PROYEK AKHIR MONITORING LAMPU KORIDOR GEDUNG A D4

PROYEK AKHIR
MONITORING LAMPU KORIDOR GEDUNG A D4
PENS-ITS DENGAN MENGGUNAKAN WIRELESS
SENSOR NETWORK (WSN)
(Sub Judul : Hardware)
FAUZI DARYANTO
NRP. 7308 030 023
Dosen Pembimbing :
Ir. Anang Tjahjono , MT
NIP. 196411191988031001
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI
POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERSURABAYA
iv
ABSTRAK
Sekarang ini kebutuhan akan energi listrik merupakan
hal yang mutlak, untuk itu perlu diadakan adanya monitoring
kebutuhan energi listrik agar pengeluaran akan kebutuhan litrik
bisa terpantau dengan mudah. Dalam pemonitoringan energi listrik
pada proyek akhir ini menggunakan komunikasi Wireless Sensor
Network (WSN) untuk komunikasi data parameter energi listrik.
Pada proyek akhir ini menggunakan modul RF Xbee Pro yang dapat
beroperasi dengan jarak jangkau 30 meter dalam ruangan dan 100
meter untuk jarak jangkau modul Xbee Pro yang berantena. Dengan
cara ini dapat memudahkan memonitoring energi listrik pada
gedung D4 PENS-ITS. Data-data energi listrik dikirimkan melalui
modul RF Xbe Pro yang mana modul Xbee Pro ini dipasang
disetiap node dan dikumpulkan ke dalam satu gateway, yang mana
pada gedung D4 PENS-ITS mempunyai arus kurang lebih 2,7A.
Dengan Cos Phi pada lampu hemat energy yang dipakai sebesar
0,58 besar daya yang dimonitoring ± 400 W.
Kata Kunci : wireless sensor network, detektor phasa, ACS712,
rangkaian EXOR.
v
ABSTRAC
Today need for electrical energy is an absolute must, for it
is necessary to hold the monitoring of electrical energy
requirements for expenditures will be monitored litrik needs with
ease. In pemonitoringan electrical energy at the end of this project
uses communication Wireless Sensor Network (WSN) for data
communications parameters of electrical energy. At the end of this
project using Xbee Pro RF modules that can operate with a range of
30 meters indoors and 100 meters for a range of Xbee Pro modules
that antenna. In this way can facilitate the monitoring of electrical
energy in the building D4 PENS-ITS. The data of electrical energy
transmitted through the RF module Xbe Pro Xbee Pro module which
is installed on each node and collected into a single gateway, which
in the D4 building PENS-ITS has a flow of approximately 2.7 A.
With Cos Phi on energy saving lamps are used for 0.58 and power is
monitored ± 400 W.
Keywords: wireless sensor networks, phase detector, ACS712,
EXOR circuit.
vi
KATA PENGANTAR
Penulis mengucapkan puji syukur kehadirat Allah SWT atas
limpahan rahmat ridho serta hidayah-Nya, sehingga tugas akhir
dengan judul “MONITORING LAMPU KORIDOR GEDUNG
D4 PENS-ITS DENGAN MENGGUNAKAN WIRELESS
SENSOR NETWORK” ini dapat terselesaikan dengan baik.
Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat menyelesaikan
pendidikan di Jurusan Teknik Elektro Industri, Politeknik
Elektronika Negeri Surabaya, Institut Teknologi Sepuluh Nopember,
Surabaya dan dalam tugas akhir ini membahas tentang perbaikan
factor daya pada saluran rumah sehingga daya yang terpasang pada
saluran rumah bisa terserap secara maksimal.
Penulis menyAdari penyusunan Tugas Akhir ini masih jauh dari
sempurna. Oleh karena itu, segala saran serta masukan yang
membangun penulis harapkan demi perbaikan dan dan kemajuan
dalam tugas akhir ini. Akhir kata semoga Allah SWT melimpahkan
berkah dan rahmat-Nya kepada kita semua. Semoga laporan Tugas
Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua.Amin.
Surabaya, Juli 2011
penulis
vii
UCAPAN TERIMA KASIH
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada
pihak – pihak yang telah membantu penulis menyelesaikan Tugas
Akhir ini.
1. ALLAH swt yang telah memberikan petunjuk dan
ketenangan dalam pengerjaan proyek akhir ini.
2. Kedua orang tua yang telah memberikan dukungan moral
yang begitu besar serta doa yang tak pernah putus.
3. Bapak Ainur Rofiq N, ST. MT, selaku ketua jurusan
Teknik Elekto Industri.
4. Bapak Ir. Anang Tjahjono , MT selaku dosen
pembimbing yang telah banyak memberikan bimbingan,
dorongan, motivasi dan arahan dengan sabar dan penuh
dedikasi yang tinggi terhadap penyelesaian tugas akhir ini.
5. Bapak – Bapak dan Ibu - Ibu Dosen Jurusan Teknik Elektro
Industri yang telah membimbing dan memberi banyak ilmu
pengetahuan pada penulis.
6. Sahabat – sahabat jurusan Teknik Elektro Industri yang
tidak dapat saya sebutkan satu persatu atas kekompakan,
dan bantuan yang telah diberikan.
