Adlan B P., Bima W K., Dian K J., Faisal Z H., Thalia R Y e-ISSN  2549-3701
Rancang Bangun Pemutus Otomatis Charger Baterai Laptop dengan Algoritma Watchdog Berbasis Single Board Microcontroller
Adlan Bagus Pradana 1 ,Bima Wahyu K 2 ,Dian Kusuma J 3 , Faisal Zeqlyw H 4 , Thalia Roza Y 5 1,2,3,4,5 Universitas Gadjah Mada
e-mail: adlan.pradana@ugm.ac.id 1 Diterima: 31-03-2021
Disetujui: 14-07-2021                   Diterbitkan: 31-08-2021

## Abstract
Laptop is kind of device which recently used by students, teachers, workers, professionals or executives. As the electronics tools, Laptop is supported by a battery and charger. To save battery life, laptop users usually disconnect the charger from the laptop  while the indicator shows the battery is fully charged or when the laptop  is  turned  off.  However,  due  to practicality considerations, it  often  happens  that  the  AC side of  the charger is still connected to the voltage source. However, it was a waste condition. Because even though it's small, when the battery is full the charger still dissipates power. In this study, a device was designed and built which has the ability to disconnect the AC source from the charger when the DC charger side is not connected to the laptop. The watchdog algorithm is used to determine when the current should be cut off. The device is realized by using a Single Board Microcontroller (SBM) and a current sensor ACS712.
Keywords : Laptop Charger, Switch, Watchdog Algorithm

## Abstrak
Laptop  adalah  perangkat  yang  banyak  digunakan,  dari  kalangan  siswa,  guru,  pekerja,  profesional  atau eksekutif.  Laptop  didukung  oleh  baterai  dan  sebuah  charger.  Untuk  menghemat  usia  pakai  baterai, pengguna laptop biasanya mencabut sambungan charger ke laptop ketika indikator menunjukkan baterai sudah terisi penuh atau saat laptop mati. Namun karena pertimbangan kepraktisan, sisi AC charger tidak dilepas  sehingga  tetap  tersambung  ke  sumber  tegangan.  Kondisi  ini  sesungguhnya  merupakan  sebuah pemborosan.  Karena  walaupun  kecil,  dalam  keadaan  baterai  penuh  charger  tetap  mendisipasikan  daya. Pada  penelitian  ini  dirancang  dan  dibangun  suatu  alat  yang  memiliki  kemampuan  memutus  sambungan sumber AC ke charger ketika sisi DC charger tidak tersambung ke laptop. Algoritma watchdog dipakai untuk menentukan  kapan  arus  harus  diputus.  Piranti  ini  dirancang  dengan  menggunakan  Single  Board Microcontroller (SBM) dan sensor arus ACS712.
Kata Kunci : Charger Laptop, Pemutus Arus, Watchdog Algoritma,

## Pendahuluan
Dewasa  ini  laptop  sudah  tidak  lagi  menjadi  barang  mewah,  melainkan  sudah  menjadi  barang sehari-hari. Laptop digunakan mulai dari untuk belajar bagi para siswa/mahasiswa, berjualan bagi para  pedagang  online,  sampai  untuk  mendukung  kegiatan  kantor  bagi  para  pekerja  kantoran. Laptop ditenagai oleh baterai, dan baterai tersebut diisi oleh pengisi (charger) . Untuk menghemat usia baterai, biasanya pengguna mencabut sambungan charger ke laptop ketika baterai penuh atau  ketika  laptop  dimatikan.  Namun  karena  beberapa  faktor  seperti  susah,  jauh,  dan pertimbangan  penghematan  yang  dipandang  tidak  seberapa,  sambungan  antara  sumber tegangan  AC  ke charger tidak  ikut  dicopot.  Walaupun  daya  yang  didisipasikan  kecil,  namun
dengan jangka waktu yang lama dan jumlah laptop yang banyak akan menghasilkan pemborosan yang signifikan. Dilatarbelakangi hal ini timbullah ide untuk merancang dan membangun alat yang mampu  memutus  otomatis  sambungan  sumber  tegangan  AC  dan charger. Dengan  alat  ini charger tidak  lagi  mendisipasi  daya  yang  tidak  perlu.  tanpa  mensyaratkan  pengguna  laptop melepas  dan  menyambung  colokan charger .  Alat  yang  direncanakan  dalam  penelitian  ini menggunakan Algoritma Watchdog yang diimplementasikan melalui Single Board Microcontroller (SBM).
