PENGUKURAN KONSUMSI ENERGI LISTRIK BERBASIS ARDUINO UNTUK MEDIA PEMBELAJARAN DIGITAL TENTANG PENGUKURAN LISTRIK
1)Galih Setyawan, 2) Prisma Megantoro
1,2Prodi D3 Metrologi dan Instrumentasi, Sekolah Vokasi, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, Indonesia
Sekip Utara PO BOX BLS. 21 Yogyakarta 55281, Indonesia email : galih.setyawan@mail.ugm.ac.id
ABSTRAK
Energi listrik merupakan kebutuhan utama manusia di jaman modern ini. Konsumsi energi listrik yang masih bergantung pada bahan fosil menjadi perhatian karena sifatnya yang tidak terbarukan. Pengukuran tentang konsumsi energi listrik adalah salah satu usaha mengurangi pemakaiannya. Demikian pada Program Studi Metrologi dan Instrumentasi Universitas Gadjah Mada yang berfokus pada ilmu pengukuran, sangat memperhatikan perkembangan teknologi pada kegiatan ukur-mengukur di Indonesia, termasuk yang berkaitan dengan kelistrikan.
Pada penelitian ini dirancang sebuah sistem pengukuran dan pemantauan konsumsi listrik di Laboratorium. Sistem yang diusulkan bertujuan untuk: 1) memantau dan mengendalikan pemakaian listrik di dalam laboratorium, 2) digunakan sebagai media analisa dan praktik bagi mahasiswa untuk materi pembelajaran yang berkaitan dengan instrumentasi kelistrikan. Pengukuran arus menggunakan shield sensor arus ACS 712-30A. Pengukuran tegangan menggunakan rangkaian penyearah. Prosesor yang digunakan berbasis mikrokontroler Arduino ATMega32 dengan resolusi ADC (Analog to Digital Converter) 10 bit. Data pembacaan dan konsumsi energi listrik ditampilkan ke LCD pada komputer server dengan komunikasi serial dan disimpan.
Pembacaan arus, tegangan, dan energi ditampilkan dengan perangkat lunak antarmuka yang tertanam dalam komputer. Pembacaan ditampilkan dalam bentuk nilai satuan dan grafik aktual pada layar LCD. Pembacaan sensor dilakukan dalam interval 1 menit dan disimpan ke dalam harddisk komputer dalam format csv.
Kata Kunci : kWh meter, Sensor arus, Sensor tegangan, Arduino
PENDAHULUAN
kWhmeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur konsumsi energi listrik. kWhmeter yang sudah banyak dijual di pasaran masih berupa analog. Pengukuran energi listrik didapatkan dari akumulasi pengukuran arus dan tegangan yang dikonsumsi setiap detik.
Inti dari kWhmeter ini adalah sebuah wattmeter yang digunakan untuk mengukur arus dan tegangan. Pada penelitian sebelumnya, telah berhasil dibuat sebuah sistem monitoring daya yang terintegrasi antara Arduino dan program LabView. Wattmeter yang dirancang diaplikasikan untuk mengukur tegangan dan arus AC. Studi yang dilakukan pada penelitian ini termasuk dalam pengkondisian sinyal, konversi data anlog ke digital, dan pengolahan data
pemantauan dan logging, menggunakan komunikasi firmata dengan program LabView. Program
LabView merupakan perangkat lunak yang portabel pada semua platform[2].
BAHAN DAN METODE
A. BAHAN
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah: a) Modul Arduino Uno
b) Sensor Arus ACS 712 ELC-30A c) Trafo CT 500mA
d) Dioda, kapasitor, dan resistor e) Personal Komputer
f) Perangkat lunak LabView
B. METODE
Dalam penelitian ini dilakukan perancangan desain sistem pemantauan menggunakan program antarmuka LabView. Hasil pengukuran yang didapatkan dari sensor arus dan tegangan diolah dengan menggunakan komunikasi firmata pada LabView. Pengolahan dan performa dalam miroprosesor ditulis pada program antarmuka dalam bahasa ladder.
a) Pengukuran Arus AC
Pengukuran ini menggunakan sensor arus ACS 712 30A, dengan menggunakan prinsip Hall Effect. Sensor ini mempunyai rentang pengukuran dari – 30 A sampai dengan + 30 A. Keluaran dari sensor ini adalah sinyal tegangan analog 0 V sampai 5 V. Dengan sensitivitas sebesar 66 mV per Ampere, sensor ini juga cukup handal untuk pengukuran aliran arus listrik pada aplikasi residensial. Gambar 1 menunjukkan modul ACS 712 30A.
