rancang bangun alat pencatat biaya pemakaian energi listrik pada

Tugas Akhir - 2011
RANCANG BANGUN ALAT PENCATAT BIAYA PEMAKAIAN ENERGI LISTRIK
PADA DAYA 2200 WATT BERBASIS MIKROKONTROLER
Ana Rahma Yuniarti¹, M. Ary Murti², Burhanuddin Dirgantara³
¹Teknik Telekomunikasi, Fakultas Ilmu Terapan, Universitas Telkom
Abstrak
Kesulitan dalam penentuan tarif yang harus dibayarkan bagi setiap penghuni kos adalah suatu
hal biasa yang terjadi setiap bulannya. Namun, hal itu bisa menjadi masalah besar ketika salah
satu atau beberapa penghuni merasa dirugikan karena pembagian beban tarif yang dirasa kurang
adil. Untuk itu, pada Proyek Akhir ini dibuat “Rancang Bangun Alat Pencatat Pemakaian Energi
Listrik pada Daya 2200 Watt Berbasis Mikrokontroler”.
Alat ini terdiri dari blok I/O yang terdiri dari blok sensor, blok catu daya, serta blok
mikrokontroler. Blok sensor terdiri dari sensor arus, sensor tegangan, dan detektor fasa (zero
crossing detector). Cara kerja dari alat ini adalah ketika ada beban yang terpasang, sensor arus
akan mendeteksi arus listrik yang mengalir dan sensor tegangan akan mendeteksi tegangan jalajala listrik setiap saat. Keluaran sensor Arus dan tegangan tersebut masing-masing masuk ke
ADC internal mikrokontroler. Selain itu, keluaran tersebut juga masuk ke rangkaian detektor fasa
untuk didapatkan nilai cos (beda fasa) nya. RTC (Real Time Clock) digunakan sebagai pewaktu
secara real time. Setelah itu, besaran-besaran tersebut akan dikalkulasikan di dalam
mikrokontroler, sehingga didapatkan nilai Daya riilnya (P). Dari daya tersebut, didapatkan nilai
Energi Listrik sesuai dengan persamaan W=P.t=V.I.Cos .t. Untuk mengetahui besarnya biaya yang
harus dibayar, maka nilai tersebut akan dikalikan dengan tarif per Kwh Nilai hasil perhitungan
tersebut kemudian disimpan di dalam EEPROM agar ketika listrik padam nilai tersebut tidak
hilang. Sebagai penampilnya, digunakan LCD 4x16.
Output dari sensor arus dan tegangan cukup bagus karena perubahannya cukup linier dan
sebanding dengan perubahan pada sisi input. Keluaran gerbang XOR sudah mampu mendeteksi
perbedaan fasa antara tegangan dan arus, namun secara pemrograman masih belum berhasil
karena keluaran dari XOR kurang ari 5 Volt. Nilai daya, Kwh, dan Biaya pemakaian sudah sesuai
dengan perhitungan seharusnya.
Kata Kunci : Energi listrik, Sensor tegangan, Sensor arus, Detektor fasa, Mikrokontroler
Fakultas Ilmu Terapan
Program Studi D3 Teknik Telekomunikasi
Tugas Akhir - 2011
Abstract
The difficulty in determining the rates payable for each resident boarders is a common thing that
happens every month. However, it could be a big problem when one or several residents felt
disadvantaged because of burden-sharing rates were deemed unfair. Therefore, at this Final
Project was made "Design and Implementation of Electrical Energy Usage Fee Recording Device
for Use in Power 2200 Watt Based on Microcontroller".
This device consists of I/O block that consists of sensors block, power supply block, and block of
the microcontroller. Sensor block consists of a voltage sensor, current sensor, and phase detector
(zero crossing detector). Current sensor used to detect the current flowing is the DCS-01 module
(Delta Current Sensor). A voltage sensor use step down transformer to determine the voltage of
the grid at any time. Phase detector is used to determine the phase difference between voltage
and current. RTC (Real Time Clock) is used as a timer in real time. Microcontroller is used to
process data multiplication magnitude of current, voltage, power factor, and time so we get the
value of electrical energy usage per second. The results of these calculations will be saved to the
EEPROM so that when the power goes out, the value is not lost. To determine the amount of fees
to be paid, the value will be multiplied by the tariff per Kwh. Then, the fee will be displayed
through the LCD.
Output of Current and Voltage Sensor are good, because the chage is linier enough and
proportional to the change in the input side. Output of XOR gate is able to detect the Phase
difference between Voltage and current. But, the programming has not been successful because
the output of the XOR gate is less than 5 Volt. The values of Power, Kwh, and Usage fee have
suitable with the real calculation.
Keywords : electrical energy, voltage sensors, current sensors, phase detector,Microcontroller
Fakultas Ilmu Terapan
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
Program Studi D3 Teknik Telekomunikasi
Tugas Akhir - 2011
BAB I
PENDAHULUAN
1. 1. Latar Belakang
Kebutuhan pemakaian listrik tiap orang berbeda-beda tergantung
banyaknya perangkat dan lama pemakaiannya. Begitu juga kebutuhan listrik
setiap penghuni kamar dalam suatu rumah kos. Seringkali terjadi kesulitan dalam
penentuan tarif yang harus dibayarkan oleh setiap penghuni kos tiap bulannya.
