Prototype Sistem Monitoring Energi Listrik untuk AC Split Berbasis NodeMCU dan

## Internet of Things
Haolia Rahman # , Devi Handaya Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Jakarta Jl. Prof. Dr. G. A. Siwabessy, Kampus Baru UI Depok, Jawa Barat, Indonesia
# haolia.rahman@mesin.pnj.ac.id

## Abstrak
Konsumsi energi listrik oleh mesin pendingin ruangan individual atau air conditoner (AC) split memiliki rata-rata proporsi terbesar dibanding dengan peralatan elektronik rumah tangga lainnya. Namun demikian, pengguna AC tidak menyadari akan hal ini sehingga kerap kali penggunaanya tidak sesuai dengan kebutuhan. Untuk itu, pada penelitian ini prototype sistem monitoring energi  listrik  AC  dibuat  agar  konsumsi  energi  listrik  dapat  dimonitor  oleh  pengguna melalui smartphone . Prototype alat ukur  ini dibuat terpisah dengan unit AC dimana perangkatnya yang mudah untuk dipasang  diantara  koneksi  listrik  unit  AC  dengan  sumber  listrik.  Perangkat  sistem monitoring ini  mempunyai komunikasi Wi-Fi sehingga monitoring energi AC dapat diakses melalui smartphone dengan sistem operasi  Android. Komponen prototype sistem monitoring ini  meliputi microcontroller NodeMCU, sensor arus,  catu daya, dan casing . Pengujian prototype dilakukan pada AC 0,5 PK di lokasi ruang tidur. Hasil  pengukuran  sistem monitoring energi ini berupa  data  arus  dan  daya  yang  terukur secara real-time .
Kata kunci: monitoring energi, AC split , Internet of Things

## Abstract
The consumption of electrical energy by split air conditioner (AC) has the largest proportion on average compared to other household appliances. However, users are not aware of how high the energy consumption of their AC. In this research, a prototype of energy monitoring system in AC is made so that the consumption of electrical energy can be monitored by users via smartphones. This prototype is made separately from the AC unit where the device is easy to install  between the AC unit and the power source. This  monitoring system equiped  with Wi-Fi  communication  which enable to monitor the energy via a smart phone based on Android operating system. The prototype components of the monitoring system include a NodeMCU microcontroller, current sensor, step down transformer and a  casing.The test chamber was carried out in the bedroom using 0.5 HP of AC. The results of the energy monitoring system are in the form of current and power data that are measured in real-time.
Keywords: energy monitoring, split AC, Internet of Things

