PERANCANGAN MONITORING DAYA LISTRIK REAL TIME DENGAN IC ADE 7752 BERBASIS ATMEGA16

(1)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

PERANCANGAN MONITORING DAYA LISTRIK REAL TIME

DENGAN IC ADE 7752 BERBASIS ATMEGA16

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Oleh:

MUHAMMAD THOYIB NIM. I0404054

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

(2)

PERANCANGAN MONITORING DAYA LISTRIK

REAL

TIME

DENGAN IC ADE 7752 BERBASIS ATMEGA16

Disusun oleh

Muhammad Thoyib NIM. I 0404054

Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II

Prof. Muhammad Nizam, ST., MT., Ph.D. Bambang Kusharjanto, ST., MT. NIP. 197007201999031001 NIP. 196911161997021001

Telah dipertahankan dihadapan Tim Dosen Penguji pada hari ______ tanggal

Juli 2011

1. Dody Ariawan, S.T., M.T.,

NIP. 19730804 199903 1 003 ...

2. Purwadi Joko W, ST. MKom.

NIP. 19730126 199702 1 001 ...

Mengetahui

Ketua Jurusan Teknik Mesin Koordinator Tugas Akhir

(3)

MOTTO DAN PERSEMBAHAN

MOTTO

Allah akan meninggikan orang-orang beriman diantara kamu dan orang-orang

yang berilmu beberapa derajat.

(QS. Al Mujadillah: 11)

Kepuasan terletak pada usaha, bukan pada hasil. Berusaha dengan keras adalah

kemenangan yang hakiki.

(Mahatma Gandhi)

Orang luar biasa itu sederhana dalam ucapan tetapi hebat dalam tindakan.

(Confusius)

Orang akan tetap menjadi ahli ilmu yang sejati selama dia masih belajar. Tetapi

apabila pada suatu ketika dia berkata “aku sudah pintar” maka sesungguhnya dia

sudah menjadi bodoh dengan sendirinya

(Luqman Hakim)

PERSEMBAHAN

Karya ini kupersembahkan untuk:

1. Ibunda dan Ayahandaku tercinta yang senantiasa menyertakan ruhnya

dalam setiap doa dan sujudnya untuk kebahagiaan dan perjuanganku.

2. Mas Agus Nugroho, S.Pdi&Mbak Siti Khafsoh, S.Ag., Mas

Sutrisno&Mbak Nur Hidayati S.Ag,S.Pd, M.Pdi, Mas Mulyono

S.Ag&Mbak Kurniasih S.Ag, Mas Muhammad Nur Dai S.Ag&Mbak

Naimmatullaila S.Ag, Mas Wafi, Faiq, Shofi, Itsna, Rona, Sasa, &Rara.

3. Dik Sri Susanti untuk segala saran, ilmu, ghirrah, senyum dan cinta yang

pernah engkau berikan ketika aku terpuruk.

4. Teman-teman Mesin ’04 & KMTM FT UNS untuk segala

(4)

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat, karunia dan

bimbingan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul “Perancangan

Monitoring Daya Listrik Real Time Dengan IC 7752 Berbasis ATMega16” dengan

lancar tanpa halangan yang berarti. Penulisan skripsi ini dimaksudkan untuk

memenuhi salah satu syarat guna memperoleh gelar sarjana teknik di Jurusan Teknik

Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Dalam pelaksanaan Tugas Akhir ini penulis banyak memperoleh bantuan,

bimbingan, pengalaman dan pelajaran yang sangat berharga dari berbagai pihak.

Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terimakasih

kepada semua pihak yang telah memberikan bantuannya baik secara langsung

maupun tidak langsung, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Ucapan

terima kasih penulis sampaikan kepada :

1. Bapak Prof. Muhammad Nizam, ST., MT., Ph.D., dan selaku Pembimbing I

tugas akhir, terima kasih atas bimbingan, kepercayaan, dan nasehat-nasehatnya.

2. Bapak Bambang Kusharjanta, ST., MT., selaku Pembimbing II tugas akhir,

terima kasih atas kesediaannya membimbing penulis dalam mengerjakan tugas

akhir.

3. Bapak Dody Ariawan, S.T., M.T., untuk semua motivasi, nasehat, bimbingan dan

senantiasa mengawal proses kelulusan kami dari awal sampai akhir.

4. Bapak Didik Djoko Susilo, S.T, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin FT

UNS sekaligus pembimbing akademis.

5. Bapak Wahyu Purwo Raharjo. S.T., M.T. selaku Koordinator tugas akhir.

6. Bapak Rendy Adhi Rachmanto, ST.,MT. selaku Ka. Laboratorium ruang baca

Teknik Mesin UNS atas kepercayaan, dorongan, nasehat, fasilitas dan ilmunya.

7. Bapak-bapak dosen di jurusan Teknik Mesin UNS.

8. Kedua orang tuaku dan kakak-kakakku yang telah membesarkanku dengan segala

perhatian dan dukungannya.

9. Sahabatku Madrox dan Ichi, terima kasih untuk selalu menerima segala

(5)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 10. Adikku Imam Ali, Kacuk Cikal, Muhadzib Mansur, Sidik Susilo, Nugroho Fajar,

Rohmat T.W., Dimas A.H., Dimas Huda, Condro, Kestan F. Faiz, Firdaus

Wisnu, Imam S, Ferdi, Kinas yang senantiasa silih berganti membantu,

mendampingi, mendengar, dan mengiringi setiap derap langkahku di Sekreratiat

KMTM.

11. Adik-adikku angkatan 2007 yang senantiasa menjadi pengiring dalam suka, duka,

teman berjuang memperbaiki IPK dari 2,05 menjadi 3,05 dan atas semua kasih

sayangnya selama ini.

12. Asisten Ruang Baca Jurusan Teknik Mesin FT UNS, Dik Akbar, Heri, Mad

Yandi, Andri untuk semua kebersamaannya selama ini.

13. Teman-teman angkatan 2004 untuk semua bantuan dan dukungannya.

14. Semua pihak yang tidak dapat sebutkan satu persatu, atas segala bantuannya

dalam proses penulisan skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak terdapat kekurangan,

untuk itu masukan dan saran yang membangun akan penulis terima dengan ikhlas

dan penulis ucapkan terima kasih. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat

memberikan manfaat bagi penulis khususnya dan bagi pembaca pada umumnya.

Surakarta, Juli 2011

(6)

2.5.1. Kontruksi dasar ATMega16 ... 9

2.5.2. Arsitektur Mikrokontroler ATMega16 ... 13

2.5.3. Memori Program ... 13

2.5.4. Memori Data ... 15

2.5.5. Memori Data EEPROM ... 15

2.5.6. Software Mikrokontroler ATMega16 ... 16

2.5.7. Komunikasi Serial USART ... 17

2.5.8. Inisialisasi USART ... 18

2.6 IC ADE 7752 ... 23

2.7 Dot Matrix ... 23

2.8 Transformator ... 25

2.8.1. Transformator tegangan ... 25

2.8.2. Transformator arus ... 26

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 27

3.1 Waktu dan tempat pelaksanaan ... 27

(7)

3.3 Pelaksanaan Penelitian ... 30

3.3.1. Persiapan penelitian ... 30

3.3.2. Pengambilan data penelitian ... 30

3.4 Analisa Data ... 31

3.5 Jadwal penelitian ... 32

3.6 Diagram alir penelitian ... 33

BAB IV PERANCANGAN ALAT DAN PEMBAHASAN ... 34

4.1 Perancangan alat ... 34

4.1.1. Rangkaian induk ... 34

4.1.2. ADE 7752 kWh meter digital ... 36

4.1.3. Display 16x2 ... 37

4.1.4. Real time clock DS 1302 ... 38

4.1.5. Rangkaian Saklar AC Digital dengan Relay ... 39

4.1.6. Penyearah 5 V dengan auto save pin ... 39

4.1.7. Koneksi Handphone dengan Minimum sistem ... 40

4.1.8. Format Data SMS (Short Messaging Service) ... 41

4.1.9. AT COMMAND hand phone siemen yang berhubungan dengan SMS ... 44

4.1.10. Software Compiler Code Vision AVR ... 45

4.2 Data dan Pembahasan ... 48

BAB V PENUTUP ... 50

5.1 Kesimpulan ... 50

5.2 Saran ... 50

DAFTAR PUSTAKA ... 51

(8)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Konsumsi Energi Per Kapita vs Intensitas Energi ... 1

