Perancangan Alat Perancangan KWH Meter Dengan Sistem Prabayar Berbasis Microcontroller AVR ATMega8535

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 Pada pinggiran piringan meteran diberi lobang. 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 Universitas Sumatera Utara 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 1 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 mikro membaca data sisa nilai jumlah rekening listrik sama dengan nol 0 maka mikro akan langsung memberikan perintah untuk mengaktifkan coil relay dan relay akan membuka kontak hubungan power dari Kwh meter ke beban. Maka hal ini akan menyebabkan seluruh smbungan power listrik dari Kwh ke beban akan terputus sampai dilakukan kembali pengisian data voucher rekening listrik.

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, Universitas Sumatera Utara Vreg LM7805CT IN OUT TIP32C 100ohm 100uF 330ohm 220V 50Hz 0Deg TS_PQ4_12 2200uF 1uF 1N5392GP 1N5392GP 12 Volt 5 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.

3.1.3 Rangkaian Mikrokontroler ATMega8535

Rangkaian sistem minimum mikrokontroler ATMEGA 8535 dapat dilihat pada gambar di bawah ini : Universitas Sumatera Utara 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 12 MHz dan dua buah kapasitor 22 pF. XTAL ini akan mempengaruhi kecepatan mikrokontroler ATMega8535 dalam mengeksekusi setiap perintah dalam program. Pada pin 9 dihubungkan sebuah resistor 10 KOhm dan sebuah kapasitor elektrolit 4.7 uF dan selanjutnya dihubungkan ke ground. Kedua komponen ini berfungsi agar program pada mikrokontroler dijalankan Universitas Sumatera Utara beberapa saat setelah power aktif. Lamanya waktu antara aktifnya power pada IC Mikrokontroler dan pogram adalah sebesar perkalian antara kapasitor dan resistor tersebut. Pin 9 merupakan masukan reset aktif rendah. Pulsa transisi dari tinggi ke rendah akan me-reset mikrokontroler ini.

3.1.4 Rangkaian 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. Gambar 3.4 Penampang Sensor Optocoupler dan Piringan Kwh Meter Universitas Sumatera Utara Gambar 3.5 Rangkaian Optocoupler Pada rangakaian ini resistor 220 Ohm dan 10 KOhm 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.

3.1.5 Rangkaian Keypad untuk ATMega8535

Keypad disini menggunakan sistem matrik dimana kolom dan baris yang sama diserikan satu sama lainnya. Perancangannya menggunakan saklar Push Button di setiap tombolnya, Push Button disini mempunyai tiga masukan yakni untuk kolom, baris, dan kommon pada perancangan disini kommon dihubungkan ke ground. Dengan disetnya kommon dengan ground, apabila menekan tombol otomatis ketiga masukan terhubung, dengan kata lain kolom dan baris berlogika ‘0’ perubahan logika inilah yang diproses oleh mikrokontroler. Skematik dari keypad dibawah ini: Universitas Sumatera Utara Gambar 3.6 Skematik rangkaian keypad

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 K Ω untuk mengatur kontras karakter yang tampil. Gambar 3.7. Rangkaian LCD Universitas Sumatera Utara 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 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 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 srbagai saklar Universitas Sumatera Utara 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.

3.2 Perancangan Program