ALAT MONITORING DAYA LISTRIK BERBASIS RASPBERRY PI PICO

 

ALAT MONITORING DAYA LISTRIK BERBASIS RASPBERRY PI PICO

 

Andra Akhmat Maulana¹, Hasbullah Mahmud Rusdiardi², Naufal Rehan Dwi Sakho³, Shafriel Afido Indratma⁴

 

Jurusan Teknik Elektro, Prodi Teknologi Rekayasa Elektronika, Politeknik Negeri Semarang

Jl. Prof. Soedarto, Tembalang, Kec, Tembalang, Kota Semarang, Jawa Tengah, 50275

¹andra.43423106@mhs.polines.ac.id

²hasbullah.43423112@mhs.polines.ac.id

³naufal.43423118@mhs.polines.ac.id

⁴shafriel.43423124@mhs.polines.ac.id

 

 

 

INTISARI – Peningkatan konsumsi daya listrik di berbagai sektor menuntut adanya sistem pemantauan tegangan, arus, dan daya secara waktu nyata guna menjaga efisiensi energi. Untuk meminimalkan celah kesalahan pembacaan, diperlukan perangkat pemantauan yang responsif, akurat, dan hemat daya. Artikel ini membahas pengembangan prototipe alat monitoring daya listrik menggunakan mikrokontroler Raspberry Pi Pico (RP2040). Sistem ini mengintegrasikan sensor tegangan AC ZMPT101B untuk membaca nilai tegangan hingga 250V AC secara aman dan sensor arus ACS712 untuk mengukur arus listrik bolak-balik. Melalui visualisasi layar OLED 0.96 inci, sistem berhasil memetakan parameter daya nyata secara langsung. Hasil pengujian menunjukkan logika sistem mampu bekerja secara real-time, termasuk menyaring fluktuasi noise menggunakan algoritma perataan nilai (moving average) berbasis buffer riwayat data.

Kata Kunci: ACS712, Monitoring Daya, Moving Average, Raspberry Pi Pico, OLED Display ZMPT101B

I.                   PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

Dalam era modernisasi dan digitalisasi, konsumsi energi listrik di berbagai sektor, baik domestik, komersial, maupun industri terus mengalami peningkatan yang signifikan. Kondisi ini menuntut adanya sistem manajemen energi yang lebih cerdas dan efisien untuk menghindari pemborosan serta mendeteksi anomali pada beban listrik. Penilaian efisiensi ini hanya dapat dilakukan jika karakteristik parameter daya seperti tegangan, arus, dan daya nyata dapat dipantau secara langsung (real-time). Pemantauan konvensional yang bersifat manual sering kali tidak praktis dan tidak mampu memberikan data fluktuasi daya yang presisi.

 

Seiring berkembangnya teknologi sistem tertanam (embedded system), solusi pemantauan berbasis IoT (Internet of Things) dan otomasi instrumen menjadi sangat relevan. Sistem monitoring otonom mampu mengoptimalkan efisiensi energi dengan cara membaca parameter listrik dari beban secara kontinu, kemudian memvisualisasikannya ke media antarmuka lokal agar konsumsi daya dapat dikontrol secara instan.

 

Penggunaan mikrokontroler Raspberry Pi Pico berbasis chip RP2040 sebagai pusat pengendali memungkinkan sistem ini bekerja andal dengan performa tinggi namun tetap mempertahankan konsumsi daya yang sangat rendah (low-power). Sensor ZMPT101B digunakan untuk membaca tegangan AC hingga 250V secara aman melalui isolasi transformator, sedangkan sensor ACS712 bertugas memantau arus listrik berbasis efek Hall. Proyek ini diuji menggunakan beban berupa kipas angin AC untuk menguji performa, akurasi, dan stabilitas sistem dalam mengukur karakteristik daya secara langsung.

