PROTOTIPE ALAT UKUR DAYA BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S52

Bambang Arief Wicaksono1 , Agfianto Eko Putra2 dan Danang Lelono3

ABSTRAK

Konsumsi listrik untuk masyarakat yang sudah melebihi produksi listrik yang mampu diberikan PLN menyebabkan masyarakat harus melakukan penghematan listrik sebaik mungkin.

Untuk membantu penghematan tersebut, dibuat prototipe alat ukur daya berbasis Mikrokontroler AT89S52 yang mampu menginformasikan beban daya yang terpasang saat itu dan memberikan tanda peringatan jika daya terpasang melebihi 75 Watt. Alat ini bekerja pada tegangan 220 Volt dengan frekuensi jala-jala sekitar 60 Hz.

Alat ukur daya ini terlah berhasil digunakan untuk mengukur daya suatu beban terpasang yang merupakan lampu dengan merek Dop mulai dari 10 hingga 100 Watt. Faktor ralat alat ini terburuk sebesar 2% untuk lampu 10 Watt dan terbaik 0,44% untuk lampu 25 Watt. Kata Kunci Tegangan,arus, daya dan mikrokontroler

ABSTRACT

The availability of public electricity consumption has gone over the limit of the production of state’s electricity power. It has created imbalance between the electricity power’s consumption and the electricity’s production which later would require the society to do a cost-saving mechanism on electricity management to overcome the problem.

To help this cost saving mechanism, a prototype of power measurement instrument based on microcontroller was made. This device can inform the amount of power which is being applied at a certain time. This instrument works on 220 VAC voltage with maximum frequency of 60 Hz.

This device has been succeed on measuring the power towards the applied loads, which in this case are the dop’s lamp with the range of power between 10 – 100 Watt. The worst error for this device is 2% for 10 Watt lamp and the best error is 0,44% for 25 Watt lamp.

Keywords Voltage, current, power and microcontroller

1 Prodi Elektronika Instrumentasi, FMIPA, Universitas Gadjah Mada (email : bambang.arief@yahoo.com)

2 Staff Prodi Elektronika dan Instrumentasi, FMIPA Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta (website: http://agfi.staff.ugm.ac.id, email: agfi@ugm.ac.id)

3 Staff Prodi Elektronika dan Instrumentasi, FMIPA Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta (email: danangl@ugm.ac.id)

2

PROTOTIPE ALAT UKUR DAYA BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S52

Bambang Arief Wicaksono1 , Agfianto Eko Putra2 dan Danang Lelono3

1. PENDAHULUAN Konsumsi penggunaan listrik yang sudah sangat besar oleh masyarakat tidak diimbangi

dengan produksi sumber daya listrik oleh PLN menimbulkan terjadinya ketimpangan yang sangat

jauh antara jumlah permintaan dengan pengadaan sumber daya listrik.

Hal tersebut memaksa masyarakat untuk menghemat penggunaan listrik sehari–hari

sebaik mungkin. Hal ini memunculkan ide untuk membuat prototipe sebuah alat yang berfungsi

untuk menginformasikan beban penggunaan listrik. Selain itu alat ini, yang sangat jarang atau

hampir tidak ada dipasaran, menuntut untuk segera direalisasikan mengingat pentingnya manfaat

alat tersebut. Alat ini memiliki beberapa kelebihan yaitu desain rangkaian yang ringkas, tidak

membutuhkan sumber daya yang besar dan terdapat tampilan untuk memudahkan pengguna

mengetahui beban yang sedang digunakan.

Dengan penelitian ini diharapkan dapat dijadikan stimulus bagi para akademisi maupun

peneliti untuk dapat mengembangkan alat serupa sehingga dapat meringankan masyarakat dan

negara.

2. RANGKAIAN ALAT PENGUKUR DAYA BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S52 Blok diagram dari sistem Pengukur Daya berbass Mikrokontroler AT89S52 ditunjukkan

pada Gambar 1. Di awali dengan beban yang diukur oleh Alat Ukur Daya yang terdiri dari

rangkaian sensor untuk mendapatkan data arus yang kemudian harus diubah menjadi tegangan

DC dan digital (melalui Rangkaian AC/DC Converter dan ADC) sehingag bisa diproses lebih

lenjuta menggunakan Rangkaian Mikrokontroler dan ditampilkan hasilnya melalui Rangkaian

Penampil 5x7-segmen.

Gambar 1 Blok Diagram Alat Ukur Daya Berbasis Mikrokontroler AT82S52

1 Prodi Elektronika Instrumentasi, FMIPA, Universitas Gadjah Mada (email : bambang.arief@yahoo.com)

2 Staff Prodi Elektronika dan Instrumentasi, FMIPA Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta (website: http://agfi.staff.ugm.ac.id, email: agfi@ugm.ac.id)

3 Staff Prodi Elektronika dan Instrumentasi, FMIPA Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta (email: danangl@ugm.ac.id)

3

2.1. RANGKAIAN SENSOR Rangkaian sensor ini terdiri dari dua bagian yaitu :

o Rangkaian sensor arus.

o Rangkaian sensor tegangan.

