16

BAB III

METODE PENELITIAN

Pada penelitian ini penulis merencakan perancangan alat monitoring dan

pengisian token listrik dengan aplikasi Android. Aplikasi akan mampu memantau

nilai kWh yang masih bisa digunakan secara realtime dan menjadi interface

pengisian token listrik dengan teknologi Wi-Fi sehingga pengisian bisa dilakukan

dimanapun dan kapanpun. Diperlukan metodologi penelitian yang digunakan pada

tugas akhir ini adalah sebagai berikut.

3.1 ALUR PENELITIAN

Perancangan suatu penelitian dilakukan dalam berbagai tahap yaitu dimulai

dari pencarian studi literatur, melakukan perancangan hardware, melakukan

perancangan software, melakukan pengujian sesuai parameter, dan yang terakhir

adalah tahap pembuatan hasil data dari hasil pengujian sistem. Dalam sebuah

perancangan suatu penelitian diperlukan adanya alur penelitian agar dalam

melakukan perancangan dapat berjalan sesuai dengan rencana yang telah disusun

seperti diatas. Salah satu bentuk dari alur penelitian adalah flowchart, jika dilihat

secara singkat flowchart dapat menjelaskan proses perancangan pada penelitian

yang akan dibuat seperti pada gambar 3.1.

Mulai

Studi Literatur

Perancangan Hardware

Perancangan Software

Pengujian Sesuai Parameter

Pembuatan Hasil Data

Selesai

Ya

Tidak

Gambar 3.1 Flowchart Alur Penelitian

17

Sesuai dengan flow chart alur penelitian pada gambar 3.1 dimulai dari

pencarian studi literatur yang dilakukan dengan membandingkan kajian teori dari

perancangan sebelumnya, selain itu studi literatur dilakukan dengan membaca

buku-buku, jurnal ilmiah dan beberapa artikel dari internet yang dapat menunjang

dari cara kerja dan sistem setiap perangkat yang digunakan. Pada Diagram Blok

perancangan hardware merupakan proses pengumpulan alat dan bahan yang terdiri

dari perangkat board D1 Mini untuk konektivitas Wi-Fi yang digunakan sebagai

media komunikasi pengiriman data dan masukkan data token. Pada Diagram Blok,

perancangan software merupakan proses pembuatan aplikasi yang digunakan pada

perancangan Tugas Akhir ini dengan menggunakan App Invertor secara online

yang menampilkan nilai kWh serta dapat melakukan pengisian token listrik

menggunakan platform dan penyimpanan data Firebase. Setelah perancangan

hardware dan software maka selanjutnya adalah melakukan pengujian sesuai

dengan parameter, jika pada pengujian tersebut tidak sesuai dengan parameter atau

terdapat kesalahan maka akan dilakukan perancangan hardware dan software

kembali hingga pengujian tersebut berhasil dan apabila pada pengujian tersebut

sesuai dengan parameter maka akan langsung dibuat hasil data berdasarkan pada

pengujian tersebut.

3.2 PERANCANGAN ALAT

Dalam penelitian ini perangkat yang digunakan meliputi peralatan perangkat

keras untuk perancangan prototype dan perangkat lunak. Sesuai dengan blok

diagram pada gambar 3.2, board D1 Mini berfungsi untuk menerima dan mengirim

data dengan konektivitas Wi-Fi yang digunakan sekaligus sebagai data masukkan

untuk Arduino Uno. Perangkat mikrokontroler Arduino Uno sebagai pengolah data

masukkan dari modul sensor arus ACS712 5A untuk dikirimkan aplikasi berbasi

Android yang penulis rancang menggunakan .App Inventor. Aplikasi yang penulis

rancang dapat melakukan pengisian token listrik melalui konektivitas smartphone

yang digunakan dan data akan diterima pada platform database Frebase untuk

diteruskan ke perangkat meteran listrik.

