PENGONTROL PERANGKAT LISTRIK RUMAH TANGGA MENGGUNAKAN SMARTPHONE BERBASIS ANDROID Dhimas Cahya Kardiana, Ilham Sayekti

(1)

PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097 372 PENGONTROL PERANGKAT LISTRIK RUMAH TANGGA

MENGGUNAKAN SMARTPHONE BERBASIS ANDROID

Dhimas Cahya Kardiana, Ilham Sayekti

Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Semarang, Jl. Prof. Soedarto, SH. 1, Semarang, 50275

E-mail : ilhamsayekti03@gmail.com, dhimas.cahya@gmail.com.

Abstrak

“Pengontrol Perangkat Listrik Rumah Tangga Menggunakan Smartphone Berbasis Android” merupakan alat yang dibuat untuk mengatasi permasalahan pengontrolan perangkat listrik yang masih banyak dilakukan secara manual, baik di lingkungan rumah tangga maupun perkantoran. Tujuan dari dibangunnya alat ini adalah untuk menyediakan perangkat pengendali peralatan listrik yang mudah dan praktis dengan memanfaatkan smartphone berbasis android sebagai pengendali utamanya. Perintah dari smartphone akan dikirim ke rangkaian kontrol melalui koneksi bluetooth. Rangkaian kontrol menggunakan bluetooth HC-05 sebagai penerima data dan Arduino mikrokontroler ATMega328P sebagai pengolah data. Perintah yang diterima dari smartphone diolah untuk menggerakkan rangkaian driver AC yang menggunakan SSR (Solid State Relay) dengan kemampuan arus beban maksimum 5 Ampere. Sistem ini juga dilengkapi dengan sensor arus ACS712-5A yang digunakan untuk mengetahui kondisi perangkat listrik saat menyala atau mati. Data kondisi perangkat listrik dari sensor arus akan diolah oleh mikrokontroler lalu dikirimkan ke smartphone dan ditampilkan pada program aplikasi. Melengkapi system jika terjadi kerusakan atau gangguan pada smartphone, peralatan juga dilengkapi dengan sarana pengoperasian secara manual. Hasil pengujian menunjukkan alat dapat bekerja dengan baik pada jarak lebih kurang 8 meter.

Kata Kunci: Android, Arduino, Bluetooth, Smartphone.

Abstract

"Household Electrical Control Devices Using Android-Based Smartphone" is a tool created to address the problems of controlling electrical devices are still done manually, both in households and offices. The purpose of the construction of this tool is to provide a device controlling the electrical equipment that is easy and practical to utilize android based smartphone as the main controller. Command of the smartphone will be sent to the control circuit via a Bluetooth connection. The control circuit using bluetooth HC-05 as the recipient of the data and the Arduino microcontroller ATmega328P as a data processor. Commands received from the smartphone processed to drive the AC driver circuit which uses SSR (Solid State Relay) with a maximum load current capability of 5 Ampere. The system is also equipped with ACS712-5A current sensors are used to determine the current condition of electrical devices on or off. Data condition of the electrical devices of the current sensor will be processed by the microcontroller and then transmitted to and displayed on a smartphone application programs. Completing the system in case of damage or interference with the smartphone, the equipment is also equipped with a means of manual operation. The test results demonstrate the tools can work well at a distance of approximately 8 meters.

(2)

PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097 373 PENDAHULUAN

Smartphone merupakan salah satu jenis perangkat komunikasi pintar yang

perkembangannya sangat pesat saat ini. Di dalam smartphone terdapat sistem operasi

yang canggih diantaranya Android, Ios, Symbian, Java, BB, Windows Mobile. Sistem

operasi yang paling mendominasi pada pasar smartphone Indonesia adalah android,

dimana sistem operasi ini bersifat open source atau aplikasi dapat dikembangkan oleh

siapapun, tanpa harus meminta izin dari pihak pembuat. Smartphone android dapat

memungkinkan penggunanya untuk mendownload berbagai aplikasi gratis.

Pemanfaatan smartphone android sebagai alat komunikasi dan telepon cerdas

telah banyak mengalami perkembangan seperti sebagai alat untuk menampilkan hasil pengukuran suhu dan kelembaban (Novianda Fratama, 2013), rancang bangun kendali lampu on/off dengan smartphone android via bluetooth (Darwin Sudarma, 2014). alat

bantu anak retardasi mental menggunakan android (Dyah Anggraini, 2013) dan sebagainya.

Dengan kemampuan yang luar biasa yang dimiliki oleh smartphone, belum banyak masyarakat yang mengetahui, bahwa kemampuan smartphone tidak hanya dapat digunakan untuk berkomunikasi, mengirim data baik teks maupun video dan lainnya, namun dapat dikembangkan untuk keperluan lain yaitu pada pengendalian peralatan listrik, baik yang berada dalam rumah tangga, lingkungan sekolahan maupun perkantoran dan lain sebagainya melalui sistem operasi yang dimilikinya, yaitu android. Untuk dapat mengoperasikan smartphone sebagai pengendali peralatan listrik melalui program aplikasinya, yang berbasis android, harus dibuat programnya terlebih dahulu sebelum akhirnya diinstallkan ke dalam smartphone yang akan digunakan. Melengkapi sistem yang akan dibuat maka diperlukan alat penerima data yang digunakan untuk menerima data/perintah yang dikirim dari smartphone. Alat penerima data tersebut adalah sebuah mikrokontroller yang dilengkapi dengan bluetooth pada masukannya dan pada keluarannya dihubungkan dengan driver untuk menggerakkan

peralatan listrik yang akan dikendalikan.

