Perancangan Alat Penghitung Energi Listrik Berbasis Digital Menggunakan Kwh Meter Dan Plc
SKRIPSI
INDRA GUNAWAN DONGORAN
071401080
PROGRAM STUDI S1 ILMU KOMPUTER
FAKULTAS ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
(2)
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh ijazah Sarjana Ilmu Komputer
INDRA GUNAWAN DONGORAN 071401080
PROGRAM STUDI S1 ILMU KOMPUTER
FAKULTAS ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2015
(3)
PERSETUJUAN
Judul : PERANCANGAN ALAT PENGHITUNG ENERGI
LISTRIK BERBASIS DIGITAL MENGGUNAKAN KWH METER DAN PLC
Kategori : SKRIPSI
Nama : INDRA GUNAWAN DONGORAN
Nomor Induk Mahasiswa : 071401080
Program Studi : SARJANA (S1) ILMU KOMPUTER
Fakultas : ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI
INFORMASI Diluluskan di
Medan, 16 April 2015 Komisi Pembimbing :
Pembimbing 2 Pembimbing 1
Sajadin Sembiring, S.Si, M.Comp.Sc Prof. Dr. Opim Salim Sitompul, M.Sc NIP. 196206242006041015 NIP. 196108171987011001
Diketahui/Disetujui oleh
Program Studi S1 Ilmu Komputer Ketua,
Dr. Poltak Sihombing, M.Kom NIP.196203171991031001
(4)
PERNYATAAN
PERANCANGAN ALAT PENGHITUNG ENERGI LISTRIK BERBASIS DIGITAL MENGGUNAKAN KWH METER DAN PLC
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing telah disebutkan sumbernya.
Medan, 16 April 2015
Indra Gunawan Dongoran 071401080
(5)
PENGHARGAAN
Puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga Penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini, sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Komputer pada Program Studi S1 Ilmu Komputer Universitas Sumatera Utara.
Penulis ingin menyampaikan rasa hormat dan terima kasih yang sebesar– besarnya kepada :
1. Bapak Prof. Dr. Muhammad Zarlis selaku Dekan Fakultas Ilmu Komputer dan Teknologi Informasi Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Dr. Poltak Sihombing, M.Kom selaku Ketua Program Studi S1 Ilmu Komputer Universitas Sumatera Utara dan Dosen Pembanding I yang telah memberikan kritik dan saran dalam penyempurnaan skripsi ini.
3. Ibu Maya Silvi Lydia, B.Sc, M.Sc selaku Sekretaris Program Studi S1 Ilmu Komputer Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Prof. Dr. Opim Salim Sitompul, M.Sc selaku Dosen Pembimbing I yang telah memberikan bimbingan, saran, dan masukan kepada penulis dalam pengerjaan skripsi ini.
5. Bapak Sajadin Sembiring, S.Si, M.Comp.Sc selaku Dosen Pembimbing II yang dengan sabar telah memberikan bimbingan, saran, dan masukan kepada penulis dalam pengerjaan skripsi ini.
6. Bapak Syahriol Sitorus, S.Si, MIT selaku Dosen Pembanding II yang dengan sabar telah memberikan bimbingan, saran, dan masukan kepada penulis dalam pengerjaan skripsi ini.
7. Pembantu Dekan Fakultas Ilmu Komputer dan Teknologi Informasi Universitas Sumatera Utara, seluruh tenaga pengajar serta pegawai di Program Studi S1 Ilmu Komputer Fasilkom-TI USU.
8. Ayahanda alm. H. Luddin Dongoran dan Ibunda Hj. Luminda Harahap yang selalu memberikan doa dan dukungan serta kasih sayang kepada penulis, serta abang/kakak tersayang Ahmad Suhaely Dongoran, S.P., Faisal Rahman Dongoran, S.P., M.Sc., Nurjannah Dongoran, S.P., Evi Syahroni Dongoran,
(6)
S.P yang terus memberikan dukungan dan dorongan bagi penulis untuk menyelesaikan skripsi ini.
9. Teman-teman terdekat, terutama Ardiansyah Hsb, Subardi Wansyah, Berki Rahmat,Yogi Aditya P, Nico Junari, Kalsum Mustika Nst, Reza Affandi Hsb dan Yoga Nugraha Wakamenta atas semangat dan dorongannya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Dan juga untuk teman-teman seangkatan 2007 lainnya yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
10.Dan semua pihak yang telah banyak membantu yang tidak bisa disebutkan satu-persatu.
Semoga semua kebaikan, bantuan, perhatian, serta dukungan yang telah diberikan kepada penulis mendapatkan pahala yang melimpah dari Allah SWT.
Medan, 16 April 2015
(7)
PERANCANGAN ALAT PENGHITUNG ENERGI LISTRIK BERBASIS DIGITAL MENGGUNAKAN KWH METER DAN PLC
ABSTRAK
Salah satu masalah yang dihadapi oleh konsumen listrik adalah kesalahan pencatatan listrik yang mengakibatkan pembayaran tidak sesuai dengan pemakaian listrik. Pada saat ini sudah banyak teknologi yang digunakan untuk mengatasi masalah tersebut. Penggabungan KWH Meter dan Power Line Communication (PLC) merupakan salah satu solusi teknologi untuk mengurangi kesalahan pencatatan listrik. Manfaat yang diperoleh dari penggabungan teknologi ini mampu membaca dan menghitung pemakaian listrik tanpa merubah jaringan listrik itu sendiri. PLC melakukan pengiriman data hanya melalui kabel listrik. Alat ini dapat membantu petugas pencatat listrik sehingga mengurangi kesalahan pencatatan dan konsumen juga dapat mengetahui penggunaan listrik yang dipakai secara realtime. Untuk mempermudah petugas dalam pengambilan data jumlah pemakaian listrik, dibuat sebuah website yang dapat diakses dari mana saja.
Kata Kunci : Mikrokontroler, KWH meter, ATMega328, Raspberry Pi, Sensor Arus,
(8)
DESIGN OF ELECTRICAL ENERGY CALCULATION TOOL DIGITAL BASED USES KWH METER AND PLC
ABSTRACT
One of the problems faced by consumers of electricity are electrical recording errors that result in payment is not in accordance with the power consumption. At this time have a lot of technology that is used to resolve the issue. Merger KWH Meter and
Power Line Communication (PLC) is one of the technological solutions to reduce electrical recording errors. The benefits derived from the incorporation of this technology is able to read and calculate the power consumption without changing the power grid itself. PLC perform only data transmission through power lines. This tool can assist the registrar of electricity, thereby reducing recording errors and consumers can also find the use of electricity used in realtime. To facilitate data retrieval officer in the amount of electricity consumption, created a website that can be accessed from anywhere.