## I. P ENDAHULUAN
Berdasarkan proyeksi kebutuhan listrik nasional sampai  dengan  tahun  2020  yang  dilakukan  Dinas Perencanaan  Sistem  PT.  PLN  (Persero)  dan  Tim Energi  BPPT,  rata-rata  kebutuhan  listrik  di Indonesia  tumbuh  sebesar  6,5%  per  tahun  atau sebesar 270 TWh di tahun 2020 [1]. Sejalan dengan hal  tersebut,  meningkatnya  jumlah  pengguna  AC split di  semua  sektor  bangunan  di  Indonesia berkontribusi  terhadap  permintaan  kebutuhan
energi  nasional.  Diperkirakan  pada  2015,  total konsumsi  energi  dari Refrigeration and  Air Conditioning (RAC)  dimana  AC split termasuk  di dalamnya,  mencapai  81,8  TWh  atau  setara  dengan 41% dari total penjualan listrik nasional pada tahun tersebut [2].
Tidak  dapat  dipungkiri  bahwa  perilaku pengguna AC sangat menentukan jumlah konsumsi energi yang digunakan [3], namun  pengguna tidak mengetahui   secara   rinci   jumlah konsumsi  energi listrik  yang  digunakan.  Seringkali  AC  beroperasi
dengan temperature  set jauh  di  bawah  standar kenyamanan,  bukaan  yang  terlalu  besar  (seperti jendela),  atau  AC  beroperasi  secara  terus  menerus di  saat  ruangan  tidak  berpenghuni.  Hal  tersebut menyebabkan AC bekerja dengan beban yang tidak diharapkan,  sehingga  mendukung  melonjaknya konsumsi energi listrik.
Pada  umumnya,  penggunaan  daya  listrik  di sektor  rumah  tangga  hanya  dapat  dimonitor  secara global melalui alat ukur kWh meter yang terpasang oleh  perusahaan  pemasok  listrik  atau  PLN.  Alat ukur  tersebut  tidak  memberikan  informasi  secara rinci mengenai peralatan elektronik yang digunakan dan durasi pemakaiannya. Solusi untuk hal ini dapat dilakukan dengan memasang alat monitoring energi listrik  secara  individu  pada  masing-masing peralatan  elektronik.  Riset  yang  berkaitan  dengan monitoring energi  pada  peralatan  listrik  melalui Arduino  berbasis Internet  of  Thing (IoT)  telah banyak  dilakukan  [4]-[14].  Sistem monitoring berbasis smartphone menjadi  primadona  di lingkungan  riset  IoT.  Hal  ini  dikarenakan  saat  ini banyaknya pengguna smartphone yang memanfaatkan  gawainya  untuk  kebutuhan  sehari- hari  [15],  [16].  Namun,  perangkat monitoring tersebut  pada  umumnya  tidak  berbentuk  kompak yang  dapat  dipasang  dan  dilepas  dengan  mudah dengan unit AC.
Pada penelitian ini akan dibuat prototype sistem monitoring daya  listrik  pada  AC  berbasis  IoT  agar daya  yang  digunakan  dapat  terpantau  secara real- time dan  berkala.  Aplikasi  alat  ini  terbatas  pada ruangan  dengan  perangkat  Wi-Fi  sehingga monitoring konsumsi  energi  dapat  dilakukan melalui perangkat smartphone pengguna dari lokasi dimanapun.  Selain  itu, prototype ini  dirancang dengan casing yang  memudahkan  saat  proses pemasangan  dan  berukuran  kecil.  Perangkat  keras pendukung  alat  ini  terdiri  dari  sensor  arus, microcontroller yang  terintegrasi  dengan  modul Wi-Fi,  catu  daya,  dan casing .  Data  penggunaan
energi  yang  diukur  oleh  alat  ini  dikirim  melalui jaringan  internet  ke cloud  server yang  kemudian dapat  dilihat  melalui  aplikasi smartphone pengguna.

## II. M ETODE P ENELITIAN
A. Desain Sistem
Prototype ini  dipasang  secara  terpisah  diantara koneksi listrik perangkat AC dengan sumber listrik. Alur  kerja dari sistem monitoring ini dapat terlihat pada  Gambar  1.  Arus  kuat  yang  mengalir  dari perangkat  AC  menuju  sumber  daya  dengan  220  V diukur  oleh  sensor  arus  yang  kemudian  diproses oleh microcontroller yang  berperan  sebagai Data Acquisition  System (DAQ).  Kemudian  data  yang dikumpulkan  oleh  DAQ  dikirimkan  melalui  modul Wi-Fi transmitter yang  terintegrasi  dengan  modul microcontroller ke network interface . Pada tahapan ini network  interface yang  terhubung  dengan internet  yang  mengirimkan  data  ke  pangkalan  data atau cloud server  yang  kemudian  terkirim  ke smartphone pengguna.
Pengujian  dilakukan  setelah prototype berfungsi dengan  baik  sesuai  dengan  perencanaan.  Validasi sensor  arus  dilakukan  menggunakan  validator berupa  alat  Ampermeter  yang  hasilnya  seperti ditunjukkan pada Tabel 1. Dev. 1, Dev 2, dan Dev. 3 menunjukkan beberapa  jenis peralatan elektronik dengan  beban  yang  berbeda  yang  digunakan sebagai  objek  pengukuran.  Berdasarkan  tabel validasi,  diperoleh slope dan intercept sebesar 0,138  dan  -0,020  secara  berurutan.  Pengujian  ini menggunakan  sumber  tegangan  listrik  sebesar  220 Volt skala rumah tangga dengan beban berupa  unit AC Split berdaya  0,5  PK  merk  Sharp,  dengan temperatur  AC  di  atur  pada  16 o C  sepanjang  waktu pengujian.  Pengujian  dilakukan  pada  ruang  tidur dengan luas 6,8 m 2 seperti terlihat pada Gambar 2.
Mikrokontroller dan Wifi transmiter /receiver
Network interface Air Conditioner (AC) Indoor unit Pengguna Prototipe Monitoring Energi Sensor Arus Sumber daya 220 V Cloud Server Smartphone Step Down DC converter Hubungan nirkabel/ lingkungan Hubungan arus kuat
Hubungan arus lemah
Gambar 1. Alur kerja dari sistem monitoring
Tabel 1. Validasi sensor arus Perangkat Dev. 1 Dev. 2 Dev. 3 Validator  (A) 0,075 0,161 0,293 Sensor arus 0,840 1,120 2,300 Alat monitoring energi AC ½ PK