(3)

PROSIDING SENTRINOV Vol. 001, Tahun 2015 | ISSN: 2477 – 2097 374

dilakukan secara manual karena dapat dilakukan melalui smartphone, walaupun pada alat yang akan dibangun dilengkapi dengan dua mode pilihan yaitu, otomatis atau manual. Hal ini untuk menghindari apabila smartphone yang digunakan tidak sedang dalam kondisi aktif, maka pengendalian dapat dilakukan secara manual. Untuk memudahkan kontrol terhadap peralatan yang dikendalikan, pada fitur di program aplikasinya dilengkapi dengan umpanbalik yang menginformasikan bahwa alat listrik yang dikendalikan telah aktif (ON) atau mati (OFF). Dari uraian yang telah dijelaskan pada latar belakang diatas, beberapa permasalahan yang dapat dirumuskan bagaimana mengembangkan sistem komunikasi antara smartphone yang berbasis android dengan peralatan listrik agar pekerjaan pengendalian peralatan listrik menjadi lebih efisien dan apakah komunikasi smartphone dengan Mikrokontroller ATMega328P, yang bertindak sebagai perantara komunikasi dengan peralatan listrik yang akan dikendalikan, dapat dilakukan dalam jarak relatif jauh, seperti halnya jangkauan Smartphone dalam berkomunikasi?

Adapun tujuan yang akan dicapai dari penelitian ini adalah merancang dan membangun suatu sistem kontrol otomatis menggunakan smartphone berbasis android dan mikrokontroller untuk mengendalikan peralatan listrik yang terpasang di rumah tangga, perkantoran dan sebagainya dan, membuat program aplikasi dengan sistem operasi android untuk smartphone agar dapat berkomunikasi dengan mikrokontroller yang diaplikasikan pada kendali peralatan listrik.

METODE PENELITIAN

Arduino yang bersifat open source memungkinkan para pengembang dengan

bebas dapat mengembangkan mikrokontroler Arduino. Arduino Pro Mini adalah salah

satu pengembangan dari Arduino dengan board berbasis mikrokontroler ATMega328P

yang beroperasi pada tegangan 5 volt. Dapat diprogram dengan compiler Arduino IDE

(4)

Gambar 1Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATMega328P TQFP

ATMega328P memiliki 3 buah PORT utama yaitu PORTB, PORTC, dan PORTD dengan total pin input/output sebanyak 23 pin. PORT tersebut dapat

difungsikan sebagai input/output digital atau difungsikan sebagai peripheral lainnya.

Berikut penjelasan PORT pada ATMega328p TQFP : 1. Port B

Port B merupakan jalur data 8 bit yang dapat difungsikan sebagai input/output.

Selain itu PORTB juga dapat memiliki fungsi alternatif seperti di bawah ini : a) ICP1 (PB0), berfungsi sebagai Timer Counter 1 input capture pin.

b) OC1A (PB1), OC1B (PB2) dan OC2 (PB3) dapat difungsikan sebagai keluaran PWM (Pulse Width Modulation).

c) MOSI (PB3), MISO (PB4), SCK (PB5), SS (PB2) merupakan jalur komunikasi SPI.

d) Selain itu pin ini juga berfungsi sebagai jalur pemograman serial (ISP).

e) TOSC1 (PB6) dan TOSC2 (PB7) dapat difungsikan sebagai sumber clock external untuk timer.

f) XTAL1 (PB6) dan XTAL2 (PB7) merupakan sumber clock utama

mikrokontroler. 2. Port C

Port C merupakan jalur data 7 bit yang dapat difungsikan

sebagai input/output digital. Fungsi alternatif Port C antara lain sebagai berikut :

a) Terdapat 6 buah ADC channel (PC0, PC1, PC2, PC3, PC4, PC5) ditambah 2 channel untuk ADC6 dan ADC7 sehingga total ada 8 ADC dengan resolusi

(5)

b) I2C (SDA dan SDL) merupakan salah satu fitur yang terdapat pada PORTC. I2C digunakan untuk komunikasi dengan sensor atau device lain yang memiliki

komunikasi data tipe I2C seperti sensor kompas dan accelerometer nunchuck.

3. Port D

Port D merupakan jalur data 8 bit yang masing-masing pin-nya juga dapat

difungsikan sebagai input/output. Sama seperti Port B dan Port C, Port D juga memiliki

fungsi alternatif dibawah ini:

a) USART (TXD dan RXD) merupakan jalur data komunikasi serial dengan level sinyal TTL. Pin TXD berfungsi untuk mengirimkan data serial, sedangkan RXD kebalikannya yaitu sebagai pin yang berfungsi untuk menerima data serial.

b) Interrupt (INT0 dan INT1) merupakan pin dengan fungsi khusus sebagai

interupsi hardware. Interupsi biasanya digunakan sebagai selaan dari program,

misalkan pada saat program berjalan kemudian terjadi interupsi

hardware/software maka program utama akan berhenti dan akan menjalankan

program interupsi.

c) XCK dapat difungsikan sebagai sumber clock external untuk USART, namun

juga dapat memanfaatkan clock dari CPU, sehingga tidak perlu

membutuhkan externalclock.

d) T0 dan T1 berfungsi sebagai masukan counter external untuk timer 1

dan timer 0.

e) AIN0 dan AIN1 keduanya merupakan masukan input untuk analog comparator.

