PENGUKURAN LISTRIK DC VIA ARDUINO Elinda Prima F D1, Prisma Megantoro2, Wijayanti Dwi Astuti3 Metrologi dan Instrumentasi Sekolah Vokasi, Universitas Gadjah Mada, Jln. Sekip Unit 1 Catur Tunggal Yogyakarta 55281 INDONESIA 1
[email protected],
3
2
[email protected],
[email protected]
ABSTRAK Microcontroler arduino merupakan sebuah platform dari physical computing yang bersifat open source. Arduino UNO memiliki komponen yang menunjang microcontroler, mudah menghubungkannya ke sebuah computer dengan sebuah kabel USB. Tujuan praktikum ini diharapkan mahasiswa dapat memahami cara kerja pengukuran arus dan tegangan DC dengan menggunakan mikrocontroler Arduino. Setelah dilakukan perhitungan dari data hasil pengukuran diperoleh nilai rata – rata dari pengukuran arus presisi 2 LED pada I arduino (0.51 ± 0.02 ) A, pada I standar (0.178 ± 0.003) A; presisi 4 LED pada I arduino (0.6 ± 0 )A, pada I standar (0.324 ± 0.006 )A; presisi 6 LED pada I arduino ( 0.63 ± 0.02 )A, pada I standar ( 0.447 ± 0.004 ) A; presisi 8 LED pada I arduino (0.68 ± 0.02 )A, pada I standar ( 0.552 ± 0.003 )A; presisi 10 LED pada I arduino ( 0.73 ± 0 )A, pada I standar ( 0.635 ± 0.003) A. Hasil perhitungan nilai rata – rata dari pengukuran tegangan presisi 4 volt pada V arduino ( 4.09 ± 0.03) V, pada V standar (3.96 ± 0.03 ) V; presisi 8 volt pada V arduino ( 8.17 ± 0.03 )V, pada V standar ( 7.97 ± 0.03 ) V; presisi 12 volt pada V arduino (12.24 ± 0.02 ) V, pada V standar ( 11.92 ± 0.02 )V; presisi 16 volt pada V arduino ( 16.35 ± 0.02)V, pada V standar ( 15.90 ± 0.02 )V. Kesimpulan dari percobaan ini adalah cara kerja pengukuran arus dan tegangan DC dengan menggunakan microcontroller arduino yaitu dengan menggunakan kabel USB melalui computer yang telah terprogram dan alat ukur standar yang telah tersetting sehingga data hasil di peroleh dari pengukuran pada arduino dan pada alat ukur standarnya. Keywords— Sensor arus ACS712/WCS1800, rangkaian penyearah,arduino uno A. Pendahuluan Perkembangan zaman yang semakin pesat di era globalisasi menuntut manusia untuk selalu mengembangkan peralatan modern yang lebih instan dan efisien sebagai penunjang kegiatan sehari – hari maupun untuk mempermudah pekerjaannya. Di era modern ini dengan perkembangan teknologi yang semakin pesat banyak dikembangkan microcontroller yang digunakan untuk mempermudah pekerjaan. Microcontroller merupakan sebuah system computer fungsional dalam sebuah chip yang didalamnya terdapat sebuah inti prosesor, memori,dan perlengkapan input output. Dapat dikatakan bahwa microcontroller adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai input dan output serta program kendali yang bisa ditulis dan di hapus dengan cara khusus. Microcontroller digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik yang efisien. Salah satu microcontroller yang akan kita bahas pada praktikum ini adalah microcontroller arduino. Microcontroller arduino merupakan rangkaian elektronik yang bersifat open source, serta memiliki perangkat keras dan lunak yang mudah untuk digunakan. Arduino dapat digunakan pada pembacaan berbagai sensor dan dapat mengendalikan alat elektronik ( actuator). Arduino mempunyai banyak jenis diantaranya arduino uno, arduino mega 2560, arduino fio, dan lainnya. Kali ini kita akan membahas arduino uno yang di gunakan pada praktikum ini. Arduino uno merupakan sebuah board microcontroller berbasis ATMeg 328. Arduino merupakan sebuah board minimum system microcontroller yang bersifat open source (FeryDjuandi,2011). Arduino memiliki kelebihan tersendiri dibandingkan microcontroller lainnya. Selain bersifat open source, arduino memiliki bahasa
pemrograman C yang cukup mudah untuk dipahami. Didalam board arduino sendiri terdapat loader yang berupa USB sehingga mempermudah ketika memprogram microcontroller didalam arduino. B. Literatur Microcontroller arduino Mikrokontroler adalah salah satu teknologi embedded system yang banyak digunakan untuk keperluan otomasi saat ini. Embedded system adalah sistem yang terdiri dari perangkat keras dan perangkat lunak. Kinerja dari perangkat keras atau hardware dikendalikan oleh perangkat lunak atau software yang ditanam dalam chip prosesor yang terintegrasi dengan hardware. Arduino merupakan salah satu jenis mikrokontroler yang paling popuer saat ini. Dengan penggunaan program yang ringkas menjadikan Arduino digemari oleh banyak pengguna kendali mikrokontroler saat ini. Soal hardware, atau perangkat keras, board Arduino ini berbasis pada mikrokontroler tipe ATMega. Board Arduino ini adalah seperti minimum system atau development system. Bedanya adalah jika minimum system mikrokontroler bisa bisa diprogram dengan bahasa pemrograman apa saja, termasuk C, basic, assembly), Arduino diprogram dengan bahasa khusus, dengan struktur yang sama dengan bahasa C. Arduino mempunyai bahasa pemrograman dengan nama yang sama dan intergrated development environment (IDE) yang khusus.