Akhir kata semoga segala bantuan yang diberikan selama ini
dapat dicatat sebagai amal yang baik dan mendapat balasan dari
Tuhan YME.
Surabaya, Juli 2011
Penulis
viii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar belakang
Dengan meningkatnya kegiatan ekonomi dan kesejahteraan
masyarakat maka akan menuntut kebutuhan energi listrik yang terus
meningkat. Energi listrik merupakan salah satu kebutuhan utama
masyarakat, oleh karena itu perlu adanya monitoring energi listrik
untuk dapat mengetahui pemakaian energi listrik yang telah
terpakai. Namun cara monitoring yang konvensional tidak begitu
mudah pemakaiannya untuk khalayak umum. dengan kemajuan
teknologi cara-cara konvensional untuk monitoring daya dapat
diubah menjadi hal yang mudah di akses oleh para konsumen.
Wireless Sensor Networking (WSN) merupakan suatu
jaringan nirkabel yang terdiri dari beberapa sensor (sensor node)
yang diletakkan ditempat - tempat yang berbeda untuk
memonitoring kondisi suatu plan. Dengan begitu kita bisa
memonitoring energi listrik pada plant dengan jangkauan yang luas.
pada node ini akan didapatkan parameter energi yang berupa
tegangan dan arus yang mana akan dikirimkan ke gateway. Data
dari gateway dikirim ke server melalui komunikasi serial. dari
server, data akan dapat di akses oleh client/user.
1.2

Tujuan
Maksud dan tujuan dari Tugas Akhir ini adalah:
Umum
Sebagai syarat kelulusan dari pendidikan Diploma III
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya-ITS.
ix

Khusus
Dalam penyelesaian proyek akhir ini, terdapat tujuan khusus
yang ingin dicapai antara lain:
 Monitoring pemakaian energi pada lampu koridor di
gedung D4 PENS-ITS.
 Merencanakan dan merealisasikan alat pemonitoring
pemakaian energi pada lampu koridor di gedung D4
PENS-ITS.
1.3
Perumusan Masalah
Perumusan masalah pada proyek akhir ini adalah sebagai
berikut
 Bagaimana memonitoring parameter energi listrik.
 Bagaimana mensensing parameter energi listrik.
1.4
Batasan Masalah
Batasan masalah dalam pengerjaan proyek akhir ini adalah
sebagai berikut :
 Monitoring dilakukan 1 node pada lantai tiga dan 1
gateway.
 Parameter yang dimonitoring yakni tegangan, arus.
1.5
Metodologi
Metodologi pembahasan pada proyek akhir ini direncanakan
seperti yang tercantum berikut ini:
1.
Studi Literatur
Dalam studi literatur ini dilakukan pengumpulan data-data
hardware melalui referensi-referensi yang telah ada,
diantaranya referensi mengenai
mikrokontroler, sensor
tegangan, sensor arus, zero crossing detector serta
kompononen-komponen yang digunakan dalam pembuatan
proyek akhir ini.
x
2.
Perancangan Sistem
Melakukan perancangan sistem Tugas Akhir secara umum.
Rancang bangun rangkaian sensor arus, sensor tegangan,
rangkaian zero crossing, phase detector, rangkaian actuator
relays, rangkaian mikrokontroller, rangkaian server modul
zigbee serta rangkaian penunjang lainnya.
3.
Perancangan Perangkat Keras
Pada tahap ini merupakan tahap pembuatan perangkat keras
yang didapat dari beberapa referensi meliputi:
 Merancang dan membuat minimum sistem untuk terminal
masukan dan keluaran dari mikrokontroller Atmega 128.
 Pembuatan rangkaian sensor arus, sensor tegangan, zero
crossing detector, rangkaian power supply, rangkaian
buffer.
4.
Pembuatan dan pengukuran/pengujian perangkat keras dan
perangkat lunak.
Dari hasil perancangan, selanjutnya dilakukan pembuatan
perangkat keras. Apabila pembuatan masing–masing
perangkat keras selesai maka dilanjutkan dengan pengujian
pada masing–masing blok sebelum dilakukan integrasi.
Pengujian hardware berupa uji coba pada sensor arus, sensor
tegangan relay dan zero crossing detector apakah sensorsensor tersebut bekerja dengan baik pada saat diberi input.
Begitu juga mikrokontroller apakah mikrokontroller bekerja
sesuai dengan program yang dibuat dan juga apakah
rangkaian actuator relay bekerja sesuai perencanaan.
5.
Integrasi dan Analisa Sistem.
Hasil dari pembuatan perangkat keras dan perangkat lunak,
diintegrasikan sehingga terbentuk sebuah sistem yang dapat
bekerjasama, kemudian dilakukan pengujian sistem secara
keseluruhan, dari hasil pengujian tersebut dilakukan analisa
dan memberikan kesimpulan.
6.
Membuat laporan
xi
Pembuatan laporan dilakukan pada saat proyek akhir ini
mulai dibuat. Didalam pembuatan laporan semua dari hasil
pengerjaan proyek akhir harus dijelaskan dengan baik dan
sesuai dengan hasil proyek akhir.
