## IMPLEMENTASI WIRELESS MONITORING ENERGI LISTRIK BERBASIS WEB DATABASE
Irwan Dinata, Wahri Sunanda Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Bangka Belitung e-mail: irwandinata@ubb.ac.id
Abstrak - Implementasi Wireless Monitoring Energi Listrik Berbasis Web Database ini dirancang untuk menggantikan  sistem  pengukuran  energi  listrik  secara  manual  dan  konvensional.  Perangkat  ini  terdiri  4 (empat) bagian yaitu sensor, processor, display dan network. Bagian sensor terdiri dari Current Transformer dan  AC  to  AC  Power  Adapter.  Processor  digunakan  Arduino  UNO  yang  akan  mengolah  hasil  sensor, display menggunakan Liquid Crystal Display (LCD) tipe untuk menampilkan data keluaran real time. Dan bagian  terakhir  yaitu  network  terdiri  dari  Ethernet  Shield,  3G  Router,  3G  Modem  untuk  komunikasi  ke Database  Server  sebagai  tempat  penyimpanan  tetap  dan  pengolahan  data  lebih  lanjut.  Pada  pengujian dengan total beban nominal 120 watt menunjukkan bahwa nilai V rms yang tampil di LCD Wireless Energy Monitoring sebesar 218 volt, nilai V rms hasil pengukuran Clamp Meter sebesar 216 volt. Untuk nilai I rms di LCD Wireless Energy Monitoritng 0,44 ampere, nilai I rms hasil pengukuran Clamp Meter 0,5 ampere. Nilai daya nyata di LCD Wireless Energy Monitoring 92 watt, nilai daya nyata hasil pengukuran Clamp Meter 84  watt.  Sedangkan  faktor  daya  di  LCD Wireless  Energy  Monitoring 0,97  dan  faktor  daya  hasil pengukuran Clamp Meter 0,99.
Kata kunci : wireless monitoring, real power, power factor.
Abstract  – Web  Database  based  wireless  device  for  monitoring  electricity  consumption  is  designed  to substitute manual and conventional measurement system. This device consists of sensor, processor, display and network. The sensor consists of current transformer and AC to  AC Power Adapter. The processor is Arduino  UNO  which     process  sensor output. Liquid crystal device (LCD) is  used to  display real  time output.    The    last    part    of    the    device    is  network  composed  of  Ethernet  Shield,  3G  Modem  for communication with Database Server as data further processing and storage. The testing with nominal total load 120 watt shows that Vrms value on LCD of the device is 218 volt, Vrms value measured with clamp meter is 216 volt. Irms value on LCD of the device is 0,44 ampere, Irms value measured with clamp meter 0,5 ampere. The real power value on LCD of the device is 92 watt, the  real  power  value  measured  with clamp  meter  is 84  watt. The power factor value on  LCD  of  the device is  0,97,  the  power  factor  value measured with clamp meter is 0,99.
Keywords : wireless monitoring, real power, power factor.

