BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Umum
Pada Bab 3 ini dilakukan perancangan Smart Power Meter yang terintegrasi dengan website melalui teknologi GPRS dengan tahap-tahap sebagai berikut :
a. Membuat model sistem
Pada tahap ini dilakukan pembuatan model sistem Smart Power Meter sehingga didapatkan gambaran kebutuhan sistem yang akan dirancang, baik secara perangkat keras
maupun perangkat lunak. b.
Kebutuhan sistem rancangan Pada tahap ini dilakukan pemilihan perangkat yang sesuai dengan kebutuhan sistem
Smart Power Meter yang dirancang. c.
Perancangan perangkat keras Pada tahap ini dilakukan pengintegrasian perangkat-perangkat keras yang digunakan
pada perancangan. Perancangan perangkat ini terpusat pada Arduio sebagai kontroler. d.
Perancangan perangkat lunak Pada tahap ini dilakukan pembuatan program terhadap perangkat keras yang dirancang
3.2 Deskripsi Sistem Smart Power Meter
Pada Tugas Akhir ini dirancang sebuah perangkat penghitung daya listrik yang terintegrasi dengan website melalui teknologi GPRS. Perangkat akan menghitung arus dan
tegangan dan memperoleh data keluaran berupa daya dan faktor daya. Pada sistem juga terdapat Modul RTC sebagai pewaktu pada sistem. Gambar 10 menunjukkan diagram blok
sistem yang dirancang.
Gambar 10
Diagram Blok Sistem Pada saat sistem dimulai, Sensor CT Current Transformator dan PT Potentian
Transformator akan mengirim data arus dan tegangan yang telah dibaca menuju Arduino. Proses pembacaan dilakukan terus menerus. Data-data tersebut akan diolah oleh Arduino
sehingga diperoleh hasil pengukuran daya listrik. Kemudian Arduino akan meminta nilai waktu saat ini kepada RTC Real Time Clock. Jika waktu pembacaan telah mencapai 10 menit,
Arduino akan mengirim data-data yang telah dibaca oleh sensor dan data pengolahan ke website melalui Modul GPRS.
3.3 Kebutuhan Sistem Rancangan
Pada subbab 3.2 dijelaskan bahwa perancangan Smart Power Meter membutuhkan perangkat keras yang terdiri dari Arduino, modul GPRS, sensor CT Current Transformator,
sensor PT Potential Transformator, dan modul RTC. Maka, dibutuhkan pemilihan tipe perangkat yang sesuai dengan kebutuhan sistem yang dirancang.
Gambar 11 Sistem Rancangan Keseluruhan Tampak Atas
Gambar 12 Sistem Rancangan Keseluruhan Tampak Samping
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
Transformator, dan sensor PT Potential Transformator. Gambar 15 menunjukkan rangkaian skematik dari perangkat keras secara keseluruhan.
Gambar 15
Rangkaian Skematik Smart Power Meter
Berikut adalah penjelasan rangkaian gambar 15 : 1.
Arduino UNO bertugas sebagai pusat kontrol sistem yang akan mengolah data. Arduino UNO mendapat catuan daya melalui Adapter 9V.
2. Modul RTC DS3231 berkomunikasi dengan Arduino UNO dengan protocol I2C Inter-
Intergrated Circuit. Protokol ini menggunakan dua buah pin, yaitu SCK dan SDA. Pada Arduino UNO, protokol ini terletak pada pin A4 dan A5. Pin VCC pada modul ini
dihubungkan dengan 5V pada board Arduino UNO. Sedangkan pin GND dihubungkan ke pin GND pada board Arduino UNO.
3. Modul GPRS SIM900 berkomunikasi secara serial dengan Arduino UNO. Akan tetapi,
modul ini tidak terhubung dengan hardware serial dari Arduino UNO, melainkan secara software serial. Pin-pin yang digunakan pada modul ini yaitu pin TX dan pin RX. Pin-
pin tersebut terhubung ke pin 6 dan pin 7 pada Arduino UNO. Sama seperti sebelumnya, pin VCC dan GND terhubung ke pin 5V dan pin GND pada Arduino
UNO. 4.
Sensor CT terhubung ke Arduino UNO sebagai input. Pin yang digunakan untuk sensor CT yaitu pin A2, karena keluaran dari sensor CT yaitu berupa sinyal analog.
5. Seperti halnya sensor CT, Sensor PT juga terhubung ke Arduino UNO sebagai input.
Pin yang digunakan untuk sensor PT yaitu pin A1.
3.5 Perancangan Perangkat Lunak
Kategori