Pengukur Arus Listrik AC dan DC dengan Luaran Tampilan 7 Ruas

A. Abdul Somad, and B. AffyFadhli Aziz, Teknik Elektronika, Politeknik Negeri Semarang

Abstract—Instrumentationis animportant thing todoon the measurement ofelectronic circuits. Readingsof the gaugescan be seenin the form ofsuperficialneedle7segment, LCDwillshowthe resultsofmeasurements. The toolswe have designedanArduinoapplicationthatoutcomemeasurement toolswiththe human voice, in whichthe application isusingpotas aninputto thecorrespondingreferencevoltagesourceArduinoandusingthe soundcomingfrom thespeakeroutputswithISD2560processorICwithmultiplayvoiceisaccessiblefromArduinothroughthe program. ISD2560andconnectedto thespeakerto turn thewordsthat have beenrecorded. This toolcan measurethe voltageof0-5V.By usingthistoolcanbe measuredwithout having tolook atthe needleas well as onmeasuringthe voltagemanually. Measurementwill bemoreprecisemeasurealthoughpeoplewhoare in adifferentposition, eventhoughsleeping.

Keywords—ArduinoUno, Voltagegauges, speakers

Abstrak—Instrumentasi merupakan hal penting yang dilakukan pada pengukuran rangkaian elektronika. Pembacaan dari alat ukur dapat dilihat dalam bentuk luaran jarum penunjuk 7 ruas, LCD yang akan menampilkan hasil dari  pengukuran. Alat yang kami rancang merupakan aplikasi Arduino yaitu alat ukur dengan luaran tampilan 7 ruas, dimana aplikasi ini menggunakan pendeteksi arus ACS712 sebagai masukan dengan referensi arus listrik AC maupun DC sesuai sumber Arduino dan menggunakan luaran tampilan 7 ruasdengandiberi IC 74LS138 sebagaimultiplexeryang dapat memproses data dari arduino menjadi tampilan angka maupun huruf tertentu.. Alat ini dapat mengukur arusmaksimalantara -5A sampai +5A. Dengan menggunakan alat ini dapat dilakukan monitoring terhadaparussuatubeban. Pengukuran lebih karenasudahmenggunakantampilan 7 ruas.

Kata Kunci—Arduino Uno, Pengukur Arus, tampilan 7 ruas

I.     Pendahuluan

S

eiringdengan perkembangan teknologi dan ilmu pengetahuan, akhir-akhir ini bidang elektronika mengalami kemajuan yang pesat. Dengan kemajuan tersebut, membuat manusia selalu berusaha memanfaatkan teknologi yang ada untuk mempermudah kehidupannya.

Misal dalam melakukan pengukuran arus menggunakan amperemeter biasanya menggunakan media jarum penunjuk untuk melihat hasil pengukuran untuk rangkaian yang diukur. Dalam pemanfaatannya alat ukur amperemeter banyak digunakan diberbagai bidang dari sekolah, universitas maupun industri. Jenis tampilan amperemeterbiasanyamasihmenggunakan analog jarum.

Voltmeter dengan luaran tampilan 7 ruas akan memudahkan pengukurankarenaakanlebihpresisidalampembacaannya.

Berdasarkan permasalahan tersebut, maka dirancang suatu alatpendeteksiarus yang dilengkapi dengan tampilan 7 ruas agar memudahkan pengguna dalam melakukan pengukuran arus.

A. Rumusan Masalah

Berdasarkan permasalahan yang terdapat pada latar belakang, disusun rumusan masalah sebagai berikut:

1)       Bagaimana membuat alat ukurdengantampilan 7 ruas ?

2)       Bagaimana cara memprogram tampilan 7 ruas pada Arduino Uno?

3)       Bagaimana merancang sistem antarmuka antara Atmega Uno dengan ACS712 dan multiplexer IC 74LS138?

B. Ruang Lingkup

Berdasarkan rumusan masalah diatas, agar pembahasan terfokus pada pokok pembahasan maka masalah yang akan dibahas pada alat ini adalah sebagai berikut :

1)       Arus yang diukur hanya sebatas antara -5A sampai +5A.

2)       Keluaran hasil alat ukur dari alat ditampilkanmelaluitampilan 7 ruas.

C. Tujuan

Tujuan dari pembuatan alat ini adalah merancang dan membuat suatu sistem berupa alat pengukuran arus dengan keluaran berupa tampilan 7 ruas yang dihasilkan dari hasil pengukuran sehingga akan mempermudah pengguna dalam melakukan pembacaan hasil pengukuran.