## Gambar 2. Ruang pengujian

## B. Perangkat Keras
Perangkat  keras  yang  dibuat  untuk  membangun prototype monitoring energi  ini  tercantum  pada Tabel  2  beserta  spesifikasi  dan  justifikasinya. Sensor arus ACS712 digunakan dengan pertimbangan  ukurannya yang kecil  namun dengan kapasitas pengukuran hingga 30 A. Namun, karena unit AC split yang digunakan saat pengujian hanya berkapasitas  0,5  HP    (maksimum  400  Watt)  maka sensor  arus  yang  digunakan  cukup  mempunyai kapasitas  5A.  Catu  daya  yang  mengubah  sumber tegangan  220V  menjadi  5V  DC  berfungsi  sebagai sumber  daya  bagi microcontroller .  Modul NodeMCU  ESP  8266  yang  berperan  sebagai microcontroller dan  modul  Wi-Fi  digunakan mengolah  data  sensor  arus  serta  menyajikan  data dari sensor ke cloud server . Casing berfungsi untuk menempatkan semua komponen dalam satu tempat dan  desain  dibentuk  untuk  memudahkan  pengguna dalam  menginstallasi  alat monitoring energi  ini dengan  unit  AC. Casing terbuat  dari  plastik acrylonitrile  butadiene  styrene (ABS)  dan mempunyai  bentuk double  plug dimana input berasal  dari  AC  dan output menuju  sumber  listrik seperti ditunjukan oleh Gambar 3.

## C. Perangkat Lunak
Perancangan  perangkat  lunak  dimulai  dari membuat  logika  pemrograman  pada  Arduino  IDE. Kemudian  dibuat  sebuah database pada firebase yang  berfungsi  untuk  menerima  data  yang dikirimkan  melalui  koneksi  internet.  Setelah  itu aplikasi perangkat lunak dibuat untuk menampilkan data yang mudah dibaca pada smartphone .
Tabel 2. Komponen perangkat keras Komponen Spesifikasi Sensor arus ACS712 5A Modul microcontroller dan Wi-Fi Node MCU ESP8266 Catu daya HLK PM01 5V Casing Plastik ABS
Gambar 3. Desain casing alat monitoring energi
Perangkat  lunak  dibuat  sebagai  penghubung antara  pengguna  dengan microcontroller sebagai data  logger dari  sensor. Microcontroler ini terintegrasi  dengan  Wi-Fi  dan  internet  sebagai akses pertukaran data, sehingga data yang diperoleh oleh  sensor  di  dalam microcontroller dapat  dibaca oleh  pengguna.  Perangkat  lunak  ini  berupa  suatu aplikasi  yang  dapat  dijalankan  oleh smartphone dengan  sistem  operasi  Android.  Pada  aplikasi  ini mencantumkan  daya  listrik,  arus  yang  terukur,  dan konsumsi energi listrik total dalam kWh.