Berikut ini gambar rangkaian sistem Arduino Pro Mini:

(6)

Arduino Pro Mini dengan chip ATMega328P memiliki beberapa fitur antara lain :

1. Memiliki 131 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu siklus clock.

2. Memiliki 32 x 8-bit register serba guna.

3. Dengan clock 16 MHz kecepatan mencapai 16 MIPS.

4. Memiliki kecepatan 32 KB Flash program memory.

5. Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)

sebesar 1KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanen karena EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya dimatikan.

6. Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2KB.

7. Memiliki pin I/O sebanyak 23 pin.

8. Memiliki 8 pin input analog, 6 pin PWM(Pulse Width Modulation) output.

PowerOnReset

Power on reset merupakan proses reset yang berlangsung secara otomatis pada

saat sistem pertama kali dinyalakan. Pin RST juga dapat diberi rangkaian manual reset.

Pemberian rangkaian ini membuat sistem dapat di-reset oleh user setiap saat dengan

menekan tombol reset.

Gambar 3 Rangkaian Power on reset

Fungsi penambahan kapasitor0,1 µF/10Vpada rangkaian Power-On Reset berfungsi

saat diberi arus pertama kali seperti saklar tertutup sampai kapasitorterisi muatan penuh kapasitorbersifat seperti saklar terbuka. Resistor 10KΩ bertujuan untuk membatasi arus dari VCC yang masuk ke pin RST pada saat tombol reset ditekan.

Osilator

(7)

terdapat rangkaian osilator internal dengan frekuensi kristal sebesar 8 MHz.

Penggunaan kristal pada rangkaian osilator untuk menstabilkan frekuensi tinggi dalam waktu yang panjang. Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya bahwa osilator sebagai denyut untuk mikrokontroler maka diperlukan rangkaian untuk menghasilkan denyut yang stabil dan sesuai bagi mikrokontroler. Untuk mendapatkan denyut yang sesuai dengan mikrokontroler yang digunakan maka diperlukan rangkaian osilator eksternal.

Gambar 4 Rangkaian osilator eksternal mikrokontroler ATMega328P

Gambar 4 adalah rangkaian osilator yang umum digunakan sebagai sumber frekuensi denyut pada mikrokontroler. Dalam hal ini rangkaian osilator menggunakan kristal dengan frekuensi 16 MHz dikarenakan dengan menggunakan Mikrokontroler ATMega328P kristal 16 MHz mampu menghasilkan frekuensi denyut yang sesuai dengan waktu riil, berdasarkan pada datasheet Mikrokontroler ATMega328P yang mampu beroperasi maksimum menggunakan kristal dengan nilai frekuensi sampai dengan 20 MHz.

TRIAC

TRIAC atau Triode for Alternating Current (Trioda untuk arus

bolak-balik) adalah sebuah komponen elektronik yang ekivalen dengan dua buah SCR yang

disambungkan antiparalel dan kaki gerbangnya disambungkan bersama. Nama resmi untuk TRIAC adalah Bidirectional Triode Thyristor. Ini menunjukkan sakelar dua arah

yang dapat mengalirkan arus listrik ke kedua arah ketika dipicu (dihidupkan). TRIAC dapat dinyalakan baik dengan tegangan positif ataupun negatif pada elektrode gerbang. TRIAC tersusun dari lima buah lapis semikonduktor yang banyak digunakan pada pensaklaran elektronik dua arah. Berbeda dengan SCR yang hanya melewatkan arus pada satu arah saja.

(8)

Gambar 5 Simbol TRIAC

Gambar 5 adalah simbol TRIAC yang memiliki 3 terminal yaitu anoda 1 (A1), anoda 2 (A2), dan gate (G).

2. Karakteristik TRIAC

TRIAC dapat dipandang SCR yang simetris. Karena kurva karakteristiknya tidak ada perbedaan antara karakteristik maju dan karakteristik terbalik.

Gambar 6 Karakteristik TRIAC

Bila diperhatikan pada gambar, terlihat bahwa karakteristik maju dan karakteristik terbalik TRIAC tidak ada perbedaan. Tegangan tembus (break over) dapat

diatur dengan mengatur arus gate seperti halnya pada SCR. Jadi arus pada kedua

terminal anoda TRIAC akan mengalir dengan mengatur arus gatenya.

3. Prinsip Kerja TRIAC

Gambar 7 (a) menjelaskan bahwa TRIAC pada dasarnya merupakan gabungan dari 2 buah SCR yang dirangkai secara bolak balik dengan gate yang disatukan.

(9)

Dari Gambar 7 (b) maka dapat dijelaskan prinsip/cara kerja TRIAC sebagai berikut: a. Jika A2 diberi tegangan lebih positif dari A1 dan gate diberi trigger, maka saklar S1

menutup (ON).

b. Jika A1 diberi tegangan lebih positif dari A2 dan gate diberi trigger, maka saklar S2

menutup (ON).

