## ALAT PENGUKUR PEMAKAIAN ENERGI LISTRIK MENGGUNAKAN SENSOR OPTOCOUPLER DAN MIKROKONTROLER AT89S52
Mery Subito 1 , Rizal 2
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Tadulako
1 Email: mery_subito@yahoo.com
Abstract  - kWh-meter  as  an  each  hour electrical energy consumption measurer is still using  conventional  tools  which  only  records the  amount  of  electrical  energy  used  in  each hour.  By  using  AT89S52  microcontroller  and optocoupler sensor,  the  conventional  kWh- meter was modified to be a measurer which is not  only display s  the  amount  of  the  used electrical  energy  but  also  shows  the  value  of money  in  rupiahs  that  should  be  paid  by  the customer.  The  principle  of  how  this  system works is PLN as a power source of kWh-meter moves the disc of kWh-meter when it is in the underload  condition.  When  the  disc  spin  and pass  the optocoupler sensor,  the  sensor  will turn  on.  Each  time  the  disc  cuts  the  beam  of light, the sensor will instruct the microcontroller,  the  main  controller,  to process the execution instruction. This execution  instruction  results  in  the  reading  of both  a number of  rounds  per  kWh  and  an amount of rupiahs display ed in LCD .
Keywords  :  kWh-meter,  microcontroller, optocoupler

## I. PENDAHULUAN
kWh-meter  merupakan  singkatan  dari kilo  Watt  hour adalah  suatu  alat  untuk mengukur  jumlah  pemakaian  energy  kWh- meter  listrik  dalam  setiap  jam.  Pada  awalnya, fungsi  kWh-meter  ialah  untuk  menghitung pemakaian  energi  listrik  secara  analog  yang ditampilkan dalam bentuk digit angka. Dengan perkembangan teknologi, memungkinkan untuk  merancang  dan  mendesain  suatu  kWh- meter  yang  sekaligus  dapat menampilkan  nilai rupiah  yang  harus  dibayar  sebagai  tagihan pemakaian energi listrik.
Perusahaan  penyedia  tenaga  listrik (PLN)  di  Indonesia  belum  bisa  menyediakan meteran yang secara otomatis dapat menampilkan  nilai  rupiah.  Perusahaan  hanya mampu  menyediakan  meteran  yang  mencatat
jumlah pemakaian energi listrik yang diletakkan di rumah-rumah pelanggan.
Masalah  yang  sering  terjadi  ialah  masalah kekeliruan  pencatatan karena  letak  meter  yang sulit  dibaca  oleh  mata  (disebabkan  letaknya cukup  tinggi  dari  permukaan  tanah)  sehingga tagihan menjadi tidak akurat.
Oleh  karena  itu  untuk  mengatasi masalah  diatas  penulis  mencoba  mengadakan pengujian  dengan  memodifikasi  kWh-meter konvensional  dengan  menggunakan  sensor optocoupler dan  mikrokontroller  AT89S52 untuk  menghitung  banyaknya  pemakaian energi  yang  harganya  ditampilkan  melalui monitor LCD sehingga  para  pelanggan  listrik dapat  dengan  mudah  mengetahui  besarnya tagihan listrik mereka dalam nilai rupiah.
Adapun  tujuan  dari  penelitian  ini adalah  merancang  dan  membuat  suatu perangkat  keras  dan  perangkat  lunak  yang dapat  mengukur  pemakaian  energi  listrik yang  sekaligus  dapat  menampilkan  nilai rupiah  dari  jumlah  pemakaian  energi  listrik tersebut.

