AKTIVATOR TOKEN KWH METER MENGGUNAKAN MOTOR SERVO SG90 BERBASIS MIKROKONTROLER ARDUINO UNO
SKRIPSI
Oleh
MIRDA KHAMIDAH
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG 2022
i ABSTRAK
AKTIVATOR TOKEN KWH METER MENGGUNAKAN MOTOR SERVO SG90 BERBASIS MIKROKONTROLER ARDUINO UNO
Oleh
MIRDA KHAMIDAH
Penelitian rancang bangun aktivator Token kWh meter menggunakan Motor Servo SG90 berbasis mikrokontroler Arduino Uno telah berhasil direalisasikan. Alat dan bahan yang digunakan adalah Motor Servo SG90, Driver Motor servo PCA9685, Arduino Uno, Adaptor 5V 1 A, kawat penekan dan peralatan penunjang lainnya.
Sudut Motor servo sebesar 90o untuk membuat kawat bergerak tegak lurus dan tepat dalam menekan keypad kWh meter. Prinsip kerja dari aktivator Token kWh meter yaitu saat nilai token dimasukkan melalui interface, lalu dieksekusi oleh Arduino Uno yang memerintahkan Driver Motor servo PCA9685 untuk mengendalikan sebelas Motor Servo SG90 dan menggerakkan kawat penekan keypad kWh meter.
Nilai keberhasilan alat dapat dilihat dari ketepatan angka token pada kWh meter dan tampilan kalimat ‘benar’ pada LCD kWh meter. Alat Aktivator Token kWh meter berhasil mengaktivasi satu kWh meter baru dengan lima macam token dengan ketepatan angka mencapai 100% dan waktu aktivasi setiap tokennya 44 detik dengan ketepatan waktu sebesar 90,45 %. Dengan adanya alat tersebut diharapkan dapat menambah keakuratan data, mengurangi potensi human error dan menambah efesiensi waktu dalam mengaktivasi token kWh meter.
Kata kunci : Aktivator, Arduino Uno, Keypad, kWh meter,dan Motor Servo SG90
ii ABSTRACT
TOKEN KWH METER ACTIVATION USING SG90 SERVO MOTOR BASED ON ARDUINO UNO MICROCONTROLLER
By
MIRDA KHAMIDAH
The design of the kWh meter token activator using the SG90 Servo Motor based on the Arduino Uno microcontroller has been studied. The SG90 Servo Motor, PCA9685 Servo Motor Driver, Arduino Uno, 5V 1 A Adapter, pressure wire, and additional supporting tools are the tools and materials used. When pushing the kWh meter keypad, a servo motor at a 90° angle causes the wire to travel perfectly perpendicularly. When the token numbers are entered into the interface, Arduino Uno executes the token numbers and tells the PCA9685 Servo Motor Driver to operate eleven SG90 Servo Motors to drive the push wire for the kWh meter keypad. The precision of the token number on the kWh meter and the display of the word "true" on the LCD kWh meter both demonstrate the tool's effectiveness. The kWh meter Token Activator Tool was successful in activating five new kWh meter Tokens with 100% correctness in terms of numbers, and each token took 44 seconds to activate. Making an error and wasting time while activating the kWh meter token.
Keyword: Activator, Arduino Uno, Keypad, kWh meter, and Servo Motor SG90
iii
AKTIVATOR TOKEN KWH METER MENGGUNAKAN MOTOR SERVO SG90 BERBASIS MIKROKONTROLER ARDUINO UNO
Oleh
MIRDA KHAMIDAH
SKRIPSI
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA SAINS
Pada
Jurusan Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG 2022
vii
RIWAYAT HIDUP
Penulis yang bernama lengkap Mirda Khamidah dilahirkan di Dipasena Agung, pada tanggal 04 Mei 2000 dari pasangan Bapak Ranto Subakti dan Ibu Supilah sebagai anak kedua dari tiga bersaudara. Penulis menyelesaikan pendidikan di TK Xaverius Dipasena tahun 2006, SDN 1 Dipasena Agung tahun 2012, SMP Negeri 1 Seputih Raman tahun 2015, dan SMA Negeri 1 Seputih Raman tahun 2018 di Kabupaten Lampung Tengah, Provinsi Lampung. Pada tahun 2018, penulis diterima sebagai mahasiswa di Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Lampung melalui jalur Seleksi Bersama Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SBMPTN).
Selama menjadi mahasiswa penulis aktif dalam Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) sebagai Anggota Bidang Sains dan Teknologi (Saintek), Rohani Islam (Rois) FMIPA sebagai Sekretaris bidang Kaderisasi dan Kepemimpinan, dan Badan Eksekutif Mahasiswa (BEM) FMIPA sebagai Sekretaris Eksekutif. Penulis pernah menjadi asisten Praktikum Elektronika Dasar 1, 2 dan Fisika Inti.
Penulis melaksanakan Praktik Kerja Lapangan (PKL) di PT PLN Unit Induk Distribusi Lampung dengan judul “Analisis Pengaruh Pembebanan terhadap
viii
Efesiensi dan Susut Trafo 100 kVA Di Area Metro”. Selain itu, penulis melaksanakan Kuliah Kerja Nyata (KKN) di Dusun Perumahan Polri Hajimena, Kecamatan Natar, Kabupaten Lampung Selatan pada bulan Februari sampai dengan Maret 2021.
ix
PERSEMBAHAN
Dengan rasa syukur kepada Allah SWT, ku persembahkan karya ini kepada:
Kedua orang tuaku Bapak Ranto Subakti dan Ibu Supilah Orang tua yang telah memberikan segalanya untuk anaknya dan yang
selalu menjadi pemicu semangat, membahagiakanmu adalah tujuan hidupku.
Kakakku Alm. Fauzi Bahari, Adikku Risma Hanifah dan Keluarga Etos ID Lampung yang selalu memberi dukungan sehingga penulis bisa
menyelesaikan jenjang pendidikan S1 Fisika FMIPA Unila.
Rekan-rekan seperjuangan Fisika FMIPA Unila 2018 serta Almamater tercinta “Universitas Lampung”.
x MOTTO
“Jadikanlah Allah sebagai tujuan hidupmu, maka kamu akan tenang menjalani perjalanan kehidupan. Jadikanlah indikator utama dirimu
menjadi seorang pribadi yang Allah suka.”
“Ikhlaskan segala sesuatu pada dirimu yang menjadi keputusan Allah.”
xi
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul “Aktivator Token kWh meter Mengggunakan Motor Servo SG90 Berbasis Mikrokontroler Arduino Uno”. Tujuan penulisan laporan tugas akhir ini yaitu sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar S1 Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung serta melatih berfikir cerdas dan kreatif dalam menulis karya ilmiah.
Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam laporan tugas akhir ini, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun. Akhir kata, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi sesama.
Bandar Lampung, 15 November 2022
Penulis
xii SANWACANA
Puji syukur penulis ucapkan atas karunia dan kesempatan yang Allah SWT berikan hingga akhirnya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul
“Aktivator Token KWh meter Menggunakan Motor Servo SG90 Berbasis Mikrokontroler Arduino Uno”. Terwujudnya skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak. Dengan segala kerendahan hati dan rasa hormat, penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Ranto Subakti dan Ibu Supilah selaku kedua orang tuaku yang selalu menjadi penyemangat dan mendukungku baik secara material maupun spiritual.
2. Ibu Sri Wahyu Suciyati, S.Si., M.Si., sebagai pembimbing utama yang telah memberikan bimbingan, saran, motivasi, serta ilmunya selama melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.
3. Ibu Humairoh Ratu Ayu, S . P d . , M.Si. selaku pembimbing kedua yang telah memberikan masukan, saran dan nasihat dalam melakukan penelitian dan penulisan skripsi ini.
4. Bapak Gurum Ahmad Pauzi, S.Si., M.T. selaku pembahas sekaligus Ketua Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Lampung. Atas kritik dan saran yang membangun sehingga penelitian dan penulisan skripsi ini menjadi lebih baik.
xiii
5. Bapak Achmad Royhan S.T selaku pembimbing dan penghubung untuk menyelesaikan skripsi ini di PT PLN UID Lampung yang telah memberikan bimbingan, saran, motivasi, serta ilmunya selama melakukan penelitian.
6. Bapak Dr. Eng. Suripto Dwi Yuwono, M.T. selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Lampung.
7. Bapak Syafriadi, S.Si., M.Si. selaku Dosen Pembimbing Akademik yang telah memberikan bimbingan serta nasehat kepada penulis selama menempuh pendidikan di Jurusan Fisika FMIPA Univesitas Lampung.
8. Segenap dosen yang telah memberikan ilmu dan pengetahuan kepada penulis selama menempuh pendidikan di Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Lampung.
9. Adikku Risma Hanifah serta keluargaku yang selalu memberikan nasehat, semangat, dukungan, dan mendo’akan penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan ini.