Dalam perancangan untuk merancang sistem monitoring dan pengisian token

listrik berbasis internet of things digunakan beberapa peralatan perangkat keras dan

18

perangkat lunak (software) yang digunakan untuk menunjang kegiatan penelitian

ini, yaitu:

3.2.1 PERANGKAT KERAS

Power Supply Custom Board

Board D1 Mini

Arduino Uno

Sensor Arus

Input Listrik PLN

MCB

Output Listrik PLN

ADC

UART

Relay

Supply 5V

D I/O

Firebase

Internet

User

LCD Crystal 16x2

I2C

Gambar 3.2 Blok Diagram Sistem End to End

a. Arduino Uno

Arduino Uno adalah mikro pengendali single-board yang bersifat open

source, dan dirancang untuk memudahkan pengguna elektronik dalam

berbagai bidang. Arduino dilengkapi dengan prosesor Atmel AVR berbasis

ATMEGA 328P. Pada Arduino sendiri memiliki 14 pin digital input / output

(6 diantaranya dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, sebuah

osilator crystal 16 MHz, sebuah koneksi USB, sebuah power jack, sebuah

ICSP header, dan sebuah tombol reset.

Gambar 3.3 Arduino Uno

19

b. Board D1 Mini

Board D1 Mini digunakan untuk komunikasi Wi-Fi sebagai media

transmisi data kWh dan data token listrik. Adapun microprosessor sekaligus

modul komunikasi Wi-Fi yang digunakan oleh board ini adalah ESP8266.

Gambar 3.4 Board D1 Mini

Tabel 3.1 Pin board D1 Mini

Pin pada D1 Mini Pin pada Arduino Uno

Rx 11

Tx 12

c. Sensor arus ACS712 5A

Sensor arus ACS712 5A berfungsi untuk mengubah besaran tegangan

menjadi sebuah nilai ADC yang dapat dikonversi menjadi nilai arus. Penulis

menggunakan sebuah persamaan agar nilai arus dapat digunakan untuk

mengurangi kWh setiap satuan waktu sesuai dengan beban daya yang

digunakan oleh pengguna layanan listrik.

Gambar 3.5 Sensor arus ACS712 5A

Tabel 3.2 Pin sensor arus ACS712 5A

Pin pada ACS712 5A Pin pada Arduino Uno

VCC 5V

OUT A3

GND GND

20

d. Modul relay

Modul relay digunakan untuk memutus ketika saldo listrik habis dan

menghubungkan aliran listrik untuk pengguna layanan listrik. Penulis

menggunakan kondisi normally open (NO) agar ketika relay tidak mendapat

daya, layanan listrik tidak dapat digunakan oleh pengguna.

Gambar 3.6 Modul relay

Tabel 3.3 Pin modul relay

Pin pada modul relay Pin pada Arduino Uno

IN 13

GND GND

VCC 5V

e. LCD Crystal 16 x 2 (I2C)

Penulis menggunakan LCD Crystal 16 x 2 (I2C) untuk menampilkan

nilai kWh yang tersisa dan menampilkan daya yang sedang digunakan secara

real time.

Gambar 3.7 LCD Crystal 16 x 2 dengan modul I2C

21

Tabel 3.4 Pin pada LCD I2C

Pin pada LCD I2C Pin pada Arduino Uno

GND GND

VCC 5V

SDA A4

SCL A5

f. Buzzer

Buzzer pada penelitian ini digunakan untuk mengetahui bahwa

pengisian berhasil ditandai dengan suara buzzer aktif dengan waktu 1 detik.

Buzzer akan aktif pula ketika nilai kWh dibawah 5 kWh dengan tempo cepat

sedangkan ketika saldo kWh sudah habis makan buzzer akan aktif dengan

tempo yang cukup panjang.

Gambar 3.8 Buzzer

Tabel 3.5 Pin pada buzzer

Pin pada buzzer Pin pada Arduino Uno

+ 10

- GND

g. Keypad 4x4

Keypad yang digunakan pada perancangan alat yaitu keypad ukuran 4x4

untuk melakukan pengisian token. Token akan diproses oleh board Arduino

Uno untuk diolah oleh program yang sudah dijalankan. Pin yang dihubungkan

dengan keypad 4x4 pada Arduino Uno yaitu berurutan pin 2 sampai 9.

22

Gambar 3.9 Keypad 4x4

h. Adaptor HLK-5M05

Adaptor HLK-5M05 sebagai transformator tegangan 220 Volt menjadi

daya 5W (5V 1A).

Gambar 3.10 Adaptor HLK-5M05

i. Charger module TP4056

Charger module TP4056 digunakan untuk mengisi daya baterai

sekaligus penstabil tegangan input dari adaptor HLK-5M05. Modul ini

memiliki sistem auto cut off ketika beban baterai yang diisi sudah penuh.