Gambar 2.1 Segitiga Daya ... 8

Gambar 2.2 Cos q_{antara arus dan tegangan ... 9}

Gambar 2.3 Blok Diagram Mikrokontroler ATMega16 ... 11

Gambar 2.4 Susunan pin mikrokontroler ATMega16 ... 12

Gambar 2.5 Arsitektur Mikrokontroler ATMega16... 14

Gambar 2.6 Peta Memori ATMega16 ... 14

Gambar 2.7 Peta Memori Data ATMega16 ... 15

Gambar 2.8 Register UDR ... 19

Gambar 2.9 Register UCSRA ... 19

Gambar 2.10 Register UCSRB ... 20

Gambar 2.11 Register UCSRC ... 22

Gambar 2.12 Tes sirkuit rangkaian ... 23

Gambar 2.13 Ilustrasi display dot matrix 8x8 bicolor ... 24

Gambar 2.14 Transformator Tegangan ... 25

Gambar 2.15 Gambar 2.15. Transformator arus ... 26

Gambar 3.1 Skema peralatan monitoring daya real time ... 28

Gambar 3.2 kWh Meter Prabayar PLN ... 28

Gambar 3.3 Stopwatch ... 29

Gambar 3.4 Multitester Digital ... 29

Gambar 3.5 Kabel Data ... 30

Gambar 4.1 Diagram blok system monitoring listrik real time ... 35

Gambar 4.2 Minimum sistem ATMega16 ... 36

Gambar 4.3 Alur sinyal impuls dari IC ADE 7752 menuju mikrokontroler ... 37

Gambar 4.4 Alur komunikasi LCD dengan mikrokontroler ... 35

Gambar 4.5 Alur koneksi DS 1302 dengan minimum sistem ... 38

Gambar 4.6 Rangkaian relay 24 V ... 39

Gambar 4.7 Rangkaian penyearah 5 V dengan auto save pin ... 35

Gambar 4.8 Tampilan program code vision AVR ... 45

Gambar 4.9 Flow chart pengesetan sms pada HP Siemens MCL60 ... 46

(9)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Penentuan Ukuran Karakter ... 21

Tabel 3.1 Jadwal Penelitian ... 32

Tabel 4.1 Jalur koneksi pin LCD dengan Mikrokontroler ... 38

Tabel 4.2 Jalur koneksi pin DS 1302 dengan Mikrokontroler ... 38

Tabel 4.3 Jalur pin HP Siemens MCL60 ... 32

Tabel 4.4 Spesifikasi alat dari pabrikan ... 48

Tabel 4.5 Variasi Pembebanan ... 48

(10)

DAFTAR NOTASI

P : Daya nyata

V : Tegangan

I : Arus

q _{: sudut antara tegangan dan arus}

Q : daya reaktif

S : Daya aktif

(11)

ABSTRAK

MUH. THOYIB, Perancangan Monitoring Daya Listrik Real Time Dengan IC ADE 7752 Berbasis ATMega16.

Tahun 2011 konsumsi energi listrik nasional pada sektor rumah tangga meningkat drastis pada angka 15 ribu GW. Hal ini dikarenakan oleh tidak adanya penerapan manajemen energi sebagai upaya strategis untuk menghemat energi listrik. Sebagai salah satu pelaksanaan manajemen energi adalah melalui pemantauan daya listrik secara real time. Desain monitoring daya listrik real time ini harus memenuhi persyaratan ekonomis, akurat dan mudah digunakan tanpa mengurangi nilai kenyamanan dalam penggunaan energi listrik. Dalam penelitian ini sebuah perangkat pemantauan energi listrik yang dibuat dengan memanfaatkan IC ADE 7752 untuk pengukuran energi dan ATMega16 sebagai mikroprosesor. ADE 7752 akan memberikan 1600 detak/impuls untuk setiap 1 KWH yang dikeluarkan melalui kaki CF. Kaki CF diumpankan ke sebuah opto-coupler (saklar cahaya) sebelum diumpankan ke mikrokontroler sebagai pusat pengelolaan data. Untuk memudahkan pemantauan, data hasil perhitungan diterima pengguna melalui sistem sms. Sistem antar muka mikrokontroler menggunakan komunikasi serial asynchrone dengan baud rate 96000 bpf. Pengujian dilakukan dengan menggunakan beban rumah tangga seperti TV, lampu dan Magic Jar. Sebagai validasi, hasil pengukuran kemudian dibandingkan dengan kWh Meter digital prabayar milik PLN.

Dari hasil pengukuran diperoleh bahwa kesalahan rata-rata cukup kecil, sebesar 2,5%, sehingga alat ini cukup baik untuk digunakan sebagai sebuah alat pengukuran dan pemantauan untuk penggunaan daya listrik.

(12)

ABSTRACT

MUH. THOYIB, Design of Real Time Electric Power Monitoring Using IC ADE 7752 Based Microcontroller ATMega16.

National electrical energy consumption in the household sector increased dramatically in number 15 thousand GW in 2011. It is because there is no implementation of energy management as a strategic effort in order to save electrical energy.

As one of the implementation of energy management is through monitoring the electrical energy used by using real time monitoring power system device. Design of electrical power system real time monitoring of these must meet the requirements of economical, accurate and easy to use without reducing the value of convenience in the use of electrical energy. In this study an electrical energy monitoring devices are made by utilizing the ADE IC 7752 to energy measurement and AT89S51 as a microprocessor. ADE 7752 is using up to 1600 pulse / impulse for every 1 KWH issued through the CF leg. CF leg is fed to an opto-coupler (light switch) before being fed to the microcontroller as the central of the data management. To facilitate the monitoring, data calculation results of the user in the form of SMS is received. The system interfaces with the microcontroller using a serial communication mobile asynchronous with baud rate of 96000 bpf. Tests carried out using household expenses such as TV, lights and magic jar. As a validation; the results are then compared to the PLN digital kWh meter.

From the measurement results obtained that the average error is quite small, amounting to 2.5%, so that the device is good enough to use as measuring and monitoring device for the power usage.

(13)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. LATAR BELAKANG

Pemakaian energi listrik dewasa ini sudah sangat luas, hampir di setiap sendi

kehidupan selalu bersinggungan dengan energi listrik, manusia sangat sulit

melepaskan diri dan semakin lama tidak ada satupun alat kebutuhan manusia yang

tidak membutuhkan energi listrik. Untuk itu hanya ada satu pilihan bijak, segera

melangkah untuk merumuskan bagaimana menciptakan dan menggunakan energi

listrik secara efektif dan efesien

Kekayaan alam bangsa Indonesia yang mampu dikonversikan dalam bentuk

energi sangatlah melimpah dan bermacam-macam. Pertanyaannya, mengapa

sumber-sumber energi tersebut tidak mampu digunakan untuk mencukupi kebutuhan

warganya dari Sabang sampai Merauke. Hal ini dikarenakan belum semua sumber

energi dapat dikelola dengan baik. Sementara itu, prediksi peningkatan jumlah

penduduk di Indonesia pada tahun 2060 akan mencapai angka 475 juta jiwa, dapat

dipastikan tingkat konsumsi energi listrik juga akan mengalami peningkatan yang

serupa.

Gambar 1.1 Konsumsi Energi Per Kapita vs Intensitas Energi (Blueprint

(14)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id Berdasarkan gambar 1 di atas, Indonesia memiliki intensitas energi yang

paling tinggi dibandingkan negara Malaysia, Thailand dan Jepang. Hal ini

menunjukkan bahwa untuk menghasilkan satu satuan produksi atau jasa, Indonesia

membutuhkan energi yang paling banyak, dengan kata lain penggunaan energi di

Indonesia paling rendah efektifitas dan efisiensinya.

Perkembangan teknologi memberikan manfaat bagi kehidupan manusia

dalam kehidupan sehari-hari. Dengan kemajuan teknologi, banyak peralatan yang

dialihkan dari bentuk manual ke bentuk otomatis. Peralatan manual mempunyai

kekurangan dalam hal kecepatan, ketepatan dan ketelitian, sehingga transformasi

kearah otomatis mampu menjadi sebuah pilihan yang tepat dan menguntungkan

dimasa yang akan datang.

Teknologi remote control melalui mikrokontroler telah banyak

dikembangkan dengan memanfaatkan berbagai media transmisi. Beberapa

diantaranya adalah remote control dengan memanfaatkan media infra merah,

gelombang radio, internet dan saluran telepon. Sistem transfer data melalui saluran

telepon memiliki keunggulan dalam hal jarak jangkauan dan kepraktisan dibanding

media lainnya.

