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

PERANCANGAN DAN PENGENDALIAN KWH METER PRABAYAR BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMega8535

MELALUI TELEPON SELULAR SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains CHANDRA M NAPITUPULU

NIM. 060801001

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2011

PERSETUJUAN

Judul : PERANCANGAN DAN PENGENDALIAN KWH

METER PRABAYAR BERBASIS

MIKROKONTROLER ATMega8535 MELALUI TELEPON SELULER

Kategori : SKRIPSI

Nama : CHANDRA M NAPITUPULU

NIM : 060801001

Program Studi : SARJANA (S1) FISIKA

Departemen : FISIKA

Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Dilaksanakan di : Medan, Juni 2011

Diketahui/disetujui oleh

Ketua Departemen Fisika FMIPA USU Pembimbing

Dr. Marhaposan Situmorang Dr. Bisman Perangin-angin M.Eng,Sc NIP : 195510301980031003 NIP : 195609181985011002

PERNYATAAN

Perancangan dan Pengendalian KWH Meter Prabayar Berbasis Mikrokontroler ATMega8535 Melalui Telepon Seluler

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, Juni 2011

CHANDRA M NAPITUPULU 060801001

PENGHARGAAN

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, dengan cinta dan limpah karuniaNya penyelesaian tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan waktu yang telah ditetapkan.

Dalam penyelesaian tugas akhir serta penulisan laporannya, penulis mengucapkan banyak terimakasih kepada Bapak Dr. Bisman Perangin-angin, M.Eng.Sc selaku dosen pembimbing sekaligus Kepala Laboratorium Elektronika Lanjutan pada penyelesaian tugas akhir ini. Tentu saja ucapan terimakasih banyak juga saya sampaikan kepada Ibu Dra. Sudiati,MSi selaku dosen Pembimbing Akademik selama penulis mengikuti perkuliahan di Departemen Fisika FMIPA USU. Dan kepada Bapak Dekan FMIPA USU dan Bapak/Ibu Dosen di Departemen Fisika FMIPA USU serta Staf pegawai yang memberi saran, dukungan dan banyak motivasi selama penyelesaian tugas akhir ini. Tidak lupa saya juga mengucapkan terimakasih kepada rekan – rekan mahasiswa stambuk 2006, Rianto, Anderson, Hakim, Ani, Elisda, Deri, Nopi, Indra, Eko, Nain, Erik, Handri, Rikardo dan seluruh adik stambuk saya di IMF USU, Stevani, Helen, Ningsih, Emmi, Agus, Istas, Fitri, Jhon, Juli sitorus, dll. Dan juga rekan-rekan segerakan di GMKI FMIPA USU, Espol, Doddy, Elfrida, Ervina, Ira, Feri serta rekan-rekan asisten di Laboratorium Elektronika Lanjutan, Leo, Ita, Dedi, Yanti, Irma, dan lain-lain yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu yang memberikan saya banyak masukan dan bantuan selama perkuliahan dan penyelesaian tugas akhir ini.

Ucapan terimakasih saya yang sangat spesial kepada Ibunda yang sangat saya cintai R.Br.Sitorus dan Ayahanda tercinta A.Napitupulu (Alm). Terkhusus buat adik saya Hany Elisa Br.Napitupulu saya sangat berterimakasih atas bantuan materi dalam pembiayaan selama saya kuliah serta adik-adik saya Lenni M Br. Napitupulu dan Sandi F Napitupulu beserta seluruh keluarga dan Nova E Silitonga tersayang yang selalu memberikan bantuan dan dukungan serta selalu mendoakan saya.

Penulis menyadari akan adanya kekurangan dalam penulisan dan penyusunan tugas akhir ini, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun untuk kesempurnaan tugas akhir ini.

ABSTRAK

Telah dirancang sebuah KWH Meter Listrik dengan Sistem Prabayar dengan menggunakan Mikrokontroler ATMega8535. Alat yang dirancang dilengkapi dengan Modul GSM yang akan digunakan sebagai sistem kendali jarak jauh. Prinsip kerja rangkaian ini secara umum adalah voucher rekening listrik dikirim melalui SMS kemudian akan diterima oleh Modul GSM selanjutnya akan di baca mikrokontroler dan akan di tampilkan pada LCD . Mikrokontroler akan menerima data (voucher rekening listrik) dan menampilkan jumlah sisa KWH dan sisa rekening listrik dalam Rupiah (Rp) pada LCD. Jika energi yang dipakai semakin besar maka pulsa akan semakin berkurang, apabila mikrokontrol membaca data rekening = nol (0) maka relay akan aktif dan memutus power pada beban.

OPERATION AND CONTROLLER KWH METRE PRABAYAR BASED ON MICROCONTROLLER ATMEGA8535 THROUGH TELEPHONE SELULER

ABSTRACT

Have been designed a KWH Metre Electrics with System Prabayar by using Mikrokontroler ATMEGA8535. designed Appliance to be provided with Module GSM to be used as long distance control system. Principal of this circuit in general is electrics account voucher sent through SMS, and then it will be accepted by Module GSM hereinafter it will be read by mikrokontroler and it will be displayed at LCD . Mikrokontroler will accept data ( electrics account voucher) and present the amount of the rest of KWH and electrics account remains in Rupiah ( Rp) at LCD. If energi weared ever greater hence pulsa will on the wane, if mikrokontrol read account data = zero ( 0) hence relay will be active and turn off power at burden