Ada banyak varian board Arduino yang dijual di pasaran. Masing-masing varian mempunyai komponen dan kegunaan yang disesuaikan dengan keperluan yang spesifik. Arduino Uno adalah tipe board yang paling banyak digunakan oleh penggemar mikrokontroler Arduino. Board ini mempunyai mikroprosesor ATMega 328 dan menyempurnakan tipe sebelumnya, yaitu Duemilanove. Pada board Arduino Uno sudah menggunakan chip ATMega 8u2 yang diprogram sebagai konverter USB ke serial. Spesifikasi board Arduino Uno ini adalah:
Menggunakan USB sebagai antar muka pemrograman atau komunikasi komputer. Contoh _ Arduino Uno _ Arduino Duemilanove _ Arduino Diecimila _ Arduino NG Rev. C _ Arduino NG (Nuova Generazione) _ Arduino Extreme dan Arduino Extreme v2 _ Arduino USB dan Arduino USB v2.0 o
Mikroprosesor : ATMega328 Tegangan operasi : 4 Volt Tegangan input : 3,3 – 5 Volt Digital I/O : 14 pin Digital to Analog Converter : 6 channel Analog to Digital Converter : 6 channel Memory : 32 kB Flash PEROM Gambar 1.2
Kelebihan Arduino dibandingkan dengan microcontroller yang lain yaitu :
Arduino serial
Platform arduino lebih murah dibandingkan patform yang lain. Lintas platform arduino dapat dijalankan pada system operasi windows, macintosh OSX dan linux, sementara platform lain umumnya terbatas hanya pada windows. Sangat mudah dipelajari dan digunakan. Bahasa pemrograman yang digunakan cukup mudah untuk dipahami. System yang terbuka, baik dari hardware maupun softwarenya.
Arduino Serial Menggunakan RS232 sebagai antar muka pemrograman atau komunikasi computer. o
Arduino mega
C. Dasar Teori Arduino UNO Arduino uno merupakan sebuah board microcontroller berbasis ATMeg 328. Arduino merupakan sebuah board minimum system microcontroller yang bersifat open source (FeryDjuandi,2011). Jenis – jenis papan arduino : o
Arduino USB
Gambar 1.1 Arduino USB
Gambar 1.3 Arduino mega Papan arduino dengan spesifikasi yang lebih tinggi, dilengkapi dengan tambahan pin digital, pin analog, port serial dan sebagainya.
o
Arduino fio o
Arduino nano dan arduino mini
Gambar 1.4 Arduino fio Ditujukan untuk penggunaan nirkabel o
Gambar 1.7 Arduino nano dan arduino mini
Arduino lilypad Sensor ACS 712 dan Sensor WCS1800
Gambar 1.5 Arduino lilypad
o
Sensor ACS712 merupakan sensor arus hall effect. Cara kerja sensor ACS712 yaitu arus yang dibaca mengalir melalui kabel tembaga yang terdapat didalamnya menghasilkan medan magnet kemudian ditangkap oleh hall effect IC dan diubah menjadi tegangan proporsional. Karakteristik dari sensor ACS 712 yaitu memiliki sinyal analog dengan sinyal – gangguan rendah (low – noise ). Bandwidth 80 kHz, total output error 1.5% pada Ta=25oC, memiliki resistansi dalam 1.2 mΩ, tegangan sumber operasi tunggal 5.0 V, sensitivitas keluaran :66 sd 185 mV/A, tegangan keluaran proporsional terhadap arus AC ataupun DC, kalibrasi fibrikasi, tegangan offset keluaran yang sangat stabil,hysteresis akibat medan magnet mendekati nol, rasio keluaran sesuai dengan sumber. Berikut ini gambar sensor ACS712:
Arduino BT
Gambar 1.6
Gambar 1.8 Sensor ACS712
Arduino BT Mengandung modul Bluetooth untuk komunikasi nirkabel.