Alat ukur dapat tersusun atas bagian digital dan analog. Ada 3 bagian utama

dalam suatu alat ukur, yaitu sensor, pengolah data dan penampil data. Alat ukur

dengan penampil digital memberikan banyak kemudahan seperti pembacaan yang

lebih teliti dan mudah dibaca karena tidak ada paralaks (Wahyunggoro, 1998).

Pengolahan data juga lebih mudah dilakukan secara digital, walaupun ada beberapa

bagian yang memang tidak bisa mengabaikan kemampuan suatu rangkaian analog.

Berdasarkan uraian diatas, upaya komprehensif untuk mempertahankan

ketersediaan energi harus segera dilaksanakan. Penemuan energi yang baru dan

terbarukan haruslah diimbangi dengan upaya pemanfaatan energi yang hemat,

efektif dan efisien. Oleh karena itu, penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk

mengetahui sinergitas antara komunikasi sistem DTMF (Dual Tone Multiple

Frekuensi) dengan mikrokontroler untuk memberikan informasi daya listrik Realtime

kepada konsumen listrik, sehingga pemakaian energi listrik dapat dimonitoring dan

(15)

1.2. BATASAN MASALAH

Dalam penelitian ini permasalahan dibatasi pada:

1. Alat monitoring daya listrik real time untuk aplikasi pencatatan kWh secara

otomatis dari tiap beban.

2. Alat monitoring daya listrik real time mampu menerima instruksi berupa, set

batas kWh, laporan rata-rata penggunaan listrik tiap 24 jam, mematikan dan

menghidupkan, pengesetan jam secara update, serta pengecekan secara real

time penggunaan listrik oleh pelanggan.

3. Pemograman mikrokontroler ATMEGA 16 menggunakan bahasa-C.

4. IC ADE 7752 yang terdapat pada rangkaian monitoring daya listrik real time

bekerja pada kondisi yang sesuai dengan spesifikasinya, yaitu memperoleh

input tegangan DC 5 V dengan toleransi simpangan maksimum 2,5 %.

5. Komunikasi berbasis data DTMF untuk aplikasi automatisasi pengiriman data

digital dari mikrokontroler ke handphone pelanggan.

1.3. PERUMUSAN MASALAH

Perumusan masalah dalam penelitian ini adalah bagaimana cara merancang

alat monitoring daya listrik real time mampu menerima instruksi berupa, set batas

kWh, laporan rata-rata penggunaan listrik tiap 24 jam, mematikan dan

menghidupkan, pengesetan jam secara update, serta pengecekan secara real time

penggunaan listrik oleh pelanggan. Selain itu alat monitoring daya listrik real time

harus memberikan hasil pembacaan kWh dari listrik pelanggan yang mendekati nilai

pembacaan kWh meter sistem pulsa dari PLN.

1.4. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN

Penelitian ini bertujuan untuk:

1. Membuat dan merancang alat monitoring daya listrik realtime untuk memberi

kemudahan dan akses pengawasan konsumsi listrik jarak jauh kepada

pelanggan yang dapat berfungsi dengan baik.

2. Mengetahui akurasi pengukuran daya listrik yang terpakai dengan alat

monitoring daya listrik real time dibandingkan dengan hasil pengukuran kWh

(16)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id Manfaat penelitian:

1. Untuk mengembangkan ilmu pengetahuan, terutama dalam bidang

mikrokontroler dan komunikasi antar mukanya.

2. Untuk mengetahui pengaruh fungsi pembatasan kWh dari alat monitoring

daya listrik real time terhadap efisiensi penggunaan listrik oleh pelanggan.

1.5. SISTEMATIKA PENULISAN

Sistematika penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :

BAB I : Pendahuluan, menjelaskan tentang latar belakang masalah, tujuan dan

manfaat penelitian, perumusan masalah, batasan masalah serta

sistematika penulisan.

BAB II : Dasar teori, berisi tinjauan pustaka yang berkaitan dengan gasifikasi

oksidasi terbatas dan teori tentang gasifikasi sekam padi.

BAB III : Metodologi penelitian, menjelaskan peralatan yang digunakan, tempat

dan pelaksanaan penelitian, langkah-langkah percobaan dan

pengambilan data.

BAB IV : Data dan analisa, menjelaskan data hasil pengujian, perhitungan data

hasil pengujian serta analisa hasil dari perhitungan.

(17)

BAB II

DASAR TEORI

2.1. TINJAUAN PUSTAKA

Nurul, M., (2004) meneliti KWh meter digital untuk aplikasi automatisasi

pencatat pemakaian daya listrik apartemen. Sistem ini merupakan pengembangan

dari alat kwh meter yang sudah ada, hanya saja sistem ini mengoptimalkan

penggunaan mikrokontroler AT89C51 yang sudah umum dipasaran. Alat yang

dirancang mempergunakan komunikasi dengan sistem DTMF (Dual Tone Multiple

Frequency) dan nilai daya dan pengisian pulsa dapat dipakai menggunakan sistem

internet. Pengukuran daya listrik pada alat ini mempergunakan metoda yang sangat

sederhana, yakni mengalikan parameter tegangan dan parameter arus, tanpa

memperhitungkan faktor daya. Sistem ini belum dirancang untuk aplikasi kontrol

langsung jarak jauh.

Sutarmanto, N., (2007) meneliti sistem kendali perangkat listrik

menggunakan media Short Message Sevice (SMS). Sistem kendali dirancang dengan

menggabungkan software EPCS (Electric Pheriperal Control System) dengan

rangkaian relay pengatur catu daya yang dihubungkan melalui interkoneksi ponsel

NOKIA N5110. Sistem ini mampu mengendalikan kondisi ON/OFF output

(peralatan listrik semisal lampu) baik dengan modus manual (klik langsung atau

timer untuk otomastisasi) maupun melalui Short Message Sevice (SMS). Pada

kenyataannya sistem ini belum dapat mendeteksi kondisi listrik ketika komputer

induk padam sehingga meskipun SMS terkirim, input data dari SMS tidak dapat

diimplementasikan ke alat.

Kristanto, Y., (2009) meneliti Pengaplikasian IC ADE7752 Sebagai KWh

Meter Digital Berbasis MCS-51. KWH meter digital tersebut menggunakan

ADE7752 sebagai IC pengukuran energi dan AT89S51 sebagai mikroprosesornya,

trafo arus sebagai sensor arus, rangkaian pembagi tegangan sebagai sensor tegangan,

dan LCD sebagai penampil. KWh digital ini sesuai untuk listrik 3 phase-4 kawat

dengan konstan 100imp/KWh dan keistimewaan dari KWh meter digital ini adalah

(18)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id digital mengukur Daya (Watt), yang terdiri dari tegangan (volt) dan arus (ampere),

bukan arus saja yang diukur pada KWh meter konvensional.

Kirkup,( 2002). Alat ukur tidak bisa disebut baik jika tidak dikalibrasi

dengan referensi yang baik. Kalibrasi yang baik dilakukan dengan menentukan

referensi yang tepat. Suatu referensi harus diuji dengan membandingkan

besaran-besaran yang diukur dengan rumus yang telah baku, di samping membandingkannya

dengan beberapa referensi yang lain. Kalibrasi sangat mempengaruhi suatu

pengukuran.

Doebelin, (1983). Dalam pengukuran, mengartikan secara nyata suatu jumlah

yang diukur adalah tidak mungkin. Masalah yang kompleks akan ditemui jika

mempermasalahkan objek yang sebenarnya. Yang bisa dilakukan adalah dengan

menciptakan standar/referensi dari suatu jumlah yang diukur. Istilah “nilai

sebenarnya” diartikan sebagai nilai yang didapatkan jika jumlah yang terukur sesuai

dengan referensi yang disetujui bersama dan cukup akurat untuk tujuan dimana data

akan digunakan.