Keywords: Microcontroller, KWH meters, ATmega328, Raspberry Pi, Current Sensors, Power Line Communication, All Files
(9)
DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuan ii
Pernyataan iii
Penghargaan iv
Abstrak vi
Abstract vii
Daftar Isi viii
Daftar Tabel x
Daftar Gambar xi
Bab I Pendahuluan
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Rumusan Masalah 2
1.3 Batasan Masalah 2
1.4 Tujuan Penelitian 3
1.5 Manfaat Penelitian 3
1.6 Metode Penelitian 3
1.7 Sistematika Penulisan 4
Bab II Landasan Teori
2.1 Listrik 5
2.1.1 Daya Listrik 5
2.1.2 Biaya Pemakaian Listrik 8
2.2 Power Line Communication (PLC) 8
2.2.1 Arsitektur Jaringan Power Line Communication 9
2.2.1.1 PLC Access Network 10
2.2.1.2 PLC Home Networking 10
2.2.2 Kendala Power Line Communication (PLC) 11
2.2.2.1 Noise 11
2.2.2.2 Distortion 12
2.2.2.3 Attenuation 12
2.2.2.4 Disturbance 12
2.2.3 Metode Modulasi 12
2.2.4 Kelebihan PLC 14
2.3 Raspberry Pi 15
2.3.1 Sejarah Raspberry Pi 15
2.3.2 Komponen Pada Raspberry Pi 16
2.4 Mikrokontroler 19
2.4.1 Fitur AVR ATMega328 20
2.4.2 Konfigurasi Pin ATMega328 22
2.5 Protokol Komunikasi I2C 24
(10)
2.61 Hukum Biot-Savart 27 Bab III Analisis dan Perancangan
3.1 Komponen yang digunakan 29
3.2 Analisis 31
3.3 Perancangan Alat Penghitung Energi Listrik 32 3.3.1 Desain Alat Penghitung Energi Listrik 32
3.3.1.1 Low Level Interface 32
3.3.1.2 Backend Processing 35
3.3.1.3 Frontend Processing 36
3.3.2 Hubungan antar Komponen Elektronik 37
3.3.3 Perancangan Website 39
3.3.3.1 Perancangan Halaman Login 39
3.3.3.2 Perancangan Halaman Utama 40
3.3.3.3 Perancangan Halaman About 41
Bab IV Implementasi Sistem
4.1 Implementasi 42
4.1.1 Lingkungan Implementasi 42
4.2 Implementasi Rangkaian ATMega328 43
4.3 Implementasi Raspberry Pi dan PCB ATMega328 44
4.4 Implementasi Sensor Arus 46
4.5 Implementasi Display LCD 47
4.6 Implementasi Website 48
4.7 Implementasi Power Line Communication (PLC) 50 Bab V Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan 52
5.2 Saran 52
Daftar Pustaka 53
(11)
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1 Tarif Tenaga Listrik Untuk Keperluan Rumah Tangga 8
Tabel 2.3 LED Indikator 17
Tabel 3.1 Tabel Peralatan yang Digunakan 29
Tabel 3.2 Rincian Komponen Elektronik 30
(12)
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1.2 Segitiga Daya Listrik 6
Gambar 2.2 Ilustrasi Arsitektur Jaringan PLC 10
Gambar 2.3 Raspberry Pi 15
Gambar 2.3.2 (a) Bagian Atas Raspberry Pi, (b) Bagian Bawah Raspberry Pi 18
Gambar 2.4.1 Arsitektur ATMega328 22
Gambar 2.4.2 Konfigurasi Pin ATMega328 24
Gambar 2.6.1 Medan Magnet di sekitar Kawat Lurus 27
Gambar 3.1 Hubungan Antara Komponen Utama 32
Gambar 3.2 Skema Rangkaian Sensor Arus 33
Gambar 3.3 Sensor SCT-013 33
Gambar 3.4 Skema Display LCD 2x16 35
Gambar 3.5 Display LCD 2x16 35
Gambar 3.6 Skema Rangkaian PCB ATMega328 36
Gambar 3.7 Raspberry Pi Model B 37
Gambar 3.8 Flowchart Alat Penghitung Energi Listrik 37
Gambar 3.9 Hubugan antar Komponen Elektronik 38
Gambar 3.10 Rancangan Halaman Login 39
Gambar 3.11 Rancangan Halaman Utama 40
Gambar 3.12 Rancangan Halaman About 41
Gambar 4.1 Papan PCB ATMega328 44
Gambar 4.2 Software Win32DiskImager 45
Gambar 4.3 Pemilihan File .img di Win32DiskImager 45
Gambar 4.4 Raspberry Pi dan PCB ATMega328 46
Gambar 4.5 Implementasi Sensor Arus 47
Gambar 4.6 Display LCD sebelum penggabungan dengan PCB ATMega328 47 Gambar 4.7 Display LCD setelah penggabungan dengan PCB ATMega328
dan Raspberry Pi 48
Gambar 4.8 Implementasi Halaman Login 48
Gambar 4.9 Implementasi Halaman Utama 49
Gambar 4.10 2 Buah Power Line Communication 50
Gambar 4.11 Alat Penghitung Energi Listrik Terhubung dengan PLC 51
(13)
PERANCANGAN ALAT PENGHITUNG ENERGI LISTRIK BERBASIS DIGITAL MENGGUNAKAN KWH METER DAN PLC
ABSTRAK
Salah satu masalah yang dihadapi oleh konsumen listrik adalah kesalahan pencatatan listrik yang mengakibatkan pembayaran tidak sesuai dengan pemakaian listrik. Pada saat ini sudah banyak teknologi yang digunakan untuk mengatasi masalah tersebut. Penggabungan KWH Meter dan Power Line Communication (PLC) merupakan salah satu solusi teknologi untuk mengurangi kesalahan pencatatan listrik. Manfaat yang diperoleh dari penggabungan teknologi ini mampu membaca dan menghitung pemakaian listrik tanpa merubah jaringan listrik itu sendiri. PLC melakukan pengiriman data hanya melalui kabel listrik. Alat ini dapat membantu petugas pencatat listrik sehingga mengurangi kesalahan pencatatan dan konsumen juga dapat mengetahui penggunaan listrik yang dipakai secara realtime. Untuk mempermudah petugas dalam pengambilan data jumlah pemakaian listrik, dibuat sebuah website yang dapat diakses dari mana saja.
Kata Kunci : Mikrokontroler, KWH meter, ATMega328, Raspberry Pi, Sensor Arus,
(14)
DESIGN OF ELECTRICAL ENERGY CALCULATION TOOL DIGITAL BASED USES KWH METER AND PLC
ABSTRACT
One of the problems faced by consumers of electricity are electrical recording errors that result in payment is not in accordance with the power consumption. At this time have a lot of technology that is used to resolve the issue. Merger KWH Meter and
Power Line Communication (PLC) is one of the technological solutions to reduce electrical recording errors. The benefits derived from the incorporation of this technology is able to read and calculate the power consumption without changing the power grid itself. PLC perform only data transmission through power lines. This tool can assist the registrar of electricity, thereby reducing recording errors and consumers can also find the use of electricity used in realtime. To facilitate data retrieval officer in the amount of electricity consumption, created a website that can be accessed from anywhere.
Keywords: Microcontroller, KWH meters, ATmega328, Raspberry Pi, Current Sensors, Power Line Communication, All Files
(15)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Dewasa ini, kemajuan teknologi semakin cepat dan canggih. Hal ini sangat membantu manusia dalam memenuhi kebutuhan di zaman modern seperti saat ini. Kemajuan ini juga berdampak pada penggunaan listrik yang sangat tinggi karena peralatan listrik di rumah-rumah akan mengkonsumsi energi listrik. Untuk mengetahui besarnya pemakaian listrik dapat menggunakan alat yaitu KWH (Kilo Watt Hour) meter.
KWH meter adalah alat ukur untuk menghitung dan mengetahui jumlah pemakaian energi listrik yang biasa dipakai baik di lingkungan perumahan, perkantoran maupun industri. Dalam perkembangannya KWH meter selain menggunakan sistem analog (listrik pascabayar) juga menggunakan sistem digital (listrik prabayar).
Pada listrik prabayar, konsumen harus mengeluarkan uang atau membayar dulu energi listrik yang akan dikonsumsinya (PLN, 2012). Pelanggan tinggal membeli pulsa listrik dengan nominal tertentu, masukkan kode token pada meteran, dan setrum listrik pun akan bertambah. Namun, banyak yang kalangan yang masih enggan menggunakan listrik tipe ini. Karena salah satu kelemahan penggunaan layanan listrik prabayar adalah listrik akan mati secara otomatis ketika pulsa habis sehingga konsumen harus sering memantau sisa pulsa (Ahmad, 2013).
Pada listrik pascabayar, konsumen hanya perlu membayar listrik sebesar penggunaannya dan membayar tagihan pada tanggal yang sudah di tetapkan PLN. Konsumen masih suka dengan cara seperti itu. Konsumen tidak perlu direpotkan untuk mengisi ulang token. Bagi PLN, listrik pascabayar ini berpeluang merugikan
(16)
mereka. Diantaranya memodifikasi KWH meter agar menjadi lambat putarannya, bahkan merubah/menggandakan jalur listrik yang berada di atas plafon.
Dari sisi konsumen, listrik pascabayar juga dapat merugikan mereka dikarenakan sistem pencatatan yang masih manual sehingga kemungkinan terjadinya kesalahan penghitungan cukup.
Dengan melihat kerugian di atas, penulis membuat sebuah alat yang dapat menghitung energi listrik pemakaian konsumen secara keseluruhan dengan menggunakan mikrokontroler ATMega328, Raspberry Pi dan kabel listrik sebagai pengiriman data ke komputer tanpa merubah KWH meter dan jaringan listrik di rumah. Untuk menampilkan hasil perhitungan tersebut penulis juga membuat aplikasi antarmuka berbasis web sehingga memudahkan penulis dalam menganalisa data pemakaian listrik konsumen.
Dengan latar belakang tersebut, penulis tertarik untuk melakukan penelitian dengan judul “Perancangan Alat Penghitung Energi Listrik Berbasis Digital Menggunakan KWH Meter dan PLC”.
1.2Rumusan Masalah
Masalah yang dibahas dalam penelitian ini adalah mengapa konsumen tidak mendapatkan jumlah pemakaian listrik yang akurat dan dapat dipercaya, serta bagaimana alat penghitung energi listrik ini bekerja tanpa merubah sistem jaringan listrik yang telah ada.
1.3Batasan Masalah
Ruang lingkup penelitian ini dibatasi pada :
1. Pemakaian energi listrik pada rumah tangga
2. Alat ini dapat dipakai listrik 3 fasa dan diujikan pada listrik 1 fasa 3. Alat ini dipasang pada tiang listrik
4. Satu alat hanya untuk satu rumah.
5. Tidak membahas bagaimana data pemakaian listrik dilanjutkan oleh router
(17)
6. Penelitian ini tidak membahas perancangan PLC
1.4Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah merancang alat penghitung energi listrik berbasis digital dengan penerapan gabungan dua teknologi KWH meter dan Power Line Communication. Untuk menampilkan hasil output perhitungan energi listrik penulis membuat aplikasi antarmuka berbasis web.
1.5Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Membantu petugas PLN dalam pencatatan meteran listrik sehingga tidak harus berkeliling ke rumah-rumah pelanggan lagi.