## I. PENDAHULUAN
Pertumbuhan  energi  listrik  terus  meningkat dari  waktu  ke    waktu      sejalan      dengan meningkatnya      kegiatan  ekonomi      dan kesejahteraan masyarakat. Peningkatan pertumbuhan  energi  listrik  tersebut  tentunya akan menghabiskan sumber energi tak terbaharukan yang ada sekarang jika pemanfaatannya tidak efektif dan efisien. Dalam pemanfaatan  energi  listrik  tersebut  terkadang tidak diketahui berapa banyak energi yang telah terpakai sehingga cenderung terjadi pemborosan energi  lisrik.  Oleh    karena    itu,    untuk
mengetahui  besarnya  energi listrik yang sedang terpakai, perlu dilakukan pengukuran penggunaan  energi  listrik  tersebut.  Pengukuran penggunaan energi  listrik ini  merupakan proses sebuah  manajemen  energi  listrik  yang  sangat penting sehingga  dengan mudah proses penghematan dan efisiensi bisa diperoleh.
Implementasi  Wireless  Monitoring  Energi Listrik  Berbasis  Web  Database  ini    dirancang untuk  mendapatkan  informasi-informasi  yang berhubungan  dengan  pengukuran  energi  listrik antara lain  Real  Power (Watt), Apparent Power (VA), Power Factor (%), Voltage RMS (V), dan Current  RMS  (A)  secara  real  time  yang  dapat
diakses  dari  Jaringan  Internet  kapan  saja. Pengukuran  seperti  diatas  biasanya  dilakukan dengan  menggunakan  alat  ukur  sederhana  dan pencatatan  masih  manual  sehingga  data  yang didapat  tidak  bisa  dilakukan  setiap  saat  dan hasilnya  terlalu  lama  untuk  didapatkan.  Sistem ini  terdiri  dari  perangkat  keras  dan  perangkat lunak yang saling terhubung sehingga informasi yang  disajikan  dapat  langsung  diakses  pada saat itu juga. Perangkat keras tidak dapat bekerja dengan  efektif    jika    perangkat    lunak    tidak dirancang    dengan  benar.  Perangkat  ini dirancang untuk menggantikan sistem pengukuran  energi  listrik  secara  manual  dan konvensional.
Perangkat ini  terdiri  4  (empat)  bagian  yaitu sensor, processor, display dan   network. Bagian sensor terdiri dari Current Transformer dan  AC to  AC  Power  Adapter.  Processor  digunakan Arduino UNO yang akan mengolah hasil sensor, display  menggunakan  Liquid  Crystal  Display (LCD)  tipe  untuk  menampilkan  data  keluaran real  time.  Bagian  terakhir  yaitu  network  terdiri dari  Ethernet  Shield,  3G  Router,  3G  Modem untuk  komunikasi  ke  Database  Server  sebagai tempat penyimpanan tetap  dan  pengolahan data lebih  lanjut.  Melalui  perangkat  ini  kita  dapat memantau penggunaan energi  listrik  setiap  saat tanpa  harus  mendatangi lokasi titik pengukuran tersebut.

## II. TINJAUAN PUSTAKA

## A. Arus Listrik
Arus  listik  adalah  mengalirnya  elektron secara kontinyu pada konduktor akibat perbedaan jumlah elektron pada beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama. Satuan arus listrik adalah Ampere. Satu ampere arus adalah mengalirnya  elektron  sebanyak  628  x  10 16 atau sama  dengan  satu coulumb  per  detik meliwati suatu penampang konduktor.
  ampere t q i  (1)
Dimana:
Q =  Banyaknya  muatan  listrik  dalam satuan coulomb
i =  Kuat Arus dalam satuan Amper.
t =  Waktu dalam satuan detik.

## B. Tegangan Listrik
Tegangan  atau  seringkali  orang  menyebut dengan  beda  potensial  ( voltage )  adalah  kerja yang  dilakukan  untuk  menggerakkan  satu muatan (sebesar satu coulomb ) pada elemen atau komponen  dari  satu  terminal  atau  kutub  ke terminal  atau  kutub  lainnya,  atau  pada  kedua terminal  atau  kutub  akan  mempunyai  beda potensial jika kita menggerakkan atau memindahkan muatan sebesar satu coulomb dari satu  terminal  ke  terminal  lainnya.  Keterkaitan antara  kerja  yang  dilakukan  sebenarnya  adalah energi  yang  dikeluarkan,  sehingga  pengertian diatas  dapat  disederhanakan  bahwa  tegangan adalah energi per satuan muatan.
Secara matematis:
  volt dq dw v  (2)

## C. Daya Listrik
Daya  pada  arus  bolak-balik  atau alternating current (ac) ada 3 macam yaitu daya aktif, daya reaktif dan daya nyata.
1.  Daya aktif
Daya  aktif  digunakan  secara  umum  oleh konsumen. Daya aktif inilah yang biasanya dapat dikonversikan  dalam  bentuk  kerja.  Satuan daya aktif  dinyatakan  dalam  watt.    Daya  aktif  ( real power ), didapat dari persamaan:
  kW I V P  cos . .  (3)
2.  Daya reaktif
Daya  reaktif  adalah  jumlah  daya  yang diperlukan  untuk  pembentukan  medan  magnet. Dari  pembentukan  medan  magnet.  Maka  akan terbentuk  fluks  magnet.  Satuan  daya  reaktif dinyatakan  dalam  VAr.  Daya  reaktif  ( reactive power ), didapat dari persamaan:
  r kVA I V Q  sin . .  (4)
3.  Daya nyata
Daya  nyata  adalah  penjumlahan  geometris dari  daya  aktif  dan  daya  reaktif.  Daya  nyata merupakan daya yang diproduksi oleh perusahaan  sumber  listrik  untuk  diditribusikan ke konsumen. Satuan daya nyata ini dinyatakan dalam  VA.  Daya  nyata  ( apparent  power ), didapat dari persamaan:
kVA kW    I V I V . cos . .   cos   kVA I V S .  (5)
Daya  aktif  dan  reaktif  didefinisikan  secara matematika sebagai berikut:
S Irms Vsrms JQ P    . (6)