DAFTAR ISI

Halaman

Persetujuan ii

Pernyataan iii

Penghargaan iv

Abstrak v

Abstract vi

Daftar Isi vii

Daftar Tabel ix

Daftar Gambar x

Daftar Persamaan xi

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Rumusan Masalah 2

1.3 Batasan Masalah 3

1.4 Tujuan Penulisan 3

1.5 Manfaat Penelitian 4

1.6 Sistematika Penulisan 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 KWH Meter Analog 6

2.1.1 Prinsip Kerja KWH Meter 7

2.1.2 Perhitungan Biaya KWH Meter 9

2.2 Mikrokontroler ATMEGA8535 10

2.2.1 Arsitektur Mikrokontroler ATMEGA8535 10

2.2.2 Peta Memory ATMEGA8535 13

2.2.3 Status Register 14

2.2.4 Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATMEGA8535 15

2.3 Modul GSM 19

2.3.1 Pengertian Modul GSM 19

2.3.2 Jaringan GSM 20

2.3.3 Layanan SMS Pada Sistem GSM 21

2.4 Sensor Optocoupler 23

2.4.1 Pengertian Optocoupler 23

2.4.2 Prinsip Kerja Dari Rangkaian Optocoupler 26

2.5 Transistor 26

2.6 LCD (Liquid Crystal Display) 29

2.7 Relay 31

2.7.1 Prinsip Kerja Relay 32

2.8 Komunikasi Serial RS232 33

2.9 Perangkat Lunak 35

2.9.1 Pemograman Bahasa C 35

2.9.3 AT Command 41 BAB III PERANCANGAN SISTEM

3.1 Perancangan Alat 43

3.1.1 Diagram Blok Rangkaian 43

3.1.2 Rangkaian Power Supply (PSA) 45

3.1.3 Rangkaian Mikrokontroller ATMega8535 46

3.1.4 Rangkaian Sensor Optocoupler 47

3.1.5 Rangkaian Interface Komunikasi RS232 49 3.1.6 Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display) 49

3.1.7 Rangkaian Driver Relay 50

3.2 Perancangan Program 52

BAB IV PENGUJIAN ALAT DAN PROGRAM

4.1 Pengujian Rangkaian Mikrokontroller ATMega8535 55

4.2 Pengujian Sensor Optocoupler 57

4.3 Pengujian Modul GSM 57

4.4 Pengujian Rangkaian LCD 59

4.5 Pengujian Rangkaian Relay 61

4.6 Pengujian Sistem 62

4.6.1 Pengujian KWH Meter 62

4.6.2 Pengujian Sistem Pengiriman Voucher 64 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan 66

5.2 Saran 67

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Fungsi Pin-pin Port B 17

Tabel 2.2 Fungsi Pin-pin Port D 18

Tabel 2.3 Fungsi pin-pin pada Liquid Crystal Display 30

Tabel 2.4 Tipe Data 35

Tabel 2.5 Operator Aritmatika 37

Tabel 2.6 Operator Logika 38

Tabel 2.7 Operator Penambahan dan Pengurangan 38

Tabel 4.1 Tampilan Hasil Pengujian LED pada Mikrokontroler 57

Tabel 4.2 Tegangan Output Sensor Optocoupler 57

Tabel 4.3 Pengujian Pengirim SMS pada Modul GSM 59

Tabel 4.4 Tabel Pengujian dan Perhitungan Waktu untuk beban 350 Watt 63

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Bagian-bagian KWH Meter 6

Gambar 2.2 Bentuk Fisik KWH Meter Analog 7

Gambar 2.3 Prinsip Dasar KWH Meter 8

Gambar 2.4 Prinsip Kerja KWH Meter 9

Gambar 2.5 Arsitektur ATMega8535 12

Gambar 2.6 Memori ATMega8535 13

Gambar 2.7 Status Register 14

Gambar 2.8 IC Mikrokontroller ATMega8535 16

Gambar 2.9 Rangkaian Modul GSM 19

Gambar 2.10 Diagram Blok Rangkaian Modul GSM 20

Gambar 2.11 Alur Pengiriman SMS 22

Gambar 2.12 Bentuk fisik Sensor Optocoupler 24

Gambar 2.13 Simbol Optocoupler 25

Gambar 2.14 Transistor sebagai Saklar ON 27

Gambar 2.15 Karakteristik Daerah Saturasi Pada Transistor 28

Gambar 2.16 Transistor sebagai Saklar OFF 28

Gambar 2.17 LCD (Liquid Crystal Display) 29

Gambar 2.18 LCD M1632 30

Gambar 2.19 Relay 8 Pin 32

Gambar 2.20 Relay Elektromekanis 32

Gambar 2.21 MAX232 Untuk Komunikasi Serial 34

Gambar 3.1 Diagram Blok Rangkaian Sistem 43

Gambar 3.2 Rangkaian Power Supplay (PSA) 45

Gambar 3.3 Rangkaian Mikrokontroler ATMega8535 46

Gambar 3.4 Penampang Sensor Optocoupler dan Piringan Kwh Meter 48

Gambar 3.5 Rangkaian Optocoupler 48

Gambar 3.6 MAX232 Untuk Komunikasi Serial 49

Gambar 3.7 Rangkaian LCD 50

Gambar 3.8 Rangkaian Relay 51

Gambar 3.9 Flow Chart Program Sistem 52

Gambar 3.10 Rangkaian Lengkap 54

Gambar 4.1 Tampilan AT Command pada Hyper Terminal 58

DAFTAR PERSAMAAN

Halaman

Persamaan 2.1 Daya listrik (daya aktif) 8

Persamaan 2.2 Daya listrik 8

Persamaan 2.3 Arus basis agar transistor saturasi (IB) 27

Persamaan 2.4 Hubungan tegangan basis (VB)26 27

dan arus basis (IB) dari transistor

ABSTRAK

Telah dirancang sebuah KWH Meter Listrik dengan Sistem Prabayar dengan menggunakan Mikrokontroler ATMega8535. Alat yang dirancang dilengkapi dengan Modul GSM yang akan digunakan sebagai sistem kendali jarak jauh. Prinsip kerja rangkaian ini secara umum adalah voucher rekening listrik dikirim melalui SMS kemudian akan diterima oleh Modul GSM selanjutnya akan di baca mikrokontroler dan akan di tampilkan pada LCD . Mikrokontroler akan menerima data (voucher rekening listrik) dan menampilkan jumlah sisa KWH dan sisa rekening listrik dalam Rupiah (Rp) pada LCD. Jika energi yang dipakai semakin besar maka pulsa akan semakin berkurang, apabila mikrokontrol membaca data rekening = nol (0) maka relay akan aktif dan memutus power pada beban.

OPERATION AND CONTROLLER KWH METRE PRABAYAR BASED ON MICROCONTROLLER ATMEGA8535 THROUGH TELEPHONE SELULER

ABSTRACT

Have been designed a KWH Metre Electrics with System Prabayar by using Mikrokontroler ATMEGA8535. designed Appliance to be provided with Module GSM to be used as long distance control system. Principal of this circuit in general is electrics account voucher sent through SMS, and then it will be accepted by Module GSM hereinafter it will be read by mikrokontroler and it will be displayed at LCD . Mikrokontroler will accept data ( electrics account voucher) and present the amount of the rest of KWH and electrics account remains in Rupiah ( Rp) at LCD. If energi weared ever greater hence pulsa will on the wane, if mikrokontrol read account data = zero ( 0) hence relay will be active and turn off power at burden

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Teknologi sebagai hasil peradaban manusia yang semakin maju, dirasakan sangat membantu dan mempermudah manusia dalam memenuhi kebutuhan di zaman modern seperti saat ini. Berbagai macam penemuan merambah berbagai aspek kehidupan manusia diantaranya adalah, telekomunikasi dan Informasi sampai dengan dunia industri. Kemajuan tersebut salah satunya dapat dilihat dengan banyaknya piranti-piranti elektronik yang dapat membantu atau mempermudah suatu pekerjaan yang dilakukan oleh manusia menjadi lebih praktis, ekonomis dan efisien tanpa memandang jarak dan waktu.

Salah satu komponen elektronika yang digunakan di setiap rumah, kantor dan di manapun yang sudah menggunakan listrik salah satunya adalah Kilo Watt Hour Meter (KWH meter), KWH meter merupakan alat penghitung pemakaian energi listrik. Pada umumnya alat ini masih bersifat analog dan mekaniknya memanfaatkan pengaruh induksi medan magnet sebagai penggerak piringan almunium. Penggunaan KWH meter seperti ini dianggap kurang akurat karena tingkat ketelitiannya masih dipengaruhi oleh panas dan mekanik elemen pendukungnya. Pada setiap penggunaan KWH meter, Perusahaan Listrik Negara (PLN) selaku pengelola listrik Negara menitipkan alat ini di setiap bangunan yang menggunakan jasa listrik dari PLN.

Setiap bulannya petugas PLN datang menghampiri rumah-rumah guna melakukan pencatatan dari total pemakaian listrik tiap-tiap rumah. Kadang-kadang pencatatan yang dilakukan petugas PLN berbeda dengan pemakaian asli tiap-tiap rumah. Hal ini dapat menimbulkan kerugian di PLN jika pencatatan lebih sedikit dari

pemakaian dan merugikan konsumen jika pencatatan lebih besar dari pemakaian sebenarnya. Setiap bulan juga konsumen datang menghampiri loket pembayaran listrik untuk membayar pemakaian listrik selama satu bulan, yang kadang – kadang merepotkan konsumen dengan memperhitungkan jarak yang cukup jauh dari rumah, dan membutuhkan waktu yang cukup lama untuk mengantri di loket pembayaran listrik.

Berdasarkan perkembangan dan beberapa masalah yang sering dialami PLN dan Konsumen tersebut maka penulis mencoba untuk membuat suatu alat dan penelitian Tugas Akhir dengan judul “ PERANCANGAN DAN PENGENDALIAN KWH METER PRABAYAR BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMega8535 MELALUI TELEPON SELULAR”, yang bisa menghitung biaya beban pemakaian listrik langsung dalam Rupiah (Rp) dan membayar biaya beban pemakaian listrik sesuai dengan kebutuhan konsumen melalui telepon selular.

1.2 RUMUSAN MASALAH

Berdasarkan uraian diatas,maka penulis merumuskan masalah yang terjadi pada sistem KWH meter yang dipakai konsumen saat ini, seperti contoh:

1. Petugas PLN kesulitan melakukan pencatatan pemakaian listrik setiap bulan akibat gerbang rumah tertutup sehingga kadang-kadang pencatatan yang dilakukan pihak PLN tidak sesuai dengan pemakaian sebenarnya.

2. Pemilik rumah curiga terhadap petugas PLN yang datang setiap bulan menghampiri rumah-rumah, karena banyaknya oknum petugas PLN palsu/gadungan.

3. Kurang efisien dalam waktu karena memerlukan waktu yang banyak untuk melakukan pencatatan secara manual.

4. Setiap bulan konsumen datang menghampiri loket pembayaran listrik dengan memperhitungkan jarak yang cukup jauh dari rumah, dan membutuhkan waktu yang cukup lama untuk mengantri di loket pembayaran listrik.

Berdasarkan masalah diatas, maka penulis tertarik untuk merancang sebuah KWH Meter dengan system prabayar dengan menggunakan Mikrokontroller ATMega8535 yang dapat di kendalikan dari jarak jauh melalui Telepon Selular.

1.3Batasan Masalah

Untuk membatasi masalah-masalah yang ada, maka penulis membatasi ruang lingkup masalah sebagai berikut :

1. Alat dirancang menggunakan meter listrik analog yang umum dipakai masyarakat untuk dapat menampilkan data dan harga biaya pemakaian listrik (sesuai data meter listrik langsung dalam rupiah) dalam data digital.

2. Alat dirancang memanfaatkan Telepon selular GSM dan tidak membahas piranti-piranti dalam Telepon selular tersebut.

3. Sistem dalam pengiriman isi pulsa prabayar ke modul GSM yang diteruskan ke mikrokontroller melalui interface komunikasi sebagai sistem akusisi data berbasis sms.

1.4Tujuan Penulisan

Adapun maksud dan tujuan penulis melakukan penelitian ini adalah :

1. Memanfaatkan Mikrokontroller ATMega8535 dalam menghitung biaya beban pemakaian listrik langsung dalam KWH dan Rupiah serta membayar biaya beban pemakaian listrik sesuai dengan kebutuhan konsumen melalui Telepon selular.

2. Merancang sebuah alat yang dapat membatasi pemakaian beban listrik dan menampilkan nilai KWH dalam data digital yang dapat dikontrol dari jarak jauh.

1.5Manfaat Penelitian

1. Mengurangi kerugian PLN ataupun konsumen (masyarakat) atas terjadinya selisih pemakaian dengan pencatatan yang dilakukan oleh petugas PLN.

2. Membatasi besar pemakaian listrik sesuai dengan kebutuhan pelanggan (masyarakat pengguna listrik).

3. Mempersingkat waktu dalam proses pembayaran biaya rekening listrik melalui telepon selular konsumen dalam jarak jauh.

1.6Sistematika Penulisan

Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman maka penulis membuat sistematika pembahasan bagaimana sebenarnya prinsip kerja dari alat tersebut, maka penulis menulis laporan ini sebagai berikut:

BAB I. PENDAHULUAN

Dalam bab ini berisikan mengenai latar belakang, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, teknik pengumpulan data serta sistematika penulisan

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

Tinjauan Pustaka, dalam bab ini dijelaskan tentang teori pendukung yang digunakan untuk pembahasan dan cara kerja dari rangkaian. Teori pendukung itu antara lain tentang mikrokontroler Atmega 8535 dan modul GSM (hardware dan software).

BAB III. PERANCANGAN SISTEM

Pada bagian ini akan dibahas perancangan dari alat, yaitu diagram blok dari rangkaian dan diagram alir dari program yang akan diisikan ke mikrokontroler Atmega 8535

BAB IV. PENGUJIAN ALAT DAN PROGRAM

Pada bab ini akan dibahas hasil analisa rangkaian dan sistem kerja alat, penjelasan mengenai rangkaian-rangkaian yang digunakan, penjelasan

mengenai program yang diisikan ke mikrokontroler Atmega 8535 dan pengujian alat secara keseluruhan.

