PERANCANGAN DAN PENGENDALIAN KWH METER PRABAYAR BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMega8535 MELALUI TELEPON SELULAR
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
CHANDRA M NAPITUPULU NIM. 060801001
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
PERSETUJUAN
Judul
Kategori Nama NIM Program Studi Departemen Fakultas
: PERANCANGAN DAN PENGENDALIAN KWH METER PRABAYAR BERBASIS MIKROKONTROLER ATMega8535 MELALUI TELEPON SELULER : SKRIPSI : CHANDRA M NAPITUPULU : 060801001 : SARJANA (S1) FISIKA : FISIKA : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Dilaksanakan di : Medan, Juni 2011
Diketahui/disetujui oleh Ketua Departemen Fisika FMIPA USU
Pembimbing
Dr. Marhaposan Situmorang NIP : 195510301980031003
Dr. Bisman Perangin-angin M.Eng,Sc NIP : 195609181985011002
PERNYATAAN
Perancangan dan Pengendalian KWH Meter Prabayar Berbasis Mikrokontroler ATMega8535 Melalui Telepon Seluler
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan,
Juni 2011
CHANDRA M NAPITUPULU 060801001
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, dengan cinta dan limpah karuniaNya penyelesaian tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan waktu yang telah ditetapkan. Dalam penyelesaian tugas akhir serta penulisan laporannya, penulis mengucapkan banyak terimakasih kepada Bapak Dr. Bisman Perangin-angin, M.Eng.Sc selaku dosen pembimbing sekaligus Kepala Laboratorium Elektronika Lanjutan pada penyelesaian tugas akhir ini. Tentu saja ucapan terimakasih banyak juga saya sampaikan kepada Ibu Dra. Sudiati,MSi selaku dosen Pembimbing Akademik selama penulis mengikuti perkuliahan di Departemen Fisika FMIPA USU. Dan kepada Bapak Dekan FMIPA USU dan Bapak/Ibu Dosen di Departemen Fisika FMIPA USU serta Staf pegawai yang memberi saran, dukungan dan banyak motivasi selama penyelesaian tugas akhir ini. Tidak lupa saya juga mengucapkan terimakasih kepada rekan – rekan mahasiswa stambuk 2006, Rianto, Anderson, Hakim, Ani, Elisda, Deri, Nopi, Indra, Eko, Nain, Erik, Handri, Rikardo dan seluruh adik stambuk saya di IMF USU, Stevani, Helen, Ningsih, Emmi, Agus, Istas, Fitri, Jhon, Juli sitorus, dll. Dan juga rekan-rekan segerakan di GMKI FMIPA USU, Espol, Doddy, Elfrida, Ervina, Ira, Feri serta rekan-rekan asisten di Laboratorium Elektronika Lanjutan, Leo, Ita, Dedi, Yanti, Irma, dan lain-lain yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu yang memberikan saya banyak masukan dan bantuan selama perkuliahan dan penyelesaian tugas akhir ini. Ucapan terimakasih saya yang sangat spesial kepada Ibunda yang sangat saya cintai R.Br.Sitorus dan Ayahanda tercinta A.Napitupulu (Alm). Terkhusus buat adik saya Hany Elisa Br.Napitupulu saya sangat berterimakasih atas bantuan materi dalam pembiayaan selama saya kuliah serta adik-adik saya Lenni M Br. Napitupulu dan Sandi F Napitupulu beserta seluruh keluarga dan Nova E Silitonga tersayang yang selalu memberikan bantuan dan dukungan serta selalu mendoakan saya. Penulis menyadari akan adanya kekurangan dalam penulisan dan penyusunan tugas akhir ini, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun untuk kesempurnaan tugas akhir ini.
Penulis
ABSTRAK
Telah dirancang sebuah KWH Meter Listrik dengan Sistem Prabayar dengan menggunakan Mikrokontroler ATMega8535. Alat yang dirancang dilengkapi dengan Modul GSM yang akan digunakan sebagai sistem kendali jarak jauh. Prinsip kerja rangkaian ini secara umum adalah voucher rekening listrik dikirim melalui SMS kemudian akan diterima oleh Modul GSM selanjutnya akan di baca mikrokontroler dan akan di tampilkan pada LCD . Mikrokontroler akan menerima data (voucher rekening listrik) dan menampilkan jumlah sisa KWH dan sisa rekening listrik dalam Rupiah (Rp) pada LCD. Jika energi yang dipakai semakin besar maka pulsa akan semakin berkurang, apabila mikrokontrol membaca data rekening = nol (0) maka relay akan aktif dan memutus power pada beban.