10. Relawan penelitianku Eza Ariyani, Rahmawati, Dendi Rosandi, Hauzan Khoirullloh Miftah yang selalu membantu penulis untuk menyelesaikan penelitian selama hampir setahun.
11. Keluarga Beasiswa Etos ID Lampung Mbak Endah, Kak Pujo, Kak Dani, Sri Rahayu, Armiasih, Indah Sukma, Novita Sary, Dwi Wahyuni, Muflihah, Nurindah, Irma, Sely, Rifa’i, Dendi, Rendi, Sahrul, Soni, Amiza, Hilmi, Rican, Khozin, Wahyudi yang memberikan semangat untuk penulis menyelesaikan pendidikan ini.
12. Keluarga Lapet dan keluarga Fisika Selvi, Wayan, Rahmawati, Eza, Mayola, Tiara, Sayidah, Ester, Caca, Mega, Sebi, Dila, Oca, Nindya, Munir, Dendi,
xiv
Ojan, Adi yang telah membantu, mendukung, dan berjuang bersama menyelesaikan skripsi ini.
13. Teman-teman Fisika Instrumentasi dan Fisika 2018 yang selama ini memberikan motivasi dan semangat kepada penulis.
Serta berbagai pihak yang telah ikut serta membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Semoga Allah SWT memberikan imbalan berlipat dan kemudahan atas urusannya. Aamiin.
Bandar Lampung, 16 November 2022
Mirda Khamidah
xv DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ... i
ABSTRACT ... ii
HALAMAN JUDUL ... iii
HALAMAN PERSETUJUAN ... iv
HALAMAN PENGESAHAN ... v
PERNYATAAN ... vi
RIWAYAT HIDUP ... vii
PERSEMBAHAN ... ix
MOTTO ... x
KATA PENGANTAR ... xi
SANWACANA ... xii
DAFTAR ISI ... xv
DAFTAR GAMBAR ... xvii
DAFTAR TABEL ... xix
I. PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Rumusan Masalah ... 4
1.3. Tujuan Penelitian ... 5
1.4. Manfaat Penelitian ... 5
1.5. Batasan Masalah ... 5
II. TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1 Penelitian Terkait ... 6
2.2 Penyaluran Listrik ... 9
2.3 Kilowatt-hour (kWh) meter Prabayar ... 10
2.4 Mikrokontroler Arduino Uno ... 12
xvi
2.5 Motor Servo SG90 ... 14
2.6 Driver Motor servo PCA9685 ... 17
2.7 Arduino IDE ... 18
2.8 Bahasa Pemrograman Python ... 20
III. METODE PENELITIAN ... 21
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 21
3.2 Alat dan Bahan ... 21
3.3 Tahapan Penelitian ... 22
3.3.1 Perancangan Perangkat Keras (Hardware) ... 23
3.3.2 Rancangan Perangkat Lunak (Software)... 28
3.3.3 Tahap Penyatuan dan Pengujian Alat ... 29
3.3.4 Tahap Pengambilan dan Analisis Data ... 31
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 34
4.1 Realisasi Desain Aktivator Token kWh meter ... 34
4.1.1 Rangkaian Elektronik ... 35
4.1.2 Rangkaian Mekanik ... 36
4.2 Realisasi Perangkat Lunak ... 37
4.2.1 Program untuk Memasukkan Angka ... 39
4.2.2 Program untuk Menekan Tombol Enter ... 40
4.2.3 Tampilan Interface dalam Input Angka Token ... 41
4.3 Penyatuan dan Pengujian Sistem Aktivator Token kWh meter ... 42
4.3.1 Pengujian Ketelitian Motor Servo SG90 ... 43
4.3.2 Pengambilan Data Hasil Kerja Sistem ... 46
V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 53
5.1 Kesimpulan ... 53
5.2 Saran ... 53
DAFTAR PUSTAKA ... 54
LAMPIRAN ... 57
xvii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2. 1 Pengetik Keypad kWh meter (Raazzaq & Pratama, 2020) ... 6
Gambar 2. 2 Solenoid penekan Keypad kWh meter (Vistarika, 2021) ... 7
Gambar 2. 3 Tampilan kWh meter Prabayar (Mukhlis et al., 2017) ... 11
Gambar 2. 4. Tampilan Arduino Uno... 13
Gambar 2. 5 Tampilan Motor Servo SG90(P. Setiawan, 2022) ... 15
Gambar 2. 6 Sinyal Kendali Motor servo ... 16
Gambar 2. 7 Driver Motor servo PCA9685 ... 17
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian ... 23
Gambar 3.2. Diagram Blok Alat ... 24
Gambar 3. 3 Rangkaian Elektronik ... 25
Gambar 3. 4 (a) Rancangan Rangkaian Mekanik (b) Lengan Motor servo dan Pengait pada Kawat ... 26
Gambar 3. 5 Rancangan rangkaian keseluruhan (a) Tampak atas (b) Tampak samping ... 27
Gambar 3. 6 Diagram Alir Rancangan Software ... 28
Gambar 4. 1 (a) Aktivator Token kWh meter Tampak Kiri (b) Aktivator Token kWh meter Tampak Kanan ... 34
Gambar 4. 2 Rangkaian Elektronik pada Aktivator Token kWh meter ... 35
xviii
Gambar 4. 3 Rangkaian Mekanik (1) Lengan Motor servo (2) Papan Peyangga
(3) Kawat (4) Posisi Kawat pada Keypad kWh meter ... 36
Gambar 4. 4 Inisialisasi masukan nilai PWM dan frekuensi ... 37
Gambar 4. 5 Program setup awal ... 37
Gambar 4. 6 Program pengaturan panjang pulsa ... 38
Gambar 4. 7 Program mengatur masukan angka ... 39
Gambar 4. 8 Program menekan tombol Enter ... 41
Gambar 4. 9 Tampilan Interface Input Angka Token ... 42
Gambar 4. 10 Kondisi Awal kWh meter ... 47
Gambar 4. 11 Database Token Prepaid ... 48
Gambar 4. 12 Interface saat memasukkan Token ... 50
xix
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2. 1 Spesifikasi Motor Servo SG90 ... 16
Tabel 3. 2 Alat-alat penelitian ... 21
Tabel 3. 3 Bahan-bahan penelitian ... 22
Tabel 3. 4 Perangkat lunak yang digunakan ... 22
Tabel 3. 5 Nama alat dan fungsi ... 28
Tabel 3. 6 Pengujian Ketelitian Sudut Motor servo ... 30
Tabel 3. 7 Rancangan Pengujian Waktu Kestabilan Motor servo ... 30
Tabel 3. 8 Rancangan Pengujian Nilai Input dan Output Pada Alat ... 31
Tabel 3. 9 Pengukuran waktu aktivasi token kWh meter ... 32
Tabel 3. 10 Rancangan Data Keberhasilan Alat ... 32
Tabel 4. 1 Bagian dan Fungsi Rangkaian Elektronik ... 35
Tabel 4. 2 Kode ASCII desimal ... 40
Tabel 4. 3 Hasil Pengujian Ketelitian Sudut Motor Servo SG90 ... 43
Tabel 4. 4 Hasil Pengujian Waktu Kestabilan Motor Servo SG90 ... 44
Tabel 4. 5 Hasil Pengujian Nilai Input dan Output Pada Alat ... 46
Tabel 4. 6 Pengukuran waktu aktivasi token kWh meter secara manual ... 49
Tabel 4. 6 Pengukuran waktu aktivasi token kWh meter ... 51
Tabel 4. 7 Data keberhasilan alat aktivator token kWh meter ... 52
Tabel 4. 8 Hasil Pengujian Waktu Kestabilan Motor Servo SG90 ... 77
xx
Tabel 4. 9 Hasil Pengujian Nilai Input dan Output Pada Alat ... 77
I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Energi listrik merupakan suatu kebutuhan yang sangat penting untuk menunjang kegiatan sehari-hari. Kegiatan industri, perumahan, dan pemerintahan di Indonesia menggunakan sumber energi listrik yang berasal dari Perusahaan Listrik Negara (PLN). Perusahaan Listrik Negara (PLN) Persero merupakan badan usaha milik negara (BUMN) yang bergerak dibidang kelistrikan di Indonesia. PLN mempunyai tugas sebagai pengelola transmisi, operasi sistem dan transaksi tenaga listrik dengan kualitas pelayanan yang mampu memenuhi harapan stakeholder dan memberikan kontribusi dalam peningkatan kesejahteraan masyarakat. PLN memiliki peranan penting terhadap pelayanan tenaga listrik bagi masyarakat Indonesia. Oleh karena itu PLN harus mampu memberikan pelayanan yang sebaik- baiknya kepada masyarakat (Hardianto et al., 2013). PLN melayani masyarakat dengan menyediakan tenaga listrik melalui alat transaksi yang dikenal sebagai Kilowatt-hours atau sering disebut kWh meter.
