10 Aug 2023

0. Abstrak

Studi yang dilakukan oleh Kurniawan (2020) berfokus pada pentingnya pemantauan penggunaan listrik dan mengeksplorasi cabang-cabang khusus dari pemantauan dan sub-metering. Penerapan teknologi terintegrasi dianggap sebagai cara yang paling efektif bagi pengguna untuk menghemat energi dan mengurangi biaya. Studi ini mengkaji kebijakan pemerintah Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) dalam mengkonversi kompor gas ke kompor listrik sebagai tahap uji coba. Kebijakan ini bertujuan untuk memberikan kompor listrik dua tungku secara gratis kepada 300.000 rumah tangga miskin di tiga wilayah: Denpasar di Bali, Solo di Jawa Tengah, dan Pulau Sumatra. Konversi dari kompor gas ke kompor listrik merupakan upaya pemerintah untuk mengurangi subsidi gas LPG 3kg yang dinilai kurang tepat sasaran.

Berdasarkan uraian tersebut, penulis merancang sebuah alat untuk tugas akhir yang berjudul “Analisis Perancangan Prototipe Sistem Monitoring KWh Meter Konsumsi Energi Kompor Listrik Menggunakan Robotdyn Arduino Uno Built-in WiFi Berbasis Internet of Thing’s Thinger.io”. Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah kuantitatif, dengan menggunakan penelitian dan pengembangan (R&D). Penelitian ini mengevaluasi tingkat presisi dan akurasi tegangan dan arus pada alat yang dirancang. Perbandingan antara alat desain sensor dan instrumen benchmark menunjukkan perbedaan minimal dalam pembacaannya. Namun, beberapa penyimpangan terlihat pada media elektronik yang digunakan, seperti pada rice cooker.

Penelitian ini menyimpulkan bahwa akurasi tegangan dan arus berbanding lurus dengan ketepatannya. Penyimpangan akurasi antara sensor SCT-013-050 dan wattmeter Minerhome dengan Tang Meter UNI-T UT202A cukup signifikan, dengan Tang Meter menunjukkan tingkat akurasi lebih dari 100%. Pengujian media elektronik, seperti lemari es dan setrika, tidak dilakukan karena banyaknya variabel yang terlibat, termasuk pengaturan suhu dan teknologi berbeda yang digunakan pada merek yang berbeda.

Penelitian ini juga menghitung biaya bulanan penggunaan kompor listrik, membandingkannya dengan kompor gas konvensional. Alat yang dirancang memperkirakan biaya yang relatif lebih mahal yaitu Rp. 53.885 dibandingkan dengan Rp. 23.000 untuk kompor gas, sehingga menghasilkan selisih Rp. 30.885. Namun, tarif aktual yang diukur dengan menggunakan tiga instrumen menunjukkan perbedaan yang signifikan, dengan estimasi total biaya sebesar Rp. 443.452 dibandingkan dengan Rp. 64.599.

Dalam hal pengujian validitas dan reliabilitas, alat yang dirancang menunjukkan tingkat akurasi dan presisi di atas 85%. Terlepas dari penghematan biaya yang dirasakan pada awalnya dari kompor listrik, penelitian ini menyoroti bahwa penggunaan yang terus menerus dan dalam jangka panjang dapat menyebabkan biaya yang lebih tinggi. Oleh karena itu, kompor listrik saat ini dipandang sebagai solusi alternatif ketika kompor gas konvensional habis secara tiba-tiba, hingga undang-undang lebih lanjut disahkan untuk meringankan beban biaya yang terkait dengan penggunaan kompor listrik.

Kata kunci: Robotdyn Arduino Uno, kWh Meter , ZMPT101B, SCT-013-050.

1. Latar Belakang Masalah

Pada saat ini kebutuhan listrik merupakan hal yang mutlak, untuk itu perlu adanya monitoring data listrik agar pemakaian listrik bisa terpantau dengan mudah (Kurniawan, 2020). Penelitian ini cabang pemantauan lebih spesifik dan sub-metering. teknologi yang terintegrasi merupakan salah satu cara efektif untuk pengguna melakukan penghematan energi maupun biaya.

