PENAMPIL JUMLAH DAN BIAYA PEMAKAIAN ENERGI LISTRIK PADA KWh METER MEKANIK

  PENAMPIL JUMLAH DAN BIAYA PEMAKAIAN ENERGI LISTRIK PADA KWh METER MEKANIK TUGAS AKHIR

  Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat Memperoleh gelar Sarjana Teknik

  Program Studi Teknik elektro Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma

  Disusun oleh : Daud Jusuf Massora P

  NIM : 995114050

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2007

  DISPLAY OF AMOUNT AND ELECTRICAL ENERGY USAGE COST ON MECHANICAL KWh METER Final Project

  Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree

  In Electrcial Engineering Compiled by:

  Daud Jusuf Massora Pakadang NIM : 995114050

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2007

HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN

  “Lakukanlah apa yang anda lakukan, dengan apa yang anda miliki di tempat kini anda berada” -Theodore Roosevelt-

“Hal terbaik yang dapat anda berikan kepada seseorang adalah

KESEMPATAN”

  “Orang yang tidak bisa marah adalah seseorang yang BODOH, tetapi orang yang tidak marah adalah orang yang BIJAKSANA”

  Dengan segala kerendahan hati dan kejujuran, secara khusus Tugas Akhir ini kupersembahkan kepada;

  Allah Bapa, Allah Putera dan Allah Roh Kudus; Bunda Maria di Surga; Ayahanda A.K Pakadang, Ibunda Ch.G Massora; Kakakku Sesilia, Kresentia, Budi, Sofiani .

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

  Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.

  Yogyakarta, 29 Januari 2007

   Penulis Daud Jusuf Massora Pakadang

  

PENAMPIL JUMLAH DAN BIAYA PEMAKAIAN ENERGI

LISTRIK PADA KWh METER MEKANIK

  Daud Jusuf Massora Pakadang 995114050

  

INTISARI

  Teknologi mikrokontroler sebagai mesin penghitung bisa diaplikasikan sebagai alat penampil jumlah dan biaya pemakaian energi listrik. Dengan memamfaatkan putaran piringan pada KWh meter mekanik, dimana 1250 putaran piringan sama dengan 1 KWh.

  Penampil jumlah dan biaya pemakaian energi listrik menggunakan mikrokontroler AT89S51 sebagai pengontrol utama. Jumlah putaran piringan akan dideteksi oleh sebuah sensor optis, dalam hal ini fototransistor. Dengan menggunakan IC74LS14, sinyal dari sensor akan diubah menjadi pulsa dan menjadi input mikrokontroller. Sinyal akan diolah dan hasilnya akan ditampilkan ke sebuah LCD M1632.

  Alat ini mampu menampilkan jumlah pemakaian energi listrik hingga 255 KWh dan menampilkan biaya pemakaian hingga Rp 999999,- Akan tetapi alat ini belum mampu melakukan penghitungan ulang setelah 1 bulan.

  Kata kunci: penghitungan cacah pada KWh meter mekanik

  

DISPLAY OF AMOUNT AND ELECTRICAL ENERGY USAGE

COST ON KWh METER MECHANIC

  Daud Jusuf Massora Pakadang 995114050

  

ABSTRACT

  The Microcontroller technology as a calculate machine can be applicated as display of amount and electrical energy usage cost. By use profit of disk rotations of KWH meter mechanic, where 1250 disk rotations same with 1 KWh.

  Display of amount and electrical energy usage cost use microcontroller AT89S51as a main controller. Amount of rotations will be detected by a optical sensor, in this case the optical sensor is phototransistor. By using IC74LS14, the signal from sensor will be changed to clock and became as input microcontroller. The signal will be processed and the result will be displayed in to LCD M1632.

  This tool can display amount of usage electrical energy till 255 KWh and display usage cost till Rp 999999,- But the tool can do recalculation yet after 1 month. Key word: “puncture calculation in KWh meter mechanic”

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Sang Khaliq atas rahmat serta pencerahan-Nya yang telah diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Cukup banyak hal yang menghambat penulis dalam proses penyusunan tugas akhir ini, tetapi pada akhirnya penulis berhasil menyelesaikan.

  Tugas akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat untuk meraih gelar sarjana pada Program Studi Teknik Elektro, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, dengan judul PENAMPIL JUMLAH DAN BIAYA PEMAKAIAN ENERGI LISTRIK PADA KWh METER MEKANIK (DISPLAY OF AMOUNT AND ELECTRICAL ENERGY USAGE COST .

  ON KWh METER MECHANIC)

  Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini tidak lepas dari bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih kepada:

  1. Yesus Kristus dan Bunda Maria atas terang kasihNya kepada penulis.

  2. Bapak Ir.Greg.Heliarko, S.J.,S.S.,B.S.T.,M.A.,M.Sc. selaku Dekan Fakultas Teknik.

  3. Bapak Martanto, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing skripsi, yang telah banyak memberikan pengarahan, petunjuk serta saran selama pengerjaan alat dan skripsi.

  4. seluruh staff pengajar yang telah banyak memberikan bimbingan kepada penulis selama menjadi mahasiswa.

  5. Bapak Jito dan seluruh karyawan sekretariat Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma.

  6. Bapak, Ibu dan saudara – saudaraku yang telah banyak mendukung dalam penyelesaian tugas ini, baik dukungan moril maupun dukungan materil yang tidak dapat penulis balas.