Kilowatt-hours atau kWh meter adalah alat ukur tenaga listrik yang dapat memperhitungkan jumlah tenaga listrik yang dipakai oleh pelanggan kWh meter.
2
Terdapat dua jenis kWh meter yaitu Pascabayar dan Prabayar, kWh meter pascabayar yaitu kWh meter dengan sistem pembayaran diakhir pemakaian, sedangkan kWh meter prabayar menggunakan sistem pembayaran sebelum pemakaian. Saat ini masyarakat lebih menyukai penggunaan kWh meter prabayar karena bisa mengetahui seberapa besar kebutuhan listrik dan tidak mudah mendapatkan denda. kWh meter prabayar dapat digunakan jika melalui proses aktivasi kWh meter terlebih dahulu dengan memasukkan 5 token yang berisi 20 kombinasi angka pada setiap token oleh PLN. Token yang perlu dimasukkan yaitu Key Change Token 1, Key Change token 2, Clear tamper 1, Set Max Power Load, dan Clear Credit (PLN, 2017). Masing-masing token tersebut terdiri dari 20 angka, sehingga jika ditotal terdapat 100 angka untuk mengaktivasi satu kWh meter baru.
Jika dalam suatu daerah membutuhkan 100 kWh meter, maka PLN memerlukan 10.000 angka untuk mengaktivasi kWh meter tersebut. Jumlah angka token aktivasi cukup banyak, namun saat ini proses aktivasi di PLN masih dilakukan secara manual oleh petugas PLN. Tentu hal tersebut tidak efektif, mengingat efesiensi sumber daya manusia serta adanya potensi human error. PLN membutuhkan inovasi alat atau mesin otomasi yang digunakan untuk membantu memasukkan data tersebut agar lebih efektif dengan akurasi yang lebih tinggi. Alat tersebut merupakan alat mekanik yang dapat menekan tombol-tombol kWh meter untuk memasukkan nilai aktivasi token. Motor Servo SG90 merupakan salah satu alat yang efektif digunakan pada rancangan mekanik. Motor Servo SG90 memiliki banyak kelebihan diantaranya tenang saat beroperasi, memiliki akurasi yang tinggi, dan dapat dioperasikan dalam waktu yang lama.
3
Penelitian yang dilakukan oleh Vistarika (Vistarika, 2021), membuat alat pengetikan kWh meter dengan menggunakan raspberry dan Motor Servo SG90.
Proses penekanan tombol kWh meter menggunakan 12 buah solenoid yang masing- masing akan diletakkan tepat didepan tombol kWh meter. Hasil pengujian diperoleh nilai persentase akurasi alat 92%, tetapi alat tersebut perlu mengeluarkan biaya yang cukup mahal dan akan sulit jika digunakan pada kWh meter secara bergantian. Pada penelitian Raazzaq dan Pratama (Raazzaq & Pratama, 2020) sebelumnya juga telah membuat rancang bangun alat penekan Keypad menggunakan 2 sensor encoder, 3 sensor limit, dan 2 mikrokontroler arduino uno R3. Dua sensor rotary encoder digunakan untuk mewakili masing-masing axis x dan y sebagai feedback posisi end effector. Data pengujian yang diperoleh didapatkan analisa error sebesar 0%, tetapi hanya dibuat permanen untuk satu kWh meter saja (Raazzaq & Pratama, 2020).
Berdasarkan paparan tersebut, saat ini belum ada penelitian yang membahas terkait alat aktivasi token kWh meter secara otomatis yang bisa digunakan untuk mengaktivasi beberapa kWh meter. Alat penekan Keypad yang sudah ada, hanya digunakan untuk memasukkan token dan bersifat permanen dipasang pada satu kWh meter. Sedangkan PLN perlu alat yang bisa digunakan secara bergantian untuk mengaktivasi beberapa kWh meter. Oleh karena itu, penulis bersama PT PLN Unit Induk Distribusi Lampung membuat rancangan alat aktivator kWh meter dengan merekayasa gerakan mekanik untuk menekan Keypad dengan memanfaatkan gerak Motor Servo SG90. Motor Servo SG90 ini memiliki akurasi yang tinggi dan lebih membutuhkan tempat yang sedikit karena rangkaian yang ringkas. Kebutuhan Motor servo yang banyak sejumlah 11 buah membutuhkan alat pembantu Driver
4
Motor servo PCA9685 agar mempermudah saat merangkai. PCA9685 ini bisa menghubungkan sebelas Motor servo ke Arduino Uno. Keseluruhan alat dikendalikan oleh mikrokontroler Arduino Uno karena memiliki bahasa pemrograman relatif mudah dan bisa mengendalikan alat secara otomatis. Motor Servo SG90 menggerakkan jari-jari kawat sederhana yang akan menekan Keypad kWh meter secara otomatis. Pembuatan perangkat lunak dibuat dengan software Arduino IDE untuk membuat program dalam menjalankan sistem dari aktivator token kWh meter. Input data dilakukan melalui database PLN yang disalin ke dalam Interface yang terhubung dengan arduino IDE. Pengujian sistem dilakukan dengan memasukkan beberapa token kWh meter menggunakan alat aktivator untuk menguji teraktivasi atau tidaknya token tersebut. Dengan adanya alat tersebut diharapkan dapat menambah keakuratan data, mengurangi data akibat human error dan menghabiskan waktu yang efektif dalam mengaktivasi token kWh meter.
1.2. Rumusan Masalah
Perumusan masalah dalam melakukan penelitian ini adalah
1. Bagaimana merancang sistem mekanik dan program pengendali pada aktivator token kWh meter otomatis menggunakan Motor Servo SG90 dengan dikendalikan mikrokontroler Arduino Uno?
2. Bagaimana mengetahui kerja alat dalam keberhasilan mengaktivasi token kWh meter secara otomatis ?
5
1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan dalam melakukan penelitian ini adalah
1. Membuat sistem mekanik dan program pengendali pada aktivator token kWh meter otomatis menggunakan Motor Servo SG90 dengan dikendalikan mikrokontroler Arduino Uno.
2. Mengetahui kerja alat dalam keberhasilan mengaktivasi token kWh meter secara otomatis.
1.4. Manfaat Penelitian
Manfaat pada penelitian ini agar dapat
1. Tersedianya aktivator token kWh meter yang bekerja secara otomatis.
2. PLN dapat mengaktivasi token kWh meter menjadi lebih efisien dan tidak membutuhkan banyak karyawan.
3. Waktu pelayanan konsumen di PLN dalam mengaktivasi kWh meter menjadi lebih cepat.
1.5. Batasan Masalah
Batasan-batasan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut.
1. Mendesain dan merealisasikan aktivasi token secara otomatis pada kWh meter prabayar.
2. Penelitian ini berbasis mikrokontroler Arduino Uno.
3. Penelitian ini menggunakan sistem mekanik Motor Servo SG90.
4. Penelitian ini menggunakan jenis kWh meter Hexing dengan tipe produk HXE116-KP.
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Penelitian Terkait
Rancang bangun alat penekan tombol kWh meter telah dibuat oleh Razaaq dan Pratama yang berjudul Mesin Top Up kWh meter Rumah Tangga Via Smartphone (Raazzaq & Pratama, 2020). Rangkaian pengetik Keypad kWh meter ditunjukkan pada Gambar 2.1.
Gambar 2. 1 Pengetik Keypad kWh meter (Raazzaq & Pratama, 2020)
Alat pada Gambar 2.1 menggunakan 2 sensor encoder, 3 sensor limit, dan 2 Arduino Uno R3. Solenoid tipe push pull 12VDC 20N digunakan pada end effector sebagai penekan tombol Keypad. Dua buah sensor rotary encoder digunakan untuk
7
mewakili masing-masing axis x dan y sebagai feedback posisi end effector.
Penggunaan mikrokontroler Arduino Uno dianggap cukup baik karena dari data pengujian dan analisa didapatkan bahwa error antara perintah dan proses penekanan nomor stroom token yang dikirimkan alat ini yaitu 0% (Raazzaq &
Pratama, 2020).
Penelitian berikutnya menggunakan raspberry sebagai pengaktif relay yang menggerakkan solenoid, sehingga dapat bekerja menekan tombol-tombol pada kWh meter (Vistarika, 2021). Rangkaian penekan tombol kWh meter ditunjukkan pada Gambar 2.2.
