PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI SISTEM PENGHEMATAN ENERGI UNTUK
PENGAWASAN ENERGI LISTRIK PADA SMART HOME
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan sebagai syarat menyelesaikan studi tingkat sarjana
di Program Studi Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Bandung
oleh
JOHAN ARDIAN NIM. 10202062
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2007
PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI SISTEM PENGHEMATAN ENERGI UNTUK
PENGAWASAN ENERGI LISTRIK PADA SMART HOME
oleh
JOHAN ARDIAN NIM. 10202062
Program Studi Fisika
Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Bandung
Laporan Tugas Akhir ini telah diajukan dan dipresentasikan pada tanggal 28 Juni 2007 dalam sidang tugas akhir Program Studi Fisika Tingkat Sarjana sebagai persyaratan
untuk menyelesaikan pendidikan di Program Studi Fisika Tingkat Sarjana Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Bandung.
Pembimbing : Dr.-Ing. Mitra Djamal Penguji : Dr.rer.nat. Bobby E. Gunara
Sukirno, Ph.D
Telah diperiksa dan disahkan oleh Pembimbing Tugas Akhir,
Dr.-Ing. Mitra Djamal NIP. 131 471 335
PEDOMAN PENGGUNAAN LAPORAN TUGAS AKHIR
Laporan tugas akhir yang tidak dipublikasikan ini terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya.
Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh laporan tugas akhir haruslah seizin Laboratorium Elektronika Program Studi Fisika, Institut Teknologi Bandung.
aku berlindung kepada Allah Tuhan semesta alam, dari godaan syetan yang terkutuk.
Dengan nama Allah yang Maha Pengasih, Maha Penyayang.
Hai Jiwa yang tenang.
Kembalilah kepada Tuhanmu dengan hati yang puas lagi Diridhai-Nya.
Maka masuklah ke dalam jemaah Hamba-hamba-Ku, Dan masuklah ke dalam Surga-Ku.
(al Quran Surat al Fajr 89: 27-30)
Tugas Akhir ini hadiah bagi
Ibunda, Ayahanda dan adik-adikku tercinta, semoga jiwa-jiwa ini menjadi jiwa-jiwa yang muthmainnah saat kembali Kepada_Nya.
vii
PRAKATA
Segala puji dan syukur penulis panjatkan pada Allah SWT. Tuhan Yang Satu Yang telah mencurahkan rahman rahim serta petunjuk-Nya dalam setiap aktivitas keseharian penulis sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
Tugas akhir ini disusun sebagai persyaratan untuk menyelesaikan pendidikan di Program Studi Fisika Tingkat Sarjana Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Bandung serta merupakan laporan atas terselesaikannya tugas akhir dengan judul “Perancangan dan Implementasi Sistem Penghematan Energi untuk Pengawasan Energi Listrik pada Smart Home”. Tugas akhir ini merupakan salah satu topik penelitian smart home di Laboratorium Elektronika program studi Fisika yang mengambil topik utama penghematan energi dan merupakan salah satu bagian dari tiga buah sistem lainnya, yaitu keamanan, kenyamanan dan sistem pengawasan (monitoring).
Sebagai manusia yang merupakan tempatnya salah dan lupa, penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, saran dan kritik yang membangun akan penulis terima. Akhir kata penulis berharap tugas akhir ini dapat bermanfaat dan dijadikan bahan untuk perbaikan pada penelitian selanjutnya khususnya bagi pihak-pihak yang berkepentingan.
Bandung, Juni 2007 Penulis
v
ABSTRAK
Sistem smart home terdiri dari keamanan, kenyamanan dan penghematan energi harus mempertimbangkan aspek efesiensi energi dan harus dapat diawasi.
Dalam tugas akhir ini telah dirancang dan dibuat suatu sistem yang dapat melakukan usaha efesiensi tersebut melalui pengawasan penggunaan energi listrik. Hasil dari perancangan sistem ini dapat melakukan pengawasan, perekaman, pembatasan penggunaan daya listrik dan mengatur pencahayaan di dalam ruangan berdasarkan jumlah penghuni ruangan dan intensitas cahaya luar.
Kata kunci: energi saving, sensor, power outlet, saklar lampu.
vi
ABSTRACT
Smart home system contains security, comfortable and energy saving, they should be monitored and considered by the energy efficiency. In this final project the system has been designed and implemented to maintain the efficiency by monitoring the electrical energy. The results of the designed system are to monitor, to record, to limit the using of electric power and control lighting switch based on people attendances in the room and outdoor lighting intensity.
Keyword: saving energy, sensor, power outlet, lamp switch
viii
UCAPAN TERIMA KASIH
Dengan memanjatkan puji dan syukur kepada Allah SWT. penulis juga mengucapkan terimakasih kepada pihak-pihak yang secara langsung maupun tidak langsung telah membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini :
- Ibunnda tercinta yang selalu sabar dan membekali diri ini dengan do’a walau diri ini sering membuatnya kesal, Ayahanda tercinta yang tak jemu membekali diri dengan nasihat. Juga kepada adik-adikku, semoga kita menjadi golongan putra-putri yang sholeh dan sholehah.
- Bapak Mitra Djamal yang telah membimbing, mendukung, memicu dan memberikan pengalaman-pengalaman baru kepada penulis.
- Bapak Bobby E. Gunara telah bersedia untuk meluangkan waktunya menjadi dosen penguji.
- Bapak Sukirno yang juga telah bersedia menjadi dosen penguji, yang banyak memberikan saran terhadap hasil tugas akhir ini.