2. Salah satu alternatif pilihan bagi konsumen yang tidak ingin menggunakan listrik prabayar.
3. Meningkatkan kepercayaan konsumen terhadap PLN.
1.6Metode Penelitian
Metodologi penelitian yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Studi Literatur
Melakukan studi kepustakaan melaui hasil penelitian berupa buku, jurnal, dan artikel-artikel yang relevan, serta mempelajari lebih dalam teori-teori tentang listrik, Power Line Communication (PLC) dan mikrokontroller.
2. Pengumpulan Data
Tahapan selanjutnya yaitu pengumpulan data yang berhubungan dengan penelitian.
3. Analisis dan Perancangan Sistem
Melakukan analisis terhadap masalah yang ada untuk mendapatkan solusi dari masalah tersebut dan membuat perancangan Alat Ukur Pemakaian Listrik.
(18)
1.7Sistematika Penulisan
Sistematika dalam penulisan tugas akhir ini adalah :
BAB 1 PENDAHULUAN
Pada bab ini berisi tentang latar belakang masalah dari penelitian yang akan dilakukan beserta batasannya, tujuan dan manfaat penelitian, metodologi penelitian dan sistematika penulisan tugas akhir ini.
BAB 2 LANDASAN TEORI
Bab ini berisi tentang beberapa teori yang mendukung penelitian akan dibahas pada bab ini. Teori yang dibahas seperti Listrik, Power Line Communication, Mikrokontroler ATMega328, Raspberry Pi, dan I2C Communication Protocol.
BAB 3 ANALISIS DAN PERANCANGAN
Bab ini merupakan perancangan sistem KWH meter digital yang akan dibangun dengan menganalisa dan setiap komponen sistem yaitu KWH meter, mikrokontroler,
Power Line Communication dan aplikasi antarmuka hasil pemakaian listrik.
BAB 4 IMPLEMENTASI SISTEM
Bab ini merupakan implementasi secara nyata dari sistem yang telah dirancang sebelumnya, dalam bentuk hardware (KWH meter digital dan Power Line Communication) dan software (aplikasi antarmuka hasil pemakaian listrik).
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi kesimpulan hasil penelitian berupa solusi dari masalah yang dibahas dalam penelitian. Bab ini juga berisikan saran untuk penelitian kedepannya agar dapat dikembangkan atau melanjutkan penelitian yang berkaitan dengan masalah yang diteliti.
(19)
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Listrik
Listrik merupakan suatu muatan yang terdiri dari muatan positif dan muatan negatif, dimana sebuah benda akan dikatakan memiliki energi listrik apabila suatu benda itu mempunyai perbedaan jumlah muatan. Energi listrik banyak di gunakan untuk berbagai peralatan atau mesin. Energi listrik tidak dapat dilihat secara langsung namun dampak atau akibat dari energy listrik dapat dilihat seperti sinar atau cahaya bola lampu.
Satuan-satuan listrik yang paling umum kita gunakan sehari-hari adalah (ILR,2011) :
Tegangan listrik (voltage) dalam satuan volt (V)
Arus listrik (current) dalam satuan ampere (A)
Frekuensi (frequency) dalam satuan Hertz (Hz)
Daya listrik (power) dalam satuan watt (W) atau volt-ampere (VA) dan energi listrik dalam satuan watt-hour (Wh) atau kilowatt-hour (kWh).
2.1.1 Daya Listrik
Untuk menghitung pemakaian listrik dapat dihitung dari daya listrik. Daya listrik merupakan jumlah energi yang digunakan untuk melakukan kerja atau usaha. Dalam sistem listrik arus bolak-balik, dikenal 3 jenis daya yaitu :
Daya Nyata ( simbol : S ; satuan : VA (Volt Ampere))
(20)
Daya Reaktif (simbol :Q ; satuan : VAR (Volt Ampere Reaktif))
Daya Aktif adalah daya yang digunakan untuk energi kerja sebenarnya. Daya inilah yang dikonversikan menjadi energi tenaga (mekanik), cahaya atau panas. Satuan daya aktif adalah watt.
Daya Reaktif adalah daya yang digunakan untuk pembangkitan fluks magnetik atau medan magnet. Satuannya adalah VAR. contoh peralatan listrik yang memerukan daya reaktif adalah motor listrik atau dinamo, trafo, ballast lampu konvensional dan peralatan listrik lain yang menggunakan proses induksi listrik lilitan untuk operasinya.
Daya Nyata dengan satuan VA adalah total perkalian antara arus dan tegangan pada suatu jaringan listrik atau penjumlahan dengan metode trigonometri dari daya aktif dan reaktif dalam segitiga daya.
Hubungan antara ketiga jenis daya ini dapat dilihat pada Gambar 2.1.2.
Gambar 2.1.2 Segitiga Daya Listrik
Sumber : ILR, 2012
Dengan melihat hubungan ketiga daya tersebut. Rumus untuk daya nyata adalah perkalian antara arus dan tegangan, yaitu :
(21)
Dimana :
S = Daya Nyata (VA)
V = Voltage/Tegangan (Volt) I = Arus (Ampere)
Sedangkan hubungan antara daya nyata dan daya aktif dapat dihitung dengan rumus trigonometri sebagai berikut :
Cos
φ
=
�
/
�
�
=
�
�
Cos
φ
P = V x I x Cos
φ
Rumus untuk daya aktif adalah :P = V x I x cos
φ
Dimana :P = Daya Aktif (watt) V = Tegangan (volt) I = Arus (ampere) Cos φ = Faktor daya
Faktor daya yang dinotasikan sebagai cos φ didefinisikan sebagai perbandingan antara arus yang dapat menghasilkan kerja didalam suatu rangkaian terhadap arus total yang masuk kedalam rangkaian atau dapat dikatakan sebagai perbandingan daya aktif (kW) dan daya semu (kVA). Daya reaktif yang tinggi akan meningkatkan sudut ini dan sebagai hasilnya faktor daya akan menjadi lebih rendah. Nilai cos φ yang digunakan PLN adalah sebesar 0.8.
(22)
2.1.2 Biaya pemakaian listrik
Biaya listirk sangat tergantung dari jumlah pemakaian listrik (industri, bisnis, sosial, dan rumah tangga). Berdasarkan Peraturan Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral Nomor 31 Tahun 2014, tarif tenaga listrik yang disediakan oleh perusahaan perseroan (PERSERO) PT. Perusahaan Listri Negara sebagaimana terlihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Tarif Tenaga Listrik Untuk Keperluan Rumah Tangga Berlaku Mulai Januari 2015
No. Gol.
Tarif Batas Daya
Reguler Pra Bayar (Rp/kWh) Biaya Beban (Rp/kVa/bulan) Biaya Pemakaian (Rp/kWh)
1. R-1/TR s.d 450 VA 11.000 Blok I : 0 s.d. 30 kWh : 169 Blok II : di atas 30 kWh
s.d. 60 kWh : 360 Blok III : di atas 60 kWh : 495
415
2. R-1/TR 900 VA 20.000 Blok I : 0 s.d. 20 kWh : 275 Blok II : di atas 20 kWh
s.d. 60 kWh : 445 Blok III : di atas 60 kWh : 495
605
3. R-1/TR 1.300 VA *) 1.496,05 1.496,05 4. R-1/TR 2.200 VA *) 1.496,05 1.496,05 5. R-2/TR 3.500 s.d
5.500 VA
*)
1.496,05 1.496,05 6. R-3/TR 6.600 VA
keatas
**) 1.496,05 1.496,05
Sumber : PLN, 2015 Catatan :
*) Ditetapkan Rekening Minimum (RM) :
RM1 = 40 (Jam Nyala) x Daya Tersambung (kVA) x Biaya Pemakaian Jam Nyala : kWh per bulan dibagi dengan kVA tersambung.
2.2 Power Line Communication (PLC)
Power Line Communication (PLC) merupakan teknologi yang menggunakan koneksi kabel listrik yang dapat digunakan pada jaringan listrik yang telah ada untuk memberikan pasokan energi listrik, dan disaat yang bersamaan juga dapat digunakan
(23)
untuk mentransfer data, gambar dan suara. Kecepatan maksimal yang bisa diraih menggunakan teknologi ini kurang lebih mendekati kecepatan koneksi transmisi data menggunakan fiber optic, mulai dari 256 Kbit/s sampai 45Mbit/s.
Power Line Communication ini bukan lah ssebuah teknologi baru. Pada tahun 1991 Dr. Paul Brown ditunjuk untuk memimpin grup riset kecil pada Open University di inggris untuk menyelidiki kelayakan telekomunikasi melalui kabel listrik. Dia menemukan bahwa di masa lalu banyak insinyur yang telah berjuang dengan ide-ide yang sama tetapi gagal karena noise. Dr. Brown beserta rekan-rekan tim risetnya menemukan suatu ide menggunakan sinyal-sinyal pada frekuensi tinggi diatas frekuensi yang secara potensial mengubah noise. Meskipun begitu ide ini juga mengelami kendala yaitu sinyal-sinyal frekuensi tinggi tidak mampu berjalan cukup jauh dan gaung atau pantulan dalam sistem dapat secara efektif menenggelamkan sinyal-sinyal itu. Sehingga tim riset memutuskan untuk menggunakan lebih dari satu frekuensi dan mengirim data dalam bentuk paket-paket diskrit yang dipandu oleh beberapa bentuk sistem pensinyalan (Elektro Indonesia, 1990).