1.6 Sistematika Pembahasan
Sistematika pembahasan penyusunan Tugas Akhir ini
direncanakan sebagai berikut:
BAB I
: PENDAHULUAN
Bab ini membahas pendahuluan yang terdiri dari latar
belakang, tujuan, metodologi, permasalahan, batasan masalah,
sistematika pembahasan Tugas Akhir dan tinjauan pustaka.
BAB II : TEORI PENUNJANG
Bab ini membahas teori-teori yang menunjang dan berkaitan
dengan penyelesaian Tugas Akhir, antara lain teori capasitor bank,
sensor tegangan dan arus, rangkaian zero crossing dan phase
detector, arus inrush, soft switch, capasitor bank dan
mikrokontroller.
BAB III : PERENCANAAN DAN PEMBUATAN
Bab ini membahas tahap perencanaan dan proses pembuatan
perangkat keras Tugas Akhir.
BAB IV : PENGUJIAN DAN ANALISA
Bab ini membahas secara keseluruhan dari sistem dan
dilakukan pengujian serta analisa pada setiap percobaan perangkat
keras. Mengintegrasikan seluruh sistem dan pengujian, kemudian
berdasarkan data hasil pengujian dan dilakukan analisa terhadap
keseluruhan sistem.
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini membahas kesimpulan dari pembahasan,
perencanaan, pengujian dan analisa berdasarkan data hasil pengujian
sistem. Untuk meningkatkan hasil akhir yang lebih baik diberikan
saran-saran terhadap hasil pembuatan Tugas Akhir.
xii
1.7
Tinjauan Pustaka
Pada pengerjaan Proyek Akhir ini penulis menggunakan
beberapa literatur sebagai acuan, salah satunya adalah proyek akhir
yang dibuat oleh Moch. Harun Arrosyid dengan judul
“Implementasi Wireless Sensor Network Untuk Monitoring
Parameter Energi Listrik Sebagai Peningkatan Layanan Bagi
Penyedia Energy Listrik”. Pada proyek akhir ini diterangkan
bagaimana memonitoring parameter energi listrik menggunakan
wireless sensor yang kemudian data yang diperoleh dimasukkan ke
database dan ditampilkan ke web pada ponsel. pada proyek akhir ini
juga menggunakan paper yang berjudul “Design and
Implementation of a Wireless Sensor Networkfor Intelligent
Light Control” dari universitas california amerika yang mana
disitu menjelaskan pemanfaatan tentang wireless sensor
network dalam mengontrol lampu penerangan dengan cerdas.
xiii
BAB II
TEORI PENUNJANG
2.1
Wireless Sensor Network (WSN)
Sensor yang telah terintegrasi ke sebuah mesin atau sebuah
alat yang di kopel dengan pengiriman yang sangat efisien dapat
menghasilkan keuntungan yang sangat signifikan. Sebuah wireless
sensor network secara umum terdiri dari sebuah gateway yang dapat
berkomunikasi dengan salah satu sensor wireless melalui hubungan
radio frekuensi. Wireless sensor network sendiri merupakan sebuah
jaringan nirkabel yang terdiri dari beberapa sensor node(sensor
wireless).
Ada beberapa topologi dari wireless sensor network,
diantaranya:
 Star topology, adalah topologi komunikasi dimana single
gateway dapat mengirim atau menerima ke/dari sensor node.
Sensor tidak diijinkan untuk mengirim/menerima pesan dari
sensor node lainnya.
 Mesh topology, mesh network mengijinkan antar sensor node
untuk mengirim atau menerima pesan dari sensor node
lainnya dengan range radio transmisi yang memungkinkan.
 Tree topology, pada topologi ini sensor node akan
mengirimkan pesan ke sensor node yang tertinggi, sensor
node yang tertinggi adalah sensor node yang terdekat dengan
gateway.
xiv
1
Gambar 2.1 Topologi dari wireless sensor network.
2
Gambar 2.2 blok diagram fungsi dari sensor node.
2.2
Sensor
2.2.1 Sensor Tegangan
1
__,” Bluetooth Based Wireless Sensor Networks –Implementation Issues
and Solutions” Srdjan Krco. Hal 6
2
Ibid, hal 7
xv
Untuk mengambil sinyal tegangan AC dari plant yang ada
agar bisa dibaca oleh mikrokontroller maka sinyal tegangan AC
tersebut harus di cuplik dan di searahkan kemudian di masukkan ke
ADC internal mikrokontroller. Rangkaian sensor tegangan kali ini
menggunakan prinsip pembagi tegangan, seperti gambar dibawah
ini.
Gambar 2.3 sensor tegangan menggunakan prinsip
pembagi tegangan.
keluaran dari sensor tegangan ini dirancang mempunyai 2
keluaran yakni keluaran berupa tegangan AC dan tegangan DC yang
mana keluaran tegangan DC digunakan untuk di masukkan ke ADC
mikrokontroller untuk diolah, sedangkan keluaran tegangan AC dari
sensor tegangan digunakan untuk di masukkan ke rangkaian zero
crossing detector.
