PENGUKURAN KONSUMSI ENERGI LISTRIK BERBA

Prosiding Seminar Nasional Sains dan Pendidikan Sains 5 UMP 2015

PENGUKURAN KONSUMSI ENERGI LISTRIK BERBASIS ARDUINO UNTUK
MEDIA PEMBELAJARAN DIGITAL TENTANG PENGUKURAN LISTRIK
1)

Galih Setyawan, 2) Prisma Megantoro

1,2

Prodi D3 Metrologi dan Instrumentasi, Sekolah Vokasi, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, Indonesia
Sekip Utara PO BOX BLS. 21 Yogyakarta 55281, Indonesia
email : [email protected]

ABSTRAK
Energi listrik merupakan kebutuhan utama manusia di jaman modern ini. Konsumsi energi listrik
yang masih bergantung pada bahan fosil menjadi perhatian karena sifatnya yang tidak terbarukan.
Pengukuran tentang konsumsi energi listrik adalah salah satu usaha mengurangi pemakaiannya. Demikian
pada Program Studi Metrologi dan Instrumentasi Universitas Gadjah Mada yang berfokus pada ilmu
pengukuran, sangat memperhatikan perkembangan teknologi pada kegiatan ukur-mengukur di Indonesia,
termasuk yang berkaitan dengan kelistrikan.

Pada penelitian ini dirancang sebuah sistem pengukuran dan pemantauan konsumsi listrik di
Laboratorium. Sistem yang diusulkan bertujuan untuk: 1) memantau dan mengendalikan pemakaian
listrik di dalam laboratorium, 2) digunakan sebagai media analisa dan praktik bagi mahasiswa untuk
materi pembelajaran yang berkaitan dengan instrumentasi kelistrikan. Pengukuran arus menggunakan
shield sensor arus ACS 712-30A. Pengukuran tegangan menggunakan rangkaian penyearah. Prosesor
yang digunakan berbasis mikrokontroler Arduino ATMega32 dengan resolusi ADC (Analog to Digital
Converter) 10 bit. Data pembacaan dan konsumsi energi listrik ditampilkan ke LCD pada komputer
server dengan komunikasi serial dan disimpan.
Pembacaan arus, tegangan, dan energi ditampilkan dengan perangkat lunak antarmuka yang
tertanam dalam komputer. Pembacaan ditampilkan dalam bentuk nilai satuan dan grafik aktual pada layar
LCD. Pembacaan sensor dilakukan dalam interval 1 menit dan disimpan ke dalam harddisk komputer
dalam format csv.
Kata Kunci : kWh meter, Sensor arus, Sensor tegangan, Arduino

PENDAHULUAN
kWhmeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur konsumsi energi listrik. kWhmeter yang
sudah banyak dijual di pasaran masih berupa analog. Pengukuran energi listrik didapatkan dari
akumulasi pengukuran arus dan tegangan yang dikonsumsi setiap detik.
Inti dari kWhmeter ini adalah sebuah wattmeter yang digunakan untuk mengukur arus dan
tegangan. Pada penelitian sebelumnya, telah berhasil dibuat sebuah sistem monitoring daya

yang terintegrasi antara Arduino dan program LabView. Wattmeter yang dirancang
diaplikasikan untuk mengukur tegangan dan arus AC. Studi yang dilakukan pada penelitian ini
termasuk dalam pengkondisian sinyal, konversi data anlog ke digital, dan pengolahan data
digital. Parameter yang diolah adalah arus, tegangan, beda fase, frekuensi, dan konsumsi
energi[1].
Pada penelitian ini pengukuran energi menggunakan mikrokontroler Arduino Uno sebagai
prosesor. Arduino merupakan mikropresesor open source yang paling populer diantara
penggemar elektronika[2]. Desain sistem monitoring yang diusulkan berbasis LIFA. Untuk
pemantauan dan logging, menggunakan komunikasi firmata dengan program LabView. Program
LabView merupakan perangkat lunak yang portabel pada semua platform[2].
Hasil dari pengukuran ditampilkan pada layar monitor di Laboratorium Metrologi, Departemen
Metrologi dan Instrumentasi, Universitas Gadjah Mada. Selain ditampilkan, hasil pengukuran
juga disimpan ke dalam drive di personal komputer. Tampilan hasil pengukuran digunakan
sebagai sarana pemantauan konsumsi energi listrik di dalam ruangan laboratorium. Data hasil
pengukuran digunakan untuk sarana riset selanjutnya maupun untuk kegiatan belajar-mengajar
di dalam laboratorium[3].