Penelitian tentang smart socket telah banyak dibahas sebelumnya. Smart socket sendiri memiliki  beberapa  istilah  seperti smart  plug,  smart  power, stop  kontak ataupun  soket  pintar. Beberapa  penelitian  tentang smart  socket diantaranya  Arto  (2019)  telah  merancang  bangun smart plug untuk sistem monitoring dan proteksi hubung singkat listrik yang akan memutus arus ketika beban menerima arus melebihi set point yang sudah ditentukan. Sedangkan, Wang (2015) mendesain  sistem smart  home menggunakan smart  plug yang  dapat  diakses  melalui  koneksi WiFi sehingga dapat  menghidupkan atau mematikan  daya  dari jarak jauh.  Adapun  Lee (2017) telah  melakukan  penelitian  tentang smart  plug yang  dapat  mengendalikan  catu  daya  secara otomatis menggunakan sensor dan dapat mengukur tegangan dan arus. Penelitian lainnya oleh Ramdan (2014) membuat lampu pintar berbasis LED dengan multi sensor yang menggunakan standar  soket  E27  untuk  mempermudah  pengguna  dalam  pemasangan.  Shinde  (2018)  dalam penelitiannya melakukan pengembangan terhadap pengendalian energi pada peralatan rumah tangga  berdasarkan  nirkabel smart  socket dan  IoT  tanpa  menggunakan  sensor.  Sedangkan, Hesti  (2018)  telah  merancang  bangun  terminal  stop  kontak  via  SMS  berbasis  mikrokontroler untuk  mengendalikan  peralatan  dengan  konsumsi  listrik  dari  jarak  jauh.  Penelitian  tentang prototype  telah  dilakukan  oleh  Ningrum  (2019)  dengan  membuat  prototipe  pembatas  dan pemutus  arus  listrik  pascabayar  pada  rumah  tangga  yang  dihubungkan  dengan  stop  kontak kemudian  jumlah  arus  terpakai  akan  dideteksi  oleh  sensor.  Penelitian  serupa  tentang  smart socket  dilakukan  oleh  Winoto  (2018)  yang  inovatif  untuk  edukasi  hemat  listrik  yang  dapat memutus daya dengan perintah dari smartphone yang terhubung ke internet.
Penelitian lainnya oleh Dahroni (2020) membuat prototipe smart power atau soket pintar yang dapat mengendalikan peralatan listrik melalui smartphone meskipun pengguna tidak berada di rumah. Adapun Vincent (2020) membuat purwarupa untuk stop kontak yang dapat dikendalikan dan dipantau menggunakan smartphone yang memanfaatkan teknologi IoT. Penelitian tentang algoritme dilakukan oleh Alfafa (2020) dengan menggunakan algoritma Cuckoo-Earthworm pada sistem smart home yang dilengkapi Raspberry Pi3 dan smart plug untuk memonitor energi yang digunakan  setiap  peralatan  dan  sebagai switch untuk  melakukan  penjadwalan.  Sedangkan Sudaryanto  (2020)  merancang  stop  kontak  pintar  menggunakan  SP  32  menggunakan  WiFi sehingga alat dapat dikontrol selagi terkoneksi dengan jaringan internet.