2.2.2
Sensor Arus
ACS712 merupakan suatu IC terpaket yang mana berguna
untuk sensor arus menggantikan trafo arus yang relatif besar dalam
hal ukuran. Pada prinsipnya ACS712 sama dengan sensor efek
xvi
hall lainnya yaitu dengan memanfaatkan medan magnetik di
sekitar arus kemudian dikonversi menjadi tegangan yang
linier dengan perubahan arus. Nilai variabel dari sensor ini
merupakan input untuk mikrokontroller yang kemudian
diolah. Keluaran dari ACS712 masih berupa sinyal tegangan
AC, agar dapat diolah oleh mikrokontroller maka sinyal
tegangan AC ini di searahkan oleh rangkaian penyearah.
Seperti pada gambar dibawah ini.
3
Gambar 2. 4 Contoh aplikasi dari rangkaian sensor arus ACS712.
3
“Datasheet ACS712” hal 12.
xvii
4
2.2.3
Gambar 2. 5 Karakteristik input dan output dari ACS 712.
Zero Crossing dan Phase Detector (Detektor Phasa)
Untuk mengetahui dan mendeteksi adanya perbedaan sudut
phase antara sinyal tegangan dan sinyal arus maka digunakan
rangkaian zero crossing detector dan rangkaian EXOR. Sinyal sinus
dari arus dan tegangan dirubah menjadi sinyal persegi dengan
menggunakan metode zero crossing detector, yakni dengan
membadingkan sinyal keluaran dari sensor arus dan tegangan
dengan ground(0), apabila sinyal sinus berada di phase positif mana
akan bernilai high dan apabila sinyal berada di phase negatif maka
benilai low, keluaran dari rangkaian zero crossing ini kemudian di
masukkan ke rangkaian EXOR yang kemudian dapat dilihat nilai
beda phasenya seperti ditunjukkan pada gambar dibawah ini.
4
Ibid, Hal 8.
xviii
5
Gambar 2.6 rangkaian zero crossing detector dan EXOR untuk
mendapatkan nilai beda phase.
2.3
Mikrokontroller
2.3.1 Pengertian
Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer fungsional
dalam sebuah chip. Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor,
memori (sejumlah kecil RAM, memori program, atau keduanya),
dan perlengkapan input output. Dengan kata lain, mikrokontroler
adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan
keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus
dengan cara khusus,
2.3.2
ATmega128
ATmega128 merupakan salah satu jenis mikrokontroller
buatan ATMEL yang mana mempunyai beberapa kelebihan sebagai
berikut :
5
B.Yoyok W.P, “Perancangan Watt Meter Digital 1 Fasa Dengan
Mikrokontroller
AT89S51”,09, Unika Sogijapranata
http://joaldera.blogspot.com/2008/05/perancangan-watt-meter-digital-1fasa.html, hal 1
xix
Nonvolatile Program and Data Memories
– 128K Bytes of In-System Reprogrammable Flash
Daya Tahan: 10,000 Write/Erase Cycles.
– 4K Bytes EEPROM
Daya Tahan: 100,000 Write/Erase Cycles
– 4K Bytes Internal SRAM
Peripheral Features
– 8-channel, 10-bit ADC
8 Single-ended Channels
7 Differential Channels
2 Differential Channels with Programmable Gain at 1x,
10x, or
200x
– Byte-oriented Two-wire Serial Interface (I2C)
– Dual Programmable Serial USARTs
– Master/Slave SPI Serial Interface
• Operating Voltages
– 4.5 - 5.5V
• Speed Grades
– 0 - 16 MHz
2.3.3
XBee PRO RF Module
XBee PRO merupakan modul radio frekuensi yang
beroperasi pada frekuensi 2.4 GHz. Sesuai datasheet, Modul ini
memerlukan tegangan suplai 2.8 V sampai dengan 3.3 V saat
mengirim data, modul ini akan membebani dengan arus 270 mA,
dan arus 55mA untuk penerimaan data.
Pada XBee PRO terdapat 20 pin, namun yang sementara ini
digunakan adalah 6 pin, yaitu VCC dan GND untuk tegangan suplai,
DOUT merupakan pin Transmit (TX), DIN merupakan pin Receive
(RX), RESET merupakan pin reset XBee PRO dan yang terakhir
adalah PWMO/RSSI merupakan indikator bahwa ada penerimaan
data yang biasanya dihubungkan ke led yang didrive oleh transistor.
Pada gambar 2.9 ditunjukkan bentuk fisik dari XBee PRO dan untuk
keterangan dari setiap kaki XBee PRO dijelaskan pada table 2.1.
xx
6
Gambar 2.6 Pin konfigurasi Xbee PRO9.
Tabel 2.1 keterangan pin konfigurasi Xbee PRO9.
6
Datasheet Xbee PRO, dari Stanford
http://ssdl.stanford.edu/ssdl/images/stories/AA236/0708A/Lab/Rover/Parts/
xbeeproproductmanual.pdf, hal 5
xxi
*untuk sementara ini, pin tersebut belum bisa digunakan
2.3.4
Real Time Clock
Real-time clock disingkat RTC adalah jam di komputer yang
umumnya berupa sirkuit terpadu yang berfungsi sebagai pemelihara
waktu. RTC umumnya memiliki catu daya terpisah dari catu daya
komputer (umumnya berupa baterai litium) sehingga dapat tetap
berfungsi ketika catu daya komputer terputus. Kebanyakan RTC
menggunakan osilator kristal. Jenis RTC yang kami gunakan adalah
DS1307 yang mempunyai spesifikasi sebagai berikut :
 Real-time clock (RTC) meyimpan data- data detik, menit, jam,
tanggal, bulan, hari dalam seminggu, dan tahun valid hingga
2100
 56-byte, battery-backed, RAM nonvolatile (NV) RAM untuk
penyimpanan
 Antarmuka serial Two-wire (I2C)
 Sinyal luaran gelombang-kotak terprogram (Programmable
squarewave)
 Deteksi otomatis kegagalan-daya (power- fail) dan rangkaian
switch
xxii
 Konsumsi daya kurang dari 500nA menggunakn mode baterei
cadangan dengan operasional osilator
.