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini merupakan penutup yang meliputi tentang kesimpulan dari pembahasan yang dilakukan dari pembuatan alat ini serta saran, apakah rangkaian ini dapat dibuat lebih efisien dan dikembangkan pada suatu metode lain yang mempunyai sistem kerja yang sama.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1KWH Meter Analog

KWH meter adalah alat pengukur energi listrik yang mengukur secara langsung hasil kali tegangan, arus faktor kerja, kali waktu tertentu yang bekerja selama waktu tertentu tersebut. Alat ini sangat umum dijumpai di masyarakat. Bagian utama dari sebuah KWH meter adalah kumparan tegangan, kumparan arus,elemen penggerak/piringan aluminium, rem magnet tetap yang tugasnya menetralkan piringan aluminium dari induksi medan magnet, register/gear mekanik yang mencatat jumlah perputaran piringan aluminium, name plate, dan terminal klemp, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1 berikut.

Gambar 2.1 Bagian-bagian KWH Meter

Piringan KWH meter ditempatkan dengan dua buah bantalan (atas dan bawah) yang digunakan agar piringan KWH meter dapat berputar dengan mendapat gesekan sekecil mungkin. Rem magnit adalah terbuat dari magnit permanen, mempunyai satu pasang kutub (Utara dan Selatan) yang gunanya untuk mengatasi akibat adanya gaya berat dari piringan KWH meter, dan menghilangkan/meredam ayunan perputaran piringan serta alat kalibrasi semua batas arus. Roda gigi dan alat pencatat (register), sebagai transmisi

perputaran piringan, sehingga alat pencatat merasakan adanya perputaran, untuk mencatat jumlah energi yang diukur oleh KWH meter tersebut dan mempunyai satuan, puluhan, ratusan, ribuan, dan pluh ribuan.

Alat ini sangat penting dan pemakaiannya sangat luas, karena alat tersebut dipergunakan sebagai pengukur energi dalam transaksi daya listrik oleh PLN di masyarakat. Gambar 2.2 berikut ini adalah KWH Meter Analog yg sering kita jumpai di rumah-rumah penduduk.

Gambar 2.2 Bentuk Fisik KWH Meter Analog

2.1.1 Prinsip Kerja KWH Meter

Apabila ditinjau dari segi fisika maka, prinsip kerja KWH meter diperlihatkan pada Gambar 2.3 di bawah dapat dijelaskan bahwa arus beban I menghasilkan fluks bolakbalik Φc, yang melewati piringan aluminium dan menginduksinya, sehingga menimbulkan tegangan dan eddy current yang ditunjukkan pada Gambar 2.4b. Kumparan tegangan Bp juga mengasilkan fluks bolak-balik Φp yang memintas arus If. Karena itu piringan mendapat gaya, dan resultan dari torsi membuat piringan berputar. Torsi ini sebanding dengan fluks Φp dan arus IF serta harga cosinus dari sudut antaranya. Karena Φp dan IF sebanding dengan tegangan E dan arus beban I, maka torsi motor sebanding dengan EI cos θ, yaitu daya aktif yang diberikan ke beban.

Gambar 2.3 Prinsip Dasar KWH Meter

Karena itu kecepatan putaran piringan sebanding dengan daya aktif yang terpakai. Semakin besar daya yang terpakai, kecepatan piringan semakin besar, demikian pula sebaliknya. Secara umum perhitungan untuk daya listrik dapat di bedakan menjadi tiga macam, yaitu :

 Daya kompleks S(VA) = V.I  Daya reaktif Q(VAR) = V.I sin φ

 Daya aktif P(Watt) = V.I cos φ ……….…(2.1)

Hubungan dari ketiga daya diatas dapat dituliskan dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

2 2

Q P

S 

) cos (sin

. )

( 2 2 2

 VI

S I V

S . ………(2.2)

Dari ketiga daya diatas, yang terukur pada KWH meter adalah daya aktif, yang dinyatakan dengan satuan Watt.

Gambar 2.4.a mengambarkan kepada kita bagaimana medan magnet memutarkan piringan alumunium. Arus listrik yang melalui kumparan arus mengalir sesuai dengan perubahan arus terhadap waktu. Hal ini menimbulkan adanya medan di permukaan kawat tembaga pada koil kumparan arus. Kumparan tegangan membantu mengarahkan medan magnet agar menerpa permukaan alumunium sehingga terjadi suatu gesekan antara piringan alumunium dengan medan magnet disekelilingnya.

Dengan demikian maka piringan tersebut mulai berputar dan kecepatan putarnya dipengaruhi oleh besar kecilnya arus listrik yang melalui kumparan arus.

a. Medan Magnet Pada KWH Meter b. Arus-arus Eddy pada piringan Gambar 2.4 Prinsip Kerja KWH Meter

2.1.2 Perhitungan Biaya KWH Meter

KWH Meter berarti Kilo Watt Hour Meter dan kalau diartikan menjadi n ribu watt dalam satu jamnya. Jika membeli sebuah KWH Meter maka akan tercantum X putaran per KWH, artinya untuk mencapai 1 KWH dibutuhkan putaran sebanyak x kali putaran dalam setiap jamnya. Contohnya jika 600 putaran per KWH maka harus ada 600 putaran setiap jamnya untuk dikatakan sebesar satu KWH. Jumlah KWH itu secara kumulatif dihitung dan pada akhir bulan dicatat oleh petugas besarnya pemakaian lalu dikalikan dengan tarif dasar listrik atau TDL ditambah dengan biaya abodemen dan pajak menghasilkan jumlah tagihan yang harus dibayarkan setiap bulannya.

2.2Mikrokontroler ATMEGA8535

Tidak seperti system komputer, yang mampu menangani berbagai macam program aplikasi (misalnya pengolah kata, pengolah angka dan lain sebagainya), mikrokontroler hanya bisa digunakan untuk satu aplikasi tertentu saja. Perbedaan lainnya terletak pada perbandingan RAM-nya dan ROM. Pada system computer perbandingan RAM dan ROM-nya besar, artinya program-program pengguna disimpan dalam ruang RAM yang relative besar, sedangkan rutin-rutin antarmuka perangkat keras disimpan dalam ruang ROM yang kecil. Sedangkan pada mikrokontroler, perbandingan ROM dan RAM-nya yang besar artinya program control disimpan dalam ROM (bisa Masked ROM atau Flash PEROM) yang ukurannya relatif lebih besar, sedangkan RAM digunakan sebagai tempat penyimpanan sementara, termasuk register-register yang digunakan pada mikrokontroler yang bersangkutan.

2.2.1 Arsitektur Mikrokontroler AVR ATMEGA8535

Arsitektur (Diagram Blok) Mikrokontroler AVR ATMega8535 ditunjukkan pada Gambar 2.5. AVR termasuk kedalam jenis mikrokontroler RISC (Reduced Instruction Set Computing) 8 bit. Berbeda dengan mikrokontroler keluarga MCS-51 yang berteknologi CISC (Complex Instruction Set Computing). Pada mikrokontroler dengan teknologi RISC semua instruksi dikemas dalam kode 16 bit (16 bits words) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 clock, sedangkan pada teknologi CISC seperti yang diterapkan pada mikrokontroler MCS-51, untuk menjalankan sebuah instruksi dibutuhkan waktu sebanyak 12 siklus clock.

Secara garis besar, arsitektur mikrokontroler ATMEGA8535 terdiri dari : 1. 32 saluran I/O (Port A, Port B, Port C dan Port D)

2. 10 bit 8 Channel ADC (Analog to Digital Converter) 3. 4 Channel PWM

4. 6 Sleep Modes : Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-Down, Standby and Extended Standby

5. 3 buah timer/counter. 6. Analog Compararator

7. Watchdog timer dengan osilator internal 8. 512 byte SRAM

9. 512 byte EEPROM

10. 8 kb Flash memory dengan kwmampuan Read While Write 11. Unit interupsi (internal dan external)

12. Port antarmuka SPI8535 ―memory map‖

13. Port USART untuk komunikasi serial dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps 4,5 V sampai 5,5 V operation, 0 sampai 16 MHz.

2.2.2 Peta Memory ATMega8535

ATMega8535 memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori program yang terpisah. Memori data terbagi menjadi 3 bagian yaitu : 32 buah register umum, 64 buah register I/O, dan 512 byte SRAM internal.

Register untuk keperluan umum menempati space data pada alamat terbawah yaitu $00 sampai $1F. Sementara itu register khusus untuk menangani I/O dan kontrol terhadap mikrokontroler menempati 64 alamat berikutnya, yaitu mulai dari $20 sampai $5F. Register tersebut merupakan register yang khusus digunakan untuk mengatur fungsi terhadap berbagai peripheral mikrokontroler, seperti kontrol register, timer/counter, fungsi fungsi I/O, dan sebagainya. Register khusus alamat memori secara lengkap dapat dilihat pada tabel dibawah . Alamat memori berikutnya digunakan untuk SRAM 512 byte, yaitu pada lokasi $60 sampai dengan $25F. Memori AVR ATMega8535 ditunjukkan pada Gambar 2.6 berikut.

Gambar 2.6 Memori AVR ATMega8535

Selain itu AVR ATmega8535 juga memilki memori data berupa EEPROM 8-bit sebanyak 512 byte. Alamat EEPROM dimulai dari $000 sampai $1FF.

2.2.3 Status Register

Status register adalah register berisi status yang dihasilkan pada setiap operasi yang dilakukan ketika suatu instruksi dieksekusi. SREG merupakan bagian dari inti CPU mikrokontroler. Status register ditunjukkan pada Gambar 2.7 berikut.

