bab ii

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tinjauan Pustaka

Penelitian sebelumnya dilakukan oleh Sugeng Ardian Yuliantoro dkk (2009)

tentang “ Sistem Akuisisi dan Komunikasi Data Multi Node untuk Monitoring ”. Pada

penelitian ini besaran yang dimonitoring adalah tegangan dan suhu pada trafo

distribusi. Proses pengambilan data pengukuran tegangan dan suhu dari sistem sensor

dilakukan oleh mikronode dengan event dan schedule yang dikehendaki dengan jarak

terjauh antar node yang ada pada Gardu Trafo Tiang (GTT) adalah ± 200 meter dalam

kondisi outdoor dan line of sight, selanjutnya data yang didapatkan akan dikirim ke

server oleh mikroserver menggunakan SMS Gateway.

Penelitian juga dilakukan oleh Dadang Iskandar (2010) tentang “ Sistem

Informasi Gardu Induk dan Gardu Distribusi PLN ”. Pada penelitian ini besaran yang

diukur adalah tegangan, arus dan suhu pada trafo. Sensor yang digunakan adalah trafo

step down sebagai sensor tegangan, tang amper bekas sebagai sensor arus dan LM35

sebagai sensor suhu. Setelah proses pengambilan data didapatkan kemudian dikirim

melalui jaringan LAN dan diteruskan ke web server. Hasil informasi telah dikirim ke

web server kemudian ditampilkan menggunakan software interface.

Penelitian lainnya juga dilakukan oleh Moch Harun Arrosyid dkk (2010)

tentang “ Implementasi Wireless Sensor Network Untuk Monitoring Parameter Energi

Listrik”. Pada penelitian ini parameter yang dimonitoring adalah tegangan, arus,

frekuensi dan beda phase. Untuk memperoleh data tersebut menggunakan beberapa

5

6

sensor yaitu trafo tegangan (step down), trafo arus, zero crossing detector dan gerbang

exor sebagai pendeteksi beda phase. Data parameter energi listrik pada sensor node

dikirimkan secara nirkabel menggunakan RF Module (Xbee PRO) ke gateway. Pada

sisi gateway akan terkoneksi gprs menggunakan modem gprs (sim300c) dan mengirim

paket-paket data ke web database. Konsumen dapat mengakses data-data tersebut

melalui telepon genggam ke web yang terkoneksi database. Pada web tersebut akan

ditampilkan data-data nilai energi sesuai waktu dan wilayah yang diinginkan.

2.2 Wireless Sensor Network (WSN)

Wireless sensor network adalah sebuah jaringan komunikasi sensor yang

terhubung secara wireless untuk memonitor kondisi fisis atau kondisi lingkungan

tertentu pada lokasi yang berbeda antar sensor dan pemrosesan datanya. Beberapa

penggunaan WSN adalah otomasi industri, kontrol dan managemen energi, monitoring

mesin-mesin kesehatan, monitoring lingkungan untuk keperluan kesehatan,

monitoring arus lalu lintas, monitoring bencana alam (pencatatan gempa), monitoring

polusi, monitoring hewan liar, monitoring parameter energi listrik dan lain-lainnya.

Beberapa karakteristik dari wireless sensor network ini diantaranya:

1. Dapat digunakan pada daya yang terbatas

2. Dapat ditempatkan pada kondisi lingkungan yang ekstrim

3. Dapat digunakan untuk kondisi dan pemrosesan data secara mobile

4. Mempunyai topologi jaringan yang dinamis, dengan sistem node yang

heterogen

5. Dapat dikembangkan untuk skala yang besar

7

2.3 Trafo Distribusi ( Distribution Transformer )

Distribution transformer atau yang lebih dikenal dengan trafo distribusi

merupakan alat yang memegang peran penting dalam sistem distribusi kelistrikan.

Trafo distribusi berfungsi untuk mengubah tegangan menengah menjadi tegangan

rendah. Trafo distribusi yang umum digunakan adalah transformator step-down

20KV/400V. Bentuk umum trafo distribusi bisa dilihat pada gambar 2.1 berikut ini.

Gambar 2.1 Trafo Distribusi (www.centradoprima.com)

Prinsip kerja trafo distribusi pada umumnya hampir sama dengan jenis trafo

lainnya yakni pada kumparan primer akan mengalir arus jika kumparan primer

dihubungkan ke sumber tegangan bolak-balik, sehingga pada inti trafo yang terbuat

dari bahan ferromagnet akan terbentuk sejumlah garis-garis gaya magnet (fluks = Φ).

