Perancangan Alat Perancangan Dan Pengendalian Kwh Meter Prabayar Berbasis Mikrokontroller ATMega8535 Melalui Telepon Selular

BAB III PERANCANGAN SISTEM

3.1 Perancangan Alat

3.1.1 Diagram Blok Rangkaian

Adapun diagram blok dari sistem yang dirancang adalah seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.1 berikut ini : Gambar 3.1 Diagram Blok Rangkaian Sistem PLN MCB KWH METER BEBAN MIKROKONTROLLER ATMega8535 SENSOR DISPLAY LCD RELAY INTERFACE KOMUNIKASI MODUL GSM HP POWER SUPPLY Gambar diatas merupakan gambar diagram blok dari seluruh sistem yang akan dirancang. Pada pinggiran piringan KWH Meter analog diberi lubang. Dengan demikian pada saat sinar IR mengenai phototransistor maka phototransistor tersebut akan on sehingga outputnya akan berlogika Low 0. Sebaliknya jika sinar IR tidak mengenai phototransistor atau antara IR dan Phototransistor terdapat penghalang maka phototransistor akan off sehingga outputnya akan berlogika high 1. Logika yang dihasilkan oleh output dari optocoupler akan dikirimkan ke mikrokontroler dimana setiap perubahan logika low 0 menjadi high 1 dikenali oleh mikro sebagai 1 putaran lempengan. KWH yang kita gunakan memiliki spesifikasi 600kwh yang sudah dikalibrasi, artinya bahwa untuk mengukur 1 KWH maka lempengan pelat yang ada pada meteran akan berputar sebanyak 600 kali 1 kwh = 600 putaran lempeng. Sebagai bahan simulasinya, pada alat ini akan dioperasikan bahwa 10 putaran lempengan diartikan 1 kwh, sehingga pada proses penghitungan putaran ataupun kwhnya dapat terlihat lebih jelas. Mikrokontroler akan mengirimkan perhitungan banyaknya putaran lempeng ke display LCD. Selanjutnya nilai tersebut akan dikalikan dengan nilai harga per KWH kemudian akan dikurangkan dari nilai jumlah rekening awal dan hasilnya yang merupakan sisa jumlah rekening akan ditampilkan juga pada LCD. Mikrokontroler akan terus melakukan pengurangan nilai jumlah rekening awal sesuai dengan putaran lempeng pemakaian listrik sampai pada sisa sama dengan nol 0. Apabila program membaca jumlah unit KWH yang tersisa kurang dari 20 KWH maka program akan mengirimkan perintah untuk menghidupkan alarmlampu indikator, tanda voucher yang akan segera habis dan disarankan untuk segera melakukan pengisian voucher unit KWH. Kemudian program akan melanjutkan menghitung counter. Dan apabila program membaca unit sisa KWH sisa sama dengan nol maka program akan memberikan perintah untuk mengaktifkan coil relay dan relay akan membuka kontak hubungan power dari Kwh meter ke beban. Maka hal ini akan menyebabkan seluruh sambungan power listrik dari Kwh ke beban akan terputus sampai dilakukan kembali pengisian data voucher rekening listrik. Dimana Voucher rekening listrik dapat diisi melalui jarak jauh, yaitu dengan mengirimkan voucher rekening listrik melalui HP yang kemudian diteruskan ke modul GSM yang terhubung ke mikrokontroller melalui interface komunikasi.

3.1.2 Rangkaian Power Supplay PSA

Rangkaian ini berfungsi untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian yang ada. Rangkaian PSA yang dibuat terdiri dari dua keluaran, yaitu 5 volt dan 12 volt, keluaran 5 volt digunakan untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian, sedangkan keluaran 12 volt digunakan untuk mensuplay tegangan ke relay 12 V DC. Rangkaian power supplay ditunjukkan pada gambar 3.2 berikut ini : Gambar 3.2 Rangkaian Power Supplay PSA Trafo CT merupakan trafo stepdown yang berfungsi untuk menurunkan tegangan dari 220 volt AC menjadi 12 volt AC. Kemudian 12 volt AC akan disearahkan dengan menggunakan dua buah dioda, selanjutnya 12 volt DC akan diratakan oleh kapasitor 2200 μF. Regulator tegangan 5 volt LM7805CT digunakan agar keluaran yang dihasilkan tetap 5 volt walaupun terjadi perubahan pada tegangan masukannya. LED hanya sebagai indikator apabila PSA dinyalakan. Transistor PNP TIP 32 disini berfungsi untuk memasok arus apabila terjadi kekurangan arus pada rangkaian, sehingga regulator tegangan LM7805CT tidak akan panas ketika rangkaian butuh arus yang cukup besar. Tegangan 12 volt DC langsung diambil dari keluaran 2 buah dioda penyearah. V r eg LM7805CT I N O UT TIP32C 100ohm 100uF 330ohm 220V 50Hz 0Deg TS_PQ4_12 2200uF 1uF 1N5392GP 1N5392GP 12 Volt 5 Volt IC LM7805 membutuhkan tegangan ±7.5 V dan arus ±100 mA. Jadi dipakai resistor 100 Ω dimana tegangan dari trafo stepdown sebesar 12 V, namun sebuah dioda dapat menurunkan tegangan sebesar 0.6 V. Jadi jika dua dioda digunakan maka tegangan dapat diturunkan menjadi 1.2 V. Perhitungannya adalah sebagai berikut : V trafo = 12 V – 1.2 V = 10.8 V Sehingga bila dipakai resistor 100 Ω maka, I = VR = 10.8 V 100Ω = 0.108 A = 108mA Untuk menghidupkan LED yang arusnya 1.5 mA maka R= V out 7805 = 333.33 Ω 1.5 mA