IC MOC

IC MOC302X merupakan driver TRIAC yang didalamnya menggunakan optocoupler. Terdiri dari aluminium gallium arsenide LED inframerah, digabungkan ke

sebuah chip phototriac. Dua chip ini dirakit dalam paket DIP 6 pin, berisi optotriac yang

diisolasi antara LED dan phototriac. Chip phototriac ini dirancang untuk driver TRIAC

dengan beban tegangan 220V AC. Chip phototriac adalah perangkat yang kompleks

mempunyai fungsi yang sama sebagai TRIAC, menghasilkan sinyal yang diperlukan untuk men-driver gate TRIAC yang lebih besar. IC MOC302X mampu mengendalikan

TRIAC dengan daya yang lebih besar dengan jumlah minimum dari komponen tambahan.

Gambar 8 Skema dalam MOC302X

Phototriac mampu menahan tegangan 220 Volt di kedua arah dalam keadaan off. Phototriac dipicu ke keadaan on (konduksi) saat LED diberi forward bias sesuai dengan

kebutuhan arus untuk LED dapat menyala sehingga dapat men-trigger gate phototriac.

Saat LED menyala, maka gate phototriac mendapatkan trigger untuk membuat

phototriac konduksi. Saat phototriac digunakan untuk mengontrol beban AC, setelah LED tidak dialiri arus, phototriac akan off (mati) karena proses komutasi dari rangkaian

AC.

Sistem Operasi Android Pada Smartphone

(10)

perusahaan - perusahaan perangkat keras, perangkat lunak, dan telekomunikasi yang bertujuan untuk memajukan standar terbuka perangkat seluler. Ponsel Android pertama mulai dijual pada bulan Oktober 2008.

Antarmuka pengguna Android didasarkan pada penggunaan masukan sentuh yang serupa dengan tindakan di dunia nyata, seperti menggesek, mengetuk, mencubit, dan membalikkan cubitan untuk memanipulasi obyek di layar. Android adalah sistem operasi dengan sumber terbuka, dan Google merilis kodenya di bawah Lisensi Apache. Kode dengan sumber terbuka dan lisensi perizinan pada Android memungkinkan perangkat lunak untuk dimodifikasi secara bebas dan didistribusikan oleh para pembuat perangkat, operator nirkabel, dan pengembang aplikasi. Selain itu, Android memiliki sejumlah besar komunitas pengembang aplikasi (apps) yang memperluas fungsionalitas perangkat, umumnya ditulis dalam versi kustomisasi bahasa pemrograman Java.

Android menjadi pilihan bagi perusahaan teknologi yang menginginkan sistem operasi berbiaya rendah, bisa dikustomisasi, dan ringan untuk perangkat berteknologi tinggi tanpa harus mengembangkannya dari awal. Akibatnya, meskipun pada awalnya sistem operasi ini dirancang khusus untuk telepon pintar dan tablet, Android juga dikembangkan menjadi aplikasi tambahan di televisi, konsol permainan, kamera digital, dan perangkat elektronik lainnya. Sifat Android yang terbuka telah mendorong munculnya sejumlah besar komunitas pengembang aplikasi untuk menggunakan kode sumber terbuka sebagai dasar proyek pembuatan aplikasi.

Sejak pertama kali diluncurkan hingga sekarang, Android senantiasa melakukan perbaruan melalui perbaikan bug dan penambahan fitur - fitur baru. HTC Dream yang dirilis pada Oktober 2008 merupakan smartphone pertama yang menggunakan sistem

operasi berbasis Android. Hingga saat ini tak terhitung lagi berapa banyak smartphone

yang mengusung Android sebagai sistem operasi.

Bluetooth

Bluetooth adalah teknologi yang memungkinkan perangkat seperti ponsel,

telepon nirkabel, televisi, komputer pribadi, stereo, pemutar DVD, pusat hiburan, TV dan radio satelit untuk berkomunikasi satu sama lain. Perangkat ini dapat berkomunikasi satu sama lain tanpa rangkaian kabel. Semua hal tersebut dilakukan dengan menggunakan sinyal radio. Bluetooth menciptakan jaringan area kecil yang beroperasi

(11)

telah tersedia, namun untuk berbagai negara pengalokasian frekuensi secara tepat dan lebar pita frekuensi yang digunakan berbeda. Jarak jangkauan bluetooth biasanya sekitar

sepuluh meter. Dengan daya yang rendah, perangkat bluetooth tidak akan mengganggu

perangkat lain dan ini juga sangat memudahkan pada penggunaan baterai. Bluetooth

menggunakan teknik yang disebut dengan FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum), menggunakan tujuh puluh sembilan frekuensi yang dipilih secara acak dan

berubah dari satu ke yang lain secara teratur. Pemancar mengubah frekuensi sebanyak enam ratus kali setiap detik. Jadi tidak mungkin bahwa dua pemancar akan berada di frekuensi yang sama pada waktu yang sama. Kemudahan pengaturan bluetooth

merupakan salah satu daya tarik yang besar. Tidak perlu melalui banyak instruksi manual. Ketika perangkat bluetooth siap diaktifkan, secara otomatis mengirimkan sinyal

radio ke perangkat lain. Kemudian “mendengarkan” sinyal radio untuk selanjutnya direspon. Setelah mengidentifikasi sinyal, koneksi pun selanjutnya terpasang dan tetap aktif dengan perangkat lain dalam jarak kurang lebih sepuluh meter.