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN
Parameter  yang  akan  di- monitoring yaitu  arus listrik  (A)  dan  daya  listrik  (kWh)  yang  terpakai selama  waktu  pengujian.  Tampilan  antarmuka  dari smartphone yang telah dipasang aplikasi monitoring energi  seperti  diperlihatkan  oleh Gambar  4.  Berdasarkan  gambar  tersebut  dapat terlihat  bahwa  aplikasi monitoring energi  ini berfungsi dengan baik sesuai dengan perencanaan.
Gambar  5  menunjukkan  profil  daya  listrik  dari objek  AC  yang  diukur  dalam  periode  dua  hari pengukuran.  Secara  garis  besar  setiap  harinya  unit AC  dioperasikan  dalam  2  periode  yaitu  saat  tidur malam  dan  tidur  siang.  Pengukuran  dimulai  pada pukul  17:00  tiap  harinya.  AC  mulai  dioperasikan pada  malam  hari  pukul  20:00  hingga  pukul  01:52 pada  hari  pertama  dan  20:30  hingga  pukul  01:52 pada  hari  kedua.  Daya  yang  terukur  pada  malam hari berada pada interval 418-430 watt. Sedangkan
Gambar 4. Tampilan antarmuka aplikasi Android untuk monitoring energi listrik
Gambar 5. Profil daya listrik AC dalam dua hari pengujian
pada siang hari AC beroperasi selama 3,5 jam dan 3 jam pada hari pertama dan hari kedua dengan rata- rata daya yang terukur sebesar 447 watt. Perbedaan daya  yang  terukur  antara  siang  dan  malam  terjadi karena  pada  siang  hari  temperatur  udara  luar  lebih tinggi dari temperatur saat malam hari dengan rata- rata  beda  temparatur  4 o C  pada  saat  pengujian sehingga kompresor akan bekerja lebih berat untuk mencapai temperature set yang diinginkan.

## IV. K ESIMPULAN
Berdasakan  hasil  perancangan  dan  pengujian, prototype monitoring ini dapat bekerja dengan baik.
Sistem yang dirancang dapat melakukan monitoring jumlah daya konsumsi listrik AC selama beroperasi melalui software aplikasi  yang  terpasang  di smartphone .  Aplikasi  pada  perangkat mobile Android yang dibuat berhasil me- monitor parameter listrik  AC  seperti  arus  listrik  dan  daya  listrik  oleh suatu beban terhadap durasi dari pengoperasian AC.

