PENGEMBANGAN MODEL PENYAKLARAN LAMPU TERPUSAT BERBASIS MIKROKONTROLER DAN KOMPUTER Heru Supriyono, Widodo Budi Santoso Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Bana Handaga Fakultas Informatika dan Ilmu Komunikasi Universitas Muhammadiyah Suraka
PENGEMBANGAN MODEL PENYAKLARAN LAMPU TERPUSAT BERBASI S
MI KROKONTROLER DAN KOMPUTER
Heru Supriyono, Widodo Budi Santoso
Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Bana Handaga
Fakultas Informatika dan Ilmu Komunikasi
Universitas Muhammadiyah Surakarta
ABSTRAK
Saklar manual yang dipakai pada sebuah gedung memiliki kekurangan
yaitu pada selepas jam kerja petugas khusus harus jalan berkeliling
untuk mengecek apakah ada lampu yang belum dipadamkan. Tujuan
penelitian ini adalah untuk mengembangkan sebuah alat untuk
penyaklaran lampu secara terpusat, yang dapat digunakan untuk
menghidupkan atau mematikan lampu dan memonitornya dari jarak
jauh berbasis sistem mikrokontroler dan personal computer (PC). Sistem
berbasis mikrokontroler digunakan untuk mengukur besarnya arus
yang mengalir kemudian mengirimkannya ke PC dan menghasilkan
perintah untuk menghidupkan atau mematikan lampu. PC yang berisi
program aplikasi mempunyai fungsi untuk menampilkan konsumsi
daya berdasarkan arus yang diterima dari sistem mikrokontroler
secara real time dan mempunyai fasilitas saklar dan tombol virtual
yang bisa digunakan untuk menghidupkan atau mematikan lampu.
Pengujian dilakukan dengan dua tahap: pengujian per blok dan
pengujian keseluruhan. Hasil pencatatan daya pada PC dicocokkan
dengan perhitungan secara teoritis untuk rentang waktu sekitar 3
minggu pengamatan secara kontinyu untuk mengecek akurasinya. Hasil
pengujian menunjukkan lampu bisa dihidupkan dan dipadamkan
dengan menggunakan tombol program aplikasi. Tampilan daya di PC
mempunyai kecocokan dibandingkan dengan perhitungan secara
teoritis.
Kata kunci: Pencatat daya listrik, mikrokontroler, penyaklaran lampu
ABSTRACT
The electrical manual switch used in the building has disadvantage, i.e.
when after working hours security officers have to walking around to
check whether there are lamps have not been turn off. The objective of
this research is to develop system for centrally switching that can be
used for turning on and turning off and monitoring based on
32 Jurnal Penelitian Sains & Teknologi, Vol. 13, No. 1, April 2012: 31 - 39
microcontroller and personal computer (PC). Microcontroller-based
system is used to measure the flowing current and then send it to PC and
produce command to switch on and switch off the lamps.The function of
PC which has an application program in it is to display the electrical
power consumption in real time and to switch on and switch off the lamp
using its virtual switch and buttons. The test was conducting in two
phases: testing per block and test the functional of a whole system. The
electrical power consumption displayed in the PC of about three weeks
time continuously is compared with mathematical calculation results to
check its accuracy. The test results suggest that system could turn on and
turn off the lamps using switch and buttons in application program. The
electrical power consumption displayed in the PC is match with manual
calculation.
Keywords: pencatat daya listrik, mikrokontroler, penyaklaran lampu
PENDAHULUAN
Seiring
dengan
semakin
mahalnya biaya untuk mendapatkan
sumber energi listrik tersebut yaitu
semakin tingginya tarif dasar listrik
dari perusahaan listrik negara (PLN),
maka tindakan penghematan atau
efisiensi pemakaian listrik sangat
diperlukan.
Penghematan
dapat
dilakukan dengan cara pemadaman
lampu penerangan yang tidak
diperlukan terutama selepas jam
kerja dan pada waktu malam hari.
Pada umumnya penanganan system
penerangan pada gedung dilakukan
secara manual, yaitu dengan system
saklar yang berfungsi mengalirkan
dan memutuskan arus listrik yang
dilakukan oleh tenaga manusia.
Sistem penyaklaran manual ini
mempunyai
kelemahan
yaitu
manajemen gedung tersebut harus
menugaskan orang, biasanya petugas
keamanan, untuk berkeliling dan
mengecek apakah ada lampu yang
lupa belum dimatikan selepas jam
kerja. Selain itu, besarnya daya listrik
yang
dikonsumsi
tidak
dapat
dimonitor secara real time sehingga
tidak bisa diketahui besarnya biaya
yang dikeluarkan secara real time
juga. Alternatif yang bisa ditawarkan
untuk mengatasi kekurangan sistem
saklar
manual
adalah
dengan
penenrapan saklar eletronis yang juga
mempunyai
fasilitas
penghitung
konsumsi daya dan biayanya secara
real time. Tujuan dari penelitian
untuk merancang model penyaklaran
lampu 8 buah pada gedung secara
terpusat dan untuk memonitor
berapa daya yang keluar melalui
tampilan komputer.
Dari
penelusuran
terhadap
publikasi ilmiah yang ada di internet,
dapat diketahui bahwa penelitian
mengenai aplikasi sistem berbasis
mikrokontroler
dan
PC
pada
pengaturan sistem tenaga listrik
kebanyakn
diarahkan
pada
pembuatan alat pencatat besarnya
konsumsi daya listrik saja sebagai
contoh Titis Wicaksono dkk (2007),
Nizam dkk. (2011), Fatsyahrina
Fitriastuti dan Siswadi (2011), dan
Sonny Sugiarto (2012). Sedangkan
penelitian mengenai penyakelaran
elektronis pernah dilakukan dalam
bentuk tugas akhir. Tri Haryanto
Atmojo (2003) dalam tugas akhirnya
meneliti
tentang pengembangan
model penyakelaran lampu ruangan
berbasis
mikrokontroler
dengan
Pengembangan Model Penyaklaran Lampu Terpusat Berbasis... (Supriyono, dkk.) 33
saklar elektronis dibuat dengan
menggunakan relai. Namun, pada
alat yang dikembangkan hanya
penyakelaran saja, tidak ada fitur
pencatatatn beban secara real time
pada program aplikasi yang dibuat.