Pada alat smart socket ini digunakan pula sensor arus ACS712 untuk mendapatkan data arus  yang akan digunakan Arduino untuk dijadikan parameter pengontrol relay.  Berikut adalah penelitian  menggunakan  sensor  arus  ACS712  yang  pernah  dilakukan  sebelumnya.  Wilutomo (2017) merancang bangun monitoring arus dan tegangan serta kecepatan motor induksi 3 fasa menggunakan  sensor  ACS712.  Sedangkan,  Dalimunthe  (2018)  melakukan  pemantauan  arus listrik  menggunakan  sensor  arus  dan  mikrokontroler  yang  akan  memberikan  alarm  jika penggunaan  arus  listrik  melebihi  batas  yang  telah  ditentukan.  Selanjutnya,  Widiantoro  (2018) merancang  bangun  sistem  proteksi  arus  listrik  dan  tegangan  pada  kabel line listrik  berbasis mikrokontroler  Arduino  Mega  yang  terdiri  dari  komponen  sensor  Arus  ACS712  dan  sensor tegangan  Zmpt101B.  Senen  (2018)  melakukan  penelitian  dengan  memanfaatkan  sensor  arus
ACS712 pada perancangan prototipe alat ukur listrik AC dan DC berbasis mikrokontroler. Dalam penelitian Isnianto (2018) sensor arus ACS712 mampu membaca arus 0-0 A dengan rata-rata error 7,06 % pada monitoring tegangan, arus, dan daya secara real-time untuk perbaikan faktor daya  secara  otomatis  pada  jaringan  listrik  satu  fasa  berbasis  arduino.  Sedangkan  menurut Wibowo  (2018)  sensor  ACS712  digunakan  untuk  memantau  parameter  arus  listrik  pada implementasi  IoT  untuk  monitoring  dan  pengendali  sistem  hybrid.  Peneltiian  tentang  Ardianto (2019) bertujuan untuk mendesain alat untuk pengukuran pemakaian beban listrik rumah tangga menggunakan sensor arus ACS712 melalui mikrokontroler ATmega 328P. Menurut Leny (2019) menggunakan sensor arus ACS712 dan sensor tegangan ZMPT101B pada sistem current limiter dan monitoring arus serta tegangan menggunakan SMS untuk proteksi pada penggunaan beban rumah tangga.

## Metodologi Penelitian
Rancangan penelitian ini dapat dijabarkan dalam bentuk diagram sebagai berikut:
Gambar 1. Diagram Alur Penelitian
Pada penelitian ini dilakukan beberapa tahapan sebagaimana Gambar 1; studi literatur, perancangan alat, pembuatan alat, pengujian dan pengambilan data. Pada tahapan studi literatur dilakukan studi mengenai perancangan alat sejenis yang telah dilakukan di masa lalu.
Mulai Studi Literatur Perancangan Alat Pembuatan Alat Alat Sesuai ? Pengambilan Data Selesa i Tidak Ya
Gambar 2. Rancangan Alat
Tahapan  kedua  yaitu  perancangan  alat.  Komponen  yang  digunakan  untuk  memutus sambungan adalah relay. Karena berada di sisi AC, maka relay yang digunakan juga relay AC. Agar memiliki fitur bisa dilepas pasang ( plug and play ) dan ringkas digunakan terminal sebagai lubang tempat mencolokkan charger . Kriteria yang digunakan untuk menentukan penuh tidaknya baterai  adalah  besar  arus  yang  keluar  dari charger .  Mempertimbangkan  hal  ini  digunakanlah sebuah sensor arus. Sensor arus yang dipilih adalah ACS712 karena harganya yang murah dan rentang arusnya yang kecil, sesuai diaplikasikan untuk laptop. Dengan mempertimbangkan harga dan  fleksibilitas  pemrograman,  dipilihlah  Arduino  Uno  sebagai  SBM  yang  akan  dipergunakan. Algoritma yang akan ditanam pada SBM adalah Algoritma Watchdog , yaitu SBM akan membaca besar  arus  secara  terus  menerus.  Jika  arus  berada  di  atas  nilai  ambang,  maka  SBM  akan mengeluarkan  sinyal high  (on) ke  relay,  sehingga charger tetap  tersambung  ke  sumber. Sebaliknya saat besar arus di bawah ambang batas, SBM akan mengeluarkan sinyal low (off), sehingga relay akan terputus dari sumber.
