PROTOTIPE MONITORING PENGGUNAAN DAYA BERBASIS
HOME ASSISTANT PADA LABORATORIUM TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS DIRGANTARA MARSEKAL SURYADARMA
Yohannes Dewanto1.
Arief Setiawan2.
Bekti Yulianti3.
Munnik Haryanti4 yohannes@yahoo.
com, 2ariefsetiawan@gmail.
com, 3yuliantibekti@gmail.
haryanti@gmail.
Universitas Dirgantara Marsekal Suryadarma
ABSTRACT
The background to this research is there is no system for monitoring electrical power usage in the Electrical Engineering laboratory room, resulting in a voltage drop that occurs suddenly and causes the electricity network to shut down.
This is very dangerous because it can cause damage to laboratory electronic equipment.
So this power usage is one of the problems that must be considered in the laboratory because there is a lot of equipment used and other facilities that are active with quite a large amount of power.
The method used to deal with the problem of overload usage is by designing an electrical power usage monitoring system using the NodeMCU ESP8266 module as the main control which has internet network features, the PZEM module which is a current detection sensor.
RFID which functions as a power access key and monitored home assistant.
via computer or smartphone.
It was found based on the design results that the use of the electricity network can be carried out if it is activated using an RFID card and its use is monitored via the home assistant.
The electrical network system will cut-off automatically when power usage exceeds the power limit determined in this experiment which is set to a maximum limit of 250 Watts.
Keywords: home assistant.
NodeMCU Module.
PZEM Module.
RFID.
Smartphone ABSTRAK Latar belakang dari penelitian ini adalah tidak adanya sistem pemantau pemakaian daya listrik di ruang laboratorium Teknik Elektro Unsurya sehingga terjadi drop Voltage atau tegangan turun yang terjadi secara tiba-tiba dan menyebabkan jaringan listrik mati.
Hal ini sangat berbahaya karena dapat menyebabkan kerusakan pada alatalat elektronik laboratorium.
Maka penggunaan daya ini menjadi salah satu permasalahan yang harus diperhatikan di laboratorium karena banyaknya peralatan yang digunakan dan fasilitas lainnya yang aktif dengan daya yang cukup besar.
Metode yang digunakan untuk menangani masalah penggunaan beban berlebih dengan merancang sistem pemantauan penggunaan daya listrik menggunakan modul NodeMCU ESP8266 sebagai kendali utama yang memiliki fitur jaringan internet, modul PZEM yang merupakan sensor pendeteksi arus dan RFID yang berfungsi sebagai kunci akses daya serta monitoring home assistant yang terpantau melalui komputer maupun smartphone.
Didapatkan berdasarkan hasil rancangan bahwa penggunaan jaringan listrik dapat dilakukan apabila diaktifkan menggunakan kartu RFID dan pemakaianya terpantau melalui home assistant.
Sistem jaringan listrik akan cut-off secara otomatis saat penggunaan daya melebihi batas daya yang ditentukan pada percobaan ini yang di setting sampai batas maksimal 250 Watt.
Kata kunci: home assistant.
Modul NodeMCU.
Modul PZEM.
RFID.
Smartphone menyebabkan kerusakan pada peralatan elektronika di laboratorium.
Selain itu pemakaian listrik yang berlebihan juga menjadi salah satu sumber pemborosan penggunaan Pendahuluan Laboratorium merupakan salah satu unit penunjang bidang akademik pada lembaga pendidikan, berupa ruangan tertutup atau terbuka, bersifat permanen atau bergerak, dikelola secara sistematis untuk kegiatan pengujian, kalibrasi, dan/atau produksi dalam skala terbatas, dengan menggunakan peralatan dan bahan berdasarkan metode keilmuan tertentu, dalam rangka pelaksanaan pendidikan, dan/atau kepada masyarakat (Gustini & Wulandari, 2.
Berdasarkan penjelasan tersebut maka dapat disimpulkan bahwa laboratorium (LAB) merupakan fasilitas yang harus di sediakan untuk mendukung proses Pendidikan, penelitain dan/atau pengabdian kepada masarakat, terutama untuk bidang keilmuan teknik.
Laboratorium Teknik Elektro Universitas Dirgantara Marsekal Suryadarma melaksanakan fungsi di bidang Pendidikan sebagai tempat pelaksanaan perkuliahan, praktikum, penelitian dan kegiatan lainnya yang mendukung pelaksanaan Pendidikan.
Berdasarkan belakang diatas maka perlu dibuat suatu alat untuk memonitoring penggunaan listrik sehingga dapat terpantau daya listrik yang sedang terpakai dan membatasi daya listrik yang dapat digunakan di ruang laboratorium untuk menghindari drop voltage.
