KWH METER DIGITAL

DENGAN FITUR PEMBATAS ENERGI LISTRIK

TUGAS AKHIR

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Menyelesaikan

Program Studi S-1 Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun Oleh :

Muhammad Nur Fuadi

D 400 090 007

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2013

ii

iii

iv

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur ke hadirat Allah Subhanahu wa Ta’ala yang telah

memberi hidayah, akal dan nikmat kepada mahluk-Nya. Hidayah, akal dan nikmat

yang tidak terhingga yang selalu diberikan kepada manusia sehingga apa yang

dilihat dapat menjadi apa yang dirasa dan dicerna. Sholawat dan salam senantiasa

tercurahkan kepada Rasulullah Muhammad Shalallahu ’Alaihi Wasalam yang

telah memperjuangkan Agama sehingga Islam masih jaya dan dapat dinikmati

hingga jaman sekarang.

Terciptanya sebuah gagasan untuk membuat KWH meter digital dengan

harapan dan tujuan akan memberikan kesadaran kepada pengguna untuk peduli

terhadap pentingnya dalam kehidupan untuk berhemat dalam hal apapun dan

dalam listrik khususnya. Selain itu konsumen bisa mendapatkan KWH meter

digital dengan harga yang terjangkau dari buatan anak Bangsa.

Banyak hambatan dan kendala yang menimbulkan kesulitan pada

penyusunan penelitian ini. Namun pada proses tersebut tidak lepas dari bantuan,

dukungan, bimbingan dan motivasi dari berbagai pihak sehingga terselesaikannya

skripsi dengan judul “KWH Meter Digital Dengan Fitur Pembatas Energi Listrik”.

Segala ucapan terimakasih penulis ucapkan kepada :

1. Bapak Prof. Bambang Setiadji, selaku Rektor Universitas Muhammadiyah

Surakarta.

v

2. Bapak Ir. Agus Riyanto, MT. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiayah Surakarta.

3. Bapak Ir. Jatmiko, MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas

Muhammadiayah Surakarta.

4. Bapak Heru Supriyono, PhD selaku Pembimbing I dalam Tugas Akhir.

5. Bapak Hasyim Asy’ari, ST, MT selaku Pembimbing II dalam Tugas Akhir.

6. Bapak/Ibu Dosen selaku Dewan Penguji dalam Tugas Akhir.

7. Bapak/Ibu Dosen yang selalu membimbing dan memberikan ilmu yang sangat

bermanfaat.

8. Seluruh Staf Tata Usaha, Akademik maupun non Akademik, yang telah

banyak membantu dan memberikan kemudahan kepada penulis selama

menempuh studi di Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

9. Kedua orang tua dan keluarga yang memberikan kasih sayang tiada henti

hingga sekarang tidak pernah lepas.

10. Indah Widyasmara Ischamelya, ST yang selalu memberi semangat dan telah

bersabar.

11. Teman - teman di KMTE Robot Research Universitas Muhammadiyah

Surakarta dan teman - teman elektro angkatan 2009, yang telah berbagi dalam

suka duka bersama selama ini.

Penulis berharap semoga Skripsi ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu

pengetahuan dan Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Skripsi ini masih

vi

banyak kekurangan, maka penulis menerima kritik dan saran yang bersifat

membangun demi kesempurnaan penulisan di masa yang akan datang.

Surakarta, 15 Juli 2013

Penulis

Muhammad Nur Fuadi

vii

MOTTO

“Jadi diri sendiri, cari jati diri, dan dapatkan hidup yang mandiri optimis, karena hidup

terus mengalir dan kehidupan terus berputar, sesekali melihatlah ke belakang untuk

melanjutkan perjalanan yang tiada berujung”

“Berangkat dengan penuh keyakinan, Berjalan dengan penuh keikhlasan, Istiqomah

dalam menghadapi cobaan”

“Barangsiapa bersungguh-sungguh, sesungguhnya kesungguhannya itu adalah untuk

dirinya sendiri.”

(QS Al-Ankabut : 6)

“Dan bahwasanya seorang manusia tiada memperoleh selain apa yang telah diusahakannya”.

(QS. An Najm :39)

“Maka (ketahuilah) sesungguhnya sesudah kesulitan itu pasti ada kemudahan.”

