digunakan
untuk menyimpan data pelanggan yaitu berisi data-data pelanggan yang menggunakan KWH meter. Tabel petugas dapat dilihat pada tabel 3.
Tabel 3. Tabel Pelanggan
Field Type Size Fungsi
Id varchar 15 Menyimpan id _pelanggan Nama varchar 30 Menyimpan
nama_pelanggan Alamat varchar 100 Menyimpan
alamat pelanggan Tlp varchar 15 Menyimpan no
telpon pelanggan 3. Tabel induk. Tabel ini digunakan untuk menyimpan data kwh induk yaitu berisi data-data KWH meter induk. Tabel induk dapat dilihat pada tabel 4.
Tabel 4. Tabel Induk
Field Type Size Fungsi
Id varchar 15 Menyimpan id _KWH Ket varchar 100 Menyimpan
keterangan KWH
4. Tabel pemakaian. Tabel ini digunakan untuk menyimpan data pemakaian yaitu berisi data-data pemakaian daya KWH meter. Tabel pemakaian dapat dilihat pada tabel 5.
Tabel 5. Tabel Pemakaian
Field Type Size Fungsi
Id varchar 15 Menyimpan id _KWH Tanggal Date 100 Menyimpan
tanggal pemakaian Jumlah varchar Menyimpan data
jumlah pemakaian
2.3. Hasil dan Pembahasan 2.3.1.Tampilan Form Login
Pada saat aplikasi pertama kali di jalankan maka sistem akan menampilkan form login dimana setiap operator/petugas ataupun admin yang ingin masuk kedalam sistem harus memasukkan username dan password dengan benar. Tampilan form login seperti tampak pada gambar 5.
Gambar 5. Form login 2.3.2. Tampilan Menu Utama
Pada menu utama ini berfungsi untuk melakukan koneksi sistem dengan alat sehingga infomasi yang terdapat didalam alat dapat terbaca oleh sistem sehingga data dapat diolah. Setelah alat dengan sistem terkoneksi maka beberapa data dapat dilihat seperti data arus listrik, data tegangan dan daya listrik yang terpakai. Tampilan menu utama dapat dilihat pada gambar 6.
Gambar 6. Tampilan menu utama
Pada menu ini juga terdapat sub-sub menu diantaranya menu data terdapat submenu induk, pelanggan, petugas, dan biaya per KWH, sedangkan pada menu Tools terdapat submenu KWH options dan ganti
password, dan terdapat juga menu laporan
yang berfungsi untuk mencetak laporan daya yang telah terpakai.
2.3.3. Tampilan Form Data Induk
Form ini berfungsi untuk memberikan identitas untuk KWH induk yang berisi KWH id dan keterangan. Form data induk dapat dilihat pada gambar 7.
Fungsi tombol pada form data induk: Tambah : berfungsi untuk
menyediakan ruang kosong untuk menyimpan data pada database . Edit: berfungsi untuk merubah data
yang telah disimpan.
Hapus : berfungsi untuk menghapus data.
Keluar : Berfungsi untuk keluar dari
form data induk.
Gambar 7. Tampilan form data induk
2.3.4. Tampilan Form Data Pelanggan
Form ini berfungsi untuk memberikan identitas untuk KWH yang berisi KWH id, nama pelanggan, alamat, dan no.telpon. Form data pelanggan dapat dilihat pada gambar 8.
Gambar 8. Tampilan form data pelanggan
2.3.5. Tampilan Form Data Petugas
Form ini berisi data-data petugas yang berhak mengakses sistem ini, ada dua hak akses dalam sistem ini yaitu petugas dan admin. Dalam form ini berisi kode petugas, nama petugas, username, Password, dan hak akses. Tampilan form data petugas dapat dilihat pada gambar 9.
Gambar 9. Tampilan form data petugas 2.3.6. Tampilan Form Biaya Per KWH
Form ini berfungsi untuk pengaturan biaya untuk setiap satu kilo watt daya yang digunakan, sehingga biaya pemakaian daya untuk waktu tertentu dapat di tampilkan. Tampilan form biaya per KWH dapat dilihat pada gambar 10.