2.2. Arus Listrik

Arus merupakan perubahan kecepatan muatan terhadap waktu atau

muatan yang mengalir dalam satuan waktu dengan simbol i (dari kata Perancis :

intensite), dengan kata lain arus adalah muatan yang bergerak. Selama muatan

tersebut bergerak maka akan muncul arus tetapi ketika muatan tersebut diam maka

arus pun akan hilang. Muatan akan bergerak jika ada energi luar yang

memepengaruhinya. Muatan adalah satuan terkecil dari atom atau sub bagian dari

atom. Dimana dalam teori atom modern menyatakan atom terdiri dari partikel inti

(proton bermuatan + dan neutron bersifat netral) yang dikelilingi oleh muatan

elektron (-), normalnya atom bermuatan netral. Muatan terdiri dari dua jenis yaitu

muatan positif dan muatan negatif

Arah arus searah dengan arah muatan positif (arah arus listrik) atau

berlawanan dengan arah aliran elektron. Suatu partikel dapat menjadi muatan positif

apabila kehilangan elektron dan menjadi muatan negatif apabila menerima elektron

dari partikel lain. Coulomb adalah unit dasar dari International System of Units (SI)

(19)

2.3. Tegangan

Tegangan atau seringkali orang menyebut dengan beda potensial dalam

bahasa Inggris voltage adalah kerja yang dilakukan untuk menggerakkan satu

muatan (sebesar satu coulomb) pada elemen atau komponen dari satu

terminal/kutub ke terminal/kutub lainnya, atau pada kedua terminal/kutub akan

mempunyai beda potensial jika kita menggerakkan/memindahkan muatan sebesar

satu coulomb dari satu terminal ke terminal lainnya. Keterkaitan antara kerja

yang dilakukan sebenarnya adalah energi yang dikeluarkan, sehingga pengertian

diatas dapat dipersingkat bahwa tegangan adalah energi per satuan muatan.

2.4. Daya Listrik

Daya listrik ada 3 macam yaitu daya aktif, daya reaktif dan daya nyata.

2.4.1. Daya nyata

Satuan daya nyata dinyatakan dalam Watt. Daya nyata, digunakan

secara umum oleh konsumen. Daya nyata inilah yang biasanya dapat

dikonversikan dalam bentuk kerja. Rumusnya adalah (Geradino, 1992):

P = V I cos q (2.1)

dengan :

P = daya nyata (Watt)

V = tegangan (Volt)

I = arus (Ampere)

q = sudut antara tegangan dan arus (derajat)

2.4.2. Daya reaktif

Daya reaktif adalah jumlah daya yang diperlukan untuk pembentukan

medan magnet. Dari pembentukan medan magnet, maka akan terbentuk fluks

magnetik. Satuan daya reaktif dinyatakan dalam VAR dan rumusnya adalah

(Geradino, 1992) :

(20)

2.4.3. Daya aktif

Daya aktif adalah penjumlahan geometris dari daya nyata dan daya

reaktif. Daya aktif merupakan daya yang diproduksi oleh perusahaan

sumberlistrik. Daya nyata ini dinyatakan dalam VA dan memiliki rumus

Gambar 2.1 Segitiga Daya (Sangkaran, 2002)

2.4.4. Faktor Daya (cos tetha)

Faktor daya atau yang biasanya disebut cos q adalah perbandingan

antara daya aktif (Watt) dengan daya nyata (VA). Faktor daya juga dapat

definisikan yaitu merupakan cosines dari sudut beda fasa antara tegangan dan

arus dimana arus leading atau lagging terhadap tegangan.

Faktor daya = ( )

( )

P Watt

S VA =cos q (2.4)

Faktor daya yang baik adalah faktor daya yang bernilai bedar. Pada

teorinya, faktor daya dapat mencapai 100 %, tapi dalam kenyataannya, faktor

daya tidak mencapai 100 % tanpa adanya peralatan untuk mengkoreksi faktor

daya tersebut. Faktor daya yang tinggi sangat penting untuk keseluruhan

sistem kelistrikan. Selain dapat meningkatkan efisiensi, faktor daya yang

tinggi juga akan membuat biaya listrik menjadi lebih ekonomis dan

(21)

Gambar 2.2 Cos q antara arus dan tegangan (Sangkaran, 2002)

2.5. Mikrokontroler ATMEGA16

2.5.1. Konstruksi Dasar ATMEGA16

Mikrokontroler AVR adalah mikrokontroler RISC 8 bit berdasarkan

aristektur Harvard, yang dibuat oleh Atmel pada tahun 1996. AVR memiliki

keunggulan dibandingkan dengan mikrokontroler lain, keunggulan AVR

yaitu AVR memiliki kecepatan eksekusi program yang lebih cepat, karena

sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 siklus clock, lebih cepat

dibandingkan MCS51 yang membutuhkan 12 siklus clock untuk

mengeksekusi 1 instruksi. Mikrokontroler ATMega16 memiliki fitur yang

lengkap (ADC internal, EEPROM internal, Timer/Counter, Watchdog

Timer, PWM, Port I/O, komunikasi serial, Komparator, I2C,dll).

Berikut ini merupakan beberapa spesifikasi ATMega16:

1. Arsitektur RISC dengan throughput mencapai 16 MIPS pada

frekuensi 16 Mhz.

2. Memiliki kapasitas flash memori 16Kbyte, EEPROM 512 Byte, dan

(22)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 3. Saluran Port I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, dan

Port D.

4. CPU yang terdiri atas 32 buah register

5. User interupsi internal dan eksternal

6. Port USART sebagai komunikasi serial

7. Konsumsi daya rendah (DC 5V)

8. Fitur peripheral, yang terdiri dari:

a. Tiga buah Timer/Counter dengan perbandingan

- 2 (dua) buah Timer/Counter 8 bit dengan Prescaler terpisah

dan Mode Compare.

- 1 (satu) buah Timer/Counter 16 bit dengan Prescaler

terpisah, Mode Compare dan Mode Capture.

b. Real Time Counter dengan osilator tersendiri

c. 4 channel PWM

d. 8 channel, 10-bit ADC

- 8 Single-ended Channel

- 7 Differential Channel hanya pada kemasan TQFP

- 2 Differential Channel dengan Programmable Gain 1x, 10x,

atau 200x

e. Byte-orientd Two-wire Serial Interface

f. Antamuka SPI

g. Watchdog Timer dengan osilator internal

(23)

Gambar 2.3. Blok Diagram Mikrokontroler ATMega16

Susunan pin-pin mikrokontroler ATMega16 ditunjukkan pada gambar

(24)

Gambar 2.4 Susunan pin mikrokontroler ATMega16

Konfigurasi pin ATMega16 dengan kemasan 40 pin DIP (Dual In-line

Package) dapat dilihat pada Gambar 2.2. Dari gambar di atas dapat dijelaskan

fungsi dari masing-masing pin ATMega16 sebagai berikut:

1. Vcc merupakan pin yang berfungsi sebagai masukan catu daya.

2. GND merupakan pin Ground.

3. Port A (PA0…7) merupakan pin input/output dua arah dan pin

masukan ADC.

4. Port B (PB0…7) merupakan pin input/output dua arah dan pin

dengan fungsi khusus seperti SPI, MISO, MOSI, SS, AIN1/OC0,

AIN0/INT2, T1, T0, T1/XCK.

5. Port C (PC0…7) merupakan pin input/output dua arah dan pin

dengan fungsi khusus, seperti TOSC2, TOSC1, TDI, TD0, TMS,

TCK, SDA, SCL.

6. Port D (PD0…7) merupakan pin input/output dua arah dan pin

dengan fungsi khusus, seperti RXD, TXD, INT0, INT1, OC1B,

(25)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 7. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset

mikrokontroler.

8. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal.

9. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC.

10. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.

2.5.2. Arsitektur Mikrokontroler ATMEGA16

ATMega16 menggunakan arsitektur Harvard dengan

memisahkan antara memori dan bus untuk program dan data untuk

memaksimalkan kemampuan dan kecepatan. Instruksi dalam memori

program dieksekusi dengan pipelining single level dimana ketika satu

instruksi dieksekusi, instruksi berikutnya diambil dari memori program.

Konsep ini mengakibatkan instruksi dieksekusi setiap siklus clock. CPU

terdiri dari 32x8 bit general purpose register yang dapat diakses dengan

cepat dalam satu siklus clock, yang mengakibatkan operasi Arithmetic

Logic Unit (ALU) dapat dilakukan dalam satu siklus. Pada operasi

ALU, dua operand berasal dari register, kemudian operasi dieksekusi

dan hasilnya disimpan kembali pada register dalam satu siklus clock.

Operasi aritmetik dan logika pada ALU akan mengubah bit-bit yang

terdapat pada Status Register (SREG). Arsitektur Mikrokontroler

ATMega16 dapat dilihat pada Gambar 2.5 yang terdapat di bawah ini.