(Qs. Al-Insyirah : 5)

“Siapa yang dikehendaki oleh Allah menjadi orang baik akan diberi cobaan”

(HR Tirmizi)

viii

PERSEMBAHAN

Sebuah Karya kecil kupesembahkan kepada :

1. Allah SWT, yang menguasai langit, bumi dan yang diantaranya. Atas karunia-Nya lah

aku bisa berjalan sampai di sini.

2. Bapak dan Ibu tercinta, atas segala nasehat, jasa dan pengorbanan kalian kepadaku

yang kalian berikan dengan keikhlasan hati tanpa memperdulikan cara hanya untuk

membuat diriku lebih baik darimu.

3. Keluarga solo dan surabaya, yang telah memberi dukungan dan semangat dalam

penyusunan.

4. Indah Widyasmara Ischamelya, ST, yang senantiasa mengimbangi dalam setiap

gemuruhnya kondisi diri dan selalu setia.

5. Teman – teman KMTE Robot Research, yang memberikan bantuan dan semangat.

6. Sahabat – sahabat seperjuangan, Apri, Erwan, Danang, Iqbal, Ari, Supri dan teman –

teman angkatan 2009 lainnya yang selalu memberi solusi dan keceriaan.

7. Tim Unit Produksi Elektro

ix

x

xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ........................................................................................ i

HALAMAN PERSETUJUAN ......................................................................... ii

HALAMAN PENGESAHAN ......................................................................... iii

KATA PENGANTAR ..................................................................................... iv

MOTTO ........................................................................................................... vii

PERSEMBAHAN ............................................................................................ viii

DAFTAR KONTRIBUSI ................................................................................ ix

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI .......................................................... x

DAFTAR ISI .................................................................................................... xi

DAFTAR TABEL ............................................................................................ xiv

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xv

ABSTRAKSI ................................................................................................... xvii

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

1.1 Latar Belakang ............................................................................. 1

1.2 Perumusan Masalah ...................................................................... 2

1.3 Tujuan Penelitian .......................................................................... 2

1.4 Batasan Masalah ........................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................... 4

2.1 Telaah Penelitian ......................................................................... 4

2.2 Landasan Teori ............................................................................ 5

2.2.1 Mikrokontroler ATmega16 ................................................... 5

xii

2.2.2 Sensor Arus ........................................................................... 6

2.2.3 Real Time Clock DS1307 ..................................................... 7

2.2.4 Liquid Crystal Display 2x16 .................................................. 7

2.2.5 Daya ...................................................................................... 8

2.2.6 Codevision AVR .................................................................... 10

BAB III METODE PENELITIAN .................................................................. 11

3.1 Waktu dan Tempat ...................................................................... 11

3.2 Diagram Alir Penelitian .............................................................. 11

3.3 Diagram Alir Program ................................................................. 12

3.4 Alat dan Bahan ............................................................................ 13

3.5 Perancangan ................................................................................ 14

3.5.1 Perancangan Perangkat Keras ............................................... 15

3.5.2 Perancangan Perangkat Lunak .............................................. 22

BAB IV HASIL DAN ANALISA ................................................................... 29

4.1 Hasil Penelitian ........................................................................... 29

4.2 Uji Coba Penelitian ..................................................................... 33

4.2.1 Pengujian Tegangan .............................................................. 33

4.2.2 Pengujian Arus ...................................................................... 34

4.2.3 Pengujian Faktor Daya .......................................................... 35

4.2.4 Pengujian Beban .................................................................... 37

4.2.5 Pengujian Energi Listrik ........................................................ 37

4.2.6 Pengujian Pembatas Energi Listrik ....................................... 38

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 40

xiii

5.1 Kesimpulan .................................................................................. 40

5.2 Saran ............................................................................................ 40

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 42

LAMPIRAN ..................................................................................................... 43

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Hasil pengujian tegangan ................................................................ 34

Tabel 4.2 Hasil pengujian arus ........................................................................ 35

Tabel 4.3 Hasil pengujian faktor daya ............................................................ 36

Tabel 4.4 Hasil pengujian beban ..................................................................... 37

Tabel 4.5 Hasil pengujian energi listrik .......................................................... 38

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Konfigurasi pin mikrokontroler ATmega16 ............................. 5

Gambar 2.2 Sensor arus magnetik ................................................................. 6

Gambar 2.3 Konfigurasi pin DS1307 ............................................................ 7

Gambar 2.4 LCD 2x16 ................................................................................... 8

Gambar 2.5 Segitiga daya .............................................................................. 9

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ............................................................... 12

Gambar 3.2 Diagram alir program mikrokontroler ........................................ 13

