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