  7. Gawir, Eko ‘Sugriwa’ dan Iphie ‘Punk’, makasih atas pinjaman printernya.

  Juga kepada Marsel ‘kriwil’ makasih atas pinjaman downloadernya, serta Kang Jay dan Nanang makasih atas pinjaman jas dan kemejanya.

  8. Mbok Sirup, Mas Jalal dan Pak Yarkoni yang telah memberikan tempat bernaung selama saya menuntut ilmu di Jogja.

  9. Rahmad yang telah menuntunku dalam pembuatan program.

  10. Tutus, Roni, Maya, Ari, Santi, Anci, Rahmad, Yuyun, Guntur, Darmero, Giri, Oscar ‘Kentir’, Agung, Dini, Dian, Oscar ‘Nuggigs’, Boim, Wahyu, Didik dan teman – teman TE’99 yang lainnya. Makasih atas kerjasama dan kesan yang telah kalian berikan selama ini.

  11. Teman – teman Kos Antaxena (Iphie, Win, Ari, Deni, Joko, Paul, Ade, Dodon, Semi, BG dll), tetap kompak dan jaga nama kos.

  12. Teman – Teman relawan pasca gempa (Gatot, Maestro, Novi, Adi, Nana, Lulut, Aniet, Eko, Adit, Aster, Joko, Ratno, Yayuk, Bintang, Dwi, Beni, Alex, Koko dan Sari). Cah…ayo ke Muntuk lagi.

  13. Dian, Oscar, Hari, Sius, Edy M, Frater – frater Anging Mamiri, Polenk, Lamro, Hernomo dan semua teman – teman seperjuangan di rumput hijau

  14. Semua teman – teman di Angkringan Pak Tono. Tetap jadikan angkringan tempat untuk makan sambil sharing.

  15. Teman – teman di Tongkrongan Sicilia (Lesis, Comel, Alex M, Tono, Lepri, Adi, jerry, Dolvy dll).

  16. Teman – teman seperjuangan dan para orang tua di IKAPMAJAYA dan K2KAMSY (Bapak dan Ibu Cornelis Guling, Bapak dan Ibu Frans Allo Rerung, Rajus, Lesis, Anto Manan, Devi, Merry, Maxen, Morgan, Bona, William, Ferry, Pandin, Edy M, dll).

  17. Komunitas Bengkel (Gozonk, Anom, Ragil, Toto, Genji, Putu, Aji, Iphie, sarno, Deni dll).

  18. Komunitas GH (Helen, Marlin, Nana, Santi, Yanti, Lini, Priti, Linda, Gondel, Niush, Revo, Moa, Abu, Aris dll). Kapan ya…kita bisa ngumpul dan touring lagi??

  19. Semua Teman – teman yang jauh dimata, dekat dihati (Diego, Sapti, Ratna, Retno, Aris ‘Babe’, Niush, Aphiet, Very ‘Kentung’, Indri ‘Unyil’, Cacuk, Fendi, Danu, Ika, Catur, Moa, Enni, Selvy sekeluarga, dll). Walaupun kalian sudah jauh dan telah menemukan banyak teman baru, tapi masih ingat sama teman lama, Thanks Friend.

20. Berbagai Pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu disini. Pokoke Makasih deh….

  Akhirnya penulis mengharapkan agar tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang berkepentingan. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, namun penulis berharap sekiranya ada sedikit manfaat dari skripsi ini yang bisa diambil bagi pihak – pihak yang memerlukannya.

  Terima kasih, Yogyakarta, 29 Januari 2007

  Penulis

  DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL ..................................................................................................... i HALAMAN PERSETUJUAN ...................................................................................... iii HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................................... iv HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN............................................................ v PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ........................................................................ vi

  INTISARI ...................................................................................................................... vii ABSTRACT .................................................................................................................. viii KATA PENGANTAR ................................................................................................... ix DAFTAR ISI.................................................................................................................. xii DAFTAR GAMBAR ..................................................................................................... xv DAFTAR TABEL.......................................................................................................... xvii

  BAB I PENDAHULUAN ......................................................................................................... 1

  1.1 Judul ............................................................................................................. 1

  1.2 Latar Belakang Masalah............................................................................... 1

  1.3 Perumusan Masalah ..................................................................................... 2

  1.4 Batasan Masalah .......................................................................................... 2

  1.5 Tujuan Penelitian ......................................................................................... 3

  1.6 Manfaat Penelitian ....................................................................................... 3

  BAB II DASAR TEORI ............................................................................................................. 4

  2.1 KWh Meter Mekanik (Analog) ................................................................... 4

  BAB III PERANCANGAN ALAT.............................................................................................. 22