Ketika kapasitas baterai rendah, pengguna  akan menyambungkan kembali charger ke laptop. Namun proses tersambungnya kembali charger ini tidak bisa terdeteksi secara elektronik. Hal ini disebabkan tidak ada  yang nilai berbeda antara charger tersambung ke laptop ataupun tidak. Untuk mengatasi hal ini, dibutuhkan intervensi pengguna untuk menyambungkan kembali sambungan  di  sisi  AC charger .  Proses  ini  dilakukan  dengan  menekan  tombol reset .  SBM  dan ACS712  merupakan  komponen  yang  membutuhkan  catu  daya  dari charger 5  Volt.  Untuk meminimalisir jumlah colokan yang digunakan, sambungan dari sumber tegangan AC sebelum relay, disambungkan ke charger .
Gambar 3. Proses Pembuatan Alat
Setelah  perancangan  selesai,  dilakukan  tahap  berikutnya  yaitu  pembuatan  alat.  Pada tahapan ini dilakukan perangkaian dan penyambungan pada komponen-komponen yang sudah direncanakan.  Tahapan  ini  dilakukan  di  Laboratorium  Mesin-Mesin  Listrik,  Departemen  Teknik Elektro dan Informatika, Sekolah Vokasi UGM.
Gambar 4. Rancangan Alat
Hal yang krusial pada perancangan alat ini adalah penentuan ambang batas arus untuk tetap  menutup  atau  membuka  relay.  Untuk  mendapatkan  nilai  ini  dilakukan  pengujian menggunakan beban laptop dengan merek ACER E5-475G. Diasumsikan bahwa laptop dengan merek lain juga akan menghasilkan data serupa. Didapatkan data bahwa ketika baterai  laptop belum penuh, pembacaan arus sebesar 1,78 A sementara saat charger tidak mengisi, terbaca arus  sebesar  0,33  A.  Dari  data  dan  dengan  mempertimbangkan  toleransi,  diambil  nilai  0,5  A sebagai nilai ambang SBM memerintahkan relay tetap menutup atau membuka. Aturan ini dapat dilihat  pada  Gambar  5.  Saat  nilai  arus  di  bawah  nilai  ambang  5  A,  alat  memutus,  sehingga pengisian baterai mati ( off ). Sebaliknya saat nilai arus di atas nilai ambang 5 A, alat menyambung, sehingga pengisian baterai hidup ( on )
Gambar 5. Grafik Nilai Ambang Keadaan Hidup ( On ) dan Mati ( Off )
Pada  pengujian  didapati  terjadinya  transien  nilai  arus.  Hal  ini  menyebabkan  alat membaca nilai arus di bawah ambang, padahal sesungguhnya baterai belum terisi penuh. Untuk mengatasi  hal  ini,  agar  yakin  bahwa  baterai  sudah  penuh,  digunakan  kriteria  pembacaan  di bawah  ambang  sebanyak  3  kali  dengan  jeda  sebesar  1  detik.  Hanya  jika  kriteria  ini  terpenuhi maka SBM akan mengeluarkan sinyal off . Aturan ini dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Grafik Output (Gambar Bawah) terhadap Pembacaan Sensor (Gambar Atas) pada Nilai Ambang di Bawah 3 dan di Atas 3 Detik
Pada detik ke-1, sensor arus membaca arus di bawah nilai ambang. Alat akan menunggu selama 3 detik. Karena baru 2 detik menunggu pembacaan  arus kembali di atas nilai  ambang (detik  ke-3),  maka  alat  tetap  mengeluarkan  sinyal  on.  Pada  detik  ke-4,  sensor  arus  kembali membaca  arus  di  bawah  nilai  ambang.  Setelah  menunggu  3  detik  (detik  ke-7),  sensor  tetap membaca arus di bawah nilai ambang, sehingga alat akan mengeluarkan sinyal off.
