## Perancangan dan Implementasi WSN (Wireless Sensor Network) Pada Alat Ukur Energi Listrik

## Design and Implementation of WSN (Wireless Sensor Network) on Electrical Energy Measuring Instruments
Aprinal Adila Asril, Firdaus, Arsis Warman & Rahmifa Hendri
Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Padang Kampus Limau Manis Padang 25163 Telp. 0751-72590 Fax. 0751-72576 Email: aprinal@pnp.ac.id

## Abstract
WSN (Wireless Sensor Network) is a network consisting of several sensor nodes that form a collaboration in a WSN  technology  network  using  sensors.  The  WSN  system  can  be  implemented  on  an  electrical  energy  meter. Electrical energy measuring instrument (kwh meter) is important for the community because it is related to the amount of the electricity bill.  In the use of electrical energy, sometimes people do not know how much energy has  been  used  in  a  month,  so  there  is  often  a  waste  of  electricity.  The  main  purpose  of  this  system  is  in  the framework of transparency and provides information on per-kWh load rates in the use of electricity. The method used in making WSN implementation on this electrical energy measuring instrument is analyzing the problem,  designing  the  system,  making  the  system  up  to  system  testing.  By  carrying  out  these  steps,  the  WSN implementation  on  this  electrical  energy  measuring  instrument  can  provide  monitoring  effectiveness  and  can find out how much per-kWh costs in the use of electrical energy.
This system is programmed using the C language on Arduino. The devices used are Arduino Nano as the main controller, nRF24L01, ZMCT103C, LM358, LM2917N, and RTC. From the discussion it can be concluded that this  system  can  help  in  knowing  the  cost  of  electricity  usage  per-kWh  and  can  monitor  the  use  of  electrical energy using a PC (Personal Computer).
Keywords: Wireless Sensor Network, Arduino Nano, Electrical Energy Measuring Instrument

## PENDAHULUAN
Wireless  Sensor  Network  (WSN)  telah mendapatkan  popularitas  dalam  berbagai komunitas  riset  karena  pada  sistem  WSN ini menyediakan infrastruktur yang menjanjikan untuk berbagai aplikasi kontrol dan  pemantauan.  Jaringan  sederhana  dan murah ini memungkinkan proses pemantauan  dilakukan  dari  jarak  jauh secara  real-time  .  WSN  merupakan  suatu jaringan  wireless  yang  terdapat  beberapa node  yang  bisa  melakukan  komunikasi lansung  antara  node  satu  dengan  node lainnya dan dapat di aplikasikan dimanapun.  Sistem  WSN  ini  telah  banyak dibuat  dan  diteliti  oleh  peneliti-peneliti sebelumnya  contohnya  yaitu,  alat  untuk Perancangan  Jaringan  Sensor  Nirkabel Memantau Suhu dan Kelembaban
menggunakan  nRF24L01+  [1],  alat  untuk Algoritma  Deteksi  Dini  Kebakaran  Hutan
Berdasarkan  Jaringan  sensor  Nirkabel  [1], dan lain-lain.
Alat  ukur  energi  listrik  (kwh  meter) penting  bagi  masyarakat  karena  berkaitan dengan  besarnya  biaya  tagihan  listrik. Dalam pemanfaatan energi listrik terkadang masyarakat tidak mengetahui berapa banyak jumlah energi yang telah digunakan dalam  sebulan  sehingga  sering  terjadi pemborosan  energi  listrik.  Hal  ini  banyak dirasakan  oleh  masyarakat  yang  memiliki sebuah  rumah  kos  misalnya.  Di  setiap rumah kos memiliki penghuni  yang banyak dan  bervariasi  kebutuhan  energi  listriknya. Jika cara konvensional dengan menyeragamkan  besarnya  iuran  listrik perbulan  tentu  ini  tidak  efektif  dan  tidak adil terhadap kedua belah pihak.
Apabila  di  setiap  kamar  kos  diberikan  satu unit  kwh  meter  PLN,  maka  hal  ini  akan
dapat  memakan  biaya  yang  cukup  besar karena biaya pemasangan alat ukur tersebut cukup  mahal,  mulai  dari  harga  minimal Rp.421.000/unit  hinga  harga  maximal Rp.152.675.000/unit  [12].  Harga  tersebut sesuai  dengan  daya  yang  tersambung  atau tergantung kepada kebutuhan pelanggan Berdasarkan  hal  tersebut  diatas,  dibuatlah alat ukur energi listrik yang murah dari segi perangkatnya, kompatibel, dan penggunaannya  tidak  melanggar  hukum. Setiap individu alat ukur akan mengirimkan data  nirkabel  ke  satu  unit  pengumpul (logger)  yang digunakan tidak hanya untuk memantau  energi  listrik(wH)  alat  ini  juga mengukur parameter lainnya seperti Tegangan(V), Arus(I), Frekuensi(Hz), Daya Semu(VA),  Daya  Reaktis(VAR),  Daya Aktif(w), Factor Daya dan biaya yang harus dibayar(Rp),  sehingga  dari  latar  belakang diatas  maka  penulis  membuat  alat  yang berjudul  “Perancangan  Dan  Implementasi WSN (Wireless Sensor Network) Pada Alat Ukur Energi Listrik.”.
Adapun  tujuan  dari  pembuatan  penelitian yang diharapkan penulis adalah:
1. Mengimplementasikan  sistem  WSN
untuk memonitoring penggunaan
energi  listrik  pada  alat  ukur  energi listrik.
2. Membangun  komunikasi  antar node pada WSN.
3. Menanampilkan  parameter-parameter  energi listrik serta tagihan penggunaan energi listrik dalam satuan rupiah pada LCD
Manfaat  dari  pembuatan  penelitian  ini adalah:
a. Mempermudah kinerja pemilik rumah kos-kosan dalam megontrol penggunaan listrik oleh penghuni kos.
b. Penghuni kos dapat mengetahui biaya tagihan  energi  listrik  yang  digunakan selama satu bulan pemakaian.
c. Pemilik  kos  tidak  perlu  lagi  meminta tagihan  ke  tiap-tiap  kamar  penghuni, dengan  adanya  alat  ini  pemilik  kos dapat  memonitoring  dan  mengontrol pemakaian  energi  listrik  penghuni melalui  komputer,  apabila  ada  yang
menunggak  maka  pemilik  kos  bisa langsung mematikan listrik si penghuni  tanpa  ada  pemberitahuan sebelumnya