  3.2.1 Diagram Alir Program Utama............................................................. 30

  3.2 Perancangan Perangkat Lunak ..................................................................... 30

  3.1.5 Rangkaian LCD dan Mikrokontroler .................................................. 28

  3.1.4 Rangkaian RTC dan Mikrokontroler .................................................. 28

  3.1.3 Rangkaian Reset.................................................................................. 25

  3.1.2 Rangkaian Osilator Mikrokontroler .................................................... 25

  3.1.1 Rangkaian Sensor................................................................................ 23

  3.1 Perancangan Perangkat Keras ...................................................................... 22

  2.7 Inverter Schmitt Trigger............................................................................... 21

  2.2 Biaya Tarif Listrik Untuk Beban 1300W..................................................... 4

  2.6 Sensor Putaran.............................................................................................. 17

  2.5 LCD (Liquid Crystal Display) ..................................................................... 14

  2.4 RTC (Real Time Clock) ............................................................................... 13

  2.3.3 Port Masukan / Keluaran (I/O Port) .................................................... 11

  2.3.2 Register Fungsi Khusus ...................................................................... 8

  2.3.1.2 Memori Data ........................................................................... 8

  2.3.1.1 Memori Program ..................................................................... 7

  2.3.1 Organisasi Memori AT89S51 ............................................................. 6

  2.3 Mikrokontroler AT89S51 ............................................................................ 5

  3.2.2 Sub-routine Hitung Biaya Pemakaian................................................. 32

  3.2.3 Sub-routine Aritmatika........................................................................ 33

  3.2.4 Diagram Alir Tampil LCD.................................................................. 37

  3.2.4.1 Inisialisasi LCD....................................................................... 38

  3.2.4.2 Menampilkan Karakter Pada LCD.......................................... 38

  3.2.5 Menjalankan Waktu (Real Time Clock) ............................................. 39

  BAB IV HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN......................................................... 40

  4.1 Pengamatan Pada Rangkaian Sensor ........................................................... 40

  4.2 Pembahasan Pada Tampilan LCD................................................................ 43

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...................................................................................... 46 DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................... 47 LAMPIRAN................................................................................................................... 48

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Diagram Kotak Mikrokontroler AT89S51................................................. 7Gambar 2.2 Peta Memori Data....................................................................................... 8Gambar 2.3 Register Program Status Word................................................................... 10Gambar 2.4 Register AUXR1 ........................................................................................ 11Gambar 2.5 Pengaksesan RTC Serial ............................................................................ 13Gambar 2.6 Pengaksesan RTC Paralel .......................................................................... 13Gambar 2.7 Dimensi Layar LCD ................................................................................... 14Gambar 2.8 Fototransistor.............................................................................................. 18Gambar 2.9 Laser Pointer .............................................................................................. 18Gambar 2.10 Rangkaian Laser Pointer .......................................................................... 19Gambar 2.11 Piranti Laser Dioda Pada Laser Pointer ................................................... 20Gambar 2.12 Grafik Hubungan Daya Keluaran Dengan Arus Maju

  Pada Laser Dioda ..................................................................................... 20

Gambar 2.13 Diagram Blok IC 74LS14 ........................................................................ 21Gambar 2.14 Watak Alih IC 74LS14............................................................................. 21Gambar 3.1 Diagram Blok Utama ................................................................................. 22Gambar 3.2 Rangkaian Sensor....................................................................................... 23Gambar 3.3 Sinyal Masukan IC74LS14 ........................................................................ 24Gambar 3.4 Sinyal Keluaran IC74LS14 ........................................................................ 24Gambar 3.5 Rangkaian Osilator..................................................................................... 25Gambar 3.6 Rangkaian Power on Reset......................................................................... 26Gambar 3.7 Antarmuka RTC dengan Mikrokontroler................................................... 28Gambar 3.8 Antarmuka modul LCD M1632 dengan Mikrokontroler........................... 29Gambar 3.9. Diagram Alir Program Utama ................................................................... 31Gambar 3.10 Diagram Alir Sub-routine hitung biaya pemakaian ................................. 33Gambar 3.11. Sub-routine Aritmetika............................................................................ 35Gambar 3.12. Sub-routine Aritmetika Satuan, Puluhan dan Ratusan ............................ 35Gambar 3.13. Diagram Alir Program Tampil LCD ....................................................... 37Gambar 3.14. Diagram Alir Real Time Clock ............................................................... 39Gambar 4.1. Tampilan Awal Pada LCD ........................................................................ 43Gambar 4.2. Tampilan setelah 1 KWh........................................................................... 43

  DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Peta Memori SFR........................................................................................... 9Tabel 2.2. Fungsi Alternative Port 1.............................................................................. 12Tabel 2.3. Fungsi Alternative Port 3.............................................................................. 12Tabel 2.4. Penomoran Pin LCD ..................................................................................... 16Tabel 2.5. Tabel kebenaran IC 74LS14 ......................................................................... 21Tabel 4.1. Hasil Pengamatan Pada Rangkaian Sensor................................................... 41Tabel 4.2. Pengaruh Intensitas Cahaya Laser Pointer

  Terhadap Penghitungan Jumlah kwh ............................................................ 42

Tabel 4.3. Perbandingan Tampilan Pada KWh Meter Mekanik

  Dengan Tampilan Pada Hasil Rancangan………………………… ……..44

BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Judul

  Penampil Jumlah dan Biaya Pemakaian Energi Listrik Pada KWh Meter Mekanik

  1.2 Latar Belakang Masalah

  Perkembangan teknologi yang sangat pesat saat ini telah banyak membuat perubahan – perubahan dalam kehidupan manusia sehari – hari. Bahkan telah banyak ditemukan berbagai macam fasilitas dan kemudahan yang diberikan oleh kemajuan teknologi, sehingga hal ini membuat manusia merasa sangat membutuhkan teknologi dalam kehidupannya. Hal – hal yang sebelumnya susah dan tidak dapat dilakukan, kini dengan kemajuan teknologi hal tersebut dapat dilakukan dengan cukup mudah.

  Perkembangan teknologi saat ini hampir mencakup di segala bidang, seperti bidang komunikasi, kesehatan, keamanan, transportasi, bahkan juga olah raga. Salah satu perkembangan teknologi yang cukup banyak digunakan oleh manusia dalam kehidupannya sehari – hari ialah peralatan dengan menggunakan sistem mikrokontroler.