Gambar 3.3 Blok diagram perancangan alat .................................................. 15

Gambar 3.4 Skema rangkaian minimum sistem ATmega16 ........................... 16

Gambar 3.5 Rangkaian minimum sistem ATmega16 ..................................... 16

Gambar 3.6 Skema rangkaian LCD 16x2 ...................................................... 17

Gambar 3.7 Skema rangkaian RTC ............................................................... 18

Gambar 3.8 Rangkaian sensor tegangan ........................................................ 19

Gambar 3.9 Rangkaian sensor arus ................................................................ 19

Gambar 3.10 Rangkaian ZCD ........................................................................ 20

Gambar 3.11 Gelombang masukkan dan keluaran ZCD ................................. 21

Gambar 3.12 Skema rangkaian tombol ............................................................ 22

Gambar 3.13 Skema rangkaian relay ............................................................... 22

Gambar 3.14 Diagram alir inisialisasi ............................................................. 23

Gambar 3.15 Program inisialisasi ................................................................... 24

Gambar 3.16 Diagram alir tampilan utama ..................................................... 25

xvi

Gambar 3.17 Program tampilan utama ........................................................... 25

Gambar 3.18 Diagram alir relay ...................................................................... 26

Gambar 3.19 Diagram alir menu ...................................................................... 27

Gambar 3.20 Program menu ............................................................................ 28

Gambar 4.1 Tampilan beban aktif .................................................................. 31

Gambar 4.2 Tampilan energi terpakai ............................................................ 31

Gambar 4.3 Tampilan waktu .......................................................................... 31

Gambar 4.4 Tampilan menu pengaturan ........................................................ 32

Gambar 4.5 Bentuk kemasan dari depan ....................................................... 32

Gambar 4.6 Bentuk kemasan dari belakang ................................................... 33

Gambar 4.7 Pengujian tegangan .................................................................... 34

Gambar 4.8 Pengujian arus ............................................................................ 35

Gambar 4.9 Pengujian faktor daya ................................................................. 36

Gambar 4.10 Pengujian pembatas energi ......................................................... 38

xvii

ABSTRAKSI

Hemat listrik adalah suatu hal yang sangat dibutuhkan dalam kehidupan,

penghematan dapat dilakukan dengan berbagai cara untuk melakukannya, salah

satunya adalah dengan membatasi energi lisrik sehari - hari. Penggunaan listrik

dapat diketahui dengan melihat pada KWH Meter namun hanya untuk

mengetahui jumlah energi yang telah digunakan. Penghematan manual dapat

dilakukan oleh penguna listrik namun membutuhkan kesadaran untuk

melakukannya, sedangkan penghematan secara otomatis dapat dilakukan dengan

menggunakan perangkat kendali mikrokontoler sebagai pengganti kerja manusia,

sehingga batas energi listrik dapat dilakukan secara otomatis. Penelitian ini

bertujuan untuk membuat KWH Meter Digital dengan kendali menggunakan

mikrokontroler sehingga penghematan listrik dapat berjalan dengan otomatis.

KWH Meter Digital dengan pembatas energi listrik ini dikendalikan oleh

mikrokontroler Atmega16 menggunakan sensor tegangan berupa trafo stepdown,

sensor arus menggunakan trafo arus dan rangkaian komparator beserta gerbang

XOR sebagai sensor zero crossing. Nilai energi lisrik yang telah terbaca

dibandingkan dengan nilai batas yang sudah ditentukan, jika nilai energi

melebihi batas maka KWH Meter akan memutuskan aliran listrik. Semua proses

data pada mikrokontroler ditampilkan melalui LCD 16x2 agar lebih mudah

diakses. Sebagai pemutus aliran listrik menggunakan relay dengan kekuatan

mekanis yang lebih kuat dibandingkan transistor. Pengkondisian waktu perdetik

menggukan RTC DS1307 agar didapatkan waktu akurat dalam perhitngan.

Hasil pengujian konsumsi energi listrik didapatkan dengan membaca hasil

pembacaan alat penelitian ini kemudian dibandingkan dengan hasil pengukuran

dari KWH Meter PLN. Pada saat uji coba dengan memberikan beban yang sama,

alat menunjukkan nilai pemakaian sebesar 1 KWH dan pada KWH Meter PLN

juga menunjukkan nilai 1 KWH.

Kata kunci : KWH Meter Digital, mikrokontroler Atmega16, Zero Crossing

Detector.