1
Semnas Sains & Pend.Sains-UMP-2015


Prosiding Seminar Nasional Sains dan Pendidikan Sains 5 UMP 2015

BAHAN DAN METODE
A. BAHAN
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
a) Modul Arduino Uno
b) Sensor Arus ACS 712 ELC-30A
c) Trafo CT 500mA
d) Dioda, kapasitor, dan resistor
e) Personal Komputer
f) Perangkat lunak LabView
B. METODE
Dalam penelitian ini dilakukan perancangan desain sistem pemantauan menggunakan program
antarmuka LabView. Hasil pengukuran yang didapatkan dari sensor arus dan tegangan diolah
dengan menggunakan komunikasi firmata pada LabView. Pengolahan dan performa dalam
miroprosesor ditulis pada program antarmuka dalam bahasa ladder.
a)
Pengukuran Arus AC
Pengukuran ini menggunakan sensor arus ACS 712 30A, dengan menggunakan prinsip Hall
Effect. Sensor ini mempunyai rentang pengukuran dari – 30 A sampai dengan + 30 A. Keluaran

dari sensor ini adalah sinyal tegangan analog 0 V sampai 5 V. Dengan sensitivitas sebesar 66
mV per Ampere, sensor ini juga cukup handal untuk pengukuran aliran arus listrik pada aplikasi
residensial. Gambar 1 menunjukkan modul ACS 712 30A.

Gambar 1. Sensor ACS 712 30A

Untuk pembacaan arus bolak balik (AC), dilakukan pengkondisian sinyal supaya bisa dibaca
oleh ADC pada pin Arduino. Pengkondisian sinyal ini berupa proses sampling pengukuran arus
setiap 1 ms selama 1000 kali. Sampling ini dilakukan untuk menentukan arus puncak ke
puncak. Setelah sampling dilakukan, maka didapatkan arus RMS.

Gambar 2. Interfacing Sensor Arus Hall Effect ke Arduino
(Sumber: http://openenergymonitor.org/emon/buildingblocks/ct-sensors-interface)

2
Semnas Sains & Pend.Sains-UMP-2015

Prosiding Seminar Nasional Sains dan Pendidikan Sains 5 UMP 2015

Gambar 2 menunjukkan proses pengkondisian sinyal arus pada pengukuran dengan

menggunakan transformator arus. Pada pengukuran arus menggunakan sensor ACS 712, proses
pengkondisian sama namun tidak diperlukan resistor burden untuk menurunkan tegangan.
Tegangan keluaran dari ACS 712 sudah berupa analog 0 V sampai 5 V. Pengkondisian sinyal
dilakukan pada firmware, dijelaskan pada alur kerja Gambar 3.

Gambar 3. Alur kerja pembacaan arus

Pada alur kerja tersebut, hasil sampling tegangan keluaran sensor akan menghasilkan nilai
maksimum dan nilai minimum. Selisih dari kedua nilai tersebut adalah nilai tegangan puncak ke
puncak. Dari nilai tegangan tersebut dikonversi menjadi nilai arus. Lalu dicari arus RMS (Root
Mean Square) dengan persamaan di bawah.

I rms =I x √ 2
b)
Pengukuran Tegangan AC
Pengukuran tegangan menggunakan rangkaian penyearah dan pembagi tegangan yang
dijelaskan pada Gambar 4. Hal ini untuk mengkondisikan sinyal tegangan ke pin ADC, sehingga
tegangan maksimum yang masuk ke pin ADC adalah 5 V. Sesuai dengan spesifikasi tegangan
masukan analog ADC.


3
Semnas Sains & Pend.Sains-UMP-2015

Prosiding Seminar Nasional Sains dan Pendidikan Sains 5 UMP 2015

Gambar 4. Skematik rangkaian penyearah dan pembagi tegangan

Tegangan keluaran yang maksimumnya 5 V dan searah (DC) merepresentasikan nilai tegangan
220 V AC. Dari sinyal tegangan masukan ADC, diperoleh nilai ADC 8 bit dengan nilai
maksimum 1024. Untuk merepresentasikannya, maka digunakan persamaan di bawah.