  Dalam pembahasan kali ini akan dibahas aplikasi teknologi mikrokontroler sebagai mesin penghitung, yaitu menghitung jumlah dan biaya pemakaian energi listrik.

  2 Setiap bulan kita tidak bisa langsung mengetahui berapa besar tagihan rekening listrik tanpa bertanya / menunggu informasi ke / dari petugas PLN.

  Dengan mengaplikasikan mikrokontroler sebagai mesin penghitung, setiap bulan kita tidak perlu lagi bertanya / menunggu informasi ke / dari petugas PLN. Mesin penghitung ini akan menampilkan jumlah pemakaian energi listrik (KWh) dan besar biaya (Rp) yang harus dibayarkan ke PLN pada sebuah LCD.

  1.3 Perumusan Masalah

  Pokok permasalahan dalam penelitian ini adalah bagaimana menampilkan jumlah pemakaian energi listrik serta besar biaya atau tagihan setiap bulannya ke sebuah LCD. Masalahnya bagaimana menghitung jumlah putaran piringan KWh meter mekanik (analog) kemudian mengalikan jumlah putaran tersebut dengan biaya tarif listrik perblok dan menampilkan hasil perhitungan ke sebuah LCD.

  1.4 Batasan Masalah

  Input dari alat ini adalah jumlah putaran piringan pada KWh meter mekanik. Jumlah putaran piringan akan dideteksi oleh sebuah sensor optis (fototransistor). Sinyal analog dari sensor akan diubah menjadi sinyal digital (pulsa) menggunakan IC 74LS14 dan selanjutnya sinyal tersebut akan dimasukkan ke mikrokontroller AT89S51 untuk diproses. Hasil dari pemrosesan ini akan ditampilkan pada sebuah LCD.

  Pengukuran dibatasi untuk kalangan rumah tangga dengan pemakaian beban daya 1300W dan pada KWh meter dengan 1250 putaran per KWh.

  .

  3

  1.5 Tujuan Penelitian

  Tujuan penelitian ini adalah untuk membuat suatu alat yang bisa menampilkan jumlah dan biaya pemakaian energi listrik selama 1 bulan.

  1.6 Manfaat Penelitian

  Mamfaat dari penelitian ini adalah: 1.

  Dapat mengetahui jumlah dan biaya pemakaian listrik setiap hari.

2. Memahami teknik antarmuka mikrokontroler.

BAB II DASAR TEORI

  2.1 KWh Meter Mekanik (Analog)

  Satuan yang digunakan untuk mengukur energi listrik adalah kilowatthour (KWh). Untuk menghitung energi yang digunakan dalam kilowatthour maka kalikan daya dalam kilowatt (KW) dengan waktu dalam jam (h). Kilowatthour digunakan untuk mengukur jumlah pemakaian energi listrik yang kemudian digunakan untuk menetukan harga listrik.

  Pada KWh Meter mekanik (analog), sensor yang digunakan adalah sebuah piringan yang disekitar piringan tersebut terdapat suatu lilitan/coil, yaitu coil tegangan dan coil arus. Apabila arus yang melewati piringan semakin besar maka yang menembus piringan akan semakin banyak dan piringan akan

  fluksmagnetik

  berputar semakin cepat. Piringan tersebut akan dihubungkan dengan register yang akan menjumlahkan total akumulasi energi yang telah diukur.

  counter

  Setiap KWh meter mekanik memiliki jumlah putaran piringan per KWh yang berbeda. Pada perancangan penampil jumlah dan biaya pemakaian energi listrik ini, KWh meter mekanik yang digunakan adalah KWh meter mekanik yang memiliki 1250 putaran per KWh.

  2.2 Biaya Tarif Listrik Untuk Beban 1300W

  Biaya rekening listrik untuk beban 1300W per November 2006, perinciannya sebagai berikut: ¾ biaya beban 1300W : Rp 39.130,- ¾ biaya blok I per KWh : Rp 385,- per KWh

  5 ¾ biaya blok II per KWh : Rp 445,- per KWh ¾ biaya blok III Per KWh : Rp 495,- per KWh Biaya blok I adalah biaya pemakaian 20KWh pertama dan biaya blok II adalah biaya pemakaian 40KWh berikutnya (21KWh sampai 60KWh). Sedangkan biaya blok III adalah biaya untuk pemakaian di atas 60KWh.

  Jika bulan Oktober meteran listrik tercatat sebesar 25804KWh dan pencatatan bulan November sebesar 26166KWh, maka pemakaian listrik bulan November adalah

  26166KWh – 25804KWh = 362KWh Perhitungan biaya rekening listrik untuk bulan November adalah sebagai berikut: ¾ biaya beban 1300W : Rp 39.130,- ¾ biaya blok I

  (20KWh x Rp 385,- / KWh) : Rp 7.700,- ¾ biaya blok II

  (40KWh x Rp 445,- / KWh) : Rp 17.800,- ¾ biaya blok III

  {(362KWh – 60KWh) x Rp 495,- / KWh} (302KWh x Rp 495,- / KWh) : Rp 149.490,- +

  Sehingga total biaya rekening bulan November adalah : Rp 214.120,-

2.3 Mikrokontroler AT89S51

  Mikrokontroler AT89S51 adalah mikrokontroler CMOS 8-bit yang berkemampuan tinggi dengan 4K bytes in-system programmable Flash Memory.