Nilai tegangan yang konstan akan mengoptimalkan unjuk kerja dari peralatan listrik di laboratorium (Octavianto et , 2.
Rancangan alat dibuat untuk menggunakan home assistance yang dapat diakses melalui smartphone atau komputer dan dilengkapi dengan kunci akses daya menggunakan RFID (Radio Frequency identificatio.
yang berfungsi untuk membuka jaringan listrik yang akan digunakan di laboratorium.
Artinya pemakaian listrik hanya dapat dilakukan apabila akses telah dibuka oleh asisten laboratorium.
Selain itu alat akan dilengkapi dengan pengaman untuk membatasi penggunaan daya listrik yang secara otomatis akan meng cut-off jika melebihi batas penggunaan.
Dengan memanfaatkan perkembangan teknologi industri 4.
0, rancangan alat menggunakan modul NodeMCU sebagai kendali utama yang memiliki fitur internet dan modul PZEM untuk membaca aliran arus listrik.
Salah satu sarana penunjang yang harus disediakan oleh laboratorium adalah instalasi listrik yang memadai untuk menjalankan instrumen praktikum dan peralatan elektronik pendukung lainnya seperti komputer/laptop.
AC, lampu, dan Dengan banyaknya fasilitas atau instrumen yang digunakan di laboratorium maka daya listrik menjadi perhatian utama untuk menghindari kemungkinan terjadinya drop voltage atau tegangan turun yang terjadi secara tiba-tiba dikarenakan penggunaan beban listrik yang berlebih yang menyebabkan putusnya jaringan listrik.
Putusnya aliran listrik yang terjadi secara tiba-tiba dapat Kerangka Teori Arsitektur Home Assistant Home Assistant adalah home automation platform sumber terbuka yang berjalan di Python 3 yang mengutamakan koneksi lokal dan privasi pengguna (Saputra, 2.
Home assistant dapat mengumpulkan data-data atau metrik yang menarik serta dapat divisualisasikan.
Home Assistant sendiri memliki beberapa kelebihan:
Full-control.
Server Home Assistant menjamin data-data pengguna, dan tetap aktif walaupun koneksi Internet terputus.
Software-structurs.
Software Home Assistant terdapat fitur addons, integration, sensor, trigger, condition, action, template dan service.
Dashboard.
Dashboard home assistant dapat dimodifikasi sesuai Selain itu, aplikasi web portal dan mobile application home assistant juga cukup mudah untuk Extensible.
Home Assistant bersifat open source dimana banyak fitur integrasi baru yang dapat dikembangkan.
Sistem Operasi Home Assistant merupakan sistem operasi yang dibuat khusus yang dirancang untuk menjalankan Home Assistant pada komputer papan tunggal dan sistem x86-64, bertujuan untuk menyediakan sistem operasi yang kuat dan bebas perawatan untuk menjalankan Home Assistant.
Arsitektur Home Assistant dapat dilihat pada gambar 1.
Gambar 1.
Arsitektur Home Assistant Home Assistant Core terdiri dari empat bagian utama yaitu event bus, state machine, service registry dan timer, terlihat pada gambar 2.
Gambar 3.
Skematis Home Assistant Modul PZEM-004T Modul sensor PZEM-004T adalah sebuah modul elektronik yang berfungsi untuk mengukur tegangan, arus, daya, frekuensi, energi dan power factor serta dapat dihubungkan melalui nodemcu atau platform open source lainnya (Ibrahim & Yulianti.
Modul sensor PZEM-004T bekerja pada tegangan 80-260 VAC, 000 Watt.
Arus 100 A dan frekuensi 45-65 Hz.
Gambar 2.
Arsitektur Home Assistant Core Interface TTL dari modul PZEM-004T merupakan pasif dan memerlukan catu daya eksternal sebesar 5V, hal ini berarti ketika berkomunikasi, keempat port pada modul harus terhubung .
RX.
TX.
GND) (Anwar et al.
, 2.
Blok fungsional dan wiring diagram PZEM004T 10 Amper terlihat pada gambar 4 dan 5 berikut ini.
dan kabel data charging smartphone Android, karena NodeMCU memiliki fitur layaknya mikrokontroler yang ditambahkan dengan kapabilitas akses Wifi dengan chip komunikasi USB to Blok diagram fungsional NodeMCU ESP8266 dapat dlihat pada gambar 6 dibawah ini Gambar 4.
Blok Diagram Fungsional PZEM-004T 10 Amper Gambar 6.
