F. Ishartomo, Pemantauan Penggunaan Listrik Peralatan Rumah Tangga

Abstract— Many people, either intentional orunintentional, did not know they left their electricalhome appliances such as air conditioners, televisions,lights, etc. still in an active state when leaving theirhomes, so we need a system that can wirelesslymonitor the electricity usage in their homes. In thisstudy, it has been designed a system that can monitorthe use of electrical equipment which used in thehome. This system utilize the internet via mobilephone technology to monitor electric power usage athome and control their use by user’s mobile phone. Toprocess the data output from current and voltagesensor which used to measure the values of electriccurrent and voltage, it use AT Mega 128Microcontroller with 10-bit ADC inside. The results ofthis study is a package of both hardware and softwarefor mobile phones and for home monitoring server.

Keywords— Mobile Phone, Monitoring,Microcontroller, Internet

1. PENDAHULUAN

umah (tempat tinggal) sebagai salah satukebutuhan primer manusia, di masa sekarang

ini tidak terlepas dari sumber daya baik itusumber daya energi maupun sumber daya air.Sumber daya energi biasanya didapat dari listrikdengan cara berlangganan dengan PLN.Penggunaannya merupakan hak pelanggandengan batasan-batasan daya dan tegangan sertamengakibatkan timbulnya kewajiban membayaratas penggunaan hak tersebut.

Sumber energi listrik, dengan batasan dayatersebut sewajarnya dipergunakan dengan tidakberlebihan. Pertama karena ada batasan dayatersebut, dan kedua karena adanya kewajibanyang timbul akibat penggunaannya. Batasan dayatersebut memaksa kita untuk bisamendistribusikan seluruh daya untuk kebutuhan

Farid Ishartomo, Program Studi Elektronika dan Instrumentasi,Jurusan Ilmu Komputer dan Elektronika, Fakultas Matematika danIlmu Pengetahuan Alam, Universitas Gadjah Mada, Sekip Utara POBOX BLS 21 Yogyakarta 55281, email : faridishartomo@ugm.ac.id

Andi Dharmawan, Program Studi Elektronika danInstrumentasi, Jurusan Ilmu Komputer dan Elektronika, FakultasMatematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Gadjah Mada,Sekip Utara PO BOX BLS 21 Yogyakarta 55281, email :andi_dh@mail.ugm.ac.id

bersama di dalam rumah, sehingga diperlukanadanya pemantauan pemakaian daya listrik.

Sistem pemantauan penggunaan daya listrikjarak jauh tidak hanya dapat melihat penggunaanlistrik di rumah dan seberapa besar penggunaandaya listrik, tetapi juga dapat mematikan danmenghidupkan peralatan listrik dengan dukunganteknologi internet. Selain untuk mengurangipemborosan listrik dan efek pemanasan global,sistem pemantauan ini juga dapat digunakan olehorang tua yang meninggalkan rumahnya denganjarak yang cukup jauh sehingga tidak dapatmemantau kegiatan anaknya. Dengan sistem inidiharapkan orang tua dapat memonitor kegiatandi rumah dengan melihat peralatan listrik apa sajayang hidup dan mati.

Usuman dkk [1], telah merancang danmengimplementasikan suatu sistem pemantauanrumah cerdas yang menitikberatkan pada rancangbangun sistem pemantauan rumah cerdas secarareal time menggunakan layanan Mobile InternetBroadband.

Zoref dkk [2], telah merancang prototipesebuah model universal untuk diimplementasikanpada rumah cerdas. Dalam model ini, komputerdan berbagai peralatan digital dirangkaimembentuk suatu jaringan tunggal yangberoperasi pada tingkat kecerdasan tinggi untukmenyediakan dan mengatur berbagai layananumum. Model universal ini mencangkup sebuahkerangka standar yang memungkinkanpengembang perangkat keras dan lunak untukmembuat peralatan elektronik untuk konsumenyang dapat dihubungkan secara mudah padasistem rumah cerdas.