2.5.3. Memori Program

Arsitektur ATMega16 mempunyai dua memori utama, yaitu

memori data dan memori program. Selain itu, ATMega16 memiliki

memori EEPROM untuk menyimpan data. ATMega16 memiliki 16K

byte On-chip In-System Reprogrammable Flash Memori untuk

menyimpan program. Instruksi ATMega16 semuanya memiliki format

16 atau 32 bit, maka memori flash diatur dalam 8K x 16 bit. Memori

flash dibagi kedalam dua bagian, yaitu bagian program boot dan

(26)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id Bootloader adalah program kecil yang bekerja pada saat sistem

dimulai yang dapat memasukkan seluruh program aplikasi ke dalam

memeri prosesor.

Gambar 2.5 Arsitektur Mikrokontroler ATMega16

Gambar 2.6 Peta Memori ATMega16

Application Flash Section

Boot Flash Section

$000

(27)

2.5.4. Memori Data

Memori data AVR ATMega16 terbagi menjadi 3 bagian, yaitu

32 register umum, 64 buah register I/O dan 1 Kbyte SRAM internal.

General purpose register menempati alamat data terbawah, yaitu $00

sampai $1F. Sedangkan memori I/O menempati 64 alamat berikutnya

mulai dari $20 hingga $5F. Memori I/O merupakan register yang

khusus digunakan untuk mengatur fungsi terhadap berbagai fitur

mikrokontroler seperti kontrol register, timer/counter, fungsi-fungsi

I/O, dan sebagainya. 1024 alamat berikutnya mulai dari $60 hingga

$45F digunakan untuk SRAM internal

Gambar 2.7 Peta Memori Data ATMega16

2.5.5. Memori Data EEPROM

ATMega16 terdiri dari 512 byte memori data EEPROM 8 bit,

data dapat ditulis/dibaca dari memori ini, ketika catu daya dimatikan,

data terakhir yang ditulis pada memori EEPROM masih tersimpan pada

memori ini, atau dengan kata lain memori EEPROM bersifat

(28)

2.5.6. Software Mikrokontroler ATMega16

Sebuah mikrokontroler tidak akan bekerja bila tidak diberikan

program untuk diisikan ke dalam mikrokontroler tersebut. Oleh karena

itu, dalam tugas akhir ini akan digunakan perangkat lunak

CodeVisionAVR sebagai media penghubung antara program yang akan

diisikan ke mikrokontroler ATMega16 yang menggunakan bahasa C.

Pemrograman mikrokontroler AVR dapat menggunakan low

level language (assembly) dan high level language (C, Basic, Pascal,

JAVA, dll) tergantung compiler yang digunakan. Bahasa Assembler

pada mikrokontroler AVR memiliki kesamaan instruksi, sehingga jika

telah menguasai pemrograman satu jenis mikrokontroler AVR, maka

akan dengan mudah untuk memprogram mikrokontroler AVR jenis

lain, tetapi bahasa assembler relatif lebih sulit dipelajari daripada

bahasa C, untuk pembuatan suatu proyek yang besar akan memakan

waktu yang lama, serta penulisan programnya akan panjang. Sedangkan

bahasa C memiliki keunggulan dibandingkan bahasa assembly yaitu

penyusunan program akan lebih sederhana dan mudah pada proyek

yang lebih besar. Bahasa C hampir bisa melakukan semua operasi yang

dapat dikerjakan oleh bahasa mesin.

CodeVisionAVR pada dasarnya merupakan perangkat lunak

pemrograman mikrokontroler keluarga AVR berbasis bahasa C. Ada

tiga komponen penting yang telah diintegrasikan dalam perangkat lunak

ini: Compiler C, IDE dan program generator.

Berdasarkan spesifikasi yang dikeluarkan oleh perusahaan

pengembangnya, Compiler C yang digunakan hampir

mengimplementasikan semua komponen standar yang ada pada bahasa

C standar ANSI (seperti struktur program, jenis tipe data, jenis operator,

dan library fungsi standar berikut penamaannya). Tetapi walaupun

demikian, dibandingkan bahasa C untuk aplikasi komputer, compiler C

untuk mikrokontroler ini memiliki sedikit perbedaan yang

disesuaikan dengan arsitektur AVR tempat program C tersebut

(29)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id Khusus untuk library fungsi, disamPING library standar

(seperti fungsi-fungsi matematik, manipulasi string, pengaksesan

memori dan sebagainya), CodeVisionAVR juga menyediakan

fungsi-fungsi tambahan yang sangat bermanfaat dalam pemrograman

antarmuka AVR dengan perangkat luar yang umum digunakan dalam

aplikasi kontrol. Beberapa fungsi library yang penting diantaranya

adalah fungsi-fungsi untuk pengaksesan LCD, komunikasi I2C, IC RTC

(Real time Clock), sensor suhu, SPI (Serial Peripheral Interface) dan

lain sebagainya.

Untuk memudahkan pengembangan program aplikasi,

CodeVisionAVR juga dilengkapi IDE yang sangat user friendly. Selain

menu-menu pilihan yang umum dijumpai pada setiap perangkat lunak

berbasis Windows, CodeVisionAVR ini telah mengintegrasikan

perangkat lunak downloader yang bersifat In System Programmer

yang dapat digunakan untuk mentransfer kode mesin hasil kompilasi ke

dalam sistem memori mikrokontroler AVR yang sedang diprogram.

Selain itu, CodeVisionAVR juga menyediakan sebuah fitur

yang dinamakan dengan Code Generator atau CodeWizardAVR.

Secara praktis, fitur ini sangat bermanfaat membentuk sebuah kerangka

program (template), dan juga memberi kemudahan bagi programmer

dalam peng-inisialisasian register-register yang terdapat pada

mikrokontroler AVR yang sedang diprogram. Dinamakan Code

Generator, karena perangkat lunak CodeVision ini akan

membangkitkan kode-kode program secara otomatis setelah fase

inisialisasi pada jendela CodeWizardAVR selesai dilakukan.

Penggunaan fitur ini pada dasarnya hampir sama dengan application

wizard pada bahasa-bahasa pemrograman visual untuk komputer.

2.5.7. Komunikasi Serial USART

Komunikasi data adalah perpindahan data antara dua atau lebih

peranti, baik yang berjauhan maupun yang berdekatan. Perpindahan

(30)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id seri. Komunikasi seri dapat dibedakan menjadi 2 macam, yaitu

komunikasi dara seri sinkron dan komunikasi data asinkron. Dikatakan

sinkron jika sisi pengirim dan sisi penerima ditabuh (clocked) oleh

penabuh (clock) yang sama, satu sumber penabuh; data dikirim beserta

penabuh. Dikatakan asinkron jika sisi pengirim dan sisi penerima

ditabuh oleh penabuh yang terpisah dengan frekuensi yang hampir

sama, data dikirim disertai informasi sinkronisasi. Pada proses

inisialisasi ini setiap perangkat yang terhubung harus memiliki baudrate

yang sama. Beberapa fasilitas yang disediakan USART AVR adalah

sebagai berikut:

- Operasi full duplex (mempunyai register receive dan transmit

yang terpisah).

- Mendukung kecepatan multiprosesor.

- Mode kecepatan berode Mbps.

- Operasi asinkron atau sinkron.

- Operasi master atau slave clock sinkron.

- Dapat menghasilkan baud-rate (laju data) dengan resolusi tinggi.

- Modus komunikasi kecepatan ganda pada asinkron.

- Dll

2.5.8. Inisialisasi USART

Pada mikrokontroler AVR untuk mengaktifkan dan mengeset

komunikasi USART dilakukan dengan cara mengaktifkan

register-register yang digunakan untuk komunikasi USART. Register-register-register

yang digunakan untuk komunikasi USART antara lain:

1. USART I/O Data Register (UDR)

UDR merupakan register 8 bit yang terdiri dari 2 buah

dengan alamat yang sama, yang digunakan sebagai tempat untuk

menyimpan data yang akan dikirimkan (TXB) atau tempat data

(31)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id Gambar 2.8 Register UDR

2. USART Control and Status Register A (UCSRA)

Gambar 2.9 Register UCSRA

Penjelasan bit penyusun UCSRA:

a. RXC (USART Receive Complete)

Bit ini akan set ketika data yang masuk ke dalam UDR belum

dibaca dan akan berlogika nol ketika sudah dibaca. Flag ini

dapat digunakan untuk membangkitkan interupsi RX jika

diaktifkan dan akan berlogika nol secara otomatis bersamaan

dengan eksekusi vektor interupsi yang bersangkutan.

b. TXC (USART Transmit Complete)

Bit ini akan set ketika data yang dikirim telah keluar. Flag ini

akan membangkitkan interupsi TX jika diaktifkan dan akan

clear secara otomatis bersamaan dengan eksekusi vektor

interupsi yang bersangkutan.