## II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1.  Prinsip Kerja kWh Meter kWh-meter  sebagai    alat  penghitung pemakaian energi listrik, bekerja menggunakan metode induksi medan magnet dimana medan magnet tersebut menggerakan piringan  yang  terbuat  dari  alumunium. Model  konstruksi  dari  kWh-meter  ini ditunjukkan  oleh  gambar  1  dimana  pada bagian  piringan  terdapat  sumbu  yang berfungsi  untuk  menggerakkan  pencacah digit  sebagai  tampilan  jumlah  kWh-nya. Pada  bagian  inti  besi  berbentuk  U  dipasang dua  buah  belitan  arus  menggunakan  kawat berpenampang besar.  Inti besi berbentuk E-I dengan  satu  belitan  tegangan  dipasang  pada kaki tengah inti besi menggunakan
penampang  kawat  halus  namun  jumlah belitan tegangan lebih banyak.
Gambar 1 .  Alat Ukur Piringan Putar (kWh-
meter)
Piringan putar aluminium ditempatkan diantara  dua  inti  besi  U  dan  E-I.    Karena adanya  efek  elektromagnetis  dari  kedua  inti besi  tersebut  pada  piringan  aluminuim menimbulkan  arus  eddy  yang  menyebabkan torsi putar pada piringan. Piringan aluminium  berputar  bertumpu  pada  poros dengan  kecepatan  putar  sebanding  dengan daya  dari    beban  dalam  rentang  waktu tertentu.  Meter  piringan  putar  disebut kilo Watt hour meter (kWh-meter)
2.2 Sensor Optocoupler
Optocoupler adalah  piranti  elektronika yang  memanfaatkan  sinar  sebagai  pemicu on-off . Opto berarti optik dan coupler berarti pemicu. Jadi dapat diartikan bahwa optocoupler merupakan  suatu  komponen yang bekerja berdasarkan picu cahaya optik, yang terdiri atas dua bagian yaitu transmitter dan receiver .
1. Transmitter dibangun  dari  sebuah  LED infra  merah  yang  cahaya  tidak  terlihat oleh  mata  telanjang.  Jika  dibandingkan dengan  menggunakan  LED  biasa,  LED infra  merah  memiliki  ketahanan  yang lebih baik terhadap sinyal tampak.
2. Receiver dibangun dari sebuah phototransistor  yaitu  suatu  transistor yang  peka  terhadap  tenaga  cahaya.
Spektrum  infra  merah  yang  merupakan sumber  cahaya  menghasilkan  energi panas  yang  lebih  besar  dari  cahaya tampak.
Dasar  rangkaian  ditunjukkan  pada  gambar  2 dan  bentuk  fisiknya  ditunjukkan  pada gambar 3.
(a) (b) Gambar 2 . (a) Rangkaian dasar Optocoupler (b) Bentuk fisik optocoupler
Prinsip kerja dari optocoupler adalah : Jika  antara phototransistor dan LED terhalang maka phototransistor tersebut  akan off sehingga  keluaran dari kolektor akan berlogika high . Sebaliknya jika antara Phototransistor dan LED tidak terhalang maka phototransistor tersebut akan on sehingga keluarannya akan berlogika low. Dipasaran, optocoupler tersedia dengan  tipe  4N25/4N35  dan    mempunyai tegangan isolasi 7500 volt dengan kemampuan maksimal LED dialiri arus maju sebesar 3A.
2.3. Mikrokontroler AT89S52
Mikrokontroler adalah perangkat elektronika yang  dapat  mengerjakan  proses  yang bermacam  misalnya  pengendali  alat  ukur digital  untuk  mengukur  tegangan  sinyal input.  Fasilitas-fasilitas  yang  dimiliki  oleh sebuah mikrokontroler antara lain; timer/counter,  port  I/O,  serial  port,  Analog to Digital Converter (ADC). Proses pengendalian  ADC,  pemberian  sinyal-sinyal yang tepat pada display dikerjakan secara berurutan  pada  program  yang  ditulis  di ROM.  Penulisan  program  mikrokontroler pada  umumnya  adalah  menggunakan  bahasa assembly untuk mikrokontroler yang bersangkutan.
Mikrokontroler  menggunakan  atmel AT89S52 sebagai unit pemroses sentral yang akan merespon data dan menerima informasi dari encoder sesuai program yang ditanamkan  pada  kontroller.  Pada  gambar dibawah P0 digunakan untuk LCD .
