BAB 111
PERANCANGAN SISTEM
Sistem monitoring kwh meter secara digital dari jarak-jauh pada penelitian ini
dapat digambarkan melalui diagram blok yang ditunjukkan pada gambar 3.1.
LINE
SENSOR
ADC
PLN
PENGUKUR
MIKRO
BEDA FASE
KONTROLLER
MODULATOR FSK
V DEMODULATOR 4—
FSK
i
V
PENERIMA FM
'
MONITORING KOMPUTER
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Monitoring kWH Meter Digital
Secara umum prinsip kerja dari monitoring kWH meter adalah arus dan tegangan pada jala-jala listrik di deteksi dengan sensor transformator arus. Kemudian disearahkan
dengan rangkaian gelombang penuh menjadi arus DC {heaiah ). Arus da» Icgai^u.. Fadu jaiti-jUiu limits. uiUKUi ucu
z.>
sebagai penyearah. Dari sensor dalam bentuk sinyal analog gelombang penuh menjadi masukan converter A/D ( ADC0809 ) dengan keluaran gelombang kotak / data digital. Hasil dari pengubahan gelombang kotak dari ADC menjadi masukan mikrokontroller
AT89C51. Mikrokontroller AT89C51 akan mencrjemahkan intruksi-intruksi yang masuk kemudian mengirimkan data ke perangkat komputer dengan sistem wireless
menggunakan pemancar FM dan penerima FM dengan ditambah modem FSK yang akan
metakukan pengkodean sinyal. Data yang diterima ditampilkan melalui tayar perangkat komputer untuk monitoringnya. 3.1
Perancangan Alat Keras.
Pada penelitian ini perangkat yang digunakan berbasis mikrokontroler AT89C5I
dan didukung dengan periengkapan-perlengkapan yang lain seperti: sensor arus, sensor tegangan, komputer, ADC, Modem FSK, pemancar FM dan penerima FM. 3.1.1
Rangkaian Pendeteksi Arus.
Rangkaian ini digunakan untuk mendeteksi arus yang menuju beban yang
terpasang, sehingga dengan adanya rangkaian pendeteksi arus ini bisa diketahui berapa besar arus yang lewat menuju beban yang terpasang tadi. Rangkaian pendeteksi arus ini terdiri dari sebuah transformator tegangan yang difungsikan sebagai tansformator arus (current transformator CI). Trafo arus ini dipasang seri dengan beban, keluaran trafo
arus ini disearahkan sehingga diperoleh keluaran arus searah (DC), dengan menggunakan
konsep dasar bahwa rangkaian yang terhubung sen akan mengalirkan arus yang sama maka metode pengukuran arus menggunakan amperemeter yang terpasang seri dengan beban maupun trafo arus ini dapat diperoleh kesepakatan keluaran trafo arus akan
menunjukkan nilai tertentu sesuai dengan besarnya arus yang mengalir ke beban.
24
Keluaran dari trafo arus ini tergantung dari bcsarnya arus beban yang melewatinya. Makin besar arus beban yang melewatinva, maka makin besar pula keluaran dari trafo ini, sehingga dapat dikatakan berbanding lurus. Adapun rangkaian pendeteksi arus akan ditunjukkan pada gambar 3.2.
OUT Di
VS DIODE ji
VP
to El
1 3 ; 2 IP
i
-. CI
1 5W
TRAFO ARUS
10 Ohm
DIODE
IN
Gambar 3.2. Rangkaian Pendeteksi Arus
3.1.2
Rangkaian Pendeteksi Tegangan.
Rangkaian ini digunakan untuk mendeteksi besarnya tegangan yang ada pada line.
Standar umum tegangan yang digunakan untuk tegangan jala-jala di Indonesia yaitu sebesar 220 volt. Adapun rangkaian pendeteksi tegangan ditunjukan pada gambar 3.3. OUT
to IN
J_
2K7
J JJi'ii-nFl ••.