Penelitian ini bertujuan menanggapi kebijakan pemerintah Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) yang tengah melakukan tahap uji coba konversi kompor gas ke kompor listrik dilihat dari sudut pandang teknik elektro. Kebijakan pemerintah tersebut dilaksanakan di tiga daerah yaitu Denpasar Bali, Solo Jawa Tengah dan Pulau Sumatra, dengan memberikan secara gratis kompor listrik dua tungku (daya 1000 – 1800watt) kepada 300.000 rumah tangga miskin (golongan listrik 450-900 VA) yang terdaftar dalam data terpadu kesejahteraan sosial (DTKS) Kementrial Sosial, dilihat dari sudut pandang teknik elektro apakah tepat guna lebih hemat atau sebaliknya. (Kompas 27 Sept 2022). Konversi kompor gas ke kompor listrik merupakan upaya untuk mengurangi subsidi gas elpiji 3kg yang dianggap pemerintah tidak tepat sasaran. Berdasarkan uraian tersebut diatas maka penulis merancang alat yang akan direalisasikan dalam tugas akhir dengan judul “ Analisa Rancang Bangun Purwarupa kWh Meter Sistem Monitoring Konsumsi Energi Kompor Listrik Menggunakan Robotdyn Arduino Uno Built-in WiFi Berbasis Internet of Thing’s Thinger.io

2. Illustration

3. Dokumen

  • Paper
  • Proposal Skripsi
  • Presentasi Seminar Proposal
  • Laporan Skripsi
  • Presentasi Sidang Pendadaran
  • Design 3D Model + Rendering

4. Presentasi Sidang Skripsi

5. Alat / Bahan

6. Skematik Rangkaian

7. Arduino Code

/*
   Catatan
   Nama Program   : beta_Uno_Slave_read_data
   3rd platform   : Thinger.IO
   TA Project     : Gilar M Mansur ft Budhi Prayoga,.ST,M.Eng
   NIM            : C1720201007
   Judul TA       : Analisa Rancang Bangun Purwarupa (KWH Meter)
                    Sistem Monitoring Konsumsi Energi pada Kompor Listrik
                    menggunakan Arduino Uno Berbasis Internet of Thing's Thinger.io
                    Berbasis Internet of Thing's (IoT)
   Deskripsi      : NodeMCu ESP8266 menerima data 2 sensor
                    (Tegangan dan arus) dari Arduino Uno
                    - LED 3mm biru                  :  6 pcs
                    - Active Buzzer                 :  1 pcs
                    - Sensor Tegangan               :  1 pcs
                    - Sensor Arus                   :  1 pcs
                    - Arduino Uno R3 Built-in Wifi  :  1 pcs
                    - Supply Power DC Adator 12V 2A :  1 pcs
                    - LCD 20x4 i2c                  :  1 pcs
                    - Fan 40x40mm 5VDC              :  1 pcs
                    - Fuse + Holder 10A max         :  1 pcs
                    - Rocker Switch 3pin            :  1 pcs
                    - Socket Outlet angka 8 AC      :  1 pcs
   Editor         : Budhi Prayoga,ST,.M.Eng
   Start Created  : 
   Last Update    : 15 Oktober 2022
   Revisi         : 1.0
   Version        : beta
   System         : Open Loop Monitoring

   Konfigurasi Upload Program
    Versi IDE     : 1.8.13
    Board         : Arduino Uno
    Programmer    : AVRISP mkII
    Baudrate      : 115200

   GPIO
     - LED WiFi_Hijau   : 2 (Connected)
     - LED WiFi_Merah   : 3 (Unconnected)
     - LED 4            : 4
     - LED 5            : 5
     - Buzzer           : 6
     - Pin S. Tegangan  : A0
     - PIN S. Arus      : A1
     - Pin i2c LCD      : SDA SCL

   ATTENTION
   Rubah switch mode 1,2,5, dan 6 untuk :
    1. Melihat data yang dikirim via serial monitor
    2. Mengupload Data suhu DS18B20 ke Thinger.IO