Gambar 2. 2 Penekan Keypad kWh meter (Vistarika, 2021)
Solenoid pada Gambar 2.2 akan menekan tombol-tombol pada kWh meter sesuai dengan serial stroom token yang diinputkan di aplikasi solenoid digunakan sebagai penekan Keypad kWh meter. Proses penekanan tombol kWh meter digital ini menggunakan 12 buah solenoid yang masing-masing akan diletakkan tepat didepan tombol kWh meter. Alat ini dapat melakukan pengisian stroom token listrik hingga selesai dengan rata-rata waktu yang dibutuhkan yaitu 27.74 detik dengan delay
8
antar solenoid lebih kurang1,3 detik . Berdasarkan hasil pengujian dan analisis data maka diperoleh nilai persentase akurasi alat dalam melakukan pengisian stroom token listrik pada kWh meter adalah 92%. Sedangkan persentase error alat dalam melakukan pengisian stroom token listrik didapat error sebesar 8% dikarenakan salah satu tombol yang tidak tertekan. Namun kekurangan dari alat ini yaitu hanya bias digunakan pada satu kWh meter saja secara permanen.
Penelitian selanjutnya mengenai sistem pengisian voucher listrik jarak jauh via Short Message Service (SMS) berbasis mikrokontroller (Syafar, 2017). Sistem ini juga dibuat karena keresahan menggunakan Keypad manual. Sistem berhasil dirancang dan dibuat dengan menggunakan mikrokontroller arduino uno dengan Global System for Mobile Communication (GSM) Shield dan 2 motor yaitu motor stepper dan Motor servo. Pada pengujiannya motor stepper dan Motor servo dapat bekerja dengan baik dengan pengendali dari Arduino. Alat ini saling terintegrasi sehingga apabila salah satu terganggu maka sistem pengisian voucher ini tidak akan berfungsi dengan baik (Syafar, 2017). Alat ini cukup efisien karena menggunakan Arduino Uno yang cukup akurat dalam mengendalikan alat.
Kemudian penelitian (Suhardi, 2020) membuat prototype sistem monitoring dan pengisian token listrik prabayar menggunakan arduino uno berbasis website. Alat ini akan terintegrasi dengan sebuah website yang dapat mengontrol token listrik yang ada pada kWh meter pengguna dari jarak jauh. Hasil pengujian pengisian token jarak jauh dilakukan sebanyak 15 kali dengan hasil 15 kali berhasil melakukan pengisian token dari website ke alat. Untuk memperoleh hasil yang
9
lebih baik, sebaiknya menggunakan mikrokontroller dengan spesifikasi lebih tinggi daripada arduino uno agar bisa berjalan lebih maksimal (Suhardi, 2020).
Pada penelitian yang dilakukan oleh Setiawan, (Setiawan, A. 2015) menyebutkan bahwa untuk menjalankan suatu projek mekanik, bisa dilakukan dengan menggunakan prinsip hidrolik, penelitian menggunakan Arduino Uno untuk mengendalikan seluruh sistem yang dirancang, yaitu device, motor DC, Sensor Garis, Uvtron, Ultrasonic Sensor, LCD, Keypad, Kipas Angin, dan Accelero. Hasil percobaan yang diperoleh cukup baik, karena tanpa error (Setiawan, A. 2015).
Selain mikrokontroler, sistem yang digunakan pada suatu alat juga harus lebih baik dan mudah diterapkan.
Penelitian yang dilakukan oleh Setiawan, (P. Setiawan, 2022) dengan judul Sistem Pengendali On-Off Lampu dan Motor servo sebagai Penggerak Gerendel Pintu Berbasis Internet Of Things (IoT) menunjukkan Motor servo sangat baik digunakan untuk rancangan alat mekanik karena memiliki keakuratan yang tinggi.
2.2 Penyaluran Listrik
Energi listrik merupakan salah satu kebutuhan dasar dalam kehidupan manusia modern. Listrik sudah begitu terintegrasi dalam kehidupan sehari-hari, baik itu untuk menjalankan tugas pekerjaan, belajar, maupun sekedar hiburan. Terutama masyarakat perkotaan, sudah bergantung pada energi listrik untuk menjalankan kehidupan sehari-hari (Fadillah et al., 2015). Pada tahun 2014, total penjualan tenaga listrik nasional mencapai 221.296 GWh (gigawattjam), dan mayoritas proporsi penjualan pada sektor industri dan sektor perumahan yang masing-masing
10
mendapat nilai sekitar 39 persen, jauh lebih besar dari sektor usaha dan urusan publik yang masing masing mendapat proporsi sekitar 16 dan 6 persen (Gultom, 2017).
Pada daerah Lampung juga mengalami peningkatan kebutuhan pemasangan listrik pada daerah-daerah yang baru dimasuki listrik. Pada tahun 2020, PT PLN Unit Induk Distribusi Lampung memasang cukup banyak kWh meter baru yaitu berjumlah 2977 di Bumi Dipasena, Tulang Bawang (Yulianto, 2014). Selain itu, masih banyak daerah-daerah di Indonesai yang belum terjangkau listrik dan kebutuhan listrik pada setiap tahunnya akan terus mengalami kenaikan, sehingga PLN mengupayakan dapat memberikan pelayanan terbaik kepada masyarakat terkait pemenuhan listrik rumah tangga.
2.3 Kilowatt-hour (kWh) meter Prabayar
Kilowatt-hour (kWh) meter adalah alat yang diperuntukkan dalam mengukur energi listrik. Alat ini digunakan oleh perusahaan penyedia listrik untuk mendata dan menganalisa penggunaan energi listrik yang terpakai oleh pelanggan. Jenis kWh meter terbagi menjadi dua yaitu kWh meter pascabayar dan prabayar. Tampilan kWh meter prabayar ditunjukkan pada Gambar 2.3.
11
Gambar 2. 3 Tampilan kWh meter Prabayar (Mukhlis et al., 2017)
Berdasarkan keandalannya, kWh meter prabayar memiliki keakuratan dalam pemakaian daya dikarenakan listik prabayar dalam pemakaiannya sesuai dengan jumlah kWh yang dimiliki sehingga kita dapat mengontrol pemakaian energi (Mukhlis et al., 2017). Kemudahan bila menggunakan kWh meter listrik prabayar menyebabkan pelanggan untuk membuat keputusan pembelian dengan mengganti kWh meter listrik prabayar (Tambunan, 2020).
Alat kWh meter prabayar bisa berfungsi setelah diisi kode khusus yang hanya bisa dimasukkan oleh pihak petugas PLN melalui pendaftaran secara resmi sebagai pelanggan (Mukhlis et al., 2017). Pada pendaftaran kWh meter baru prabayar, ada lima token yang dimasukkan di kantor PLN. Token yang perlu dimasukkan yaitu : 1. Key Change Token 1 disebut juga Key Change Isi, berfungsi Menghapus Tarip
Index Pabrikan berisi 20 digit Angka, lalu tekan ent berisi 20 digit Angka, lalu tekan enter.
12
2. Key Change token 2 disebut juga Key Change isi, berfungsi untuk merubah tarif Index berisi 20 digit Angka, lalu tekan enter.
3. Clear tamper 1 berfungsi untuk menghilangkan status tamper.
4. Set Max Power Load berfungsi untuk membatasi daya.
5. Clear Credit, berfungsi untuk mereset sisa kredit Token yang ada di kWh meter Prabayar (PLN, 2017).
Dalam penginputan kode tersebut masih dilakukan secara manual, sehingga PT PLN membutuhkan banyak sumber daya manusia untuk mengaktifkan kWh meter.
Data yang dimasukkan setiap tokennya terdiri dari 20 angka, sehingga membutuhkan waktu yang lama, dan memungkinkan terjadinya human error serta data yang kurang akurat (Dinata & Jumnahdi, 2017).
2.4 Mikrokontroler Arduino Uno
Arduino adalah salah satu perangkat elektronik yang memiliki fungsi seperti mikrokontroler. Arduino mempunyai perangkat lunak dengan bahasa pemrograman yang spesifik (Lutfiyana et al., 2017). Arduino yang sering digunakan dalam suatu penelitian yaitu Arduino uno. Namun, Arduino uno hanya memiliki 14 pin digital, 6 pin PWM, 6 pin analog, pin Rx, dan Tx yang dapat digunakan untuk menghubungkan Arduino uno dengan perangkat luar (Wicaksono, 2017).
Arduino Uno R3 adalah papan mikrokontroler berdasarkan ATmega328P. Arduino ini memiliki 14 pin input/output digital (6 di antaranya dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, resonator keramik 16 MHz (CSTCE16M0V53-R0),
13
koneksi USB, Colokan listrik, header ICSP, dan tombol Reset. Hardware Arduino Uno ditunjukkan pada Gambar 2.4.
Gambar 2. 4. Tampilan Arduino Uno (Khorassani et al., 2015) Spesifikasi Arduino Uno ditunjukkan pada Tabel 2.1.