Pembuatan
alat
penyakelaran
berbasis sistem mikrokontroler dan
PC yang juga mempunyai fitur
pencatat besarnya energi listrik yang
dikonsumsi belum pernah dilaporkan
Mikrokontroler adalah sebuah
komponen
elektronik
yang
menyerupai komputer mini dimana
didalamnya terdapat sistem pemroses
utama dan memory. Keuntungan
mikrokontroler adalah komponen ini
berdimensi
kecil
dan
hanya
membutuhkan daya yang kecil serta
dapat diprogram baik dengan
menggunakan bahasa assembler
maupun bahasa C. Pada penelitian ini
penulis
akan
menggunakan
mikrokontroler seri AT89S51.
Relai adalah suatu system yang
terdiri atas saklar dan penggerak
saklar.
Saklar
akan
bergerak
membuka (memutuskan arus yang
mengalir) dan menutup (mengalirkan
arus) apabila ada energi penggerak.
Bebrapa energi penggerak pada relai
diantaranya panas dan magnetis.
Energi magnetis pada relai timbul
kalau ada arus listrik yang mengalir.
Relai dengan enegri penggerak
magnetis
akan
dipakai
pada
penelitian ini.
Main Circuit Board (MCB)
adalah saklar yang mampu mampu
mengalirkan arus besar dimana ada
batas maksimum apabila ada arus
yang melebihi batas saklar akan
memutus sendiri sehingga MCB juga
disebut saklar otomatis. Dalam
instalasi listrik pada rumah atau
gedung, MCB ditempatkan sebagai
saklar otomatis saat listrik dari PLN
masuk ke rumah/gedung.
Sensor arus digunakan untuk
mendeteksi arus yang mengalir.
Kualitas sensor arus ditentukan oleh
akurasi
pengukurannnya
yang
diketahui dari besarnya error atau
toleransi sensor arus tersebut. Pada
penelitian ini sesnor arus yang
digunakan adalah yang mempunyai
toleransi . Setelah tahu arus yang
lewat akan dapat diketahui berapa
daya yang terpakai melalui rumus
daya. Untuk daya semu rumus
dayanya adalah sebagai berikut:
S V I
(1)
Dengan S adalah besarnya daya
semu (VA), V Tegangan yang terukur
(Volt/V), dan I adalah besarnya arus
yang mengalir (Ampere/A). Daya
aktif atau juga disebut daya nyata
adalah daya yang terukur pada alat
ukur yang dipakai, dirumuskan
dengan:
P V I Cos ϕ
(2)
Dengan P adalah besarnya daya
aktif / nyata (Watt) dan
adalah
faktor daya.
Komunikasi
antara
mikrokontroler dengan PC dapat
dilakukan dengan komunikasi serial.
Keuntungan dari sistem komunikasi
serial ini adalah dapat digunakan
untuk jarak mikrokontroler dan PC
cukup jauh (melebihi 2 meter).
Komunikasi ini hanya membutuhkan
2 buah kabel; satu kabel sebagai
pengirim dan satu kabel lain sebagai
penerima. Data-data yang terdiri atas
beberapa bit dikirim dan diterima
secara serial. Kerugian komunikasi
serial adalah jika harus menangani
suatu data dalam jumlah yang sangat
besar, maka keceptan komunikasi
lebih lambat.
34 Jurnal Penelitian Sains & Teknologi, Vol. 13, No. 1, April 2012: 31 - 39
Program aplikasi pada PC yang
dibangun dengan bahasa Visual Basic
tidak dapat berkomunikasi langsung
dengan
mikrokontroler.
Agar
program aplikasi dapat mengakses
mikrokontroler dibutuhkan file yang
disebut dynamic link library (DLL).
File
DLL
dibuat
dengan
menggunakan bahasa assembler dan
disimpan dalam format *.dll. Dalam
penelitian ini penulis menggunakan
file IO.dll yang bisa didapatkan dari
situs
www.lvr.com
atau
www.geekhideout.com/IOdll.sht
ml.
Basis data bahasa mudahnya
adalah sekumpulan data yang
terhubung dan disimpan bersamasama. Dalam penelitian ini basis data
akan digunakan untuk menyimpan
data konsumsi energi listrik dan
besarnya biaya yang dicetak secara
real time. Sistem basis data yang
digunakan adalah MsAccess.
Perancangan
Pengembangan Sistem
dan
Diagram Blok Sistem
Proses
kerja
sistem
penyaklaran terpusat ini dapat dilihat
pada diagram blok di Gambar 1.
Gambar 1. Diagram blok sistem
yang dirancang
Pada penelitian ini, ada dua
bagian utama dalam sistem yang
dikembangkan yaitu bagian sistem
berbasis mikrokontroler dan program
aplikasi PC. Mikrokontroler akan
membaca
data
sensor
arus,
memberikan perintah kepada relai
serta mengirimkan dan menerima
perintah dari program aplikasi PC.
Mikrokontroler
akan
terhubung
dengan
mikrokontroler
dengan
menggunakan port serial RS 232.
Perancangan Perangkat Keras
Dalam penelitian ini penulis
menggunakan
komputer
berspesifikasi dengan RAM 128 MB,
Harddisk 20 GB, Prosesor VIA 601
MHz. Port serial digunakan untuk
komunikasi
dalam
model
penyaklaran lampu terpusat berbasis
mikrokontroller
AT89S51
menggunakan PC. Port serial ada 2
jenis yaitu DB 25 yaitu konektor 25
pin (DB25) dan 9 pin (DB9) yang
Pengembangan Model Penyaklaran Lampu Terpusat Berbasis... (Supriyono, dkk.) 35
berpasangan (jantan dan betina).
Bentuk konektor DB25 sama persis
dengan port pararel. Port serial yang
umum digunakan adalah DB9.
Umumnya, motherboard memiliki 2
port serial, satu untuk serial 1 (COM
1) dan satu lagi untuk serial 2 (COM
2).
Pada penelitian ini, program
yang dibuat dalam mikrokontroler
haruslah dapat membaca data
masukan
BCD
kemudian
memvisualisasikan
kedalam
komputer dan dapat dicetak jika
diinginkan. Untuk dapat melayani itu
semua, mikrokontroler seri AT89S51
digunakan dalam penelitian ini.