## METODOLOGI
Arsitektur Dasar Wireless Sensor

## Network  (WSN)
Pada  dasarnya  arsitektur  WSN hanya  terdiri  dari  beberapa  node  sensor yang dapat saling berkomunikasi satu sama lain. Komunikasi antar node dapat melakukan  pertukaran  data  dimana  setiap node sensor saling terhubung satu sama lain secara Ad Hoc dan mendukung komunikasi Multi Hop. Ad Hoc merupakan suatu fungsi dimana sebuah node sensor dapat melakukan  komunikasi  satu  sama  lain secara  langsung  tanpa  ada  perantara infrastruktur  jaringan  lain  seperti  router atau  akses  point,  karena  pada  node  sensor dapat berperan sebagai router atau perangkat  perantara ( Intermediate ).  Berikut bentuk  ilustrasi  dari  tiga  buah  node  sensor yang saling terhubung satu sama lain.
Gambar.1. Arsitektur  WSN  dengan  3 buah Node Sensor yang saling terhubung
WSN  juga  memiliki  kemampuan Multi Hop, dimana setiap node sensor dapat mengirim  data  ke  node  sensor  lain  dengan menggunakan  node  sensor  yang  ada  di tengahnya    sebagai  perantara  (berperan sebagai  router).WSN  dapat  terdiri  dari banyak sensor node dengan minimal sebuah Sink  Node.  Sink  Node  berperan  sebagai ujung dari sistem pada jaringan milik WSN berbasis  Ad  Hoc.  Sink  Node  berperan sebagai  pengumpul  data  ( data  collector ) atau  sebagai  gateway  (pintu  gerbang)  ke jaringan  public  (internet).  Sink  Node  juga berperan  sebagai  penyebar  paket  dari perangkat  atau  sistem  lain  ke  WSN,
misalkan  untuk  keperluan  pengendalian atau  konfigurasi  sensor node secara remote .[1]
Gambar.2. WSN  dengan  Sink  Node [2]
Komponen  Utama  Node  Sensor  pada WSN
Sebuah  node  sensor  memiliki  enam buah komponen utama untuk dapat menjalankan fungsinya dengan baik sebagai berikut:
a. Sensor
Sensor  merupakan  perangkat  elektronik yang  bertugas  melakukan  pemindaian  pada sebuah lingkupan ataupun objek fisik untuk kemudian  menghasilkan  data-data  hasil pemindaian  yang  dapat  diolah  menjadi informasi. Sensor tidak dapat bekerja tanpa adanya ADC (Analog to Digital Converter) dimana ADC akan mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital.
b. Transceiver
Transceiver  merupakan  suatu  komponen elektronik  yang  memadukan  komponen transmitter  dan receive r,  untuk  dapat melakukan fungsi transmisi dan penerimaan sinyal.  Pada  node  sensor transceiver membantu  tugas  dari controlle r,  terkait dengan sinyal analog dan sinyal digital dari hasil  pemindaian  oleh  node  sensor  yang dilakukan oleh sensor.
c. External memory
Merupakan memory tambahan yang diperlukan  untuk  penyimpanan  data-data hasil  pemindaian  maupun  penyimpanan proses dan eksekusi oleh program( aplikasi) dan sistem operasi (program memori).
d. Controller
Controller merupakan  perangkat  yang berfungsi  untuk  melakukan  pemorosesan
data,  kontrol  kendali  terhadap  fungsi  dari komponen  lainnya  pada  nod  sensor,  serta menampilkan  tugas-tugas  yang  dikerjakan oleh  komponen  lainnya  pada  node  sensor dan dan node sensor itu sendiri.
e. Power Source
Power  source  merupakan  sumber  energy listrik  tambahan  bagi  node-node  sensor pada  WSN.  Sebagaimana  yang  telah diketahui  bersama,  sumber  daya  (resource) energy  pada  WSN  (pada  node  sensor) bersifat  sangat  terbatas  dangan  hanya menghandalkan  sumber  dari  batrai,  untuk itu diperlukan adanya sumber energy listrik tambahan terutama untuk daerah  yang sulit menemukan sumber energy listrik.
f. Analog to Digital Converter (ADC)
ADC  merupakan  papan  elektronik  yang berfungsi  untuk  merubah  (convert)  sinyal analog  ke  dalam  bentuk  sinyal  digital.  Hal ini sebabkan karena inputan pada transducer  pada  node  sensor  berupa  sinyal analog  yang  harus  diubah  kedalam  bentuk sinyal  digital.  Apabila  sudah  dirubah menjadi sinyal digital maka akan diteruskan ke  controller  untuk  diproses  dan  disimpan ke server atau database.[1]

## Modul Komunikasi Wireless nRF24L01
NRF24L01  adalah  tranceiver  2.4GHz chip  tunggal  dengan  mesin  protokol baseband  tertanam  yang  cocok  untuk aplikasi nirkabel berdaya rendah. nRF24L01  dirancang  untuk  operasi  di  pita frekuensi ISM di seluruh dunia pada 2.400-
2.4835GHz.  untuk  mendesain  sistem  radio dengan nRF24L01, Anda cukup
membutuhkan  MCU  (mikrokontroler)  dan beberapa  komponen  pasif  eksternal.  Anda dapat mengoperasikan dan mengkonfigurasi nRF24L01 melalui Interface Serial
Peripheral  (SPI).  Peta  daftar,  yang  dapat diakses  melalui  SPI,  berisi  semua  register konfigurasi  dalam  nRF24L01  dan  dapat diakses di semua mode operasi chip .Mesin protokol  baseband  emmbedded  didasarkan pada  komunikasi  paket  dan  mendukung
berbagai  mode  dari  operasi  manual  untuk operasi  protokol  otonom  canggih.  FIFO internal  memastikan  kelancaran  aliran  data antara ujung depan radio  dan MCU sistem. Enhanced  ShockBurst mengurangi  biaya sistem  dengan  menangani  semua  operasi lapisan tautan berkecepatan tinggi.
Ujung depan radio menggunakan modulasi  GFSK.  ini  memiliki  parameter yang  dapat  dikonfigurasi  pengguna  seperti saluran frekuensi, daya output dan laju data udara.  nRF24L01  mendukung  kecepatan data  udara  250  kbps,  1  Mbps  dan  2Mbps. laju data udara  yang tinggi dikombinasikan dengan  mode  penghematan  daya  teo membuat  nRF24L01  sangat  cocok  untuk desain  daya  ultra  rendah.  NRF24l01  jatuh kompatibel  dengan  nrf24l01  dan  di  udara yang kompatibel dengan nrf24l01A, nrf24l02,  nrf24E1  dan  nRf24E2.  nilai pemblokiran intermodulation dan wideband di  nrf24l01  +  telah  meningkatkan  margin untuk  memenuhi  standar  regulasi  RF. regulator  tegangan  internal  memastikan Rasio  Penolakan  Pasokan  Daya  tinggi (PSRR)  dan  rentang  catu  daya  yang  luas. Modul  NRF24L01  dapat  ditunjukan  pada Gambar.3.[3]
Gambar.3. Modul nRF24L01 [3]