Shahriyar dkk [3], telah memperkenalkansuatu mekanisme baru dengan memanfaatkanlayanan mobile phony untuk mengendalikanperalatan rumah secara remote sehinggamembuat rumah menjadi cerdas. Fitur layananmobile phony yang digunakan disini adalahlayanan SMS dan Bluetooth yang kemudiandihubungkan dengan protokol X10 yangdigunakan untuk mengendalikan seluruhperalatan rumah.

Pemantauan Penggunaan Listrik Peralatan Rumah TanggaMelalui Telepon Genggam Pengguna

F. Ishartomo dan A. Dharmawan

R

13

IJEIS, Vol.1 No.1, April, 2011

Rahmad [4], telah melakukan penelitian danperancangan Watt-Hour Meter digital yang terdiridari perangkat keras dan perangkat lunak.Perangkat keras meliputi perancangan rangkaiancatu daya, sensor tegangan, sensor arus, ADC,dan modul mikrokontroler AT89C51. Watt-HourMeter digital ini dapat mengukur tegangan, arus,daya dan konsumsi tenaga listrik serta biayapemakaian dari suatu beban terpasang.

2. METODE PENELITIAN

Penelitian mengenai pemantauan penggunaanperalatan listrik rumah tangga melalui telepongenggam pengguna ini terbagi menjadi beberapasub yang terpisah namun saling terintegrasi gunamempermudah teknis penelitian. Penelitimembaginya menjadi lima bagian, yaitu: AnalisisSistem, Desain Arsitektur, Pernacangan BasisData, Perancangan Algoritma PadaMikrokontroler, Perancangan Algoritma PadaAplikasi Java Pada Telepon Genggam.

2.1. Analisis Sistem

Sistem pemantau ini diharapkan dapatmemiliki kemampuan dalam hal: melakukanpemantauan penggunaan listrik dimana penggunadapat melihat obyek mana saja yang dalamkeadaan hidup atau mati dan daya yangdigunakan oleh masing-masing obyek yangdipantau tersebut, melakukan pemantauanpenggunaan listrik secara wireless dan mobiledimana pengguna dapat menggunakan telepongenggam dengan teknologi internet untukmelakukan pemantauan, dan melakukan aksiterhadap obyek yang dipantau dimana penggunadapat menghidupkan dan mematikan obyek yangdipantau baik langsung dari server atau secaramobile melalui telepon genggam pengguna.

2.2.Desain Arsitektur

Sistem pemantau penggunaan listrik dibuatdengan menggunakan beberapa hardware yangberperan sebagai bagian pemantau (sensor dantranduser), pemroses data dan pengendali, sertaaktuator. Secara umum sistem pemantau ini dapatdigambarkan pada sebuah desain arsitekturseperti yang ditunjukkan oleh Gambar 1.

Gambar 1 Desain Arsitektur Sistem Pemantau Penggunaan ListrikPada Peralatan Rumah Tangga Melalui Telepon GenggamPengguna

Bagian pemantau menggunakan sensortegangan dan sensor arus yang dihubungkan padaobyek yang dipantau. Keluaran dari sensortersebut dihubungkan dengan mikrokontroleryang mengolah data dan mengirimkannya keserver pemantau. Server pemantau dihubungkandengan internet dengan memiliki IP Publicsehingga dapat diakses oleh telepon genggampengguna, sehingga pengguna dapatmenggunakan telepon genggam mereka untukmelakukan pemantauan dan pengendalian obyek-obyek yang dipantau secara mobile dan wireless.

Pada bagian server, digunakan aplikasi Javayang dibangun dengan menggunakan bahasapemrograman Java berbasis J2SE sebagai tempatpengolah data lebih lanjut yang diterima darimikrokontroler dan server tempat mengakses databagi telepon genggam pengguna. Untukpenyimpanan data (storage) digunakan aplikasiMySQL.

Pada bagian telepon genggam digunakanaplikasi Java berbasis J2ME yangmemungkinkan aplikasi tersebut dapat dipasangdan berjalan lancar pada hampir seluruh telepongenggam yang mendukung Java (minimalmendukung Java MIDP 2 dan CLDC 1.1).