Gambar 2.7 Status Register Status Register ATMega8535

1. Bit7 --> I (Global Interrupt Enable), Bit harus di Set untuk mengenable semua jenis interupsi.

2. Bit6 --> T (Bit Copy Storage), Instruksi BLD dan BST menggunakan bit T sebagai sumber atau tujuan dalam operasi bit. Suatu bit dalam sebuah register GPR dapat disalin ke bit T menggunakan instruksi BST, dan sebaliknya bit T dapat disalin kembali kesuatu bit dalam register GPR dengan menggunakan instruksi BLD.

3. Bi5 --> H (Half Cary Flag)

4. Bit4 --> S (Sign Bit) merupakan hasil operasi EOR antara flag -N (negatif) dan flag V (komplemen dua overflow).

5. Bit3 --> V (Two's Component Overflow Flag) Bit ini berfungsi untuk mendukung operasi matematis.

6. Bit2 --> N (Negative Flag) Flag N akan menjadi Set, jika suatu operasi matematis menghasilkan bilangan negatif.

7. Bit1 --> Z (Zero Flag) Bit ini akan menjadi Set apabila hasil operasi matematis menghasilkan bilangan 0.

8. Bit0 --> C (Cary Flag) Bit ini akan menjadi set apabila suatu operasi menghasilkan carry.

2.2.4 Konfigurasi Pin Mikrokontroler AVR ATMEGA8535

Mikrokontroler ATMega8535 memiliki 40 pin untuk model PDIP ditunjukkan pada Gambar 2.8, dan 44 pin untuk model TQFP dan PLCC. Nama-nama pin pada mikrokontroler ini adalah :

1. VCC : merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya 2. GND : merupakan pin ground.

3. Port A (PA0...PA7) : merupakan pin I/O dan pin masukan ADC

4. Port B (PB0 – PB7) : merupakan akan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu sebagai Timer/Counter, komperator analog dan SPI.

5. Port C (PC0 – PC7) : merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, komperator analog, input ADC dan Timer Osilator.

6. Port D (PD0 – PD7) : merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu komperator analog, interupsi eksternal dan komunikasi serial.

7. RESET : merupakan pin yang digunakan untuk mereset mikrokontroler. 8. XTAL1 dan XTAL2 : merupakan pin masukan clock eksternal.

9. AVCC : merupakan pin masukan tegangan untuk ADC. 10. AREF : merupakan pin tegangan referensi ADC

Set Instruksi yang dikenal oleh Mikrokontroler AVR ATMega8535 terdapat dalam Lampiran 2.

Gambar 2.8 IC

Mikrokontroler ATMEGA8535 Deskripsi pin-pin pada mikrokontroler ATMega8535 : 1. Port A

Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port A dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port A (DDRA) harus disetting terlebih dahulu sebelum Port A digunakan. Bit-bit DDRA diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port A yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, kedelapan pin port A juga digunakan untuk masukan sinyal analog bagi A/D converter.

2. Port B

Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port B dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port B (DDRB) harus disetting terlebih dahulu sebelum Port B digunakan. Bit-bit DDRB diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port B yang bersesuaian sebagai input, atau

diisi 1 jika sebagai output. Pin-pin port B juga memiliki untuk fungsi-fungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel berikut.

Tabel 2.1 Fungsi Pin-pin Port B Port Pin Fungsi Khusus

PB0 T0 = timer/counter 0 external counter input PB1 T1 = timer/counter 0 external counter input PB2 AIN0 = analog comparator positive input PB3 AIN1 = analog comparator negative input PB4 SS = SPI slave select input

PB5 MOSI = SPI bus master output / slave input PB6 MISO = SPI bus master input / slave output PB7 SCK = SPI bus serial clock

3. Port C

Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port C dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port C (DDRC) harus disetting terlebih dahulu sebelum Port C digunakan. Bit-bit DDRC diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port C yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, dua pin port C (PC6 dan PC7) juga memiliki fungsi alternatif sebagai oscillator untuk timer/counter 2.

4. Port D

Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port D dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port D (DDRD) harus disetting terlebih dahulu sebelum Port D digunakan. Bit-bit DDRD diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port D yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, pin-pin port D juga memiliki untuk fungsi-fungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel berikut.

Tabel 2.2 Fungsi Pin-pin Port D Port Pin Fungsi Khusus

PD0 RDX (UART input line) PD1 TDX (UART output line)

PD2 INT0 ( external interrupt 0 input ) PD3 INT1 ( external interrupt 1 input )

PD4 OC1B (Timer/Counter1 output compareB match output) PD5 OC1A (Timer/Counter1 output compareA match output) PD6 ICP (Timer/Counter1 input capture pin)

PD7 OC2 (Timer/Counter2 output compare match output)

5. RESET

RST pada pin 9 merupakan reset dari AVR. Jika pada pin ini diberi masukan low selama minimal 2 machine cycle maka system akan di-reset.

6. XTAL1

XTAL1 adalah masukan ke inverting oscillator amplifier dan input ke internal clock operating circuit.

7. XTAL2

XTAL2 adalah output dari inverting oscillator amplifier. 8. AVcc

Avcc adalah kaki masukan tegangan bagi A/D Converter. Kaki ini harus secara eksternal terhubung ke Vcc melalui lowpass filter.

9. AREF

AREF adalah kaki masukan referensi bagi A/D Converter. Untuk operasionalisasi ADC, suatu level tegangan antara AGND dan Avcc harus dibeikan ke kaki ini.

10. AGND

AGND adalah kaki untuk analog ground. Hubungkan kaki ini ke GND, kecuali jika board memiliki anlaog ground yang terpisah.

2.3 Modul GSM

2.3.1 Pengertian Modul GSM

Modul GSM adalah peralatan yang didesain supaya dapat digunakan untuk aplikasi komunikasi dari mesin ke mesin atau dari manusia ke mesin. Modul GSM merupakan peralatan yang digunakan sebagai mesin dalam suatu aplikasi. Dalam aplikasi yang dibuat harus terdapat mikrokontroler yang akan mengirimkan perintah kepada modul GSM berupa AT command melalui RS232 sebagai komponen penghubung (communication links). Rangkaian Modul GSM ditunjukkan pada Gambar 2.8 berikut.

Modul GSM merupakan bagian dari pusat kendali yang berfungsi sebagai

transceiver. Modul GSM mempunyai fungsi yang sama dengan sebuah telepon seluler yaitu mampu melakukan fungsi pengiriman dan penerimaan SMS. Dengan adanya sebuah modul GSM maka aplikasi yang dirancang dapat dikendalikan dari jarak jauh dengan menggunakan jaringan GSM sebagai media akses. Diagram blok rangkaian Modul GSM ditunjukkan pada Gambar 2.9 berikut.

Gambar 2.10 Diagram blok rangkain modul GSM 2.3.2 Jaringan GSM

Jaringan GSM terdiri dari beberapa subsystem yang memiliki fungsi dan interface-nya masing-masing. Jaringan GSM dibagi menjadi tiga bagian besar subsystem, yaitu:

1. Mobile Station Subsystem (MSS) Mobile station (MS) terdiri dari mobile

equipment (telepon seluler) dan kartu pintar yang disebut subcriber identity module card (SIM). Mobile equipment secara unik diidentifikasikan oleh

international mobile equipment identity (IMEI)

2. Base Station Subsystem (BSS) Base station terdiri atas 2 bagian yaitu base transceiver station (BTS) dan base station controller (BSC). BTS memiliki

transceiver radio yang mendefinisikan sel dan menanganiprotokol hubungan radio dengan MS. MSS dan BSS berkomunikasi melalui interface udara atau hubungan radio. BSC mengatur radio resources untuk satu atau lebih BTS dan menangani setup saluran radio, frequency hope dan proses handover.

3. Network Switching Subsystem (NSS) Komponen utama dari network switchinf subsystem (NSS) adalah mobile switching center (MSC). MSC melakukan

switching hubunganantar sesama pemakai telepon seluler, dan antara pemakai telepon seluler dengan pemakain telepon tetap (PSTN atau ISDN).

2.3.3 Layanan SMS Pada Sistem GSM

SMS dikembangkan terutama sebagai alat pengirim informasi data konfigurasi dari

handset GSM sebagai bagian dari protokol jaringan dan tidak lebih dari sekedar layanan tambahan daripada layanan utama sistem GSM yaitu layanan voice dan

switched data. Namun pada akhirnya SMS menjadi sukses sebagai layanan messaging

paling populer di dunia. Berdasarkan mekanisme distribusi pesan SMS oleh aplikasi SMS, terdapat empat macam mekanisme pengiriman pesan, yaitu:

a. Pull, yaitu pesan yang dikirimkan ke pengguna berdasarkan permintaan pengguna.

b. Push – event based, yaitu pesan yang diaktivasi oleh aplikasi berdasarkan kejadian yang berlangsung.

c. Push – scheduled, yaitu pesan yang diaktivasi oleh aplikasi berdasarkan waktu yang telah terjadwal.

d. Push – personal profile, yaitu pesan yang diaktivasi oleh aplikasi berdasarkan profil dan preferensi dari pengguna.

SMS adalah data tipe asynchronous message yang pengiriman datanya dilakukan dengan mekanisme protocol store and forward. Hal ini berarti bahwa pengirim dan penerima SMS tidak perlu berada dalam status berhubungan (connected/online) satu sama lain ketika akan saling bertukar pesan SMS. Pengiriman pesan SMS secara store and forward berarti pengiriman pesan SMS menuliskan pesan dan nomor telepon tujuan dan kemudian mengirimkannya (store) ke server SMS (SMS-Center) yang

kemudian bertanggung jawab untuk mengirimkan pesan tersebut (forward) ke nomor tujuan. Keuntungan dari mekanisme store and forward pada SMS adalah, penerima tidak perlu dalam status online ketika ada pengirim yang bermaksud mengirimkan pesan kepadanya.

Kini SMS tidak terbatas untuk komunikasi antar manusia pengguna saja, namun juga bisa dibuat otomatis dikirim/diterima oleh peralatan (komputer, mikrokontroler, dsb) untuk mencapai suatu tujuan tertentu. Namun untuk melakukannya, kita harus memahami dulu cara kerja SMS itu sendiri. Gambar 2.11 berikut ini adalah alur pengiriman SMS pada standar teknologi GSM.