Sensor WCS1800 merupakan sensor hall effect yang digunakan untuk mendeteksi medan magnet. Hall effect sensor akan menghasilkan tegangan dengan medan magnet yang diterima oleh sensor tersebut. Berikut gambar sensor WCS1800 :
b.
Rangkailah alat dan bahan seperti skematik dibawah ini:
Gambar 1.8 Sensor WCS1800 Rangakaian penyearah merupakan sebuah perangkat elektronika daya yang digunakan untuk mengkonversi energy listrik AC ke DC dengan menggunakan diode sebagai komponen utama. D. Langkah Kerja Pelaksanaan praktikum pengukuran listrik DC via arduino Dalam melakukan praktikum ini, standart operation procedure nya adalah sebagai berikut : a. buatlah firm ware dengan menggunakan IDE Arduino pada komputer : tulislah firmware yang disajikan dalam lampiran. Klik tombol ―verify‖ pada software IDE, tunggu sampai proses selesai. Colokkan kabel data untuk mengkoneksikan arduino dengan computer. Lihat ― device manager‖, pastikan arduino terdaca oleh USB computer, dan pastikan pada COM berapa dia terkoneksi. Pada IDE, lihat pada menu ― TOOL‖ >> ― SERIAL PORT‖ pastikan bahwa COM arduino yang dimaksud sudah tercentang. (lakukan poin b dulu) klik tombol ―UPLOAD‖ pada software IDE, tunggu sampai proses selesai. Pastikan firm ware sudah sukses ter – upload ke chip arduino.
Gambar 1.9 Skema percobaan c) Lihatlah data yang di unggah ke computer via komunikasi serial, dengan klik menu ― TOOL‖>>―SERIAL MONITOR‖. d) buatlah rangkaian pembagi tegagan yang menurunkan tegangan 30 V menjadi 5 V e) lakukan kalibrasi arus : f) pasang tester LED pada tegangan 12 V di powersupply g)lakukan uji akurasi, dengan : Menyalakan satu LED pada tester LED. Lalu catat hasil pengukuran serial monitor arduino dan alat standar pembacaan di PSU. Ulangi kedua langkah sebelumnya, sampai semua LED menyala Hitung rata – rata dan error dari setiap tabel, h) lakukan uji presisi dengan cara : Menyalakan satu LED pada tester LED. Lalu catat hasil pengukuran pada serial monitor arduino dan alat standar di PSU. Ulangi langkah sebelumnya , sebanyak lima kali pembacaan . Hitung rata – rata dan error dari setiap tabel.
i)
Lakukan kalibrasi tegangan dengan metode yang sama menggunakan PSU.
E. Hasil Setelah dilakukan praktikum didapat data hasil pengukuran sebagai berikut : 1. Data hasil pengukuran arus Tabel 2.1 Data hasil pengukuran arus
presisi 4 LED pada I arduino (0.6 ± 0 )A pada I standar (0.324 ± 0.006 )A presisi 6 LED pada I arduino ( 0.63 ± 0.02 )A pada I standar ( 0.447 ± 0.004 ) A presisi 8 LED pada I arduino (0.68 ± 0.02 )A pada I standar ( 0.552 ± 0.003 )A presisi 10 LED pada I arduino ( 0.73 ± 0 )A pada I standar ( 0.635 ± 0.003) A 2. perhitungan tegangan presisi 4 volt pada V arduino ( 4.09 ± 0.03) V pada V standar (3.96 ± 0.03 ) V presisi 8 volt pada V arduino ( 8.17 ± 0.03 )V pada V standar ( 7.97 ± 0.03 ) V presisi 12 volt pada V arduino (12.24 ± 0.02 ) V pada V standar ( 11.92 ± 0.02 )V presisi 16 volt pada V arduino ( 16.35 ± 0.02)V pada V standar ( 15.90 ± 0.02 )V
2. data hasil pengukuran tegangan Tabel 2.2 Data hasil pengukuran tegangan
Dari data yang diperoleh pada saat praktikum , kemudian praktikan menghitung nilai rata – rata dan ketidakpastian dari setiap tabel data hasil. Berikun data hasil perhitungan yang didapatkan: 1. Perhitungan Arus Presisi 2 LED pada I arduino (0.51 ± 0.02 ) A pada I standar (0.178 ± 0.003) A