Blok Diagram Fungsional NodeMCU ESP8266 NodeMCU ESP8266 memiliki tiga mode wifi yaitu Station.
Acces Point, dan Both .
dengan kebutuhan daya sekitar 3,3v dan dilengkapi dengan prosesor, memori dan GPIO sehingga modul ini bisa berdiri sendiri tanpa menggunakan mikrokontroler apapun karena sudah Pin I/O pada NodeMCU ESP8266 dapat dilihat pada gambar 7 berikut ini.
Gambar 5.
Wiring Diagram PZEM004T 10 Ampere NodeMCU ESP8266 NodeMCU adalah sebuah platform Internet of Things (IoT) yang bersifat open source, yang terdiri dari perangkat Sistem On Chip ESP8266 buatan Espressif System, dan menggunakan Lua (Wijayanti, 2.
Dalam proses pemprograman.
Node MCU lebih praktis karena hanya memerlukan ekstensi kabel data USB Gambar 7.
Alamat Pin
Mikrokontroller Unit NodeMCU
ESP8266
NodeMCU ESP8266 dilengkapi dengan pengatur tegangan LDO untuk menjaga tegangan tetap stabil pada 3,3V, dikarenakan rentang operasi tegangan ESP8266 adalah 3V Ae 3,6V.
Arus kerja NodeMCU ESP8266 hingga 600mA dan ini lebih dari cukup karena selama transmisi RF hanya membutuhkan arus 80mA.
Blok diagram tag RFID dan RFID Reader dapat dilihat pada gambar 9 dan 10 berikut ini:
Gambar 9.
Blok Diagram Tag RFID Gambar 8.
Input/output supply Radio Frequency Indentification (RFID) Teknologi RFID merupakan bentuk komunikasi nirkabel yang menggabungkan penggunaan elektromagnetik di bagian frekuensi radio dari spektrum elektromagnetik untuk mengidentifikasi objek.
secara unik.
RFID bekerja menggunakan transmisi frekuensi radio 125 kHz, 13.
46 MHz atau 800-900 MHz (Bahtiyar, 2.
Beberapa aplikasi RFID adalah untuk menyimpan serial number yang menunjukkan identitas seseorang atau suatu benda, pada sebuah mikrochip yang disertakan antena .
hip dan antena adalah RFID transponder atau sebuah tag RFID).
Sistem RFID umumnya terdiri dari dua bagian.
Transponders .
ang akan diberi Readers .
iasa dikenal sebagai sensor RFID), yang digunakan untuk membaca identitas dari Gambar 9.
RFID Reader Tag RFID terdiri dari 64 bit data yang terprogram pada memori EPROM dan dikirim ke reader pada saat tags dan reader memancarkan gelombang elektromagnetik pada suatu range yang sama.
Berdasarkan frekuensi kerja.
RFID tergolong menjadi tiga, pita frekuensi yaitu low frequency (LF), high-frequency (HF), dan ultra-high frequency (UHF), seperti pada table 1 berikut ini:
Tabel 1.
Tabel Frekuensi RFID Gambar 10.
Sistem Master dan Slave Pada I2C Sementara klasifikasi berdasarkan kemampuan untuk mengirim sinyal dapat dibedakan menjadi sistem RFID aktif.
FRID semi aktif dan sistem RFID pasif.
Modul I2C I2C atau Inter Intergrated Circuit merupakan komunikasi serial yang digunakan untuk meminimalkan desain elektronik karena memiliki mode komunikasi Multimaster dan Multislave, sehingga memudahkan perancangan ang berbasis Internet of Things (IoT) (Budi, 2.
Modul I2C digunakan untuk saling berkomunikasi dengan perangkat lowspeed lainnya yang diaplikasikan pada motherboard, embedded system, atau cellphone.
Gambar 11.
Blok Diagram Sistem Alat Modul PZEM 004T dan modul RFID RDM6300 merupakan input pada sistem alat, dimana saat alat aktif.
RFID RDM6300 menjadi akses sistem alat guna mengaktifkan daya dari sumber PLN yang akan digunakan dan PZEM 004T akan membaca beban yang terpakai dan akan diproses oleh NodeMCU ESP8266.
Slave device dapat diidentifikasi dengan 7 bit adress yang unik sehingga dapat mengidentifikasi sensor apa yang terhubung.
Dengan adanya metode komunikasi I2C diharapkan dapat memudahkan perancangan Internet Of Things (IoT).
I2C menggunakan sinyal dari SCL (Serial Cloc.
dan SDL (Serial Dat.
yang digunakan untuk transfer data antara master dan slave (Kumari & Gayathri, 2.