Gambar 2.11 Alur Pengiriman SMS

Ketika pengguna mengirim SMS, maka pesan dikirim ke MSC melalui jaringan seluler yang tersedia yang meliputi tower BTS yang sedang meng-handle komunikasi pengguna, lalu ke BSC, kemudian sampai ke MSC. MSC kemudian mem-forward lagi SMS ke SMSC untuk disimpan. SMSC kemudian mengecek (lewat HLR - Home Location Register) untuk mengetahui apakah handphone tujuan sedang aktif dan dimanakah handphone tujuan tersebut.

Jika handphone sedang tidak aktif maka pesan tetap disimpan di SMSC itu sendiri, menunggu MSC memberitahukan bahwa handphone sudah aktif kembali untuk kemudian SMS dikirim dengan batas maksimum waktu tunggu yaitu validity

period dari pesan SMS itu sendiri. Jika handphone tujuan aktif maka pesan disampaikan MSC lewat jaringan yang sedang meng-handle penerima (BSC dan BTS).

Sebenarnya, di dalam kebanyakan handphone dan GSM/CDMA modem terdapat suatu komponen wireless modem/engine yang dapat diperintah antara lain untuk mengirim suatu pesan SMS dengan protokol tertentu. Standar perintah tersebut dikenal sebagai AT-Command, sedangkan protokolnya disebut sebagai PDU (Protokol Data Unit). Melalui AT-Command dan PDU inilah kita dapat membuat komputer/mikrokontroler mengirim/menerima SMS secara otomatis berdasarkan program yang kita buat.

2.4 Sensor Optocoupler 2.4.1 Pengertian Optocoupler

Optocoupler adalah suatu piranti yang terdiri dari 2 bagian yaitu transmitter dan receiver, yaitu antara bagian cahaya dengan bagian deteksi sumber cahaya terpisah. Biasanya optocoupler digunakan sebagai saklar elektrik, yang bekerja secara otomatis. Optocoupler atau optoisolator merupakan komponen penggandeng (coupling) antara rangkaian input dengan rangkaian output yang menggunakan media cahaya (opto) sebagai penghubung. Dengan kata lain, tidak ada bagian yang konduktif antara kedua rangkaian tersebut. Optocoupler sendiri terdiri dari 2 bagian, yaitu transmitter (pengirim) dan receiver (penerima).

1. Transmiter

Merupakan bagian yang terhubung dengan rangkaian input atau rangkaian kontrol. Pada bagian ini terdapat sebuah LED infra merah (IR LED) yang berfungsi untuk mengirimkan sinyal kepada receiver. Padatransmitter dibangun dari sebuah LED infra merah. Jika dibandingkan dengan menggunakan LED biasa, LED infra merah memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap sinyal tampak. Cahaya yang dipancarkan oleh LED infra merah tidak terlihat oleh mata telanjang.

2. Receiver

Merupakan bagian yang terhubung dengan rangkaian output atau rangkaian beban, dan berisi komponen penerima cahaya yang dipancarkan oleh transmitter. Komponen penerima cahaya ini dapat berupa photodioda atapun phototransistor. Pada bagian receiver dibangun dengan dasar komponen phototransistor. Phototransistor merupakan suatu transistor yang peka terhadap tenaga cahaya. Suatu sumber cahaya menghasilkan energi panas, begitu pula dengan spektrum infra merah. Karena spekrum infra mempunyai efek panas yang lebih besar dari cahaya tampak, maka phototransistor lebih peka untuk menangkap radiasi dari sinar infra merah.

Jika dilihat dari penggunaannya, optocoupler biasa digunakan untuk mengisolasi common rangkaian input dengan common rangkaian output. Sehingga supply tegangan untuk masing-masing rangkaian tidak saling terbebani dan juga untuk mencegah kerusakan pada rangkaian kontrol (rangkaian input).

Gambar 2.12 Bentuk fisik Sensor Optocoupler

Optocoupler merupakan gabungan dari LED infra merah dengan fototransistor yang terbungkus menjadi satu chips, bentuk fisik sensor optocoupler ditunjukkan pada Gambar 2.12. Cahaya infra merah termasuk dalam gelombang elektromagnetik yang tidak tampak oleh mata telanjang. Sinar ini tidak tampak oleh mata karena mempunyai panjang gelombang berkas cahaya yang terlalu panjang bagi tanggapan mata manusia. Sinar infra merah mempunyai daerah frekuensi 1 x 1012 Hz sampai dengan 1 x 1014 GHz atau daerah frekuensi dengan panjang gelombang 1µ m – 1mm. LED infra merah ini merupakan komponen elektronika yang memancarkan cahaya infra merah dengan konsumsi daya sangat kecil. Jika diberi prasikap maju, LED infra merah yang terdapat pada optocoupler akan mengeluarkan panjang gelombang sekitar 0,9 mikrometer.

Proses terjadinya pancaran cahaya pada LED infra merah dalam optocoupler adalah sebagai berikut. Saat dioda menghantarkan arus, elektron lepas dari ikatannya karena memerlukan tenaga dari catu daya listrik. Setelah elektron lepas, banyak elektron yang bergabung dengan lubang yang ada di sekitarnya (memasuki lubang lain yang kosong). Pada saat masuk lubang yang lain, elektron melepaskan tenaga yang akan diradiasikan dalam bentuk cahaya, sehingga dioda akan menyala atau memancarkan cahaya pada saat dilewati arus. Cahaya infra merah yang terdapat pada optocoupler tidak perlu lensa untuk memfokuskan cahaya karena dalam satu chip mempunyai jarak yang dekat dengan penerimanya. Pada optocoupler yang bertugas sebagai penerima cahaya infra merah adalah fototransistor. Fototransistor merupakan komponen elektronika yang berfungsi sebagai detektor cahaya infra merah. Detektor cahaya ini mengubah efek cahaya menjadi sinyal listrik, oleh sebab itu fototransistor termasuk dalam golongan detektor optik.

Fototransistor memiliki sambungan kolektor–basis yang besar dengan cahaya infra merah, karena cahaya ini dapat membangkitkan pasangan lubang elektron. Dengan diberi prasikap maju, cahaya yang masuk akan menimbulkan arus pada kolektor. Fototransistor memiliki bahan utama yaitu germanium atau silikon yang sama dengan bahan pembuat transistor. Tipe fototransistor juga sama dengan transistor pada umumnya yaitu PNP dan NPN. Perbedaan transistor dengan fototransistor hanya terletak pada rumahnya yang memungkinkan cahaya infra merah mengaktifkan daerah basis, sedangkan transistor biasa ditempatkan pada rumah logam yang tertutup. Simbol optocoupler seperti terlihat pada Gambar 2.13.

Kerugian atau keburukan dari optocoupler adalah pada kecepatan switchingnya. Hal ini disebabkan karena efek dari area yang sensistif terhadap cahaya dan timbulnya efek kapasitansi pada ‗junction‘-nya. Jika diperlukan kecepatan switching yang cukup tinggi maka optoisolator harus dikonfigurasikan sehingga yang

digunakan adalah sebagai photodiodenya.

2.4.2 Prinsip Kerja dari Rangkaian Optocoupler

Prinsip kerja dari rangkaian Optocoupler adalah sebagai berikut :

1. Jika antara phototransistor dan LED terhalang maka phototransistor tersebut akan off sehingga output dari kolektor akan berlogika high.

2. Sebaliknya jika antara phototransistor dan LED tidak terhalang maka phototransistor dan LED tidak terhalang maka phototransistor tersebut akan on sehingga output-nya akan berlogika low.

2.5 Transistor

Didalam pemakaiannya, transistor dipakai sebagai komponen saklar (switching) dengan memanfaatkan daerah penjenuhan (saturasi) dan daerah penyumbatan (cut off) yang ada pada karakteristik transistor.

Pada daerah penjenuhan nilai resistansi persambungan kolektor emitter secara ideal sama dengan nol atau kolektor dan emiter terhubung langsung (short). Keadaan ini menyebabkan tegangan kolektor emiter (VCE) = 0 Volt pada keadaan ideal, tetapi pada kenyataannya VCE bernilai 0 sampai 0.3 Volt. Dengan menganalogikakan transistor sebagai saklar, transistor tersebut dalam keadaan ON seperti pada gambar 2.14.

VBE RB R CE V R Saklar On

Gambar 2.14 Transistor Sebagai Saklar ON

Saturasi pada transistor terjadi apabila arus pada kolektor menjadi maksimum dan untuk mencari besar arus basis agar transistor saturasi adalah :

Imax = Rc Vcc Hfe.IB = Rc Vcc IB = Rc hfe Vcc

. ………..(2.3)

Hubungan antara tegangan basis (VB) dan arus basis (IB) adalah : IB = B BE B R V V 

VB = IB + RB + VBE

VB = _BE

C B CC _V R hfe R V  . . ………..(2.4)

Jika tegangan VB tekah mencapai VB = _BE C B CC _V R hfe R V  . .

, maka transistor akan saturasi dengan IC mencapai maksimum.

Gambar 2.15 dibawah ini menunjukkan apa yang dimaksud dengan VCE (sat) adalah harga VCE pada beberapa titik dibawah knee dengan posisi tepatnya ditentukan

pada lembar data. Biasanya VCE (sat) hanya beberapa perpuluhan Volt, maupun pada arus kolektor sangat besar bisa melebihi 1 Ampere. Bagian dibawah knee pada gambar 2.14 dikenal sebagai daerah saturasi.