3.1.3 Rangkaian Mikrokontroler ATMega8535

Rangkaian sistem minimum mikrokontroler ATMEGA 8535 dapat dilihat pada gambar 3.3 di bawah ini : Gambar 3.3 Rangkaian Mikrokontroler ATMega8535 Rangkaian ini berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh system yang ada. Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC Mikrokontroler ATMega8535. Semua program diisikan pada memori dari IC ini sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki. Pin 12 dan 13 dihubungkan ke XTAL 8 MHz dan dua buah kapasitor 30 pF. XTAL ini akan mempengaruhi kecepatan mikrokontroler ATMega8535 dalam mengeksekusi setiap perintah dalam program. Pin 9 merupakan masukan reset aktif rendah. Pulsa transisi dari tinggi ke rendah akan me-reset mikrokontroler ini. Untuk men-download file heksadesimal ke mikrokontroler, Mosi, Miso, Sck, Reset, Vcc dan Gnd dari kaki mikrokontroler dihubungkan ke RJ45. RJ45 sebagai konektor yang akan dihubungkan ke ISP Programmer. Dari ISP Programmer inilah dihubungkan ke komputer melalui port paralel. Kaki Mosi, Miso, Sck, Reset, Vcc dan Gnd pada mikrokontroler terletak pada kaki 6, 7, 8, 9, 10 dan 11. Apabila terjadi keterbalikan pemasangan jalur ke ISP Programmer , maka pemograman mikrokontroler tidak dapat dilakukan karena mikrokontroler tidak akan bisa merespon.

3.1.4 Rangkaian Driver Sensor Optocoupler

Rangkaian ini terdiri dari sebuah pemancar infra merah, dan sebuah rangkaian penerima infra merah phototransistor. Sensor ini memiliki bentuk fisik berbentuk U, sehingga posisi antara pemancar dan penerima infra merah saling berhadapan. Ketika phototransistor menerima sinar dari pemancar maka phototransistor akan aktif sehingga sensor akan mengirimkan logika low 0 dan demikian sebaliknya ketika phototransistor tidak menerima sinar dari pemancar maka phototransistor tidak akan bekerja sehingga sensor akan mengirimkan logika high 1. Penampang sensor optocoupler dan piringan KWH Meter ditunjukkan pada Gambar 3.4. Sensor Optocoupler Penyangga Piringan Kwh Meter A. Pinringan Kwh tampak atas B. Posisi Sensor dan Piringan Gambar 3.4 Penampang Pembacaan Sensor Optocoupler dan Piringan Kwh Meter Gambar 3.5 Rangkaian Driver Optocoupler Pada rangakaian ini Gambar 3.5 resistor 220 Ohm dan 10 K Ohm dihubungkan ke Vcc 5 Volt yang bertujuan untuk menghambat arus listrik yang akan masuk ke pemancar infra merah dan kolektor dari phototransistor. Dari kaki emitter optocoupler dihubungkan ke sebuah transistor, yaitu transistor C945 yang bertujuan untuk menguatkan keluaran dari optocoupler dan transistor C945 dihubungkan ke Vcc 5 Volt melalui sebuah resistor 4.7 KOhm. Vo adalah output dari rangkaian keseluruhan sensor optocoupler. Vo dihubungkan ke AVR melalui sebuah resistor 12 Ohm, kemudian AVR akan menerima data putaran piringan yaitu setiap perubahan logika output yang dikirimkan oleh sensor akan dikenali oleh mikro sebagai satu 1 putaran piringan yang kemudian akan diolah untuk menjalankan sistem. 1K Ohm