Komunikasi dengan Power Line Communication dimana sinyal pembawa ditumpangkan pada saluran transmisi tenaga sehingga menjadi rangkaian frekuensi tinggi, pada umumnya berkisar antara puluhan kilohertz sampai dengan ratusan kilohertz (Gani, H, 2005). Analoginya, arus listrik mengalir seperti air laut yang menghasilkan gelombang dan buih. Gelombang adalah arusnya, sedangkan buih berupa noisenya. Noise inilah yang dimanfaatkan oleh teknologi PLC untuk menghantarkan sinyal suara atau data.
2.2.1 Arsitektur Jaringan Power Line Communication (PLC)
Secara umum, PLC dikembangkan menjadi dua macam arsitektur yaitu outdoor-PLC yaitu PLC untuk menghantarkan internet melalui jaringan listrik dan indoor-PLC, yaitu PLC untuk jaringan lokal dalam sebuah Local Area Network (LAN). Banyak sekali istilah yang digunakan untuk kedua arsitektur ini. Outdoor-PLC dikenal dengan PLC Access Network atau Access Broadband Power Line (BPL), sedangkan indoor-PLC dikenal juga dengan indoor-PLC Home Networking. Aristektur jaringan indoor-PLC diilustrasikan dalam Gambar 2.2.
(24)
Gambar 2.2 Ilustrasi Arsitektur Jaringan PLC
2.2.1.1PLC Access Network
PLC Access Network adalah jaringan yang menghubungkan antara pelanggan dengan jaringan backbone telekomunikasi, dimana jaringan ini terletak antara pelanggan dengan transformator, atau jaringan yang terdapat dalam satu transformator. Dari transformator sinyal akan dihubungkan dengan jaringan telekomunikasi lainnya sebagai backbone seperti Fiber Optic, xDSL dan Wireless Local Loop (WLL) (Syahrul, 2001).
Sinyal yang berasal dari backbone network di transformer akan melalui suatu perangkat PLC yang mengkonversikan sinyal agar dimengerti oleh PLC yang menuju ke pelanggan/rumah.
2.2.1.2PLC Home Networking
PLC Home Networking adalah network terminal yang terdapat di pelanggan.rumah. Pada dasarnya perangkat yang terkenal di pelanggan berdasarkan fungsinya dapat di bagi lagi menjadi (Syahrul, 2001) :
a. Conditioning Unit
Conditioning Unit yang diletakkan di meteran pelanggan berfungsi sebagai filter “high pass” untuk melewatkan dan membangkitkan sinyal informasi dan filter “low pass” untuk melewatkan arus listrik.
(25)
b. Service Unit
Service Unit yang dihubungkan ke conditioning unit berfungsi sebagai interface ke telepon (voice) atau komputer (komunikasi data), dimana kedua aplikasi tersebut dapat di gunakan tanpa saling mengganggu. Service unit ini sifatnya plug and play sehingga dapat dipindah-pindahkan.
2.2.2 Kendala Power Line Communication (PLC)
Kabel listrik juga merupakan sistem terbuka (open network) dimana sinyal bisa keluar (jaringan listrik merupakan suatu antena yang dapat menimbulkan radiasi elektromagnetik yang dapat menggangu sistem komunikasi dan juga terbuka dari luar (Suprianto, 2009).
PLC sebagai teknologi yang memanfaatkan saluran listrik untuk menumpangkan sinyal suara dan data, tentunya dihadapkan kendala-kendala yang cukup rumit. Hal ini disebabkan berbagi kenyataan bahwa PLC mengambil tempat secara langsung pada jaringan dimana kebanyakan dari peralatan listrik dioperasikan, akibatnya level noise pada jaringan akan menjadi tinggi. Level noise bergantung pada sejumlah keadaan, seperti alam dan sumber-sumber buatan dari radiasi elektromagnetik, struktur fisik dan parameter jaringan.
Beberapa kendala yang terkait dengan jarinngan listrik adalah noise, distorsion, disturbancem dan attenuation. tentunya hal ini akan mempengaruhi kualitas dari pengiriman suara dan data, sehingga diperlukan suatu metode modulasi yang mampu memberikan solusi pemecahannya (Widodo, 2004).
2.2.2.1Noise
Setiap jaringan listrik menerima sinyal litrik yang diradiasikan oleh alat-alat pada jaringan tersebut dan diemisikan oleh sumber-sumber lainnya. Karena itu mengapa setiap jaringan listrik dapat dikarakterisasikan oleh suatu yang disebut noise. Kualitas kirim suara dan data dipengaruhi oleh bandwidth, frekuensi yang digunakan, dan rasio sinyal-noise (SNR, signal to noise ratio). (Widodo, 2004).
(26)
2.2.2.2Distorsion
Permasalahan lain yang harus dihadapi pada jaringan listrik adalah distorsion
(peyimpangan). Dimana distorsion ini dapat muncul selama kerangka waktu milidetik sampai beberapa menit. Distorsion disebabkan oleh peralatan mesin bor, oven microwave, blender, dan lampu yang di on/off (Marzuki, 2008).
2.2.2.3Attenuation
Salah satu masalah utama dari PLC adalah attenuation (pelemahan) sinyal yang sangat tinggi, terutama jika frekuensi kerjanya diatas kisaran puluhan MHz. Adanya
attenuation ini akan menyebabkan menurunkan tingkat sinyal pada suatu jarak tertentu (Lutfianto, 2012).
2.2.2.4Disturbance
Keanehan sistem PLC penting lainnya adalah sering terjadinya berbagai macam
disturbance dari jaringan. Jaringan tegangan rendah tidak dapat membangun transmisi data dan ada beberapa kerugian untuk pemakaian dalam telekomunikasi. Karena itu jaringan PLC kelihatan menjadi lebih terganggu dari pada jaringan komunikasi kawat lainnya. Karena aturan regulasi yang ketat untuk radiasi elektromagnetik dari jaringan PLC terhadap lingkungan, sistem PLC harus bekerja dengan daya sinyal yang sangat rendah. Hal ini membuat sistem PLC lebih sensitive terhadap disturbance dan sistem transmisi PLC harus menghadapi problem ini. Sampai kini SNR cukup untuk menghindari disturbance dalam jaringan, namun sampai saat ini tidak ada pemakaian metode khusus untuk melawan disturbance yang terjadi (Widodo, 2004).
2.2.3 Metode Modulasi
Secara konseptual sistem transmisi PLC pada powerline cukup sederhana, yaitu dengan cara menitipkan sinyal data telekomunikasi pada noise yang ada pada listrik. Namun, secara teknis untuk menumpangkan sinyal data diperlukan frekuensi rendah dengan kisaran 1-50 Hz dan membutuhkan kondisi tegangan listrik yang stabil. Karena pada frekuensi tinggi bias terjadi radiasi dari kabel listrik yang dapat mengganggu frekuensi lainnya dan seperti yang telah dijelaskan sebelumnya frekuensi
(27)
tinggi menghasilkan Signal to Noise Ratio (SNR) yang kecil. Sedangkan kualitas kirim suara dan data sangat dipengaruhi oleh bandwidth, frekuensi yang digunakan dan SNR. Bandwidth tinggi dicapai dengan menggunakan kisaran frekuensi yang tinggi atau dengan menaikkan level SNR. Untuk menaikkan level SNR, dibutuhkan injeksi sinyal yang lebih tinggi. Sementara standar frekuensi yang dialokasikan untuk PLC berada sekitar 1-50 Hz.
Masalah tersebut dapat diatasi dengan cara menggunakan dua buah metode modulasi (Widodo, 2004):
1. Teknik Modulasi CDM (Code Division Multiplexing) atau Spread Spectrum
Dalam menggunakan metode ini, sinyal infomasi dapat tersebar dalam kisaran frekuensi yang lebar. Tingkat sinyal informasi dibuat sangat rendah dengan harapan ridak akan terganggu tingkat noise yang sangat tinggi di PLC.
Spread Spectrum menggunakan sinyal yang mirip dengan noise pada
wideband. Karena mirip dengan noise, sinyal ini sulit dideteksi keberadaannya, sinyal
spread spectrum juga sulit di intercept atau di-demodulasi. Lebih jauh, sinyal spread spectrum lebih sulit untuk diganggu (jam) daripada sinyal narrowband. Sifat Low Probability of Intercept (LPI) dan anti-jam (AJ) ini adalah alasan mengapa pihak militer telah menggunakan spread spectrum selama bertahun-tahun. Sinyal spread spectrum secara sengaja dibuat lebih lebar daripada informasi yang dibawa sehingga menyamarkan sinyalnya sebagai noise. Kode yang digunakan pada sistem spread spectrum memiliki sifat acak tetapi periodic sehingga disebut sinyal acak semu (pseudo random). Kode tersebut bersifat sebagai noise tapi deterministic sehingga disebut juga noise semu (pseudo noise). Pembangkit sinyal kode ini disebut Pseudo Random Generator (PRG) atau Pseudo Noise Generator (PNG). PRG inilah yang akan melebarkan dan sekaligus mengacak sinyal data yang akan dikirimkan.
