Arduino UNO Modul RTC DS3231 Modul GPRS SIM900

3.3.1 Arduino UNO

Arduino UNO adalah tipe jenis Arduino yang paling banyak digunakan. Arduino UNO juga memiliki banyak dukungan pustaka dibandingkan jenis Arduino lainnya, sehingga memudahkan dalam penggunaannya. Adapun spesifikasi singkat mengenai Arduino UNO adalah sebagai berikut: a. Mikrokontroler : ATmega328P b. Tegangan Operasional : 5V c. Tegangan Masukan direkomendasi : 7-12V d. Tegangan Masukan batas : 6-20V e. Pin Digital IO : 44 6 pin untuk keluaran PWM f. Analog Input Pins : 6 g. Arus DC per IO Pin : 20 mA h. Arus DC for 3.3V Pin : 50 mA i. Memori Flash : 32 KB 0.5 KB untuk bootloader j. SRAM : 2 KB k. EEPROM : 1 KB l. Clock Speed : 16 Mhz Berdasarkan Subbab 3.2, Sistem yang dirancang cukup sederhana, dimana terdiri dari sensor Arus, sensor Tegangan, modul RTC, dan modul GPRS . Sehingga Arduino UNO dapat dipilih sebagai pusat kontrol sistem. Gambar Arduino UNO dapat dilihat pada Gambar 12 pada kotak berwarna jingga.

3.3.2 Sensor Current Transformator

Sensor arus yang digunakan adalah jenis sensor SCT-013-000. Sensor SCT-013-000 dapat membaca Arus sampai dengan 100 Ampere. Sehingga dapat digunakan untuk mengukur arus diseluruh rumah. Sama seperti sensor CT lainnya, Sensor SCT-013-000 tidak perlu membongkar rangkaian listrik yang akan diukur daya listriknya. Sensor SCT-013-000 memiliki penjepit, sehingga hanya perlu meletakkan penjepit ke salah satu kabel untuk pengukuran arus. Gambar sensor SCT-013-000 dapat dilihat pada Gambar 11 pada kotak berwarna biru. Keluaran dari sensor SCT-013-000 berupa sinyal analog. Keluaran sinyal analog tersebut sebanding dengan nilai arus yang melewati sensor. Perbandingan nilai arus dengan keluaran sensor yaitu 100 A arus sebanding dengan 50 mA keluaran sensor. Karena keluaran dari sensor berupa sinyal analog, sehingga terdapat tegangan yang bernilai negatif. Pada Arduino, tegangan negatif tidak dibaca oleh pin ADC, sehingga dapat berpengaruh pada pembacaan sensor. Oleh karena itu dirancang suatu rangkaian yang dapat mengubah range tegangan keluaran dari sensor ke range tegangan yang dapat dibaca oleh pin Arduino dalam hal ini yaitu 0 Volt sampai dengan 5 Volt. Gambar 13 merupakan rangkaian skematik sensor SCT-013-000. Gambar 13 Rangkaian Skematik Sensor SCT-013-000

3.3.2.1 Kalibrasi Sensor Arus

Pada perolehan data arus yang dibaca, digunakan library “Emonlib.h”. Pada library ini, untuk memperoleh data arus, dibutuhkan nilai kalibrasi pada program pembacaan arus. Nilai kalibrasi diperoleh berdasarkan rangkaian pengubah tegangan pada gambar 13. Pada perancangan, sensor Arus SCT-013-000 memiliki spesifikasi dengan nilai arus maksimum yang dibaca yaitu 100A. Untuk memperoleh nilai kalibrasi, terlebih dahulu dihitung peak-current arus puncak dari sensor. Berikut adalah perhitungan dari arus puncak sensor arus. � measured = √ ∗ i rms_current = . ∗ A = . A 9 Setelah mengetahui arus puncak dari sensor, dilakukan perhitungan nilai keluaran dari arus berdasarkan kumparan dari sensor. Dalam hal ini, besar kumparan dari sensor SCT-013- 000 adalah sebanyak 2000 kumparan. i sensor = i measured nb_turns = . A = . A 10 Setelah mengetahui besar keluaran dari sensor arus, diperlukan mengubah keluaran tersebut dalam bentuk tegangan, dikarenakan Arduino hanya dapat membaca nilai tegangan. Oleh karena itu, pada rangkaian skematik sensor terdapat Resistor-Burden. Penentuan Resistor- Burden tersebut berdasarkan perhitungan sebagai berikut : � burden = U sensor I sensor = . V . A = . Ω 11 Nilai Usensor pada persamaan diatas, diperoleh berdasarkan tegangan pada Arduino. Arus keluaran dari sensor SCT-013-000 adalah berupa sinyal analog, sehingga memiliki nilai negatif, oleh karena itu nilai 0V pada arus harus diubah ke tegangan tengah yang dibaca pada Arduino yaitu dengan rumus : Max_accepted_voltage = V = . V 12 Setelah di peroleh besar Resistor-Burden, diperoleh nilai kalibrasi sensor yaitu dengan perhitungan : calibration_value = i measured i sensor R burden 13 calibration_value = . A . A Ω 14 calibration_value = Ω = 15 Nilai kalibrasi sensor arus yang diperoleh yaitu 60. Nilai kalibrasi tersebut dimasukkan pada program pembacaan sensor arus.