   Mode Switch
     +------------------------------+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
     |       Koneksi                |Pin 1|Pin 2|Pin 3|Pin 4|Pin 5|Pin 6|Pin 7|Pin 8|
     |UNO <-> ESP8266               |  ON |  ON |  X  |  X  |  X  |  X  |  X  |  X  |
     |USB <-> UNO (upload)          |  X  |  X  |  ON |  ON |  X  |  X  |  X  |  X  |
     |USB <-> ESP8266 (upload)      |  X  |  X  |  X  |  X  |  ON |  ON |  ON |  X  |
     |USB <-> ESP8266 (komunikasi)  |  ON |  ON |  X  |  X  |  ON |  ON |  X  |  X  |
     |USB <-> UNO <-> ESP8266       |  ON |  ON |  ON |  ON |  X  |  X  |  X  |  X  |
     |Independent                   |  -  |  -  |  -  |  -  |  -  |  -  |  -  |  -  |
     +------------------------------+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+

   LIBRARY
     0. LCD         : https://github.com/fdebrabander/Arduino-LiquidCrystal-I2C-library
     1. Sensor Arus :

   Tutorial
     0. LCD
        Scrolling Text || LCD 20x4 scrolling text display Arduino || Text moving left to right || Arduino.
        https://www.youtube.com/watch?v=kgGNVYJPjjY
     1. Sensor Tegangan
     2. Sensor Arus
*/

#include <ArduinoJson.h>

#include "EmonLib.h"                // Include Emon Library

//LCD 20x4 i2c Start
#include <LiquidCrystal_I2C.h>      //library LCD i2c
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 20, 4);

EnergyMonitor emon1;                // Create an instance

StaticJsonDocument<1000> doc;

int LED_WiFi_Hijau = 2; //LED WiFi Hijau terhubung
int LED_WiFi_Merah = 3; //LED WiFi Merah Tidak Terhubung
int buzzer = 6;

float supplyVoltage = 0;
float Irms = 0;

float realPower = 0;
float powerFActor = 0;
float apparentPower = 0;
float average = 0;
float currentBiaya;
float previousBiaya;
float pf = 0;
float Daya;
float kWh;

void setup() {
  Serial.begin(115200);

  pinMode(LED_WiFi_Hijau, OUTPUT);
  pinMode(LED_WiFi_Merah, OUTPUT);
  pinMode(buzzer, OUTPUT);

  lcd.begin(20, 4);
  lcd.init();
  lcd.backlight();

  //https://community.openenergymonitor.org/t/calibration-and-parameters-in-emonlib/6855
  //https://learn.openenergymonitor.org/electricity-monitoring/ctac/how-to-build-an-arduino-energy-monitor
  //voltage constant = 230 * 11 /(9*1.20) = 234.26
  //https://learn.openenergymonitor.org/electricity-monitoring/ctac/ct-and-ac-power-adaptor-installation-and-calibration-theory
  emon1.voltage(1, 234.26, 1.7);  // Voltage: input pin, calibration, phase_shift
  emon1.current(0, 35);           // Current: input pin, calibration.
  //emon1.current(0, 111.1);
  
  state();
}

void loop() {
  emon1.calcVI(20, 2000);                           // Calculate all. No.of half wavelengths (crossings), time-out
  realPower     = emon1.realPower;            //extract Real Power into variable
  powerFActor   = emon1.powerFactor * 180;    //extract Power Factor into Variable
  apparentPower = emon1.apparentPower;        //extract Apparent Power into variable
  Irms          = emon1.calcIrms(1480); //calculate Irms only
  //Irms          = emon1.calcIrms(1000) + 0.11;
  supplyVoltage = emon1.Vrms - 2.0;           //extract Vrms into Variable

  for (int i = 0; i < 5; i++) {
    average = average + Irms;
  }
  average = average / 5;