Gambar 3 .  Minimum
SistemMikrokontroler AT89S52 2.4 Liquid Crystal Display ( LCD ) LCD berfungsi  menampilkan  nilai kWh  dan  rupiah.  Untuk  menggunakan LCD kita  harus  menginisialisasi  terlebih  dahulu karena  tanpa  inisialisasi  maka LCD tersebut tidak akan berfungsi. Gambar 3, menunjukkan model mikrokontroler
AT89S52      Pin  1  untuk  Vcc.  Pin  2  untuk ground . Pin 3 untuk pengaturan kontras LCD tapi dalam penulisan ini di ground-kan untuk kontras  yang  maximum  Pin  4  yaitu  RS ( register  select ),  0  untuk register perintah dan  1  untuk register data.  Pin  5  R/W ( read/write ) dalam rangkaian dibawah ditanahkan  jadi  hanya  bisa  untuk write saja. Pin  6  yaitu  EN  ( Enable  clock LCD )  jadi setiap pengiriman dan pembacaan data harus berlogika  1.  Pin  7-14  digunakan  untuk mengirimkan data/ output .
Gambar 4 . Rangkaian Mikrokontroler AT89S52 dan LCD

## III. METODOLOGI PENELITIAN
Metodologi yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Merancang perangkat lunak penghitung  pemakaian  energi  listrik menggunakan bahasa assembly 2. Merancang  dan  membuat  perangkat keras sistem 3. Pengujian  dan  pengambilan  data serta menganalisis data hasil perancangan. 4. Data  yang  diperoleh  tidak  disajikan dalam  bentuk  grafik  sehubungan dengan  tujuan  dari  penelitian  ini adalah  merancang  dan  membuat suatu  perangkat  keras  dan  perangkat lunak  kWh-meter  yang  sekaligus dapat menampilkan nilai rupiah yang harus dibayar oleh pelanggan PLN.
3.1.   Diagram Blok
Gambar 5 .  Diagram Blok Penghitung
Pemakaian Energi Listrik  Berbasis
Mikrokontroler kWh  meter  ini  bekerja  untuk menghitung  pemakaian  energi  listrik  yaitu dengan  menangkap  putaran  kWh  dengan menggunakan  sensor optocoupler .  Hasil yang  sudah  murni  akan  diolah  oleh mikrokontroler,  kemudian  ditampilkan  ke LCD . Baterai  dengan  kapasitas  6  Volt digunakan untuk menyuplai sensor optocoupler ,  mikrokontroler,  dan display
LCD apabila  terjadi  pemadaman  listrik secara  tiba-tiba  yang  dapat  mengakibatkan semua  sistem  tidak  bekerja,  oleh  sebab  itu baterai  ini  akan  tetap  mensuplai  ketiga bagian tersebut sehingga pada tampilan LCD
a k an selalu menampilkan pembacaan perhitungan putaran dan rupiahnya. 3.2.  Diagram Alir Prinsip  kerja  dari  peralatan  penghitung rupiah  kWh-meter  ini  dirunjukkan  dalam bentuk diagram alir berikut ini.