7
Gambar 2.7 Pin konfigurasi DS1307.
7
Datasheet DS1307. dari Datasheet catalog
http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/D/S/1/3/DS1307.shtml,
hal 1
xxiii
BAB III
PERENCANAAN DAN PEMBUATAN PERANGKAT KERAS
3.1
Pendahuluan
Pada bab ini dibahas mengenai perencanaan perangkat
keras yang berhubungan dengan proses penyelesaian Proyek Akhir.
Berikut ini dibahas terlebih dahulu tentang blok diagram dari
konfigurasi sistem perangkat keras sebelum melangkah ke prinsip
dan cara kerja dari perangkat secara keseluruhan.
Adapun sistem perangkat keras yang direncanakan meliputi
beberapa bagian yaitu:




Perencanaan dan pembuatan sensor arus.
Perencanaan dan pembuatan sensor tegangan.
Perencanaan dan pembuatan sensor cahaya.
Perencanaan dan pembuatan rangkaian zero crossing
detector.
 Perencanaan dan pembuatan rangkaian switch relay.
 Perencanaan dan pembuatan minimum system.
3.2
Konfigurasi Sistem
xxiv
Ga
mba
r
3.1
Dia
gra
m
blok
.
xxv
Pada gambar 3.1 diatas ditunjukkan konfigurasi sistem
wireless sensor networking. Jaringan sensor nirkabel merupakan
suatu jaringan yang mana terdapat beberapa sensor yang
diletakkan di beberapa tempat yang berbeda. Sensor-sensor
tersebut akan mensensor obyek dan mengirimkan data secara
nirkabel menuju gateway. Parameter yang akan disensor meliputi
arus, tegangan, intensitas cahaya, nilai beda phase.
Tegangan, arus dan intensitas cahaya yang disensor akan di
masukkan ke ADC internal mikrokontroller yang kemudian akan
diolah. Nilai beda phase, arus, tegangan dan intensitas cahaya
beserta waktu penyimpanan (menggunakan RTC) akan di kirim ke
gateway yang kemudian akan disimpan di PC dengan database yang
telah disediakan.
Sensor node 1
gateway
Sensor node 2
xxvi
Sensor node 3
PC & Database
Gambar 3.2 Blok diagram wireless sensor network untuk
monitoring energi listrik.
Sensor Arus
(ACS712)
Pengkondisi
sinyal
Sensor
tegangan &
sensor arus.
xxvii
RTC
ADC internal
Xbee Pro
Sensor Tegangan
(voltage divider)
Pengkondisi
sinyal
Sensor beda
phase
Zero Crossing
Detector
Pendeteksi
beda phase
Digital input
EXOR
Power
Supply
Atmega 128
Zero Crossing
Detector
Gambar 3.3 blok diagram sensor node.
3.3
Perencanaan dan pembuatan sensor
xxviii
Pada proyek akhir ini akan direncanakan dan dibuat 4
sensor, yakni sensor arus, sensor tegangan, sensor cahaya dan
sensor beda phase yang mana hasil dari pembacaan sensor
tersebut akan diolah oleh mikrokontroller.
3.3.1 Sensor Arus.
Untuk mensensor arus pada proyek akhir ini menggunakan
integrated circuit yakni ACS712 untuk menggantikan trafo arus.
Pada datasheet hasil keluaran dari ACS712 adalah berupa tegangan
AC yang mempunyai komponen DC sebesar 2.5 volt.
xxix
8
Gambar 3.4 Contoh rangkaian aplikasi sensor arus ACS 712 dan
gelombang tegangan output sensor arus ASC 712.
Agar dapat diolah dan di masukkan ke ADC internal mikrokontroller
maka keluaran dari sensor arus harus dirubah ke sinyal DC seperti
gambar dibawah ini.
8
“Datasheet ACS712” hal 2.
xxx
9
Gambar 3.5 rangkaian sensor arus yang telah disearahkan.
Keluaran dari sensor arus ini juga akan dimasukkan ke rangkaian
zero crossing detector, namun dikarena keluaran dari AS712 ini
tidak menyentuh garis ground(0) maka rangkaian sensor arus ini
perlu dimodifikasi agar keluaran sensor arus ini yang berupa sinyal
AC dapat menyentuh garis ground sehingga dapat diolah ke
rangkaian zero crossing detector.
Dengan penambahan kapasitor yang diseri dengan pin kaki
no 7 dari ACS712 maka didapatkan keluaran ACS712 yang berupa
sinyal sinus yang menyentuh ground(0). Nilai kapasitor bernilai
100mikro farad.