  6 AT89S51 ini dibuat dengan teknologi Atmel memori non-volatile dan sesuai dengan standar industri pinout dan instruksi set MCS-51. AT89S51 yang dipakai memiliki fitur: 4KB In-System Programmable Flash, 128 Bytes RAM, 32 jalur I/O, dua 16-bit timers / counters, Watchdog Timer, 2 data pointer, 5 vektor dua level interupsi, serial port full duplex, osilator on-chip dan clock circuitry.

  Diagram blok dari mikrokontroler AT89S51 dapat dilihat pada Gambar 2.1.

2.3.1 Organisasi Memori AT89S51

  Memori merupakan rangkaian elektronis yang digunakan untuk menyimpan informasi secara temporer atau permanent. Memori biasanya digunakan untuk menyimpan data yang diperoleh dari saluran masukan-keluaran atau untuk menyimpan program dari sebuah sistem.

  Mikrokontroler AT89S51 memiliki ruang alamat untuk memori program dan memori data yang terpisah. Setiap memori program dan memori data eksternal dapat dialamati hingga 64K bytes.

  7

Gambar 2.1 Diagram Kotak Mikrokontroler AT89S51.

2.3.1.1 Memori Program

  Memori program atau sering disebut dengan flash memory pada mikrokontroler AT89S51 memiliki kapasitas sebesar 4KB yang hanya bisa dibaca saja. Bila pin A E dihubungkan pada ground, program memori dapat di akses secara eksternal, bila pin A E dihubungkan pada V program memori 4KB dapat

  CC

  8 diakses langsung pada alamat 0000H-0FFFH secara internal dan pada alamat 1000H-FFFFH secara eksternal.

2.3.1.2 Memori Data

  Memori data menggunakan memori jenis RAM. RAM merupakan memori yang dapat dibaca dan ditulis. RAM dipakai sebagai penyimpan data pada saat program bekerja. Isi RAM akan hilang bila catu daya mati (Volatile Memory).

  Mikrokontroler AT89S51 memiliki memori data 256 bytes dan dapat diakses secara pengalamatan langsung dan pengalamatan tidak langsung.

  Pengoperasian stack adalah contoh dari pengalamatan tidak langsung, jadi 128 RAM data tersedia sebagai ruang stack. Peta memori data dapat dilihat pada

  bytes Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Peta Memori Data.

2.3.2 Register Fungsi Khusus (Special Function Register )

  Peta dari memori on-chip disebut dengan ruang register fungsi khusus (Special Function Register) yang diperlihatkan pada Tabel 2.1.

  9

  0D8H

  0A7H

  87H

  8FH

  97H

  9FH

  80H

  0F8H

  0F0H

  0E8H

  0E0H

  0D0H

  0B7H

  0C8H

  0C0H

  0B8H

  0B0H

  0A8H

  88H

  90H

  98H

  0A0H Akumulator

  ACC atau akumulator yang menempati lokasi E0H digunakan sebagai register untuk penyimpanan data sementara, dalam program.

  Register B

  0AFH

  0BFH

Tabel 2.1 Peta Memori SFR

  00000000 TH1 00000000 AUXR

  B 00000000 ACC 00000000

  PSW 00000000

  IP

  XX000000 P3 11111111

  IE

  0X000000 P2 11111111 SCON 00000000 SBUF

  XXXXXXXX P1 11111111 TCON

  00000000 P0 11111111 AUXR1

  XXXXXXX0 TMOD 00000000 TL0

  00000000 TL1 00000000 TH0

  XXX00XX0 PCON

  0C7H

  0XXX0000 WDTRST

  XXXXXXXX SP 00000000 DP0L

  00000000 DP0H 00000000 DP1L

  00000000 DP1H 00000000

  0FFH

  0F7H

  0EFH

  0E7H

  0DFH

  0D7H

  0CFH

  Register B (lokasi F0) digunakan selama operasi perkalian dan pembagian untuk intruksi lain dapat diperlakukan sebagai register scratch pad (papan coret- coret).

  10

  Program Status Word (PSW)

  Register PSW (lokasi D0H) mengandung informasi status program seperti terlihat pada Gambar 2.3. Fungsi bit pada PSW sebagai berikut: CY : carry setelah operasi aritmatika. AC : setelah operasi aritmatika.

  auxiliary carry F0 : flag untuk fungsi umum.

  RS0, RS1 : untuk memilih bank register.

  0V : overflow setelah operasi aritmatika. P : paritas

  CY AC FO RS1 RS0 0V __ P Gambar 2.3 Register Program Status Word.

  Stack Pointer

  Register Stack Pointer (lokasi 81H) merupakan register dengan panjang 8- bit, digunakan dalam proses simpan dan ambil dari / ke stack.

  Data Pointer

  Register Data Pointer mengandung DPTR untuk byte tinggi (DPH) dan

  

byte rendah (DPL). Pada AT89S51 memiliki 2 buah DPTR untuk memudahkan

  pengaksesan baik internal maupun eksternal, yaitu DP0 di lokasi 82H-83H dan DP1 di lokasi 84H-85H. Untuk menggunakannya harus menginisialisasi bit DPS pada register AUXR1 (lokasi A2H). Bila DPS = 0, maka memilih register DPTR

  11 DP0L-DP0H dan bila DPS = 1, maka memilih register DPTR DP1L-DP1H. Register AUXR1 dapat dilihat pada Gambar 2.4.

  __ __ __ __ __ __ __ DPS 7 6 5 4 3 2 1 0

Gambar 2.4. Register AUXR1

  Kontrol Register

  Register-register IP, IE, TMOD, dan TCON berisi bit-bit kontrol dan status untuk sistem interupsi, pencacah / pewaktu dan serial port .