Mulai Inisialisasi LCD Membuat Tampilan dasar LCD Reset KWH dan Rp Pengenol = 0 ? Pulsa = 0 ? Tunggu sesaat untuk menunggu Bounching (fast delay) Pulsa = 0 ? Counter 10 (pembagi pulsa 10) Pulsa = 10 ? Tambah KWH 9 watt Tampilkan KWH ke LCD A B “ulang” Y Y A KWH > 20k KWH > 40k Tambah Harga dengan Rp 99 Tampilkan harga ke LCD B Tambah harga dengan Rp 55 Tambah harga dengan Rp 89 Y T Y Y Y Gambar 6 . Diagram Alir Penghitung Harga kWh-meter

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Cara kerja system kWh-meter ini tidak jauh  berbeda  dengan  system  kWh-meter yang  digunakan  oleh  pelanggan  PLN,  hanya saja  pada  sistem  ini  terdapat  beberapa tambahan  peralatan  yang  akan  mengubah tampilan  energi  listrik  menjadi  tampilan rupiah. Pada awalnya sistem ini disuplai dari PLN  sebagai  sumber  yang  kemudian  akan menggerakkan  piringan  kWh-meter  pada saat diberi beban, pada saat piringan tersebut berputar  akan  melewati  sensor optocoupler maka  sensor  akan  mengeksekusi  setiap  kali piringan  tersebut  melewati  atau  memotong cahaya pada optoucopler
dan akan
memerintahkan sistem mikroprosesor sebagai pengendali utama untuk
mengolahnya  menjadi  suatu  hasil  atau jumlah yang nantinya akan ditampilkan pada display  LCD dalam  bentuk  pembacaan putaran  per  kWh  dan  jumlah  rupiah  untuk pemakaian beban listrik per bulannya.
Gambar 7 .  Prinsip kerja putaran kWh meter
Input  data  yang  terdeteksi  oleh optocoupler pada  saat  piringan  kWh-meter melewati  sensor  ialah  data  yang  berupa sinyal  gelombang  sinusoidal  yang  nantinya akan  dirubah  menjadi  gelombang  bentuk kotak agar mikrokontroler bisa mengolahnya menjadi output yang dapat ditampilkan pada display LCD . Display LCD yang digunakan  adalah  tipe  HD44780U    dengan display 16x2  artinya  16  karakter  perbaris dengan  jumlah  baris  2  yang  mana  akan menampilkan jumlah  untuk  putaran  piringan kWh-meter  yang  terdeteksi  dan  jumlah hitungan rupiahnya selama sebulan.
Adapun  perhitungan  untuk  putaran  piringan per  kWhnya  adalah  didasarkan  pada  kWh- meter analog yaitu 900 putaran / 1 kWh, data ini  mengacu  pada  beberapa  poin  yang  telah ditetapkan yaitu :
- Jumlah kWh terpakai
- Harga per kWh
- Biaya pemakaian.
Dari ketiga poin diatas telah ditentukan  tarif  dasar  (sesuai  dengan  tarif dasar  listrik  (TDL)  tahun  2010  yang  telah ditetapkan  pemerintah)  yang  nantinya  akan dipakai pada perhitungan untuk penelitian ini . Adapun tarif tersebut ialah:
1. Untuk  pemakaian  20  kWh  terpakai, harga per kWhnya Rp. 275
2. Untuk  pemakaian  60  kWh  terpakai, harga per kWhnya Rp. 445
Beban
3. Untuk pemakaian 138 kWh terpakai, harga per kWhnya Rp. 495
Dengan  mengacu  pada  harga  diatas, dilakukan  konversi  yang  nantinya  akan diolah  dan  ditampilkan  pada display  LCD dalam bentuk tampilan digital.