## D. Faktor Daya
Faktor  Daya  bukan  merupakan  ukuran langsung  dari  efisiensi  output-to-input,  tetapi factor  daya  merupakan  ukuran  sebenarnya  dari bagaimana  kapasitas  sistem  tenaga  listrik digunakan.  Faktor  daya  atau power  factor (pf) didefinisikan  sebagai  perbandingan  antara  daya aktif ( real power ) dalam kW dengan daya nyata ( apparent  power )  dalam  kVA.  Persamaannya adalah:
Faktor Daya (pf)  = = =

## E. Arduino
Arduino  adalah  sebuah  mikrokontroler single-board yang  bersifat open-source seperti pada  Gambar  1. Hardware mikrokontroler Arduino  diprogram  dengan menggunakan bahasa pemrograman wiring-based yang berbasiskan syntax dan library .  Pemrograman wiring-based ini  tidak  berbeda  dengan  C/C++, tetapi  dengan  beberapa  penyederhanaan  dan modifikasi. Untuk memudahkan dalam
pengembangan aplikasinya, mikrokontroler
Arduino juga menggunakan Integerated Development  Environment (IDE)  berbasis processing .  Mikrokontroler  Arduino  dapat dipasangkan  dengan  bermacam-macam  sensor dan  aktuator  lainnya.  Adapun  sensor  dan aktuator  yang  dapat  dipasangkan  pada  Arduino seperti  sensor  gerak,  ultrasonik,  panas,  suara, Ethernet Shield , LED Display dan yang lainnya.
Gambar 1. Mikrokontroler Arduino UNO

## F. Sensor Tegangan
Sensor tegangan digunakan untuk mengambil data  besaran  tegangan  terhadap  ujung  terminal yang terhubung dengan beban. Pada aplikasinya sensor  tegangan  berupa  suatu  alat  yang  dikenal dengan AC  to  AC  Power  Adapter merupakan penurun tegangan rendah dari tegangan AC yang biasanya  kita  kenal  di  220  Volt.  Untuk menghindari  bekerja  langsung  pada  tegangan tinggi yang bisa membahayakan, sehingga AC to AC Power Adapter akan membantu menurunkan tegangan  menjadi  sebesar  9-12  AC  Volt. Keberadaan AC  to  AC  Power  Adapter sangat jarang  terdapat  dipasaran  dikarenakan  lebih cendrung AC  to  DC  Adapter ,  hal  tersebut dikarenakan  hampir  semua  peralatan  elektronik berdaya  rendah  menggunakan  tegangan  DC sebagai  sumbernya.  Sehingga  untuk  membuat AC  to  AC  Power  Adapter lebih  mudah  dibuat dari trafo biasa yang sering kita gunakan ketika membuat DC Power Supply.
Gambar 2. AC to AC Power Adapter

## G. Sensor Arus
Teknologi  sensor  arus  hampir  sama  dengan teknologi sensor  tegangan yaitu dengan menggunakan  trafo  arus  yang  dikenal  dengan Current  Trafo (CT)  dan  dengan  menggunakan teknologi  efek hall .  Sensor  ini  tergolong komponen yang memiliki tingkat stabilitas yang baik.  Jenis  sensor  arus  yang  banyak  dipakai adalah The  Yhdc  current  transformer dikenal sebagai  CT  sensor merupakan  inti  dari  sebuah pengukuran arus listrik bolak balik, sebuah non- invansive sensor  yang  dapat  mendeteksi  aliran arus yang melalui sebuah kawat penghantar.
Dalam  proses  induksi,  arus  listrik  yang melalui  kawat  sisi  primer  akan  menghasilkan sebuah  medan  magnet  pada  inti ferrite CT sensor.  Kawat  pada  sisi  sekunder  yang mengelilingi  inti  tersebut  menghasilkan  arus listrik  kecil  yang  proporsional.  Selanjutnya  CT
sensor dengan penambahan sebuah resistor kecil ( Burden  Resistor )  akan  menghasilkan  keluaran berupa  tegangan  yang  dapat  diukur  oleh Arduino.
Gambar 3. The Yhdc Current Transformer