- Kepada Pak Ohin yang telah banyak membantu penulis semenjak masuk menjadi asistensi, beserta juga Pak Dadang
- Kepada Pak Yeye, Pak Daryat, Bu Selvi, Pak Dede dan seluruh para staf tata usaha.
- Kepada seluruh Staf bengkel yang membolehkan saya meminjam alat-alatnya - Kepada rekan-rekan seperjuangan angkatan 2002, rekan-rekan 2003, 2004,
2005.
- Kepada sahabat-sahabat di madrasah al Hikmah
- Kepada seluruh pihak yang mungkin penulis tidak dapat menyebutkannya satu persatu.
Bandung, Juni 2007 Penulis
ix
DAFTAR ISI
ABSTRAK v
ABSTRACT vi
PRAKATA vii
UCAPAN TERIMA KASIH viii
DAFTAR ISI ix
DAFTAR GAMBAR xi
DAFTAR TABEL xiii
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang dan Rumusan Masalah 1
1.2 Ruang Lingkup Kajian 2
1.3 Tujuan Penelitian 2
1.4 Metode Penelitian 2
1.5 Sistematika Penulisan 3
II. KONSEP DAN LANDASAN TEORI
2.1 Konsep Smart Home 4
2.1.1 Keamanan 5
2.1.2 Kenyamanan 5
2.1.3 Penghematan Energi 5
2.1.4 Monitoring 6
2.2 Landasan Teori 6 2.2.1 Prinsip Dasar Sensor 7
2.2.1.1 Sensor Toroid 7
2.2.1.2 Sensor Inframerah 11
2.2.1.3 Sensor LDR 12
2.2.2 Rangkaian dan Komponen Pendukung 13 2.2.2.1 Pengolah Sinyal, Penyearah, Tapis dan Penguat 13 2.2.2.2 ADC (Analog to Digital Converte) 14
x
2.2.2.3 Mikrokontroler 15 2.2.2.4 TRIAC dan OptoDIAC 18
III. PERANCANGAN SERTA PEMBUATAN SISTEM
3.1 Perancangan Sistem 19 3.1.1 Sistem Power Outlet 20
3.1.2 Sistem Lampu 21
3.2 Pembuatan Rangkaian Elektronik Sensor
3.2.1 Sistem Power Outlet 22 3.2.1.1 Sensor Toroid 22 3.2.1.2 Pengolah Sinyal 22 3.2.1.3 Multiplekser, ADC dan Mikrokontroler 24
3.2.2 Sistem Lampu 25
3.2.2.1 Sensor 25
3.2.2.2 Saklar 28
3.3 Pemrograman 29
3.3.1 Mikrokontroler 29 3.3.2 Antarmuka dengan Delphi 31
IV. KALIBRASI, HASIL PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM
4.1 Kalibrasi Sensor 32
4.2 Hasil Pembuatan Sistem Power Outlet dan Lampu 34
V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 35
5.2 Saran 35
DAFTAR PUSTAKA 38
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar II.1 Diagram sistem smart home 4
Gambar II.2 Toroid 7
Gambar II.3 Medan magnet B pada a) kawat berarus b) kumparan berarus 8 Gambar II.4 Kumparan Solenoida 9 Gambar II.5 Kumparan Toroida 9
Gambar II.6 Induksi magnetik 10 Gambar II.7 Sensor Inframerah 12
Gambar II.8 Blok Spektrum Elektromaagnetik 12 Gambar II.9 Bentuk Fisik Sensor LDR 13 Gambar II.10 Penyearahan sinyal a). Sinyal dari sensor
b) sinyal yang disearahkan 13 Gambar II.11 Rangkaian Integrator dan keluarannya 14 Gambar II.12 Bagan Pengolah Sinyal 14 Gambar II.13 Bagan Unit Mikrokontroler 16 Gambar II.14 Pin pada Mikrokontroler 17
Gambar II.15 TRIAC 18
Gambar II.16 optoDIAC 18
Gambar III.1 Rancangan Sistem 19 Gambar III.2 Rancangan Sistem Hardware 20 Gambar III.3 Diagram perancangan sistem power outlet 20 Gambar III.4 Diagram perancangan sistem lampu 21 Gambar III.5 Sensor Toroid (a) sebelum dilapisi pelindung
(b) setelah dilapisi pelindung 22 Gambar III.6 Rangkaian Penyearah Sinyal 23 Gambar III.7 Rangkaian Penguat dan Filete aktif Sallen Key 23 Gambar III.8 a) Rangkaian Multiplekser b) ADC0804 24 Gambar III.9 Rangkaian Mikrokontroler 24 Gambar III.10 Rangkaian PCB Power Outlet 25
Gambar III.11 Power Outlet 25
xii
Gambar III.12 Rangkaian Transmitter Inframerah 26 Gambar III.13 Rangkaian receiver Inframerah 26 Gambar III.14 (a)Rangkaian PCB receiver Inframerah
(b) Tata Letak sensor Inframerah 27 Gambar III.15 Rangkaian Receiver 27 Gambar III.16 Rangkaian Filter 27 Gambar III.17 Directional Current & Comparator 28 Gambar III.18 Rangkaian optoDIAC dan TRIAC 28 Gambar III.19 Flowchat sistem power outlet 29 Gambar III.20 Flowchart sistem lampu 30 Gambar III.21 Tampilan sistem power outlet dan lampu pada Komputer 31 Gambar IV.1 Beban Uji untuk Kalibrasi 32 Gambar IV.2 Grafik Hasil Kalibrasi Tegangan keluaran sensor Toroid terhadap
Arus Beban 32
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Hasil Kalibrasi sensor toroid menggunakan beban uji 33