Mikrokontroler ini dipilih karena
memiliki
beberapa
keunggulan
seperti memiliki memory 8 KB untuk
menyimpan program yang dapat
dihapus dan ditulis kembali secara
berulang – ulang, memiliki 4 buah
port masukan dan keluaran dalam
keadaan aktif setiap pin dari tiap port
mempunyai tegangan sebesar 5 volt
dan setiap portnya memiliki 8 bit,
mudah untuk memasukkan program
dengan peralatan penghubung dari
PC ke mikrokontroler dan tidak
menggunakan banyak komponen
untuk rangkaian mikrokontrole serta
memiliki minimal 3 buah interupsi
yang dapat diatur tingkat prioritasnya
baik secara manual atau secara
default. Mikrokontroler ini juga
mudah
dicari
karena
banyak
dipasaran. Dalam penggunaannya
mengontrol relai membutuhkan 8 pin
I/O pada port 1 dan 2 pin pada port 2,
sedangkan untuk membaca arus
dibutuhkan 8 pin I/O pada port 0.
Alokasi
pin-pin
mikrokontroler
AT89S51 dapat dilihat pada Gambar
2.
tidak mampu menggerakkan sebuah
relai.
Agar
keluaran
port
mikrokontroler
ini
dapat
dipergunakan untuk menggerakkan
relai,
diperlukan
rangkaian
penggerak relai seperti diperlihatkan
pada Gambar 3. Pada prinsipnya
rangkaian penggerak relai terdiri atas
sebuah transistor, sebuah dioda, dan
sebuah relai untuk masing-masing
beban
(lampu).
Untuk
dapat
mengontrol rangkaian relai ini maka
mikrokontroller harus mengirim data
sinyal pulsa 0 atau 1. Jika
mikrokontroller memberi data sinyal
pulsa 0, maka relai berada dalam
keadaan tidak aktif, tapi bila data
sinyal
pulsa
yang
dikirim
mikrokontroller adalah 1 maka relai
akan aktif. Rangkaian relai ini
dibentuk oleh komponen resistor,
transistor C945, dioda 1N4001, dan
relai DC 12 volt. Resistor pada kaki
basis membatasi arus yang akan
masuk ketransistor pada kaki basis,
sedang dioda IN4001 berfungsi
sebagai untuk menahan tegangan
balik dari relai dari kondisi aktif
kekondisi tidak aktif. Saat transistor
dalam kondisi saturasi, tegangan
pada kolektor- emitor mendekati nol.
Transistor C945 mempunyai β
sebesar 200 sehingga arus basis
dapat dihitung untuk mendapatkan
suatau kondisi transistor dalam
keadaan saturasi
Keluaran kontroler memiliki
level tegangan 5 Volt. Arus yang
diberikan juga sangat lemah dan
36 Jurnal Penelitian Sains & Teknologi, Vol. 13, No. 1, April 2012: 31 - 39
Autonics dengan seri MT4W – AA –
42.
Perancangan Program
Mikrokontroler
Gambar 2. Mikrokontroler
AT89S51
Gambar 3. Rangkaian
Penggerak Relai
Untuk sensor arus, dipasaran
saat ini terdapat 2 jenis sensor arus
yang penulis ketahui yaitu jenis
kolong dan yang seperti multimeter.
Untuk sensor arus jenis kolong sensor
digunakan
dengan
cara
kabel
langsung dikolongi oleh sensor dan
keluaran tertera dilayar sensor.
Sensor arus jenis kolong ini biasanya
digunakan oleh PLN atau biro tenaga
listrik yang berijin PLN. Sedangkan
sensor yang seperti multimeter cara
menggunakannya kabel dari beban
masuk ke pin masukkan dan keluar
lewat pin lainnya yang terdapat pada
terminal masukkan sensor arus, pada
sensor ini nilainya akan tampil
dilayar. Apabila diinginkan untuk
mengambil nilai yang tertera di layar
tersebut agar dapat dibaca oleh
mikrokontroler
maka
dapat
digunakan
sensor
arus
yang
mempunyai BCD output yang telah
tersedia pada sensor arus produksi
pada
Program pada mikrokontroler
dibuat dengan menggunakan bahasa
assembler. Diagram alir program
pada mikrokontroler dapat dilihat
pada Gambar 4. Setelah komputer
dihidupkan program akan melakukan
inisialisasi port serial mikrokontroler
dengan menentukan mode port serial
yaitu mode UART 8 bit tanpa paritas
dan baudrate adalah 9600 bps.
Setelah
data
I/O
berubah,
mikrokontroller
akan
membaca
perubahan
perintah
untuk
menghidupkan relai utama kemudian
jika relai utama tidak hidup akan
kembali
mencoba
untuk
menghidupkan relai dan proses ini
akan dilakukan secara berulang-ulang
sampai relai hidup. Setelah relai
hidup, tegangan maupun arus akan
melewati MCB yang berguna untuk
memutus arus jika terjadi aliran arus
melebihi batas maksimum MCB yaitu
4 A atau dengan kata lain MCB
berfungsi sebagai sekering elektrik.
Setelah dari MCB, program dapat
memberi perintah ke relai 1 sampai 8
yang
akan
dihidupkan
atau
dimatikan. Jika ada perintah untuk
menghidupkan atau mematikan relai
maka mikrokontroler akan membaca
berapa arus yang mengalir sedangkan
jika pada lampu tidak ada perubahan
sensor arus akan tetap membaca
arus yang mengalir pada sensor ini
naik turunnya arus juga terpengaruh
oleh naik turunnya tegangan dari
PLN
Pengembangan Model Penyaklaran Lampu Terpusat Berbasis... (Supriyono, dkk.) 37
Perancangan Program Aplikasi
pada PC
yang akan dikontrol dan untuk
mematikan lampu secara bersamaan.
Diagram alir program aplikasi
pada PC dapat dilihat pada Gambar 5.