Master adalah piranti yang memulai transfer data pada I2C Bus dengan membentuk sinyal Start, mengakhiri transfer data dengan membentuk sinyal Stop, dan membangkitkan sinyal clock.
Slave adalah piranti yang dialamati master.
Sistem master dan slave dapat terlihat pada gambar 10 berikut ini (Mankar et al.
, 2.
Metode Perancangan sistem monitoring terdiri atas perancangan hardware dan Perancangan hardware seperti pada gambar 11 yang menjelaskan mengenai blok diagram rancangan alat dan perancangan software seperti pada gambar 12 yang menjelaskan diagram alir program rancangan alat.
Pemprograman Pemprograman dilakauna mulai dari inisialisasi awal, koneksi wifi ke jaringan, modul PZEM-004T.
RFID sebagai kunci akses.
LD akan menampilkan jumlah daya yang digunakan, relay akan otomatis cut off tegangan saat beban ang digunakan mencapai batas maksimum yang disetting pada alat.
Home assistant akan menanpilkan data secara realtime setiap penggunaan daya dan dapat diakses melalui smartphone maupun PC.
Inisialisasi awal name: pzem-004t friendly_name: PZEM 004T board: nodemcuv2 # Enable logging # Enable Home Assistant API "t54Hvzh010bLsvQHdsuNWKOngQijRo flGlcNuIzbNw=" Gambar 12.
Flowchart Sistem Kerja Alat "917e5f8d4b16e891045c248be8d0f1bd" Hasil Dan Pembahasan Rancangan Alat Pada tahap ini dibuat sebuah modul skematik sistem alat menggunakan software Fritzing.
Komponen yang digunakan dibuat saling terhubung sesuai dengan kebutuhan Input pada alat.
Berikut perancangan skematik Kunci Akses dan Monitoring Daya Lab Connecting Wifi - ssid: !secret wifi_ssid password: !secret wifi_password - ssid: !secret wifi_ssid_2 password: !secret wifi_password_2 # Enable fallback hotspot .
aptive porta.
in case wifi connection fails ssid: "Pzem-004T Fallback Hotspot" password: "E3C6G8VjAblZ" captive_portal:
# Example configuration entry - id: uart_1 rx_pin: D3 Gambar 13.
Skematik Alat tx_pin: D4 baud_rate: 9600 - uart_id : uart_2 binary_sensor:
- platform: rdm6300 uid: 6555171 name: "RDM6300 NFC Tag" - id : uart_2 rx_pin: GPIO13 baud_rate: 9600 - uart_id : uart_1 - platform: pzemac name: "PZEM-004T V3 Current" id : arus name: "PZEM-004T V3 Voltage" id : tegangan name: "PZEM-004T V3 Energy" id : energi name: "PZEM-004T V3 Power" id : power name: "PZEM-004T V3 Frequency" power_factor:
name: "PZEM-004T V3 Power Factor" id : pf update_interval: 2s - delayed_off: 200ms on_click:
min_length: 1ms max_length: 5000ms - switch.
toggle: terminal Pengujian Modul PZEM 004T Pada pengujian ini.
Modul PZEM-004T yang digunakan sebagai pendeteksi daya akan diuji untuk melihat output atau hasil keluaran dari daya yang dibaca.
Pada pengujian ini digunakan 2 beban berbeda yaitu bor dan solder dengan beban ini akan tersambung dengan sistem alat.
Perbedaan antara keluaran yang dihasilkan oleh rancangan alat melalui PZEM dengan hasil perhitungan.
Terdapat selisih 0,6 watt atau 0,9% untuk pengujian menggunakan bor dan 0,2 watt atau 1,0% untuk pengujian menggunakan solder.
# Example configuration entry sda: D2 scl: D1 scan : false - platform: lcd_pcf8574 dimensions: 20x4 address: 0x27 lambda: .
printf("Arus: %.
3f A", id.
, 1, "Tegangan: %.
1f V", id.
, 2, "Power: %.
1f P", id.
, 3, "Pf: %.
2f", id.
PZEM 00T
Perhitungan Gambar 13.
Grafik Perbandingan Hasil Pengukuran Penggunaan Daya Pada Bor Menggunakan PZEM-004T Dan Berdasarkan Hasil Perhitungan.
RFID RDM6300
Tabel 3.
Pengujian Delay Waktu Pembacaan RFID
Percobaan Status
Waktu Percobaan 1 Terbaca 3 detik
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
PZEM 004T
Perhitungan Gambar 14.