Gambar 2.15 Karakteristik Daerah Saturasi Pada Transistor

Pada daerah penyumbatan, nilai resistansi persambungan kolektor emiter secara ideal sama dengan tidak terhitung atau terminal kolektor dan emiter terbuka (open). Keadaan ini menyebabkan tegangan (VCB) sama dengan tegangan sumber (Vcc). Tetapi pada kenyataannya Vcc pada saat ini kurang dari Vcc karena terdapat arus bocor dari kolektor ke emiiter. Dengan menganalogikakan transistor sebagai saklar, transistor tersebut dalam keadaan cut off seperti gambar 2.16.

IB VB

R VCE IC Vcc

Vcc

VBE RB

R

Saklar Off

Gambar 2.16 Transistor Sebagai Saklar Off

Keadaan penyumbatan terjadi apabila besar tegangan habis (VB) sama dengan tegangan kerja transistor (VBE) sehingga arus basis (IB) = 0 maka :

IB =

hfe I_C

IC = IB . hfe IC = 0 . hfe IC = 0

Hal ini menyebabkan VCE sama dengan Vcc dapat dibuktikan dengan rumus : VCC = VC + VCE

VCE = Vcc – (Ic . Rc) VCE = VCC

2.6 LCD (Liquid Crystal Display)

LCD berfungsi menampilkan suatu nilai hasil sensor, menampilkan teks, atau menampilkan menu pada aplikasi mikrokontroler. LCD yang digunakan adalah jenis LCD M1632. LCDM1632 merupakan modul LCD dengan tampilan 16 x 2 baris dengan konsumsi daya rendah. M1632 adalah merupakan modul LCD dengan tampilan 16 x 2 baris dengan konsumsi daya yang rendah.

Modul ini dilengkapi dengan mikrokontroler yang didisain khusus untuk mengendalikan LCD. Kegunaan LCD banyak sekali dalam perancangan suatu sistem dengan menggunakan mikrokontroler. LCD dapat berfungsi untuk menampilkan suatu nilai hasil sensor, menampilkan teks, atau menampilkan menu pada aplikasi mikrokontroler. Pada bab ini akan dibahas antarmuka LCD dengan mikrokontroler ATMega8535. Gambar 2.17 berikut ini adalah Pin LCD M1632.

Urutan pin (1), umumnya, dimulai dari sebelah kiri (terletak di pojok kiri atas) dan untuk LCD yang memiliki 16 pin, 2 pin terakhir (15 & 16) adalah anoda dan katoda untuk back-lighting.

Tabel 2.3 Fungsi pin-pin pada Liquid Crystal Display

Sebagaimana terlihat pada kolom deskripsi (symbol and functions), interface LCD merupakan sebuah parallel bus, dimana hal ini sangat memudahkan dan sangat cepat dalam pembacaan dan penulisan data dari atau ke LCD. Kode ASCII yang ditampilkan sepanjang 8 bit dikirim ke LCD secara 4 atau 8 bit pada satu waktu. Jika mode 4 bit yang digunakan, maka 2 nibble data dikirim untuk membuat sepenuhnya 8 bit (pertama dikirim 4 bit MSB lalu 4 bit LSB dengan pulsa clock EN setiap nibblenya).Gambar 2.18 berikut adalah contoh LCD (2×16) yang umum digunakan :

Jalur kontrol EN digunakan untuk memberitahu LCD bahwa mikrokontroller mengirimkan data ke LCD. Untuk mengirim data ke LCD program harus menset EN ke kondisi high (1) dan kemudian menset dua jalur kontrol lainnya (RS dan R/W) atau juga mengirimkan data ke jalur data bus. Saat jalur lainnya sudah siap, EN harus diset ke 0 dan tunggu beberapa saat (tergantung pada datasheet LCD), dan set EN kembali ke high (1). Ketika jalur RS berada dalam kondisi low (0), data yang dikirimkan ke LCD dianggap sebagai sebuah perintah atau instruksi khusus (seperti bersihkan layar, posisi kursor dll). Ketika RS dalam kondisi high atau 1, data yang dikirimkan adalah data ASCII yang akan ditampilkan dilayar. Misal, untuk menampilkan huruf pada layar maka RS harus diset ke 1. Jalur kontrol R/W harus berada dalam kondisi low (0) saat informasi pada data bus akan dituliskan ke LCD. Apabila R/W berada dalam kondisi high (1), maka program akan melakukan query (pembacaan) data dari LCD. Instruksi pembacaan hanya satu, yaitu Get LCD status (membaca status LCD), lainnya merupakan instruksi penulisan. Jadi hampir setiap aplikasi yang menggunakan LCD, R/W selalu diset ke 0. Jalur data dapat terdiri 4 atau 8 jalur (tergantung mode yang dipilih pengguna), mereka dinamakan DB0, DB1, DB2, DB3, DB4, DB5, DB6 dan DB7. Mengirim data secara parallel baik 4 atau 8 bit merupakan 2 mode operasi primer. Untuk membuat sebuah aplikasi interface LCD, menentukan mode operasi merupakan hal yang paling penting. Mode 8 bit sangat baik digunakan ketika kecepatan menjadi keutamaan dalam sebuah aplikasi dan setidaknya minimal tersedia 11 pin I/O (3 pin untuk kontrol, 8 pin untuk data). Sedangkan mode 4 bit minimal hanya membutuhkan 7 bit (3 pin untuk kontrol, 4 untuk data). Aplikasi dengan LCD dapat dibuat dengan mudah dan waktu yang singkat, mengingat koneksi parallel yang cukup mudah antara kontroller dan LCD.

2.7 Relay

Relay berfungsi untuk menghubungkan atau memutus aliran arus listrik yang dikontrol dengan memberikan tegangan dan arus tertentu pada koilnya. Relay biasanya hanya mempunyai satu kumparan tetapi relay dapat mempunyai beberapa kontak. Dalam memutus atau menghubungkan kontak digerakkan oleh fluksi yang ditimbulkan dari adanya medan magnet listrik yang dihasilkan oleh kumparan yang melilit pada besi lunak. Bentuk fisik relay 8 pin ditunjukkan pada Gambar 2.19.

Gambar 2.19 Relay 8 Pin 2.7.1 Prinsip Kerja Relay

Pada dasarnya, konstruksi dari relay terdiri dari lilitan kawat (koil) yang dililitkan pada inti besi lunak. Jika lilitan kawat mendapat aliran arus, inti besi lunak kontak menghasilkan medan magnet dan menarik switch kontak. Switch kontak mengalami gaya listrik magnet sehingga berpindah posisi ke kutub lain atau terlepas dari kutub asalnya. Keadaan ini akan bertahan selama arus mengalir pada kumparan relay. Dan relay akan kembali ke posisi semula (normal), bila tidak ada lagi arus yang mengalir padanya. Posisi normal relay tergantung pada jenis relay yang digunakan. Biasanya kontak yang akan berhubung saat relay bekerja sering disebut Normally Open (NO), sedangkan kontak yang membuka saat relay bekerja disebut Normally Close (NC). Gambar 2.20 berikut adalah prinsip kerja relay elektromekanis.

2.8 Komunikasi Serial RS 232

Perangkat yag menggunakan kabel serial untuk komunikasi di bagi menjadi dua kategori. Yaitu DCE (Data Communications Equipment) dan DTE (Data Terminal Equipment). Peralatan komunikasi adalah perangkat seperti modem, adaptor, dll.

Komunikasi serial merupakan hal yang penting dalam system embedded, karena dengan komunikasi serial kita dapat dengan mudah menghubungkan mikrokontroler dengan devais lainnya. Port serial pada mikrokontroler terdiri atas dua pin yaitu RXD dan TXD. RXD berfungsi untuk mengirim data dari komputer atau perangkat lainnya, standard komunikasi serial untuk computer adalah RS-232, RS-232 mempunyai standard tegangan yang berbeda dengan serial port mikrokontroler, sehingga agar sesuai dengan RS-232 maka dibutuhkan suatu rangkaian level converter, IC yang digunakan bermacam-macam, tapi yang paling mudah dan sering digunakan ialah IC MAX232/HIN232. Pada mikrokontroler AVR ATmega 16, pin PD0 dan PD1 digunakan untuk komunikasi serial USART (Universal Syncronous and Asyncronous Seial Receiver and Transmitter) yang mendukung komunikasi full duplex komunikasi 2 arah.

Pada prinsipnya, komunikasi serial ialah komunikasi dimana pengiriman data dilakukan per bit, sehingga lebih lambat dibandingkan komunikasi parallel seperti pada port printer yang mampu mengirim 8 bit sekaligus dalam sekali detak. Beberapa contoh komunikasi serial ialah mouse, scanner, dan system akuisisi data yang terhubung ke port COM1/COM2.

Devais pada komunikasi serial port dibagi menjadi 2 kelompok yaitu Data Communication Equipment (DTE). Contoh dari DCE ialah, Modem, plotter, scanner, dll. Sedangkan contoh dari DTE ialah terminal di komputer. Spesifikasi elektronik dari serial port merujuk pada Electronic Industry Association (EIA):

 ‖Mark‖ (logika 1) ialah tegangan antara -3 hingga -25V.

 Daerah antara +3V hingga -3V tidak didefenisikan /tidak terpakai

 Tegangan open circuit tidak boleh melebihi 25V.

 Arus hubungan singkat tidak boleh melebihi 500A.

Port serial sering digunakan untuk interfacing komputer dan mikrokontroler, karena kemampuan jarak pengiriman data dibandingkan port paralel. Berikut contoh program assembly untuk komunikasi serial antara 2 PC. Untuk komunikasi ini, anda cukup menghubungkan :

 Pin TxD ke pin RxD komputer lain

 Pin RxD dihubungkan ke pin TxD komputer lain

 RTS dan CTS dihubungkan singkat

 DSR dan DTR dihubungkan singkat

 GND dihubungkan ke GND komputer lain

Gambar 2.21 berikut merupakan penggunaan IC MAX 232 dalam rangkaian sebagai komunikasi serial.