  //pf    = (cos (powerFActor * 3.1415 / 180)) - 0.3;
  pf    = (cos (powerFActor * 3.1415 / 180));
  Daya  = Irms * supplyVoltage * pf;   //extract Daya into Variable
  kWh   = Daya / 1000;
  currentBiaya = 1352 * kWh;

  if (Serial.available() > 0) {
    serializeJson(doc, Serial);
    int reading = Serial.read();
    if (reading == 1) { //ketika WiFi belum terhubung
      digitalWrite(LED_WiFi_Hijau, HIGH);   //LED Hijau p6 ON
      digitalWrite(LED_WiFi_Merah, LOW);    //LED Merah p7 OFF
    }
    else if (reading == 2) { //ketika WiFi sudah terhubung
      digitalWrite(LED_WiFi_Hijau, LOW);   //LED Hijau p6 OFF
      digitalWrite(LED_WiFi_Merah, HIGH);    //LED Merah p7 ON
    }
  }

  if (supplyVoltage < 15) {
    supplyVoltage = 0; Irms = 0; average = 0;
    powerFActor = 0; pf = 0;
    Daya = 0; kWh = 0;
    currentBiaya = 0;
  }

  /*if (Irms < 0.150) {
    Irms = 0;
    powerFActor = 0; pf = 0;
    Daya = 0; kWh = 0;
    currentBiaya = 0;
    previousBiaya = 0;
  }*/

  //menampilkan di serial monitor
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print(supplyVoltage, 1);  // angka 1 merupakan banyaknya angka dibelakang koma
  lcd.print(F(" V | "));
  lcd.print(Irms, 3);           // angka 3 merupakan banyaknya angka dibelakang koma
  lcd.print(F(" A "));

  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print(F("PF: "));
  lcd.print(abs(pf));

  lcd.print(F(" DY: "));
  lcd.print(abs(Daya));           // angka 3 merupakan banyaknya angka dibelakang koma
  lcd.print(F("W"));

  lcd.setCursor(0, 2);
  lcd.print(F("kWh: "));
  lcd.print(abs(kWh));             // angka 6 merupakan banyaknya angka dibelakang koma
  lcd.print(F(" / Jam"));

  lcd.setCursor(0, 3);
  lcd.print(F("CBiaya: Rp. "));
  lcd.print(abs(currentBiaya));

  //kirim data nilai tegangan dan arus ke thinger.io
  doc["VAC"]    = supplyVoltage;
  doc["Arus"]   = Irms;
  doc["PFactor"] = pf;
  doc["Daya"]   = Daya;
  doc["kWh"]    = kWh;
  doc["Biaya"]  = currentBiaya;
  
  delay(2000);
}

void state(){
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(000.0, 0);
  lcd.print(supplyVoltage, 1);  // angka 1 merupakan banyaknya angka dibelakang koma
  lcd.print(F(" V | "));
  lcd.print(0.000, 3);           // angka 3 merupakan banyaknya angka dibelakang koma
  lcd.print(F(" A "));

  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print(F("PF: "));
  lcd.print(abs(0.00));

  lcd.print(F(" DY: "));
  lcd.print(00.000, 3);           // angka 3 merupakan banyaknya angka dibelakang koma
  lcd.print(F("W"));

  lcd.setCursor(0, 2);
  lcd.print(F("kWh: "));
  lcd.print(abs(0.00));             // angka 6 merupakan banyaknya angka dibelakang koma
  lcd.print(F(" / Jam"));
  
  if (currentBiaya < previousBiaya) {
    lcd.setCursor(0, 3);
    lcd.print(F("CBiaya: Rp. "));
    lcd.print(0);
    previousBiaya = currentBiaya;
  }
  else {
    lcd.setCursor(0, 3);
    lcd.print(F("PBiaya: Rp. "));
    lcd.print(0);
  }
  delay(3000);
}

8. Galeri

9. Data Hasil Percobaan

10. Video Demo

11. Kesimpulan

Berdasarkan data hasil penelitian dan pengujian yang telah diuraikan tentang analisa Rancang Bangun Purwarupa kWh Meter Sistem Monitoring Konsumsi Energi Kompor Listrik Menggunakan Robotdyn Arduino Uno Built-in WiFi Berbasis Internet of Thing’s Thinger.io, maka dapat disimpulkan sebagai berikut.