Tabel 2. 1 Spesifikasi Arduino Uno
Komponen Spesifikasi
Mikrokontroler ATMEGA328
Tegangan operasi 5 volt
Tegangan input (batas) 6-20 volt
Pin Digital I/O 14
Pin Input Analog 6
Pin PWM 6
Arus DC tiap pin I/O 20 mA
Arus DC untuk pin 3,3V 50 mA
SRAM 2 KB (ATMEGA328)
EEPROM 1 KB (ATMEGA328)
Flash memory 32 KB (ATMEGA328)
Clock speed 16 MHz
Panjang 68,6 mm
Lebar 53,4 mm
(Khorassani et al., 2015)
Arduino Uno menggunakan IC Max232 yang digunakan sebagai USB-to-serial converter untuk komunikasi serial ke komputer melalui port USB. Kemudian flash memorinya dapat mencapai 32KB dengan 0,5 KB diantaranya digunakan oleh bootloader (Ramdan, 2020).
14
Mikrokontroller ini sudah tidak memerlukan perangkat chip programmer karena di dalamnya sudah ada bootloader yang akan menangani upload program dari komputer. Sudah memiliki sarana komunikasi USB, sehingga pengguna Laptop yang tidak memiliki port serial/RS323 bisa menggunakannya. Bahasa pemrograman relatif mudah karena software Arduino dilengkapi dengan kumpulan library yang cukup lengkap. Memiliki modul siap pakai (shield) yang bisa ditancapkan pada board Arduino (Ilham Efendi, 2014). Arduino UNO berukuran kecil, tetapi papan tersebut mengandung mikrokontroler dan sejumlah input/output (I/O) yang memudahkan pemakai untuk menciptakan berbagai proyek elektronika (Zanofa et al., 2020).
2.5 Motor Servo SG90
Motor Servo SG90 adalah jenis Motor servo yang paling sering digunakan untuk proyek-proyek sederhana menggunakan Arduino. Motor servo ini memiliki 3 kaki yang terdiri dari Ground, Vcc dan Sg (PWM), bekerja pada tegangan 4.8 – 6 volt.
Motor servo biasanyadigunakan dimana sesuatu yang dibutuhkan pindah ke posisi tertentu dan kemudian berhenti dan bertahan pada posisi tersbut. Motor servo dapat diperintahkan untuk memutar dengan sudut tertentu dan selanjutnya kemudi akan tetap bertahan posisi tersebut. Motor servo menggunakan mekanisme umpan balik, sehingga dapat merasakan kesalahan dalam posisinya. Ketika Motor servo berada dan terkunci pada posisi 30 derajat dan kemudian dicoba untuk memutar dengan tangan, maka servo akan berusaha keras sebaik mungkin untuk mengatasi gaya dan
15
menjaga servo terkunci pada sudut yang ditentukan. Tampilan Motor Servo SG90 ditunjukkan pada Gambar 2.5.
Gambar 2. 5 Tampilan Motor Servo SG90(P. Setiawan, 2022)
Input Motor servo ke kontrolnya bisa berupa sinyal analog dan juga sinyal digital.
Motor servo digunakan sebagai aktuator yang membutuhkan posisi putaran motor yang presisi, sedangkan sudut dari sumbu Motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor (Salim et al., 2020).
Sistem kontrol kalang tertutup pada Motor servo digunakan untuk mengontrol gerakan dan posisi akhir dari poros Motor servo. Posisi poros output akan dideteksi untuk mengetahui posisi poros sudah tepat atau belum. Jika posisi poros belum tepat maka kontrol input akan mengirim sinyal kendali yang membuat posisi poros tersebut tepat sesuai yang diinginkan. Motor servo yang digunakan dalam penelitian ini bertipe SG90 dengan spesifikasi sebagaimana ditunjukkan pada Tabel 2.2.
16
Tabel 2. 2 Spesifikasi Motor Servo SG90
No Spesifikasi Keterangan
1 Dimensi (Perkiraan) 22.2 x 11.8 x 31 mm
2 Berat 9 gr
3 Stall torque 1.8 kg.cm
4 Kecepatan Operasi 0.1 s/60 derajat 5 Tegangan Operasi 4.8 V (5 V)
6 Dead band width 10 µs
7 Rentang Suhu 0oC – 55oC
(P. Setiawan, 2022)
Untuk menguji apakah Motor servo sudah berjalan dengan baik, ditentukan sudut perputaran dari tiap servo pada tiap detik tertentunya. (Rahman et al., 2020). Sinyal kendali motor servo ditunjukkan pada Gambar 2.6.
Gambar 2. 6 Sinyal Kendali Motor servo (Julianto, 2017)
Teknik pengendalian Motor servo menggunakan PWM dengan memanfaatkan lebar pulsa. Untuk menggerakkan Motor servo ke kanan atau kiri tergantung pada delay ketika PWM kondisi high. Misalkan untuk membuat servo pada posisi center memberikan delay 1,5 µs pada periode PWM 20 µs (Julianto, 2017). Dengan cara kerja yang sederhana ini, Motor Servo SG90 sangat cocok bila digunakan pada suatu alat mekanis yang membutuhkan presisi yang tinggi. Desain mekanik, komponen kontroler, pengendalian yang menggunakan Motor Servo SG90
17
menunjukkan kestabilan kerja sehingga layak untuk dioperasikan (Muslimin, 2018).
2.6
Driver Motor servo PCA9685Driver Motor servo PCA9685 merupakan sebuah IC untuk membangkitkan PWM sebanyak 16 jalur dan mempunyai jalur komunikasi TWI/I2C. Modul PCA9685 mempunyai output 16 jalur yang dapat diatur duty-cycle nya secara berbeda untuk masing-masing jalur namun masih dalam frekuensi yang sama. Tampilan Driver Motor servo PCA9685 ditunjukkan pada Gambar 2.7.
Gambar 2. 7 Driver Motor servo PCA9685 (Ashari & Faruuq, 2019)
Driver Motor servo PCA9685 hanya menggunakan 2 pin port i2c/twi. Tidak hanya itu, jika 16 kanal PWM masih dirasa kurang, masih bisa menggandakan jumlah kanal PWM dengan memperbanyak modul PCA9685 menjadi 62 modul (atau setara dengan 992 kanal PWM). Dengan penggunaan driver Motor servo dapat menghemat penggunaan pin pada Arduino Mega yang hanya 2 buah (Ariawan, 2019). Driver Motor servo PCA9685 dikontrol I2C-bus yang dioptimalkan untuk LCD dan LED RGBA Merah / Hijau / Biru / Kuning (RGBA) (Ashari & Faruuq,
18
2019). Untuk menghubungkan PCA 96685 dengan mikrokontroler yaitu 5Volt dengan VCC, Analog 5 dengan (SCL), (GND dengan GND) dan (Analog 4 dengan SDA). Pastikan untuk memasang kabel sinyal (biasanya putih atau kuning) dengan baris atas, kabel VCC (biasanya merah) dengan baris tengah, dan kabel ground (umumnya coklat atau hitam) dengan baris bawah di (PWM) 16 driver c
Driver Motor servo tipe servo shield PCA9685 mengendalikan sejumlah Motor servo secara pararel. Arus yang dibutuhkan untuk menggerakkan sebuah Motor servo berkisar antara 200 mA hingga 900 mA (Ludony et al., 2021). Pengujian input tegangan pada driver ini biasanya digunakan pada nilai tengah dari input range tegangan yang direkomendasikan di datasheet pca9685, range tegangan yang direkomendasikan yaitu 2,5-5,5 volt dc (Sanggola et al., 2022).
Frekuensi sinyal PWM Motor Servo SG90 adalah 50Hz, maka diperlukan penyesuaian keluaran driver PCA9685. Proses perhitungan konversi sinyal PWM ditunjukan pada persamaan sebagai berikut:
Resolusi driver: 12 bit → 4096 hitungan Frekuensi servo SG90: 50 Hz
Perioda servo SG90 = (1/50Hz) x 1000000µs = 2000000 µs……(2.1) Lama 1 bit (µs) = Perioda / 4096……….(2.2) Nilai PWM driver = Lebar pulsa on pada servo (us) / Lama 1 bit…...(2.3) (Jazar, 2020).
2.7 Arduino IDE
Perangkat Lunak Arduino (IDE) merupakan perangkat lunak open-source yang dapat memudahkan pengguna untuk menulis kode dan mengunggah ke papan
19
Arduino. Software ini dapat digunakan menggunakan Windows, Mac OS X, dan Linux (Wadhwani et al., 2018).
Arduino IDE berisi bagian-bagian berikut di dalamnya:
1. Text Editor: Di sinilah kode yang disederhanakan dapat ditulis menggunakan versi C++ yang disederhanakan bahasa pemrograman.
2. Message Area: Menampilkan kesalahan dan juga memberikan umpan balik untuk menyimpan dan mengekspor kode.
3. Text: Menampilkan output teks oleh lingkungan Arduino termasuk kesalahan lengkap pesan dan informasi lainnya.
4. Console Toolbar: Berisi berbagai tombol seperti Verify, Upload, New, Open, Save dan Serial Monitor. Di sudut kanan bawah jendela terdapat Development Board dan Port Serial yang digunakan.