V ac =

ADC x 5 V
x 220 V
1024

c)
Perancangan Firmware antarmuka
Perancangan dilakukan untuk membuat perangkat lunak untuk media antarmuka. Pemrosesan

hasil pengukuran dari sensor-sensor dilakukan pada sebuah perangkat lunak IDE (Integrated
Development Environment). Perancangan antarmuka menggunakan ladder yang
merepresintasikan blok-blok diagram sistem dan komponennya. Semua proses sensing dan
aktuasi sistem diatur dalam antarmuka ini melalui komunkasi serial antara komputer dengan
modul Arduino.

Gambar 5. Blok Diagram Sistem Monitoring Energi (kWhmeter)

Semua hasil pengukuran dari setiap sensor diolah dengan mengkonversi data digitalnya
menjadi satuan pengukurannya masing-masing. Data hasil olahan lalu ditampilkan pada
layar front panel yang ditunjukkan pada Gambar 8. Selain itu, data hasil olahan juga
disimpan dalam format txt seperti pada Gambar 9.
a) Perancangan Perangkat Keras
Perangkat keras yang dirancang adalah integrasi dari ke-empat sensor dan modul Ardunio.
Rangkaian perangkat ditunjukkan pada blok diagram Gambar 6.

4
Semnas Sains & Pend.Sains-UMP-2015

Prosiding Seminar Nasional Sains dan Pendidikan Sains 5 UMP 2015


Gambar 6. Blok Diagram Perangkat Keras

HASIL DAN DISKUSI
Hasil pengukuran arus menggunakan sensor ACS 712 disajikan dalam Tabel 4. Pengukuran
sensor ini dibandingkan dengan hasil pembacaan dari clampmeter.
Tabel 1. Hasil pembacaan sensor arus dan clampmeter
Sensor arus
Clampmeter
No.
Jenis beban
(Ampere)
(Ampere)
1
Motor AC
1,49
1,2
2
Lampu Halogen
3,56

3,3
3
Monitor LCD
0,05
0,1
Tampilan antarmuka pengukuran yang berhasil dibuat ditunjukkan pada Gambar 7.

Gambar 7. Tampilan Antarmuka Pengukuran

Tampilan pengukuran disajikan dalam display yang menarik dan mudah untuk dibaca. Hasil dari
pengukuran yang disimpan dalam drive komputer berhasil dibuat dan ditunjukkan pada Gambar
8.

5
Semnas Sains & Pend.Sains-UMP-2015

Prosiding Seminar Nasional Sains dan Pendidikan Sains 5 UMP 2015

Gambar 8. File Hasil Keluaran dari Antarmuka


File hasil pengukuran yang disimpan dalam drive sangat mudah untuk diakses sehingga sangat
berguna untuk keperluan akademis dan riset yang lain.
Integrasi perangkat keras juga telah dilakukan dan ditunjukkan pada Gambar 9.

KESIMPULAN
1. Telah berhasil dibuat sistem monitoring konsumsi energi listrik dalam ruangan
laboratorium. Pembacaan arus dan tegangan ditampilkan ke dalam layar monitor melalui
komunikasi serial dengan program antarmuka LabView.
2. Nilai arus dan tegangan menunjukkan pembacaan yang sesuai dibandingkan dengan
pembacaan alat ukur clampmeter
DAFTAR PUSTAKA
X[1] R. W. Fransiska, E. M. P. Septia, W. K. Vessabhu, W. Frans, and W. Abednego,
“Electrical power measurement using Arduino Uno microcontroller and LabVIEW,”
2013 3rd Int. Conf. Instrumentation, Commun. Inf. Technol. Biomed. Eng., pp. 226–229,
2013.
[2]
A. Jamaluddin, L. Sihombing, A. Supriyanto, A. Purwanto, and M. Nizam, “Design real
time battery monitoring system using LabVIEW Interface for Arduino (LIFA),” Proc.
2013 Jt. Int. Conf. Rural Inf. Commun. Technol. Electr. Technol. rICT ICEV-T 2013, pp.
5–8, 2013.

[3]
D. C and R. Ionel, “Arduino and LabVIEW in Educational Remote Monitoring
Applications,” no. 2, pp. 1–5, 2014.

6
Semnas Sains & Pend.Sains-UMP-2015