2.3. Perancangan Basis Data

Rancang basisdata merupakan serangkaianpertanyaan spesifik yang relevan dengan berbagaipemrosesan data, misalnya objek data yang akandiproses oleh sistem, komposisi masing-masingobjek data dan atribut yang menggambarkannyaserta bagaimana hubungan antara masing-masingobjek data tersebut. Pada Gambar 2 ditunjukkandesain Entity Relationship Diagram dari databasesistem pemantauan penggunaan listrik.

14

F. Ishartomo, Pemantauan Penggunaan Listrik Peralatan Rumah Tangga

Gambar 2 Desain Entity Relationship Diagram Basis DataSistem Pemantau Penggunaan Listrik Pada Peralatan RumahTangga

Beberapa aturan bisnis (business rules)mengenai relasi antar entitas dalam rancanganbasis data sistem pemantau penggunaan listrik inidapat dijelaskan sebagai berikut:

1. Setiap alat atau obyek yang dipantauyang telah dimasukkan ke tabelkwh_alat menjadi anggota dari tabelkwh_penggunaan. Kardinalitas yangterjadi adalah (1:M). Asumsi bahwasebuah alat atau obyek yang dipantaudapat digunakan berkali-kali.

2. Setiap pengguna yang memantau danmengendalikan alat atau obyek yangdipantau yang telah terdaftar pada tabelpengguna menjadi anggota tabelkwh_penggunaan. Kardinalitas yangterjadi adalah (1:M). Asumsi bahwapengguna dapat memantau danmengendalikan alat dan obyek yangdipantau berkali-kali.

3. Setiap pengguna yang memantau danmengendalikan alat atau obyek yangdipantau yang telah terdaftar pada tabelpengguna menjadi anggota tabelkwh_log_pengguna. Kardinalitas yangterjadi adalah (1:M). Asumsi bahwapengguna dapat melakukan log in danlog out berkali-kali.

2.4. Perancangan Algoritma PadaMikrokontroler

Mikrokontroler digunakan sebagaipengkonversi data keluaran dari sensor arus yangberupa data analog dan kemudian dikonversimenjadi data digital. Hasil konversi data tersebut

dikirim kembali ke server untuk diolah lebihlanjut. Selain itu mikrokontroler juga berfungsiuntuk mematikan dan menghidupkan relay yangterhubung ke obyek pemantau. Instruksi untukmematikan dan menghidupkan tersebut diterimadari server. Dari analisis tersebut kemudiandirancang sebuah algoritma yang dituangkanpada flowchart atau diagram alir. Gambar 3menunjukkan diagram alir program padamikrokontroler.

Gambar 3 Diagram Alir Algoritma Mikrokontroler Sistem

2.5. Perancangan Algoritma Pada AplikasiJava Pada Telepon Genggam

Aplikasi pada telepon genggam didesain agarpengguna dapat melakukan pemantauan danpengendalian pada obyek yang dipantau secaramobile. Untuk keamanan, pengguna diwajibkan

15

IJEIS, Vol.1 No.1, April, 2011

melakukan login terlebih dahulu. Setelahpengguna akan mendapatkanseluruh data penggunaan listrik. Pengguna dapatmemilih obyek yang dipantau, obyekdilihat secara detail, maupun obyek yangdikendalikan penggunaannya.

Untuk mendukung fitur di ataspada telepon genggam memiliki aksespemantauan untuk melakukan hal tersebut. Datahasil pemantauan yang berada disecara real time ke aplikasigenggam ketika ada permintaan dari aplikasitersebut. Begitu pula sebaliknyapengendalian obyek yang dipantau juga dikirimkembali ke server oleh aplikasigenggam secara real time. Algoritma yangdigunakan untuk menampung analisisditampilkan pada suatu diagram. Gambarmenunjukkan gambar aliran tampilan dariaplikasi Java pada telepon genggam.