Setelah memahami bagian-bagian dari Arduino IDE, penting juga mengetahui fitur yang mendukung dalam Arduino IDE. Fitur tersebut diantaranya sebagai berikut.
1. File proyek atau sketsa proyek disimpan dengan ekstensi file .ino 2. Terdapat fitur seperti potong / salin / tempel.
3. Terdapat fasilitas untuk mencari kata tertentu dan menggantinya dengan kata lain dengan menekan tombol Tombol Ctrl + F pada keyboard.
4. Bagian paling dasar atau kerangka semua kode Arduino yang memiliki dua fungsi (Louis, 2016).
20
2.8
Bahasa Pemrograman PythonGraphical User Interface (GUI) menjadi semakin penting saat ini, karena manusia semakin terlibat dalam dengan komputer untuk kehidupan sehari-hari. GUI adalah bagian dari sistem komputer yang menyajikan batas antara komputer dan manusia.
Oleh karena itu, sangat penting bagi setiap bahasa pemrograman menawarkan solusi yang mudah digunakan di bidang pengembangan GUI. Salah satu bahasa pemrograman yang menyediakan pengembangan GUI adalah bahasa pemrograman Python (Walker, 2019). Python adalah bahasa pemrograman yang fleksibel dan sederhana. Python adalah sebuah bahasa pemrograman dinamis yang sering digunakan dalam pengembangan aplikasi pada berbagai domain. Hal ini memungkinkan suatu program ditulis dalam beberapa pendekatan sekaligus.
Misalnya, antar muka grafis dibuat dalam bentuk orientasi objek, sedangkan pemrosesan dalam bentuk fungsional atau prosedural. (Budi, 2021). Ada banyak perpustakaan GUI yang tersedia untuk Python, yang paling umum adalah Tkin ter, Kivy, PyQt, WxPython, Libavg, PyGUI, PySide, Pyforms, Wax Python GUI, PySim pleGUI, Flexx, IPyWidgets, dll. (Walker, 2019)
Library yang umum digunakan untuk akuisisi data adalah PyQT yang menyediakan sejumlah pustaka yang dapat digunakan oleh bahasa pemrgoraman python untuk menjalankan GUI. Salah satu rancangan perangkat lunak akuisisi data buatan Rusia yang memanfaatkan editor qtdesigner dari PyQT untuk membuat antarmuka berbasis grafik dan bahasa pemrograman python sebagai program yang berada dibalik antarmuka pengguna berbasis grafik tersebut. Rancangan tersebut menerima respon yang baik dan dapat diaplikasikan (Amin & Triyanto, 2020).
.
III. METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan pada bulan Mei sampai September 2022. Perancangan dan pembuatan alat awalnya dilakukan di PT PLN Unit Induk Distribusi Lampung.
Penyempurnaan dan pengambilan data di Laboratorium Elektronika Dasar dan Instrumentasi, Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
3.2 Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 3.2.
Tabel 3. 1 Alat-alat penelitian
No. Nama Fungsi
1. Laptop Untuk membuat program menggunakan software
Arduino
2. Arduino Uno Sebagai pusat koordinasi dari perangkat lunak dan perangkat keras
3. Adaptor DC 5V 1 A Untuk menyambungkan daya yang akan digunakan oleh perangkat keras
4. Driver Motor PCA9685 Menghubungkan 11 Motor servo dengan Arduino
5. Motor Servo SG90 Sebagai mekanik yang menggerakkan kawat
penekan Keypad
6. kWh meter Alat yang diaktivasi
22
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 3.3.
Tabel 3. 2 Bahan-bahan penelitian
No. Nama Fungsi
1. Arduino IDE Prosesor utama pada rangkaian, serta untuk
menampilkan hasil pembacaan pada laptop.
2. Jumper Menghubungkan rangkaian.
3. Kawat Untuk mengetik pada keypad kWh meter
4. Papan dan Paku Untuk menyangga pompa hidrolik
Perangkat lunak yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 3.4.
Tabel 3. 3 Perangkat lunak yang digunakan
No. Nama Fungsi
1. Arduino IDE Membuat dan meng-upload program ke Arduino
Uno serta menampilkan pembacaan hasil rancang bangun alat oleh Arduino Uno
2. Fritzing Membuat gambar rangkaian
3. Microsoft Office Word Menulis laporan penelitian
4. Microsoft Office Excel Menulis dan mengolah data penelitian 5. SketchUp Membuat desain alat secara keseluruhan
6. Python Membuat antarmuka
3.3 Tahapan Penelitian
Penulis merealisasikan perancangan ini dalam beberapa tahapan dari pembuatan alat hingga selesai. Tahapan tersebut diantaranya mencari literatur yang berhubungan dengan perancangan alat menggunakan Arduino Uno. Tahapan selanjutnya membuat perancangan sistem, mulai dari rangkaian perangkat keras (hardware), lalu merancang skema dan membuat program (software). Pembuatan hardware dan software bertujuan untuk menghasilkan alat ukur yang sesuai dan dapat diaplikasikan. Kemudian dilakukan penyatuan dan pengujian sistem secara keseluruhan hingga output yang dihasilkan sesuai dengan proses yang diinginkan.
dapat diamati pada diagram alir prosedur penelitian secara lengkap yang disajikan pada Gambar.3.1.
23
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian
3.3.1 Perancangan Perangkat Keras (Hardware)
Hardware yang dirancang alat ini terdiri dari Arduino Uno yang mengarahkan Driver Motor servo PCA9685 untuk mengendalikan sebelas Motor Servo SG90 yang akan menggerakkan kawat pengetikan ke Keypad kWh meter. Blok diagram tersebut dapat dilihat pada Gambar 3.2.
24
Gambar 3.2. Diagram Blok Alat
Pada Gambar 3.2 menunjukkan bahwa pada input terdapat laptop berisi database PLN dan Adaptor DC 5V sebagai catu daya. Database PLN berisi lima token awal yang berupa angka masing-masing terdiri dari 20 angka. Adaptor memberikan sumber listrik ke Driver Motor servo PCA9685.
Pada bagian proses terdapat Arduino Uno, Driver Motor servo PCA9685, dan 11 Motor Servo SG90. Arduino membaca angka-angka pada database PLN setelah dimasukkan ke dalam Interface. Arduino memerintah Driver Motor servo PCA9685 untuk mengatur 11 Motor Servo SG90 yang bekerja mengendalikan kawat yang telah di desain agar dapat menekan Keypad.
Pada bagian output yaitu pergerakan kawat yang menekan angka token pada Keypad kWh meter. Hasil dari penekanan kawat tersebut sesuai dengan angka token pada database yang dimasukkan pada laptop.
Database PLN pada Laptop
Adaptor DC 5V 1A
Arduino Uno
Driver Motor servo PCA 9685
Pergerakan kawat yang mengetik
Keypad
INPUT PROSES OUTPUT
11 Motor servo SG 90
25
A. Rangkaian Elektronik
Penelitian ini menggunakan Arduino Uno sebagai mikrokontroler. Komponen yang terhubung dengan Arduino Uno yaitu Driver Motor servo PCA9685 untuk pengendali 11 Motor Servo SG90. Rangkaian Elektronik ditunjukkan pada Gambar 3.3.
Gambar 3. 3 Rangkaian Elektronik
Arduino Uno dihubungkan dengan Driver Motor servo 9685 dengan menghubungkan pin GND ke GND Driver Motor, pin 5v ke VCC Driver Motor, pin analog 4 ke SDA Driver Motor, dan pin analog 5 ke SCL Driver Motor.
Driver Motor servo mengendalikan sebelas Motor Servo SG90 dengan menghubungkan sebelas pin 5V, PWM, dan GND pada Driver Motor masing-
26
masing terhubung dengan sebelas Motor Servo SG90. Pin 5V (+) dan (-) pada Driver Motor terhubung dengan Adaptor 5V untuk mendapat aliran listrik.
B. Rangkaian Mekanik
Rangkaian mekanik terdapat sebelas Motor Servo SG90 yang dikaitkan dengan kawat pada ujung lengan masing – masing. Ujung lengan pada Motor servo yang terkait dengan kawat menjadi engsel terhadap kawat tegak yang langsung menekan sebelas Keypad. Rancangan rangkaian mekanik dapat dilihat pada Gambar 3.4.
Gambar 3. 4 (a) Rancangan Rangkaian Mekanik (b) Lengan Motor servo dan Pengait pada Kawat
Kawat – kawat yang sudah didesain dirapihkan pada kayu yang menjadi penyangga dan tempat kWh meter agar posisinya tepat dengan Keypad kWh meter. Putaran sudut yang digunakan untuk mengatur pergerakan kawat sebesar 90o. Masing- masing kawat di desain sedemikian rupa agar bergerak tepat menekan sebelas Keypad.