## Arduino Nano
Arduino  merupakan  board  sistem minimum mikrokontroler yang mempunyai sifat open  source .  Board  Arduino  ini menggunakan  IC  mikrokontroler  AVR yang merupakan produk dari Atmel. Pada Arduino Nano digunakan IC
mikrokontroler  ATmega  328  (Arduino Nano3.x) atau ATmega 168 (Arduino Nano 2.x).  Selain  bersifat  open  source  Arduino juga memiliki bahasa pemprograman sendiri  berupa  bahasa  C. Arduino  Nano
memiliki DC power jack, port USB Mini-B yang  digunakan  untuk upload  source  code program ke dalam mikrokontroler.
Gambar.4. Arduino Nano[4]
Modul Bluetooth HC-05
Pada perancangan skripsi ini dibutuhkan koneksi antara android smartphone  dengan  mikrokontroler  secara nirkabel,  maka  digunakan  media  Bluetooth sebagai sarana komunikasi. Modul Bluetooth  yang  digunakan  adalah  tipe  HC- 05.  Modul  Bluetooth  HC-05  merupakan modul  Bluetooth  yang  dapat  diatur  sebagai master  atau  slave.  Mode  master  adalah mode  dimana  Bluetooth  dapat  berfungsi sebagai  pengirim  dan  penerima  data, sedang  mode  slave  Bluetooth  hanya  dapat berfungsi  sebagai  penerima  saja.  Modul Bluetooth  HC-05  dapat  ditunjukan  pada Gambar.5 berikut.[4]
Gambar.5. Modul Bluetooth HC-05[4]
Serial RTC (Real Time Clock) DS3231
RTC merupakan alat yang digunakan untuk mengakses data waktu dan kalender.  RTC  yang  digunakan  adalah DS3231  yang  merupakan  pengganti  dari serial RTC tipe DS1307 dan DS1302. RTC mampu  mengakses  informasi  data  waktu mulai  dari  detik,  menit,  jam,  hari,  tanggal, bulan  dan  tahun.  Akhir  tanggal  pada  setiap bulan  akan  disesuaikan  secara  otomatis dengan kurang dari 31 hari dan juga mampu mengoreksi  tahun  kabisat.  Pada  DS3231 Operasi  jam  bisa  diformat  dalam  24  jam atau  12  jam  (AM/  PM).  Untuk  tatap  muka dengan suatu mikroprosesor dapat disederhanakan dengan menggunakan sinkronisasi  komunikasi  serial  I2C  dengan kecepatan clock 400Khz. Hanya
membutuhkan  2  saluran  untuk  komunikasi dengan  clock/RAM:  SCL  (serial  clock), SDA  (Serial  I/O  data),  dan  juga  dilengkapi dengan  keluaran  SQW/Out  yang  dapat deprogram  untuk  mengetahui  perubaaan data  waktu  pada  RTC  dan  pin  RST. DS3231  didesain  untuk  mengoperasi  pada power yang sangat rendah
dan mempertahankan  data  dan  informasi  waktu ± 1 microwatt.
Adapun karakteristik dari RTC tipe DS3231 yaitu:
- RTC  menghitung  detik,  menit,  jam, tanggal,  bulan,  hari  setiap  minggu  dan tahun      dengan  benar  sampai  tahun 2100
- Serial  I2C  untuk  pin  minimum  proses komunikasi RTC
- 2.0 – 5.5 Volt full operation
- Mempunyai kemasan 16 pin SOICs
- 3  simple  wire  interface  (  I2C  dan SQW/Out)
- Square  wave  output  yang  dapat deprogram
- Mempunyai  sensor  temperatur  dengan akurasi ± 3 Celcius.
Adapun  konfigurasi  pin  dari  RTC  DS3231 ditunjukkan sebagaimana gambar.6.[5]
Gambar.6. RTC DS3231[5]

## Sensor Arus
ACS712 merupakan suatu IC terpaket  yang mana berguna sebagai sensor arus menggantikan transformator arus  yang relative  besar  dalam  hal  ukuran.  Pada prinsipnya  ACS712  sama  dengan  sensor efek hall lainnya yaitu dengan memanfaatkan  medan  magnetik  disekitar arus kemudian dikonversi menjadi tegangan yang  linier  dengan  perubahan  arus.  Nilai variabel  dari  sensor  inimerupakan  input untuk mikrokontroler yang kemudian diolah.  Keluaran  dari  sensor  ini  masih berupa  sinyal  teganganAC,  agar  dapat
diolah  oleh  mikrokontroler  maka  sinyal tegangan  AC  ini  di  searahkan  oleh rangkaian  penyearah.  Module  sensor  arus dan rangkaian sensor arus dapat ditunjukan pada Gambar.5 dan Gambar.7.