2.3.3 Port masukan / keluaran (I/O port)

  Sama seperti keluarga MCS-51 lainnya mikrokontroler AT89S51 memiliki 4 port masukan / keluaran (I/O port) yang diberi nama port 0, port 1, port 2 dan

3. Setiap port selain sebagai jalur masuk atau keluar data, juga memiliki

  port karakteristik masing-masing.

  0 merupakan port keluaran / masukan (I/O) bertipe open drain

  Port bidirectional . Port 0 juga dapat dikonfigurasikan sebagai bus alamat / data bagian

  rendah selama proses pengaksesan memori data dan program eksternal. Port ini berada di alamat 80H pada SFR.

  

Port 1 merupakan port I/O dwiarah yang dilengkapi dengan pull-up

  internal. Jika ‘1’ dituliskan ke kaki-kaki port 1, masing-masing kaki akan di pull

  high dengan pull up internal sehingga dapat digunakan sebagai masukan. Port 1

  berada di alamat 90H juga menerima alamat bagian rendah (low bit) selama

  12 pemrograman dan verifikasi flash. Selain sebagai piranti I/O, port 1 juga mempunyai fungsi yang lain seperti terlihat pada Tabel 2.2.

  serial) P3.2

  RD (memori data eksternal jalur baca)

  P3.7

  WR (memori data eksternal jalur tulis)

  (interupsi 1 eksternal) P3.4 T0 (input eksternal timer 0) P3.5 T1 (input eksternal timer 1) P3.6

  P3.3

  INT (interupsi 0 eksternal)

  port

Tabel 2.2 Fungsi Alternative Port 1.

  Pin Port Fungsi Alternatif P3.0 RXD (masukan port serial) P3.1 TXD (keluaran

Tabel 2.3 Fungsi Alternative Port 3.

  sinyal kontrol untuk pemrograman dan verifikasi flash, dapat juga digunakan untuk fungsi-fungsi yang lain seperti terlihat pada Tabel 2.3.

  

Port 3 terletak di alamat B0H. Selain berfungsi untuk menerima sinyal-

  1. Port 2 akan memberikan byte alamat bagian tinggi selama pengambilan instruksi dari memori program eksternal dan selama pengaksesan memori data eksternal yang menggunakan perintah dengan alamat 16-bit (misalnya: MOVX @DPTR). Port ini juga menerima alamat bagian tinggi selama pemrograman dan verifikasi flash.

  

Port 2 berada di alamat A0H dan memiliki karakteristik yang mirip dengan

port

  Pin Port Fungsi Alternatif P1.5 MOSI (digunakan untuk In-System Programming) P1.6 MISO (digunakan untuk In-System Programming) P1.7 SCK (digunakan untuk In-System Programming)

1 INT

  13

2.4 RTC ( Real Time Clock )

  Merupakan cip yang didesain khusus sebagai pembangkit waktu. Cip ini digunakan pada rangkaian – rangkaian yang membutuhkan data berupa waktu yang real time, seperti jam dan mainboard komputer. Untuk mendukung kehandalan data waktu yang real time, RTC dilengkapi dengan input tegangan

  

backup yang dapat berasal dari battery backup. Data waktu yang dihasilkan RTC

  meliputi : detik, menit, jam, hari, tanggal, bulan dan tahun. Masing – masing data memiliki alamat yang dapat diakses oleh mikroprosesor ataupun mikrokontroler secara serial (gambar 2.5) maupun parallel (gambar 2.6) sesuai spesifikasi RTC.

  SCL Mikrokontroler

  Serial RTC SDA

  SCL = Serial Cloc k SDA = Serial Data

Gambar 2.5 Pengaksesan RTC Serial

  ALE Mikrokontroler Parallel

  R / W RTC

  AD(0-7)

  ALE = Address Latc h Enable R/W = Read/Write Input AD(0-7) = 8-bit Address/Data Bus

Gambar 2.6 Pengaksesan RTC Parallel

  14

2.5 LCD ( Liquid Crystal Display )

  LCD (Liquid Crystal Dysplay) merupakan suatu tampilan (display) yang terdiri dari bahan cairan kristal yang dioperasikan dengan menggunakan sistem dot matrik.

  LCD HD44780U dapat menampilkan angka – angka, huruf jepang, abjad, dan juga simbol – simbol lainnya. Interface LCD HD44780U dengan mikrokontroler ATS89S51 dapat dilakukan dengan system 4 bit maupun 8 bit.

  Dimensi LCD HD44780U yang digunakan memiliki ukuran 2 x 16. Hal ini berarti LCD tersebut memiliki layar tampilan yang terdiri atas 2 baris dan 16 kolom seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.7.

  Tiap segment Dimensi Layar LCD 2 x 16 terdiri dari 8 x 5 dot

Gambar 2.7. Dimensi Layar LCD

  Dengan demikian total jumlah karakter yang ditampilkan sekaligus dalam satu layar adalah sebanyak 32 karakter. Dimana setiap karakter terbentuk dari susunan titik – titik (dot) yang memiliki ukuran 8 x5.

  15 LCD HD44780U memiliki beberapa bagian sebagai berikut:

  Register

  HD44780U memiliki dua buah register 8 bit, yaitu IR (Intruction

  Register ) dan DR (Data Register). IR merupakan register yang hanya dapat ditulis

  dan berguna untuk menyimpan kode – kode instruksi seperti Display Clear,

  Cursor Shift, dan juga untuk alamat dari DDRAM (Display Data RAM) ataupun

  CGRAM (Character Generator RAM). Sedangkan DR merupakan register yang bisa ditulis maupun dibaca dan juga berguna penyimpanan sementara data yang akan ditulis atau dibaca dari / ke dalam DDRAM ataupun CGRAM.