Sistem bluetooth terdiri dari sebuah radio Transceiver, Baseband link management dan Control, Baseband (processor core, SRAM, UART, PCM USB Interface), flash dan voice codec. Baseband link controller menghubungkan perangkat

keras radio ke baseband processing dan layer protokol fisik. Link manager melakukan

aktivitas-aktivitas protokol tingkat tinggi seperti melakukan link setup, autentikasi dan

konfigurasi. Secara umum blok fungsional pada sistem bluetooth dapat dilihat pada

gambar berikut ini :

Gambar 9 Blok fungsional pada sistem bluetooth

Protokol bluetooth menggunakan sebuah kombinasi antara circuit switching dan packet switching. Sebuah perangkat yang memiliki teknologi wireless akan mempunyai

kemampuan untuk melakukan pertukaran informasi dengan jarak jangkauan sampai dengan 10 meter (~30 feet). Bluetooth merupakan chip radio yang dimasukkan ke dalam

komputer, printer, handphone dan peralatan lainnya. Chip bluetooth ini dirancang untuk

(12)

ditransmisikan pada frekuensi tertentu kemudian diterima oleh chip bluetooth kemudian

informasi tersebut diterima oleh komputer, handphone dan peralatan lainnya.

Gambar 10 Proses distribusi aliran data dari antena sampai ke host pada

teknologi bluetooth

Tiga buah lapisan fisik yang penting dalam protokol arsitektur bluetooth adalah :

1. Bluetooth radio, adalah lapisan terendah dari spesifikasi bluetooth. Lapisan ini

mendefinisikan persyaratan yang harus dipenuhi oleh perangkat tranceiver yang

beroperasi pada frekuensi 2,4 GHz ISM.

2. Baseband, lapisan yang memungkinkan hubungan Radio Frequency (RF) terjadi

antara beberapa unit bluetooth membentuk piconet. Sistem RF dari bluetooth ini

menggunakan frequency-hopping-spread spectrum yang mengirimkan data dalam

bentuk paket pada time slot dan frekuensi yang telah ditentukan, lapisan ini

melakukan prosedur pemeriksaan dan paging untuk sinkronisasi transmisi frekuensi

hopping dan clock dari perangkat bluetooth yang berbeda.

3. LMP (Link Manager Protocol), bertanggung jawab terhadap link set-up antar

perangkat bluetooth. Hal ini termasuk aspek security seperti autentifikasi dan

enkripsi dengan pembangkitan, penukaran dan pemeriksaan ukuran paket dari lapis

baseband.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Berikut ini merupakan Diagram Blok dari sistem Pengontrol Perangkat Listrik Menggunakan Smartphone Berbasis Android.

(13)

Penjelasan mengenai keterangan dan fungsi dari diagram blok Gambar 11 sebagai berikut:

a. Smartphone

Pada alat ini smartphone dengan sistem operasi Android digunakan untuk

mengontrol dan memantau kondisi perangkat listrik. b. Bluetooth

Bluetooth HC-05 digunakan untuk menerima data yang dikirim oleh smartphnne

dan juga untuk mengirim data hasil pembacaan sensor ke smartphone.

c. Mikrokontroler

Mikrokontroler ATMega 328P digunakan untuk mengolah data yang diterima dari

smartphone yang akan digunakan sebagai perintah untuk mengontrol perangkat

listrik. d. Driver

Driver Triac BT136 dan Optotriac MOC3020 difungsikan untuk menggerakan

perangkat listrik beban AC. e. Perangkat Listrik

Perangkat listrik berupa empat buah lampu dan satu kipas angin sebagai output dari sistem ini.

f. Sensor Arus

Sensor arus digunakan untuk mengetahui kondisi perangkat listrik yang dikontrol. g. Catu Daya DC

Catu daya DC berfungsi untuk mengubah sumber tegangan dari jala-jala PLN agar sesuai dengan kebutuhan untuk menyuplai rangkaian. Alat ini menggunakan catu daya konvensional.

Cara Kerja Tiap Blok

Pada sub bab ini akan dijelaskan cara kerja dari setiap bagian pada Diagram Blok.

Smartphone

Pada alat ini, perintah untuk mengontrol perangkat listrik berdasarkan perintah dari aplikasi Android yang ada pada smartphone. Sehingga smartphone yang ada di

setiap anggota keluarga di install aplikasi android terlebih dahulu. Berikut tampilan

(14)

Gambar 12 Tampilan aplikasi Android

Pada saat pertama kali aplikasi dibuka atau dijalankan, akan muncul pesan untuk menyalakan bluetooth jika sebelum aplikasi dijalankan bluetooth belum aktif. Tekan

tombol ya untuk menyalakan bluetooth. Setelah bluetooth yang ada pada smartphone

sudah aktif, pada aplikasi Android terdapat indikator yang menunjukkan apakah

smartphone sudah terhubung dengan mikrokontroler atau tidak, yaitu kata disconnected

jika belum terhubung dan kata connected jika sudah terhubung. Untuk menghubungkan

dengan mikrokontroler, tekan tombol bluetooth kemudian pilih HC-05.

Pada aplikasi terdapat tombol-tombol untuk menyalakan perangkat listrik. Untuk menyalakan lampu 1, maka cukup menekan tombol Lamp 1 ON dan untuk mematikan

cukup menekan tombol Lamp 1 OFF. Untuk menyalakan lampu 2, maka cukup

menekan tombol Lamp 2 ON dan untuk mematikan cukup menekan tombol Lamp 2

OFF. Untuk menyalakan lampu 3, maka cukup menekan tombol Lamp 3 ON dan untuk

mematikan cukup menekan tombol Lamp 3 OFF. Untuk menyalakan lampu 4, maka

cukup menekan tombol Lamp 4 ON dan untuk mematikan cukup menekan tombol Lamp 4 OFF. Untuk menyalakan kipas angin, maka cukup menekan tombol Fan ON

dan untuk mematikan cukup menekan tombol Fan OFF.