Grafik Perbandingan Hasil Pengukuran Penggunaan Daya Pada Solder Menggunakan PZEM004T Dan Berdasarkan Hasil Perhitungan Pengujian RFID Tag dilakukan melalui 2 tahap pengujian, yaitu jarak pembacaan kartu pada RFID Tag serta delay waktu pembacaan untuk mengetahui hasil delay waktu pembacaan dan pengujian maksimum jarak baca dari kartu pada RFID Tag.
Hasil pengujian dapat dilihat pada tabel 2 dan tabel 3.
2 detik 2 detik 3 detik 3 detik 2 detik 2 detik 3 detik 4 detik 2 detik 2,6 detik Tampilan Home Assistant Home Assitant ini memliki beberapa widget dan tampilan data yang akan dihasilkan adalah data watt, power factor, tegangan serta Tabel 2.
Pengjian Jarak Pembacaan RFID Jarak Pengukuran 0 cm 1 cm 1,5 cm 2 cm 2,5 cm 3 cm 3,5 cm 4 cm 4,5 cm 5 cm 5,5 cm 6 cm 6,5 cm 7 cm 7,5 cm 8 cm Terbaca Terbaca Terbaca Terbaca Terbaca Terbaca Terbaca Terbaca Terbaca Berdasarkan data pengujian diatas.
RFID Tag dapat membaca maksimum dengan jarak 5,5 cm sesuai dengan data yang tercantum pada datasheet, sedangkan delay waktu pembacaan dengan rata-rata 2,6 detik.
Pengujian RFID Percobaan 2 Percobaan 3 Percobaan 4 Percobaan 5 Percobaan 6 Percobaan 7 Percobaan 8 Percobaan 9 Percobaan 10 Rata-rata Berdasarkan data pengujian, dapat dilihat hasil beban terbaca yang digunakan mulai dari arus, tegangan, faktor daya, dan daya.
Status pada modul relay menunjukan status aliran listrik yang digunakan.
Pada perancangan alat ini, batas penggunaan yang diaplikasikan yaitu sebesar 250 watt, jika melebihi batas penggunaan maka secara otomatis modul relay akan meng-cut off aliran listrik yang Hasil pengujian dapat dilihat pada table 4 berikut.
Keterangan Terbaca Terbaca Terbaca Terbaca Terbaca Terbaca Terbaca Terbaca Terbaca Terbaca Terbaca Tidak Terbaca Tidak Terbaca Tidak Terbaca Tidak Terbaca Tidak Terbaca Tabel 4.
Pengujian Keseluruhan Alat Daya (Wat.
Arus (Amper.
Tegangan (Vol.
Faktor
Daya
Status
Relay
1,432
0,97
Cut off
0,335
0,76
Run On 0,78 Run On 0,315 0,297 0,86 Run On 0,321 0,75 Run On 1,445 0,83 Cut Off
1,357
0,85
Cut Off
0,291
0,79
Run On Run On 0,319 0,470 0,73 0,82 Run On Gambar 15.
Tampilan Awal Database Home Assistant (Stand B.
Sistem cut-off yang diaplikasikan menggunakan modul relay juga ditampilkan pada dashboard Home Assistant.
Dimana yang ditampilkan merupakan grafik penggunaan daya beserta dengan nilai daya yang Berikut tampilan dashboard Home Assistant yang digunakan berupa sistem cut-off pada modul Home Assistant yang digunakan merupakan lokal server sebagai database pada sistem alat.
Home Assitant ini memliki beberapa widget dan tampilan data yang dihasilkan seperti data watt, power factor, tegangan serta arus.
Berikut adalah tampilan database Home Assistant saat menampilkan secara real time hasil pengujian pada sistem alat seperti pada gambar 15, gambar 16 dan gambar 17 Gambar 16.
Tampilan Data Pengukuran Beban Gambar 16.
Tampilan Data Pada Kondisi Cut Off bekerja sesuai dengan batas daya yang di tetapkan pada program yaitu 250 Watt dan cut off jaringan listrik apabila melebihi batas daya yang ditentukan tersebut.
Tampilan Home Assistant dapat memberikan data pemakaian secara realtime sesuai dengan aktivitas pemakaian daya di ruang Laboratorium.
Kesimpulan Aplikasi monitoring pemakaian daya telah berhasil dirancang dan dibangun sampai dengan tahap prototype berdasarkan kebutuhan dari sistem monitoring daya listrik di laboratorium Teknik Elektro Unsurya.
Sistem dapat bekerja sesuai dengan yang di harapkan dengan error pengukuran A 1%.
Alat juga dapat Daftar Pustaka