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 DB9/MALE IC2 MAX232 R2IN T2OUT T1IN R1OUT C+ C1-V+ T2IN R2OUT T1OUT R1IN C2+ C2- V-PD1 PD0 C6 1 uF/25V

1 uF/25V 1 uF/25V 1 uF/25V

C7

Gambar 2.21 MAX 232 untuk komunikasi serial 2.9 Perangkat Lunak

2.9.1 Pemrograman Bahasa C

Pada perancangan program pada alat, program yang digunakan adalah pemrograman bahasa C. Berikut penjelasan dasar-dasar pemrograman bahasa C :

1. Tipe Data

Berikut ini adalah tipe-tipe data yang ada dalam bahasa C dan yang dikenali oleh CodeVisionAVR :

Tabel 2.4 Tipe Data

Tipe Data Ukuran Jangkauan Nilai

Bit 1 bit 0 atau 1

Char 1 byte -128 s/d 225

Unsigned Char 1 byte 0 s/d 225 Signed Char 1 byte -128 s/d 127

Int 2 byte -32.768 s/d 32.767

Short Int 2 byte -32.768 s/d 32.767 Unsigned Int 2 byte 0 s/d 65.535 Signed Int 2 byte -32.768 s/d 32.767

Long Int 4 byte -2.147.483.648 s/d 2.147.483.647 Unsigned Long Int 4 byte 0 s/d 4.294.967.295

Signed Long Int 4 byte -2.147.483.648 s/d 2.147.483.647 Float 4 byte 1.2*10-38 s/d 3.4*10+38

Double 4 byte 1.2*10-38 s/d 3.4*10+38

2. Konstanta dan Variabel

Konstanta dan variabel merupakan sebuah tempat untuk menyimpan data yang berada di dalam memori. Konstanta berisi data yang nilainya tetap dan

tidak dapat diubah selama program dijalankan, sedangkan variabel berisi data yang bisa berubah nilainya saat program dijalankan. Untuk membuat sebuah konstanta atau variabel maka kita harus mendeklarasikannya lebih dahulu, yaitu dengan sintaks berikut :

Deklarasi konstanta :

Const _{[tipe_data][nama_konstanta]=[nilai]}

Contoh :

Const _{char konstantaku=0x10;}

Deklarasi variabel :

[tipe_data][nama_variabel]=[nilai_awal]

Contoh :

Char _variabelku;

Char _{variabelku=0x20;}

Bit _{variabel_bit;}

Bit _{variabel_bit=1;}

Pada deklarasi variabel, [nilai_awal] bersifat operasional sehingga boleh diisi dan boleh tidak diisi. Nilai_awal merupakan nilai default variabel tersebut dan jika tidak diisi maka nilai defaultnya adalah 0 (nol). Beberapa variabel dengan tipe yang sama dapat dideklarasikan dalam satu baris seperti contoh berikut :

Char _{data_a, data_b, data_c;}

3. Komentar

Komentar adalah tulisan yang tidak dianggap sebagau bagian dari tubuh program. Komentar digunakan untuk memberikan penjelasan, informasi ataupun keterangan-keterangan yang dapat membantu mempermudah dalam memahami kode program baik bagi si pembuat program maupun bagi orang lain yang membacanya. Komentar yang hanya satu baris ditulis dengan diawali ‘//‘ sedangkan komentar yang lebih dari satu baris diawali dengan ‘/*‘ dan diakhiri dengan ‘*/‘.

Contoh :

// Ini adalah komentar satu baris /* Sedangkan yang ini adalah komentar yang lebih dari satu baris*/

Selain dihunakan untuk memberikan keterangan program, komentar juga dapat digunakan untuk membantu dalam pengujian program yaitu dengan

menon-aktifkan dan mengaktifkan kembali bagian program tertentu selama proses pengujian.

4. Pengarah Preprosessor

Pengarah preprosessor digunakan untuk mendefenisikan prosessor yang digunakan, dalam hal ini adalah untuk mendefenisikan jenis mikrokontroller yang digunakan. Dengan pengarah preprosesor ini maka pendeklarasian register-register dan penamaannya dilakukan pada file yang lain yang disisipkan dalam program utama dengan sintaks sebagai berikut :

# include _{<nama_preprosessor>}

Contoh :

# include _<mega8535.h>

5. Pernyataan

Pernyataan adalah satu buah instruksi lengkap berdiri sendiri.

PORTC = 0x0F;

Pernyataan diatas merupakan sebuah instruksi untuk mengeluarkan data 0x0F ke Port C.

Contoh sebuah blok pernyataan :

{

PORTA=0x00; // pernyataan_1 PORTB=0x0F; // pernyataan_2 PORTC=0xFF; // pernyataan_3 }

6. Operator Aritmatika

Operator aritmatika adalah beberapa operator yang digunakan untuk melakukan perhitungan aritmatika.

Tabel 2.5 Operator Aritmatika Operator Keterangan

+ Operator untuk operasi penjumlahan - Operator untuk operasi pengurangan * Operator untuk operasi perkalian

/ Operator untuk operasi pembagian

7. Operator Logika

Operator logika digunakan untuk membentuk suatu logika atas dua buah kondisi atau lebih. Berikut ini adalah tabel operator logika :

Tabel 2.6 Operator Logika

Operator Keterangan

&& Operator untuk logika AND

Ι Ι Operator untuk logika OR

! Operator untuk logika NOT

Contoh :

if _{( (a==b) && (c!=d) ) = 0xFF;}

Pernyataan diatas terdiri dari 2 buah kondisi yaitu a==b dan c!=d yang keduanya dihubungkan dengan logika && (AND). Jika logika yang dihasilkan benar maka perintah PORTC = 0xFF akan dikerjakan dan jika salah tidak akan dikerjakan.

8. Operator Penambahan dan Pengurangan

Operator penambahan dan pengurangan adalah operator yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan nilai sebuah variabel dengan selisih 1.

Tabel 2.7 Operator Penambahan dan Pengurangan

Operator Keterangan

++ Operator untuk penambahan nilai

variabel dengan 1

-- Operator pengurangan nilai

variabel dengan 1 Contoh :

a = 1; b = 5; a++; b--;

Maka operator a++ akan mengubah variable a dari 1 menjadi 2 dan operator b—akan mengubah variable b dari 5 menjadi 4.

9. Pernyataan If

Pernyataan If digunakan untuk melakukan pengambilan keputusan terhadap dua buah kemungkinan yaitu mengerjakan suatu blok pernyataan atau tidak. Bentuk pernyataan If adalah :

if _(kondisi) {

// blok pernyataan yang akan dikerjakan // jika kondisi if terpenuhi

}

Contoh :

if _(PINA>0x80) {

Dataku=PINA; PORTC=0xFF; }

Perntataan if diatas akan mengecek apakah data yang terbaca pada Port A (PINA) nilainya lebih dari 0x80 atau tidak, jika ya maka variable dataku diisi dengan nilai PINA dan data 0xFF dikeluarkan ke PORT C. Apabila dalam blok pernyataan hanya terdapat satu pernyataan saja maka tanda { dan } dapat dihilangkan seperti :

if _{(PINA>0x80) PORTC=0xFF;}

2.9.2 CodeVisionAVR

CodeVisionAVR merupakan salah satu software compiler yang khusus digunakan untuk mikrokontroller keluarga AVR. Meskipun CodeVisionAVR termasuk software komersial, namun kita tetap dapat menggunakannya dengan mudah karena terdapat versi evaluasi yang disediakan secara gratis walaupun dengan kemampuan yang dibatasi.

Dari bebarapa software kompiler C yang pernah digunakan, CodeVisionAVR merupakan yang terbaik jika dibandingkan dengan kompiler-kompiler yang lain karena memiliki beberapa kelebihan yang dimiliki oleh CodeVisionAVR antara lain :

1. Menggunakan IDE (Integrated Devvelopment Environment)

2. Fasilitas yang disediakan lengkap (mengedit program, mengkompile program, mendownload program) serta tampilannya terlihat menarik dan mudah dimengerti

3. Mampu membangkitkan kode program secara otomatis dengan menggunakan fasilitas CodeWizardAVR

4. Memiliki fasilitas untuk mendownload program langsung dari CodeVisionAVR dengan menggunakan hardware khusus seperti Atmel STK500, Kanda System STK200+/300 dan bebarapa hardware lain yang telah didefenisikan oleh CodeVisionaAVR

5. Memiliki fasilitas debugger sehingga dapat menggunakan software compiler lain untuk mengecek kode assemblernya, contoh AVRStudio

6. Memiliki terminal komunikasi serial yang terintegrasi dalam CodeVisionAVR sehingga dapat digunakan untuk membantu pengecekan program yang telah dibuat khususnya yang menggunakan fasilitas komunikasi serial USART.

2.9.3 AT-Command

AT-Command adalah perintah yang dapat diberikan kepada handphone atau GSM/CDMA modem untuk melakukan sesuatu hal, termasuk untuk mengirim dan menerima SMS. Dengan memprogram pemberian perintah ini di dalam komputer/mikrokontroler maka perangkat kita dapat melakukan pengiriman atau penerimaan SMS secara otomatis untuk mencapai tujuan tertentu.

Komputer ataupun mikrokontroler dapat memberikan perintah AT-Command melalui hubungan kabel data serial ataupun bluetooth. AT-Command ini sebenarnya adalah pengembangan dari perintah yang dapat diberikan kepada modem Hayes yang sudah ada sejak dulu. Dinamakan AT-Command karena semua perintah diawali dengan karakter A dan T. Antar perangkat handphone dan GSM/CDMA modem bisa memiliki AT-Command yang berbeda-beda, namun biasanya mirip antara satu perangkat dengan perangkat lain. Untuk dapat mengetahui secara persis maka kita harus mendapatkan dokumentasi teknis dari produsen pembuat handphone atau GSM/CDMA modem tersebut. Berikut beberapa contoh perintah AT-Command untuk handphone Siemens.