Setelah komputer hidup dan program
aplikasi dijalankan, komputer akan
melakukan scanning koneksi kabel
data apakah komputer tersambung
mikrokontroler. Apabila komputer
tersambung dengan mikrokontroler,
untuk dapat masuk ke program
aplikasi pemakai harus memasukkan
username dan password pada menu
File Login. Setelah memasukkan
username dan password, akan terjadi
pengecekan apakah password dan
user telah benar apabila salah akan
kembali untuk mengulangnya dan
apabila benar akan muncul tampilan
model rumah dengan 5 ruangan yang
dengan saklar utama yang fungsinya
untuk memunculkan saklar lampu
Agar lampu-lampu yang ada
dalam
model
rumah
dapat
dihidupkan atau dimatikan maka
saklar utama harus di klik ON dan
apabila ingin mematikan semuanya
saklar utama harus diklik OFF.
Lampu-lampu pada masing-masing
ruangan dapat dihidupkan dan
dimaktikan dengan cara menekan
simbol lampu pada masing-masing
ruangan. Setelah lampu dihidupkan,
akan didapatkan catatan value (nilai)
arus yang mengalir yang kemudian
digunakan
untuk
menghitung
besarnya daya yang digunakan
sedangkan jika tidak ada lampu yang
dinyalakan atau saklar utama dalam
posisi OFF maka program aplikasi
akan mencatat Value ( nilai ) 0.
38 Jurnal Penelitian Sains & Teknologi, Vol. 13, No. 1, April 2012: 31 - 39
secara keseluruhan dilakukan untuk
menguji apakah alat yang dibuat
berfungsi seperti yang diharapkan.
Gambar user interface program
aplikasi yang dibuat pada penelitian
ini dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 4. Diagram alir
program mikrokontroller
PENGUJIAN DAN ANALISA
SISTEM
Sistem
penyakelaran
yang
dibuat diuji dalam dua tahap yaitu
pengujian tfungsi tiap-tiap blok dan
kemudian
pengujian
fungsi
keseluruhan
alat.
Pengujian
fungsionalitas
alat
secara
keseluruhan dilakukan dengan cara
menghubungkan mikrokontroller dan
sensor arus dengan menggunakan
kabel serial ke PC. Pengujian per
bagian atau per blok rangkaian
dilakukan untuk mengetahui apakah
bagian-bagian
dari
alat
yang
dirancang mempunyai kinerja seperti
yang
diharapkan
sedangkan
pengujian fungsionalitas rangkaian
Gambar 5. Diagram Alir (Flow
Chart) untuk tampilan pada PC
Pengujian fungsi keseluruhan
dilakukan dengan cara mencoba
program aplikasi yang dibuat untuk
mematikan ataupun menghidupkan
lampu dengan menekan gambar
lampu pada PC satu persatu. Setelah
ada lampu pijar menyala sensor arus
menampilkan jumlah arus yang
digunakan kemudian dibaca dan
dikirim
ke
komputer
oleh
mikrokontroler
dan
selanjutnya
komputer dapat menampilkannya
pada monitor secara real time.
Kemudian daya yang digunakan
dihitung
secara
real
time
berdasarkan rumus daya nyata dan
ditampilkan dalam sebuah grafik
Pengembangan Model Penyaklaran Lampu Terpusat Berbasis... (Supriyono, dkk.) 39
seperti terlihat pada Gambar 7.
Besarnya
konsumsi
daya
ini
kemudian disimpan dalam basis data
sehingga data konsumsi energi listrik
dan biayanya dapat dilihat sewaktuwaktu diperlukan. Contoh tampilan
data besarnya konsumsi energi listrik
dapat dilihat pada Gambar 8. Dalam
proses pengujian, alat dihidupkan
secara kontinyu untuk waktu 3
minggu untuk mengetahui kinerja
sistem berbasis mikrokontroler dan
penyimpanan konsumsi daya pada
basis data dan fasilitas pencarian
datanya.
Gambar 6. Tampilan user interface program aplikasi sistem
penyakelaran terpusat
Gambar 7. Tampilan grafik konsumsi daya secara real time
40 Jurnal Penelitian Sains & Teknologi, Vol. 13, No. 1, April 2012: 31 - 39
Gambar 8. Tampilan data konsumsi daya yang tersimpan dalam basis data
KESIMPULAN
Dari proses perancangan dan
pengujian
alat
dapat
diambil
kesimpulan
bahwa
sistem
penyakelaran
terpusat
dengan
fasilitas pencatatan konsumsi daya
secara real time sudah berhasil dibuat
dan diuji dalam skala model rumah
dengan 5 ruangan. Semua bagian alat
seperti sensor arus, saklar berbasis
relai dan koneksi antara PC dan
mikrokontroler
dapat
berfungsi
dengan sangat baik. Penelitian ini
sedang
dilanjutkan
dengan
menambahkan fitur yang lebih
banyak baik pada pengolahan di sisi
mikrokontroler maupun fitur fasilitas
di
program
aplikasinya.
DAFTAR PUSTAKA
Fitriastuti, Fatsyahrina dan Siswadi. 2011. Aplikasi KWH (Kilo Watt Hour)
Meter berbasis mikrokontroler ATMega 32 untuk memonitor beban
listrik, Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 2, No. 2, Mei 2011, hal. 117 – 126.
Nizam, Muhammad; Kusharjanta, Bambang; Thoyib, Muh. 2011. Real-time
electrical power monitoring designed by using microcontroller ATMega51, International Conference and Exhibition on Sustainable Energy and
Advanced Materials (ICE SEAM 2011), Solo INDONESIA, 3 – 4 October
2011.
Sugiarto, Sonny. 2012. Rancang bangun pengembangan KWH meter ukur listrik
1phase rumah tangga (pengolahan dan penyimpanan data), Tugas Akhir
Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh November Surabaya
Tri Haryanto Atmojo. 2003. Penyaklaran Lampu Terpusat Menggunakan PC.
Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UMS, tidak
dipublikasikan.
Wicaksono, Titis; Sadnowo, Ageng; Haris, abdul. 2007. Rancang bangun alat
penghitung biaya energi listrik terpakai berbasis mikrokontroler PIC
Pengembangan Model Penyaklaran Lampu Terpusat Berbasis... (Supriyono, dkk.) 41
16f877, Electrician jurnal rekayasa dan teknologi elektro, Volume 1 Nomor
1, September 2007, hal. 37 – 41.