Pada metode modulasi ini data mengalir pada frekuensi yang sangat tinggi, hal ini dapat dianalogikan bahwa kabel adalah sebuah saluran yang terdiri dari beberapa pipa kecil didalamnya, gelombang listrik sendiri menempati salah satu pipa
(28)
dengan frekuensi sekitar 50 Hz, sedangkan dengan metode spread spectrum ini, data mengalir melalui pipa dengan frekuensi 1-30 MHz.
2. Teknik Modulasi OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
OFDM adalah sebuah bentuk teknik transmisi yang menggunakan beberapa buah frekuensi yang saling tegak lurus (orthogonal), menggunakan banyak frekuensi (multicarrier), dan menggunakan Discrete Fourier Transfer (DFT). Metode modulasi ini dipergunakan banyak vendor karena dinilai cukup stabil. Berbeda dengan teknik modulasi sebelumnya, pada teknik ini data dititipkan pada gelombang listrik sendri. Efisiensi modulasinya dapat mencapai 5 bit per hz yang lebih tinggi dari metode modulasi lainnya.
2.2.4 Kelebihan dari PLC
Sebagai sebuah alat, PLC juga mempunyai beberapa kelebihan antara lain : 1. Proses pemasangan mudah
Dengan memasang perangkat PLC pada gardu distribusi sebuah gedung, maka seluruh computer dalam gedung sudah dapat saling terhubung.
2. Biaya yang digunakan sedikit
Biaya yang dimaksud adalah dalam hal instalasi, karena pada teknologi PLC menggunakan jaringan yang sudah ada dan tidak perlu membangun jaringan baru lagi.
3. Perawatan tidak susah
Perawatan terhadap jaringan listrik maka sekaligus jalur data tersebut juga mengalami perawatan, karena menggunakan media yang sama.
4. Mudah dipindah
Dengan teknologi PLC ini, hal yang paling luar biasa adalah user dapat melakukan koneksi atau browsing dan cek email dari ruangan manapun selama ada stop kontak.
(29)
2.3 Raspberry Pi
Raspberry Pi adalah sebuah SBC (Single Board Computer) seukuran kartu kredit yang dikembangkan oleh Yayasan Raspberry Pi di inggris (UK) dengan maksud untuk memicu pengajaran ilmu komputer dasar di sekolah-sekolah (Putra, 2012).
Raspberry Pi telah dilengkapi dengan semua fungsi layaknya sebuah komputer lengkap, menggunakan SoC (System on a Chip) ARM yang dikemas dan diintegrasikan diatas PCB (papan sirkuit) dengan dimensi 5.5 cm x 8.5 cm dan ketinggian 2 cm seperti pada Gambar 2.3. (GudangLinux, 2013).
Gambar 2.3 Raspberry Pi
2.3.1 Sejarah Raspberry Pi
Pada tahun 2006, Eben Upton dan rekan-rekannya di University of Laboratorium Komputer Cambridge termasuk Rob Mullins, Jack Lang dan Alan Mycroft memiliki ide untuk membuat sebuah komputer kecil dan murah yang dapat digunakan oleh anak-anak. Eben dan rekan-rekanya membuat komputer tersebut karena khawatir tentang penurunan angka dari tahun ke tahun dan tingkat ketrampilan siswa Ilmu Komputer pada setiap tahun akademik. Tidak banyak yang dapat dilakukan sekelompok kecil orang untuk mengatasi masalah sepert kurikulum sekolah yang tidak memadai atau krisis keuangan. Eben dan rekan-rekannya merasa bisa untuk
(30)
mewujudkan komputer murah dimana saat situasi komputer telah menjadi begitu mahal (Raspberry. 2006).
Pada tahun 2008, prosesor dirancang untuk perangkat mobile sehingga menjadi lebih terjangkau dan cukup kuat untuk mendukung multimedia. Dengan fitur tersebut Eben dan rekan-rekannya merasa akan membuat komputer yang diinginkan oleh anak-anak yang awalnya tidak tertarik dalam pemrograman berorientasi. Kemudian Eben, Rob, Jack dan Alan, bekerja sama dengan Pete Lomas, MD dari desain dan pembuatan hardware di perusahaan Norcott Technologies, dan David Braben, Co-Writer Mikro di BBC untuk membentuk Raspberry Pi Foundation (Raspberry. 2006).
Raspberry Pi Foundation adalah sebuah lembaga amal pendidikan yang terdaftar (nomor registrasi 1129409) yang berbasis di inggris. Tujuan yayasan tersebut adalah untuk memajukan pendidikan orang dewasa dan anak-anak, khususnya di bidang komputer, ilmu komputer dan mata pelajaran yang terkait (Raspberry. 2006).
2.3.2 Komponen Pada Raspberry Pi
Pada Raspberry Pi ada beberapa komponen yang mendukung agar tercipta sebuah komputer mini. Komponen tersebut dideskripsikan dibawah ini dan dapat dilihat pada Gambar 2.3.2 (Richard & Wallace, 2012).
A. Prosesor
Pada jantung Raspberry Pi terdapatlah prosesor yang dapat ditemukan pada iPhone 3G dan Kindle 2, jadi kapabilitas Raspberry Pi dapat dibandingkan dengan perangkat-perangkat kecil tersebut. Chip ini terbuat dari arsitektur ARM11 32 bit dan 700 MHz. Chip ARM hadir dalam berbagai arsitektur dengan inti yang berbeda yang dapat dikonfigurasi untuk memberikan kemampuan yang berbeda pada harga tertentu. Raspberry Model B memiliki RAM berukuran 512 MB dan Model A memiliki RAM berukuran 256 MB. B. Slot Secure Digital Card (SD Card).
Untuk media penyimpanan Raspberry tidak menggunakan harddrive, melainkan di SD Card. Dengan ukuran SD Card yang kecil lebih memudahkan untuk bepergian dan plug and play.
(31)
C. USB Port
Pada Model B ada dua USB Port 2.0, namun pada Model A hanya ada satu
USB Port. USB Port ini dapat dihubungkan dengan beberapa peripheral seperti: mouse, keyboard, dll.
D. Ethernet Port
Model B memiliki sebuah Ethernet Port RJ45 standar. Model A tidak, namun dapat dihubungkan ke jaringan kabel dengan adapter USB Ethernet (port pada Model B sebenarnya adalah adapter USB to Ethernet onboard). Pilihan lainnya adalah dengan menggunakan USB Dongle untuk koneksi WiFi.
E. Konektor HDMI
Port HDMI menyediakan output audio dan video digital. Mendukung 14 resolusi video yang berbeda, dan sinyal HDMI dapat dikonversi ke DVI (banyak digunakan dibeberapa monitor).
F. LED indikator/status
Raspberry Pi memiliki lima LED indikator yang memberikan pemberitahuan, seperti pada Tabel 2.3.
Tabel 2.3 LED Indikator
ACT Hijau Menyala ketika SD card diakses
PWR Merah Dihubungkan ke daya 3,3 Volt
FDX Hijau Menyala ketika adapter jaringan full duplex
LNK Hijau Indikator aktifitas jaringan
100 Kuning Menyala ketika koneksi jaringan 100Mbps
G. Output Audio Analog
Ini adalah sebuah jack audio analog mini standar 3,5 mm, yang ditujukan untuk menangani beban impedansi tinggi.
(32)
H. Output Composite Video
Ini adalah jack tipe RCA standar yang menyediakan sinyal Composite Video
NTSC atau PAL. Format video ini sangatlah terhitung resolusi rendah bila dibandingkan HDMI. Jika memiliki televisi atau monitor lebih baik gunakan HDMI.
I. Input Daya
Pertama kali yang disadari adalah tidak adanya saklar daya pada Raspberry Pi. Konektor mikroUSB digunakan sebagai penyalur daya (mikroUSB ini bukannlah USB Port tambahan, ini hanya digunakan untuk daya).
(a)
(b)
(33)
2.4 Mikrokontroller
Kemajuan teknologi di bidang elektronika begitu pesat sejak ditemukannya transistor. Dengan cepat perangkat semikonduktor ini menggantikan posisi tabung hampa karena ukurannya yang lebih kecil dan harganya yang jauh lebih murah. Transistor kemudian membawa kepada penemuan integrated circuit (IC), sebuah perangkat semikondukto yang berisi dari beberapa buah transistor sampai jutaan transistor yang membentuk suatu rangkaian dengan fungsi tertentu, dari penguat operasional smpai pengolah sinyal digital. Dari transistor ini lahirlah mikrokontroller.
Mikrokontroller telah banyak digunakan di berbagai peralatan elektronik, dari peralatan rumah tangga, perangkat audio-video, pengendali mesin-mesin industri sampai pesawat ruang angkasa. Atmel sebagai salah satu vendor yang mengembangkan dan memasarkan produk mikrokontroller telah menjadi suatu teknologi standar bagi para desainer sistem elektronika masa kini. Dengan perkembangan terakhir, yaitu generasi AVR (Alf and Vegard’s Rice Processor), para desainer sistem elektronika telah diberi suatu teknologi yang memiliki kapabilitas yang amat maju, tetapi dengan biaya ekonomis yang cukup minimal.