## Gambar.7. Module Sensor Arus

## Komunikasi Serial
Komunikasi  serial  ialah  pengiriman data secara serial (data dikirim satu persatu secara  berurutan),  sehingga  komunikasi serial  lebih  lambat  dari  pada  komunikasi paralel. Komunikasi Serial dapat digunakan untuk  menggantikan  komunikasi p arallel jalur  data  8-bit  dengan  baik.  Tidak  saja memakan  biaya  yang  lebih  murah,  namun dapat  digunakan  untuk  menghubungkan dua  peralatan  yang  sangat  jauh  misalnya menumpang pada kabel telpon.
Agar  komunikasi  serial  dapat  bekerja dengan  baik,  data byte harus  diubah  ke dalam  bit-bit  serial  menggunakan  peralatan yang disebut shift register parallel-in serial- out,  kemudian  data  dikirimkan  hanya dengan satu jalur data saja. Hal yang serupa dikerjakan pada penerima, dimana
penerima  harus  mengubah  bit-bit  serial yang  diterimanya  menjadi  data  byte  yang persis  seperti  data  semula  pada  pengirim, dengan menggunakan shift register serial-in parallel-out.  Tentu  saja  jika  data  serial tersebut  dikirim  menumpang  jalur  telpon, maka dibutuhkan peralatan pengubah status digital  0s  atau  1s  menjadi  sinyal  suara audio.  Peralatan  seperti  ini  kemudian disebut  modem  (modulator/demudulator). Modulator  sebagai  pengubah  sinyal  digital menjadi sinyal audio, sebaliknya demodulator  adalah  sebagai  mengubah kembali sinyal audio menjadi sinyal digital. Pada  jarak  yang  sangat  dekat,  kita  dapat menggunakan  komunikasi  serial  sederhana dan  tidak  perlu  modulasi.  Seperti  yang dapat  kita  lihat  pada  hubungan  komputer kita dengan keyboard atau mouse.

## Prinsip Pengukuran Parameter Listrik

## Daya Rata-Rata
Tenaga  listrik  adalah  produk  tegangan dan  arus.  ADC  memberikan  input  sinyal analog tegangan dan arus di bentuk sampel digital.  Akumulasi  voltase (V [n]) dan arus (I  [n])  sampel  produk  dari  waktu  ke  waktu dan kemudian membagi total nilai akumulasi  dengan  jumlah  sampel  (N) memberikan  daya  rata-rata  yang  dapat dilihat pada persamaan 1 berikut.
Daya rata-rata
Untuk  arus  bolak-balik,  daya  rata-rata juga  harus  memperhitungkan  faktor  daya, yaitu  hubungan  fase  antara  tegangan  dan arus Daya AC aktif adalah V * I * cosθ, di mana  V  dan  I  adalah  tegangan  dan  arus RMS,  dan  θ  adalah  fasa  sudut  antara keduanya.  Nilai  sudut  fasa  pada  dasarnya tertanam  pada  sampel  tegangan  dan  arus. Oleh  karena  itu,  perhitungan  sudut  fase sebenarnya  mungkin  hanya  diperlukan untuk tujuan menghitung dan menampilkan daya faktor.

## Perhitungan Energi
Hal  ini  diperlukan  untuk  melakukan pengukuran  yang  sering  dilakukan  untuk mendapatkan  nilai  konsumsi  energi  sistem AC yang akurat. Itu sampling rate Fs harus berkali-kali  dari  frekuensi  suplai.  Jika  N adalah  sampel  total  dalam  detik  N  /  Fs, Energi  masuk  Istilah  watt  detik  dapat diperoleh dengan mengalikan N / Fs dengan daya rata-rata dapat ditujukan pada persamaan 2 berikut
.
Energi

## Perhitungan Tegangan dan Arus
Nilai  RMS  didefinisikan  sebagai  akar kuadrat  dari  nilai  rata-rata  kuadrat  nilai seketika  a  kuantitas  bervariasi  secara
berkala,  dirata-ratakan  dalam  satu  siklus yang  lengkap.  Persamaan  waktu  diskrit untuk menghitung Vrms adalah sebagai per yang  dapat  ditunjukan  pada  persamaan  3 berikut.
I  rms  dihitung  dengan  menggunakan persamaan  yang  sama  dengan  mengganti sampel  saat  ini,  I  [n]  sebagai  gantinya  V [n].

## Perhitungan  Daya  Nyata  dan  Daya faktor
Daya  nyata  dapat  dihitung  dengan mengalikan voltase sesaat  dan  arus  sesaat sesuai Persamaan 4.

## Daya nyata
Daya  faktor  dapat  diturunkan  dari  daya rata-rata dan daya nyata sesuai persamaan 5 berikut.[7]
Power Faktor =

## Perancangan dan Pembuatan Sistem
Perancangan  ini  dilaksanakan  melalui tiga  tahapan  penting,  yaitu  perangkat  keras hardware ,  perangkat  lunak software ,  dan bagian  mekanik.  Secara  garis  besar  bagian hardware terdiri dari rangkaian node sensor dan  rangkaian node indikator,  sedangkan untuk software terdiri  dari  perancangan flowchart dan listing  program. Sedangkan untuk  mekanik  terdiri  dari  perancangan PCB  dan  miniatur.  Sebelum  merancang perangkat  keras  terlebih  dahulu  harus merancang sistem berupa blok diagram dan sistem kerja dari keseluruhan alat.

## Blok Diagram Sistem
Blok diagram merupakan suatu pernyataan  gambar  yang  ringkas  dari gabungan sebab dan akibat antara masukan dan  keluaran  dari  suatu  sistem.  Blok diagram dapat mempermudah dalam menjelaskan  prinsip  kerja  alat  yang  akan dibuat.  Secara  umum  bentuk  blok  diagram
dari sistem kerja perancangan dan implementasi  Wireless  Sensor  Network (WSN)  pada  alat  ukur  energi  listrik  dapat ditunjukan pada gambar 7.
Gambar.8. Blok Diagram Sistem
Perancangan Hardware (Perangkat
Keras)
Rangakaian Sensor Arus
ZMCT103C merupakan suatu IC
terpaket  yang mana berguna sebagai sensor arus menggantikan transformator arus  yang relatif  besar  dalam  hal  ukuran.  Pada prinsipnya ZMCT103C sama dengan sensor efek hal lainnya yaitu dengan memanfaatkan  medan  magnetik  disekitar arus kemudian dikonversi menjadi tegangan yang linier dengan perubahan arus. Kemudian  di  lakukan  penguatan  pada sinyal    menggunakan  IC  LM  358  yang menghasilkan  sinyal  baik  yang  linier maupun  non  linier  terutama  dalam  sistem pengaturan  dan  pengendalian  analog.  Nilai variabel  dari  sensor  ini  merupakan  input untuk mikrokontroler yang kemudian diolah.  Keluaran  dari  sensor  ini  masih berupa  sinyal  tegangan  AC,  agar  dapat diolah  oleh  mikrokontroler  maka  sinyal tegangan AC ini di searahkan menggunakan signal  conditioning. Gambar 10 merupakan gambar sensor arus.
Gambar.9. Skematik  Rangkaian  Sensor Arus