(a) (b)
22 cm 41 cm
7 cm 10 cm 1,5 cm
4 cm 2 cm
27
C. Rangkaian Keseluruhan Alat
Pada rangkaian keseluruhan, rangkaian elektronik dirangkai dengan rangkaian mekanik menjadi satu kesatuan. Arduino Uno, Driver Motor servo PCA9685, Adaptor 5V dan sebelas Motor Servo SG90 yang telah dirangkai dengan rangkaian mekanik kawat – kawat disusun pada papan kayu sebagai penyangga kawat. Pada bagian luar dikemas dengan akrilik 5 mm agar alat lebih aman terjaga dan lebih rapih. Rangkaian keseluruhan ditunjukkan pada Gambar 3.5.
Gambar 3. 5 Rancangan rangkaian keseluruhan (a) Tampak atas (b) Tampak samping
Posisi kWh meter tepat dibawah pengetikan yang disusun menggunakan papan kayu. Laptop disambungkan dengan Arduino dan Adaptor disambungkan dengan stop kontak ketika akan menjalankan alat. Nama alat dan fungsi ditunjukkan pada Tabel 3.5.
(a) (b)
(5) (2)
(3) (4) (1)
(8)
(6)
(7)
28
Tabel 3. 4 Nama alat dan fungsi
No Nama Alat Fungsi
1 Laptop Sebagai input angka token
2 Adaptor 5 V 1A Menghubungkan alat dengan sumber listrik
3 Arduino Uno Pengendali Motor servo
4 Driver Motor PCA9685 Menghubungkan 11 Motor servo dan Arduino
5 Motor Servo SG90 Menggerakkan kawat
6 Kawat Mengetik Keypad kWh meter
7 kWh meter Alat yang diaktivasi
8 Papan Penyangga Sebagai penyangga kawat dan alat elektronik
3.3.2 Rancangan Perangkat Lunak (Software)
Perancangan software pada penelitian ini menggunakan aplikasi Arduino IDE.
Gambar 3.6. Menunjukkan diagram alir program yang dibuat.
Gambar 3. 6 Diagram Alir Rancangan Software
29
Program ini dibuat untuk mendukung kinerja dari sistem sehingga dapat bekerja dengan baik dan memperoleh output sesuai dengan yang diinginkan. Program dimulai dengan menginisialisasi Motor servo dan Driver Motor servo pada Arduino IDE yang digunakan. Program Arduino IDE dihubungkan dengan Interface untuk membaca data token awal kWh meter. Nilai database diteruskan ke Arduino Uno hingga Motor servo aktif.
3.3.3 Tahap Penyatuan dan Pengujian Alat
Tahap penyatuan alat dilakukan dengan menyatukan perangkat lunak ke dalam perangkat keras yang sudah dirancang. Tahap pengujian dilakukan untuk mengetahui kinerja dari alat yang dirancang secara menyeluruh. Pengujian alat diakukan untuk mengetahui bagaimana kemampuan dalam menjalankan fungsinya dengan baik. Pengujian dilakukan pada ketelitian sudut dan waktu Motor servo bekerja dan pengujian keberhasilan dan lamasnya alat bekerja dalam mengaktivasi token kWh meter.
A. Pengujian Ketelitian Sudut Motor Servo SG90
Pengujian ketelitian sudut pada Motor Servo SG90 dilakukan dimulai dengan pengukuran sudut yang di uji yaitu 900. Pengujian ini dilakukan dengan menganalisis sudut dari Motor Servo SG90 menggunakan busur untuk mengetahui tingkat akurasi kendali mikrokontroler terhadap Motor servo.
Setelah di lakukan pengujian, di dapatkan hasil pada data seperti pada Tabel 3.5.
30
Tabel 3. 5 Pengujian Ketelitian Sudut Motor servo No. Perc Motor
servo Sudut yang
Diukur (o) Sudut dari Pengukuran Busur (o)
Persentase Kesalahan (%)
1 0 90
2 1 90
3 2 90
4 3 90
5 4 90
6 5 90
7 6 90
8 7 90
9 8 90
10 9 90
11 Enter 90
Rata –rata kesalahan
B. Pengujian Waktu Kestabilan Motor Servo SG90
Pengujian dilakukan untuk melihat tingkat kestabilan waktu bekerja dari Motor Servo SG90. Pengujian sudut yang diukur adalah 90o karena sudut tersebut yang paling memungkinkan untuk diterapkan pada alat. Tabel rancangan pengujian ditunjukkan pada Tabel 3.6.
Tabel 3. 6 Rancangan Pengujian Waktu Kestabilan Motor servo No
Perc
Motor servo Waktu Pergerakan (Source Code Arduino IDE)
Waktu Pergerakan Sudut (Stopwatch)
Error (%)
1 0
2 1
3 2
4 3
5 4
6 5
7 6
8 7
9 8
10 9
11 Enter
31
C. Pengujian Ketepatan Motor servo Dalam Menekan Keypad
Pengujian ketepatan Motor servo dalam menekan masing-masing Keypad penting dilakukan untuk mengetahui apakah masing-masing motor sudah berfungsi dengan baik. Pengujian alat dengan melakukan tiga kali pengujian pada tiap angka yang dimasukkan. Nilai input adalah nilai yang dimasukkan ke interface yaitu 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9, dan Enter. Nilai output adalah nilai yang tampil pada LCD kWh meter. Keterangan yang dituliskan merupakan keterangan menekan atau tidaknya pada Keypad kWh meter. Rancangan pengujian nilai input dan output pada alat ditunjukkan pada Tabel 3.8 sebagai berikut.
Tabel 3. 7 Rancangan Pengujian Nilai Input dan Output Pada Alat No. Angka
Keypad
Pengujian 1 Pengujian 2 Pengujian 3
Nilai output Ket Nilai output Ket Nilai output Ket
1. 0
2. 1
3. 2
4. 3
5. 4
6. 5
7. 6
8. 7
9. 8
10. 9
11. Enter
3.3.4 Tahap Pengambilan dan Analisis Data
Pengambilan data dilakukan untuk menguji kinerja alat yang telah dibuat.
Pengambilan data pada alat ini diperoleh melalui pengujian waktu aktivasi token kWh meter dan ketepatan nilai pada alat saat mengaktivasi token.
32
A. Pengambilan Data Ketepatan Waktu Alat Aktivasi Token kWh meter
Pengambilan data ketepatan waktu alat dengan membandingkan waktu pada saat penginputan menggunakan stopwatch dan waktu pada program yang telah dibuat.
Pengukuran waktu aktivasi token kWh meter ditunjukkan pada Tabel 3.8.
Tabel 3. 8 Pengukuran waktu aktivasi token kWh meter No.
Perc
Token ke- Waktu Pada Program
Waktu Pengukuran Stopwatch
% Error
1 Token 1
2 Token 2
3 Token 3
4 Token 4
5 Token 5
B. Pengambilan Data Keberhasilan Alat Aktivator Token kWh meter
Pengambilan data keberhasilan alat dengan memberikan lima nilai token yang akan dimasukkan ke dalam kWh meter. Nilai input dan nilai output akan dibandingkan kesesuaiannya. Nilai input token adalah nilai yang dimasukkan ke dalam interface Aktivator Token kWh meter. Nilai output token adalah nilai yang tampil pada LCD kWh meter. Tampilan berhasil atau tidaknya akan muncul pada LCD kWh meter.
Rancangan data keberhasilan alat Aktivator Token kWh meter pada Tabel 3.10.
Tabel 3. 9 Rancangan Data Keberhasilan Alat No.
Perc Token ke- Nilai Input
Token Nilai Output
Token Hasil Pengujian (Berhasil/Tidak) 1 Token 1
2 Token 2 3 Token 3 4 Token 4 5 Token 5
Data hasil pengukuran tersebut digunakan untuk menghitung persentase kesalahan (error), akurasi, dan presisi menggunakan Persamaan (3.1), (3.2), dan (3.3).
33
%E = | | × 100% (3.1)
%A = (1 − | |) × 100% (3.2)
%P = (1 − | |) × 100% (3.3)
Keterangan:
%E = Nilai persentase error (kesalahan)
%A = Nilai persentase akurasi
%P = Nilai persentase presisi Y = Nilai referensi
X n = Nilai hasil pengukuran
X
n = Rata-rata nilai hasil pengukuran (Jones dan Chin, 1991).V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan bahwa.
1. Alat Aktivator Token kWh meter menggunakan Motor Servo SG90 berbasis mikrokontroler Arduino Uno telah berhasil dibuat dan dapat bekerja cukup baik ditandai dengan kesesuaian alat dalam menekan sebelas angka di Keypad kWh meter dengan pengujian tiga kali.