42 Jurnal Penelitian Sains & Teknologi, Vol. 13, No. 1, April 2012: 31 - 39
MI KROKONTROLER DAN KOMPUTER
Heru Supriyono, Widodo Budi Santoso
Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Bana Handaga
Fakultas Informatika dan Ilmu Komunikasi
Universitas Muhammadiyah Surakarta
ABSTRAK
Saklar manual yang dipakai pada sebuah gedung memiliki kekurangan
yaitu pada selepas jam kerja petugas khusus harus jalan berkeliling
untuk mengecek apakah ada lampu yang belum dipadamkan. Tujuan
penelitian ini adalah untuk mengembangkan sebuah alat untuk
penyaklaran lampu secara terpusat, yang dapat digunakan untuk
menghidupkan atau mematikan lampu dan memonitornya dari jarak
jauh berbasis sistem mikrokontroler dan personal computer (PC). Sistem
berbasis mikrokontroler digunakan untuk mengukur besarnya arus
yang mengalir kemudian mengirimkannya ke PC dan menghasilkan
perintah untuk menghidupkan atau mematikan lampu. PC yang berisi
program aplikasi mempunyai fungsi untuk menampilkan konsumsi
daya berdasarkan arus yang diterima dari sistem mikrokontroler
secara real time dan mempunyai fasilitas saklar dan tombol virtual
yang bisa digunakan untuk menghidupkan atau mematikan lampu.
Pengujian dilakukan dengan dua tahap: pengujian per blok dan
pengujian keseluruhan. Hasil pencatatan daya pada PC dicocokkan
dengan perhitungan secara teoritis untuk rentang waktu sekitar 3
minggu pengamatan secara kontinyu untuk mengecek akurasinya. Hasil
pengujian menunjukkan lampu bisa dihidupkan dan dipadamkan
dengan menggunakan tombol program aplikasi. Tampilan daya di PC
mempunyai kecocokan dibandingkan dengan perhitungan secara
teoritis.
Kata kunci: Pencatat daya listrik, mikrokontroler, penyaklaran lampu
ABSTRACT
The electrical manual switch used in the building has disadvantage, i.e.
when after working hours security officers have to walking around to
check whether there are lamps have not been turn off. The objective of
this research is to develop system for centrally switching that can be
used for turning on and turning off and monitoring based on
32 Jurnal Penelitian Sains & Teknologi, Vol. 13, No. 1, April 2012: 31 - 39
microcontroller and personal computer (PC). Microcontroller-based
system is used to measure the flowing current and then send it to PC and
produce command to switch on and switch off the lamps.The function of
PC which has an application program in it is to display the electrical
power consumption in real time and to switch on and switch off the lamp
using its virtual switch and buttons. The test was conducting in two
phases: testing per block and test the functional of a whole system. The
electrical power consumption displayed in the PC of about three weeks
time continuously is compared with mathematical calculation results to
check its accuracy. The test results suggest that system could turn on and
turn off the lamps using switch and buttons in application program. The
electrical power consumption displayed in the PC is match with manual
calculation.
Keywords: pencatat daya listrik, mikrokontroler, penyaklaran lampu
PENDAHULUAN
Seiring
dengan
semakin
mahalnya biaya untuk mendapatkan
sumber energi listrik tersebut yaitu
semakin tingginya tarif dasar listrik
dari perusahaan listrik negara (PLN),
maka tindakan penghematan atau
efisiensi pemakaian listrik sangat
diperlukan.
Penghematan
dapat
dilakukan dengan cara pemadaman
lampu penerangan yang tidak
diperlukan terutama selepas jam
kerja dan pada waktu malam hari.
Pada umumnya penanganan system
penerangan pada gedung dilakukan
secara manual, yaitu dengan system
saklar yang berfungsi mengalirkan
dan memutuskan arus listrik yang
dilakukan oleh tenaga manusia.
Sistem penyaklaran manual ini
mempunyai
kelemahan
yaitu
manajemen gedung tersebut harus
menugaskan orang, biasanya petugas
keamanan, untuk berkeliling dan
mengecek apakah ada lampu yang
lupa belum dimatikan selepas jam
kerja. Selain itu, besarnya daya listrik
yang
dikonsumsi
tidak
dapat
dimonitor secara real time sehingga
tidak bisa diketahui besarnya biaya
yang dikeluarkan secara real time
juga. Alternatif yang bisa ditawarkan
untuk mengatasi kekurangan sistem
saklar
manual
adalah
dengan
penenrapan saklar eletronis yang juga
mempunyai
fasilitas
penghitung
konsumsi daya dan biayanya secara
real time. Tujuan dari penelitian
untuk merancang model penyaklaran
lampu 8 buah pada gedung secara
terpusat dan untuk memonitor
berapa daya yang keluar melalui
tampilan komputer.
Dari
penelusuran
terhadap
publikasi ilmiah yang ada di internet,
dapat diketahui bahwa penelitian
mengenai aplikasi sistem berbasis
mikrokontroler
dan
PC
pada
pengaturan sistem tenaga listrik
kebanyakn
diarahkan
pada
pembuatan alat pencatat besarnya
konsumsi daya listrik saja sebagai
contoh Titis Wicaksono dkk (2007),
Nizam dkk. (2011), Fatsyahrina
Fitriastuti dan Siswadi (2011), dan
Sonny Sugiarto (2012). Sedangkan
penelitian mengenai penyakelaran
elektronis pernah dilakukan dalam
bentuk tugas akhir. Tri Haryanto
Atmojo (2003) dalam tugas akhirnya
meneliti
tentang pengembangan
model penyakelaran lampu ruangan
berbasis
mikrokontroler
dengan
Pengembangan Model Penyaklaran Lampu Terpusat Berbasis... (Supriyono, dkk.) 33
saklar elektronis dibuat dengan
menggunakan relai. Namun, pada
alat yang dikembangkan hanya
penyakelaran saja, tidak ada fitur
pencatatatn beban secara real time
pada program aplikasi yang dibuat.