1K5
Dt
11..-.TO IF«.-.lTG...iT
~to ErODF
Gambar 3.3. Rangkaian Pendeteksi Tegangan
25
3.1.3. Rangkaian Pengukur Beda Fase.
Cara kerja dari rangkian ini yaitu dengan membandingkan keluaran antara Ul
yang merupakan keluaran dari rangkaian trafo arus dan U2 yang inempakan keluaran
hasil pendeteksian dari trafo tegangan. Output kedua OP-Amp tersebut berupa tegangan.
Sehingga dari kedua keluaran tersebut dapat diukur besamya beda fase yaitu dengan memasukan ke mikrokontroler dan akan dihitung jarak kedua tegangan tersebut. Gambar rangkaian pendeteksi beda fase seperti ditunjukan pada gambar 3.4.
(
'
;
l.'AI>At,T r ( >K IX )j 1 ! 1
IN
>i
•
[)/1
Gambar 3.4. Rangkaian Pengukur Beda Fase
3.1.4. Rangkaian Pengubah Analog ke Digital.
Rangkaian pengubah analog ke digital berfungsi mengubah nilai tegangan ratarata dari penyearah menjadi data biner 8 bit. Rangkaian ini bcrintikan IC ADC0809
sebagai pengubah analog menjadi digital. ADC ini mengubah sinyal analog dari
26
pemrosesan sensor arus dan tegangan. Rangkaian pengubah analog ke digital di tunjukkan oleh Gambar 3.5.
. 1--
10
;-I.-J.I
1. lii- .
—
ElT.i_BU j—
:_.. ,.
+
.•
nr--
I .U3D-C S—— — — t t
ht-.
.-J3D-E 1—
HT-r -
-
I1T-+
1
I1T-;
i
i1*
1' .V
^
I1T-*
1C
1^
ht-i ;*-
, ;
;
iu.-i,:-i |—
:o
M
-JH'OZi)?'
Gambar 3.5 Pengubah Analog ke Digital 3.1.5
Sistem Minimum AT89C51.
Mikrokontroller AT89C5I menipaakan pengontrol dari keseluruhan rangkaian. Perencanaan input output mikrokontroller AT89C51 adalah sebagai berikut: •
PLO
P0.7 berfungsi sebagai jalur masukan ADC .
•
P3.7 berfungsi untuk start pada ADC.
•
P3.4 berfungsi untuk OE.
•
PO.O berfungsi untuk EOC.
•
P0.1 (0 = tegangan, 1 - arus) berfungsi untuk addres.
•
P3.2 berfungsi untuk masukan beda fase tegangan.
•
P3.3 befungsi untuk masukan beda fase arus.
27
. Adapun gambar rangkain sistem minimum AT89C51 dapat dilihat pada gambar 3.6 berikut:
F=0 PD
zs^: 35
"55" 32
o//v.r->o
1/AD-t
F 'O
1=0 PO PU
4/AD4
I 'O 1=0
7 / A U /"
PI
O
F=2
3/A1
F>5> P2
-1//V1 2 5/A1 J
1
? / l NT<~>
F=n
3/INTI
F=Ci
d/T(Ti
io
pi e F*1 . 7
F=3.©/WE_ R 3 . i-VM U>
XTAI
t
PSEN
? ALt/PROG
17 2t>
ao
F=A/\yr=>F>
ATBBC 5
Gambar 3.6
3.1.6
2i
P 2 . B / A 1 'I F="2 "7-/^, [ S
F=3
F= 1 1 F> 1 . 5
AU\
21
P3.0/RXD
I'll F=>1 2 F=-| n
XTAI
P2.0/A8 f=2 i / - a . a i->:j . ^ / . O i i u
1
Sistem Minimum AT89C5
Modulator FSK
Pada perancangan sistem diperiukan pengubahan data yaitu biner 1 dan biner 0 menjadi sebuah sinyal yang dapat dimodulasikan dengan frekuensi pembawa (carrier),
sehingga sinyal yang sudah dimodulasikan tersebut dapat ditranmisikan melalui pemancar FM. Dengan hal itu dibutuhkan modulator FSK. yang mengubah data biner I menjadi frekuensi 1300 Hz dan data biner 0 menjadi 2100 Hz.