Mikrokontroller AVR memiliki arsitektur RISC 8 bit, di mana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 siklus clock. Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas yaitu keluarga ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega, dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka bisa dikatakan hampir sama (Wardhana, 2006).
Beberapa fitur yang umumnya ada di dalam mikrokontroller adalah sebagai berikut (Berlian, et al. 2010):
ROM (Read Only Memory)
ROM seringkali disebut sebagai kode memori karena berfungsi untuk tempat penyimpanan proram yang akan diberikan oleh user
(34)
RAM (Random Access Memory)
RAM digunakan oleh mikrokontroller untuk tempat penyimpanan variabel. Memori ini bersifat volatile yang berarti akan kehilangan semua datanya jika tidak mendapatkan catu daya.
Register
Merupakan tempat penyimpanan nilai-nilai yang akan digunakan dalam proses yang telah disediakan oleh mikrokontroller
Special Function Register
Merupakan register khusus yang berfungsi untuk mengatur jalannya mikrokontroller. Register ini terletak pada RAM
Input dan Output Pin
Pin input adalah bagian yang berfungsi sebagai penerima signal dari luar, pin ini dapat dihubungkan ke berbagi media inputan seperti keypad, sensor dan sebagainya. Pin output adalah bagian yang berfungsi untuk mengeluarkan signal dari hasil proses algoritma mikrokontroller
Interrupt
Interrupt bagian dari mikrokontroller yang berfungsi sebagai bagian yang dapat melakukan interupsi, sehingga ketika program utama sedang berjalan, program utama tersebut dapat diinterupsi dan menjalankan program interupsi terlebih dahulu.
Beberapa interrup pada umumnya adalah sebagai berikut :
Interrupt Eksternal
Interrupt akan terjadi bila ada inputan dari pin interrupt
Interrup timer
Interrup akan terjadi bila waktu tertentu telah tercapai
Interrupt serial
Interrupt yang terjadi ketika ada penerimaan data dari komunikasi serial
2.4.1 Fitur AVR ATMega328
ATMega328 adalah mikrokontroller keluaran dari Atmel yang mempunyai aristektur RISC (Reduce Instruction Set Computing) yang dimana setiap proses eksekusi data lebih cepat dari pada arsitektur CISC (Complex Instruction Set Computing).
(35)
Mikrokontroller ini memiliki beberapa fitur antara lain (Ginting, 2012):
130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu siklus clock.
32 x 8-bit register serba guna.
Kecepatan mencapai 16 MIPS dengan clock 16 MHz.
32 KB Flash memory dan pada arduino memiliki bootloader yang menggunakan 2 KB dari flash memory sebagai bootloader.
Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 1 KB sebagai tempat peyimpanan data semi permanen karena EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya dimatikan.
Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2 KB.
Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse Width Modulation) output.
Master/Slave SPI serial interface.
Mikrokontroller Atmega328 memiliki arsitektur Harvard, yaitu memisahkan memori untuk kode program dan memori untuk data sehingga dapat memaksimalkan kerja dan parallelism. Instruksi-instruksi dalam memori program dieksekusi dalam satu alur tunggal, dimana pada saat satu instruksi dikerjakan instruksi berikutnya sudah diambil dari memori program. Konsep inilah yang memungkinkan instruksi-instruksi dapat dieksekusi dalam setiap satu siklus clock. 32 x 8-bit register serba guna digunakan untuk mendukung operasi ALU (Arithmatic Logic Unit) yang dapat dilakukan dalam satu siklus. 6 dari register serbaguna ini dapat digunakan sebagai 3 buah register pointer 16-bit pada mode pengalamatan tidak langsung untuk mengambil data pada ruang memori data (Berlian, et al. 2010).
Ketiga register pointer 16-bit ini disebut dengan register X (gabungan R26 dan R27), register Y (gabungan R28 dan R29), dan register Z (gabungan R30 dan R31). Hampir semua instruksi AVR memiliki format 16-bit. Setiap alamat memori program terdiri dari instruksi 16-bit atau 32-bit (Ginting, 2012).
Selain register serba guna di atas, terdapat register lain yang terpetakan dengan memory mapped I/O selebar 64 byte. Beberapa register ini digunakan untuk
(36)
fungsi khusus antara lain sebagai register control Timer/Counter, Interupsi, ADC, USART, SPI, EEPROM, dan fungsi I/O lainnya. Register-register ini menempati memori pada alamat 0x20h – 0x5Fh (Berlian, et al. 2010).
Berikut ini adalah tampilan arsitektur Atmega328 :
Gambar 2.4.1 Arsitektur ATMega328
2.4.2 Konfigurasi Pin ATMega328
ATMega328 merupakan mikrokontroller keluarga AVR 8-bit. Beberapa tipe mikrokontroller yang sama dengan ATMega8 ini antara lain ATMega8535, ATMega16, ATMega32, ATMega328, yang membedakan antara mikrokontroller antara lain adalah ukuran memori, banyaknya GPIO (pin input/output), peripheral (USART, timer, counter, dll. Dari segi ukuran fisik, ATMega328 memiliki ukuran fisik lebih kecil dibandingkan dengan beberapa mikrokontroller diatas.
(37)
ATMega328 memiliki 3 buah PORT utama yaitu PORTB, PORTC dan PORTD dengan total pin input/output sebanyak 23 pin. PORT tersebut dapat difungsikan sebagai input/output digital atau difungsikan sebagai peripheral lainnya.
1. Port B
Port B merupakan jalur data 8-bit yang dapat difungsikan sebagai input/output. Selain itu Port B juga dapat memiliki fungsi alternatif seperti dibawah ini : a. ICP1 (PB0), berfungsi sebagai Timer Counter 1 input capture pin.
b. OC1A (PB1), OC1B (PB2) dan OC2A (PB3) dapat difungsikan sebagai keluaran PWM (Pulse width Modulation).
c. MOSI (PB3), MISO (PB4), SCK (PB5), SS (PB2) merupakan jalur komunikasi SPI.
d. TOSC1 (PB6) dan TOSC2 (PB7) dapat difungsikan sebagai sumber clock
eksternal untuk timer.
e. XTAL1 (PB6) dan XTAL2 (PB7) merupakan sumber clock utama mikrokontroller.
2. Port C
Port C merupakan jalur data 7-bit yang dapat difungsikan sebagai input/output
digital. Fungsi alternatif Port C antara lain sebagai berikut :
a. ADC6 channel (PC0, PC1, PC2, PC3, PC4, PC5) dengan resolusi 10-bit. ADC dapat digunakan untuk mengubah input yang berupa tegangan analog menjadi data digital.
b. I2C (SDA dan SDL) merupakan salah satu fitur yang terdapat pada Port C. I2C digunakan untuk komunikasi dengan sensor atau device lain yang memiliki komunikasi data tipe I2C seperti sensor kompas, accelerometer nunchuck.
3. Port D
Port D merupakan jalur data 8-bit yang masing-masing pin-nya dapat difungsikan sebagai input/output. Fungsi alternatif lainnya sebagai berikut : a. USART (TXD dan RXD) merupakan jalur data komunikasi serial dengan
(38)
sedangkan RXD yaitu sebagai pin yang berfungsi untuk menerima data serial.
b. Interrupt (INT0 dan INT1) merupakan pin dengan fungsi khusus sebgai interupsi hardware. Interupsi biasanya digunakan sebagai selaan dari program, misal pada saat program berjalan kemudian terjadi interupsi
hardware/software maka program utama akan berhenti dan menjalankan program interupsi.
c. XCK dapat difungsikan sebagai sumber clock eksternal untuk USART, namun dapat juga memanfaatkan clock dari CPU, sehingga tidak perlu membutuhkan eksternal clock.
d. T0 dan T1 berfungsi sebagai masukan counter eksternal untuk timer 1 dan
timer 0.
e. AIN0 dan AIN1 keduanya merupakan masukan input untuk analog comparator.
Gambar 2.4.2 Konfigurasi Pin ATMega328
2.5 Protokol Komunikasi I2C
Mengatasi terbatasnya jumlah kaki IC prosesor, beberapa perusahaan IC mengembangkan teknik transfer data secara seri untuk menghubungkan IC prosesor
(39)
ke IC pendukungnya, transfer data secara seri antar IC ini tidak ada hubungannya dengan transfer data seri yang biasa dipakai untuk modem. Sebuah IC memori dengan kapasitas 2 KB yang dibentuk dengan teknik transfer data secara parallel paling tidak mempunyai 24 kaki, yaitu :
8 kaki untuk jalur data
11 kaki untuk jalur penomoran memori (jalur alamat)
3 kaki untuk jalur control
2 kaki untuk catu daya
Teknik transfer data secara seri antar IC dikembangkan oleh 3 perusahaan IC, yang pertama adalah teknik I2C (Inter Integrated Circuit) yang dikenalkan oleh Philips, teknik SPI (Serial Peripheral Interface) dari Motorala dan teknik MicroWire ciptaan National Semikonductor. Teknik I2C memakai 2 jalur untuk keperluan transfer data secara seri, sedangkan SPI dan MicroWire memakai 3 jalur. Semua teknik mempunyai 1 jalur untuk Clock, I2C hanya punya satu jalur data 2 arah, sedangkan SPI dan MicroWire mempunyai 2 jalur data satu arah, masing-masing untuk jalur data masuk dan jalur data keluar.