Pembuatan
alat
penyakelaran
berbasis sistem mikrokontroler dan
PC yang juga mempunyai fitur
pencatat besarnya energi listrik yang
dikonsumsi belum pernah dilaporkan
Mikrokontroler adalah sebuah
komponen
elektronik
yang
menyerupai komputer mini dimana
didalamnya terdapat sistem pemroses
utama dan memory. Keuntungan
mikrokontroler adalah komponen ini
berdimensi
kecil
dan
hanya
membutuhkan daya yang kecil serta
dapat diprogram baik dengan
menggunakan bahasa assembler
maupun bahasa C. Pada penelitian ini
penulis
akan
menggunakan
mikrokontroler seri AT89S51.
Relai adalah suatu system yang
terdiri atas saklar dan penggerak
saklar.
Saklar
akan
bergerak
membuka (memutuskan arus yang
mengalir) dan menutup (mengalirkan
arus) apabila ada energi penggerak.
Bebrapa energi penggerak pada relai
diantaranya panas dan magnetis.
Energi magnetis pada relai timbul
kalau ada arus listrik yang mengalir.
Relai dengan enegri penggerak
magnetis
akan
dipakai
pada
penelitian ini.
Main Circuit Board (MCB)
adalah saklar yang mampu mampu
mengalirkan arus besar dimana ada
batas maksimum apabila ada arus
yang melebihi batas saklar akan
memutus sendiri sehingga MCB juga
disebut saklar otomatis. Dalam
instalasi listrik pada rumah atau
gedung, MCB ditempatkan sebagai
saklar otomatis saat listrik dari PLN
masuk ke rumah/gedung.
Sensor arus digunakan untuk
mendeteksi arus yang mengalir.
Kualitas sensor arus ditentukan oleh
akurasi
pengukurannnya
yang
diketahui dari besarnya error atau
toleransi sensor arus tersebut. Pada
penelitian ini sesnor arus yang
digunakan adalah yang mempunyai
toleransi . Setelah tahu arus yang
lewat akan dapat diketahui berapa
daya yang terpakai melalui rumus
daya. Untuk daya semu rumus
dayanya adalah sebagai berikut:
S V I
(1)
Dengan S adalah besarnya daya
semu (VA), V Tegangan yang terukur
(Volt/V), dan I adalah besarnya arus
yang mengalir (Ampere/A). Daya
aktif atau juga disebut daya nyata
adalah daya yang terukur pada alat
ukur yang dipakai, dirumuskan
dengan:
P V I Cos ϕ
(2)
Dengan P adalah besarnya daya
aktif / nyata (Watt) dan
adalah
faktor daya.
Komunikasi
antara
mikrokontroler dengan PC dapat
dilakukan dengan komunikasi serial.
Keuntungan dari sistem komunikasi
serial ini adalah dapat digunakan
untuk jarak mikrokontroler dan PC
cukup jauh (melebihi 2 meter).
Komunikasi ini hanya membutuhkan
2 buah kabel; satu kabel sebagai
pengirim dan satu kabel lain sebagai
penerima. Data-data yang terdiri atas
beberapa bit dikirim dan diterima
secara serial. Kerugian komunikasi
serial adalah jika harus menangani
suatu data dalam jumlah yang sangat
besar, maka keceptan komunikasi
lebih lambat.
34 Jurnal Penelitian Sains & Teknologi, Vol. 13, No. 1, April 2012: 31 - 39
Program aplikasi pada PC yang
dibangun dengan bahasa Visual Basic
tidak dapat berkomunikasi langsung
dengan
mikrokontroler.
Agar
program aplikasi dapat mengakses
mikrokontroler dibutuhkan file yang
disebut dynamic link library (DLL).
File
DLL
dibuat
dengan
menggunakan bahasa assembler dan
disimpan dalam format *.dll. Dalam
penelitian ini penulis menggunakan
file IO.dll yang bisa didapatkan dari
situs
www.lvr.com
atau
www.geekhideout.com/IOdll.sht
ml.
Basis data bahasa mudahnya
adalah sekumpulan data yang
terhubung dan disimpan bersamasama. Dalam penelitian ini basis data
akan digunakan untuk menyimpan
data konsumsi energi listrik dan
besarnya biaya yang dicetak secara
real time. Sistem basis data yang
digunakan adalah MsAccess.
Perancangan
Pengembangan Sistem
dan
Diagram Blok Sistem
Proses
kerja
sistem
penyaklaran terpusat ini dapat dilihat
pada diagram blok di Gambar 1.
Gambar 1. Diagram blok sistem
yang dirancang
Pada penelitian ini, ada dua
bagian utama dalam sistem yang
dikembangkan yaitu bagian sistem
berbasis mikrokontroler dan program
aplikasi PC. Mikrokontroler akan
membaca
data
sensor
arus,
memberikan perintah kepada relai
serta mengirimkan dan menerima
perintah dari program aplikasi PC.
Mikrokontroler
akan
terhubung
dengan
mikrokontroler
dengan
menggunakan port serial RS 232.
Perancangan Perangkat Keras
Dalam penelitian ini penulis
menggunakan
komputer
berspesifikasi dengan RAM 128 MB,
Harddisk 20 GB, Prosesor VIA 601
MHz. Port serial digunakan untuk
komunikasi
dalam
model
penyaklaran lampu terpusat berbasis
mikrokontroller
AT89S51
menggunakan PC. Port serial ada 2
jenis yaitu DB 25 yaitu konektor 25
pin (DB25) dan 9 pin (DB9) yang
Pengembangan Model Penyaklaran Lampu Terpusat Berbasis... (Supriyono, dkk.) 35
berpasangan (jantan dan betina).
Bentuk konektor DB25 sama persis
dengan port pararel. Port serial yang
umum digunakan adalah DB9.
Umumnya, motherboard memiliki 2
port serial, satu untuk serial 1 (COM
1) dan satu lagi untuk serial 2 (COM
2).
Pada penelitian ini, program
yang dibuat dalam mikrokontroler
haruslah dapat membaca data
masukan
BCD
kemudian
memvisualisasikan
kedalam
komputer dan dapat dicetak jika
diinginkan. Untuk dapat melayani itu
semua, mikrokontroler seri AT89S51
digunakan dalam penelitian ini.