Keluaran data biner 8-bit yang keluar dari rangkaian modulator akan terlebih
dahulu diubah menjadi frekuensi-frekuensi tertentu sebelum dimodulasi dan dipancarkan melalui pemancar FM. Rangkaian untuk modulator FSK ini menggunakan IC XR 2206, dimana rangkaian lengkapnya dapat dilihat pada gambar 3.7.
28
masukan
-M—
'
!
OOiiF
9 TO
4
.
11 •••2VQ
" "]2" 13 14 15 ie
.
.i
1
.. .",|.; ,,
»,1
. l
r.i.-, ..
'Ys"_ J K s
n Gambar 3.7. Modulator FSK
3.1.7
Pemancar FM.
Pemancar radio FM dalam rangkaian ini, terdiri dari osilator, modulator, buffer keluaran, dan filter keluaran. Keluaran rangkaian ini tidak besar yaitu sckitar 1OOmW. Gambar 3.8 memperlihatkan skema dari rangkaian pemancar FM. Rangkaian ini cukup
sederhana, dan tidak periu daya yang besar untukmenjalankannya.Adapun rangkaian pemancar FM di tunjukkan pada gambar 3.8 Pemancar FM.
II
13-=
^W^_Lf-| ANTVC _
I
1
(F-H Gambar 3.8. Pemancar FM.
29
3.1.8
Penerima FM.
Rangkaian penerima radio FM terdiri dari dua bagian pen ting, yaitu tuner FM dan
penguat IE" (intermediate frequency). Tuner FM menipakan sebuah komponen yang terintegrasi, yang terdiri dari beberapa bagian. Tuner FM dapat diperoleh sebagai sebuah komponen elektronik. Gambar 3.9 memperiihatkan skema penerima radio FM. LA1260 merupakan sebuah chip IE untuk radio AM / FM komersial. Dalam rancangan ini LA 1260 hanya dipergunakan untuk penerima FM.
t.
•AHSr
,-r
F!4
i_ X3IFTY-
+>4V
I I J-ci r~
1°_n T
JL*
-PA y - k)'.s S-PA& avpAE,
coil
FD .".L
H^
I
-di-
Gambar 3.9. Rangkaian Penerima FM
3.1.9
Demodulator FSK
Pada bagian penerima, setelah sinyal diterima oleh penerima FM, diperiukan
sebuah sistem yang dapat mengubah frekuensi-frekuensi tertentu menjadi suatu data biner. Dalam hal ini digunakan demodulator FSK yang mengubah frekuensi 2100 menjadi data biner 0 dan frekuensi 1300 menjadi data biner I.
Pengubahan data tersebut dilakukan agar data yang diterima pada bagian penerima dapat dijadikan masukan untuk di kirim ke komputer. Pada perancangan ini digunakan IC XR 2211, dimana rangkaian lengkapnya dapat dilihat pada gambar 3.10.
30
•?
ji 1 2 3
....
•
r.
• ii
.
'I i
4... F3 7
•..,
i.
•
1•''' ...
' •
i 1
ill
1nF ^^t—100K
Gambar 3.10. Rangkaian demodulator FSK 3.1.10 Komputer.
Komputer berfungsi sebagai alat monitoring data. Data hasil pengukuran akan diolah oleh bagian mikrokontroler kemudian dilewatkan melalui modulator FSK dan
dipancarkan melalui pemancar FM dan diterima oleh bagian penerima FM. Kemudian
hasil penerimaan tersebut di kodekan lagi melalui demodulator FSK untuk menghasilkan sinyal digital. Keluaran dari demodulator FSK akan dijadikan masukan bagi komputer untuk diproses dan ditampilkan dalam bentuk data-data. Dalam tampilan di komputer digunakan program Delphi sebagai tampilannya. 3.1.11 Komunikasi Port Serial AT89C51 dan PC
Program pada Microcontroller AT89C51 kemudian akan membaca data-data dari
data yang dikirimkan melalui ADC0809, kemudian
mengirimkannya ke Program
Monitoring Komputer melalui Port Serial. Yang akan mengirimkan data senal tersebut
melalui port serial dalam level TTL dan akan diubah oleh antar muka RS232 menjadi bentuk RS232 ke port serial PC. Rangkaian port serial 232 akan di tunjukkan pada gambar 3.11.
