PEMANFAATAN MIKROKONTROLER ARDUINO SEBAGAI ALAT UKUR ARUS.

(1)

PEMANFAATAN MIKROKONTROLER ARDUINO

SEBAGAI ALAT UKUR ARUS

PROYEK AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Ahli Madya Program Studi Diploma III Teknik Elektro

Disusun oleh:

Hana Karisma

NIM. 1003081

PROGRAM STUDY DIPLOMA III TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS PENDIDIKAN TEKNIK DAN KEJURUAN

UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA

BANDUNG

(2)

PEMANFAATAN MIKROKONTROLER ARDUINO

SEBAGAI ALAT UKUR ARUS

Oleh Hana Karisma

Sebuah proyek akhir yang diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Ahli Madya pada Fakultas Pendidikan Teknologi dan Kejuruan

September 2013

Hak Cipta dilindungi undang-undang.

(3)

(4)

(5)

ABSTRACT

Current measuring instrument serves as a tool to determine the current value of the load, and also can be an indicator of the protection tool and the tool can determine whether the flow is normal or has leakage current. This study, aims to create a flow measuring instrument that uses Arduino ATmega microcontroller as controller, the background to know how the Arduino microcontroller to measure current, the authors make the title "ARDUINO MICROCONTROLLER USE AS A TOOL TO MEASURE THE CURRENT".

The current measuring instruments using current sensor SCT 013-000 YHDC that the use does not have to cut the cable and the sensor is able to measure currents up to 5 mA to 40 A. When the sensor is fitted then this sensor will transform electric current into a voltage signal and sent to the conditioners which are then processed in the microcontroller Arduino, the processing results will be displayed on the LCD and serial monitor on the PC.

The current testing gauges to measure the current flowing in each phase that results will be compared to bulbs with ampere meter. If the value has been obtained, it can be seen how the difference of the two instruments owned and the results will be compared with the basic theory.

Keyword: Microcontroller, library, LCD, Serial monitor, Yhdc SCT-013-000

ABSTRAK

Alat ukur arus berfungsi sebagai alat untuk mengetahui nilai arus pada beban dan juga dapat menjadi alat indikator dalam proteksi serta dengan alat ini dapat mengetahui apakah arus tersebut normal atau memiliki arus bocor. Penelitian ini, bertujuan untuk membuat alat ukur arus yang menggunakan mikrokontroller arduino ATmega sebagai kontroller, yang dilatar belakangi untuk mengetahui bagaimana mikrokontroler arduino menjadi alat ukur arus, maka penulis membuat judul “PEMANFAATAN MIKROKONTROLER

ARDUINO SEBAGAI ALAT UKUR ARUS”.

Alat ukur arus ini menggunakan sensor arus YHDC SCT 013-000 yang dalam penggunaannya tidak usah memotong kabel dan sensor arus ini dapat mengukur 5 mA sampai dengan 40 A. Ketika sensor ini dipasang maka sensor ini akan mengubah arus listrik menjadi tegangan dan mengirimkan ke pengkondisi signal yang kemudian diolah pada mikrokontroler arduino, hasil pengolahan ini akan ditampilkan di LCD dan serial monitor pada PC.

Pengujian alat ukur arus ini untuk mengukur arus yang mengalir di phasa setiap lampu yang hasilnya akan dibandingkan dengan ampere meter. Apabila nilai telah didapat, maka dapat dilihat berapa selisih yang dimliki dari dua alat tersebut dan hasilnya akan dibandingkan dengan teori dasar.

(6)

DAFTAR ISI

1.5Manfaat Perancangan ... 2

1.6Metodologi Perancangan Proyek Akhir ... 3

1.7 Struktur Organisasi ... 4

BAB II KAJIAN TEORI ... 5

2.1 Pengertian arduino ... 5

(7)