Mikrokontroler ini dipilih karena
memiliki
beberapa
keunggulan
seperti memiliki memory 8 KB untuk
menyimpan program yang dapat
dihapus dan ditulis kembali secara
berulang – ulang, memiliki 4 buah
port masukan dan keluaran dalam
keadaan aktif setiap pin dari tiap port
mempunyai tegangan sebesar 5 volt
dan setiap portnya memiliki 8 bit,
mudah untuk memasukkan program
dengan peralatan penghubung dari
PC ke mikrokontroler dan tidak
menggunakan banyak komponen
untuk rangkaian mikrokontrole serta
memiliki minimal 3 buah interupsi
yang dapat diatur tingkat prioritasnya
baik secara manual atau secara
default. Mikrokontroler ini juga
mudah
dicari
karena
banyak
dipasaran. Dalam penggunaannya
mengontrol relai membutuhkan 8 pin
I/O pada port 1 dan 2 pin pada port 2,
sedangkan untuk membaca arus
dibutuhkan 8 pin I/O pada port 0.
Alokasi
pin-pin
mikrokontroler
AT89S51 dapat dilihat pada Gambar
2.
tidak mampu menggerakkan sebuah
relai.
Agar
keluaran
port
mikrokontroler
ini
dapat
dipergunakan untuk menggerakkan
relai,
diperlukan
rangkaian
penggerak relai seperti diperlihatkan
pada Gambar 3. Pada prinsipnya
rangkaian penggerak relai terdiri atas
sebuah transistor, sebuah dioda, dan
sebuah relai untuk masing-masing
beban
(lampu).
Untuk
dapat
mengontrol rangkaian relai ini maka
mikrokontroller harus mengirim data
sinyal pulsa 0 atau 1. Jika
mikrokontroller memberi data sinyal
pulsa 0, maka relai berada dalam
keadaan tidak aktif, tapi bila data
sinyal
pulsa
yang
dikirim
mikrokontroller adalah 1 maka relai
akan aktif. Rangkaian relai ini
dibentuk oleh komponen resistor,
transistor C945, dioda 1N4001, dan
relai DC 12 volt. Resistor pada kaki
basis membatasi arus yang akan
masuk ketransistor pada kaki basis,
sedang dioda IN4001 berfungsi
sebagai untuk menahan tegangan
balik dari relai dari kondisi aktif
kekondisi tidak aktif. Saat transistor
dalam kondisi saturasi, tegangan
pada kolektor- emitor mendekati nol.
Transistor C945 mempunyai β
sebesar 200 sehingga arus basis
dapat dihitung untuk mendapatkan
suatau kondisi transistor dalam
keadaan saturasi
Keluaran kontroler memiliki
level tegangan 5 Volt. Arus yang
diberikan juga sangat lemah dan
36 Jurnal Penelitian Sains & Teknologi, Vol. 13, No. 1, April 2012: 31 - 39
Autonics dengan seri MT4W – AA –
42.
Perancangan Program
Mikrokontroler
Gambar 2. Mikrokontroler
AT89S51
Gambar 3. Rangkaian
Penggerak Relai
Untuk sensor arus, dipasaran
saat ini terdapat 2 jenis sensor arus
yang penulis ketahui yaitu jenis
kolong dan yang seperti multimeter.
Untuk sensor arus jenis kolong sensor
digunakan
dengan
cara
kabel
langsung dikolongi oleh sensor dan
keluaran tertera dilayar sensor.
Sensor arus jenis kolong ini biasanya
digunakan oleh PLN atau biro tenaga
listrik yang berijin PLN. Sedangkan
sensor yang seperti multimeter cara
menggunakannya kabel dari beban
masuk ke pin masukkan dan keluar
lewat pin lainnya yang terdapat pada
terminal masukkan sensor arus, pada
sensor ini nilainya akan tampil
dilayar. Apabila diinginkan untuk
mengambil nilai yang tertera di layar
tersebut agar dapat dibaca oleh
mikrokontroler
maka
dapat
digunakan
sensor
arus
yang
mempunyai BCD output yang telah
tersedia pada sensor arus produksi
pada
Program pada mikrokontroler
dibuat dengan menggunakan bahasa
assembler. Diagram alir program
pada mikrokontroler dapat dilihat
pada Gambar 4. Setelah komputer
dihidupkan program akan melakukan
inisialisasi port serial mikrokontroler
dengan menentukan mode port serial
yaitu mode UART 8 bit tanpa paritas
dan baudrate adalah 9600 bps.
Setelah
data
I/O
berubah,
mikrokontroller
akan
membaca
perubahan
perintah
untuk
menghidupkan relai utama kemudian
jika relai utama tidak hidup akan
kembali
mencoba
untuk
menghidupkan relai dan proses ini
akan dilakukan secara berulang-ulang
sampai relai hidup. Setelah relai
hidup, tegangan maupun arus akan
melewati MCB yang berguna untuk
memutus arus jika terjadi aliran arus
melebihi batas maksimum MCB yaitu
4 A atau dengan kata lain MCB
berfungsi sebagai sekering elektrik.
Setelah dari MCB, program dapat
memberi perintah ke relai 1 sampai 8
yang
akan
dihidupkan
atau
dimatikan. Jika ada perintah untuk
menghidupkan atau mematikan relai
maka mikrokontroler akan membaca
berapa arus yang mengalir sedangkan
jika pada lampu tidak ada perubahan
sensor arus akan tetap membaca
arus yang mengalir pada sensor ini
naik turunnya arus juga terpengaruh
oleh naik turunnya tegangan dari
PLN
Pengembangan Model Penyaklaran Lampu Terpusat Berbasis... (Supriyono, dkk.) 37
Perancangan Program Aplikasi
pada PC
yang akan dikontrol dan untuk
mematikan lampu secara bersamaan.
Diagram alir program aplikasi
pada PC dapat dilihat pada Gambar 5.