9
Ibid, Hal 12
xxxi
Gambar 3.6 gelombang sensor
arus ACS712 dengan rangkaian
yang telah dimodifikasi.
3.3.2 Sensor Tegangan
Pada perencanaan dan pembuatan sensor tegangan di
proyek akhir ini tidak menggunakan trafo tegangan, disebabkan
untuk menghindari adanya pergeseran phase senhingga
mempengaruhi pembacaan dari rangkaian detektor phase. Untuk
itu sensor tegangan kali ini menggunakan prinsip pembagi
tegangan. Seperti rangkaian dibawah ini.
xxxii
Gambar 3.7 sensor tegangan.
Resistor yang digunakan adalah resistor yang berdaya 0.25
watt. Maka perlu dicari nilai resistor minimum yang dapat
xxxiii
digunakan pada rangkaian sensor ini untuk mencari nilai R
minimum dapat hitung sebagai berikut.
Vin= 220VAC
𝑃=
𝑉2
𝑅
0.25 =
2202
𝑅
R=193.600Ω
Jadi resistor minimum yang harus dipenuhi adalah
193.600Ω, agar resistor tidak panas dan terbakar.
Untuk mendapatkan Vout AC dari sensor tegangan yang
akan di masukkan ke rangkaian detector phase maka nilai resistor
dapat dicari sebagai berikut.
R5=220k Ω (ditentukan)
Vout AC=5VAC (ditentukan)
xxxiv
𝑉𝑜𝑢𝑡 𝐴𝐶 =
5=
𝑅6
𝑥220
𝑅6 + 𝑅5
𝑅6
𝑥220
𝑅6 + 220000
R6=5116.27 Ω
Nilai resistor yang ada di resistor adalah 5K6 Ω, maka
outputnya 5.46 VAC. Untuk mendapatkan Vout DC maka nilai R
dapat dihitung sebagai berikut.
Nilai R1=R5, R2=R6
Jadi output tegangan AC nya.
𝑉𝑜𝑢𝑡 𝐴𝐶 =
5600
𝑥220
220000 + 5600
Vout AC=5.4VAC.
xxxv
Kemudian disearahkan menggunakan penyearah halfbridge.
Sehingga output dari penyearah adalah.
Vout penyearah=5.4√2x0.318=2.42VDC
Keluaran dari penyearah masih mempunyai ripple, maka
dibutuhkan kapasitor untuk mengurangi ripple tersebut, namun
pada perencanaan sensor tegangan kali ini tidak mengutamakan
besarnya ripple yang berkurang, tpi lebih mengutamakan
responsifitas dari sensor tersebut. Direncanakan sensor tegangan
mempunyai respon time sebesar 1s maka perhitungannya sebagai
berikut.
τ=R.C
R ditentukan nilanya sebesar 100000Ω, τ ditentukan bernilai 1s.
𝐶=
1
100000
Jadi nilai kapasitor yang terpasang adalah 10μF.
3.3.3 Detektor Phase(Zero Crossing Detector)
xxxvi
Untuk mendapatkan nilai beda phase maka digunakan
rangkaian zero crossing detector, rangkaian ini berguna untuk
merubah sinyal sinus dari sensor tegangan dan sensor arus menjadi
sinyal kotak, dari sinyal kotak ini kemudian di masukkan ke
rangkaian EXOR guna mendapatkan beda phase nya.
10
Gambar 3.8 rangkaian zero crossing detector.
10
B.Yoyok W.P, “Perancangan Watt Meter Digital 1 Fasa Dengan
Mikrokontroller
AT89S51”,09, Unika Sogijapranata
http://joaldera.blogspot.com/2008/05/perancangan-watt-meter-digital-1fasa.html, hal 1
xxxvii
11
Gambar 3.9 rangkaian zero crossing detector dan EXOR untuk
mendapatkan nilai beda phase nya.
11
Ibid, hal 2.
xxxviii
3.3.4 minimum system
Untuk hardware dari wsn yang dibuat, terdiri dari beberapa
rangkaian yaitu minimum sistem mikrokontroller ATMega 128,
seperti ditunjukkan pada gambar 3.10
xxxix
12
Gambar 3.10 Rangkaian minimum system ATMega 128
Agar server dapat terhubung ke personal computer (PC)
memerlukan koneksi dimana menggunakan komunikasi serial kabel
dan menggunakan IC MAX 232 untuk mengkonversikan level
tegangan TTL menjadi level RS-232. Pada gambar 3.5 ditunjukkan
rangkaian converter TTl ke 232.
13
Gambar 3.11 Rangkaian converter TTL to RS-232.
12
13
“Datasheet Atmega128, hal 8.
“Datasheet MAX232”, hal 3.
xl
Sensor node mengirimkan paket-paket data ke server secara
nirkabel dan modul yang digunakan komuniksi nirkabel yaitu XbeePRO yang dimana rangkaiannya seperti gambar 3.12
14
Gambar 3.12 Rangkaian modul radio frekuensi (Xbee PRO).