2.3 Pengertian Mikrokontroler ... 7

2.4 Komponen Mikrokontroler ... 8

2.5 Sistem Input Komputer ... 9

2.6 Sistem Output Komputer... 10

2.7 Pengertian Sensor Arus ... 10

2.7.1 Sistem Kerja Sensor Arus ... 11

2.7.2 Spesifikasi sensor arus YHDC-013-000 ... 12

2.8 LCD ... 12

2.8.1 Fitur LCD 16 x 2 ... 13

2.9 Kabel RS 232 ... 14

BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ... 15

3.1 Deskripsi dan spesifikasi alat ... 15

3.1.1 Deskripsi ... 15

3.1.2 Spesifikasi alat ... 19

3.2 Langkah perancangan... 19

3.3 Pembuatan rangkaian alat ukur arus ... 19

3.3.1 Pembuatan rangkaian input sensor arus ... 19

3.3.2 Pembuatan rangkaian input LCD ... 20

3.3.3 Pembuatan Program Alat Ukur Arus ... 23

3.4 Pembuatan hardware alat ukur arus ... 25

3.4.1 Pembuatan rangkaian input sensor arus ... 25

3.4.2 Pembuatan PCB pada input LCD ... 26

(8)

3.4.4 Penghubungan arduino ke sensor arus ... 28

3.4.5 Pembuatan box ... 28

BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN ... 30

4.1 Hasil Pengujian ... 30

4.1.1 Tujuan Pengujian ... 30

4.1.2 Sistem kerja alat ... 30

4.1.3 Cara Pengujian ... 30

4.1.4 Pengujian ... 31

4.1.4.1 Persiapan pengujian ... 31

4.1.4.2 Langkah-langkah pengujian ... 31

4.1.4.3 Pengujian alat ukur ... 32

4.1.5 Perbandingan alat ukur arus dan ampere meter ... 34

4.2 Pembahasan ... 36

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 41

5.1 Kesimpulan ... 41

5.2 Saran ... 42

DAFTAR PUSTAKA ... 43

(9)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pengukuran dan penelitian tentu saja alat ukur menjadi alat yang paling dibutuhkan, karena dalam fungsinya sebuah alat ukur selalu menjadi tolak ukur dari suatu rangkaian bahkan hingga perancangan instalasi.

Arduino adalah open source elektronik prototyping berbasis pada hardware dan software fleksibel yang mudah digunakan, atau bisa disebut sebagai modul mikrokontroler yang menggunakan mikrokontroler tipe AVR (Alf and Vegard’s Risc processor). Arduino digunakan karena memiliki software bawaan sendiri dan menggunakan bahasa C++, kelebihan arduino ialah memiliki input ADC (analog to digital converter) yaitu dapat membaca input sinyal analog yang dirubah kedalam sinyal digital dan dapat langsung berkomunikasi dengan komputer sehingga dapat terlihat hasil dari input analog tersebut.

berkat mikrokontroler ini penulis memiliki gagasan untuk membuat sebuah alat ukur dengan berbasis mikrokontroler arduino, karena dengan adanya alat ukur berbasis arduino ini mahasiswa dapat memperdalam ilmu kelistrikan khususnya

berkaitan dalam hal arus dan dapat mengetahui bagaimana pembuatan program mikrokontroler arduino sebagai kontroler alat ukur arus.

1.2Perumusan Masalah

Adapun untuk memperjelas permasalahan, maka penulis merumuskan masalah di atas kedalam rumusan sebagai berikut :

 Bagaimana memanfaatkan mikrokontroler arduino sebagai alat ukur

(10)

2

 Bagaimana pembuatan program mikrokontroler untuk dapat digunakan

sebagai kontroler alat ukur arus listrik?

 Bagaimana perbandingan antara alat ukur arus arduino dengan ampere

meter analog?

1.3 Batasan Masalah

Adapun untuk memudahkan penyusunan tugas akhir agar pembahasan tidak melebar dan dapat terarah, maka penulis menulis batasan masalah sebagai berikut:

1. Alat ukur arus dapat digunakan untuk mengukur arus 3 phasa. 2. Pengukuran hanya dilakukan pada arus 5 mA sampai dengan 40 A. 3. Keakuratan alat ukur arus hanya dibandingkan dengan teori dasar. 4. Menggunakan dua display, yakni LCD dan serial monitor pada PC.