Karena arus yang mengalir merupakan arus bolak-balik, maka fluks yang terbentuk

pada inti akan mempunyai arah dan jumlah yang berubah-ubah. Jika arus yag mengalir

berbentuk sinusoidal, maka fluks yang terjadi akan terbentuk sinusoidal pula. Karena

fluks tersebut mengalir melalui inti yang mana pada inti tersebut terdapat belitan

primer dan sekunder, maka pada belitan primer dan sekunter tersebut akan timbul ggl

(gaya gerak listrik) induksi, tetapi arah ggl induksi primer berlawanan dengan arah ggl

induksi sekunder. Sedangkan frekuensi masing-masing tegangan sama dengan

frekuensi sumbernya. Berikut ini adalah gambar 2.2 gardu trafo tiang.

8

Gambar 2.2 Gardu Trafo Tiang (GTT)

2.4 Komponen Utama Sistem

2.4.1 Trafo Step Down

Trafo step down adalah alat yang berfungsi untuk menurunkan tegangan. Trafo

step down ini akan digunakan sebagai sensor tegangan dimana tegangan output trafo

distribusi akan diturunkan menjadi 3V AC. Berikut ini adalah gambar 2.4 yaitu bentuk

umum trafo step down.

9

Gambar 2.3 Trafo Step Down

Prinsip kerjanya hampir sama dengan trafo distribusi yakni, jika kumparan

primer dihubungkan dengan sumber tegangan AC, maka pada kumparan primer akan

timbul medan magnet yang berubah-ubah. Perubahan medan magnet dari kumparan

primer ini menginduksi kumparan sekunder sehingga pada kumparan sekunder timbul

gaya gerak listrik (GGL). Simbol trafo step down dapat dilihat pada gambar 2.4

berikut ini.

Gambar 2.4 Simbol Trafo Step Down

Dengan memilih jumlah lilitan yang sesuai untuk tiap kumparan maka dapat

dihasilkan GGL kumparan sekunder yang berbeda dengan GGL kumparan primer.

Hubungan GGL atau tegangan primer (Vp), tegangan sekunder (Vs), jumlah lilitan

kumparan primer (Np) dan jumlah lilitan kumparan sekunder (Ns) dapat dinyatakan

dengan rumus :

10

(2.1)

Persamaan diatas biasa disebut dengan perbandingan transformasi. Dengan

memperhatikan perbandingan transformasi diatas maka dapat diketahui jenis dari trafo

yang digunakan.

2.4.2 Sensor ACS712ELCTR-05B-T

ACS712ELCTR-05B-T merupakan sensor arus yang dapat mengukur arus

listrik hingga 5A baik AC maupun DC. Sensor ini memiliki pembacaan dengan

ketepatan yang tinggi, karena didalamnya terdapat rangkaian low-offset linear hall

dengan satu lempengan konduktor yang terbuat dari tembaga.bentuk umum sensor

ACS712 dapat dilihat pada gambar 2.5 berikut ini.

Gambar 2.5 Sensor ACS712ELCTR-05B-T (www.famosastudio.com)

Cara kerja sensor ini adalah arus yang dibaca mengalir melalui lempengan

konduktor yang terdapat didalamnya yang menghasilkan medan magnet yang

ditangkap oleh Integrated Hall IC dan diubah menjadi tegangan DC yang proposional

terhadap arus yang diukur. Ketelitian dalam pembacaan sensor dioptimalkan dengan

pemasangan komponen Bi CMOS Hall IC yang ada didalamnya antara penghantar

yang menghasilkan medan magnet dengan hall tranducer secara berdekatan.

Tegangan primerTegangansekunder

= Jumlah lilitan primerJumlah lilitan sekunder

VpVs

=NpNs

11

Konfigurasi pin pada sensor ACS712 dapat dilihat pada gambar 2.6 dan tabel 2.1

berikut ini.

Gambar 2.6 Pin ACS712ELCTR-05B-T (datasheet)

Tabel 2.1 Konfigurasi Pin ACS712ELCTR-05B-T

Pin Nama Keterangan

1 dan 2 IP + Input arus yang akan diukur

3 dan 4 IP - Output arus yang akan diukur

5 GND Ground

6 FILTER Filter Eksternal

7 VIOUT Vout sensor

8 VCC Catu daya

Karakteristik sensor ACS712ELCTR-05B-T

Jalur sinyal analog yang low-noise

Dapat membaca perubahan arus dalam waktu 5 mikrodetik (µs)

Bandwidth 80 kHz

Pada suhu 25° C total error keluaran 1,5 %

Resistansi internal 1,2 mΩ

Catu daya 5V DC

Sensitivitas keluaran 66-185 mV/A

Tegangan offset yang sangat stabil

Histeresis magnetic hampir mendekati nol

12

Keluaran ratiometric diambil dari sumber daya

Sensor ini pada saat tidak ada arus yang terdeteksi atau pada kondisi 0

ampere , maka keluaran sensor adalah 2,5V. Dan saat arus mengalir dari IP+ ke IP-,

maka keluaran akan >2,5V. Sedangkan ketika arus listrik mengalir terbalik dari IP- ke

IP+, maka keluaran akan <2,5V. Berikut ini adalah gambar 2.7 perbandingan arus

yang diukur output sensor.