Bluetooth

Bluetooth yang terdapat pada rangkaian mikrokontroler berfungsi sebagai input

untuk menerima perintah dari smartphone. Pada alat ini bluetooth yang digunakan

HC-05 dengan 4 pin yang terhubung ke mikrokontroler yaitu pin 5 volt, ground, pin RX dan

TX.

(15)

Pin RX bluetooth terhubung pin TX mikrokontroler, sedangkan pin TX bluetooth terhubung ke RX mikrokontroler. Pin TX pada bluetooth berfungsi untuk

mengirimkan data yang diterima dari smartphone ke mikrokontroler dan pin RX mikrokontroler berfungsi menerima data dari bluetooth. Pin TX mikrokontroler

berfungsi untuk mengirimkan data dari mikrokontroler ke bluetooth melalui pin RX bluetooth yang berfungsi menerima data dari mikrokontroler.

Mikrokontroler

Mikrokontroler yang digunakan pada alat ini yaitu Arduino pada boardProMini

dengan IC Mikrokontroler ATMega 328P TQFP.

Gambar 14 BoardProMini dengan IC Mikrokontroler ATMega 328P

Mikrokontroler sebagai pengolah data dari smartphone untuk menggerakkan

perangkat listrik melalui driver yang terhubung pada output mikrokontroler. Data yang

diterima dari smartphone berupa kode angka, masing-masing angka merupakan perintah

yang difungsikan untuk mengaktifkan output mikrokontroler. Satu angka sebagai satu

perintah untuk menyalakan atau mematikan output mikrokontroler. Berikut tabel data

yang diterima dari smartphone untuk mengaktifkan output mikrokontroler:

Tabel 1

Data dari smartphone ke mikrokontroler

Data _{mikrokontroler}Output Logic

"0" pin 9 1

"1" pin 9 0

"2" pin 8 1

"3" pin 8 0

"4" pin 7 1

"5" pin 7 0

"6" pin 6 1

"7" pin 6 0

"8" pin 5 1

"9" pin 5 0

"N" pin 9-5 1

(16)

Jika data yang diterima berupa angka 0, maka output pin 9 akan on, jika data yang

diterima berupa angka 1, maka output pin 9 akan off. Begitu seterusnya untuk setiap

data yang digunakan untuk mengontrol output mikrokontroler dapat dilihat pada Tabel 1

Driver

Berikut ini rangkaian driver yang digunakan untuk menggerakkan perangkat listrik.

Gambar 15 Rangkaian driver beban lampu

Gambar 3.6 Rangkaian driver beban kipas angin.

Alat ini menggunakan driver berupa TRIAC BT136 dan Optotriac yaitu IC

MOC3020. TRIAC berfungsi sebagai sakelar dua arah untuk mengontrol beban AC sedangkan optotriac berfungsi sebagai isolator untuk mengisolasi tegangan AC dengan rangkaian kontrol tegangan DC agar tidak saling terhubung. Untuk beban AC berupa lampu, rangkaian driver yang digunakan adalah rangkaian dengan beban resistive

karena lampu yang digunakan merupakan perangkat listrik yang bersifat resisitif. Untuk beban AC berupa kipas angin, rangkaian driver yang digunakan adalah rangkaian

dengan beban inductive karena kipas angin yang digunakan merupakan perangkat listrik

yang bersifat induktif.

Pada saat output dari mikrokontroler logika 1, maka input IC MOC3020

mendapatkan tegangan untuk menyalakan led yang ada pada IC MOC3020. Led yang ada di luar IC MOC3020 berfungsi sebagai indikator nyala led yang ada di dalam IC.

Gate optotriac mendapatkan cahaya dari led sehingga output MOC3020 aktif dan

memberikkan trigger pada gate TRIAC BT136 sehingga TRIAC aktif dan mampu

menyalakan perangkat listrik. Pada saat output dari mikrokontroler logika 0, maka input

(17)

mendapatkan cahaya dari led dan tidak dapat mentrigger gate TRIAC BT136 sehingga

TRIAC tidak aktif dan mematikan perangkat listrik.

Sensor arus

Pada alat ini menggunakan sensor arus ACS712-5A dengan kemampuan arus maksimum 5 amper. Sensor arus ini berfungsi untuk mendeteksi kondisi perangkat listrik yang dikontrol.

Gambar 17 Sensor Arus ACS 712

Saat perangkat listrik menyala maka input sensor arus akan dialiri arus. Arus ini

akan dikonversi menjadi tegangan. Tegangan hasil keluaran sensor yang akan masuk ke mikrokontroler berupa tegangan DC yang mengandung ripple sehingga tegangan ini

masuk ke input ADC mikokontroler. Oleh mikrokontroler tegangan ini diolah menjadi

data yang akan digunakan sebagai indikator kondisi perangkat listrik saat menyala. Saat perangkat listrik mati maka input sensor arus tidak dialiri arus. Saat tidak ada arus

yang mengalir, tegangan keluaran sensor yang masuk ke mikrokontroler berada pada tegangan referensi. Tegangan referensi ini digunakan sebagai kondisi saat perangkat listrik mati.