1.4 Tujuan Perancangan

Pihak yang terkait tentu mengaharapkan manfaat yang optimal dari program Tugas Akhir ini, berikut tujuan dari pembuatan alat ukur arus ini:

1. Untuk mengetahui bagaimana mikrokontroler arduino dijadikan sebagai

alat ukur arus.

2. Untuk mengetahui sistem program pada mikrokontroler arduino.

3. Membandingkan data hasil pengukuran alat ukur arus arduino dengan ampere meter analog.

1.5Manfaat Perancangan

Berbagai perancangan yang telah penulis lakukan, penulis mengaharapkan

perancangan ini dapat memiliki kegunaan sebagai berikut :

1. Menjadikan mikrokontroler arduino sebagai kontroler alat ukur arus.

2. Mengetahui bagaimana pembuatan program pada mikrokontroler arduino

(11)

3

3. Mengetahui bagaimana perbandingan alat ukur arus yang berbasis arduino dengan ampere meter analog.

1.6 Metodologi Perancangan Proyek Akhir

Metodologi perancangan yang dipakai dalam penulisan hasil perancangan Tugas Akhir antara lain menggunakan :

 Study Literatur

Pada tahap ini dilakukan penelusuran terhadap berbagai macam literature seperti buku, referensi–referensi baik melalui perpustakaan maupun internet dan lain sebagainya yang terkait dengan judul penelitian ini dan berguna untuk pembelajaran bagi penulis.

 Analisa Aplikasi

Dari hasil study literatur akan dibuat deskripsi umum untuk mengenai penggunaan teknologi rangkaian elektronika, metode perencanaan dan perancangan alat. Analisa permasalahan meliputi perumusan masalah, pembatasan masalah, memahami masalah–masalah

yang ada dan mencari kebutuhan apa yang diperlukan.

 Rancang – Bangun Aplikasi

Pada tahap ini merupakan tahap yang paling banyak memerlukan waktu karena model dan rancangan aplikasi yang telah dibuat.

 Uji Coba dan Evaluasi Aplikasi

Pada tahap ini aplikasi yang telah dibuat ini akan dilakukan beberapa skenario uji coba dan dievaluasi untuk kelayakan pemakaian

(12)

4

 Dokumentasi

Pada tahap ini dilakukan pembuatan rincian laporan terstruktur mulai dari study literatur sampai dengan implementasi dari ” Alat Ukur Arus” serta penarikan kesimpulan dan saran.

1.7 Sruktur Organisasi

Sistematika penulisan perancangan pada tugas akhir ini terdiri dari lima bab, dimana masing-masing bab menguraikan hal-hal mengenai perancangan yang telah penulis uraikan sebelumnya.

Bab I Pendahuluan, bab ini mengemukakan latar belakang masalah, rumusan masalah, pembatasan masalah, tujuan perancangan, manfaat perancangan, metode perancangan, dan struktur organisasi.

Bab II Kajian Teori, pada bab ini mengemukakan tentang teori-teori yang mendukung penulis dalam melakukan perancangan.

Bab III Perancangan dan Pembuatan, bab ini mengemukakan langkah-langkah yang dilakukan dalam melakukan perancangan dan pembuatan alat ukur maupun programnya, sehingga dapat berfungsi sesuai dengan fungsinya.

Bab IV Hasil Pengujian dan Pembahasan, bab ini memaparkan langkah-langkah pengujian, pengukuran, analisis dari hasil pengukuran disesuaikan dengan rancangan yang telah dibuat.

Bab V Kesimpulan dan Saran, bab ini mengemukakan hal-hal yang telah

(13)

BAB III

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN

3.1Deskripsi dan Spesifikasi Alat

3.1.1 Deskripsi

Bab III ini akan dibahas tentang perencanaan sistem alat ukur arus. Alat ukur arus ini menggunakan mikrokontroler arduino sebagai basis kontrolernya dan hanya dapat mengukur arus AC. Untuk sensor arusnya, alat ukur arus ini

menggunakan sensor arus tipe Yhdc SCT 013-000, sensor arus ini dapat digunakan untuk mendeteksi arus hingga 100A dan memiliki batas minimal mendeteksi 5 mA . Cukup jepit di sekitar sumber arus yang ingin diukur sehingga tidak perlu memotong kabel pada beban yang akan diuji. Untuk menampilkan hasil dari sensor arus, alat ini menampilkan data pada dua tempat yaitu di LCD dan juga serial monitor pada PC.