Gambar 1. Sensor ACS 712 30A
Gambar 2 menunjukkan proses pengkondisian sinyal arus pada pengukuran dengan menggunakan transformator arus. Pada pengukuran arus menggunakan sensor ACS 712, proses pengkondisian sama namun tidak diperlukan resistor burden untuk menurunkan tegangan. Tegangan keluaran dari ACS 712 sudah berupa analog 0 V sampai 5 V. Pengkondisian sinyal dilakukan pada firmware, dijelaskan pada alur kerja Gambar 3.
Gambar 3. Alur kerja pembacaan arus
Pada alur kerja tersebut, hasil sampling tegangan keluaran sensor akan menghasilkan nilai maksimum dan nilai minimum. Selisih dari kedua nilai tersebut adalah nilai tegangan puncak ke puncak. Dari nilai tegangan tersebut dikonversi menjadi nilai arus. Lalu dicari arus RMS (Root Mean Square) dengan persamaan di bawah.
I
rms=
I x
√
2
b) Pengukuran Tegangan AC
Gambar 4. Skematik rangkaian penyearah dan pembagi tegangan
Tegangan keluaran yang maksimumnya 5 V dan searah (DC) merepresentasikan nilai tegangan 220 V AC. Dari sinyal tegangan masukan ADC, diperoleh nilai ADC 8 bit dengan nilai maksimum 1024. Untuk merepresentasikannya, maka digunakan persamaan di bawah.
V
ac=
ADC x
5
V
1024
x
220
V
c) Perancangan Firmware antarmuka
Perancangan dilakukan untuk membuat perangkat lunak untuk media antarmuka. Pemrosesan hasil pengukuran dari sensor-sensor dilakukan pada sebuah perangkat lunak IDE (Integrated Development Environment). Perancangan antarmuka menggunakan ladder yang
merepresintasikan blok-blok diagram sistem dan komponennya. Semua proses sensing dan
aktuasi sistem diatur dalam antarmuka ini melalui komunkasi serial antara komputer dengan modul Arduino.
Gambar 5. Blok Diagram Sistem Monitoring Energi (kWhmeter)
Gambar 6. Blok Diagram Perangkat Keras
HASIL DAN DISKUSI
Hasil pengukuran arus menggunakan sensor ACS 712 disajikan dalam Tabel 4. Pengukuran sensor ini dibandingkan dengan hasil pembacaan dari clampmeter.
Tabel 1. Hasil pembacaan sensor arus dan clampmeter
No. Jenis beban Sensor arus
(Ampere)
Clampmeter (Ampere)
1 Motor AC 1,49 1,2
2 Lampu Halogen 3,56 3,3
3 Monitor LCD 0,05 0,1
Tampilan antarmuka pengukuran yang berhasil dibuat ditunjukkan pada Gambar 7.
Gambar 7. Tampilan Antarmuka Pengukuran
Gambar 8. File Hasil Keluaran dari Antarmuka
File hasil pengukuran yang disimpan dalam drive sangat mudah untuk diakses sehingga sangat berguna untuk keperluan akademis dan riset yang lain.
Integrasi perangkat keras juga telah dilakukan dan ditunjukkan pada Gambar 9.
KESIMPULAN
1. Telah berhasil dibuat sistem monitoring konsumsi energi listrik dalam ruangan laboratorium. Pembacaan arus dan tegangan ditampilkan ke dalam layar monitor melalui komunikasi serial dengan program antarmuka LabView.
2. Nilai arus dan tegangan menunjukkan pembacaan yang sesuai dibandingkan dengan pembacaan alat ukur clampmeter
DAFTAR PUSTAKA
X[1] R. W. Fransiska, E. M. P. Septia, W. K. Vessabhu, W. Frans, and W. Abednego,
“Electrical power measurement using Arduino Uno microcontroller and LabVIEW,”
2013 3rd Int. Conf. Instrumentation, Commun. Inf. Technol. Biomed. Eng., pp. 226–229, 2013.
[2] A. Jamaluddin, L. Sihombing, A. Supriyanto, A. Purwanto, and M. Nizam, “Design real
time battery monitoring system using LabVIEW Interface for Arduino (LIFA),” Proc.
2013 Jt. Int. Conf. Rural Inf. Commun. Technol. Electr. Technol. rICT ICEV-T 2013, pp. 5–8, 2013.
[3] D. C and R. Ionel, “Arduino and LabVIEW in Educational Remote Monitoring