## Rangkaian Sensor Tegangan
Sensor tegangan menggunakan transformator  tegangan  sebagai  penurun tegangan  dari  220  ke  5  Volt  AC  kemudian disearahkan menggunakan signal conditioning untuk mengubah tegangan AC ke  tegangan  DC,  kemudian  di  filter  setelah itu  masuk  kerangkaian  pembagi  tegangan untuk menurunkan tegangan, tegangan yang dihasilkan  tidak  lebih  dari  5  Volt  DC sebagai inputan ke mikrokontroler.
Kemudian  untuk  penguatan  pada  sinyal digunakan  IC  LM  358  yang  menghasilkan sinyal  baik  yang  linier  maupun  non  linier terutama  dalam  sistem  pengaturan  dan pengendalian analog.
Gambar.10. Skematik  rangkaian  Sensor

## Tegangan
Rangkaian Sensor Frekuensi ke

## Tegangan
LM2917  di  desain  khusus  sebagai pengubah  frekuensi  menjadi  tegangan. LM2917 mampu memberikan output 0 volt seketika  pada  waktu  frekuensi  berubah  0 Hz. LM2917 membutuhkan konfigurasi RC dalam  doubling  frekuensi  dan  memiliki zener regulator internal untuk menghasilkan akurasi dan stabilitas dalam proses konversi frekuensi ke tegangan. Sensor ini mendeteksi setiap perubahan frekuensi pada generator.  Frekuensi  yang  terdapat  dalam tegangan  AC  masuk  ke  sensor  frekuensi akan  dikonversikan  ke  dalam  bentuk tegangan  DC,  yang  kemudian  akan  masuk ke analog input pada mikrokontroler. Sinyal analog akan dikonversi menjadi nilai digital dengan ADC pada mikrokontroler sehingga dapat  diproses  dengan  metode  yang  telah ditentukan dalam mikrokontroler. Tegangan DC  yang  dihasilkan  mewakili  frekuensi yang terbaca.
Gambar.11. Konverter Frekueni ke Tegangan Rangkaian Node Indikator
Rangkaian node indikator akan menerima  data  dari  node  sensor  yang berperan  sebagai  transceiver.  Data  yang diterima  akan  diolah  oleh  mikrokontroler dan  data  tersebut  akan  diteruskan  ke komputer.
Gambar.12. Rangkaian Node Indikator

## Pembuatan Hardware
Sebelum  membuat  perangkat  keras terlebih  dahulu  harus  merancang  sistem berupa  diagram  blok  dan  sistem  kerja  dari keseluruhan  alat.  Diagram  blok  merupakan suatu  pernyataan  gambar  yang  ringkas  dari gabungan sebab dan akibat antara masukan dan  keluaran  dari  suatu  sistem.  Blok diagram dapat mempermudah dalam menjelaskan  prinsip  kerja  alat  yang  akan dibuat.  Secara  umum  bentuk  blok  diagram dari sistem kerja perancangan dan implementasi  Wireless  Sensor  Network (WSN)  pada  alat  ukur  energi  listrik  dapat ditunjukan pada gambar 13.
Pada  blok  diagram  pada  gambar  13, perancangan  dan  implementasi  WSN  pada alat  ukur  energi  listrik  menggunakan  dua buah  node  sensor  dan  satu  buah  node master.  Dalam  node  sensor  memiliki  tiga masukan  (input)  yaitu  sensor  arus,  sensor tegangan,  dan  konverter  frekuensi  ke tegangan.  Kemudian  data  masukan  akan diteruskan  ke  board  arduino  untuk  diolah sesuai  dengan  perintah  program.  Data
tersebut  akan  ditampilkan  pada  LCD sebagai output.
Sensor arus berfungsi sebagai pendeteksi  nilai  arus  yang  mengalir  pada rangkaian.  Sensor  arus  akan  mendeteksi arus  listrik  yang  mengalir  pada  kawat, sedangkan  sensor  tegangan  digunakan untuk  mengukur  tegangan  AC  yang  masuk kedalam  rangkaian.  Sebelum  tegangan  AC masuk  ke  rangkaian,  tegangan  akan diturunkan menggunakan transformator tegangan karena pada mikrokontroler hanya bisa  menampung  daya  inputan  sebesar  5V. Konverter  frekuensi  ke  tegangan  akan mendeteksi  setiap  perubahan  frekuensi. Fekuensi yang terdapat dalam tegangan AC masuk  ke  sensor  frekuensi  dan  akan  di konversikan  kedalam  bentuk  tegangan  DC yang kemudian akan masuk ke analog input pada mikrokontroler Arduino Nano. Arduino Nano akan menerima dan mengolah  data  dimana  sinyal  analog  yang terinput  akan  di  konversikan  menjadi  nilai digital dengan menggunakan ADC (Analog Digital  Converter) pada  mikrokontroler. LCD  akan  menampilkan  data  yang  telah diprogram.  Data  yang  telah  diproses  pada node sensor akan dikirim ke indikator node dan  akan  diolah  kembali  oleh  Arduino Nano  yang  ada  pada  indikator  node  untuk ditampilkan pada komputer sebagai interface pengontrolan.
Gambar 13. Diagram Blok Sistem