Setelah komputer hidup dan program
aplikasi dijalankan, komputer akan
melakukan scanning koneksi kabel
data apakah komputer tersambung
mikrokontroler. Apabila komputer
tersambung dengan mikrokontroler,
untuk dapat masuk ke program
aplikasi pemakai harus memasukkan
username dan password pada menu
File Login. Setelah memasukkan
username dan password, akan terjadi
pengecekan apakah password dan
user telah benar apabila salah akan
kembali untuk mengulangnya dan
apabila benar akan muncul tampilan
model rumah dengan 5 ruangan yang
dengan saklar utama yang fungsinya
untuk memunculkan saklar lampu
Agar lampu-lampu yang ada
dalam
model
rumah
dapat
dihidupkan atau dimatikan maka
saklar utama harus di klik ON dan
apabila ingin mematikan semuanya
saklar utama harus diklik OFF.
Lampu-lampu pada masing-masing
ruangan dapat dihidupkan dan
dimaktikan dengan cara menekan
simbol lampu pada masing-masing
ruangan. Setelah lampu dihidupkan,
akan didapatkan catatan value (nilai)
arus yang mengalir yang kemudian
digunakan
untuk
menghitung
besarnya daya yang digunakan
sedangkan jika tidak ada lampu yang
dinyalakan atau saklar utama dalam
posisi OFF maka program aplikasi
akan mencatat Value ( nilai ) 0.
38 Jurnal Penelitian Sains & Teknologi, Vol. 13, No. 1, April 2012: 31 - 39
secara keseluruhan dilakukan untuk
menguji apakah alat yang dibuat
berfungsi seperti yang diharapkan.
Gambar user interface program
aplikasi yang dibuat pada penelitian
ini dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 4. Diagram alir
program mikrokontroller
PENGUJIAN DAN ANALISA
SISTEM
Sistem
penyakelaran
yang
dibuat diuji dalam dua tahap yaitu
pengujian tfungsi tiap-tiap blok dan
kemudian
pengujian
fungsi
keseluruhan
alat.
Pengujian
fungsionalitas
alat
secara
keseluruhan dilakukan dengan cara
menghubungkan mikrokontroller dan
sensor arus dengan menggunakan
kabel serial ke PC. Pengujian per
bagian atau per blok rangkaian
dilakukan untuk mengetahui apakah
bagian-bagian
dari
alat
yang
dirancang mempunyai kinerja seperti
yang
diharapkan
sedangkan
pengujian fungsionalitas rangkaian
Gambar 5. Diagram Alir (Flow
Chart) untuk tampilan pada PC
Pengujian fungsi keseluruhan
dilakukan dengan cara mencoba
program aplikasi yang dibuat untuk
mematikan ataupun menghidupkan
lampu dengan menekan gambar
lampu pada PC satu persatu. Setelah
ada lampu pijar menyala sensor arus
menampilkan jumlah arus yang
digunakan kemudian dibaca dan
dikirim
ke
komputer
oleh
mikrokontroler
dan
selanjutnya
komputer dapat menampilkannya
pada monitor secara real time.
Kemudian daya yang digunakan
dihitung
secara
real
time
berdasarkan rumus daya nyata dan
ditampilkan dalam sebuah grafik
Pengembangan Model Penyaklaran Lampu Terpusat Berbasis... (Supriyono, dkk.) 39
seperti terlihat pada Gambar 7.
Besarnya
konsumsi
daya
ini
kemudian disimpan dalam basis data
sehingga data konsumsi energi listrik
dan biayanya dapat dilihat sewaktuwaktu diperlukan. Contoh tampilan
data besarnya konsumsi energi listrik
dapat dilihat pada Gambar 8. Dalam
proses pengujian, alat dihidupkan
secara kontinyu untuk waktu 3
minggu untuk mengetahui kinerja
sistem berbasis mikrokontroler dan
penyimpanan konsumsi daya pada
basis data dan fasilitas pencarian
datanya.
Gambar 6. Tampilan user interface program aplikasi sistem
penyakelaran terpusat
Gambar 7. Tampilan grafik konsumsi daya secara real time
40 Jurnal Penelitian Sains & Teknologi, Vol. 13, No. 1, April 2012: 31 - 39
Gambar 8. Tampilan data konsumsi daya yang tersimpan dalam basis data
KESIMPULAN
Dari proses perancangan dan
pengujian
alat
dapat
diambil
kesimpulan
bahwa
sistem
penyakelaran
terpusat
dengan
fasilitas pencatatan konsumsi daya
secara real time sudah berhasil dibuat
dan diuji dalam skala model rumah
dengan 5 ruangan. Semua bagian alat
seperti sensor arus, saklar berbasis
relai dan koneksi antara PC dan
mikrokontroler
dapat
berfungsi
dengan sangat baik. Penelitian ini
sedang
dilanjutkan
dengan
menambahkan fitur yang lebih
banyak baik pada pengolahan di sisi
mikrokontroler maupun fitur fasilitas
di
program
aplikasinya.
DAFTAR PUSTAKA
Fitriastuti, Fatsyahrina dan Siswadi. 2011. Aplikasi KWH (Kilo Watt Hour)
Meter berbasis mikrokontroler ATMega 32 untuk memonitor beban
listrik, Jurnal Kompetensi Teknik Vol. 2, No. 2, Mei 2011, hal. 117 – 126.
Nizam, Muhammad; Kusharjanta, Bambang; Thoyib, Muh. 2011. Real-time
electrical power monitoring designed by using microcontroller ATMega51, International Conference and Exhibition on Sustainable Energy and
Advanced Materials (ICE SEAM 2011), Solo INDONESIA, 3 – 4 October
2011.
Sugiarto, Sonny. 2012. Rancang bangun pengembangan KWH meter ukur listrik
1phase rumah tangga (pengolahan dan penyimpanan data), Tugas Akhir
Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh November Surabaya
Tri Haryanto Atmojo. 2003. Penyaklaran Lampu Terpusat Menggunakan PC.
Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik UMS, tidak
dipublikasikan.
Wicaksono, Titis; Sadnowo, Ageng; Haris, abdul. 2007. Rancang bangun alat
penghitung biaya energi listrik terpakai berbasis mikrokontroler PIC
Pengembangan Model Penyaklaran Lampu Terpusat Berbasis... (Supriyono, dkk.) 41
16f877, Electrician jurnal rekayasa dan teknologi elektro, Volume 1 Nomor
1, September 2007, hal. 37 – 41.
42 Jurnal Penelitian Sains & Teknologi, Vol. 13, No. 1, April 2012: 31 - 39