Gambar 10. Tampilan form biaya perkwh 2.3.6. Tampilan KWH Option
Pada bagian ini berfungsi sebagai pengaturan perangkat keras dimana sambungan aliran listrik dapat diputus ataupun disambung melalui sistem, dan juga terdapat fasilitas untuk mengunci KWH meter digital sehingga hanya admin yang dapat melakukan pengesetan. Melalui panel ini KWH meter digital dapat di set tanggal, parameter, dan pembatas daya. Tampilan KWH option dapat dilihat pada gambar 11.
Gambar 11. Tampilan form kwh option
2.3.7. Tampilan Form Pemakaian Daya Listrik
Bagian ini dilakukan proses penjumlahan pemakaian daya listrik pada KWH meter yang terpasang, pemakaian daya setiap hari akan dijumlahkan sampai dengan 1 bulan dan akan di peroleh total pemakaian daya. Tampilan untuk pemakaian daya listrik dapat dilihat pada gambar 12.
Gambar 12. Tampilan form pemakaian daya listrik
2.3.8. Tampilan Form Jumlah Pemakaian Daya
Perhitungan jumlah pemakaian daya dalam waktu 1 bulan untuk semua KWH Meter dilakukan pada form jumlah pemakaian daya. Pada bagian ini akan dilakukan penjumlahan pemakaian daya untuk setiap KWH Meter yang terpasang. Tampilan dapat dilihat pada gambar 13.
Gambar 13. Tampilan form jumlah pemakaian daya
3. Penutup
3.1. Kesimpulan
Setelah melaksanakan perancangan sistem, pembuatan dan pengamatan serta
pengujian alat, dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Alat KWH meter digital dibangun menggunakan mikrokontroler AT Mega 32, alat ini dapat mengukur besarnya tegangan yang terjadi, besarnya arus listrik dan besar pemakaian listrik pada waktu tertentu.
2. Jalur komunikasi antara KWH Meter dengan komputer menggunakan Port
serial.
3. Aplikasi ini dibangun menggunakan
Borland Delphi 7 untuk merancang
tampilan interface dari alat ke komputer sehingga pengguna dapat dengan mudah memantau alat KWH meter dengan MySQL untuk menyimpan data dan ODBC (Open
Database Conectivity) sebagai koneksi
antara Mysql dengan perangkat lunak. 4. KWH Meter ini dapat mengukur pemakaian daya sebanyak 4 titik yaitu 1 induk dan 3 slave.
3.2. Saran
Saran untuk pengembangan alat dan aplikasi ini berikutnya adalah:
1. Alat KWH meter dapat dirancang menggunakan mikrokontroler lain yang ada di pasaran.
2. Jalur komunikasi antara KWH Meter dengan komputer dapat dikembangkan menggunakan port USB.
3. Perangkat lunak dapat di buat dengan menggunakan bahasa pemrograman lain.
4. KWH meter slave dapat di kembangkan sampai 8 KWH slave.
4.
Daftar Pustaka
Allegro. 2005. ACS706ELC-20A,
Bidirectional 1.5 mΩ Hall Effect Based Linear Current Sensor with Voltage Isolation and 20 A Dynamic Range, Worcester, Allegro Micosystems,Inc. Diakses pada tanggal 5 Januari 2010. http:// www.allegromicro.com
Atmel. 2004. Application Note,
Single-Phase Power/Energy Meter with Tamper Detection. ATMEL Corporation.
Atmel. 2007. 8 bit AVR Microcontroller with
32K Bytes In-System Programmable Flash ATmega 32.
ATMEL Corporation.
Budiharto, W. 2007. Panduan Praktikum
Mikrokontroler AVR ATMega 16.
Penerbit: PT Elex Media Komputindo. Jakarta.
Jogiyanto, HM. 2005. Analisis & Desain
Sistem Informasi. Penerbit: Andi.
Yogyakarta.
Timbul, R. 2009. Desain Dan Implementasi
Telemetri Suhu Ruang Berbasis Mikrokontroller Atmega. Institut Teknologi Telkom. Bandung.