## Perancangan Software
Setelah melakukan perancangan perangkat  keras  langkah  selanjutnya  yaitu melakukan  perancangan  perangkat  lunak dengan  membuat  sebuah  flowchart  untuk menentukan bagaimana jalur proses program  berjalan.  Setelah  perancangan selesai,  selanjutnya  adalah  pembuatan
program  dengan  menggunakan  software Arduino (IDE). Proses pemograman diawali dengan  menulis  program  sumber  (source code).  Source  code  kemudian  di-compile dan  akan  menghasilkan  kode-kode  yang dapat  dimengerti  oleh  mikrokontroler.  file dengan  ekstensi*.ino  ini  yang  nantinya akan didownload ke mikrokontroler.
Flowchart  atau  bagan  alir  adalah  bagan (char) yang menunjukan alir (flow) didalam program atau prosedur sistem secara logika. Bagan  alir  (flowchart)  digunakan  terutama untuk  alat  bantu  komunikasi  dan  untuk dokumentasi.  Bentuk  dari  flowchart  dapat ditunjukan pada Gambar.14
Gambar.14. Flowchart Node Sensor
Pada  Gambar.14    merupakan  alur  kerja dari  Sensor  Node.  Start  merupakan  sebuah instruksi  untuk  menandakan  mulainya sebuah  program.  Setelah  start  maka program  akan  mengambil  data  dari  modul RTC  yaitu  berupa  data  waktu.  Setelah  itu data  RTC  akan  di  tampilkan  pada  LCD. Langkah  selanjutnya  yaitu  program  akan menghitung  nilai  rms  tegangan  dan  arus yang dihasilkan dari sensor arus dan sensor tegangan.  Selanjutnya  menghitung  daya nyata  dan  setelah  itu  mengambil  data frekuensi.  Kemudian  menampilkan  data daya  nyata,  arus,  frekuensi,  dan  tegangan pada  LCD.  Selanjutnya  menampilkan  daya total  dan  biaya  rekening  pemakaian  energy listrik pada LCD. Kemudian data uang telah didapat akan dikirimkan ke komputer.
Gambar. 15. Flowchart Indikator Node
Sedangkan  Gambar.15  merupakan  alur kerja dari Indikator node. Langkah pertama yaitu  Start.  Kemudian  indikator  node menerima  data  dari  node  sensor,  lalu  data tersebut  akan  diteruskan  ke  komputer  dan berakhir

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis Sistem Pada Alat perancangan dan implementasi  Wireless  Sensor  Network yang  telah  dibuat  menggunakan  arduino nano  sebagai  sistem  minimum  untuk mengendalikan semua komponen- komponen  yang tersimpan pada sistem dan sebagai  pengolah  data  dari  input  dan  akan dikeluarkan  melalui  output  display  dan transmitter yang akan mengirimkan data ke receiver . Alat ini bekerja berdasarkan input dan  perintah  yang  telah  di  program melalalui mikrokontroler,.
Dalam  pembuatan  alat  perancangan  dan implementasi  Wireless  Sensor  Network pada  alat  ukur  energi  listrik  dibuat menggunakan  tiga  buah  input  yaitu  Sensor Arus,  Sensor  Tegangan  dan  Konverter frekuensi  ke  Tegangan.  Sensor  arus berfungsi  sebagai  pendeteksi  arus  yang mengalir  dalam  rangkaian  elektronika menggunakan ZMCT103c memiliki 1:1000 lilitan  medan  magnetic  disekitar  arus kemudian  dikonversi  menjadi  tegangan yang  linear  dengan  perubahan  arus.  Nilai dari  sensor  arus  akan  menjadi  input  untuk mikrokontroler yang kemudian akan diolah. Mikrokontroler  hanya  mampu  menerima tegangan  sebesra  5V.  keluaran  dari  sensor arus  ini  masih  berupa  sinyal  tegangan  AC, untuk  dapat  diolah  oleh  mikrokontroler
maka  sinyal  tegangan  AC  ini  di  searahkan menggunakan
signal
conditioning menggunakan  LM358.  Dimana  sinyal  AC akan  dirubah  menjadi  sinyal  DC  dan dikondisikan  ke  bentuk  sinyal  sesuai dengan kebutuhan proses selanjutnya.
Sensor tegangan menggunakan transformator  tegangan  sebagai  penurun tegangan  dari  220  ke  5  Volt  AC  kemudian disearahkan menggunakan signal conditioning untuk mengubah tegangan AC ke  tegangan  DC,  kemudian  di  filter  setelah itu  masuk  kerangkaian  pembagi  tegangan untuk menurunkan tegangan, tegangan yang dihasilkan  tidak  lebih  dari  5  Volt  DC sebagai inputan ke mikrokontroler. Kemudian  untuk  penguatan  pada  sinyal digunakan  IC  LM  358  yang  menghasilkan sinyal  baik  yang  linier  maupun  non  linier terutama  dalam  sistem  pengaturan  dan pengendalian  analog.  Output  dari  sensor tegangan  ini  terhubung  pada  kaki  Analog Pin 1 pada mikrokontroler.
Konverter  frekuensi  ke  tegangan  yang
ditampilkan mengubah frekuensi
gelombang  yang  masuk  ke  FIN  menjadi tegangan  yang  keluar  di  V  out  pada LM2917.    Sinyal  yang  telah  dikonverter kemudian akan masuk ke analog input pada mikrokontroler  yang  terhubung  ke  Analog pin  2.  Sinyal  analog  akan  dikonversi menjadi  nilai  digital  dengan  ADC  pada mikrokontroler  sehingga  dapat  diproses dengan metode yang telah ditentukan dalam mikrokontroler. Tegangan DC yang dihasilkan mewakili frekuensi yang terbaca.
R3  pada  Gambar.12  berfungsi  sebagai pembatas arus diode zener internal sedangkan R1 dan D1 sebagai clipper yang akan memotong tegangan negative
gelombang sinus dari sekunder
transformator  step  down  yang  masuk  ke FIN dan membentuk gelombang kotak.
Setelah  semua  data  masuk  ke  mikro maka  data  tersebut  akan  diolah  dalam bahasa  program  dengan  memasukan  rumus parameter-parameter  lisrik  yang  digunakan untuk  mendapatkan  nilai  Tegangan,  Arus, Frekuensi,  Daya  Nyata,  Daya  Total,  dan nilai  tarif  energi  listrik  dalam  nilai  rupiah.
Data  parameter-parameter  energy  listrik tersebut akan di tampilkan pada display.
Setelah  menampilkan  data  node  sensor pada LCD maka data tersebut akan dikirim menggunakan  modul  nRF24L01  sebagai transceiver dan di terima oleh receiver pada node master. Data tersebut akan diolah oleh mikro dan akan dikirim ke PC/laptop .