I2C merupakan bus standar yang didesain oleh Philips pada awal tahun 1980an untuk memudahkan komunikasi antar komponen yang tersebar pada papan rangkaian. Pada awalnya, kecepatan komunikasi maksimumnya diset pada 100kbps karena pada awalnya kecepatan tinggi blum dibutuhkan pada transmisi data. Untuk yang membutuhkan kecepatan tinggi, ada mode 400kbps dan sejak 1998 ada mode kecepatan tinggi 3,4 Mbps. I2C tidak hanya digunakan pada komponen yang terletak pada satu board, tetapi juga digunakan untuk mengkoneksikan komponen yang dihubungkan melalui kabel (Prima, 2011).
Kesederhanaan dan fleksibilitas merupakan ciri utama dari I2C, kedua hal tersebut membuat bus ini mampu menarik penggunaannya dalam berbagai aplikasi. Fitur-fitru signifikan dari bus ini adalah (Prima, 2011). :
Hanya 2 jalur/kabel yang dibutuhkan.
Tidak ada aturan baud rate yang ketat seperti RS232, dibus ini IC yang berperan sebagai master akan mengeluarkan bus clock.
(40)
Hubungan master/slave berlaku antara komponen satu dengan yang lain, setiap perangkat yang terhubung dengan bus mempunyai alamat unik yang diset melalui software.
IC yang berperan sebgai master mengontrol seluruh jalur komunikasi dengan mengatur clock dan menentukan siapa yang menggunakan jalur komunikasi. Jadi IC ang berperan sebagai slave tidak akan mengirim data kalau tidak diperintah oleh master.
I2C merupakan bus yang mendukung multi-master yang mempunyai kemampuan arbritasi dan pendeteksi tabrakan data.
Secara fisik sistem bus I2C terdiri dari 2 buah kawat aktif dan jalur catu daya serta ground. Dua buah kawat aktif yaitu SDA yang merupakan kepanjangan dari Serial Data dan SCL yang merupakan kepanjangan Serial Clock merupakan jalur kawat dua arah (bidirectional). Dalam konsep komunikasi bus I2C hanya dibutuhkan enam operasi dasar sederhana untuk mentransmisikan dan menerima informasi. Keenam kode operasi itu adalah sebagai berikut :
1. Sebuah bit start.
2. Suatu alamat slave 7-bit.
3. Suatu bit read/write yang akan menentukan apakah slave akan berfungsi sebagai transmitter atau receiver.
4. Suatu bit pemberitahuan (knowledge).
5. Bit pesan yang dibagi ke dalam segmen 8-bit. 6. Suatu bit stop.
Keuntungan yang didapat dengan menggunakan I2C antara lain : 1. Meminimalkan jalur hubungan antar IC.
2. Menghemat luasan PCB yang dibutuhkan .
3. Membuat sistem yang didesian berorientasi software(mudah diekspan dan diupgrade).
4. Membuat sistem yang didesain menjadi standart, sehingga dapat dihubungkan dengan sistem lain yang juga menggunakan I2C bus.
(41)
2.6 Sensor Arus
Untuk mendapatkan jumlah pemakaian energi listrik, terlebih dahulu diketahui jumlah arus listrik yang dipakai. Dengan menggunakan sensor arus, hal ini dapat diwujudkan. Sensor Ydhc SCT-013-000 merupakan salah satu sensor arus yang dapat mengukur arus listrik sampai 100 A. Sensor ini menggunakan hukum biot-savart untuk mendapat nilai arus listrik yang mengalir pada kabel.
2.6.1 Hukum Biot-Savart
Besarnya medan Magnet disekitar kawat lurus panjang berarus listrik. Dipengaruhi oleh besarnya kuat arus listrik dan jarak titik tinjauan terhadap kawat. Semakin besar kuat arus semakin besar kuat medan magnetnya, semakin jauh jaraknya terhadap kawat semakin kecil kuat medan magnetnya.
Gambar 2.6.1 Medan Magnet di sekitar Kawat Lurus
Berdasarkan perumusan matematik oleh Biot-Savart maka besarnya kuat medan magnet disekitar kawat berarus listrik dirumuskan dengan :
�
=
µ
˳
. I
2
�
.
�
Dengan rumus Hukum Biot-Savart, dapat ditentukan rumus yang berlaku pada Sensor SCT-013-000 ketika dihubungkan dengan kawat yang dialiri arus listrik, maka rumusnya adalah :
(42)
�
=
�
. 2
�
.
�
µ
˳
B = Medan magnet dalam tesla ( T )
μo = permeabilitas ruang hampa = 4π. 10−7Wb/amp. m
I = Kuat arus listrik dalam ampere ( A ) a = jarak titik P dari kawat dalam meter (m)
Medan magnet adalah besaran vector, sehingga apabila suatu titik dipengaruhi oleh beberapa medan magnet maka di dalam perhitungannya menggunakan operasi vektor. Berikut ditampilkan beberapa gambar yang menunnjukkan arah arus dan arah medan magnet. Arah medan magnet didaerah titik P ( diatas kawat berarus listrik ) menembus bidang menjauhi pengamat sedang didaerah titik Q dibawah kawat berarus listrik menembus bidang mendekati pengamat.
(43)
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
(44)
Tabel 3.2 Rincian Komponen Elektronik
Nama Spesifikasi Keterangan
Raspberry Pi Model B Master/Pengendali utama kerja alat
Board Mikrokontroler
(Arduino) PCB
Tempat pengendali komponen dan sensor arus listrik
Mikrokontroller ATMega328 Slave/Pengendali 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
(45)
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.
(46)
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.
3.3.1.1Low 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:
(47)
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
(48)
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 R/W 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 Vdd/Vcc - Power supply +5 volt
3 Vee - Setting kontras tegangan 4 RS 0/1 0 : intruksi input
1 : data input 5 R/W 0/1 0 : tulis ke LCD
1 : membaca dari LCD
6 En 0/1
0 : memberitahu jalur sedang mengirimkan data ke LCD
1 : memberitahu jalur sedang menunggu data yang akan dikirimkan
7 DB0 0/1 Data pin 0 8 DB1 0/1 Data pin 1 9 DB2 0/1 Data pin 2 10 DB3 0/1 Data pin 3 11 DB4 0/1 Data pin 4 12 DB5 0/1 Data pin 5 13 DB6 0/1 Data pin 6 14 DB7 0/1 Data pin 7
15 VB+ - Power 5 volt lampu datar 16 VB- - Power 0 volt lampu datar
(49)
Gambar 3.4 Skema Display LCD 2x16
Gambar 3.5 Display LCD 2x16
3.3.1.2Backend 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,R/W 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.
(50)
Gambar 3.6 Skema Rangkaian PCB ATMega328
3.3.1.3Frontend 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
(51)
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
(52)
(53)
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.
3.3.3.1Perancangan Halaman Login
Sebelum masuk ke halaman utama, ada sebuah halaman login yang harus dilalui. Halaman login ini bertujuan untuk membatasi/memberi 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
(54)
3.3.3.2Perancangan 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
(55)
3.3.3.3Perancangan 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
(56)
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
(57)
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 (FeCl3). PCB dimasukkan ke
dalam larutan FeCl3 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
(58)
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.org/raspbian/images/raspbian-2014-06-22/2014-06-20-wheezy-raspbian.zip
2. Unzip/ekstrak 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.net/win32-image-writer/+download, ekstrak file tersebut. 5. Masukkan memory card yang akan diinstal ke card reader
(59)
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
(60)
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
Sensor arus yang berjenis SCT-013 ini terhubung ke PCB ATMega melalui pin A0. Untuk menjaga agar sensor selalu bekerja realtime, maka dibuatlah sebuah program sensor routine yang diinstruksikan ke mikrokontroler ATMega328. Implementasi Sensor Arus dapat dilihat pada Gambar 4.5.
(61)
Gambar 4.5 Implementasi Sensor Arus
4.5 Implementasi Display LCD
Agar memudahkan petugas untuk melihat pemakaian energi listrik tanpa harus melihat dari monitor, maka digunakanlah display LCD. Display LCD yang digunakan berukuran 2x16. LCD ini dapat menampilkan karakter alpha numerikc dengan supply tegangan 5V dan memiliki 16 pin. Implementasi Display LCD dapat dilihat pada Gambar 4.6 dan Gambar 4.7.
(62)
Gambar 4.7 Display LCD setelah pengabungan dengan PCB ATMega328 dan Raspberry Pi
4.6 Implementasi Website
Bahasa pemrograman yang digunakan untuk membuat website ini adalah html dan php. Website ini hanya terdiri dari 2 halaman, yaitu halaman login dan halaman utama. Implementasi halaman login dapat dilihat pada Gambar 4.8 dan implementasi halaman utama dapat dilihat pada Gambar 4.9.