1. Perintah Kirim SMS

AT+CMGS=x

dimana x adalah jumlah pasang karakter data PDU yang ingin dikirimkan. Dalam data PDU nanti akan tersimpan nomor tujuan pengiriman dan pesan SMS yang ingin dikirimkan. Handphone atau GSM/CDMA modem kemudian akan merespon untuk mempersilakan memasukkan data PDU yang harus diakhiri dengan karakter CTR-Z. 2. Perintah Terima SMS

AT+CMGR=x

dimana x adalah nomor index SMS yang ingin dibaca dalam memori tempat penyimpanan (SIM card atau handphone/modem). Handphone atau GSM/CDMA

modem akan merespon dengan memberikan data PDU dari SMS yang diinginkan, dimana di dalamnya memuat nomor pengirim, waktu kirim, dan pesan SMS yang dikirim. PDU ini kemudian dapat diterjemahkan oleh komputer/mikrokontroler sehingga didapatkan informasi yang ingin diketahui.

3. Perintah Menghapus SMS

AT + CMGD = X

dimana ‗X‘ adalah nomor index SMS yang ingin dihapus dalam memori tempat penyimpanan (SIM card atau handphone).

4. PDU SMS

PDU (Protocol Data Unit) adalah protokol data dalam suatu SMS, berupa pasangan-pasangan karakter ASCII yang mencerminkan representasi angka heksadesimal dari informasi yang ada dalam suatu SMS, misalnya nomor pengirim, nomor tujuan, waktu pengiriman dan isi pesan SMS itu sendiri. PDU ini harus dipahami sebelum mengimplementasikannya ke dalam program di komputer/mikrokontroler.

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 600/kwh 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 alarm/lampu 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 :

Vtrafo = 12 V – 1.2 V = 10.8 V

Sehingga bila dipakai resistor 100Ω maka, I = V/R = 10.8 V/ 100Ω = 0.108 A = 108mA

Untuk menghidupkan LED yang arusnya 1.5 mA maka R= Vout 7805 = 333.33 Ω

1.5 mA

3.1.3Rangkaian Mikrokontroler ATMega8535

Rangkaian sistem minimum mikrokontroler ATMEGA 8535 dapat dilihat pada gambar 3.3 di bawah ini :

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.

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 DB9/MALE IC2 MAX232 R2IN T2OUT T1IN R1OUT C+ C1-V+ T2IN R2OUT T1OUT R1IN C2+ C2- V-PD1 PD0 C6 1 uF/25V

1 uF/25V 1 uF/25V 1 uF/25V

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 s/d +18 volt pada DB9 menjadi logika high 5 volt pada keluarannya, juga mengubah logika low -3 s/d -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 R/W 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 I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu sebagai Timer/Counter, 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.

P : Daya dari beban yang dipakai (Watt) T : Waktu (Jam)

Karena KWH meter yang digunakan mempunyai spesifikasi 600 putaran per KWH, maka perhitungan yang dilakukan disesuaikan dengan spesifikasi tersebut. Perhitungan dilakukan dengan menghitung waktu yang diperlukan oleh piringan untuk melakukan sepuluh (10) kali putaran untuk mengurangi satu (1) unit KWH dengan memberi beban 350 Watt sampai alat menunjukkan Kwh sama dengan nol dan memutus power ke beban.

Berikut ini diberikan tabel beserta grafik dari hasil perhitungan, yang akan dibandingkan langsung dengan tabel dan grafik hasil pengujian. Hanya saja untuk waktu tidak diberikan dalam Jam melainkan dalam detik (s). Pada alat diisi rekening atau unit KWH sebesar Rp 50.000,- dimana setiap KWH sama dengan Rp 650,- dan pada pengujian ini setiap unit KWH diberikan counter sama dengan sepuluh (10).

Tabel 4.4 Tabel Pengujian dan Perhitungan Waktu untuk Beban 350 Watt

KWH Putaran Rupiah Waktu Pengujian (s) Waktu Perhitungan (s)

1 10 650 173.4 171.43

2 20 1300 350.3 342.85

3 30 1950 524.8 514.28

4 40 2600 699.7 685.71

5 50 3250 868 857.14

6 60 3900 1044.6 1028.57

7 70 4550 1220.1 1200

8 80 5200 1394.4 1371.42

9 90 5850 1568.7 1542.85

Gambar 4.2 Putaran Vs Waktu

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Putaran

W

a

k

t

u

4.6.2 Pengujian Sistem Pengiriman Voucher

Pengujian sistem pada pengiriman voucher rekening listrik dilakukan dengan mengirimkan SMS dari telepon selular ke modul GSM dimana nilai Voucher rekening yang di kirim adalah sebagai berikut:

Tabel 4.5 Pengiriman Voucher Rekening Listrik

No Pesan yang Dikirim Pesan yang Diterima Presentasi Keberhasilan

1 25000 25000 100%

2 35000 35000 100%

3 50000 50000 100%

Untuk menerima nilai Voucher seperti diatas dalam format SMS, maka di mikrokontroller digunakan perintah AT Command untuk menerima SMS tersebut yaitu sebagai berikut:

Unsigned cha cmgr_sms[15]=

{'A','T','+','C','M','G','R','=','1',13,10}; // untuk menerima SMS

Kenudian selanjutnya data akan diolah di mikrokontroler sebagai penambahan voucher rekening listrik dengan perintah program sebagai berikut:

if (voucher == 25000) {

voucher_out = 0x01; v_trigger = 0; v_trigger = 0; v_trigger = 0; v_trigger = 1;

pulsa = pulsa + 25; }

Jika voucher yang dikirim 25000 = 0x01 maka mikrokontroler akan membaca dan melakukan penambahan pulsa 25.

if (voucher == 35000) {

voucher_out = 0x03; v_trigger = 0; v_trigger = 0; v_trigger = 0; v_trigger = 1;

pulsa = pulsa + 50; }

Jika voucher yang dikirim 35000 = 0x03 maka mikrokontroler akan membaca dan melakukan penambahan pulsa 50.

if (voucher == 50000) {

voucher_out = 0x07; v_trigger = 0; v_trigger = 0; v_trigger = 0; v_trigger = 1;

pulsa = pulsa + 75; }

Jika voucher yang dikirim 50000 = 0x07 maka mikrokontroler akan membaca dan melakukan penambahan pulsa 75.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil perancangan alat hingga pengujian dan pembahasan sistem maka penulis dapat menarik kesimpulan, antara lain :

1. Telah dimodifikasi sebuah Kwh Meter Listrik Analog menjadi sebuah KWH Meter Listrik Digital dengan Sistem Prabayar menggunakan mikroprosessor EPROM yang dapat mempertahankan data meskipun terjadi pemutusan catu daya. Sensor Optocoupler dipakai untuk menghitung jumlah putaran piringan KWH Meter, kemudian akan dikirimkan ke Mikrokontroller. Selanjutnya Mikrokontroller akan melakukan pengurangan jumlah unit KWH yang dimasukkan sesuai dengan pemakaian. Apabila Mikrokontroller membaca data unit KWH sama dengan nol, maka relay akan diaktifkan dan memutus daya ke beban. Dan relay akan kembali menghubungkan daya ke beban apabila Mikrokontroller telah membaca penambahan unit KWH (sesuai dengan kebutuhan konsumen/pelanggan listrik).

2. Dalam pengisian voucher dengan nominal Rp 25.000 , Rp 35000 dan Rp 50.000 rekening listrik dari jarak jauh (wireless) yaitu melalui SMS dapat dilakukan dengan memanfaatkan modul GSM.

3. Dari hasil pengujian voucher rekening listrik yang diisi ke mikrokontroller melalui SMS akan semakin berkurang dengan memberi beban dan aliran listrik akan terputus jika voucher habis atau sama dengan nol.

5.2 Saran

Setelah melakukan penelitian, diperoleh beberapa hal yang dapat dijadikan saran untuk dilakukan penelitian lebih lanjut yaitu :

1. Untuk pengembangan lebih lanjut, penulis menyarankan alat ini juga dapat mengetahui informasi saldo KWH yang dikirim ke Telepon Seluler milik pelanggan dalam bentuk SMS jika diminta oleh pelanggan yang bersangkutan. 2. Untuk pengembangan lebih lanjut dilapangan, maka cukup dengan mengubah

DAFTAR PUSTAKA

Bejo, A. 2008. C dan AVR Rahasia Kemudahan Bahasa C dalam Mikrokontroller

ATMega8535, Edisi I. Yogyakarta : Graha Ilmu

Budihartono, W dan Jefri, T. 2007. 12 proyek Sistem Akuisisi Data. Jakarta : PT Elex Media Komputindo

Cooper, William D. 1991. Instrument Elektronik dan Teknik Pengukuran. Jakarta: Erlangga

Eko Putra, Agfianto. 2002. Teknik Antarmuka Komputer Konsep dan Aplikasi. Yogyakarta: Graha Ilmu

Malvino. 1985. Prinsip – prinsip elektronika. Edisi III, Jilid 1. Jakarta : Gramedia Pustaka Umum

Nishino, O. 1974. Pengukuran dan Alat-alat Ukur Listrik. Cetakan Pertama. Jakarta : PT Pradnya Paramita

Siburian, Espol. 2010. Perancangan KWH Meter Digital Dengan Sistem Prabayar

Berbasis Mikrokontroler ATMega8535. Medan:USU

Sitompul, Opim.2010. Pemograman C di Lingkungan Linux. Edisi 2. Medan: USU Press

Wardhana, L. 2006. Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR Seri ATMega8535. Yogyakarta : Penerbit Andi

http://www.atmel.com. Diakses tanggal 17 Desember 2010

http://www.ekatron.com. Diakses tanggal 13 Maret 2011

http://www.mikron123.com/index.php/Tutorial - AVR / Arsitektur - Mikrokontroler AVR.html. Diakses tanggal 15 Februari 2011