Gambar 4 Diagram Alir Aplikasi Java Pada Telepon Genggam

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil dari penelitian pemantauan penggunaanlistrik pada peralatan rumah tangga denganteknologi internet pada telepon genggammenjadi 4 bagian yang terdiri dari bagianpemantau, bagian aplikasi pengolah data keluarandari pemantau dan pemberi instruksi ke aktuator,bagian aplikasi pada server, dan bagian aplikasipada telepon genggam pengguna.

16

dahulu. Setelah login,informasi dari

seluruh data penggunaan listrik. Pengguna dapatobyek yang ingin

dilihat secara detail, maupun obyek yang ingin

atas, aplikasi Javapada telepon genggam memiliki akses ke serverpemantauan untuk melakukan hal tersebut. Data

yang berada di server dikirimke aplikasi pada telepon

genggam ketika ada permintaan dari aplikasisebaliknya, instruksidipantau juga dikirim

oleh aplikasi pada teleponAlgoritma yang

digunakan untuk menampung analisis tersebutditampilkan pada suatu diagram. Gambar 4menunjukkan gambar aliran tampilan dari

epon genggam.

Diagram Alir Aplikasi Java Pada Telepon Genggam

EMBAHASAN

asil dari penelitian pemantauan penggunaanlistrik pada peralatan rumah tangga dengan

telepon genggam terbagimenjadi 4 bagian yang terdiri dari bagianpemantau, bagian aplikasi pengolah data keluarandari pemantau dan pemberi instruksi ke aktuator,

, dan bagian aplikasipengguna.

3.1. Aplikasi Pemantau

Aplikasi pemantau terdiri dari sensortegangan dan sensor arus.tegangan terdiri dari transformator 0.5A denganterminal masukan 0V dan 240V yangdihubungkan dengan tegangan listrik dari PLN.Tegangan yang terkoneksi dengan beban secaraideal dapat dikonversi olehConverter (ADC) mikrokontroler menjadi datadigital antara 0-255 Volt. Tegangan keluaran dililitan sekunder trafo disearahkan oleh penyearahgelombang penuh presisi dengan menggunakanIC OpAmp LM741, dioda, dannilainya sama dengan resistansi masukan 10ohm. Keluaran dari OpAmp dipasang resistor danfilter yang paralel dengan tahanan beban untukmempercepat perubahan tegangan bila terjadiperubahan dari beban yang diukur sehingga besartegangan setiap saat terdeteksi. Besar tegangankeluaran ditentukan oleh potensio 100K ohmyang dapat diatur besarnya agar memberikannilai tegangan semestinya. Tegangan keluarandari sensor tegangan ini masuk ke mikrokontroleruntuk diolah menjadi data digital.

Perancangan sensor arus menggunakantrafo 1A yang bagian sekunderseri ke beban. Tegangan keluaran dari trafodihubungkan ke instrumen penyearah gelombangpenuh presisi menggunakan IC OpAmp LM741.Penguatan positif dari OpAmp dapat diaturmenggunakan potensio 100K ohm. Kelauarandari OpAmp dihubungkan dengan tegangan zener5,1 V guna membatasi tegangan keluaran samadengan tegangan zener sebagai pengaman ADC.Piranti pengaman sensor arus juga dipasangsekering 2A secara seri dengan beban. Keluarandari sensor arus dihubungkan ke mikrokontroleruntuk dikonversi menjadi data digital.

Kedua sensor tersebut dihubungkan dengansumber tegangan PLN dan beban untukmendapatkan nilai tegangan dan nbeban terpasang. Data hasil pemantauandikirimkan ke mikrokontroler sebagai pengolah.Gambar 5 menunjukkan sensor tegangan danGambar 6 menunjukkan sensor arus yang dipakaidalam rangkaian pemantau.