Pada saat sensor membaca data (tegangan,arus,kecepatan),
sensor node akan mengirimkan data tersebut ke server yang
selanjutnya akan disimpan pada database beserta waktu
pembacaan data, sehingga diperlukan suatu IC yang dapat
digunakan untuk membaca waktu. IC yang digunakan adalah IC RTC
jenis DS1307. Pada gambar 3.7 ditunjukkan rangkaian DS1307.
14
“Datasheet Xbee Pro” hal 3.
xli
3.3.5 Real Time Clock
Real-time clock disingkat RTC adalah jam di komputer
yang umumnya berupa sirkuit terpadu yang berfungsi
sebagai pemelihara waktu. RTC umumnya memiliki catu daya
terpisah dari catu daya komputer (umumnya berupa baterai
litium) sehingga dapat tetap berfungsi ketika catu daya
komputer terputus. Kebanyakan RTC menggunakan osilator
kristal. Jenis RTC yang kami gunakan adalah DS1307 yang
mempunyai spesifikasi sebagai berikut :
 Real-time clock (RTC) meyimpan data- data detik, menit,
jam, tanggal, bulan, hari dalam seminggu, dan tahun valid
hingga 2100
 56-byte, battery-backed, RAM nonvolatile (NV) RAM
untuk penyimpanan
 Antarmuka serial Two-wire (I2C)
 Sinyal
luaran
gelombang-kotak
terprogram
(Programmable squarewave)
 Deteksi otomatis kegagalan-daya (power- fail) dan
rangkaian switch
 Konsumsi daya kurang dari 500nA menggunakn mode
baterei cadangan dengan operasional osilator.
xlii
15
Gambar 3.13 Rangkaian real time clock (DS1307).
15
“Datasheet DS1307”, hal 2.
xliii
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1
Pengujian rangkaian sensor
Pengujian sensor ini digunakan untuk melihat apakah alat
yang telah dibuat sesuai yang telah direncanakan, hasil dari sensor
digunakan untuk menhitung energi listrik yang telah dipakai.
4.1.1 Sensor Tegangan
Hasil dari sensor tegangan menggunakan rangkaian pembagi
tegangan sesuai dengan harapan. Hasil rangkaian sensor tegangan
tidak menimbulkan pergeseran fasa yang biasa terjadi pada sensor
tegangan dengan rangkaian perbandingan trafo. Hasil sensor
tegangan akan digunakan untuk mendeteksi beda phase di
rangkaian zero crossing. Rangkaian sensor yang digunakan adalah
rangkaian pembagi tegangan.
Tabel 4.1 data sensor tegangan.
no
VAC
VDC
1
0
0.10
2
10
0.21
3
15
0.33
4
20
0.56
5
25
0.57
xliv
6
30
0.68
7
35
0.78
8
40
0.90
9
45
1.01
10
50
1.12
11
55
1.22
12
60
1.35
13
65
1.45
14
70
1.56
15
75
1.69
16
80
1.80
17
85
1.90
18
90
2.02
19
95
2.13
20
100
2.24
21
105
2.35
22
110
2.47
23
115
2.57
24
120
2.68
25
125
2.79
26
130
2.91
27
135
3.03
28
140
3.13
29
145
3.2
xlv
30
150
3.36
31
155
3.45
32
160
3.59
33
165
3.70
34
170
3.80
35
175
3.93
36
180
4.05
37
185
4.18
38
190
4.28
39
195
4.37
40
200
4.51
41
205
4.6
42
210
4.73
44
215
4.65
45
220
4.99
xlvi
250
200
150
100
50
0.10
0.55
0
Gambar 4.1 linearitas sensor tegangan.
Gambar 4.2 rangkaian sensor tegangan.
4.1.2 Sensor Arus
Hasil dari sensor arus yang diambil menggunakan ACS712
berupa tegangan DC yang akan dimasukkan ke ADC internal
mikrokontroller.
xlvii
Gambar 4.3 rangkaian sensor arus.
Tabel 4.2 data sensor arus.
N A V
o m o
p u
e t
r (
e V
D
( C
A )
) m
V
1 0
1
8
1
1
m
V
xlviii
2 0
.
5
1
8
3
4
m
V
3 1
1
8
6
0
m
V
4 1
.
5
1
9
0
0
m
V
5 2
1
9
4
1
m
V
6 2
.
5
2
0
0
1
m
V
7 3
2
0
7
0
xlix
m
V
8 3
.
5
2
1
3
0
m
V
9 4
2
1
9
0
m
V
1 4
0 .
5
2
2
3
0
m
V
1 5
1
2
2
8
0
m
V
l
Series 1
6
5
4
3
2
1
0
2280
2230
2190
2130
2040
2001
1941
1900
1860
1834
1811
Series 1
Gambar 4.4 linearitas sensor arus.
4.1.3 Detektor phase (zero crossing detector)
Rangkaian zero crossing dan phase detector merupakan
kelanjutan sensor arus dan sensor tegangan, sinyal output yang
dihasilkan sensor tegangan dan sensor arus kemudian diolah oleh
rangkaian zero crossing dan kemudian diolah oleh IC-XOR dan
kemudian menghasilkan sinya step yang menginformasikan data
beda fasa antara tegangan dan arus.