Gambar 2.7 Grafik keluaran sensor terhadap arus yang diukur (datasheet)

2.4.3 Mikrokontroller AVR ATMega 16

AVR ATMega 16 merupakan seri mikrokontroller low power CMOS 8 bit

buatan Atmel, berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). Hampir

semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. Bentuk fisik ATMega 16 dapat

dilihat pada gambar 2.8 berikut ini.

13

Gambar 2.8 ATMega 16 (www.klinik_robot.indonetwork.co.id)

AVR ini mempunya 32 register general-purpose, timer/counter fleksibel

dengan mode compare, interrupt internal, serial UART, progammable Watchdog

Timer, dan mode power saving, ADC dan PWM internal. AVR juga mempunyai In-

System Progammable Flash on-chip yang mengijinkan memori program untuk

diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI.ATMega 16.

ATMega 16 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz membuat

disainer sistem untuk mengoptimasi konsumsi daya versus kecepatan proses.

Konfigurasi pin-pin pada ATMega 16 dapat dilihat pada gambar 2.9.

Gambar 2.9 Konfigurasi pin ATMega 16 (datasheet)

14

Konfigurasi pin ATMega 16 dengan kemasan 40 pin DIP (Dual Inline

Package) dapat dilihat pada gambar 2.9. dari gambar diatas dapat dijelaskan fungsi

dari masing-masing pin ATMega 16 sebagai berikut:

1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai masukan catu daya.

2. GND merupakan pin Ground.

3. PORTA (PA0 – PA7) merupakan pin input/output dua arah dan pin masukan

ADC.

4. PORTB (PB0 – PB7) merupakan pin input/output dua arah dan pin fungsi

khusus.

5. PORTC (PC0 – PC7) merupakan pin input/output dua arah dan pin fungsi

khusus.

6. PORTD (PD0 – PD7) merupakan pin input/output dua arah dan pin fungsi

khusus.

7. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC.

8. AREF merupakan pin masukan untuk tegangan referensi ADC.

9. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler.

10. XTAL1 dan XTAL2 merupaan pin masukan clock eksternal.

2.4.4 Xbee PRO

XBee PRO merupakan suatu modul RF yang dibuat oleh Digi International

untuk memenuhi standart ZigBee, yaitu teknologi dengan data rate rendah (Low Data

Rate), biaya murah (Low Cost). Modul ini membutuhkan daya minimal dan

menyediakan transfer data yang handal dari modul lainnya. Modul Xbee PRO yang

digunakan dalam sistem ini adalah Xbee PRO 802.15.4. Xbee PRO tipe ini mampu

menstransmisikan data hingga radius maksimum 1 mile atau sekitar 1600 meter untuk

15

Outdoor LOS dan sekitar 100 meter untuk Indoor dengan RF data rate 250 Kbps dan

transmit power 63 mW (18dBm). Bentuk fisik XBee PRO dapat dilihat pada gambar

2.10 berikut ini.

Gambar 2.10 Xbee PRO (datasheet)

Berikut ini adalah konfigurasi pin Xbee PRO dapat dilihat pada tabel 2.2.

Tabel 2.2 Konfigurasi pin Xbee PRO (datasheet)

Pin # Name Direction Description

1 VCC - Power supply

2 DOUT Outptu UART Data Out

3 DIN/CONFIG Input UART Data In

4 DO8* Output Digital Output 8

5 RESET Input Module Reset (reset pulse must be at least 200 ns)

6 PWM0/RSSI Output PWM Output 0/RX Signal Strength Indicator

7 PWM1 Output PWM Output 1

8 [reserved] - Do not connect

9 DTR/SLEEP_RQ/DI8 Input Pin Sleep Control Line or Digital Input 8

10 GND - Ground

11 AD4/DIO4 Either Analog Input 4 or Digital I/O 4

12 CTS/DIO7 Either Clear-to Send Flow Control or Digital I/O 7

13 ON/SLEEP Output Module Status Indicator

14 VREF Input Voltage Reference for A/D Inputs

15 Associate/AD5/DIO5 Either Associated Indicator,Analog Input 5 or Digital I/O 5

16 RTS/AD6/DIO6 Either Request-to-Send Flow Control,Analog Input 6 or Digital I/O 6

17 AD3/DIO3 Either Analog Input 3 or Digital I/O




16

Notes : * fungsi ini tidak didukung pada saat dirilis

Spesifikasi Xbee PRO 802.15.4 dapat dilihat pada tabel 2.3 berikut ini.