Aplikasi pemantau terdiri dari sensortegangan dan sensor arus. Rangkaian sensortegangan terdiri dari transformator 0.5A denganterminal masukan 0V dan 240V yangdihubungkan dengan tegangan listrik dari PLN.Tegangan yang terkoneksi dengan beban secara

eal dapat dikonversi oleh Analog to Digitalmikrokontroler menjadi data

255 Volt. Tegangan keluaran dililitan sekunder trafo disearahkan oleh penyearahgelombang penuh presisi dengan menggunakanIC OpAmp LM741, dioda, dan resistor yang

ma dengan resistansi masukan 10Kohm. Keluaran dari OpAmp dipasang resistor danfilter yang paralel dengan tahanan beban untukmempercepat perubahan tegangan bila terjadiperubahan dari beban yang diukur sehingga besar

iap saat terdeteksi. Besar tegangankeluaran ditentukan oleh potensio 100K ohmyang dapat diatur besarnya agar memberikannilai tegangan semestinya. Tegangan keluarandari sensor tegangan ini masuk ke mikrokontroleruntuk diolah menjadi data digital.

cangan sensor arus menggunakansekundernya dihubungkan

. Tegangan keluaran dari trafoinstrumen penyearah gelombang

penuh presisi menggunakan IC OpAmp LM741.Penguatan positif dari OpAmp dapat diatur

akan potensio 100K ohm. Kelauarandari OpAmp dihubungkan dengan tegangan zener5,1 V guna membatasi tegangan keluaran samadengan tegangan zener sebagai pengaman ADC.Piranti pengaman sensor arus juga dipasangsekering 2A secara seri dengan beban. Keluarandari sensor arus dihubungkan ke mikrokontroleruntuk dikonversi menjadi data digital.

dihubungkan dengansumber tegangan PLN dan beban untukmendapatkan nilai tegangan dan nilai arus daribeban terpasang. Data hasil pemantauan

mkan ke mikrokontroler sebagai pengolah.Gambar 5 menunjukkan sensor tegangan danGambar 6 menunjukkan sensor arus yang dipakai

F. Ishartomo, Pemantauan Penggunaan Listrik Peralatan Rumah Tangga

Gambar 5 Rangkaian Sensor Tegangan

Gambar 6 Rangkaian Sensor Arus

3.2. Aplikasi Pada Mikrokontroler

Mikrokontroler yang digunakan pada sistempemantau ini adalah mikrokontroller Atmel AVRATMega 128 yang memiliki 8 saluran ADC(Analog to Digital Converter) dengan masing-masing saluran memiliki hasil konversi denganlebar data sebesar 10 bit, dimana makin besarlebar datanya, maka makin prsesisi juga hasilkonversinya. Dengan memanfaatkan ADCtersebut, maka data analog keluaran dari sensor-sensor dikonversi menjadi data digital. Seluruhdata digital hasil konversi ini kemudian dikirimke server dengan memanfaatkan komunikasiserial.

3.3. Aplikasi pada Server

Aplikasi pada server berfungsi untukmengelola data hasil konversi yang diterima olehmikrokontroler. Data hasil konversi diterimamelalui jalur komunikasi serial denganmemanfaatkan library rxtxcomm yangdidownload dari website www.rxtx.org yangkompatibel dengan bahasa pemrograman padaJava. RXTX merupakan native library yangmenyediakan komunikasi serial dan paralel untuk

Java Development Toolkit (JDK) dan berada dibawah lisensi GNU LGPL.

Data hasil konversi tersebut kemudian diolahmenjadi data arus dan daya. Data-data tersebutkemudian disimpan pada variabel sementarauntuk ditampilkan pada user interface aplikasiserver. Data-data tersebut selalu berubah karenaselalu diperbarui oleh mikrokontroler setiapdetiknya. Kemudian aplikasi akan menyimpanke database setiap satu menit sejak aplikasitersambung dengan aplikasi mikrokontroler. Datayang disimpan adalah data yang berada divariabel sementara yang selalu berubah setiap 1detik. Setiap masukan data yang masuk per detikini disimpan ke dalam basis data, sehingga dalamsatu menit ada 60 data.

