Komponen yang digunakan Implementasi Rangkaian ATMega328

BAB III ANALISIS DAN PERANCANGAN

3.1 Komponen yang digunakan

Dalam perancangan alat penghitung energi listrik terdapat beberapa peralatan dan komponen yang digunakan. Peralatan digunakan untuk membuat papan PCB dan dihubungkan ke Raspberry Pi. Komponen ini digunakan untuk membangun sirkuit utama dan sensor. Berikut adalah tabel rincian dari peralatan dan komponen yang digunakan. Tabel 3.1 Tabel peralatan yang digunakan Nama Alat Fungsi Bor Listrik Untuk melubangi papan PCB Solder dan timah Soldering Cutter Memotong kaki komponen Penggaris Alat ukur Obeng Memasang dan membuka baut komponen Multitester Digital Pengukuran satuan listrik Glue Gun Pengeleman Komponen Timah Menempelkan komponen pada papan PCB Tabel 3.2 Rincian Komponen Elektronik Nama Spesifikasi Keterangan Raspberry Pi Model B MasterPengendali utama kerja alat Board Mikrokontroler Arduino PCB Tempat pengendali komponen dan sensor arus listrik Mikrokontroller ATMega328 SlavePengendali kerja komponen dan sensor arus Sensor AC Current Sensor SCT- 013 Sensor daya listrik Power Supply 5 volt, 2 Ampere Menghidupkan alat dan komponen Power Line Communication TP-LINK TL-PA4010P Mengubah jalur listrik menjadi jalur data dan suara LCD 2x16 Menampilkan nilai arus listrik Memory Card MicroSD Menyimpan database perhitungan daya listrik Komponen pasif Kapasitor, resistor, kristal, LED Komponen sirkuit Pin Konektor Male 1x40 Konektor Male 2x40 Konektor Female 1x40 Konektor Logic level Converter Bi-directional Menghubungkan 2 tegangan listrik yang berbeda Kabel LAN 2 buah Menghubungkan alat penghitung listrik dan komputer ke PLC

3.2 Analisis

Sebuah sistem yang akan dirancang haruslah dianalisa terlebih dahulu, dipelajari masalah yang akan timbul serta menentukan kebutuhan sistem alat penghitung energi listrik. Perhitungan energi listrik pada KWH analog dengan KWH digital sangat lah berbeda. Setiabudi 2007 mengatakan tipe analog adalah peralatan yang menghitung daya listrik dengan putaran atau rotasi piringan aluminium di KWH meter. Pada KWH meter ini juga terdapat koil yang menghasilkan fluks magnet yang searah dengan arus dan tegangan. Dengan dipasangnya koil ini, maka pada piringan aluminium ini akan terdapat arus eddy yang selanjutnya menghasilkan gaya putar pada piringan aluminium. Putaran aluminium ini selanjutnya menggerakkan counter yang menunjukkan besarnya daya yang digunakan. Sehingga disimpulkan kecepatan piringan aluminium menandakan besarnya daya yang sedang digunakan oleh konsumen. Untuk tipe digital, KWH meter menggunakan rangkaian elektronik sebagai penghitungnya. KWH meter ini menggunakan sensor dan prosesor untuk menghitung daya dengan pemberian parameter seperti tegangan dan arus. Sistem alat penghitung energi listrik yang dirancang adalah sistem yang dapat menghitung pemakaian listrik secara realtime yang disimpan ke dalam database dan ditampilkan melalui sebuah website, sehingga setiap petugas yang ingin melihat pemakain listrik hanya perlu mengakses alamat ip pada alat tersebut. Sistem ini terdiri dari sebuah sensor yang berfungsi mengukur daya pemakaian listrik yang mengalir pada kabel; sebuah lcd berukuran 2x16 berfungsi untuk menampilkan nilai penggunaan daya listrik perdetik; sebuah mikrokontroler ATMega328 yang berfungsi untuk melakukan perhitungan nilai dari sensor daya dan diteruskan ke Raspberry Pi; sebuah mini komputer atau Raspberry Pi yang berfungsi sebagai penyedia memori untuk database dan melakukan perhitungan sehingga hasil yang didapat ditampilkan pada website dalam bentuk grafik; dua buah Power Line Communication yang berfungsi untuk membuat jalur listrik dapat dilalui oleh data dari alat penghitung energi listrik ke komputer maupun sebaliknya. Secara umum hubungan antara komponen utama dapat dilihat pada Gambar 3.1. Gambar 3.1 Hubungan Antara Komponen Utama 3.3 Perancangan Alat Penghitung Energi Listrik Alat penghitung energi listrik yang akan dibangun dirancang agar dapat menghitung secara realtime dan akurat. Ada beberapa hal yang menjadi fokus dalam tahap perancangan alat ini yaitu desain alat penghitung energi listrik, hubungan antar komponen eletronik, dan website.