31
vc (
CONNECTOR DB9 1 6
U1 -' 12 i '•
•' •'•-
• 11
„
10
X
9
R10UT g >
T1IN
T2IN R20UT
T10UT R2IN T20UT
4 C2+
C+
C2"-L-' ~1~ 5 6
1 C3C•"•J-"-
C2-
§
V-
o
?
13
R11N
C1-
MAX232 „
14
8 7
-O
7
„ I V
3
8 4
X-
1
-o
-o
9
S
L
3
^-t— ci
I
P2
C
2
|
x-pv
22
1
c
Gambar 3.11. Rangkaian An tar Muka RS 232
Untuk antar muka RS 232 ini digunakan IC Max 232 yang akan mengubah level tegangan TTL ke RS232 dan sebaliknya dan RS232 kc level TTL. IC max 232 terhubung ke conector DB9, melalui kaki 2 DB9 ke kaki 13 Max232 (Rl IN), kaki 3 DB9 ke kaki 14 Max 232 (TlOut).
3.2.
Perancangan Perangkat Lunak.
Perancangan perangkat lunak digunakan sebagai cara pengimplcmentasian
monitoring yang telah dirancang secara cukup detil sebelumnya. Perangkat lunak yang digunakan berupa pemrograman dengan menggunakan bahasa assembler yang
diperuntukkan bagi mikrokontroler AT89C51. Diagram alir program terdiri dari dua yaitu program sub rutin utama dan sub rutin ADC maupun beda fase.
Dari diagram alir tersebut menjelaskan bahwa jalannya program bcmlang-ulang, dengan cara memasukkan nilai data yang terbaca selama waktu yang telah ditentukan dalam program.
32
3.2.1
Program Rutin Utama.
Rutin utama akan selalu dikerjakan selama tidak ada interupsi yang diterima oleh
CPU. Sctclah program startup selesai dikerjakan program akan langsung mclompat ke rutin ini. Diagram alirnya terlihat pada gambar 3.12. Mulai
1 Inisialisasi
Sensor
Cek Beda Fase
Cek ADC
Hifung P=V 1Cos a
Kalikan AT
Simpan Dan Kirim
Selesai
Gambar 3.12. Diagram Alir Program Utama
33
3.2.2
Program Rutin ADC dan Beda Fase.
Program rutin ADC dan beda fase ini akan dikerjakan untuk menerjemahkan
masukan yang masuk ke interupsi sebagai komponen penghasil daya.Diagram alimya terlihat dalam gambar 3.13 dan gambar 3.14.
-> Arus
Tidak
•> Tegangan Pilih Kanal 2 ADC
I Tidak
Mulai Konversi
Ambil Data Tegangan
Selesai
Gambar 3.13. Diagram Alir Program ADC
34
Mulai
Setting Timer Pencacah
Timer Berhenti
Hitung Timer
Hitung Beda Fase
Selesai
Gambar 3.14. Diagram Alir Program Pengukur Beda Fase
35
3.2.3
Program Rutin Dari Penerima Ke Komputer.
Program rutin dari penerima ke komputer ini akan dikerjakan untuk menampilkan
kalkulasi dari kwh meter sebagai monitoring daya yang digunakan pelanggan.Diagram alimya terlihat dalam gambar 3.15.
( Mulai J i r
Inisialisasi Port
"
Baca Daya
i
'
Hitung KWh
> '
Tampilkan i
'
Timer Waktu + 1 Detik
Gambar 3.15, Diagram Alir Program Rutin dari Penerima ke Komputer
36