## U CAPAN T ERIMA K ASIH
Penelitian  ini  didanai  oleh  DIPA  PNJ  dengan Nomor Kontrak: B.146/PL3.18/PN.00.03/2020.

## R EFERENSI
[1] M.  Muchlis  and  A.  D.  Permana,  “Proyeksi Kebutuhan Listrik PLN 2003 s.d. 2020,” Pengemb. Sist.  Kelistrikan  dan  Menunjang  Pembang.  Nas. Jangka  Panjang ,  p.  11  Halaman,  2003,  [Online]. Available: http://www.oocities.org/markal_bppt/publish/slistrk /slmuch.pdf.
[2]  Kementerian  Energi  dan  Sumber  Daya  Mineral, “Rencana  Usaha  Penyediaan  Tenaga  Listrik (RUPTL)  PT  PLN  (Persero)  2017- 2026.”  p.  644, 2017, [Online]. Available: http://www.djk.esdm.go.id/pdf/RUPTL/RUPTL PLN 2017-2026.pdf.
[3]  K. A. Rahman, A. Hariri, A. M. Leman, M. Z. M. Yusof, and M. N. M. Najib,  “Energy consumption in residential building: The effect of appliances and human  behaviour,” AIP  Conf.  Proc. ,  vol.  1831, 2017.
[4]  T.  D.  Hendrawati,  Y.  Wicaksono,  and  E.  Andika, “Internet  of  Things:  Sistem  Kontro l- Monitoring Daya Perangkat Elektronika,” J. Teknol. Rekayasa , vol. 3, no. 2, 2018.
[5]  I.  G.  P.  M.  Eka  Putra,  I.  A.  D.  Giriantari,  and  L. Jasa, “ Monitoring Penggunaan Daya listrik Sebagai Implementasi Internet of Things Berbasis  Wireless Sensor  Network,” Maj.  Ilm.  Teknol.  Elektro ,  vol. 16, no. 3, p. 50, 2017.
[6] S.  Sigit  and  F.  Setiawan,  “Alat Monitoring Tranformator  Menggunakan  Metode  Tracking Berbasis Arduino Pada PT. PLN,” J. CERITA , vol. 4, no. 2, 2018.
[7] R. T. Hudan, Ivan Safril, “Rancang Bangun S istem Monitoring Daya Listrik Pada Kamar Kos Berbasis Internet of Things ( Iot ),” J. Tek. ELEKTRO , vol. 08, no. 01, pp. 91 – 99, 2019.
[8] D.  Handarly  and  J.  Lianda,  “Sistem Monitoring Daya Listrik Berbasis IoT (Internet of Things),” J. Electron. Control Autom. Eng. , vol. 3, no. 2, 2018.
[9]  R.  Bharathi,  M.  Madhushee,  and  P.  Kumari, “Power  Comsumption Monitoring System  Using IoT,” Int. J. Comput. Appl. , vol. 173, no. 5, 2017.
[10] D.  Mocrii,  Y.  Chen,  and  P.  Musilek,  “IoT -based smart  homes:  A  review  of  system  architecture, software ,  communications,  privacy  and  security,” Internet of Things , vol. 1 – 2, pp. 81 – 98, 2018.
[11]  F.  AlFaris,  A.  Juaidi,  and  F.  Manzano-Agugliaro, Intelligent  homes’  technologies  to  optimize  the energy performance for the net  zero energy home , vol. 153. Elsevier B.V., 2017.
[12] R. Fernando, I. Wibawa, and C. Ekaputri,  “Sistem Kendali  dan Monitoring Penggunaan  Daya  Listrik Pada Perangkat Listrik Rumah Berbasis IoT,” in E- Proceeding of Engineering , 2018.
[13]  D.  Despa,  M.  A.  Muhammad,  A.  Suriananto,  A. Hamni,  G.  F.  Nama,  and  Y.  Martini,  “ Monitoring
dan Manajemen Energi Listrik Gedung Laboratorium Berbasis Internet of Things ( IoT ),”
Semin. Nas. Tek. Elektro 2018 , pp. 2 – 6, 2018.
[14]  G. Bedi, G. K. Venayagamoorthy, R. Singh, R. R. Brooks, and  K.  C.  Wang,  “Review  of  Internet  of Things  (IoT)  in  Electric  Power  and  Energy
Systems,” IEEE Internet Things J. , vol. 5, no. 2, pp.
847 – 870, 2018.
[15]  M.  Rubenstein,  D.  Handaya,  and  W.  Slamet, “Design  and  Implementation  of  Productivity Monitoring System  in  Rubber  Injection  Molding Machine in Real Time Based on Visual Studio and Android  Application,”  in IOP  Conference  Series: Materials Science and Engineering , vol. 384, no. 1,
2018.
[16]  D. Handaya, P. B. Laksono, and M. R. A. Cahyono, “Implementation  of Electronic  Industrial  Training Application  for  Industrial  Training  Management Based  on  Netbeans  and  Android,” J.  Pekommas , vol. 4, no. 1, p. 21, 2019.