Dengan  menerapkan  nilai  ambang  dan  kriteria  3  detik  batas  ini Algoritma  Watchdog dapat digambarkan dalam diagram alir sebagaimana Gambar 7.
START Baca Nilai Arus Di Bawah Ambang? N = n + 1 N = 3 Relay Open Finish Tidak Ya Delay 1s Tidak Gambar 7. Algoritma Watchdog

## Hasil dan Pembahasan
Alat yang telah berhasil dirancang dan dibangun dipasang di laptop. Alat bekerja sebagaimana yang telah direncanakan, yaitu memutus sisi AC (Alternating Current) charger saat sisi DC (Direct Current) charger dicabut dari laptop. Ketika tombol reset ditekan, alat berhasil menyambungkan kembali sisi AC charger .
Gambar 8. Charger Laptop Tepasang dan Terhubung Tegangan AC
Gambar 9. Charger Laptop Dilepas Tegangan AC Terputus
Saat charger laptop  terhubung  dengan  sumber  aliran  listrik, charger akan  tetap mengkonsumsi daya . Daya yang dikonsumsi dapat dihitung dengan persamaan (1)
P  = I x V ……………………………………………………………..(1)
Keterangan :
W   = Daya (Watt/Jam) I =
Arus (A) V = Tegangan (V)
Maka, konsumsi daya charger P  = 0,33A x 19V = 6,27 Watt
Jika charger terus  menerus  terhubung  dengan  sumber  aliran  listrik  dengan  asumsi selama 8 jam maka konsumsi dayanya adalah sebagaimana berikut,
Konsumsi per hari = 6,27 Watt x 8 jam = 50,16 Watt-hour /Hari Hitungan per bulan = 50,16 Watt-hour x 30 hari = 1504,8 Watt-hour / bulan Hitungan per tahun = 1504,8 Watt-hour x 12bulan = 18057,6 Watt-hour /Tahun
Jika  1  kWh  =  0,79  kg  batubara.  Maka  18057,6  Watt-hour  setara  dengan  14,27  kg batubara  dalam setahun. Hal ini jika diakumulasikan dengan jumlah pengguna yang banyak tentu merupakan jumlah yang sangat signifikan, apalagi jika menimbang bahwa batu bara merupakan bahan bakar yang polutif dan terbatas.

## Kesimpulan
Alat yang direncanakan berhasil dirancang dan dibangun. Pada saat uji coba, alat juga berhasil bekerja sesuai  yang direncanakan. Penghematan pada sebuah  laptop hampir 15 kg batubara. Masih  ada ruang terbuka untuk pengembangan alat ini, misalnya dengan fitur  memutus ketika baterai penuh dan menyambung ketika baterai rendah tanpa perlu  intervensi  pengguna laptop untuk memutus dan menyambung sambungan charger ke laptop.

## Referensi
Alfafa, M. F., & Bilfaqih, Y. (2020). Desain Dan Implementasi Smart Home Konsumsi Daya Rendah Menggunakan Algoritma Optimisasi Cuckoo-Earthworm. Jurnal Teknik ITS , 9 (1), A73-A80. Ardianto, F., Eliza, E., & Saputra, R. (2019). Pendeteksi Pemakaian Beban Listrik Rumah Tangga. Jurnal Surya Energy , 4 (1), 338-344.
Arto, B., Winarno, B., & Hidayatullah, N. A. (2019). Rancang Bangun Smart Plug Untuk Sistem Monitoring Dan Proteksi Hubung Singkat Listrik. Jurnal ELTIKOM: Jurnal Teknik Elektro,
Teknologi Informasi Dan Komputer , 3 (2), 77-84. Dahroni, A., Pratama, M. F., & Putra, E. (2020). Pembuatan Prototype Smart Power Strip
Berbasis Mobile. KILAT , 9 (1), 18-27.
Dalimunthe, R. A. (2018). Pemantau Arus Listrik Berbasis Alarm Dengan Sensor Arus
Menggunakan Mikrokontroller Arduino Uno. In Seminar Nasional Royal (SENAR) (Vol. 1, No. 1, Pp. 333-338).