2. Alat Aktivator Token kWh meter berhasil mengaktivasi lima Token kWh meter baru dengan ketepatan angka mencapai 100% dan waktu aktivasi alat setiap tokennya 48,2 detik dengan ketepatan waktu sebesar 90,45 %.
5.2 Saran
Berdasarkan hasil implementasi rancangan penelitian, berikut ini saran yang dapat dipertimbangkan untuk penyempurnaan penelitian yaitu.
1. Motor servo yang digunakan jenis Motor servo MG995 yang memiliki spesifikasi lebih baik agar kinerja yang dihasilkan lebih cepat dan akurat.
2. Mendesain dudukan untuk kWh meter sesuai dengan jenisnya sehingga tepat ketika digunakan berbagai macam kWh meter.
3. Mengukur kedalaman penekanan Keypad agar kawat penekanan terukur dan seragam.
DAFTAR PUSTAKA
Amin, M., & Triyanto, J. (2020). Rancangan Perangkat Lunak Akuisisi Data Modul Detektor Gamma RosRao Berbasis Modbus Over TCP/IP Menggunakan PyQT5. Prima, 17(1), 40–49.
Ariawan, K. U. (2019). Design of Hexapod Robot Movement Based on Arduino Mega 2560. Journal of Physics: Conference Series, 1165(1).11.
Ashari, A., & Faruuq, F. R. (2019). Rancang Bangun Pass Robot Kontes Robot ABU Indonesia (KRAI) 2020. Mechatronics Journal in Professional and Entrepreneur, 1(2).20.
Bowman, K. P. (2006). An Introduction to Programming With IDL (Elsevier).
Texas A & M University.120
Budi, D. A. (2021). Perancangan Sistem Login pada Aplikasi Berbasis GUI Menggunakan Qtdesigner Python. Jurnal SIMADA (Sistem Informasi Dan Manajemen Basis Data), 4(2), 92–100.
Dinata, I., & Jumnahdi, M. (2017). Kepuasan Pelanggan Pengguna Kwh Meter Prabayar Di Pt Pln ( Persero ) Area Bangka. Prosiding Seminar Nasional Penelitian Dan Pengabdian Pada Masyarakat, 5, 127.
Fadillah, M., Sukma, D., & Nurhalim. (2015). Analisis Prakiraan Kebutuhan Energi Listrik Tahun 2015-2024 Wilayah PLN Kota Pekanbaru dengan Metode Gabungan. Jom FTEKNIK, 2(2), 1–10.
Gultom, T. T. (2017). Pemenuhan Sumber Tenaga Listrik Di Indonesia. Jurnal Ilmiah Research Sains, 3(1), 130–139.
Hardianto, W. T., Suprojo, A., & Rettob, B. (2013). Analisis Pengaruh Kualitas Pelayanan Terhadap Kepuasan Pelanggan Dalam Pembayaran Rekening Listrik. Journal of Chemical Information and Modeling, 53(9), 1689–1699.
Haryanto, Y. A. (2021). Metode Pergerakan Robot Penyemprot Disinfektan Berkaki Empat Berbasis Mikrokontroler. Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.7-22
Ilham Efendi. (2014). Pengertian dan Kelebihan Arduino | IT-Jurnal.com. IT Jurnal.
Jazar, R. N. (2020). Inverse Kinematics. Journal Robotics, 3(1), 325–380.
Julianto, D. (2017). Media Pembelajaran Trainer Motor Dc, Brushless, Servo, Dan Stepper Dengan Kendali Mikrokontroler Arduino Uno Pada Mata Pelajaran Teknik Mikroprosesor Di SMK Negeri 2 Depok Yogyakarta. Universitas Negeri Yogyakarta. 96.
Khorassani, S. M. H., Maghsoodlou, M. T., Hazeri, N., Nassiri, M., Marandi, G.,
& Shahzadeh, A. G. (2015). Arduino Documentation. Journal Electronic Engineering, 181(3), 567–572.
Louis, L. (2016). Working Principle of Arduino and Using it as a Tool for Study and Research. International Journal of Control, Automation, Communication and Systems, 1(2), 21–29.
Ludony, S. G., Mulyadi, M., & Indriati, K. (2021). Rancang Bangun Purwarupa Lengan Robot Berbantuan Raspberry Pi. Jurnal Elektro, 13(2), 115–124.
Lutfiyana, Hudallah, N., & Suryanto, A. (2017). Rancang Bangun Alat Ukur Suhu Tanah , Kelembaban Tanah, dan Resistansi. Jurnal Teknik Elektro, 9(2), 80–
86.
Mukhlis, K., Notosoedjono, D., & Fiddiasyah, D. B. (2017). Pengontrol Pemakaian Listrik Mengunakan kWH Meter Listrik Prabayar. Jurnal Online Mahasiswa (Jom) Bidang Teknik Elektro, 1–7.
Muslimin, S. (2018). Analisis Pulse Motor Servo Sebagai Penggerak Utama Lengan Robot Berjari Berbasis Mikrokontroler. Journal Proton, 10(1), 1–5.
PLN. (2017). Aktivasi Meter Prabayar. In www.PLN.co.id (pp. 25–30).
Raazzaq, F., & Pratama, P. (2020). Mesin Top Up Kwh Meter Rumah Tangga Via Smartphone. Politeknik Manufaktur Negeri. 115-120.
Rahman, F., Faridah, F., Ikram Nur, A., & Makkaraka, A. N. (2020). Rancang Bangun Prototipe Manipulator Lengan Robot Menggunakan Motor Servo Berbasis Mikrokontroler. ILTEK : Jurnal Teknologi, 15(01), 42–46.
Ramdan, S. D. (2020). Pengembangan Koper Pintar Berbasis Arduino. Journal ICTEE, 1(1), 4–8.
Salim, A. I., Saragih, Y., & Hidayat, R. (2020). Implementasi Motor Servo SG 90 Sebagai Penggerak Mekanik Pada E. I. Helper (ELECTRONICS INTEGRATION HELMET WIPER). Electro Luceat, 6(2), 236–244.
Sanggola, M., Mamahit, C., Seke, F., & Ponto, H. (2022). Pengembangan Sistem Gerak Robot Berkaki Enam. Jurnal Edunitro: Jurnal Pendidikan Teknik Elektro, 2(1), 53–60.
Setiawan, A. (2015). Robot Pemadam Api Dengan Tracking Target Menggunakan Accelerometer Berbasis Mikrokontroler Arduino Due. E-NARODROID, 1(1), 14–25.
Setiawan, P. (2022). Sistem Pengendali On-Off Lampu dan Motor Servo sebagai Penggerak Gerendel Pintu Berbasis Internet Of Things ( IoT ). Journal AVITEC, 4(2), 211–224.
Suhardi, Yedija Novriandry, D. T. (2020). Prototype Sistem Monitoring Dan Pengisian Token Listrik Prabayar Menggunakan Arduino Uno Berbasis Website. Coding Jurnal Komputer Dan Aplikasi, 8(3), 61.
Syafar, A. M. (2017). Sistem Pengisian Voucher Listrik Jarak Jauh Via Sms Berbasis Mikrokontroller. Jurnal Instek (Informatika Sains Dan Teknologi), 2(2), 41–50.
Tambunan, T. S. (2020). Pengaruh Perilaku Konsumen terhadap Keputusan Pemilihan Penggunaan KWH Meter Listrik Pascabayar dan Prabayar pada PT PLN (Persero) Ranting Pancur Batu. Jurnal Nasional Manajemen Pemasaran
& SDM, 1(2), 66–83.124
Vistarika. (2021). Rancang Bangun Alat Pengisian Stroom Token Otomatis kWH Meter Digital. Applied Business and Engineering Conference, 1371–1380.
Wadhwani, S., Singh, U., Singh, P., & Dwivedi, S. (2018). Smart Home Automation and Security System using Arduino and IOT. International Research Journal of Engineering and Technology, 05(02), 1357–1359.
Walker, N. (2019). Conference Title The 8th International Conference on Informatics and Applications ( ICIA2019 ) Conference Dates Conference Venue Published by The Society of Digital Information and Wireless Communications ( SDIWC ) Wilmington , New Castle , DE 19801 , USA (Issue September). 301.
Wicaksono, M. F. dan H. (2017). Mudah Belajar Mikrokontroler Arduino Disertai 23 Proyek, Termasuk Proyek Ethernet dan Wireless Client Server. Penerbit Informatika, 206.
Yulianto, S. (2014). Pengaruh Beban Terhadap Tekanan Pompa Hidrolik PAda Reach Stacker Saat Proses Lifting Petikemas. Journal SINTEK, 8(1).
Zanofa, A. P., Arrahman, R., Bakri, M., & Budiman, A. (2020). Pintu Gerbang Otomatis Berbasis Mikrokontroler Arduino Uno R3. Jurnal Teknik Dan Sistem Komputer, 1(1), 22–27.