## Analisis Pengujian Sensor Arus
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui  apakah  sensor  arus  dapat melakukan  sensing  arus  dengan  baik. Sensor  ini  dapat  mendeteksi  arus  yang mengalir pada rangkaian elektronika. Berikut  merupakan  hasil  pengujian  sensor arus dengan beban yang berbeda-beda dapat dilihat pada gambar 16,dan 17 .
Gambar.16. Arus Dengan Beban 3 Watt
Gambar.17 .  Arus dengan Beban Lampu 40 watt
Dari  gambar  16,  17,  dapat  dicari  dengan menggunakan rumus Daya yaitu
P=V × I I=P/V=40/220= 0,18 A Dari  hasil  perhitungan  diatas  dapat dilihat  perbedaan  antara  hasil  pengujian dengan hasil pencarian dengan rumus. Pada saat  pengujian  alat  pada  daya  40  watt didapatkan  arus    0,13  A,  tetapi  setelah dihitung  dengan  menggunakan  rumus  daya maka  didapatkan  hasil  sebsear  0,18  A, selisih tidak bigitu jauh .

## Analisis Pengujian Sensor Tegangan
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui  apakah  sensor  arus  dapat melakukan  sensing  tegangan  dengan  baik.
Berikut merupakan data dari hasil pengujian  tegangan  dapat  dilihat  pada Gambar 18.
Gambar.18. Hasil Pengujian Sensor Tegangan

## Pengujian Modul nRF24L01
Pengujian  modul  nRF24L01  bertujuan untuk mengetahui apakah modul nRF24L01 dapat bekerja sesuai dengan yang diharapkan  sehingga  dapat  melakukan komunikasi  serial  antar  sensor  node  dan master node.
Berikut adalah
langkah-langkah pengujian modul nRF24L01 :
1. Membuka aplikasi arduino untuk menuliskan  program  ke  dalam  lembaran kerja  arduino.  Program  yang  telah dituliskan dapat dilihat pada Gambar.19
Gambar.19. Pengujian Modul nRF24L01 dengan Arduino
2. Setelah program ditulis dan di upload ke arduino, sinyal komunikasi yang dihasilkan  oleh  komunikasi  serial  antar node  dapat  dilihat  pada  serial  plotter  di menu  bar  LCD  akan  menampilkan karakterdan  parameter-parameter  energi listrik sesuai dengan program yang telah
dibuat.  Hasil  pengujian  LCD  dapat dilihat pada gambar 20
Gambar.20. Data Penerima Modul nRF24L01
Berikut  merupakan  data  dari  hasil pengujian  modul  nRF24L01  dapat  dilihat pada Tabel 1.
Tabel  1.  Data  hasil  pengujian  Modul nRF24L01 No Jarak Koneksi (m) Status Koneksi 1 4 Terkoneksi 2 8 Terkoneksi 3 12 Terkoneksi 4 16 Terkoneksi 5 18 Terkoneksi 6 23 Terkoneksi 7 30 Terkoneksi 8 35 Terkoneksi 9 45 Terkoneksi 10 55 Terkoneksi 11 60 Terkoneksi 12 65 - 13 70 -

## Pengujian Pengujian LCD
Pengujian LCD bertujuan untuk mengetahui  apakah  LCD  sudah  bekerja sesuai  dengan  yang  diharapkan  sehingga dapat menampilkan karakter dan parameter- parameter  energi  listrik.  Berikut  adalah langkah-langkah pengujian LCD : 1. Membuka aplikasi arduino untuk menuliskan  program  ke  dalam  lembaran kerja  arduino.  Program  yang  telah dituliskan dapat dilihat pada Gambar.21
Gambar  .21. Pengujian  LCD  dengan Arduino
2. Setelah program ditulis dan di upload ke arduino,  maka  LCD  akan  menampilkan karakter dan parameter-parameter energi listrik sesuai dengan program yang telah dibuat.  Hasil  pengujian  LCD  dapat dilihat pada gambar 22.
Gambar.22. Tampilan LCD
Gambar .23. Perangkat terhubung ke
Laptop

## Prinsip Kerja Alat
Pada Alat perancangan dan
implementasi  Wireless  Sensor  Network yang  telah  dibuat  menggunakan  arduino nano  sebagai  sistem  minimum  untuk mengendalikan semua komponen-
komponen  yang tersimpan pada sistem dan sebagai  pengolah  data  dari  input  dan  akan dikeluarkan  melalui  output  display  dan transmitter yang akan mengirimkan data ke receiver. Alat ini bekerja berdasarkan input dan  perintah  yang  telah  di  program melalalui mikrokontroler,.
Dalam  pembuatan  alat  perancangan  dan implementasi  Wireless  Sensor  Network pada  alat  ukur  energi  listrik  dibuat menggunakan  tiga  buah  input  yaitu  Sensor Arus,  Sensor  Tegangan  dan  Konverter frekuensi  ke  Tegangan.  Sensor  arus berfungsi  sebagai  pendeteksi  arus  yang mengalir  dalam  rangkaian  elektronika menggunakan ZMCT103c memiliki 1:1000 lilitan  medan  magnetic  disekitar  arus kemudian  dikonversi  menjadi  tegangan yang  linear  dengan  perubahan  arus.  Nilai dari  sensor  arus  akan  menjadi  input  untuk mikrokontroler yang kemudian akan diolah. Mikrokontroler  hanya  mampu  menerima tegangan  sebesra  5V.  keluaran  dari  sensor arus  ini  masih  berupa  sinyal  tegangan  AC, untuk  dapat  diolah  oleh  mikrokontroler maka  sinyal  tegangan  AC  ini  di  searahkan menggunakan signal conditioning
menggunakan  LM358.  Dimana  sinyal  AC akan  dirubah  menjadi  sinyal  DC  dan dikondisikan  ke  bentuk  sinyal  sesuai dengan kebutuhan proses selanjutnya. Sensor tegangan menggunakan transformator  tegangan  sebagai  penurun tegangan  dari  220  ke  5  Volt  AC  kemudian disearahkan menggunakan signal conditioning untuk mengubah tegangan AC ke  tegangan  DC,  kemudian  di  filter  setelah itu  masuk  kerangkaian  pembagi  tegangan untuk menurunkan tegangan, tegangan yang dihasilkan  tidak  lebih  dari  5  Volt  DC sebagai inputan ke mikrokontroler.
Kemudian  untuk  penguatan  pada  sinyal digunakan  IC  LM  358  yang  menghasilkan sinyal  baik  yang  linier  maupun  non  linier terutama  dalam  sistem  pengaturan  dan pengendalian  analog.  Output  dari  sensor tegangan  ini  terhubung  pada  kaki  Analog Pin 1 pada mikrokontroler.
Konverter  frekuensi  ke  tegangan  yang ditampilkan mengubah frekuensi
gelombang  yang  masuk  ke  FIN  menjadi tegangan  yang  keluar  di  V  out  pada LM2917.    Sinyal  yang  telah  dikonverter kemudian akan masuk ke analog input pada mikrokontroler  yang  terhubung  ke  Analog pin  2.  Sinyal  analog  akan  dikonversi menjadi  nilai  digital  dengan  ADC  pada mikrokontroler  sehingga  dapat  diproses dengan metode yang telah ditentukan dalam mikrokontroler. Tegangan DC yang dihasilkan mewakili frekuensi yang terbaca. R3  pada  Gambar.12  berfungsi  sebagai pembatas arus diode zener internal sedangkan R1 dan D1 sebagai clipper yang akan memotong tegangan negative gelombang sinus dari sekunder transformator  step  down  yang  masuk  ke FIN dan membentuk gelombang kotak.
Setelah  semua  data  masuk  ke  mikro maka  data  tersebut  akan  diolah  dalam bahasa  program  dengan  memasukan  rumus parameter-parameter  lisrik  yang  digunakan untuk  mendapatkan  nilai  Tegangan,  Arus, Frekuensi,  Daya  Nyata,  Daya  Total,  dan nilai  tarif  energi  listrik  dalam  nilai  rupiah. Data  parameter-parameter  energy  listrik tersebut akan di tampilkan pada display.
Setelah  menampilkan  data  node  sensor pada LCD maka data tersebut akan dikirim menggunakan  modul  nRF24L01  sebagai transceiver dan di terima oleh receiver pada node master. Data tersebut akan diolah oleh mikro dan akan dikirim ke PC/laptop.