Dapat dilihat dari hasil perhitungan yang telah dilakukan data hasil pengukuran arus pada arduino dan pada alat ukur standarnya, memiliki perbedaan nilai hasil pengukuran yang cukup besar tetapi semain banyak presisi LED nya, selisih hasil ukur antara arduino dan alat ukur standarnya semakin kecil.sedangkan pada pengururan tegangan,data hasil yang terbaca pada arduino dan alat ukur standarnya memiliki selisih yang cukup kecil, dan data hasil pada arduino hampir sama dengan data hasil pengukuran pada alat standarnya. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada tabel hasil pengukuran arus maupun tegangan
F. Kesimpulan dan saran Dari hasil pengukuran yang telah dilakukan dapat diambil beebrapa kesimpulan dan saran : 1. cara kerja pengukuran arus dan tegangan DC dengan menggunakan microcontroller arduino yaitu dengan menggunakan kabel USB melalui computer yang telah terprogram dan alat ukur standar yang telah tersetting sehingga data hasil di peroleh dari pengukuran pada arduino dan pada alat ukur standarnya.
2.
3.
4.
5.
Dari data hasil pengukuran arus yang diperoleh terdapat selisih antara nilai arus yang terukur pada arduino dan nilai arus yang terukur pada alat standarnya. Selisih antara nilai arus yang terukur pada arduino dan nilai arus yang terukur pada alat standarnya cukup tinggi, tetapi semakin besar presisi LED yang di ukur, selisih antara keduanya semakin sedikit. Dari data hasil pengukuran tegangan yang diperoleh terdapat selisih antara nilai tegangan yang terukur pada arduino dan nilai tegangan yang terukur pada alat standarnya. Tetapi selisih nilai yang ditimbulkan tidak terlalu besar. Saran yang bisa diberikan pada pengukuran kali ini sebaiknya dalam melakukan perangkaian alat dirangkai sesuai dengan skema yang telah disediakan agar tidak terjadi kesalahan pada saat pelaksaan pengukuran. Untuk nilai resistornya jangan sampai keliru atau terbalik dalam pemasangan resistor. Dan script arduino yang diketik pada program agar diteliti karna besar kecilnya huruf, tanda titik koma, spasi, sangat mempengaruhi program, apabila salah memasukkan huruf, spasi, maka program tidak dapat di compile.
G. Referensi Adam,
Ahmad Antares.2011. Rangkaian Penyearah Setengah Terkendali Tiga Fase untuk Pengendalian Karakteristik Motor Arus Searah Shunt. Jurnal Ilmiah Foristek Vol. 1,No.2,September 2011.
Ariyanto,Luluk.2016. Sistem Data Longger Kincir angina Propeler Berbahan Kayu. Makalah Tugas Akhir Program Studi Teknik Elektro Jurusan Teknik Elektro Fakultas Sains dan teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Asnil.2013.Aplikasi Perangkat Lunak Simulasi Sebagai Alat Bantu untuk Mempelajari Rangkaian Konverter Daya. Jurnal Teknilogi Informasi dan Pendidikan Vol. 6, No. 2, September 2013. ISSN: 2086 – 4981. Djuandi,
Feri.2011. Pengenalan http://www.tobuku.com.
Arduino.
Fachri,Rizal Muhammad,dkk.Agustus 2015. Pemantauan Parameter Panel Surya Berbasis Arduino Secara Real Time.
Jurnal Rekayasa Elektrika Vol. 11, No. 4,Agustus 2015 hal 123 – 128 Ichwan, Muhammad,dkk.2011. Pembangunan Prototipe Sistem Pengendalian Peralatan Listrik Pada Platform Android. Jurnal Informatika Vol. 4, No. 1, Januari - April 2013. ISSN : 2087 – 5266. Modul arduino Uno, Belajar Dari Nol Sampai Bisa. Oleh Pusat Studi energy UGM dan Prodi Metrologi dan Instrumentasi UGM. Nusa,
Temi,dkk.2015.Sistem Monitoring Konsumsi Energi Listrik Secara Real Time Berbasis Mikrokontroler. Ejurnal Teknik elektro dan Komputer Vol. 4, No. 5 (2015). ISSN 2301 – 8402.
H. Lampiran