3.3.1 Desain Alat Penghitung Energi Listrik

Secara umum desain alat penghitung energi listrik terdiri dari 3 bagian, yaitu low level interface, backend processing dan frontend processing. Berikut adalah penjelasan masing-masing bagian tersebut.

3.3.1.1 Low Level Interface

Low level interface merupakan bagian paling pertama dalam penghitungan energi listrik, yaitu mengukur nilai arus yang mengalir pada kabel listrik dan nilai tersebut ditampilkan pada sebuah interface. Low level interface terdiri dari 2 bagian yaitu: a. Sensor arus bolak balik AC Current Sensor Sensor arus bolak balik menggunakan jenis sensor SCT-013. Sensor ini dipakai dengan cara salah satu ujungnya dikaitkan pada kabel listrik dan ujung yang lain dihubungkan pada pin ke 23 pada mikrokontroler ATMega328. Skema rangkaian dan gambar sensor SCT-013 dapat dilihat pada Gambar 3.2 dan Gambar 3.3. Gambar 3.2 Skema Rangkaian Sensor Arus Gambar 3.3 Sensor SCT-013 b. Display LCD Setelah pengolahan data pada backend processing, nilai energi tersebut ditampilkan ke LCD. LCD diperlukan agar petugas yang ingin melihat besaran energi yang diukur tidak selalu melihat dari monitor komputer. Display LCD menggunakan pin D4-D7, E, dan RW yang dihubungkan ke pin D7-D12 pada mikrokontroler ATMega328. Fungsi pin pada display LCD 2x16, ringkasannya diberikan pada Tabel 3.3. Skema dan gambar display LCD 2x16 dapat dilihat pada Gambar 3.4 dan Gambar 3.5. Tabel 3.3 Fungsi Pin Display LCD 2x16 Pin Simbol Nilai Fungsi 1 Vss - Power Supply 0 volt ground 2 VddVcc - Power supply +5 volt 3 Vee - Setting kontras tegangan 4 RS 01 0 : intruksi input 1 : data input 5 RW 01 0 : tulis ke LCD 1 : membaca dari LCD 6 En 01 0 : memberitahu jalur sedang mengirimkan data ke LCD 1 : memberitahu jalur sedang menunggu data yang akan dikirimkan 7 DB0 01 Data pin 0 8 DB1 01 Data pin 1 9 DB2 01 Data pin 2 10 DB3 01 Data pin 3 11 DB4 01 Data pin 4 12 DB5 01 Data pin 5 13 DB6 01 Data pin 6 14 DB7 01 Data pin 7 15 VB+ - Power 5 volt lampu datar 16 VB- - Power 0 volt lampu datar Gambar 3.4 Skema Display LCD 2x16 Gambar 3.5 Display LCD 2x16 3.3.1.2 Backend Processing Backend Processing adalah bagian kedua dalam pembuatan alat penghitung energi listrik dan bagian utama dalam pengolahan data yang diperoleh dari sensor. Ketika sensor mendapat nilai arus listrik, nilai tersebut diterima oleh pin A0 Input Sensor ATMega328. Didalam mikrokontroler ATMega328 terdapat beberapa program diantaranya program pembacaan sensor secara berulang Sensor Routine, menampilkan nilai pada LCD dan program I2C Bus. Hasil pembacaan sensor routine yang berulang-ulang tersebut diolah dan dilanjutkan ke LCD dan frontend processing. Untuk mengirim hasil pengolahan data ke LCD, mikrokontroler ATMega328 menggunakan pin D7-D12 ke pin D4-D7,En,RW pada LCD. Sedangkan pengiriman ke frontend processing, mikrokontroler ATMega328 menggunakan I2C Bus pada pin A4, A5, GND ke pin GPIO 0, GPIO 1, GND pada Raspberry Pi. Skema rangkaian PCB ATMega328 dapat dilihat pada Gambar 3.6. Gambar 3.6 Skema Rangkaian PCB ATMega328 3.3.1.3 Frontend Processing Frontend processing adalah bagian ketiga dalam pembuatan alat penghitung energi listrik. Bagian ini sebagai tempat penyimpanan database, pengolahan data, dan website. Setelah data diterima oleh GPIO 0, GPIO1, dan GND, data tersebut di proses oleh program kemudian disimpan kedalam sebuah memory card dan menampikan hasil data tersebut kedalam sebuah website. Sehingga user ataupun petugas dapat melihat pemakaian energi listrik secara realtime. Pada frontend processing ini hanya ada Raspberry Pi, sebuah mini komputer yang memiliki OS berbasis linux. Raspberry Pi memiliki memory card berjenis MikroSD yang berfungsi untuk menyimpan data base dan website yang akan dibuat. Untuk mengakses website yang disimpan pada memory card, dapat dilakukan dengan mengunjungi alamat IP yang digunakan oleh Raspberry Pi. Adanya Ethernet Port dan pengalamatan IP merupakan salah satu keuntungan dari Raspberry Pi. Gambar Raspberry Pi dapat dilihat pada Gambar 3.7 Gambar 3.7 Raspberry Pi Model B 3.3.2 Hubungan antar Komponen Elektronik Setelah mengetahui bagian-bagian dari desain alat penghitung energi listrik. Dapat digambarkan flowchart dan hubungan masing-masing komponen elektronik seperti pada Gambar 3.8 dan Gambar 3.9 Start Menampilkan halaman login, eksekusi sensor routine dan middle application Arus, TDL, Cos φ = 0,8 Menampilkan web halaman utama, menampilkan nilai watt pada display LCD, Menghitung jumlah watt dan jumlah pemakaian dalam rupiah Start Gambar 3.8 Flowchart Alat Penghitung Energi Listrik Gambar 3.9 Hubungan antar Komponen Elektronik