II.     Tinjauan Pustaka

Penjelasan dan uraian teori penunjang yang digunakan dalam membuat alat ini diperlukan untuk mempermudah pemahaman tentang cara kerja rangkaian maupun dasar-dasar perencanaan pembuatan alat. Teori – teori yang akan dijelaskan dalam bab ini meliputi Arduino Uno, IC 74LS138, dan ACS712.

A.     Arduino Uno R3

Arduino UNO adalah sebuah board mikrokontroler yang didasarkan pada ATmega328 (datasheet). Arduino UNO mempunyai 14 pin digital input/output (6 di antaranya dapat digunakan sebagai luaran PWM), 6 masukan analog, sebuah osilator Kristal 16 MHz, sebuah koneksi USB, sebuah power jack, sebuah ICSP header, dan sebuat tombol reset. Arduino UNO memuat semua yang dibutuhkan untuk menunjang mikrokontroler, mudah menghubungkannya ke sebuah komputer dengan sebuah kabel USB atau mensuplainya dengan sebuah adaptor AC ke DC atau menggunakan baterai untuk memulainya.

          Gambar 2.1 Arduino Uno

      Sumber :http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardUno

Setiap 14 pin digital pada Arduino Uno dapat digunakan sebagai masukan dan luaran, menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digitalRead(). Fungsi-fungsi tersebut beroperasi di tegangan 5 Volt. Setiap pin dapat memberikan atau menerima suatu arus maksimum 40 mA dan mempunyai sebuah resistor pull-up (terputus secara default) 20-50 kOhm.

Arduino UNO mempunyai 6 masukan analog, diberi label A0 sampai A5, setiapnya memberikan 10 bit resolusi (contohnya 1024 nilai yang berbeda). Secara default, 6 masukan analog tersebut mengukur dari ground sampai tegangan 5 Volt, dengan itu mungkin untuk mengganti batas atas dari rangenya dengan menggunakan pin AREF dan fungsi analogReference().

B.     ACS712

ACS712 adalah sensor arus yang bekerja berdasarkan efek medan. Sensor arus ini dapat digunakan untuk mengukur arus AC atau DC. Modul sensor ini telah dilengkapi dengan rangkaian penguat operasional, sehingga sensitivitas pengukuran arusnya meningkat dan dapat mengukur perubahan arus yang kecil. Sensor ini digunakan pada aplikasi-aplikasi di bidang industri, komersial, maupun komunikasi. Contoh aplikasinya antara lain untuk sensor kontrol motor, deteksi dan manajemen penggunaan daya, sensor untuk catu daya tersaklar, sensor proteksi terhadap arus lebih, dan lain sebagainya.

Spesifikasi Sensor Arus ACS712:

1. Berbasis ACS712 dengan fitur:

•        Waktu kenaikan perubahan luaran = 5 µs.

•        Lebar frekuensi sampai dengan 80 kHz.

•        Total kesalahan luaran 1,5% pada suhu kerja TA= 25°C.

•        Tahanan konduktor internal 1,2 mΏ.

•        Tegangan isolasi minimum 2,1 kVRMS antara pin1-4 dan pin 5-8.

•        Sensitivitas luaran 185 mV/A.

•          Mampu mengukur arus AC atau DC hingga 5 A.

•          Tegangan luaran proporsional terhadap masukan arus AC atau DC.

 

2. Tegangan kerja 5 VDC.

3. Dilengkapi dengan penguat operasional untuk menambah sensitivitas luaran.

Gambar 2.2 IC ACS712

Sumber :datasheet ACS712

Sensor ini memiliki pembacaan dengan ketepatan yang tinggi, karena di dalamnya terdapat rangkaian offset rendah linier medan dengan satu lintasan yang terbuat dari tembaga. Cara kerja sensor ini adalah arus yang dibaca mengalir melalui kabel tembaga yang terdapat didalamnya yang menghasilkan medan magnet yang di tangkap oleh IC medan terintegrasi dan diubah menjadi tegangan proporsional. Ketelitian dalam pembacaan sensor dioptimalkan dengan cara pemasangan komponen yang ada di dalamnya antara penghantar yang menghasilkan medan magnet dengan tranducer medan secara berdekatan. Gambar 2.2 merupakan konfigurasi pin IC ACS712.