c. UDRE (USART Data Register Empty)

Flag ini sebagai indikator isi UDR. Jika bernilai satu maka

UDR dalam keadaan kosong dan siap menerima data

berikutnya, jika flag bernilai nol berarti sebaliknya.

d. FE (Frame Error)

Bit ini sebagai indikator ketika data yang diterima error,

misalnya ketika stop bit pertama data dibaca berlogika nol

maka bit FE bernilai satu. Bit akan bernilai 0 ketika stop bit

(32)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id e. DOR (Data OverRun)

Bit ini berfungsi untuk mendeteksi jika ada data yang

tumpang tindih. Flag akan bernilai satu ketika terjadi

tumpang tindih data.

f. PE (Parity Error)

Bit yang menentukan apakah terjadi kesalahan paritas. Bit ini

berfungsi jika ada kesalahan paritas. Bit akan berlogika satu

ketika terjadi bit parity error apabila bit paritas digunakan.

g. U2X (Double the USART Transmission Speed)

Bit yang berfungsi untuk menggandakan laju data manjadi

dua kalinya. Hanya berlaku untuk modus asinkron, untuk

mode sinkron bit ini diset nol.

h. MPCM (Multi Processor Communication Mode)

Bit untuk mengaktifkan modus multi prosesor, dimana ketika

data yang diterima oleh USART tidak mengandung informasi

alamat akan diabaikan.

3. USART CONTROL AND STATUS REGISTER B (UCSRB)

Gambar 2.10 Register UCSRB

Penjelasan bit penyusun UCSRB:

a. RXCIE (RX Complete Interrupt Enable)

Bit pengatur aktivasi interupsi penerimaan data serial, akan

berlogika satu jika diaktifkan dan berlogika nol jika

dinonaktifkan.

b. TXCIE (TX Complete Interrupt Enable)

Bit pengatur aktivasi pengiriman data serial, akan berlogika

(33)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id c. UDRIE (USART Data Register Empty Interrupt Enable)

Bit ini berfungsi untuk mengaktifkan interupsi data register

kosong, berlogika satu jika diaktifkan dan sebaliknya.

d. RXEN (Receiver Enable)

Bit ini berfungsi untuk mengaktifkan pin RX saluran

USART. Ketika pin diaktifkan maka pin tersebut tidak dapat

digunakan untuk fungsi pin I/O karena sudah digunakan

sebagai saluran penerima USART.

e. TXEN (Transmitter Enable)

Bit ini berfungsi untuk mengaktifkan pin TX saluran USART.

Ketika pin diaktifkan maka pin tersebut tidak dapat

digunakan untuk fungsi pin I/O karena sudah digunakan

sebagai saluran pengirim USART.

f. UCSZ2 (Character Size)

Bit ini bersama dengan UCSZ1 dan UCSZ0 dalam register

UCSRC digunakan untuk memilih tipe lebar data bit yang

digunakan.

Tabel 2.1 Penentuan Ukuran Karakter

g. RXB8 (Receive Data Bit 8)

Bit ini digunakan sebagai bit ke-8 ketika menggunakan

format data 9-10 bit, dan bit ini harus dibaca dahulu sebelum

membaca UDR.

h. TXB8 (Transmit Data Bit 8)

Bit ini digunakan sebagai bit ke-8 ketika menggunakan

format data 9-10 bit, dan bit ini harus ditulis dahulu sebelum

(34)

4. USART CONTROL AND STATUS REGISTER C (UCSRC)

Gambar 2.11 Register UCSRC

Penjelasan bit penyusun UCSRC:

a. URSEL (Register Select) :

Bit ini berfungsi untuk memilih register UCSRC dengan

UBBRH, dimana untuk menulis atau membaca register

UCSRC maka bit harus berlogika satu.

b. UMSEL (USART Mode Select)

Bit pemilih mode komunikasi serial antara sinkron dan

asinkron.

c. UPM[1…0] (Parity Mode)

Bit ini berfungsi untuk memilih mode paritas bit yang akan

digunakan. Transmittter USART akan membuat paritas yang

akan digunakan secara otomatis.

d. USBS (Stop Bit Select)

Bit yang berfungsi untuk memilih jumlah stop bit yang akan

digunakan.

e. UCSZ1 dan UCSZ0

Merupakan bit pengatur jumlah karakter serial Bit yang

berfungsi untuk memilih lebar data yang digunakan

dikombinasikan dengan bit UCSZ2 dalam register UCSRB.

f. UCPOL (Clock Parity)

Bit yang berguna hanya untuk modus sinkron. Bit in

berhubungan dengan perubahan data keluaran dan sampel

(35)

2.6. IC ADE 7752

ADE 7752 adalah jenis IC untuk pengukuran polyphase energi listrik dengan

tingkat akurasi yang tinggi. Spesifikasi unjuk kerja IC ini telah melampaui syarat

yang ditetapkan dalam standar IEC 62053-2x. Prisnsip kerja dari IC ini adalah

dengan mengubah sinyal analog dari sensor arus dan tegangan menjadi sinyal digital

(Analog to Digital Converter), dimana dalam ADE7752 terjadi proses (seperti

perkalian, penyaringan dan penjumlahan) sehingga nantinya sinyal keluaran dari

ADE 7752 berupa informasi daya rata-rata dengan frekuensi rendah kemudian diolah

oleh mikrokontroler ATMega16 yang selanjutnya ditampilkan oleh Dot Matrix.

Pengukuran dari IC ADE 7752 berupa informasi daya rata-rata pada output

frekuensi rendah yaitu F1 dan F2. Output ini secara logika langsung menggerakkan

sebuah counter elektromekanis atau interface sebuah MCU.

Dari data digital tersebut kemudian diteruskan kedalam mikrokontroler

ATMega16 untuk tujuan kalibrasi data. Gambar 2.12 menunjukkan bagaimana

sistem kerja IC ADE 7752 dalam memberikan data output berupa tegangan, arus,

daya dan power faktor.

Gambar 2.12. Tes sirkuit rangkaian

2.7. DOT MATRIX

Display dot matrix pada dasarnya adalah susunan beberapa LED yang di

susun membentuk matrix baris dengan baris dan kolom yang berfariasi sesuai dengan

(36)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id teknik multiplexing. Dimana ada kontrol terpisah antara kendali jalur kolom dan

baris dari display dot matrix tersebut. Display dot matrix dapat digunakan untuk

membuat tampilan karakter sesuai keinginan kita.

Dari gambar 2.13 kita dapat langsung merumuskan teknik penggunaan

display dot martix ini yaitu dengan teknik multiplexing. Karena display dot

matrixnya 8×8 maka kita perlu 8 jalur untuk kontrol kolom display dot matrix dan 8

jalur kontrol untuk kendali jalur baris display dot matrix tersebut. Misal

menggunakan mikrokontroler secara langsung kita perlu 2 port 8 bit dari

mikrokontroler itu untuk driver display dot matrix. Pada dasarnya LED memiliki

dua buah kaki Anoda dan Katoda yang dimana untuk mengaktifkan LED tersebut

Anoda kita beri VCC dan Katoda kita hubungkan ke Ground.

(37)

2.8. Transformator

Transformator adalah suatu piranti listrik yang dapat memindahakan dan

mengubah energi listrik satu level tegangan ke level tegangan yang lain melalui suatu

gandengan magnet berdasar prinsip induksi elektromagnet. Transformator

digunakan secara luas, baik pada bidang tenaga listrik maupun elektronika.

Penggunaan transformator dalam sistem tenaga listrik memungkinkan

terpilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiapa-tiap keperluan, misalnya

kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman energi listrik. Dalam bidang

elektronika, transformator digunakan antara lain sebagai gandengan impedansi antara

sumber dengan beban dan untuk menghambat arus searah sambil tetap mengalirkan

arus bolak-balik antara rangkaian.

Dalam bidang listrik, pemakaian transformator dikelompokkan menjadi :

1. Transformator daya

2. Transformator distribusi

3. Transformator pengukuran yang terdiri dari transformator arus dan tegangan.

2.8.1. Transformator Tegangan

Transformator ini berfungsi sebagai detektor dari parameter tegangan

yang akan diukur. Dalam hal ini transformator digunakan sebagai

transformator penurun tegangan (step down). Masukan tegangan jala-jala ac

PLN diturunkan pada level tertentu sehingga menghasilkan keluaran yang

relatif lebih kecil yang dapat diterima dan digunakan pada piranti pengali.