3.3.3 Perancangan Website

Ketika alamat IP tujuan diakses, Raspberry Pi akan menampilkan website yang ada pada memory card. Website tampil dengan halaman login agar tidak setiap orang bisa melihat atau mengakses alat tersebut. Jika benar memasukkan username dan password, maka website menampilkan halaman utama yang berisi grafik penggunaan listrik perdetik dan jumlah pemakaian listrik. Perancangan website ini terdiri dari 3 bagian yaitu, perancangan halaman login, perancangan halaman utama dan perancangan halaman about.

3.3.3.1 Perancangan Halaman Login

Sebelum masuk ke halaman utama, ada sebuah halaman login yang harus dilalui. Halaman login ini bertujuan untuk membatasimemberi otorisasi bagi siapa saja yang mengakses web tersebut. Setiap melakukan login, inputan username dan password dicocokkan dengan database, jika cocok maka user bisa masuk ke halaman utama. Jika tidak, halaman login akan memberitahu username atau password salah. Rancangan Halaman Login dapat dilihat pada Gambar 3.10 Gambar 3.10 Rancangan Halaman Login Username Password Login

3.3.3.2 Perancangan Halaman Utama

Halaman utama berfungsi untuk menampilkan informasi pemakaian listrik. Halaman ini berisi grafik pemakaian arus listrik perdetik, jumlah energi listrik perjam, jumlah energi listrik perbulan, tombol about dan logout. Rancangan Halaman Utama dilihat pada Gambar 3.11. Gambar 3.11 Rancangan Halaman Utama Logout Selamat Datang Mr. Indra G Penggunaan energi perjam xx.xx Wh Arus Detik Penggunaan energi perbulan xx.xxWH Jumlah yang harus dibayar perbulan Rp. xxx About

3.3.3.3 Perancangan Halaman About

Halaman about berfungsi untuk menampilkan identitas penulis. Halaman ini berisi nama, nim, logo Fakultas Ilmu Kompter dan Teknologi Informasi, program studi, fakultas, universitas, kota, tahun dan tombol kembali. Rancangan Halaman About dilihat pada Gambar 3.12 Gambar 3.12 Rancangan Halaman About Nama NIM Logo Program Studi Fakultas Universitas Kota Tahun

BAB IV IMPLEMENTASI SISTEM

4.1 Implementasi

Implementasi merupakan penerapan analisis dan perancangan sistem menjadi kode pemrograman aplikasi dari sistem. Seluruh komponen dan alat yang telah didefinisikan sebelumnya akan menjadi acuan dalam proses implementasi ini.

4.1.1 Lingkungan Implementasi

Lingkungan implementasi yang akan dijelaskan merupakan lingkungan perangkat keras keras hardware dan perangkat lunak software yang digunakan dalam penulisan skripsi ini. Spesifikasi perangkat keras yang digunakan adalah sebagai berikut : 1. Processor Intel® Core™ i5-3317U 1.7GHz 2. Memory RAM 4 GB 3. Harddisk 500 GB Spesifikasi perangkat lunak yang digunakan adalah sebagai berikut: 1. Operating system Microsoft Windows 8 2. Microsoft Office Word 2007 3. Microsoft Office Visio 2007 4. XAMPP 1.8.3