 

B.     Rumusan Masalah

1.      Bagaimana merancang sistem monitoring daya listrik AC berbasis Raspberry Pi Pico yang mampu mengukur nilai tegangan, arus, dan daya secara akurat?

2.      Bagaimana sistem dapat mengolah sinyal analog dari sensor untuk menghasilkan pembacaan nilai Root Mean Square (RMS) yang stabil?

3.      Bagaimana menampilkan visualisasi data parameter listrik tersebut secara real-time melalui antarmuka layar OLED 0.96 inci?

C.    Tujuan

1.      Merancang dan mengimplementasikan alat monitoring daya listrik otonom dengan memanfaatkan mikrokontroler Raspberry Pi Pico sebagai pusat pemroses data.

2.      Mengukur nilai tegangan AC, arus, dan daya nyata secara langsung dan presisi saat beban (kipas AC) beroperasi.

3.      Memvisualisasikan hasil pembacaan parameter daya secara lokal melalui media antarmuka layar OLED berukuran 0.96 inci (128 x 64 pixel).

II.                METODOLOGI

A.    Studi Literatur: Mengumpulkan informasi ilmiah dari berbagai jurnal terkait instrumen monitoring daya, kalkulasi nilai RMS, arsitektur mikrokontroler Raspberry Pi Pico, sensor ZMPT101B, dan sensor ACS712.

B.     Perancangan Sistem: Merancang blok diagram aliran data yang mencakup unit sensor input (ZMPT101B dan ACS712), unit pemroses (Raspberry Pi Pico), serta unit output (OLED Display 0.96").

C.    Pembuatan Perangkat Keras: Memilih komponen elektronik yang sesuai dan merakit interkoneksi pin antara sensor, mikrokontroler, dan layar display pada papan percobaan sesuai diagram pengawatan.

D.    Pemrograman Mikrokontroler: Menulis kode program utama menggunakan bahasa MicroPython untuk mengimplementasikan pengambilan sampel cepat analog-to-digital (ADC) dan formula matematis RMS.

E.     Pengujian dan Kalibrasi: Melakukan pengujian sistem dengan beban kipas AC, serta mengkalibrasi nilai faktor pengali tegangan dan sensitivitas sensor arus.

F.     Evaluasi dan Penyempurnaan: Menganalisis akurasi pembacaan menggunakan algoritma Moving Average dengan filter buffer 10 data terakhir untuk menekan noise frekuensi tinggi.

G.    Dokumentasi dan Laporan: Mendokumentasikan seluruh skema rangkaian, flowchart algoritma, kode program, serta menyusun laporan akhir hasil praktikum kelompok.

III.             KAJIAN PUSTAKA

A.    Komponen

1.      Raspberry Pi Pico

Gambar 3.1 Mikrokontroller ATmega8535

Raspberry Pi Pico adalah papan mikrokontroler otonom performa tinggi berbasis chip silikon RP2040 yang mengintegrasikan prosesor Dual-core ARM Cortex-M0+. Berbeda dengan Raspberry Pi reguler yang bertindak sebagai komputer mini dengan sistem operasi, Pico mengeksekusi satu program secara instan (bare-metal) menggunakan bahasa C/C++ atau MicroPython. Perangkat ini memiliki keunggulan berupa harga yang sangat murah, konsumsi energi yang rendah, serta dukungan pin ADC (Analog to Digital Converter) berkecepatan tinggi yang ideal untuk memproses sinyal sensor listrik AC.

2.      Sensor Tegangan AC ZMPT101B

Gambar 3.2 Sensor ZMPT101B

Sensor ZMPT101B adalah transformator tegangan mikro presisi tinggi yang berfungsi untuk mengukur tegangan AC bertegangan tinggi (hingga 250V AC) secara aman. Sensor ini bekerja dengan prinsip isolasi galvanik, di mana tegangan input AC diturunkan skalanya menjadi sinyal analog bertegangan rendah yang linear (0-3.3V) sehingga siap diproses oleh pin ADC mikrokontroler tanpa risiko merusak cip digital.