## H. Ethernet Shield
Ethernet Shield merupakan perangkat tambahan
yang digunakan untuk menghubungkan  Arduino  ke  dalam  jaringan komputer  atau  internet. Shield ini  memakai WIZnet  W5100  Ethernet  Chip yang  dapat memberi  kemudahan  untuk  membuat  arduino dapat  diakses  secara online .  Penggunaan Shield ini disertai library Arduino untuk menulis sketch . Chip WIZnet W5100 Mendukung hingga empat koneksi soket secara simultan. Dalam menggunakan  perangkat  ini  cukup  dengan menancapkan Shield di  atas  Arduino  Uno  yang ada.  Begitupun  untuk  pemrogramannya  cukup menghubungkan  Arduino  dengan  komputer  via USB sebagaimana memprogram Arduino seperti biasa,  serta  menghubungkan Ethernet  Shield dengan  komputer  atau  hub  atau router ,  dapat menggunakan kabel UTP Cat5 dengan konektor RJ45.
Gambar 4. Ethernet Shield
I. Liquid Crystal Display (LCD) Kegunaan LCD banyak sekali dalam perancangan suatu sistem dengan menggunakan menggunakan  mikrokontroler,  LCD  dapat
berfungsi  untuk  menampilkan  suatu  nilai  hasil sensor,  menampilkan  teks,  atau  menampilkan menu pada aplikasi mikrokontroler. Modul LCD matrix  tersedia  dengan  konfigurasi  16  karakter dan  2  baris  dengan  setiap karakternya  dibentuk oleh  baris pixel .  Adapun  fitur  yang  disajikan dalam LCD ini adalah: 1.  Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris. 2.  Mempunyai 192 karakter tersimpan. 3.  Terdapat karakter generator terprogram.
4. Dapat dialamati dengan mode 4-bit dan 8- bit.
5.  Dilengkapi dengan back light

## Gambar 5. LCD 2x16

## III. METODOLOGI
Secara umum Implementasi Wireless Monitoring Energi Listrik Berbasis Web Database ini  dimulai  dengan  mengambil  keluaran  dari sensor tegangan dan sensor arus untuk kemudian diolah  oleh  Arduino  dan  ditampilkan  sebagai keluaran  berupa  Real  Power  (Watt),  Apparent Power  (VA),  Power  Factor  (%),  Voltage  RMS (V), dan Current RMS (A). Arsitektur sistem yang akan dibuat pada penelitian ini secara keseluruhan dapat dilihat pada gambar 5 dibawah ini.
3G Router + Modem (IP Public) Sensor Database Server (Port Forwarding) A2 A3 LCD ARDUINO UNO SPI ETHERNET SHIELD Client 1 (TABLET) Client 2 (PC) Rangkaian Prekondisi Sensor Arus Rangkaian Prekondisi Sensor Tegangan 12VAC ADAPTER Yhdc CT UTP Cable
Gambar 6. Arsitektur Sistem
Sensor Arus YhDC CT dan sensor Tegangan 12 VAC Adapter akan membaca kondisi arus dan tegangan  pada  titik  pengamatan.  Nilai  yang dikeluarkan  sensor  belum  bisa  dibaca  dengan
baik  oleh  Arduino  UNO  untuk  itu  diperlukan sebuah rangkaian prekondisi yang bisa membatasi  tegangan  keluaran  sensor  tersebut sekitar 1 Volt, sehingga tidak akan merusak Pin Analog  Arduino  (A2  dan  A3).  Selanjutnya Arduino  UNO  akan  mengolah  dan  melakukan perhitungan  nilai  pembacaan  tersebut  untuk ditampilkan  di  LCD  dan  dikirimkan  ke  Sensor Database Server secara berkala. Data yang telah tersimpan  di  Database  akan  mudah  dipanggil untuk  ditampilkan  dalam  sebuah  website aplikasi. Tentunya website  ini dapat diakses via LAN maupun Internet.

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada  pengujian  ini  bertujuan  untuk  melihat hasil  tampilan  aplikasi  Website    Energy Monitoring dari data hasil pengukuran yang telah tersimpan  di-database.  Data  pengukuranakan dipanggil kembali dan ditampilkan dalam bentuk grafik  serta  proses  otentikasi  user  sebagai pemilihan atas hak user dalam mengakses website tesebut.