Rangkaian sensor arus, yang ditunjukkan pada Gambar 2, menggunakan toroida yang

berfungsi untuk mengisolasi hubungan langsung antara tegangan PLN (beban) dengan alat ukur.

Selain itu toroida ini juga berfungsi untuk mencuplik besar arus pada beban yang sedang

terpasang saat itu, yang nilai penguatannya ditentukan antara jumlah lilitan yang terhubung pada

beban dengan lilitan yang terangkai pada opamp yang berperan sebagai konverter arus ke

tegangan.

Sedangkan rangkaian sensor tegangan, yang ditunjukkan pada Gambar 3, menggunakan

transformator step down yang akan menurunkan tegangan hingga sekitar ± 1 Volt.

Gambar 2. Rangkaian Sensor Arus

2.2. RANGKAIAN PENGALI

Keluaran yang dihasilkan dari rangkaian sensor tegangan dan arus pada rangkaian

sensor arus dan tegangan diumpankan ke LM13600 yang berperan untuk mengalikan kedua

masukan tersebut sehingga memenuhi persamaan daya, yaitu : P = V× I.

Hasil dari keluaran rangkaian pengali, yang ditunjukkan pada Gambar 4, berupa tegangan

dalam satuan Volt, namun merupakan implementasi hasil perkalian antara tegangan (V) dan arus

(A).

Gambar 3. Rangkaian Sensor Tegangan

4

Gambar 4. Rangkaian Pengali LM13600

2.3, RANGKAIAN AC - DC CONVERTER Rangkaian AC-DC Converter, yang ditunjukkan pada Gambar 5, berguna untuk

mengubah keluaran pada rangkaian pengali yang masih berupa sinyal AC menjadi DC. Karena

nilai masukan pada rangkaian ini mencakup satuan milivolt maka digunakanlah dua buah dioda

yang dirangkai dengan dua buah opamp dan beberapa resistor (Coughlin, 1985). Nilai resistor

yang serupa membuat nilai keluaran Vout = Vin.

Selain itu pada bagian akhir dari rangkaian ini ditambahkan rangkaian penapis agar dapat

menghasilkan sinyal DC murni. Pada bagian ini, digunakan penapis lolos-bawah (Blocher, 2003)

Gambar 5. Rangkaian AC - DC Converter

2.4. RANGKAIAN ADC0804

Fungsi dari rangkaian pengubah tegangan analog ke digital ini adalah agar keluaran dari

rangkaian pengali yang semula berformat analog diubah ke dalam format digital sehingga dapat

diproses pada mikrokontroler dan hasilnya dapat ditampilkan pada 7-segmen.

5

Rangkaian ini menggunakan ADC0804, sebagaimana ditunjukkan pada Gamabr 6. Cara

kerja rangkaian ini adalah mengubah nilai tegangan yang masuk menjadi deretan nilai digital atau

biner (Firmansyah dan Budiharto, 2005). Data biner keluar melalui kaki 11-18 pada IC ADC0804.

Keluaran yang berasal dari kaki 18 berupa LSB (Least Significant Bit) dan keluaran yang berasal

dari kaki 11 merupakan MSB (Most Significant Bit).

Nilai keluaran itu sendiri sangat tergantung pada masukan (kaki 6), artinya apabila

masukan analog 0 V maka akan dihasilkan 0 (terendah, 000000002) pada keluaran ADC begitu

pula apabila masukan analog bernilai 5 V maka akan dihasilkan 255 (tertinggi, 111111112).

Gambar 6. Rangkaian ADC0804

2.5. RANGKAIAN MIKROKONTROLER Penggunaan rangkaian minimal mikrokontroler AT89S52, yang ditunjukkan pada Gambar

7, berfungsi untuk melakukan proses komputasi yang masukannya berasal dari rangkaian ADC

dan menampilkannya dalam tampilan 7-segmen.

Rangkaian mikrokontroler ini mendapatkan masukan dari ADC melalui Port 0 (P0.7

sebagai MSB dan P0.0 sebagai LSB), P1.0 sebagai saklar write pada ADC, P1.1 sebagai

keluaran yang terhubung dengan buzzer, Port 2 (P2.7 sebagai MSB dan P2.0 sebagai LSB)

digunakan untuk mengeluarkan data atau keluaran yang akan ditampilkan pada tampilan 7-

segmen dan P3.0 sampai dengan P3.4 (7-segmen pertama hingga ke-4) digunakan untuk

memilih pada segmen ke berapa data atau keluaran akan ditampilkan.