Gambar 2.3 Konfigurasi pin ACS712

Sumber : datasheet ICS712

Tabel 2.1 Fungsi pin Sensor Arus ACS712

Pin Sensor ACS712	Fungsi
IP +	Terminal yang mendeteksi arus, terdapat sekring di dalamnya
IP -	Terminal yang mendeteksi arus, terdapat sekring di dalamnya
GND	Terminal sinyal ground
FILTER	Terminal untuk kapasitor eksternal yang berfungsi sebagai pembatas bandwith
VIout	Terminal keluaran sinyalanalog
Vcc	Terminal masukan catu daya

Hambatan dalam penghantar sensor sebesar 1,2 mΩ dengan daya yang rendah. Jalur terminal konduktif secara kelistrikan diisolasi dari sensor timah mengarah (pin 5 sampai pin 8). Hal ini menjadikan sensor arus ACS712 dapat digunakan pada aplikasi-aplikasi yang membutuhkan isolasi listrik tanpa  menggunakan opto-isolator atau teknik isolasi lainnya yang mahal.

Gambar 2.4 Grafik Kerja IC ACS712

Sumber : datasheet ICS712

Gambar 2.4 menunjukkan grafik linearitas IC ACS712 tipe 5A IC ini mempunyai sensitivitas sebesar 185mV/A. Saat arus yang mengalir 0A IC ini mempunyai output tegangan 2,5V.  Nilai tegangan akan bertambah berbanding lurus dengan nilai arus.

C.     Tampilan 7 ruas

ISD2560 merupakan seri chip perekam yang menyediakan kualitas tinggi. Chip tuggal record/play untuk 60 detk. Perangkat CMOS ini dilengkapi internal oscillator , preamplifier micropon, control penguat otomatis, filter yang jernih, penguat speaker dan penyimpan multilevel dengan kapasitas yang besar. Untuk rangkaian ISD2560 ditunjukkan dalam. [1]

                                                                                                Gambar 2.3 ISD 2560

                                                                                Sumber: Data sheet ISD2560

III.     Perangkat Alat

Bab ini membahas tentang perancangan dan pembuatan alat pengukuran tegangan dengan luaran suara. Pada perancangan system ini meliputi perancangan perangkat lunak (software), dan perangkat keras (hardware). Meliputi perancangan pada arduino dengan antarmuka potensio dan dengan menggunakan ISD 2560 menggunakan bahasa C dengan kompiler Arduino cc.

A.     Penentuan Spesifikasi Alat

Spesifikasi alat ditetapkan terlebih dahulu sebagai acuan dalam perancangan. Spesifikasi alat yang direncanakan adalah sebagai berikut :

1)       Alat ini mampu mengukurarus AC maupun DC dengan range -5A sampai 5Adengan keluaran berupa tampilan 7 ruas.

2)       Keluaran dari alat ini berupa tampilan 7 ruas 4 digit common anodadankatoda.

3)       Mikrokontrol yang digunakan adalah Arduino Uno R3.

4)       Alatinihanyauntukmendeteksiarus.

5)       Pendeteksi yang digunakanadalah ACS712

B.     Perancangan Diagram Blok

Diagram blok sistem merupakan salah satu bagian terpenting dalam perancangan dan pembuatan alat ini, karena dari diagram blok dapat diketahui prinsip kerja keseluruhan rangkaian. Tujuan lain diagram blok ini adalah memudahkan proses perancangan dan pembuatan pada masing-masing bagian, sehingga akan terbentuk suatu sistem yang sesuai dengan perancangan sebelumnya.

Diagram blok sistem ditunjukkan dalam Gambar 3.1

Gambar 3.1 Diagram Blok Keseluruhan Sistem

1)       ACS712 ini digunakan untuk pendeteksi dari arusbeban.

2)       Arduino ini selain digunakan untuk mengolah data juga digunakan untuk mengkonversi data menjadi keluaran tampilan 7 ruas.

3)       IC 74138 digunakan sebagai multiplexer yang dihubungkan dengan mikrokontroler dan dikeluarkan melalui tampilan 7 ruas.

4)       Tampilan 7 ruas digunakan sebagai media keluaran berupa tampilan angka dan huruf tertentu.

C.     Prinsip Kerja Alat

Alat ini menggunakan ACS712 untuk mendeteksiarus yang padabeban dalam batasan -5A sampai 5A. Kemudian prinsip kerja alat ini adalah jika ACS712 dipasang seri dengan beban akan terjadi perubahankeluaran tegangan kemudian dirubah menjadi tegangan referensi. Kemudian dapat diolah oleh Arduino dan akan mengirimkan sinyal analog ke IC 74LS138. Setelah itu, IC akan memproses data analog yang diberikan Arduino dan tampilan 7 ruas akan menampilkanhasilukuranpadabebanberupaangka

D.     Perancangan Perangkat Keras

Perancangan dan pembuatan perangkat keras untuk mendeteksi arus membutuhkan rangkaian catu daya sebagai sumber pada arduino maupun masukan dan luaran, rangkaian modul ICS712, rangkaian multiplexer dantampilan 7 ruas

a)       Rangkaian modul ICS712

Dalam perancangan rangkaianmodul ICS712 initerdapat IC ICS712 itusendiri da nada penguatoperasionalnyajuga. Kemudianada 2 kaki input positifdan negative dan 2 kaki sebagaimasukancatudayadan 1 kaki untukkeluarandarimodul.