Gambar transformator tegangan ditunjukkan pada gambar 2.14.

(38)

2.8.2. Transformator Arus.

Transformator arus digunakan sebagai detektor untuk mengukur

parameter arus yang mengalir pada beban. Transformator yang digunakan

sama dengan transformator tegangan dengan susunan dibalik, yakni lilitan

primer menjadi keluaran dan lilitan sekunder menjadi masukan. Gambar

transformator arus ditunjukkan pada gambar 2.15.

(39)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian dilakukan pada bulan Februari 2011 sampai bulan Mei

2011. Penelitian ini bertempat di Laboratorium Listrik dan Elektronika

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

3.2. Bahat dan alat Penelitian

Alat yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada skema instalasi

alat penelitian :

Spesifikasi alat penelitian :

a. Komponen Display

Ø 74LS164

Ø Pasif

Ø TR9013

Ø PCB

b. Komponen Induk

Ø ATMega16

Ø Pasif

Ø 24C08

Ø HP Siemens MCL 60 c. Komponen Beban

Ø ADE 7752 A

Ø Pasif

Ø Kristal 10.462 MHz

(40)

Gambar 3.1 Skema peralatan monitoring daya real time

d. Instrumentasi dan alat tambahan

1. Instrumentasi :

· kWh Meter Prabayar PLN

kWh Meter Prabayar PLN digunakan sebagai alat ukur pembanding

besaran nilai daya listrik dengan rangkaian buatan dari IC ADE

7752.

(41)

· Stopwatch

Stopwatch digunakan untuk mencatat waktu pengujian.

Gambar 3.3 Stopwatch

· Multitester digital

Alat ini digunakan untuk mengukur tegangan dan arus input yang

dibutuhkan rangkaian sekaligus nilai hambat masing-masing

komponen.

Gambar 3.4 Multitester Digital

· Kabel Data

Kabel data digunakan untuk transmisi data dari sensor beban ke

(42)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id Gambar 3.5 Kabel Data

3.3. Pelaksanaan Penelitian

3.3.1. Persiapan penelitian

Sebelum melaksanakan pengambilan data penelitian, langkah

persiapan yang harus dilakukan adalah sebagai beikut:

1. Membuat rangkaian sensor ADC (Analog to Digital Converter) dengan

menggunakan IC ADE 7752-A.

2. Membuat rangkaian induk sebagai basis data pemograman, kalibrasi dan

pengolah data digital dari rangkaian sensor.

3. Menghubungkan titik monitor dengan rangakaian sensor dan rangkaian

induk untuk melakukan pengolahan data digital.

4. Menghubungkan hasil pembacaan data olahan dari rangkaian induk

dengan rangkaian display untuk mengetahui besarnya data yang terbaca.

5. Melakukan pengukuran dengan menggunakan kWh Meter Prabayar PLN

sebagai validasi data terbaca oleh rangkaian monitoring daya Real Time.

3.3.2. Pengambilan Data Penelitian

Setelah data sementara hasil pembacaan rangkaian monitoring daya

Real Time telah sesuai dengan hasil pengukuran kWh Meter Prabayar PLN

maka langkah selanjutnya adalah sebagai berikut:

1. Membuat program pada rangkaian induk yang mampu memberikan

fungsi monitoring tiap satuan waktu yang dikehendaki oleh klien.

2. Membuat program komunikasi interface antara mikrokontroler AT

Mega16 dengan hand phone siemens MCL 60 yang berfungsi sebagai

(43)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 3. Menghidupkan lampu neon melalui digital switch.

4. Mencatat hasil pembacaan yang tertera pada rangkaian display setiap 60

menit.

5. Menghidupkan televisi melalui digital switch.

6. Mencatat hasil pembacaan yang tertera pada rangkaian display setiap 60

menit.

7. Menghidupkan rice cooker melalui digital switch.

menit.

9. Menghidupkan secara bersamaan keempat beban yang dimonitoring

melalui digital switch.

menit.

11. Membuat program pada rangkaian induk yang mampu memberikan

fungsi pembatasan penggunaan daya dengan perintah sms.

12. Mengulangi langkah ke 15 dengan mensimulasikan pembatasan daya 1

kWh.

13. Mematikan semua peralatan ketika laporan peringatan kepada number

addres yang dimasukkan dalam program telah masuk.

14. Mengulangi langkah 3 sampai 15 dengan menggunakan alat ukur kWh

meter prabayar PLN.

3.4. Analisa Data

Dari data yang diperoleh, selanjutnya dapat dilakukan analisis data

yaitu dengan membandingkan:

1. Nilai tegangan listrik masing-masing titik monitor.

2. Nilai arus listrik masing-masing titik monitor.

3. Nilai daya listrik masing-masing titik monitor.

Berdasarkan data hasil pengujian, yaitu berupa Nilai tegangan, arus,

dan daya listrik dapat dibuat grafik secara otomatis dengan meneruskan aliran

data kedalam eeprom mikrokontroler yang nantinya dapat di call back oleh

(44)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id satuan waktu tertentu. Dikarenakan data digital output dari IC ADE 7752

berupa impuls per satuan waktu, dengan frekuensi menyesuaikan jenis beban

yang dikenakan. Untuk itu validasi keakuratan nilai pengukuran sistem

monitoring daya listrik real time akan didapat dengan membandingkan

kesesuaian besaran nilai daya pada variasi beban peralatan rumah tangga hasil

dari penggukuran menggunakan kWh Meter Prabayar PLN.

3.5. Jadwal Penelitian

Tabel 3.1 Jadwal Penelitian

No _KEGIATAN Minggu 1 2 3 4 5 6

1 _{Mencari referensi}

2

Pembuatan proposal penelitian

3 Persiapan alat

4 _{Pelaksanaan penelitian}

5 _{Pengambilan data}

6 _{Analisis data}

7 _{Hasil & kesimpulan penelitian}

(45)

3.6. Diagram Alir Penelitian

Mulai

Pengumpulan data dan bahan penelitian

Hasil analisa data :

Perbedaan nilai Daya Listrik antara kWh Meter Prabayar PLN dengan rangakaian berbasis ATMega16

Pengambilan data: Daya Listrik Penentuan titik monitor

Penentuan parameter batas data dari kWh Meter Prabayar PLN

(Daya Listrik)

Pemograman Rangkaian

Validasi parameter batas data

Tidak

Ya

Kesimpulan

(46)

BAB IV

PERANCANGAN ALAT DAN PEMBAHASAN

4.1. Perancangan Alat

Setelah merancang, membuat alat dan mengukur parameter-parameter

tertentu dapat dianalisis sebagai berikut :

4.1.1. Rangkaian induk

Secara global sistem monitoring daya ini dikendalikan oleh

mikrokontroller ATMEGA16. Gambar 4.1 menunjukkan skema kerja alat

monitoring daya listrik real time, adapun minimum sistem ini harus

mempunyai spesifikasi fungsi sebagai beriut:

1. Menerima interups SMS dari handphone, menganalisa isi sms nya

yang kemudian dijadikan sebagai perintah kerja alat. Antara

handphone dengan minimum sistem menggunakan sistem komunikasi

serial asynchrone dengan baudrate 9600 bps.

2. Secara kontinue menerima sinyal impuls dari ADE 7752 kemudian

menyimpannya dalam eeprom

3. Menampilkan data impuls / KWH ke LCD 16 x 2 melalui PORT A

ATEMega16

4. Menampilkan data impuls / KWH ke running text melalui komunikasi

serial ATMega16 Pin TXD (antara display running text dan hand

phone menggunakan komunikasi yang sama, agar tidak saling

mengganggu pin TXD ATMega di switch dengan relay yang dikontrol

oleh program, jadi tidak akan saling mengganggu).

5. Minimum sistem ATMega16 dapat berfungsi sebagai saklar digital

yang mengontrol beban, dimana pengaturannya dilakukan dengan

mengirim sms.

6. Minimum sistem memberikan informasi daya setiap hari dapat di

program, dengan mengirim sms ke handphone pengguna.

7. Minimum sistem dapat memberikan data KWH yang dikonsumsi

(47)

8. Minimum sistem akan menginformasikan kepada pengguna apabila

data KWH melebihi batas yang ditentukan.