Catu daya DC

Catu daya DC adalah perangkat yang digunakan untuk mensuplai daya listrik pada rangkaian kontrol. Catu daya DC mengubah tegangan AC dari jala-jala PLN menjadi tegangan DC yang sesuai dengan kebutuhan daya listrik dari rangkaian kontrol yaitu tegangan keluaran 5 Volt dan arus maksimum 500mA. Berikut gambar rangkaian dari catu daya yang digunakan pada alat ini.

Gambar 18 Rangkaian catu daya

Tegangan jala-jala 220 Volt masuk ke terminal primer trafo. Trafo sebagai

(18)

menjadi tegangan 9 volt AC. Dari nilai Vef 9 volt dari sekunder trafo didapatkan nilai Vmak dengan rumus:

VM = Vef √2 (1)

Sehingga didapatkan nilai VM :

VM = 12,73 volt

Hasil keluaran dari trafo disearahkan oleh rangkaian penyearah gelombang penuh menggunakan dua buah dioda penyearah sehingga tegangan yang dihasilkan sudah berupa tegangan DC. Besarnya VDC ini dapat dihitung menggunakan rumus:

VDC = VM - (2)

Besarnya nilai VDC disarankan adalah 2,5 volt diatas nilai outputregulator agar regulator 7805 dapat bekerja. Pada rancangan catu daya ini besarnya VDC diatur 10 volt.

Dengan ditetapkannya nilai VDC maka untuk mencari besarnya nilai Vrpp dapat

menggunakan rumus:

Vrpp = (VM – VDC) 2 (3)

Sehingga besarnya nilai Vrpp:

Vrpp = 5,46 volt

Hasil penyearahan difilter oleh kapasitor filter C1 sehingga hasil penyearahan

mempunyai ripple yang kecil dan tegangan DC ini digunakan sebagai input untuk

regulator 7805. Besarnya nilai C1 dapat dicari menggunakan rumus:

C1 = (4)

Sehingga besarnya nilai C1:

C1 = 915,75 uF

Nilai C1 adalah nilai minimum untuk mendapatkan nilai VDC 10 volt. Untuk

menghindari apabila terjadi drop tegangan, maka dipasang nilai C1 sebesar 2200uF agar

(19)

DC stabil 5 volt. Dengan menambahkan kapasitor C2 pada output regulator 7805

diharapkan dapat meredam kondisi transien. Besarnya nilai C2 disarankan sebesar 100nF.

Cara kerja secara keseluruhan

Alat Pengontrol Perangkat Listrik Rumah Tangga Menggunakan Smartphone Berbasis Android ini menggunakan tombol pada aplikasi Android sebagai perintah untuk mengontrol perangkat listrik. Saat perintah on pada aplikasi ditekan, maka

perintah tersebut akan dikirim ke mikrokontroler melalui bluetooth. Bluetooth sebagai

input dari mikrokontroler akan memberikan data perintah dari smartphone dan data tersebut digunakan untuk mengontrol keluaran dari mikrokontroler. Keluaran dari mikrokontroler akan mengontrol driver untuk menggerakan perangkat listrik.

Sensor arus akan mendeteksi kondisi perangkat listrik. Saat perangkat listrik menyala (ON), sensor akan memberikan umpan balik kondisi perangkat listrik (ON) ke

mikrokontroler dan mikrokontroler akan mengirimkan kondisi tersebut ke smartphone

melalui bluetooth kemudian ditampilkan kondisi perangkat listrik on pada aplikasi

Android. Saat perangkat listrik mati (OFF), sensor memberikan umpan balik kondisi

perangkat listrik (OFF) ke mikrokontroler dan mikrokontroler akan mengirimkan

kondisi tersebut ke smartphone melalui bluetooth kemudian ditampilkan kondisi

perangkat listrik off pada aplikasi Android.

PEMBAHASAN 1. Pengukuran

(20)

Gambar 19 Titik pengukuran pada catu daya

Berikut tabel hasil pengukuran pada catu daya: Tabel 2

Hasil pengukuran pada catu daya

No Pegukuran Terukur

1 V primer trafo 220 Volt 2 Vsekunder

trafo 8,5 Volt

3 VM 12, 73 Volt

4 VDC 10,5 Volt

5 Vripple 4,46 Volt

6 Vout 4,9 Volt

7 I total 160 mA

8 P total 35,2 watt

b. Pengukuran output mikrokontroler

Pengukuran pada output mikrokontroler bertujuan untuk mengetahui berapa

tegangan keluaran dari mikrokontroler pada saat kondisi on dan off sebelum masuk ke driver. Berikut tabel hasil pengukuran pada output mikrokontroler:

Tabel 3

Hasil pengukuran tegangan output mikrokontroler.

No _{mikrokontroler}Output _“1”Kondisi logic _“0”

1 pin 9 4,6 Volt 0 Volt

c. Pengukuran tegangan pada perangkat listrik

Pengukuran tegangan pada perangkat listrik bertujuan untuk mengetahui berapa tegangan yang menyuplai perangkat listrik saat on maupun saat off, sehingga dapat

(21)

Tabel 4

Hasil pengukuran tegangan pada perangkat listrik

d. Pengukuran tegangan pada output sensor arus

Pengukuran tegangan pada output sensor arus bertujuan untuk mengetahui

berapa tegangan keluaran sensor pada saat ada beban dan tidak ada beban untuk semua beban.