Pengkonversian  dilakukan untuk  semua  data yang  berhubungan  dengan  kWh,  baik  untuk perhitungan  putaran  dan  harga  per  kWhnya. Adapun  konversinya  untuk  pemakaian  daya 900 kVA sebagai berikut :
 900 / 1 kWh atau 900 / 1000 Watt
- Jumlah putaran : =  180 Putaran
Jadi  untuk  jumlah  putaran  didapat 180 putaran untuk 0,2 kWh. - Jumlah rupiah : Penghitungan jumlah rupiah berdasarkan data yang telah ada pada PLN. a. Pada  20  kWh  terpakai,  harga  per kWhnya = Rp. 275
Untuk 0 – 20 kWh: Rp. 275
Jadi  jumlah  rupiah  untuk  20  kWh  yang terpakai, harga per kWhnya = Rp. 55 b. Pada    60  kWh  terpakai,  harga  per kWhnya = Rp. 445 Untuk 21 – 60 kWh : Rp. 445
Jadi  jumlah  rupiah  untuk  40  kWh  yang terpakai, harga per kWhnya : Rp. 89 c. Pada    kWh  terpakai  lebih  besar  dari  60, harga per kWhnya = Rp. 495
Untuk  > 60 kWh : Rp. 495
Jadi  jumlah  rupiah  untuk    kWh  yang terpakai, harga per kWhnya : Rp. 99
Dari  hasi  konversi  didapatkan  hasil penjumlahan  putaran  dan  jumlah  rupiah sebagai berikut :
- Untuk  jumlah  putaran  didapatkan jumlah putaran sebesar : 180 putaran / 200 Watt
a. Untuk pemakaian 20 kWh terpakai, Harga per kWhnya = Rp. 55 b. Untuk  pemakaian  21-60  kWh terpakai
Harga per kWhnya = Rp. 89
c. Untuk  pemakaian  lebih  besar dari 60 kWh terpakai Harga per kWhnya = Rp. 99 Data  ini  akan  dimasukkan  pada  program yang kemudian akan diolah oleh mikrokontroler  sehingga  dapat  ditampilkan pada display LCD dalam  bentuk  tampilan display digital. Perlu diketahui bahwa dalam penjumlahan  mikrokontroler  tidak  mengenal penjumlahan  dalam  bentuk  koma  (,)  maka semua jumlah untuk putaran serta rupiahnya dibagi  dengan  5  (lima)  sehingga  nantinya nilai  yang  dihasilkan  merupakan  nilai pembulatan.
Pada  saat  penekanan  reset,  jumlah total biaya kWh yang terhitung ditambahkan dengan  jumlah  beban  Rp  15.000  dan hasilnya  ialah  merupakan  biaya  keseluruhan yang akan dibayar oleh pemakai listrik untuk rumah  tangga  dengan  daya  terpasang  900 kVA.

## V. KESIMPULAN
Dari  hasil  perancangan  dan  pengujian dengan  menggunakan  beban  yang  akan dihitung  jumlah  pemakaian  energi  listriknya dapat disimpulkan bahwa :
1. kWh-meter  konvensional  yang  pada awalnya  hanya  dapat  menampilkan jumlah  pemakaian  energi  listrik  dapat dimodifikasi  menjadi  alat  yang  juga dapat  menampilkan  jumlah  rupiah  yang harus dibayar. 2. Untuk memodifikasi kWh-meter konvensional ini dapat digunakan sensor optocoupler yang akan membaca jumlah putaran piringan untuk kemudian disampaikan ke mikrokontroler AT89S52 yang akan mengolahnya menjadi  suatu  hasil  yang  ditampilkan pada display LCD .

## DAFTAR PUSTAKA
Putranto  A.  dkk. Teknik  Otomasi Industri Jilid  1.  Direktorat  Pembinaan  Sekolah Menengah Kejuruan, Direktorat Jenderal  Manajemen  Pendidikan  Dasar dan Menengah, Departemen Pendidikan Nasional : Jakarta, 2008.
Putra  Eko  A. Belajar  Mikrokontroler AT89C51/52/55 . Gava Media :
Yogyakarta, 2002.
Setiawan  R. Mikrokontroler  MCS51 .  Graha Ilmu : Yogyakarta, 2006. Simanjuntak, H.S.V., Dasar-Dasar
Mikroprosesor, Penerbit Kanisius. Sudjadi, Teori  dan  Aplikasi  Mikrokontroler ,
Penerbit Graha Ilmu. Tim  Lab.  Mikroprosesor, Pemrograman Mikrokontroler AT89S51 dengan C/C++  dan  Assembler, Penerbit  Andi Yokyakarta. Tarif  Dasar  Listrik  (TDL)  2010, Sesuai
Lampiran  Peraturan  Menteri  ESDM
No.  07  tahun  2010  tanggal  30  Juni 2010. Woollard  B., Elektronika  Praktis, PT. Pradnya Paramita, Cetakan Ketiga