  BF (Busy Flag)

  Sewaktu BF (Busy Flag) bernilai “1” maka driver HD44780U akan menjalankan operasi internal sehingga instruksi selanjutnya tidak dapat dijalankan. Maka untuk menjalankan instruksi selanjutnya perlu diperiksa apakah tersebut telah bernilai “0”, atau dapat dilakukan dengan memberikan

  busy flag

  waktu lebih lama dari waktu yang dibutuhkan oleh eksekusi instruksi itu sendiri diantara instruksi pertama dengan instruksi selanjutnya.

  AC (Address Counter) Fungsi dari AC adalah untuk mengalamati DDRAM dan juga CGRAM. DDRAM (Display Data RAM)

  DDRAM digunakan untuk menyimpan tampilan data yang direpresentasikan dalam bentuk 8 bit kode karakter. DDRAM memiliki kapasitas 80 x 8 bit atau 80 karakter.

  16

  4 RS

  13 DB6

  12 DB5

  11 DB4

  10 DB3

  9 DB2

  8 DB1

  7 DB0

  6 E

  5 R / W

  3 GND ( 0V )

  CGROM (Character Generator ROM)

  2 Vee ( 0V )

  1 Vcc ( +5V )

  Nomor Pin Simbol

Tabel 2.4. Penomoran Pin LCD

  LCD ini memiliki 14 kaki pin dengan konfigurasi pin seperti yang ditunjukkan pada table 2.4.

  Pin LCD

  CGRAM merupakan RAM (Random Access Memory) berukuran 64 x 8 bit yang memungkinkan untuk memprogram karakter yang diinginkan.

  CGRAM (Character Generator RAM)

  CGROM merupakan ROM (Random Only Memory) berukuran 80 x 8 bit yang mampu membangkitkan bentuk dot matriks berukuran 5 x 8 maupun 5 x 10 dari 8 bit kode karakter.

  14 DB7 Untuk LCD M1632 jenis Hyundai memiliki 16 pin, dimana pin nomor 15 dan 16 adalah anoda dan katoda (atau tegangan positif dan negatif dari backlight).

  17

  Deskripsi LCD

  DB0 sampai dengan DB7 merupakan jalur data yang dipakai untuk menyalurkan kode ASCII maupun perintah pengatur kerja LCD tersebut.

  RS merupakan Register Select yang dipakai untuk membedakan jenis data yang dikirim ke LCD. Jika RS = 0, maka data yang dikirim adalah perintah untuk mengatur kerja LCD tersebut. Sebaliknya jika RS = 1, maka data yang dikirim adalah kode ASCII yang ingin ditampilkan.

  R / W merupakan Read / Write. Jika R / W = 0, menandakan akan diadakan pengiriman data ke LCD. Dan jika R / W = 1, menandakan akan diadakan pengambilan data dari LCD.

  E (Enable) merupakan sinyal sinkronisasi. Saat E berubah dari “1” menjadi “0”, maka data di DB0 hingga DB7 akan diterima atau diambil dari atau oleh LCD.

  Untuk menyalakan backlight pada layar LCD maka Anoda dan Katoda akan dihubungkan pada +5V dan ground. Letak Anoda dan Katoda terpisah dari pin, namun kadang pada LCD lain sudah ada yang termasuk pada pin.

2.6 Sensor Putaran Sensor putaran terdiri dari dioda laser dan fototransistor. Fototransistor

  Fototransistor adalah sebuah piranti semikonduktor yang peka terhadap cahaya yang diterima dan mengubah efek cahaya tersebut menjadi sinyal listrik.

  Fototransistor termasuk dalam transduser optis. Bahan untuk membuat fototransistor yaitu silicon yang dapat menghantarkan arus listrik. Fototransistor

  18 dilengkapi dengan lensa kecil (transparan) yang memungkinkan cahaya untuk masuk melalui pembungkus sehingga dapat mengenai persambungan antara basis dan emitor. Di sini cahaya yang datang menghasilkan electron bebas. Fototransistor dapat menghasilkan sinyal listrik yang besarnya tergantung pada jumlah cahaya yang mengenainya. Fototransistor memiliki keluaran berupa arus, dan arus yang dimamfaatkan pada fototransistor adalah arus basis.

  

Collector

Emitter

Gambar 2.8. Fototransistor

  Laser Pointer

  merupakan peralatan yang sering digunakan sebagai

  Laser pointer

  penunjuk objek dalam presentasi. Salah satu jenis laser pointer yang mudah dijumpai adalah keychain laser pointer seperti ditunjukkan pada gambar 2.9.

Gambar 2.9. Laser Pointer

  19 Komponen inti dari sebuah laser pointer adalah Laser Dioda. Pada laser piranti laser diodanya memiliki dua buah semikonduktor di dalamnya LD

  pointer,

  (laser dioda) dan PD (photodiode). Tegangan yang dibutuhkan untuk mengoperasikan laser pointer ini adalah 4,5 volt. Rangkaian dasar laser pointer ditunjukkan pada gambar 2.10.