Tabel 5

Hasil pengukuran tegangan pada output sensor arus

3. Pengujian

Pengujian jaringan bluetooth yaitu dengan cara menghubungkan smartphone

dengan rangkaian kontrol. Dengan menggunakan smartphone perintah yang digunakan

untuk menggontrol perangkat listrik yaitu dengan cara menekan tombol yang terdapat pada aplikasi Android. Dalam memberikan perintah terdapat batasan kemampuan jangkauan bluetooth agar tetap dapat terhubung antara smartphone dengan rangkaian

kontrol. Oleh karena itu dilakukan pengujian jarak jangkauan bluetooth. Berikut hasil

(22)

Dari hasil pengukuran didapatkan spesifikasi alat yang dibuat. Berikut ini spesifikasi alat Pengontrol Perangkat Listrik Rumah Tangga Menggunakan Smartphone

Berbasis Android:

1. Nama Alat : “Pengontrol Perangkat Listrik Rumah Tangga

Menggunakan Smartphone berbasis Android”

2. Pengontrol : Smartphone dengan OS Android

3. Mikrokontroler : ATMega 328P pada board Arduino ProMini

4. Jaringan wireless : Bluetooth

5. Jangkauan bluetooth : ± 8 meter

6. Feedback : Indikator perangkat listrik pada aplikasi Android

7. Catu Daya DC : + 5 volt

8. Tegangan jala-jala : 220 VAC, 50 Hz 9. Daya rangkaian : 35,2 Watt

10. Dimensi modul : 85cm x 25cm x 75cm

11. Perangkat Listrik : Empat buah lampu dan satu buah kipas angin

Petunjuk pengoperasian alat Petunjuk pengoperasian modul

(23)

2. Pasangkan empat buah lampu dan kipas angin pada alat, pastikan semua perangkat listrik terpasang dengan benar.

2

Gambar 20 Alat peraga tampak depan

3. Hubungkan kabel power ke jala-jala 220 Volt AC.

4. Tekan tombol power yang terdapat pada samping kanan alat.

3

4 USB

Gambar 21 Alat peraga tampak samping kanan

Petunjuk pengoperasian smartphone

Berikut adalah petunjuk pengoprasian smartphone dengan benar:

1. Siapkan smartphone Android, jalankan aplikasi Android TA_2015 yang terdapat

pada smartphone.

2. Hubungkan smartphone dengan alat pada saat pertama kali aplikasi Android

dijalankan dengan cara menekan tombol bluetooth.

3. Tekan tombol-tombol yang terdapat pada layar smartphone sebagai perintah untuk

mengontrol perangkat listrik.

3 5 7 9 6

8 4 2

10 11

12 13

1

(24)

Berikut keterangan fungsi tombol-tombol yang terdapat pada aplikasi Android: 1. Tombol Bluetooth untuk menghubungkan bluetooth smartphone Android dengan

rangkaian kontrol.

10. Tombol FanON untuk menyalakan kipas angin.

11. Tombol FanOFF untuk mematikan kipas angin.

12. Tombol AllON untuk menyalakan semua perangkat listrik.

13. Tombol AllOFF untuk mematikan semua perangkat listrik.

14. Tekan tombol back pada smartphone untuk keluar dari aplikasi.

KESIMPULAN

Dengan terselesaikannya Tugas Akhir ini, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Smartphone berbasis Android dapat digunakan untuk menyalakan dan mematikan

perangkat listrik dengan jarak jangkauan ± 8 meter.

2. Rangkaian kontrol menggunakan mikrokontroler Arduino dapat digunakan untuk mengontrol perangkat listrik berupa lampu dan kipas angin dengan tegangan AC 220 Volt.

3. Aplikasi Android selain untuk menyalakan dan mematikan perangkat listrik juga dapat digunakan untuk mengetahui kondisi perangkat listrik apakah menyala atau mati.

DAFTAR PUSTAKA

Andrianto, Heri. 2013. Pemrograman Mikrokontroler AVR ATMega16 Menggunakan Bahasa C. Bandung.

Dwi Febriansyah, Haris, Kuswara, Kaharudin. 2014. “Alat Kendali Lampu Rumah Menggunakan Bluetooth Berbasis Android“. Jurnal Jurusan Teknik Informatika.

(25)

Ibrahim, K.F. 1996. Teknik Digital. Yogyakarta.

Janu Anggoro, Dwi Atmojo, Riza Hafidlotul Ulya. 2011. Pengontrolan Peralatan Listrik Jarak Jauh Menggunakan Remote Infrared. Tugas Akhir. Politeknik

Negeri Semarang.

Jati Wicaksono, Sofyan Farnandy. 2013. Pengontrol Delapan Peralatan Listrik Secara Wireless RF. Tugas Akhir. Politeknik Negeri Semarang.

https://bellcode.wordpress.com/2012/01/02/android-and-arduino-bluetooth-communication/

(05 Februari 2015)

http://www.element14.com/community/thread/30004/l/using-bluetooth-with-arduino

(05 Februari 2015)

http://www.element14.com/community/people/neilk/blog/2014/07/14/mit-app-inventor-creating-android-app-to-control-arduino-via-bluetooth

(05 Februari 2015)

http://ilmulistrik.com/triac.html (04 Mei 2015)