## SIMPULAN
Setelah  melakukan  tahap  perancangan dan  pembuatan  sistem  keudian  dulanjutkan dengan tahap pengujian dann analisa. Maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Implementasi  alat  ini  adalah  dalam rangka  transparansi  dan  memberikan informasi beban per-kWh kepada penghuni  kos  dengan  menggunakan sistem Wiereless Sensor Network sebagai komunikasi serial.
2. Hasil pengujian menunjukan komunikasi antar  node  dengan  menggunakan  modul nRF24L01  mampu  bekerja  dengan  baik
karena  tiap  node  dapat  berkomunikasi dengan mengirim dan menerima data. 3. Alat  ini  dapat  memberikan  informasi parameter-parameter  energi  listrik  dan menampilkan  harga  dalam  Rupiah  yang mesti dibayar oleh penghuni kos.

## SARAN
Sebagai saran pengembangan ada beberapa  hal  yang  dapat  diperbaiki  dari penelitian  ini  yaitu  dari  hasil  rancangan yang  telah  dilakukan  maka  diharapkan  alat ukur  ini  dapat  terkoneksi  internet  dan menggunakan database sebagai penyimpanan data pemakaian listrik selama 1  bulan  serta  bisa  digunakan  sebagai pengontrolan pemutusan daya listrik apabila terjadi penunggakan listrik

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Af’idah, Dwi Intan et all.(2014).”Perancangan Jaringan Sensor Nirkabel (JSN) untuk Memantau  Suhu  dan  Kelembaban
Menggunakan  nRF24L01+”.2.4.  (e- ISSN:2338-0403) 268
[2].  Qiang,  Cheng.(2014).”A  Forest  Early Fire  Detection  Algorithm  Based  on Wireless  Sensor  Network”.  166.3,73-
79
[3].  Sakhinatul  Putri,Y.  Suryono  .  Endro
Suseno,J.(2017).” Wireless sensor system  untuk  pengukuran  daya  listrik panel  surya”.  Youngster  Physics Journal,6.3,221-228 [4]. Putu Mastawan Eka Putra,I.G, Darminta,I.K,(2017),” Monitoring penggunaan daya listrik sebagai implementasi internet of things berbasis ESP8266”, Prosiding Sentrinov,3,313-327 [5]. Damar Aji,A. Dwiyaniti,M. Nitisasmita,K.M,(2015).” Prototipe sistem  pencatatan  kwh  meter  otomatis berbasis wireless
zigbee“,Politeknologi,14.2
[6].      Sudibyo  S,H.  Arum  W,A.  Gde Dharma Nugraha. Wibisono,G.(2015).”
Rancang  Bangun  Sistem  Lampu  Jalan Pintar  Nirkabel  Berbasis  Teknologi
Zigbee”, TESLA,17.1, 45-51 [7]. Harun Arrosyid,M. Tjahjono,A. Sunarno,E  .  “Implementasi  Wireless
Sensor  Network  Untuk  Monitoring Parameter  Energi  Listrik  Sebagai Peningkatan  Layanan  Bagi  Penyedia Energi Listrik”(PENS)Surabaya [8]. Fitriandi, Afrizal et all.(2016).”Rancang Bangun Alat Monitoring Arus dan Tegangan Berbasis  Mikrokontroler  dengan  SMS
Gateway”,10.2, 90-91
[9].  Ilmi,  AA.(2014).”Rancang  Bangun
Aplikasi Monitoring Sebagai Informasi Gas  Karbon  Monoksida  Pada  Jaringan Sensor Nirkabel. Manajemen Informatika & Teknik Komputer Surabaya”, STIKOM Surabaya. [10]. Kadir, Abdul.(2013).”Panduan Parkatis mempelajari Aplikasi Mikrokontroler  dan  Pemogramannya Menggunakan  Arduino”.Yogyakarta  : ANDI [11]. Sunanda, Wahri., Irwan Dinata.(2014).”Penerapan Perangkat Wireless  Monitoring  Energi  Listrik Berbasis  Arduino  dan  Internet”.  4.2 ISSN: 2089-2020.
[12]. Wibowo, Agung.(2017).”Biaya
Pasang
Baru Listrik”.[Online]. Tersedia:
https://infopln.com/2017/09/05/biaya- pasang-baru-listrik/. [16 Maret 2018]