Hesti, E., & Marniati, Y. (2018). Rancang Bangun Kendali Terminal Stop Kontak Otomatis Via SMS ( Short Message Service ) Berbasis Mikrokontroler. Teknik Elektro ITP , 7 (1), 46-50.
Isnianto, H. N., & Puspitaningrum, E. (2018). Monitoring Tegangan, Arus, Dan Daya Secara Real Time Untuk Perbaikan Faktor Daya Secara Otomatis pada Jaringan Listrik Satu Fase Berbasis Arduino. Jurnal Nasional Teknologi Terapan (JNTT) , 2 (1), 31-36. Lee, S. H., & Yang, C. S. (2017). An Intelligent Power Monitoring And Analysis System For Distributed Smart Plugs Sensor Networks. International Journal Of Distributed Sensor Networks , 13 (7), 1550147717718462.
Leny, E. M., & Haryudo, S. I. (2019). Sistem Current Limiter Dan Monitoring Arus Serta Tegangan Menggunakan SMS Untuk Proteksi Pada Penggunaan Beban Rumah Tangga.
Jurnal Teknik Elektro , 8 (1), 39-46 Ningrum, R. F. (2019). Prototype Alat Pembatas Dan Pemutus Arus Listrik Pascabayar Pada
Rumah Tangga Berbasis Smartphone. Jurnal Teknik , 7 (2), 43-52 Ramdan, A., Prajitno, D. R., Herlan, H., & Gojali, E. A. (2014). Lampu Pintar Berbasis LED Dengan Multi Sensor. INKOM Journal , 7 (2), 67-73.
Senen, A. (2018). Perancangan Prototipe Alat Ukur Arus Listrik AC Dan DC Berbasis Mikrokontroler Arduino Dengan Sensor Arus Acs-712 30 Ampere. Jurnal Ilmiah Sutet ,
8 (1), 28-33.
Shinde, S. M., & Nanaware, J. D. (2018). IOT (Internet Of Things) Based Wireless Smart Socket. International Journal Of Engineering Trends And Technology (IJETT) , 55 , 56-60. Sudaryanto, A., Wahyudianto, A. E., & Rizaldi, A. (2020). Pengujian Stop Kontak Pintar Menggunakan ESP 32. Jurnal Teknologi Informasi Dan Komunikasi , 11 (2), 27-30. Vincent, V., Harryanto, J. V., Lubis, A. M., & Simatupang, J. W. (2020). Kotak Kendali Perangkat Elektronik Nirkabel Untuk Aplikasi Smart Home. Incomtech: Jurnal Telekomunikasi Dan Komputer , 10 (2),
Wang, L., Peng, D., & Zhang, T. (2015). Design of Smart Home System Based On Wifi Smart Plug. Int. J. Smart Home , 9 (6), 173-182.
Wibowo, S. A., Afandi, A. N., & Lestari, D. (2018). Implementasi Internet Of Things Untuk Monitoring Dan Pengendali Sistem Hybrid. In Prosiding Seminar Nasional Teknologi Elektro Terapan (Vol. 2, No. 1, Pp. 73-78).
Widiantoro, A., & Hidayat, A. N. (2018). Rancang Bangun Sistem Proteksi Arus Listrik Dan Tegangan Pada Kabel Line Listrik Berbasis Mikrokontroller Arduino Mega. Jurnal Teknik Elektro Dan Komputer TRIAC , 5 (1), 22-29. Wilutomo, R. M. M., & Yuwono, T. (2017). Rancang Bangun Memonitor Arus Dan Tegangan Serta Kecepatan Motor Induksi 3 Fasa Menggunakan Web Berbasis Arduino Due. Gema Teknologi , 19 (3), 19-24.
Winoto, P. A., Jati D. K. & Kurniawan R. (2018). Smart Socket Inovatif Untuk Edukasi Hemat Listrik, MAGE 2018 Iot Competition, 1(1), 1-13.