(63)
Untuk masuk ke halaman utama, inputan username dan password harus cocok dengan database login. Username dan password hanya dibuat untuk satu orang yaitu admin. Pada halaman utama, terdiri beberapa bagian yaitu : grafik penggunaan arus, ampere meter, inputan update tarif dasar listrik (TDL), penggunaan listrik selama satu jam , satu bulan dan jumlah pemakaian listrik dalam rupiah.
(64)
4.7 Implementasi Power Line Communication (PLC)
Agar dapat mengirim dan menerima data melalui jalur kabel listrik maka digunakanlah Power Line Communication. Pada implementasi ini digunakan 2 buah Power Line Communication. Gambar 2 buah Power Line Communication dapat dilihat pada Gambar 4.10, dan Gambar Komputer dengan PLC dapat dilihat pada Gambar 4.12.
Gambar 4.10 2 Buah Power Line Communication
PLC pertama digunakan pada alat penghitung energi listrik melalui kabel utp. Sebagai contoh, alat penghitung energi listrik mengukur penggunaan energi listrik setrika. Sensor arus dikaitkan ke kabel utama pada cok perpanjangan kabel, sehingga nilai arus yang digunakan disimpan dan dikirim ke komputer melalui PLC. Gambar Alat Penghitung Energi Listrik Teruhubung dengan PLC dapat dilihat pada Gambar 4.11
(1)
<span class="input-group-addon "><i></i></span>
<input class="form-control " placeholder="Password" required="required" name="passwd" type="password">
</div> </div>
<div class="forget-form-action clearfix"> <button type="submit" class="btn btn-success pull-right green-btn">Login</button>
</div> </form> </div> </div>
</div> </section>
<script src="login/include/jquery-1.js"></script> <script src="login/include/bootstrap.js"></script> <script src="login/include/respond.js"></script> <script src="login/include/jquery_002.js"></script> <script src="login/include/placeholders.js"></script> <script src="login/include/waypoints.js"></script> <script src="login/include/jquery.js"></script> <script type="text/javascript">
$(function () {
$("input").iCheck({
checkboxClass: 'icheckbox_square-blue', increaseArea: '20%' // optional
});
$(".dark input").iCheck({
checkboxClass: 'icheckbox_polaris', increaseArea: '20%' // optional });
$(".form-control").focus(function () {
$(this).closest(".textbox-wrap").addClass("focused"); }).blur(function () {
$(this).closest(".textbox-wrap").removeClass("focused");
});
//On Scroll Animations
if ($(window).width() >= 968 && !Modernizr.touch && Modernizr.cssanimations) {
$("body").addClass("scroll-animations-activated"); $('[data-animation-delay]').each(function () { var animationDelay = $(this).data("animation-delay");
$(this).css({
"-webkit-animation-delay": animationDelay, "-moz-animation-delay": animationDelay, "-o-animation-delay": animationDelay, "-ms-animation-delay": animationDelay, "animation-delay": animationDelay
(2)
}); });
$('[data-animation]').waypoint(function (direction) { if (direction == "down") {
$(this).addClass("animated " + $(this).data("animation"));
} }, {
offset: '90%'
}).waypoint(function (direction) { if (direction == "up") {
$(this).removeClass("animated " + $(this).data("animation"));
} }, {
offset: $(window).height() + 1 });
}
//End On Scroll Animations
$(".main-nav a[href]").click(function () { var scrollElm = $(this).attr("href"); $("html,body").animate({ scrollTop: $(scrollElm).offset().top }, 500);
$(".main-nav a[href]").removeClass("active"); $(this).addClass("active");
});
if ($(window).width() > 1000 && !Modernizr.touch) { var options = {
$menu: ".main-nav", menuSelector: 'a',
panelSelector: 'section', namespace: '.panelSnap', onSnapStart: function () { }, onSnapFinish: function ($target) {
$target.find('input:first').focus(); },
directionThreshold: 50, slideSpeed: 200
};
$('body').panelSnap(options); }
$(".colorBg a[href]").click(function () { var scrollElm = $(this).attr("href"); $("html,body").animate({ scrollTop: $(scrollElm).offset().top }, 500);
(3)
return false; });
}); </script> </body></html>
4.
Perhitungan watt pada web
<?php$con=mysql_connect("localhost","root","sense"); $db=mysql_select_db("dbsense");
if($db) { $i=0;
while(true) {
unset($result); unset($realc); unset($realp);
exec("sudo /var/www/cuse/cuse/sense",$result); $realc=$result[0];
if($realc<floatval('0.8')){ $realc='0.00'; }
$realp=$realc*220*0.8; //power='".$realp."',
if($i<60) // Insert Current for 1 Second {
if($i==0) {
$qry="truncate tbl_cupo";
$exe=mysql_query($qry) or die(mysql_error()); if($exe)
{
$qry="insert into tbl_cupo set current='".$realc."', iby='sense', idt=now()";
$exe=mysql_query($qry) or die(mysql_error()); echo $i." ".$realc." ".$realp."\n";
$i++; }
} else {
$qry="insert into tbl_cupo set current='".$realc."', iby='sense', idt=now()";
$exe=mysql_query($qry) or die(mysql_error()); echo $i." ".$realc." ".$realp."\n";
$i++; }
} else {
$qry="select id from tbl_curmin";
$rs=mysql_query($qry) or die(mysql_error()); $num=mysql_num_rows($rs);
(4)
if($num<60) // Insert Current for 1 Minute {
$qry="select sum(current) sumsec from tbl_cupo"; $rs=mysql_query($qry) or die(mysql_error());
if($rs) {
$rw=mysql_fetch_object($rs); $sumin=$rw->sumsec/60;
$qry="insert into tbl_curmin set current='".$sumin."', iby='sense', idt=now()";
$exe=mysql_query($qry) or die(mysql_error()); if($exe)
{
$i=0;
$qry="truncate tbl_cupo"; $exe=mysql_query($qry) or die(mysql_error());
} } }
else {
$qry="select sum(current) sumin from tbl_curmin"; $rs=mysql_query($qry) or die(mysql_error());
if($rs) {
$rw=mysql_fetch_object($rs); $sumin=$rw->sumin/60;
$qry="insert into tbl_curhour set current='".$sumin."', iby='sense', idt=now()";
$exe=mysql_query($qry) or die(mysql_error()); if($exe)
{
$i=0;
$qry="truncate tbl_cupo"; $exe=mysql_query($qry) or die(mysql_error());
if($exe) {
$qry="truncate tbl_curmin"; $exe=mysql_query($qry) or die(mysql_error());
} } } } }
sleep(1); }
} else {
echo "Connection Failed!"; }
(5)
5.
Halaman utama
<?php$con=mysql_connect("localhost","root","sense"); $db=mysql_select_db("dbsense");
if($db) { $i=0;
while(true) {
unset($result); unset($realc); unset($realp);
exec("sudo /var/www/cuse/cuse/sense",$result); $realc=$result[0];
if($realc<floatval('0.8')){ $realc='0.00'; }
$realp=$realc*220*0.8; //power='".$realp."',
if($i<60) // Insert Current for 1 Second {
if($i==0) {
$qry="truncate tbl_cupo";
$exe=mysql_query($qry) or die(mysql_error()); if($exe)
{
$qry="insert into tbl_cupo set current='".$realc."', iby='sense', idt=now()";
$exe=mysql_query($qry) or die(mysql_error()); echo $i." ".$realc." ".$realp."\n";
$i++; }
} else {
$qry="insert into tbl_cupo set current='".$realc."', iby='sense', idt=now()";
$exe=mysql_query($qry) or die(mysql_error()); echo $i." ".$realc." ".$realp."\n";
$i++; }
} else {
$qry="select id from tbl_curmin";
$rs=mysql_query($qry) or die(mysql_error()); $num=mysql_num_rows($rs);
if($num<60) // Insert Current for 1 Minute {
$qry="select sum(current) sumsec from tbl_cupo"; $rs=mysql_query($qry) or die(mysql_error());
if($rs) {
$rw=mysql_fetch_object($rs); $sumin=$rw->sumsec/60;
(6)
$qry="insert into tbl_curmin set current='".$sumin."', iby='sense', idt=now()";
$exe=mysql_query($qry) or die(mysql_error()); if($exe)
{
$i=0;
$qry="truncate tbl_cupo"; $exe=mysql_query($qry) or die(mysql_error());
} } }
else {
$qry="select sum(current) sumin from tbl_curmin"; $rs=mysql_query($qry) or die(mysql_error());
if($rs) {
$rw=mysql_fetch_object($rs); $sumin=$rw->sumin/60;
$qry="insert into tbl_curhour set current='".$sumin."', iby='sense', idt=now()";
$exe=mysql_query($qry) or die(mysql_error()); if($exe)
{
$i=0;
$qry="truncate tbl_cupo"; $exe=mysql_query($qry) or die(mysql_error());
if($exe) {
$qry="truncate tbl_curmin"; $exe=mysql_query($qry) or die(mysql_error());
} } } } }
sleep(1); }
} else {
echo "Connection Failed!"; }