6

Gambar 7. Rangkaian Minimal Mikrokontroler AT89S52

2.6. RANGKAIAN TAMPILAN 5X7-SEGMEN Rangkaian tampilan ini terdiri dari 5 buah 7-segmen common anoda (CA), sehingga untuk

menyalakan atau menghidupkan LED diperlukan logika ‘0’ pada keluaran portnya. Struktur

penampil 7-segmen CA ditunjukkan pada Gambar 8, sedangkan rangkaian lengkap 5x7-segmen

ditunjukkan pada Gambar 9.

Gambar 8. Struktur Penampil LED 7-segmen Common Anoda

Untuk menampilkan hasil dari pengukuran digunakan rangkaian 5x7-segmen. Cara

penyalaan 7-segmen ini dilakukan dengan bergantian dan hanya membutuhkan 2 Port saja. Port

2 digunakan untuk mengirimkan data yang berupa angka untuk ditampilkan pada 7-segmen

sedangkan Port 3 sebagai ‘saklar’ yang menghubungkan antara Vcc dan CA pada 7-segmen.

7

Gambar 9. Skema Rangkaian 5x7-Segmen

3. HASIL PERCOBAAN Hasil percobaan pengukuran daya terhadap lampu 10 – 100 Watt merek DOP ditunjukkan

pada Tabel 1.

Tabel 1 Perbandingan Hasil Percobaan dan Teori

No Daya Lampu (Watt)

Hambatan (Ohm)

Hasil Penelitian

Teori (P=V2/R)

Tampilan Display

Faktor Ralat

1 10 4695.6 9.75 9.95 9.5 2% 2 15 3540.9 12.93 13.17 12.5 1.80% 3 25 2571.4 18.06 18.14 18.5 0.44% 4 40 1510.5 30.45 30.88 30.5 1.39% 5 60 939.1 49.01 49.68 49.5 1.38% 6 75 797.1 57.45 58.53 57.5 1,8% 7 100 552.4 84.07 84.46 84.5 0,46%

Sesuai dengan program yang telah disimpankan kedalam mikrokontroler maka sisa hasil

perhitungan merupakan satu angka dibelakang koma yang bernilai selain nol akan ditampilkan

sebagai angka 5, sedangkan bila bernilai nol akan ditampilkan sebagai angka 0. Kemudian 7-

segmen kedua untuk menampilkan hasil perhitungan yang bernilai satuan, 7-segmen ketiga

untuk menampilkan hasil perhitungan yang bernilai puluhan dan 7-segmen keempat untuk

menampilkan hasil perhitungan yang bernilai ratusan. Sedangkan untuk faktor ralat diperoleh

melalui persamaan:

8

( ) 100%Teori HasilPenelitian

Teori−

×(1)

4. KESIMPULAN Alat ukur daya ini dapat mengukur lampu merek dop antara 10 sampai dengan 100 Watt.

Faktor ralat terbesar pada alat ini adalah sebesar 2% yang terdapat pada pengukuran lampu 10

Watt.

5. DAFTAR PUSTAKA Blocher, R, 2003, Dasar Elektronika, Penerbit Andi, Yogyakarta.

Coughlin, F.R, 1985, Penguat Operasional Dan Rangkaian Terpadu Linear, edisi 2, Penerbit

Erlangga, Jakarta.

Firmansyah, S dan Budiharto, W, 2005, Elektronika Digital Dan Mikroprosesor, Penerbit Andi,

Yogyakarta.

Bambang Arief Wicaksono, memperoleh gelar S.Si dari Prodi Elektronika dan Instrumentasi,

Fisika, FMIPA Universitas Gadjah Mada, Indonesia pada tahun 2006.

Agfianto Eko Putra, memperoleh gelar Drs. dari Program Studi ELINS, FMIPA, Universitas

Gadjah Mada – Yogyakarta pada tahun 1992 (dalam bidang pemrosesan sinyal dan citra digital)

dan M.Si dari Program Studi Ilmu Fisika, Sekolah Pascasarjana, Universitas Gadjah Mada –

Yogyakarta pada tahun 1998 (dalam bidang implementasi DSP menggunakan VHDL dan FPGA).

Saat ini sebagai Staf Pengajar Program Studi ELINS, FMIPA, Universitas Gadjah Mada –

Yogyakarta serta sebagai penulis buku mikrokontroler dan elektronika lainnya.

Danang Lelono, memperoleh gelar S.Si. pada tahun 1994 dari Program Studi ELINS, FMIPA,

Universitas Gadjah Mada – Yogyakarta pada tahun 2003 (dalam bidang Kontrol) dan M.T. dari

Jurusan Teknik Elektro, Fak. Teknik, Universitas Gadjah Mada – Yogyakarta dalam bidang

Sistem Isyarat Elektronik. Saat ini sebagai Staf Pengajar Program Studi ELINS, FMIPA,

Universitas Gadjah Mada – Yogyakarta.