Agar aplikasi pada server dapat terkoneksidengan aplikasi yang dibuat pada telepongenggam, Peneliti menggunakan teknologi socketyang alamat port-nya diberikan oleh penggunapada kolom yang tersedia pada user interface.Untuk menangani banyak proses secaramultitasking, digunakanlah teknologi threadsehingga program menjadi lebih efisien dalamhal kecepatan maupun penggunaan sumber daya.Gambar 7 menunjukkan tampilan aplikasi server.

Gambar 7 Tampilan Aplikasi Pada Server

3.4. Aplikasi Pada Telepon Genggam

Aplikasi pada J2ME pada telepon genggamberfungsi untuk mendukung pemantauan danpengendalian obyek yang dipantau secara mobile.Pemantauan dan pengendalian tersebut dilakukandengan cara mengakses aplikasi di server denganbantuan koneksi socket.

17

IJEIS, Vol.1 No.1, April, 2011

Seluruh proses pengiriman dan penerimaan(transfer) data antara aplikasi pada server danaplikasi pada telepon genggam berlangsungsecara realtime. Aplikasi ini meminta dataterbaru dari server 10 detik sekali sejak proseslogin pengguna selesai. Untuk menyetel agaraplikasi meminta data terbaru 10 detik sekali,maka digunakan pemanggilan method threadsleep. Method thread sleep mengatur threaduntuk menghentikan prosesnya sejenak danmemberi kesempatan pada thread atau proseslain. Gambar 8 menunjukkan aplikasi padatelepon genggam pengguna.

Gambar 8 Tampilan Pada Telepon Genggam Pengguna

4. KESIMPULAN

Telah berhasil dibuat sebuah alat untukpemantauan penggunaan peralatan listrik padaperalatan rumah tangga melalui telepon genggampengguna, sehingga dapat ditarik konklusibahwa:

a. Pemanfatan teknologi wireless padasistem pemantauan penggunaan listrikdapat membantu pengguna untukmemantau dan mengendalikanpenggunaan peralatan listrik di rumah ataudi tempat lain secara mobile.

b. Dengan menggunakan teknologi wirelessyang didukung oleh handphone sepertiGPRS, 3G dan proses transfer data antaraaplikasi handphone dan aplikasi serverdapat diandalkan karena bersifat real time.

c. Pemanfaatan teknologi Java padapengembangan aplikasi handphone

memudahkan aplikasi untuk dipasangpada hampir seluruh jenis handphoneyang didukung teknologi Java denganMIDP 2.0 dan CLDC 1.1.

5. SARAN

Penelitian ini dapat dikembangkan denganmengganti sensor arus dan sensor tegangandengan modul sensor yang lebih presisi danmeminimalkan noise. Selain itu, pengembanganlebih lanjut dapat diaplikasikan dalam sebuahsistem smart environment untuk melakukanmonitoring secara wireless dan mobile tanpaharus berada pada lokasi yang sama denganobyek yang sedang dipantau.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Usuman, I., Widodo, T. W., Dharmawan, A., dan Ishartomo,F., 2009, Desain dan Implementasi Sistem PemantauanRumah Cerdas secara Real Time Menggunakan LayananMobile Internet Broadband, Laporan Penelitian Hibah RisetUnggulan Strategis Nasional, Universitas Gadjah Mada,Yogyakarta.

[2] Zoref, L., Bregman, D., and Dori, D., 2009, NetworkingMobile Devices and Computers in an Intelligent Home,International Journal of Smart Home October 2009, No.4,Vol.3, Science and Engineering Support Society, South Korea.

[3] Shahriyar, R., Hoque, E., Sohan, S.M., Naim, I., Akbar, M.M.,and Kahn., M.K., 2008, Remote Controlling of HomeAppliances using Mobile Telephony, International Journal ofSmart Home July 2008, No. 3, Vol. 2, Science andEngineering Support Society, South Korea.

[4] Rahmad, M., 2003, Perancangan Watt-Hour Meter DigitalBerbasis Mikrokontroler AT89C51 Dalam DT51, Tesis,Program Pascasarjana Ilmu Fisika, Universitas Gadjah Mada,Yogyakarta.

18