Gambar 2.10. Rangkaian Laser Pointer

  Laser dioda yang merupakan common katoda (LDC = Laser Dioda

  ) akan dibias maju. Laser dioda driver (transistor) akan mengatur

  Cathode

  besarnya arus yang mengalir pada laser dioda yang didasari pada arus yang dihasilkan photodiode. Photodiode yang merupakan common anoda (PDA = ) akan dibias balik. Besarnya arus yang dihasilkan pada

  Photodiode Anode

photodiode berasal dari besarnya intensitas cahaya laser dioda yang tersorot ke

  belakang (kea arah photodiode) seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.11.

  20

Gambar 2.11. Piranti Laser Dioda Pada Laser Pointer

  Pada gambar ditunjukkan bahwa laser diode yang ada pada laser pointer memiliki 3 pin, yaitu LDC (Laser Diode Chatode), PDA (Photo Diode Anoda) dam COM+ (Common Positive Terminal). Di dalam piranti laser dioda akan ditemukan laser dioda itu sendiri dan sebuah photodiode. Photodiode ini digunakan untuk mengatur arus laser dioda dengan sebuah eksternal loop

  Laser dioda ini memiliki typical panjang gelombang 635nm. Daya feedback. maksimum pancaran cahaya pada dioda laser adalah 3mW. Tegangan minimum yang dibutuhkan untuk mengoperasikan laser dioda adalah 2,2 volt dan typical arus maju pada laser dioda adalah 20mA. Grafik hubungan antara daya keluaran pancaran laser dengan arus maju pada laser dioda adalah sebagai berikut:

Gambar 2.12. Grafik Hubungan Daya Keluaran Dengan Arus Maju

  Pada Laser Dioda

  21

2.7 Inverter Schmitt Triggers 74LS14

  Schmitt trigger adalah rangkaian yang digunakan untuk membersihkan desah, atau membersihkan isyarat yang lambat naik atau lambat turun menjadi pulsa digital yang cepat naik dan cepat turun.

  Salah satu IC Schmitt trigger yang banyak dijumpai di pasar adalah

  74LS14. IC 74LS14 merupakan inverter Schmitt trigger yang memiliki 6 buah pin masukan dan 6 buah pin keluaran. Diagram blok IC 74LS14 ditunjukkan pada gambar 2.13.

Gambar 2.13. Diagram Blok IC 74LS14

  Tabel kebenaran inverter Schmitt trigger 74LS14 adalah sebagai berikut:

Tabel 2.5. Tabel kebenaran IC 74LS14

  INPUT OUTPUT 0 1 1 0

  Keterangan: 0 = logika rendah 1 = logika tinggi Watak alih inverter 74LS14 ditunjukkan pada gambar 2.14.

Gambar 2.14. Watak alih IC 74LS14

BAB III PERANCANGAN ALAT Dalam penulisan tugas akhir ini, alat penampil jumlah dan biaya

  pemakaian listrik pada KWh meter mekanik (analog) meliputi 2 perancangan yaitu perancangan perangkat keras dan perancangan perangkat lunak. Pada bab ini masing – masing perangkat akan dirancang agar terbentuk sebuah sistem yang ideal.

3.1 Perancangan Perangkat Keras

  Perancangan perangkat keras memiliki 3 bagian utama, yaitu masukan, pengendali utama dan keluaran seperti yang ditujukkan pada gambar 3.1.

Gambar 3.1. Diagram Blok Utama

  23 Pada bagian masukan terdapat sensor yang akan mendeteksi putaran piringan pada KWh meter makanik (analog). Sebelum masuk ke bagian pengendali utama, sinyal analog dari sensor akan diubah menjadi sinyal digital oleh IC 74LS14. Bagian masukan yang lain adalah Real Time Clock (RTC). Di sini RTC akan berfungsi sebagai pembangkit waktu. Bagian keluaran terdapat LCD dengan driver HD44780U yang berfungsi sebagai penampil jumlah dan besar biaya pemakaian energi listrik selama1 bulan.

3.1.1 Rangkaian Sensor

  Sensor akan mendeteksi jumlah putaran piringan pada KWh meter. Sensor

  ini akan menghasilkan pulsa dari piringan KWh meter yang berputar, selanjutnya pulsa ini akan digunakan sebagai masukan pada mikrokontroler. Rangkaian

  sensor terdiri dari laser dioda, Phototransistor dan IC 74LS14.

Gambar 3.2. Rangkaian sensor

  Cahaya yang dipancarkan oleh laser pointer mempengaruhi besarnya arus pada phototransistor yang akan menghasilkan suatu perubahan tegangan pada terminal kolektor – emiter. Besarnya arus yang diperlukan fototransistor pada keadaan rendah (ON) atau I1 minimum = 0,3mA dan I1 maksimum = 50mA, maka nilai R1 dapat ditentukan sebagai berikut:

  24

  Vcc −

  VCE R 1 =

  I

  1

  5 V − ,

  2 V =

  , 3 mA

1 R = 16000 Ω

  Nilai R1 tersebut adalah nilai batas maksimum. Jika nilai tersebut diperkecil misalkan menjadi 10000 Ω, maka akan menaikkan arus I1 menjadi:

  5 V − ,

  2 V

  I 1 = 10000 Ω

  I

  1 = , 48 mA

  IC 74LS14 dipakai sebagai pembentuk gelombang kotak dengan keluaran 0V dan 5V.

Gambar 3.3. Sinyal masukan IC 74LS14Gambar 3.4. Sinyal Keluaran IC 74LS14

  25

  3.1.2 Rangkaian Osilator Mikrokontroler

  Mikrokontroler AT89S51 mempunyai rangkaian osilator internal (on-chip

  

oscilator) yang dapat digunakan sebagai sumber clock bagi CPU (Central