## A. Grafik Pengukuran Real Time
Gambar 7. Tampilan Grafik Pengukuran Real Time
Dari  gambar  diatas,  ditampilkan  sekaligus dalam  bentuk  visualisasi  grafik  semua  data pengukuran  yang  tersimpan  di database .  Pada sumbu  x,  merupakan  tanggal  dan  waktu pengambilan  data,  sedangkan  pada  sumbu  y, satuan  dari  masing-masing  besaran  listrik  yang telah diukur. Nilai tersebut akan berubah setiap saat  dengan  data  sebanyak  40 plot  per  frame , dapat diketahui pemakaian listrik saat itu. Data yang  telah  ditampilkan  tetap  disimpan  di database sehingga dapat diambil dan ditampilkan kembali.

## B. Manajemen Laporan Pengukuran
Manajemen  Laporan  Pengukuran  digunakan untuk  membuat  laporan  hasil  penggukuran berdasarkan masing-masing registrasi pengukuran.  Gambar  8  memperlihatkan record data pada  sebuah field  database ,  yang  berisi informasi  pengukuran  seperti time,  date, realPower, apparentPower, powerFactor, voltageRMS,  currentRMS .  Pada  tanggal  20-23 Agustus  2014,  jam  19:22:41  s.d.  19:35:09  di tempat  “Pengukuran  A”  pada  seperti  yang terlihat  pada  gambar  9,  detail  pengukuran  Reg ID  P001  yang  berisi  informasi  pengambilan sampel  data  pengukuran  dalam  tampilan web . Dari  data  tersebut  juga  diperlihatkan    nilai minimal, maksimal dan rata-rata.
Gambar 8. Record Data Field Database

## Gambar 9. Tampilan Detail Pengukuran Reg ID P001

## V. KESIMPULAN
Dari  hasil  dan  pembahasan  yang  telah dilakukan  maka  didapat  beberapa  kesimpulan sebagai berikut:
1.  Pada pengujian dengan total beban nominal 120  watt  menunjukkan  bahwa  nilai  Vrms yang  tampil  di  LCD Wireless  Energy Monitoring sebesar 218 volt, nilai Vrms hasil pengukuran Clamp  Meter sebesar  216  volt. Untuk  nilai  Irms  di  LCD Wireless  Energy Monitoritng 0,44  ampere,  nilai  Irms  hasil pengukuran Clamp  Meter 0,5  ampere.  Nilai daya  nyata  di  LCD Wireless  Energy Monitoring 92  watt,  nilai  daya  nyata  hasil pengukuran Clamp Meter
84 watt.
Sedangkan  faktor  daya  di  LCD Wireless Energy Monitoring 0,97 dan faktor daya hasil pengukuran Clamp Meter 0,99. 2. Pada  website  aplikasi Wireless  Energy Monitoring yang  telah  dirancang,  berhasil
mengirimkan hasil pengukuran setiap saat ke
Database Server .

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Sunanda, Wahri dan Irwan Dinata.
“Penerapan  Perangkat  Wireless  Monitoring
Energi  Listrik  Berbasis  Arduino  dan Internet”.  Jurnal  Amplifier,  ISSN:  2089-
2020,  Volume  04  Nomor  02,  November
2014: 21-23.
[2] Arduino  Playground,  http://www.arduino.cc
[diakses pada 20 Oktober 2013].
[3] Open Enegy Monitor Project, http://openenergymonitor.org  [diakses  pada
20 Oktober 2013].
[4] Premeaux, Emery dan Brian Evans. “Arduino Project to Save The World”. Springer Science and  Business  Media.  New  York.  Chapter  7.
Staying Current. 2011.

## Biodata Penulis
Irwan  Dinata,  S.T.,  M.T. ,  Menamatkan pendidikan S1
di Jurusan
Teknik
Telekomunikasi  STT  Telkom  Bandung    tahun 2008  dan  S2  Wireless  Communication  Institut Teknologi Telkom Bandung tahun 2010. Mulai tahun  2010  bekerja  sebagai  Dosen  di  Jurusan Teknik  Elektro  Fakultas  Teknik  Universitas Bangka Belitung.
Wahri  Sunanda,  S.T.,  M.Eng. ,  Menamatkan pendidikan  S1  di  Jurusan  Teknik  Elektro
Universitas  Gadjah  Mada    tahun  2008  dan  S2 pada tempat yang sama tahun 2010. Mulai tahun 2010  bekerja  sebagai  Dosen  di  Jurusan  Teknik Elektro  Fakultas  Teknik  Universitas  Bangka Belitung.