penjelasan alat ukur arus ini dilakukan dengan membagi setiap bagian kedalam suatu diagram blok sesuai dengan fungsi rangkaiannya masing-masing. Berikut adalah gambar blok diagram alat ukur arus:

(14)

16

(15)

17

Penginputan program dari PC ke mikrokontroler arduino, dilakukan dari library yang terdapat pada software arduino. Untuk memasukan data program yang telah dibuat pada library, digunakan upload system, sehingga alat ukur arus ini dapat bersifat fleksibel yang berarti dapat megukur beban 1 phasa ataupun 3 phasa.

Alat ukur arus ini memiliki input sebesar 5 VDC, yang di dalam rangkaian mikrokontroler arduinonya terdapat dua buah input yakni 5 VDC sebagai inputan

LCD dan 3.3 VDC sebagai inputan jack untuk sensor arus.

Pengukuran dimulai dari sensor arus yang dipasang pada konduktor phasa beban, konduktor berada diantara dua magnet maka akan mengubah aliran arus mejadi tegangan yang kemudian masuk ke current transformer dahulu sebelum masuk ke pengkondisi signal.

Masuknya tegangan ke pengkondisi signal, akan dilanjutkan ke mikrokontroler arduino. Disini tegangan akan diolah pada mikrokontroler oleh program yang telah dibuat pada library software arduino.

Hasil pengolahan data pada mikrokontroler arduino akan ditampilkan pada LCD. LCD sangat berfungsi sebagai penampil yang nantinya akan digunakan untuk menampilkan status kerja alat. Selain ditampilkan pada LCD, status kerja alat akan ditampilkan pada serial monitor d PC.

(16)

(17)

19

3.1.2 Spesifikasi Alat

Spesifikasi ini menjadi batasan dan acuan dalam perancangan alat ukur arus, dan berikut spesifikasinya:

1. Alat ukur berukuran 16cm x 12cm x 5cm.

2. Pengukuran arus maksimal 100A.

3. Pengukuran arus minimal 5 mA.

4. Menggunakan mikrokontroller arduino mega.

5. Menggunakan sensor arus Yhdc SCT-013-000.

6. Tegangan sumber dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu, menggunakan baterai 9 VDC dan menggunakan adaptor.

7. Penampang hasil terdapat di dua tempat yaitu, LCD dan serial monitor pada PC

3.2 Langkah Perancangan

Pembuatan alat ukur arus ini, diperlukan susunan langkah-langkah dalam pengerjaannya. Berikut langkah-langkahnya:

1.Pembuatan rangkaian-rangkaian alat ukur arus.

2.Pembuatan program.

3.Pembuatan hardware alat ukur arus.

3.3 Pembuatan Rangkaian Alat Ukur Arus

3.3.1 Pembuatan Rangkaian Input Sensor Arus

(18)

20

masuk ke arduino tersebut. untuk inputnya sensor arus, rangkaian ini dibuat sebanyak 3 buah, karena untuk inputnya sendiri membutuhkan 3 rangkaian ini. Dalam pengerjaan rangkaian menggunakan software eagle, berikut rangkaiannya:

Gbr. 3.4 Skematik rangkaian pengawatan input sensor arus

3.3.2 Pembuatan Rangkaian Input LCD

(19)

21

Gbr. 3.5 Rangkaian pengawatan input LCD

Rangkaian pengawatan di atas akan memudahkan untuk pembuatan di software eagle, berikut rangkaian yang dibuat pada software eagle:

(20)

22

Penjelasan gambar rangkaian input LCD (socket pin ke arduino) :

Tabel. 3.1 Socket pin ke arduino

Socket pin Arduino

1 GND (ground)

2 5V

3 Pin 2

4 Pin 3

5 Pin 4

6 Pin 5

7 Pin 6

8 Pin 7

11 Pin 11

12 Pin 10

13 Pin 9

(21)