3.3.3 Sensor Potential Transformator

Sensor tegangan yang digunakan adalah sebuah transformator Step-Down dengan rangkaian pengubah. Transformator Step-Down adalah transformator yang dapat menurunkan tegangan. Sensor tegangan berfungsi untuk menurunkan tegangan jala-jalan PLN ke range tegangan yang dapat dibaca oleh Arduino. Transformator Step-Down yang digunakan pada perancangan yaitu transformator dengan keluaran maksimal 1 A dan menurunkan tegangan dari 220V ke 9V. Sama dengan sensor CT, keluaran dari sensor Potential Transformator juga berupa sinyal analog. Oleh karena itu dibutuhkan suatu rangkaian pengubah range tegangan keluaran dari sensor ke range tegangan yang dapat dibaca oleh Arduino. Gambar Transformator Step-Down dan Rangkaian pengubah tegangannya dapat dilihat pada gambar 11 pada kotak berwarna merah dan gambar 14. Gambar 14 Rangkaian Skematik Sensor Potential Transformator

3.3.3.1 Kalibrasi Sensor Tegangan

Berbeda dengan kalibrasi pada sensor SCT-013-000, perhitungan nilai kalibrasi berdasarkan nilai Resistor-Burden. Pada kalibrasi sensor tegangan, penentuan nilai kalibrasi dilakukan dengan menggunakan Voltmeter. Nilai kalibrasi diubah berdasarkan nilai tegangan yang dibaca oleh sensor. Percobaan perbandingan antara nilai kalibrasi dengan pembacaan pada Voltmeter dilakukan sebanyak 10 kali, Sehingga nilai kalibrasi yang diperoleh pada perancangan yaitu 235. Nilai kalibrasi tersebut dimasukkan pada program pembacaan sensor tegangan.

3.3.4 Modul RTC DS3231

Modul RTC DS3231 menggunakan IC DS-3231 yang merupakan komponen elektronika yang sangat presisi dalam menghitung waktu. Dengan baterai Lithium Rechargeable LIR2032 yang akan menjaga modul tetap bekerja pada saat catu daya tidak tersambung, modul ini dapat berfungsi sebagai penjejak waktu time tracking device yang dapat bertahan hingga bertahun- tahun. Modul ini dilengkapi dengan keping memori AT24C32 dengan kapasitas penyimpanan sebesar 32 Kb, berguna untuk menyimpan data. Gambar 11 kotak berwarna coklat menunjukkan tampilan dari modul RTC DS3231. Pemilihan modul RTC dengan tipe ini didasarkan dengan kemampuannya yang cukup handal. Selain itu, kemudahan dalam koneksi dengan Arduino melalui protokol I2C juga menjadi alasan dipilihnya modul RTC DS3231. Pustaka yang banyak memudahkan pemrograman modul RTC ini.

3.3.5 Modul GPRS SIM900

Modul ini mendukung komunikasi dual band pada frekuensi 900 1800 MHz GSM900 dan GSM1800 sehingga fleksibel untuk digunakan bersama kartu SIM dari berbagai operator telepon seluler di Indonesia. Operator GSM yang beroperasi di frekuensi dual band 900 MHz dan 1800 MHz sekaligus. Gambar 11 kotak berwarna kuning menunjukkan tampilan modul GPRS SIM900. Spesifikasi SIM900: a. GPRS multi-slot class 108, kecepatan transmisi hingga 85.6 kbps downlink b. GPRS mobile station class B c. Class 4 2 W 900 MHz d. Class 1 1 W 1800MHz e. SMS Short Messaging Service f. MMS Multimedia Messaging Service g. Pengendalian lewat perintah AT Command h. Rentang catu daya antara 7 Volt hingga 12 Volt DC i. Konsumsi arus sebesar 1 mA pada mode tidur sleep mode j. Rentang suhu operasional: -40 °C hingga +85 °C k. Tingkat tegangan TTL, didukung dengan 3.3V and 5V Pemilihan SIM900 didasarkan pada fiturnya yang sesuai dengan kebutuhan sistem absensi dan kemudahan dalam koneksi dengan Arduino UNO selaku pusat kontrol dalam sistem yang dirancang. Selain itu, penggunaan AT command dan dukungan pustaka yang luas yang juga memudahkan dalam pemrograman perangkat.

3.4 Perancangan Perangkat Keras

Pada perancangan Smart Power Meter menggunakan perangkat keras berupa Arduino UNO, modul RTC Real Time Clock DS3231, Modul GPRS SIM900, sensor CT Current