Gambar 3.2 Rangkaian modul ACS712

Sumber: Datasheet ACS712

b)       Rangkaian multiplexer dantampilan 7 ruas

Dalamperancanganrangkaian multiplexer dantampilan 7 ruasiniterdiridari IC 74LS138 dantampilan 7 ruas 4 digit.

Gambar 3.3 Rangkaian multiplexer dantampilan 7 ruas

Sumber: Microcontroller AT89s51 Trainer Kit Experiment Manual

E.     Perancangan Perangkat Lunak

Perangkat lunak ini berfungsi untuk mengatur kinerja keseluruhan dari sistem yang terdiri dari beberapa perangkat keras sehingga sistem ini dapat bekerja dengan baik. Perangkat lunak yang dirancang dengan menggunakan arduino cc. Untuk memberikan gambaran umum jalannya program dan memudahkan pembuatan perangkat lunak, maka dibuat diagram alir yang menunjukan jalannya program. Diagram alir program utama ditunjukkan dalam Gambar 3.4.

Gambar 3.4. Diagram Alir Fungsi Utama

Cara kerja sistem berdasarkan diagram alir diatas yaitu saat sistem dihidupkan, arduinomelakukan beberapa inisialisasi perangkat kerasyangmeliputi inisialisasi pin pada ISD, Potensio dan Speker.Dan Potensio diberi tegangan 0-5V kemudian potensio diputar sesuai dengan keinginan.dan akan terjadi perubahan tegangan ini akan dilakukan pengkonversian oleh ADC pada arduino dari 0-5V menjadi data ADC. Hasil pembacaan data oleh Arduino  dijadikan acuan untuk mengambil data dari database yang sudah disiapkan berupa pengalamatan data suara pada ISD 2560. Kemudian data suara pada ISD 2560 akan diproses menjadi luaran suara melalui speker sesuai dengan hasil pengukuran. Program akan berjalan looping seterusnya selama sistem aktif.

IV.     Pengujian dan Analisis

Dalam bab ini membahas pengujian dan analisis alat yang telah dirancang dari peralatan yang telah dibuat. Pengujian dilakukan dengan pengukuran tiaptiap blok dengan tujuan mengamati apakah blok-blok tersebut bekerja sesuai dengan yang diharapkan. Pengujian ini dilakukan berdasarkan pada masingmasing rangkaian pendukung secara keseluruhan. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian terhadap:

1) Pengujian rangkaian potensiometer

2) Pengujian rangkaian memori suara

3) Pengujian sistem secara keseluruhan

A.     Pengujian Rangkaian Potensiometer

Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui rangkaian potensiometer dapat bekerja dengan baik sesuai perancangan, dan hasil yang diharapkan sesuai keadaan yang telah direncanakan, sehingga dalam penggabungan antara perangkat kerasdan perangkat lunakdapat sesuai dengan sistem yang telah dibuat dan direncanakan seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 4.1.

Gambar 4.1 Diagram Blok Pengujian ACS712

                Dari hasil pengujian diharapkan ACS712 dapat mendeteksi nilai arus antara -5A sampai dengan 5A dengan demikian data akan dirubah menjadi nilai yang dapat ditampilkan dalam serial monitor pada komputer, dengan demikian dapat dilihat nilai perubahan aarusketikamendeteksi.

B.     Pengujian Rangkaian tampilan 7 ruasdan multiplexer

Pengujian tampilan 7 ruas dilakukan untuk mengetahui apakah IC multiplexer dapatmerubahke input daritampilan 7 ruasitusendiri dengan perancangan diagram blok seperti ditunjukkan dalam Gambar 4.2.

Gambar 4.2 Diagram Blok Pengujian tampilan multiplexer dan 7 ruas

Data yang diterimaoleharduinodaripendeteksikemuadiandiolah PWM dandikeluarkanke multiplexer sebagaipengaturangkadanhurufpadatampilan 7 ruas.

C.     Pengujian Keseluruhan

Pengujian sistem secara keseluruhan ini bertujuan untuk membuktikan, apakah pengujian dari setiap blok diatas dapat menjadi suatu sistem yang diharapkan. Dengan pengujian ini, juga dapat diketahui apakah alat yang dirancang telah bekerja sesuai dengan prinsip kerja yang telah direncanakan pada awal perancangan sistem. Pengujian dilakukan dengan merangkaikan alat-alat seperti pada blok diagram sistem, mengaktifkan semua alat yang telah dirakit, kemudian mengamati kerja sistem.