OPERATION AND CONTROLLER KWH METRE PRABAYAR BASED ON MICROCONTROLLER ATMEGA8535 THROUGH TELEPHONE SELULER
ABSTRACT
Have been designed a KWH Metre Electrics with System Prabayar by using Mikrokontroler ATMEGA8535. designed Appliance to be provided with Module GSM to be used as long distance control system. Principal of this circuit in general is electrics account voucher sent through SMS, and then it will be accepted by Module GSM hereinafter it will be read by mikrokontroler and it will be displayed at LCD . Mikrokontroler will accept data ( electrics account voucher) and present the amount of the rest of KWH and electrics account remains in Rupiah ( Rp) at LCD. If energi weared ever greater hence pulsa will on the wane, if mikrokontrol read account data = zero ( 0) hence relay will be active and turn off power at burden
DAFTAR ISI
Persetujuan Pernyataan Penghargaan Abstrak Abstract Daftar Isi Daftar Tabel Daftar Gambar Daftar Persamaan
Halaman ii iii iv v vi vii ix x xi
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1.2 Rumusan Masalah 1.3 Batasan Masalah 1.4 Tujuan Penulisan 1.5 Manfaat Penelitian 1.6 Sistematika Penulisan
1 2 3 3 4 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 KWH Meter Analog 2.1.1 Prinsip Kerja KWH Meter 2.1.2 Perhitungan Biaya KWH Meter 2.2 Mikrokontroler ATMEGA8535 2.2.1 Arsitektur Mikrokontroler ATMEGA8535 2.2.2 Peta Memory ATMEGA8535 2.2.3 Status Register 2.2.4 Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATMEGA8535 2.3 Modul GSM 2.3.1 Pengertian Modul GSM 2.3.2 Jaringan GSM 2.3.3 Layanan SMS Pada Sistem GSM 2.4 Sensor Optocoupler 2.4.1 Pengertian Optocoupler 2.4.2 Prinsip Kerja Dari Rangkaian Optocoupler 2.5 Transistor 2.6 LCD (Liquid Crystal Display) 2.7 Relay 2.7.1 Prinsip Kerja Relay 2.8 Komunikasi Serial RS232 2.9 Perangkat Lunak 2.9.1 Pemograman Bahasa C 2.9.2 Code Vision AVR
6 7 9 10 10 13 14 15 19 19 20 21 23 23 26 26 29 31 32 33 35 35 39
2.9.3 AT Command
41
BAB III PERANCANGAN SISTEM 3.1 Perancangan Alat 3.1.1 Diagram Blok Rangkaian 3.1.2 Rangkaian Power Supply (PSA) 3.1.3 Rangkaian Mikrokontroller ATMega8535 3.1.4 Rangkaian Sensor Optocoupler 3.1.5 Rangkaian Interface Komunikasi RS232 3.1.6 Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display) 3.1.7 Rangkaian Driver Relay 3.2 Perancangan Program
43 43 45 46 47 49 49 50 52
BAB IV PENGUJIAN ALAT DAN PROGRAM 4.1 Pengujian Rangkaian Mikrokontroller ATMega8535 4.2 Pengujian Sensor Optocoupler 4.3 Pengujian Modul GSM 4.4 Pengujian Rangkaian LCD 4.5 Pengujian Rangkaian Relay 4.6 Pengujian Sistem 4.6.1 Pengujian KWH Meter 4.6.2 Pengujian Sistem Pengiriman Voucher
55 57 57 59 61 62 62 64
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan 5.2 Saran
66 67
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Fungsi Pin-pin Port B Tabel 2.2 Fungsi Pin-pin Port D Tabel 2.3 Fungsi pin-pin pada Liquid Crystal Display Tabel 2.4 Tipe Data Tabel 2.5 Operator Aritmatika Tabel 2.6 Operator Logika Tabel 2.7 Operator Penambahan dan Pengurangan Tabel 4.1 Tampilan Hasil Pengujian LED pada Mikrokontroler Tabel 4.2 Tegangan Output Sensor Optocoupler Tabel 4.3 Pengujian Pengirim SMS pada Modul GSM Tabel 4.4 Tabel Pengujian dan Perhitungan Waktu untuk beban 350 Watt Tabel 4.5 Pengiriman Voucher Rekenig Listrik
Halaman 17 18 30 35 37 38 38 57 57 59 63 64
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 2.7 Gambar 2.8 Gambar 2.9 Gambar 2.10 Gambar 2.11 Gambar 2.12 Gambar 2.13 Gambar 2.14 Gambar 2.15 Gambar 2.16 Gambar 2.17 Gambar 2.18 Gambar 2.19 Gambar 2.20 Gambar 2.21 Gambar 3.1 Gambar 3.2 Gambar 3.3 Gambar 3.4 Gambar 3.5 Gambar 3.6 Gambar 3.7 Gambar 3.8 Gambar 3.9 Gambar 3.10 Gambar 4.1 Gambar 4.2
Bagian-bagian KWH Meter Bentuk Fisik KWH Meter Analog Prinsip Dasar KWH Meter Prinsip Kerja KWH Meter Arsitektur ATMega8535 Memori ATMega8535 Status Register IC Mikrokontroller ATMega8535 Rangkaian Modul GSM Diagram Blok Rangkaian Modul GSM Alur Pengiriman SMS Bentuk fisik Sensor Optocoupler Simbol Optocoupler Transistor sebagai Saklar ON Karakteristik Daerah Saturasi Pada Transistor Transistor sebagai Saklar OFF LCD (Liquid Crystal Display) LCD M1632 Relay 8 Pin Relay Elektromekanis MAX232 Untuk Komunikasi Serial Diagram Blok Rangkaian Sistem Rangkaian Power Supplay (PSA) Rangkaian Mikrokontroler ATMega8535 Penampang Sensor Optocoupler dan Piringan Kwh Meter Rangkaian Optocoupler MAX232 Untuk Komunikasi Serial Rangkaian LCD Rangkaian Relay Flow Chart Program Sistem Rangkaian Lengkap Tampilan AT Command pada Hyper Terminal Grafik Putaran Vs Waktu
Halaman 6 7 8 9 12 13 14 16 19 20 22 24 25 27 28 28 29 30 32 32 34 43 45 46 48 48 49 50 51 52 54 58 64
DAFTAR PERSAMAAN
Persamaan 2.1 Daya listrik (daya aktif) Persamaan 2.2 Daya listrik Persamaan 2.3 Arus basis agar transistor saturasi (IB) Persamaan 2.4 Hubungan tegangan basis (VB)26 dan arus basis (IB) dari transistor Persamaan 4.1 Watthour
Halaman 8 8 27 27 62