IC-XOR digunakan sebagai penjumlah dari 2 sinyal input
yaitu sinyal arus dan tegangan yang merupakan keluaran dari zero
crossing yang mempunyai beda phase, seperti yang kita ketahui
bahwa IC-XOR memiliki cara kerja sebagai berikut:
li
1. Jika kedua input berlogika sama maka output akan bernilai
logika “0”.
2. Jika kedua input berlogika tidak sama maka output akan bernilai
logika “1”.
Sinyal gelombang kotak yang keluar dari zero crossing arus
dan tegangan masuk ke rangkaian komparator untuk dibandingkan
dengan menggunakan IC TTL XOR 74LS86 sehingga diketahui
perbedaan sudut phase antara tegangan dan arus mengalir pada
beban.
‘
Gambar 4.5 Gelombang sensor tegangan dan sensor arus beban
lampu pijar
lii
Gambar 4.6 Gelombang output pembagi tegangan sensor arus dan
sensor tegangan beban lampu pijar.
Gambar 4.7 Gelombang output output exor 74LS 86 gelombang
arus dan tegangan beban lampu pijar.
Dari gambar diatas dapat dihitung besarnya cosphi untuk
beban lampu pijar.
Diketahui :
 Time/div = 2 ms
 Lebar pulsa= 0,2 div
Maka :
ton = lebar pulsa x Time/div
= 0,2 x 2 ms
liii
= 0,4 ms
Φ = *ton / periode (ms)] x periode(sudut)]
Φ = ( 0,2 / 20 ) x 360°
Φ = 0,01 x 360°
= 3,6°
Cos Φ = 0,998
liv
Gambar 4.8 Gelombang output EX-OR 74ls86 dengan beban lampu
TL 1x18W
Dari gambar diatas dapat dihitung besarnya cosphi untuk
beban TL1x18W.
Diketahui :
 Time/div = 2 ms
 Lebar pulsa= 1,3 div
Maka :
ton = lebar pulsa x Time/div
= 1,4 x 2 ms
= 2,6 ms
Φ = *ton / periode (ms)] x periode(sudut)]
Φ = ( 2,6 / 20 ) x 360°
Φ = 0,13 x 360°
= 46,8°
Cos Φ = 0,68
lv
Gambar 4.9 rangkaian zero crossing detector dan EXOR.
lvi
4.2
Pengujian integrasi alat.
Pada tahap ini rangkaian dari sensor-sensor dan rangkaian
pendukung lainnya akan di integrasikan dan diterapkan di plant.
Setelah itu diambil data-data dari pengujian alat yang telah di
integrasikan.
Tabel 4.3 Hasil rata-rata Monitoring parameter daya .
Tempat
Tegangan
Arus
Daya
Wilayah 1
210.58VAC
2.2 A
422 W
Wilayah 2
210.59 VAC
2.06 A
432 W
Wilayah 3
210.59 VAC
2.17 A
457 W
Data diatas adalah hasil rata-rata dari pengambilan data
yang dilakukan pada rentang tertentu pada plant yakni jam 04.30 –
05.15 disampling sebanyak 200 data.
lvii
Gambar 4.10 sampling data pada plant.
lviii
BAB V
PENUTUP
5.1.
Kesimpulan
Setelah dilakukan proses perencanaan, pembuatan
dan pengujian alat serta dengan membandingkan dengan
teori-teori penunjang, dan dari data yang didapat maka
dapat kami simpulkan mengenai rancang bangun
1.
Agar sensor arus dapat dibaca oleh rangkaian EXOR
maka perlu dilakukan modifikasi pada rangkaian arus
ACS712 dengan menambahkan kapasitor bernilai
100mikro farad, ini dikarenakan keluaran dari sensor
arus berupa sinyal AC yang mempunyai komponen DC
sehingga sinyal AC tidak menyentuh garis ground(0).
2.
Pembuatan sensor tegangan menggunakan trafo
tegangan dapat mempengaruhi pembacaan nilai beda
phase, pembuatan sensor tegangan dengan pembagi
tegangan akan lebih baik pada rangkaian EXOR.
3.
Arus dapat disensor menggunakan IC ACS712 sedangkan
tegangan dapat disensor menggunakan rangkaian
pembagi tegangan.
5.2 Saran-saran
Pada pengerjaan Tugas Akhir ini tentu tidak lepas
dari berbagai macam kekurangan dan kelemahan, baik itu
pada sistem maupun pada peralatan yang telah dibuat.
lix
Untuk memperbaiki kekurangan-kekurangan dari peralatan,
maka perlu melakukan hala-hal sebagai berikut:
1.
2.
Keluaran dari sensor arus harus menyentuh garis
ground(0), dikarenakan ini sangat berpengaruh pada
keluaran zero crossing.
Respon time dari sensor tegangan sangat penting pada
plan yang mempunyai tegangan yang fluktuatif.
DAFTAR PUSTAKA
1.
2.
3.
Wireless World Research Forum, “Book of Visions”,
http://www.wireless-world-research.org
Bluetooth Based Wireless Sensor Networks –Implementation
Issues and Solutions, Srdjan Krco.
Design and Implementation of a Wireless Sensor Network for
Intelligent Light Control, Heemin Park and Mani B. Srivastava.
Networked and Embedded Systems Laboratory Electrical
Engineering Department University of California, Los Angeles
lx
lxi