Hal tersebut menjadi masalah ketika salah satu atau beberapa penghuni merasa
dirugikan karena pembagian beban tarif yang dirasa kurang adil. Cara
penghitungan beban yang dilakukan selama ini umumnya adalah dengan
memperkirakan waktu lama pemakaian tiap perangkat dalam satu bulan dari
masing-masing penghuni kos.
Misalnya, seorang penghuni yang hanya memakai listrik selama 10 hari
harus membayar tarif yang sama dengan penghuni yang memakai selama 1 bulan
penuh karena pembagian tarif per beban dilakukan berdasarkan perhitungan
manual dan perkiraan saja. Untuk itu, diperlukan suatu alat yang mampu
menghitung
biaya
beban
per
kamar
secara
otomatis
dan
langsung
menampilkannya untuk menghindari masalah di atas.
Oleh karena itu, pada proyek akhir ini dibuat “Rancang Bangun Alat
Pencatat Biaya Pemakaian Energi Listrik pada Daya 2200 Watt Berbasis
Mikrokontroler”. Ketika ada beban yang terpasang, sensor arus akan mendeteksi
arus listrik yang mengalir dan sensor tegangan akan mendeteksi tegangan jala-jala
listrik setiap saat. Dengan Mikrokontroler, Arus dan tegangan tersebut diolah
untuk mendapatkan nilai cos φ nya. RTC (Real Time Clock) digunakan sebagai
pewaktu secara real time. Setelah itu, besaran-besaran tersebut akan
dikalkulasikan di dalam mikrokontroler, sehingga didapatkan nilai Daya yang
sebenarnya sesuai dengan persamaan P=V.I.cosφ. Daya tersebut dikalikan dengan
waktu (t) sehingga didapatkan nilai Energi listriknya (W). Nilai energi tersebut
dikalikan dengan tarif per kWh untuk mendapatkan besar biaya pemakaiannya.
Sebagai penampilnya, digunakan LCD.
Fakultas Ilmu Terapan
Program Studi D3 Teknik Telekomunikasi
Tugas Akhir - 2011
2
BAB I PENDAHULUAN
1. 2. Tujuan Proyek Akhir
Proyek Akhir ini bertujuan untuk membuat Alat Pencatat Biaya
Pemakaian Energi Listrik pada Daya 2200 Watt berbasis Mikrokontroler. Dengan
alat ini maka setiap penghuni kos dapat mengetahui biaya pemakaian energi listrik
tiap kamarnya secara realtime dan objektif.
1. 3. Perumusan Masalah
Permasalahan dalam proyek akhir ini adalah :
1.
Bagaimana cara kerja dari rangkaian alat pencatat biaya pemakaian energi
listrik pada Daya 2200 Watt..
2.
Bagaimana membuat rangkaian alat pencatat biaya pemakaian energi listrik
pada Daya 2200 Watt.
3.
Bagaimana membuat pemrograman alat pencatat biaya pemakaian energi
listrik pada Daya 2200 Watt.
1. 4. Batasan Masalah
Batasan masalah dalam pengerjaan Proyek Akhir ini adalah sebagai
berikut :
1.
Pemrograman mikrokontroler menggunakan bahasa C.
2.
Parameter yang dimonitoring adalah tegangan, cosφ, arus, dan daya.
3.
Display menggunakan LCD 4x16.
4.
Pemilihan menu menggunakan 4 buah pushbutton.
5.
Tarif per KWh diasumsikan Rp 1000,-
6.
Tidak membahas keamanan sistem.
1. 5. Metodologi
Metodologi dalam pembuatan Proyek Akhir ini antara lain :
1.
Studi literatur mengenai konsep
a.
Memahami prinsip kerja sensor tegangan, dan sensor arus
b.
Memahami prinsip kerja zerro crosing detector
c.
Memahami prinsip kerja Mikrokontrol AVR
Rancang Bangun Alat Pencatat Biaya Pemakaian Energi Listrik
Pada Daya 2200 Watt Berbasis Mikrokontroler
Fakultas Ilmu Terapan
Program Studi D3 Teknik Telekomunikasi
Tugas Akhir - 2011
3
BAB I PENDAHULUAN
d.
Memahami bahasa pemrograman C sebagai software yang akan
digunakan
2. Perancangan sistem dan software
a.
Merumuskan bahasa pemrograman untuk mengatur input pada zero
crosing detector.
b.
3.
4.
Merumuskan konfigurasi pin yang digunakan.
Pengujian
a.
Melakukan pengujian pada mikrokontroler secara independen.
b.
Melakukan pengujian secara integrasi dengan keseluruhan sistem.
Analisa Hasil
Pada tahap terakhir ini dilakukan analisa terhadap hasil sistem yang telah
diuji coba serta mengambil suatu kesimpulan dari hasil uji.
1. 6. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan pada tugas akhir ini dibagi menjadi beberapa bab
yang meliputi:
BAB I
PENDAHULUAN
Pendahuluan berisi mengenai latar belakang, tujuan penelitian,
rumusan masalah, batasan masalah, metode penelitian, dan sistematika
penulisan.