23

3.3.3 Pembuatan Program Alat Ukur Arus

Pemrogramannya dibuat 2 jenis, yakni program 1 phasa dan program 3 phasa, berikut pemrogramannya dalam software arduino:

Program 1 phasa

(22)

24

Program 3 phasa

(23)

25

3.4 Pembuatan Hardware Alat Ukur Arus

3.4.1 Pembuatan Rangkaian Input Sensor Arus

Rangkaian input nilai arus yang telah diuji diperlukan rangkaian, rangkaian ini dibuat sebanyak 3, karena untuk input masing-masing phasa R, S dan T, oleh karena itu dalam rangkaian ini diperlukan komponen-komponen yang menunjang, berikut komponennya:

1. Papan PCB

2. Jack female : 3 buah

3. Pin screw : 6 buah

4. Resistor 18 Ω : 3 buah

5. Resistor 10 kΩ : 6 buah

6. Kapasitor : 3 buah

Didapatnya komponen-komponen tersebut, maka dilanjutkan ke tahap penyolderan dan akan muncul gambar seperti di bawah ini:

(24)

26

3.4.2 Pembuatan PCB pada Input LCD

Dibuatnya rangkaian input LCD diatas, maka akan memudahkan dalam pembuatan papan PCB. Dalam rangkaian ini diperlukan komponen-komponen yang menunjang, berikut komponennya:

LCD 16 x 2 bit

Pin header : 14 buah

Tombol push button : 4 buah

Kabel NYY

Komponen-komponen tersebut merupakan penunjang dalam rangkaian, maka setelah didapatnya komponen akan berlanjut ke penyolderan dan akan seperti gambar di bawah ini:

(25)

27

3.4.3 Penghubungan Arduino ke LCD

Perancangan ini memerlukan beberapa komponen dalam menunjang kinerja LCD. Berikut komponen yang dibutuhkan:

1.Kabel NYY

2.Pin header siku : 14 buah

Komponen-komponen tersebut merupakan penunjang dalam rangkaian, maka setelah didapatnya komponen akan berlanjut ke penyolderan dan akan

seperti gambar di bawah ini:

(26)

28

3.4.4 Penghubungan Arduino ke Sensor Arus

Dalam perancangan ini, diperlukan beberapa komponen dalam menunjang kinerja sensor arus. Berikut komponen yang dibutuhkan:

1.Kabel NYY

2.Pin header siku

3.Pin header female

Setelah dilakukan penyolderan maka akan muncul gambar seperti di bawah ini:

Gbr. 3.12 Pengkabelan arduino ke input sensor arus

3.4.5 Pembuatan Box

(27)

29

Gbr 3.13 Rancangan box alat ukur arus

Setelah adanya rancangan Gbr. 3.12 maka akan memudahkan dalam

perancangan box, dan berikut hasilnya:

(28)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil perancangan dan pengujian dapat diambil beberapa kesimpulan. Berikut kesimpulannya:

1. Untuk mengoprasikan alat ukur arus arduino ini, dimulai dari penggunaan sensor YHDC SCT 013-000 dan dalam pemrogramannya

dapat dilakukan dengan upload system sehingga alat ukur arus ini bersifat fleksibel, karena dapat mengukur arus beban 1 phasa dan arus beban 3 phasa.

2. Dalam pembuatan program mikrokontroler arduino sebagai kontroler ini, dibuat dalam library arduino yang dilanjutkan dengan upload system.

3. Untuk perbandingannya, alat ukur arus arduino dan ampere meter dibandingkan dengan teori dasar rumus arus, berikut perbandingannya:

Tabel 5.1 Perbandingan Alat Ukur Arus Arduino dengan Teori Dasar

Beban Perbandingan

A1 66 %

A2 25 %

(29)

42

Tabel 5.2 Perbandingan Ampere meter dengan Teori Dasar

Beban Perbandingan

A1 66 %

A2 37 %

A3 18 %

5.2 Saran

(30)

DAFTAR PUSTAKA

Winoto, Ardi. 2008. Mikrokontroler AVR ATmega8/16/32/8535 dan Pemrogramannya dengan Bahasa C pada WinAVR. Bandung.