9. Pengguna dapat menentukan batas KWH pada minimum sistem.

Gambar 4.1 Diagram blok system monitoring listrik real time

Gambar 4.2 dibawah ini menunjukkan jalur control minimum system

terhadap 4 rangkaian cabang, yaitu: komunikasi serial dengan handphone

dan running text, kontrol relay jalur 1 – 4, masukan impuls dari ADE 7752

A, serta masukan ke LCD display 16x2. Catu daya yang mampu

memberikan efek kerja maksimum pada minimum system adalah sebesar 5

V DC, dengan dilengkapi kapasitor 5000hF 35 V yang berfungsi sebagai

source sementara untuk menyimpan data impuls menuju EEPROM sebelum

aliran listrik benar-benar mati. Hal ini memungkinkan data yang tersimpan

aman dan sesuai dengan penggunaan secara nyata setiap beban ketika

menyala.

(48)

Gambar 4.2 Minimum sistem ATMega16

4.1.2. ADE 7752 KWH meter Digital.

IC ADE 7752 adalah IC penghitung energi listrik. Skema IC ADE

7752 seperti yang tterlihat pada gambar 4.3 menunjukkan alur sinyal impuls

yang dibangkitkkan oleh Kristal sebesar 10.462 MHz dan nantinya akan

terkirim menuju minimum system. Sesuai dengan standar IEC62053-2x IC

ADE 7752 akan memberikan 1600 detak/impuls untuk setiap 1 KWH yang

dikeluarkan melalui kaki CF (Pin 1 ADE 7752). Kaki CF ini diumpankan ke

sebuah optocoupler (saklar cahaya) sebelum diumpankan ke mikro dengan

tujuan untuk memisahkan ground ADE 7752 dengan minimum sistem.

Dikarenakan ada empat jalur yang diukur maka ada empat detak yang

(49)

Gambar 4.3 Alur sinyal impuls dari IC ADE 7752 menuju mikrokontroler

4.1.3. Display LCD 16 x 2

Skema rangkaian LCD 16x2 seperti yang terlihat pada gambar 4.4

menunjukkan bahwa informasi jam, impuls dan data KWH ditampilkan

kesebuah LCD karakter 16 x2 melalui PORT A minimum sistem. Source

untuk LCD berupa tegangan 5 V yang dihubungkan pad a pin 15 dan

dilengkapi dengan variable resistor yang digunakan sebagai pengatur

tingkat pencahayaan tampilan beserta komsumsi daya dari catu daya

rangkaian induk.

(50)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id Berikut detail koneksi LCD dengan minimum sistem:

Tabel 4.1 Jalur koneksi pin LCD dengan Mikrokontroler

LCD 16 x 2 Minimum sistem

LCD RS PORTA.0

LCD RD PORTA.1

LCD EN PORTA.2

LCD DB 4 PORTA.4

LCD DB 5 PORTA.5

LCD DB 6 PORTA.6

LCD DB 7 PORTA.7

4.1.4. Real Time Clock (DS 1302)

Minimum sistem dihubungan dengan sebuah real time clock (DS

1302) sebagai pemberi informasi waktu (jam) secara real time. Skema

rangkaian IC DS 1302 seperti yang terlihat pada gambar 4.5 menunjukkan

alur komunikasi dengan minimum sistem dengan detail kerja seperti yang

terlihat pada tabel 4.2. IC DS 1302 dilengkapi dengan battery backup

sehingga IC akan tetap bekerja meskipun alat sedang mati.

Gambar 4.5 Alur koneksi DS 1302 dengan minimum sistem

Berikut detail koneksi pin DS 1302 dengan minimum sistem:

Tabel 4.2 Jalur koneksi pin DS 1302 dengan Mikrokontroler

DS 1302 Minimum sistem

Pin CE PORTC.2

Pin I/O PORTC.1

(51)

4.1.5. Rangkaian Saklar AC Digital dengan Relay

Rangkaian relay khusus disiapkan agar nantinya system monitoring

ini mampu di control dari jarak jauh menggunakan perangkat handphone.

Skema rangkaian Relay 24 V seperti yang terliaht pada gambar 4.6

menunjukkan sistem kerja dan komponen pendukung berupa transistor FCS

9013 dan resistor 4,7 kW. Relay akan bekerja apabila INPUT mendapat

tegangan 5 V (logika 1). Diode digunakan sebagai antisipasi tegangan kick

back yang didapat karena osilasi kerja relay.

Pada sistem jika kita memberi logika 1 pada rangkaian ini maka

beban akan terputus (tidak mendapat suplay energy).

Gambar 4.6 Rangkaian relay 24 V

4.1.6. Penyearah 5 V dengan auto save pin

Save PIN dengan PIN D.2 pada minimum sistem sebagai sinyal pada

minimum sistem untuk segera menyimpan data ke EEPROM karena

tegangan inti hilang/mati.

Sistem kerja auto save pin terlihat seperti pada gambar4.7 dibawah

ini. Sistem kerja rangkain adalah perbedaan lama penyimpanan tegangan

pada save PIN dan VCC 5 V, dimana Save PIN akan lebih cepat habis

tegangan nya disbanding VCC 5V, hal ini memberikan sinyal dan

kesempatan waktu bagi minimum sistem untuk menyimpan data sebelum

(52)

perpustakaan.uns.ac.id _{Gambar 4.7 Rangkaian penyearah 5 V dengan auto save pin.}digilib.uns.ac.id

4.1.7. Koneksi Handphone dengan Minimum sistem.

Tabel 4.3 seperti yang terlihat dibawah ini menunjukkan standar

konektivitas output HP Siemens MCL 60 , Pin TXD minimum sistem kita

hubungkan dengan Pin 6 (RXD) pada konektor data Handphone, dan Pin

RXD minimum sistem kita hubungkan dengan Pin 5 (TXD) pada konektor

data handphone.

Tabel 4.3 Jalur pin HP Siemens MCL60

Pin Signal Direction Description

(53)

10 MIC in Microphone input

11 AUD out Loudspeaker

12 AUDG - Ground for external

speaker

Antar muka handphone dengan minimum sistem tidak menggunakan

IC MAX 232 dikarenakan tegangan keluaran keduanya sudah sama, yaitu

pada level TTL, berbeda dengan koneksi handphone dengan computer yang

menggunakan IC RS 232.

4.1.8. Format Data SMS (Short Messaging Service)

Untuk memprogram fitur sms dalam HP Siemens MCL 60 yang

merupakan penghubungi antara data daya listrik dalam minimum sistem

dengan handphone user dijalankan kaidah-kaidah sebagai berikut:

a. SMS Terima

Delapan Header untuk SMS-Terima. Kebanyakan header

dibawah ini telah dibahas sebelumnya, kecuali beberapa yang

berbeda, dijelaskan di bawah ini:

1. No SMS-Centre.

2. Tipe SMS à untuk SMS-Terima = 4 à 04

3. Nomor handphone pengirim.

4. Bentuk SMS.

5. Skema encoding.

6. Tanggal dan waktu SMS di-stamo di SMS-Centre Diwakili

oleh 12 bilangan heksa( 6 pasang) yang berarti:yy/mm/dd

hh:mm:ss , Contoh: 207022512380à 01/07/22 15:32:08à 22

Juli 2002 15:32:08 Wib

7. Batas validasi waktu jika tidak dibatasi dilambangkan dengan

00

(54)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id Setelah mengupas satu demi satu header untuk SMS-Terima

ini, maka untuk PDU dibawah ini:

07912658050000F0040C91265816107398000020702251238

00005E8329BFD06

07912658050000F0,04,0C91265816107398,00,00,207022512

380,00,05E8329BFD06

Dapat diartikan sebagai berikut:

1. SMS tersebut dikirim lewat SMS-Centre:62855000000

2. SMS tersebut merupakan SMS-Terima

3. SMS tersebut dikirim dari handphone dengan nomor sim

Card:628561013789

4. SMS tersebut diterima dalam bentuk SMS

5. SMS tersebut memiliki skema encoding 7 bit

6. SMS tersebut sampai di SMS-Centre pada tanggal 22-07-02,

pukul: 15:32:08 Wib

7. SMS tersebut tidak memiliki batas waktu valid

8. SMS tersebut isinya adalah “hello”.

b. SMS Kirim

Delapan Header untuk kirim SMS. PDU untuk mengirim SMS

terdiri atas delapan header, sebagai berikut:

1. Nomor SMS-Centre

Header pertama ini terbagi atas tiga bagian subheader,

yaitu:

· Jumlah Pasangan Hexsadesimal SMS-Centre dalam

bilangan heksa.

· National/International Code

untuk National, kode subheader-nya yaitu 81

untuk International, kode subheader-nya yaitu 91

· No SMS-Centre-nya sendiri, dalam pasangan heksa