4.2 Implementasi Rangkaian ATMega328

Implementasi rangkaian ATMega328 dilakukan dengan menggunakan papan PCB. Penggunaan papan PCB lebih menguntungkan dibandingkan dengan protoboard. Hal ini dikarenakan kemungkinan rangkaian terlepas sangat kecil, dimana setiap komponen telah disolder. Adapun tahap-tahap implementasi rangkaian ATMega328 pada papan PCB sebagai berikut : a. Pembuatan layout PCB. Pembuatan layout ini menggunakan software Eagle 5.6. Tahap pertama dari pembuatan layout ini adalah membuat skema rangkaian. Setelah dilakukan pembuatan skema rangkaian, maka selanjutnya dilakukan tahap boarding, yaitu mengubah skema menjadi board atau layout PCB. b. Pencetakan layout PCB. Pada tahap ini dilakukan pemindaian layout. Setelah pemindaian selesai, baru layout dapat dicetak pada kertas. Gambar layout PCB yang dicetak pada kertas dapat dilihat pada Gambar 3.6. Setelah layout dicetak, kemudian untuk melakukan tahap sablon makan layout harus difotokopi pada kertas foto. c. Tahap penyablonan. Layout hasil fotokopi disablonkan ke papan PCB. Dengan cara menempelkan kertas layout pada papan PCB, kemudian di press dan dipanaskan dengan setrika listrik d. Tahap pelarutan PCB menggunakan ferri cloride FeCl 3 . PCB dimasukkan ke dalam larutan FeCl 3 hingga seluruh tembaga melebur. Setelah seluruh tembaga melebur maka papan PCB dibersihkan. e. Tahap pengeboran PCB. Tahap ini bertujuan menyediakan lubang untuk penyolderan komponen elektronik. f. Tahap penempatan dan penyolderan komponen. Tahap ini dilakukan penempatan dan penyolderan komponen pada papan PCB. g. Tahap pengujian. Tahap akhir dilakukan pengujian rangkaian dan koneksi antar komponen, pengujian ini dibantu dengan menggunakan multitester digital. Papan PCB ATMega328 yang sudah terpasang dengan komponen lainnya dapat dilihat pada Gambar 4.1 Gambar 4.1 Papan PCB ATMega328 4.3 Implementasi Raspberry Pi dan PCB ATMega328 Untuk menghubungkan Raspberry Pi dengan PCB ATMega328, Raspberry Pi haruslah memiliki Operating System OS terlebih dahulu. OS yang digunakan adalah Raspbian. OS tersebut diinstal kedalam memory card yang ada pada Raspberry Pi. Adapun langkah-langkah untuk menginstal OS kedalam memory card sebagai berikut: 1. Download Raspbian pada link berikut : http:director.downloads.raspberrypi.orgraspbianimagesraspbian-2014-06- 222014-06-20-wheezy-raspbian.zip 2. Unzipekstrak file OS tersebut. 3. Temukan file yang berekstensi .img File .img inilah yang akan diinstal kedalam memory card. 4. Download software Win32DiskImager pada link berikut : https:launchpad.netwin32-image-writer+download, ekstrak file tersebut. 5. Masukkan memory card yang akan diinstal ke card reader 6. Jalankan program Win32DiskImager.exe. Seperti pada Gambar 4.2 Gambar 4.2 Software Win32DiskImager 7. Jika memory card tidak langsung ditemukan, klik menu drop down device dan pilih memory card. 8. Pada box image file, cari dan pilih file Raspbian yang berekstensi .img. seperti pada Gambar 4.3. Gambar 4.3 Pemilihan File .img di Win32DiskImager 9. Klik write. 10. Tunggu beberapa saat dan memory card sudah terinstal OS. 11. Masukkan memory card ke Raspberry Pi, tunggu beberapa saat dan Raspberry Pi sudah bisa digunakan. Setelah Raspberry Pi dapat berjalan, middle application diinstal ke memory card. Middle application ini sebuah program yang berfungsi untuk menjalankan I2C Bus antara Raspberry Pi dengan ATMega328. Protokol komunikasi I2C Bus menggunakan penamaan Master Controller dan Slave Controller. Master Controller ditujukan untuk Raspberry Pi, karena Raspberry Pi meminta data arus listrik kepada ATMega328 yang sedang terhubung dengan sensor arus dan Raspberry Pi juga menyuruh ATMega328 untuk mengirim nilai energi listrik ke display LCD. Dan sebagai Slave Controller adalah ATMega328. Hubungan protokol komunikasi I2C Bus ini terjadi pada pin 3 GPIO 0 : I2C-SDA dan pin 5 GPIO 1 : I2C-SDL Raspberry Pi dengan pin A4 I2C-SDA dan pin A5 I2C-SDL pada ATMega328. Middle application ini juga menyimpan data-data yang telah diminta ke dalam memory card. Implementasi Raspberry Pi dan PCB ATMega328 dapat dilihat pada Gambar 4.4. Gambar 4.4 Raspberry Pi dan PCB ATMega328

4.4 Implementasi Sensor Arus