BAB II
DASAR TEORI
Pada bab ini, penulis akan membahas teori pendukung mengenai
mikrokontroler ATMega8535, modul sensor arus DCS-01 (dengan IC
ACS712), RTC DS1307, LCD 4x16.
BAB III
PERANCANGAN SISTEM
Pada bab ini akan dibahas tentang tahap perencanaan serta proses
pembuatan perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak
(software).
Rancang Bangun Alat Pencatat Biaya Pemakaian Energi Listrik
Pada Daya 2200 Watt Berbasis Mikrokontroler
Fakultas Ilmu Terapan
Program Studi D3 Teknik Telekomunikasi
Tugas Akhir - 2011
4
BAB I PENDAHULUAN
BAB IV
PENGUKURAN DAN ANALISA
Pada bab ini akan dibahas tentang hasil simulasi sistem, pengukuran,
dan analisa dari alat yang telah diimplementasikan. Pengujian
perangkat dengan memberikan beban yang berbeda-beda.
BAB V
PENUTUP
Berisi kesimpulan atas hasil kerja yang telah dilakukan beserta
rekomendasi dan saran untuk pengembangan dan perbaikan
selanjutnya.
Rancang Bangun Alat Pencatat Biaya Pemakaian Energi Listrik
Pada Daya 2200 Watt Berbasis Mikrokontroler
Fakultas Ilmu Terapan
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
Program Studi D3 Teknik Telekomunikasi
Tugas Akhir - 2011
BAB V PENUTUP
BAB V
PENUTUP
5. 1. KESIMPULAN
Setelah melalui tahap – tahap yang telah dijabarkan pada bab sebelumnya
dan setelah sistem diujicobakan secara real dapat didapatkan kesimpulan sebagai
berikut :
1. Untuk membuat alat ini dibutuhkan rangkaian sensor arus, sensor tegangan,
dan sensor beda fasa.
2. Nilai tegangan yang didapat berubah-ubah karena teganan PLN juga berubahubah.
3.
Nilai arus yang didapat stabil pada saat tidak ada beban, yaitu konstan
menunjukkan 0 A.
4.
Untuk arus kurang dari 1A, dibutuhkan time sampling sekitar 15ms agar hasil
pembacaan sensor arus stabil.
5.
Nilai cos phi atau faktor daya dari pemakaian beban induktif tidak berhasil
diketahui pada pemrograman. Hal ini disebabkan sinyal keluaran gerbang
XOR kurang dari 5 Volt, sehingga keluaran dibaca 0 Volt oleh
mikrokontroler.
6.
Nilai Daya, Kwh, dan Biaya sudah sesuai dengan yang diharapkan.
5. 2. SARAN
Dengan kesimpulan diatas, penulis mengharapkan permasalahan –
permasalahan yang harus diteliti lebih lanjut antara lain :
1. Mencari literatur tentang penggunaan mikrokontroler sebanyak-banyaknya
untuk menunjang pemrograman yang lebih lanjut.
2. Menggunakan IC Mikrokontrooler dengan kapasitas memori yang lebih
besar, seperti ATMega32 atau ATMega 128.
3. Mengambil lebih banyak sampling agar output dari alat dapat lebih presisi.
4. Dimensi PCB dibuat seminimum mungkin.
5. Menambahkan fasilitas edit harga per Kwh dan pemilihan menu dengan
menggunakan keypad.
Rancang Bangun Alat Pencatat Biaya Pemakaian Energi Listrik
Pada Daya 2200 Watt Berbasis Mikrokontroler
Fakultas Ilmu Terapan
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
Program Studi D3 Teknik Telekomunikasi
Tugas Akhir - 2011
DAFTAR PUSTAKA
[1]
Anggraeni, Irma. 2010. Sistem Monitoring Penggunaan Daya Listrik
Menggunakan Sensor Arus Berbasis Mikrokontroler AVR ATMEGA 8535.
Bandung:Laporan Tugas Akhir, Teknik Telekomunikasi, IT TELKOM.
[2]
Arrosyid, Moch Harun. 2009. Implementasi Wireless Sensor Network
untuk Monitoring Parameter Energi Listrik sebagai Peningkatan Layanan
Bagi Penyedia Energi Listrik.Surabaya: Laporan Proyek Akhir, Teknik
Elektro Industri, PENS.
[4]
Elnanda, Harda . Perancangan Alat Ukur Daya Listrik Lampu Pijar
Menggunakan ADC TLV2543 Dengan Tampilan Komputer. Yogyakarta:
Tugas Akhir , Teknik Elektro,UGM.
[5]
Haryanto ST, M Ary dan Ir. Wisnu Adi P. 2008. Pemrograman Bahasa C
untuk Mikrokontroler Atmega8535. Yogyakarta : Penerbit ANDI.
[6]
Wardhana, Lingga. 2006. Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR seri
ATmega8535. Jakarta : Penerbit ANDI.
42
Fakultas Ilmu Terapan
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
Program Studi D3 Teknik Telekomunikasi