3.1.5 Perancangan Interface Komunikasi RS232

Untuk menghubungkan communication links mikrokontroler dengan modul GSM diperlukan komunikasi serial RS232, rangkaian ini berfungsi untuk mesinkronisasikan tegangan antara mikrokontroler dengan modul GSM.Rangkaian MAX232 ditunjukkan pada Gambar 3.6 berikut: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 VCC RS232 DB9MALE IC2 MAX232 R2IN T2OUT T1IN R1OUT C+ C1- V+ T2IN R2OUT T1OUT R1IN C2+ C2- V- PD1 PD0 C6 1 uF25V 1 uF25V 1 uF25V 1 uF25V C7 C8 C9 Gambar 3.6 MAX232 Untuk Komunikasi Serial Rangkaian ini terdiri dari sebuah IC RS232 dan 4 buah elektrolit kapasitor. Rangkaian ini berfungsi mengubah logika high +3 sd +18 volt pada DB9 menjadi logika high 5 volt pada keluarannya, juga mengubah logika low -3 sd -18 volt pada DB9 menjadi logika low 0 volt pada keluarannya, dan sebaliknya.

3.1.6 Perancangan Rangkaian LCD Liquid Crystal Display

Pada alat ini, display yang digunakan adalah LCD Liquid Crystal Display 16 x 2. Untuk blok ini tidak ada komponen tambahan karena mikrokontroler dapat memberi data langsung ke LCD, pada LCD Hitachi - M1632 sudah terdapat driver untuk mengubah data ASCII output mikrokontroler menjadi tampilan karakter. Pemasangan potensio sebesar 5 KΩ untuk mengatur kontras karakter yang tampil. Gambar 3.7 berikut merupakan gambar rangkaian LCD yang dihubungkan ke mikrokontroler. PA1 DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 A K E RW RS VO VCC GND Port B +5V VR 5K +5V Penampil LCD 2x16 digit PA0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Gambar 3.7. Rangkaian LCD Rangkaian ini terhubung ke PB.0 .... PB.7, yang merupakan pin IO dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu sebagai TimerCounter, komperator analog dan SPI mempunyai fungsi khusus sebagai pengiriman data secara serial. Sehingga nilai yang akan tampil pada LCD display akan dapat dikendalikan oleh Mikrokontroller ATMega8535.

3.1.7 Perancangan Rangkaian Driver Relay

Rangkaian relay pada alat ini berfungsi untuk memutuskan atau menghubungkan daya ke KWH Meter listrik dan beban. Gambar rangkaian relay ini ditunjukkan pada gambar 3.8 berikut ini : Gambar 3.8 Rangkaian Driver Relay Output dari relay 12 Volt DC dihubungkan ke relay 220 Volt AC yang akan menghubungkan atau memutuskan daya dari PLN ke KWH Meter listrik. Diantara relay 220 V AC dipasang MCB yang berfungsi sebagai pembatas arus sekaligus pengaman apabila terjadi Short Circuit. Hubungan yang digunakan adalah normally open. Prinsip kerja ini pada dasarnya memanfaatkan fungsi transistror sebagai saklar elektronik. Tegangan pemicu dari transistor berasal dari mikrokontroller. Pada saat mikrokontroller memberikan logika tinggi high, maka transistor mendapat tegangan bias dari kaki basis. Dengan adanya tegangan ini maka transistor akan aktif saturation, sehingga ada arus yang mengalir ke kumparan relay. Hal ini akan menyebabkan saklar pada relay 12 Volt DC tertutup, sehingga arus akan mengalir ke kumparan coil relay 220 Volt AC. Pada keadaan ini, saklar NO normally open pada relay 220 Volt AC akan tertutup dan daya dari PLN akan mengalir ke MCB dan KWH Meter yang selanjutnya ke beban. Demikian juga sebaliknya, pada saat mikrokontroller memberikan logika rendah low maka relay pun tidak akan dialiri arus dan saklar relaypun akan tetap terbuka sehingga daya dari PLN akan terputus. Start Baca Sisa KWH Input = 1? Baca Input Counter Counter + 1 Counter = 10? Kwh + 1 Counter = 0 Tampilkan ke LCD End Ya Ya Tidak Sisa 20 KWH? Ya Tidak Sisa = 0 KWH? Non aktifkan Relay 12 VDC 220 VAC Ya Tidak Hidupkan Lampu Peringatan Input voucher ke HP Kirim voucher via SMS Tidak

3.2 Perancangan Program