3.      Sensor Arus ACS712

Gambar 3.3 Sensor ACS712

Sensor ACS712 merupakan modul pengukur arus listrik AC maupun DC yang bekerja berdasarkan prinsip Efek Hall (Hall-Effect). Ketika arus listrik dari beban mengalir melalui jalur tembaga internal IC, sensor mendeteksi medan magnet yang timbul dan mengonversinya menjadi tegangan analog output yang linear dan proporsional terhadap besar arus. Sensor ini memiliki resistansi internal yang sangat rendah, sehingga meminimalkan rugi-rugi daya (power loss) pada alat ukur.

4.      OLED Display 0.96" (SSD1306)

Gambar 3.4 OLED Display 0.96" (SSD1306)

Layar OLED (Organic Light-Emitting Diode) berukuran 0.96 inci dengan resolusi 128x64 piksel ini digunakan sebagai unit keluaran visual. Memanfaatkan bus antarmuka komunikasi I2C yang ringkas (hanya membutuhkan pin SDA dan SCL), layar ini bertugas menampilkan nilai Voltage (V), Current (A), dan Power (VA) secara aktual langsung di perangkat tanpa bergantung pada komputer penampil.

IV.             HASIL DAN PEMBAHASAN

A.    Prinsip Kerja

1.      Pembacaan Parameter Daya AC: Sensor ZMPT101B membaca gelombang sinusoida perubahan tegangan AC jala-jala lewat pin ADC27, sementara sensor arus ACS712 mendeteksi nilai aliran arus dari beban secara kontinu melalui pin ADC26 berkecepatan tinggi selama durasi 100 milidetik.

2.      Kalkulasi RMS dan Pemrosesan Kontrol: Raspberry Pi Pico mengonversi sinyal analog sensor, membuang bias DC bias melalui kalkulasi dynamic offset, lalu menghitung nilai kuadrat rata-rata menggunakan fungsi matematika akar kuadrat untuk menghasilkan nilai Root Mean Square (RMS) murni yang presisi di memori flash.

3.      Fungsi Threshold dan Moving Average (Penyaringan): Jika nilai arus RMS mendeteksi kondisi di bawah batas kritis (0.03 A), sistem secara otomatis mengunci status ke angka nol untuk memotong noise. Alarm visual dan data pembacaan kemudian disaring menggunakan algoritma buffer 10 data terakhir agar angka yang ditampilkan pada layar OLED 0.96" serta serial monitor tidak mati secara prematur atau fluktuatif akibat derau sensor.

B.     Diagram Blok

C.    Diagram Alir

 

D.    Rangkaian Skematik

E.     Program

V.                KESIMPULAN

Sistem monitoring daya listrik AC berbasis mikrokontroler Raspberry Pi Pico menggunakan kombinasi sensor parameter ganda (ZMPT101B dan ACS712) telah berhasil dikembangkan untuk memantau karakteristik beban secara real-time. Perangkat ini mampu mengukur parameter kelistrikan berupa tegangan, arus, serta menghitung daya semu secara otonom. Implementasi algoritma sampling cepat RMS dan sistem filter Moving Average terbukti sukses mereduksi fluktuasi noise pembacaan sensor analog, sehingga visualisasi data lokal pada layar OLED menyajikan informasi yang stabil, andal, dan hemat energi.

VI.             Link PPT

https://www.canva.com/design/DAHMnhRq0X8/zL6MZjE2KYmqrQgrLrveMQ/edit?ui=eyJBIjp7fX0

VII.          Referensi

Nusa, T., Sompie, S. R., & Rumbayan, M. (2015). Sistem Monitoring Konsumsi Energi Listrik Secara Real Time Berbasis Mikrokontroler.

https://ejournal.unsrat.ac.id/index.php/elekdankom/article/view/9974

VIII.       Link YouTube

https://www.youtube.com/watch?v=jG8NgrUJxYQ