  1. Membuat rancang bangun purwarupa kWh Meter sudah sesuai dengan teori. Purwarupa kWh meter dirancang dari sensor tegangan, sensor arus, robotdyn arduino uno built-in wifi, dan LCD 20×4 i2c.
  2. Dari hasil pengujian kompor listrik diketahui nilai simpangan error hasil pengujian sensor tegangan menggunakan ZMPT101B berkisar diantara 0,716-1,366% dan sensor arus SCT-013-050 berkisar diantara 0,012-0,334%.
  3. Perhitungan tarif biaya kompor listrik per bulan menggunakan alat perancangan relatif lebih mahal sebesar Rp.53.885 jika dibandingkan dengan kompor gas konvensional sebesar Rp. 23.000. Maka diperoleh selisih perbedaan sebesar Rp.30.885.
  4. Perbedaan signifikan antara estimasi tarif biaya keseluruhan yang meliputi komponen elektronik kompor listrik, charger smartphone, charger laptop, kipas angin, solder, dan rice cooker dengan tarif keseluruhan aktual yang diukur menggunakan ke 3 instrumen menunjukan perbedaan selisih yang jauh berbeda, dimana total estimasi sebesar Rp. 443.452 berbanding dengan Rp.64.599
  5. Pengujian validitas dan reabilitas alat hasil perancangan memiliki prosentase tingkat keakurasian dan kepresisian diatas 85%. Meskipun beberapa kondisi didapati kejanggalan nilai hasil perhitungan. Dikarenakan adanya perubahan nilai yang signifikan.
  6. Platform IoT yang digunakan untuk android smartphone masih menggunakan bawaan aplikasi thinger.io yang mana featurenya masih sulit untuk di customized.
  7. Kompor listrik tampak seperti membayar lebih sedikit diawal akan tetapi pada akhirnya akan terbebani lebih banyak jika digunakan secara berkesinambungan dari waktu ke waktu. Sehingga untuk saat ini sampai sebelum disahkanya undang-undang baru terkait keringanan beban biaya penggunaan kompor listrik maka hanya menjadi solusi solusi alternatif ketika kompor gas konvensional habis tiba-tiba.

12. Studi Litelature / Daftar Pustaka

[1] Ahmad F.S.N, Bintang M.A, & Hanny F.p. (2021). Komet : Kwh Meter Digital Berbasis Iot. Universitas Islam Indonesia, pp. 1-53.
[2] Amirullah, & Kukuh Wicaksono . (2021). Implementasi Sistem Monitoring Konsumsi Energi dan Penghematan Harga Listrik Rumah Tangga Menggunakan Arduino Uno dan Labview. SNTEM,Volume 1, 828-840.
[3] Anne F.I, & Muldi Y. (2022). Monitoring Pemakaian Energi listrik Berbasis Internet Of thing’s. Jurnal Teknik Elektro Indonesia.
[4] Aryo Komar, Maretha, Ruswiensari, Tukadi, & Wahyu Widodo. (2019). Monitoring Pemakaian Daya Listrik Secara Realtime Berbasis Iot. Jurnal Teknik Indonesia.
[5] Dedy Ary Pr, & Kurniawan A.S. (2020). Rancang Bangun Kwh Meter Digital Berbasis Iot. Simposium Nasional RAPI XIX Tahun 2020 FT UMS, 39-46.
[6] Dolly Handarly, & Jefry Lianda. (2018). Sistem Monitoring Daya Listrik Bebasis Iot. Journal of Electrical Electronic Control And Automotive Engineering (JEECAE), 205-208.
[7] Luthfia Silvi, Vebi Nandhira, & Vera Firmansyah. (2019). Iot Sistem Monitoring Meter Digital LDR dan Codeeigniter API Service. Jurnal Material Dan Energi Indonesia
[8] racmat, h. h. (2014). Pemanfaatan Sistem RFID sebagai pembatasan akses ruangan. Bandung: Institut teknologi nasional .
[9] Revo Chanavi M. (2018). Rancang Bangun Prototype New type Multi user KWH Meter Berbasis Arduino Uno Pada Laboratorium Sistem Daya Elektrik. Jurnal Mahasiswa TEUB Vol 6, no 4.