Tabel 2.3 Spesifikasi Xbee PRO 802.15.4 (datasheet)

Spesifikasi Xbee PRO 802.15.4

Performance

RF Data Rate 250 Kbps

Indoor Urban Range 300 ft (92 m)

Outdoor Urban Range 1 mile (1600 m)

Transmit Power 63 mW (18dBm)

Reseiver Sensitivity

(1%)

(-100 dBm)

Power Requitments

Supply Voltage 2.8 – 3.4 VDC

Transmit Current 250 mA (@ 3.3 VDC)

Receive Current 55 mA (@ 3.3 VDC)

Power-Down Current < 10 uA

Pengoprasian Xbee PRO 802.15.4

Ada 2 mode pengoprasian Xbee PRO, yaitu mode Transparent (AT) dan mode

API (Packet). Mode transparent (AT) digunakan jika diinginkan konfigurasi point-to-

point yang sederhana. dimana XBee PRO bertindak sebagai modem serial wireless

antara komputer atau mikrokontroler dengan remote device. Mode transparent (AT)

menggunakan komunikasi serial yang sederhana. Fitur dari mode transparent adalah

sebagai berikut:

1. Sederhana

2. Kompatibel dengan semua peralatan yang menggunakan komunikasi serial

3. Terbatas hanya untuk komunikasi point-to-point

17

Mode operasi API (packet) mempunyai kemampuan yang lebih baik namun

lebih kompleks dari mode transparent. Dengan mode API, memungkinkan untuk

membuat jaringan yang terdiri dari beberapa XBee PRO dengan XBee PRO lainnya

yang dapat saling berkomunikasi secara individual. Fitur dari mode API adalah

sebagai berikut:

1. I/O line passing, yaitu menerima data dari remote XBee PRO yang berdiri

sendiri (stand-alone remote XBee PRO).

2. Memungkinkan untuk komunikasi broadcast dan komunikasi dengan lebih

dari satu XBee PRO.

3. Menerima acknowledgement bahwa paket telah dikirim dengan baik.

Memungkinkan konfigurasi jarak jauh.

Set up jaringan Xbee PRO

Ada 2 cara untuk men-set up jaringan XBee PRO yaitu, Hyperterminal yang

merupakan software bawaan dari Operation System (OS) Microsoft Windows dan

software khusus yang disediakan oleh produsen XBee PRO yaitu X-CTU. Pada tugas

akhir ini penulis menggunakan aplikasi Hyperterminal. Berikut ini gambar 2.11

tampilan software Hyperterminal.

18

Gambar 2.11 Tampilan software hyperterminal

Agar XBee PRO dapat saling berkomunikasi, maka XBee PRO tersebut harus:

1. Mempunyai channel ID (CH) yang sama.

2. Mempunyai baud rate (BD) yang sama.

3. Mempunyai network ID (PAN ID) yang sama.

4. Source ID XBee PRO (MY) penerima harus sesuai dengan destilation low (DL)

dari XBee PRO pengirim.

Pengalamatan XBee PRO (Addressing)

Pengalamatan digunakan untuk membedakan antara satu XBee PRO dengan

XBee PRO lainnya dan mencegah duplikasi paket data. Setiap modul XBee PRO

mempunyai source address (alamat asal) untuk mencegah agar pesan non-duplikat

tidak dianggap sebagai pesan duplikat.

XBee PRO mempunyai dua bentuk dasar pengalamatan, yaitu Broadcast dan

Unicast. Pesan Broadcast adalah sebuah pesan yang akan diterima oleh semua modul

yang mempunyai PAN ID (Personal Area Network) yang sama. Pesan Broadcast

19

dikirim hanya sekali dan tidak diulang, sehingga tidak ada jaminan node-node yang

dikirim akan menerima pesan tersebut. Pesan Unicast merupakan metode yang lebih

handal dalam pengiriman data. Pesan Unicast dikirim dari satu modul ke modul yang

lain berdasarkan pengalamatan modul-modul tersebut. Jika pesan diterima dengan

baik, XBee PRO penerima akan mengirim balik sebuah acknowlegdement atau ACK.

Jika XBee penerima tidak menerima ACK, XBee PRO pengirim akan mengirim ulang

data tersebut (maksimal 3 kali) sampai ACK diterima. Hal ini akan meningkatkan

kemungkinan pengiriman data sampai ke tujuan.

bab ii

Documents