ACS712 ( Serial )	Output ( Serial )	7 ruas
0 5	0 255	0 A 5 A

Tabel 4.3. Tampilan pada serial pada hasil percobaan kali ini menggunakan masukan ACS712 dan luaran tampilan 7 ruas dengan demikian akan dapat dilihat hasil yang dikeluarkan. Dari hasil percobaan dapat dilihat bahwa besarnya masukan ketikatidakdihubungkan adalah 0 dan tampilan 7 ruasakanmenampilkan 0 ampere. Dan saat maksimal akan diperoleh data 5 dengan luaran pada 7 ruasakanmenampilkan 5 ampere.

V.     Penutup

A.     Kesimpulan

Berdasarkan hasil pengujian tiap blok dan pengujian sistem secara keseluruhan yang telah dilakukan dalam Bab IV, dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut:

1)       Pengukuran tegangan menggunakan pendeteksiarus ACS712 dengan output data yang akan diolah di Arduino dan dikeluarkan dialamat multiplexer 74LS138.

2)       Keluaran ACS712 merupakan perubahan teganganselisih yang terjadi akibat perubahan arus yang dideteksi. Maka diperlukan tegangan refrensi yang bertugas untuk mengkonversi perubahan tegangankeciltersebutmenjadi perubahan tegangan yang dapatdilihat dan menggesernya pada level referensi +-5A.

3)       Tampilan 7 ruasmemiliki 4 digit yang dapatditampilkandenganmemberi data pada common dan data 8 bit padatiapruasnya.

B.     Saran

Dalam perancangan dan pembuatan alat ini masih terdapat kelemahan dan kekurangan dari sistem. Saran-saran untuk penyempurnaan kinerja alat dan pengembangan lebih lanjut adalah sebagai berikut:

a)       Dalam program harus memperbayak pustaka tampilan 7 ruas yang memilikinilaihexatertentusehinggakitadapatmemberitandasepertikomaatautitik yang berfungsiapabilanilaidariarus yang kitaukurkeciatauberkisar di miliampere.

Daftar Pustaka

[1] Microcontroller AT89s51 Trainer Kit Experiment Manual.2009. Pengambilankarakterpada keyboard pc dan display 7 segmen. Diaksestanggal 3 Januari 2014

[2] Pengendalidan PemantauPerangkat

Listrik Berbasis Jaringan IP .2013. Diaksestanggal7 januari 2014

[3]http://arduino.cc. Diakses tanggal 3 Desember 2013.

[4]http://www.famosastudio.com/index.php?route=product/search&filter_name=acs712. Diakses tanggal 5 Januari 2014.
[5] http://www.google.co.id/imgres  Diakses tanggal 3 Desember 2013.

[6]http://www.wikipedia.org.Diakses 3 Desember 2013

NamapenulisAbdul Somad. Penulisdilahirkan di kota Kendal tanggal 25 April 1992. Penulistelahmenempuhpendidikan formal di SDN 02 Ketapang Kota Kendal, SMP N 3 Patebon, dan SMKN 2Kendal. Tahun 2010penulistelahmenyelesaikanpendidikan SMK. Padatahun 2011 penulismengikutiseleksimahasiswabaru diploma (D3) danditerimamenjadimahasiswabaru diploma (D3) di kampusPoliteknikNegeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 TeknikElektronika, JurusanTeknikElektro. Penulisterdaftardengan NIM. 3.32.11.1.01. Apabilaadakritik, saran danpertanyaanmengenaipenelitianini, bisamenghubungi08998732334ataumelalui via email: somskiy@gmail.com.

NamapenulisAffyFadhli AzizPenulisdilahirkan di kabupaten Semarang tanggal 10 November 1993. Penulistelahmenempuhpendidikan formal di TK Kartika, SDN 3 Ngaliyan Semarang, SMP N 10 Semarang, dan SMA6 Semarang. Tahun 2011 penulistelahmenyelesaikanpendidikan SMA. Padatahun 2011 penulismengikutiseleksimahasiswabaru diploma (D3) danditerimamenjadimahasiswabaru diploma (D3) di kampusPoliteknikNegeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 TeknikElektronika, JurusanTeknikElektro. Penulisterdaftardengan NIM. 3.32.11.1.02. Apabilaadakritik, saran danpertanyaanmengenaipenelitianini, bisamenghubungi085729115412ataumelalui via email: afiano_ronaldo77@yahoo.com