Gambar 3.11 Charger module TP4056

Tabel 3.6 Pin pada TP4056

Pin pada TP4056 Pin pada HLK-5M05

+ +Vo

- -Vo

23

j. Baterai Li-ion 18650

Baterai Li-ion 18650 digunakan untuk backup daya ketika listrik PLN

mati sehingga prototype tetap bekerja.

Gambar 3.12 Baterai Li-ion 18650

Tabel 3.7 Pin pada Baterai Li-ion 18650

Pin pada 18650 Pin pada TP4056

+ B+

- B-

k. Set Up DC module MT3068

Set Up DC module MT3068 digunakan untuk menaikan nilai tegangan

dari baterai Li-ion 18650 yaitu 4,7 V ketika penuh menjadi 5,5 Volt. Penaikan

nilai tegangan dimaksudkan agar semua komponen pada micro board dapat

aktif dengan daya yang stabil.

Gambar 3.13 Set Up DC module MT3068

Tabel 3.8 Pin pad MT3068

Pin pada MT3068 Pin pada TP4056

VIN+ OUT+

VIN- OUT-

24

l. Laptop

Pada penelitian ini laptop digunakan untuk melakukan konfigurasi

terhadap mikro pengendali Arduino Uno dan board D1 Mini, ser ta memantau

data yang dikirimkan ke Firebase. Perangkat ini difungsikan untuk membuat

listing pemrograman, pengambilan sekaligus mengolah hasil data dari

pengujian sistem dan perangkat, dan melihat hasil data, serta digunakan untuk

pembuatan aplikasi smartphone Android.

m. Smartphone Android

Pada penelitian ini Smart Phone digunakan disisi pengguna untuk

melakukan monitoring saldo kWh dan mengisi token listrik. Proses tersebut

dapat dilihat melalui sebuah aplikasi yang telah penulis rancang.

3.2.2 PERANGKAT LUNAK

Mulai

Prototype Sistem Monitoring dan

Pengisian Token ON

Mencari Koneksi Internet

Internet ON

Menunggu Pengisian

Ada Pengisian

Ya

Tidak

Menampilkan kWh pada Aplikasi dan

Prototype

Tidak

Mengisi Token

Ya

Selesai

Gambar 3.14 Flowchart program pengisian dan monitoring token

25

a. Arduino IDE

Arduino IDE merupakan fasilitas yang disediakan oleh perangkat

Arduino untuk dapat melakukan konfigurasi sebuah program yang nantinya

akan di masukan ke Arduino. Program tersebut bersifat open-source dalam

lingkup Bahasa pemrograman Bahasa Arduino dan dapat bekerja pada sistem

oprasi Windows, Macintosh, dan Linux. Penulis menggunakan sistem operasi

Windows 10 pada penelitian ini.

Gambar 3.15 Tampilan awal Arduino IDE 1.8.12

(a)

26

(b)

(c)

Gambar 3.16 Bagian header pada board Arduino Uno

Gambar 3.16 menampilkan konfigurasi yang digunakan untuk

mendeklarasikan library, pin, dan variabel yang digunakan pada board

Arduino Uno. Tertera bahwa penulis menggunakan library

<SoftwareSerial.h>. Penulis menggunakan library tersebut untuk

menghubungkan board Arduino Uno dengan board D1 Mini. Penulis

mendeklarasikan semua variabel yang akan digunakan dalam program. Pada

bagian (c) ini pula penulis mencantumkan custom character untuk

ditampilkan pada LCD.

27

Gambar 3.17 Void getVPP board Arduino Uno

Fungsi pada gambar 3.17 digunakan untuk mengubah nilai tegangan

menjadi nilai biner (0-1023) atau lebih dikenal dengan analog to digital

convertion (ADC). Hasil yang didapatkan pada fungsi tersebut adalah nilai

tengan dalam bentuk angka untuk diolah lebih lanjut.

Gambar 3.18 Void d board Arduino Uno

Gambar 3.18 menampilkan program fungsi d(). Program tersebut

berfungsi sebagai program pengolahan data yang didapatkan dari board D1

Mini sehingga data yang diterima bisa dipahami oleh board Arduino Uno.

28

Gambar 3.19 Void isi board Arduino Uno

Fungsi isi() akan aktif ketika keypad ditekan. LCD akan menampilkan

proses input dan akan mengolah hasil pengisian hingga menampilkan nilai

kWh terakhir.

Gambar 3.20 Void kwhcount board Arduino Uno

Pada gambar 3.20 ditampilkan program perhitungan pengurangan kWh

sesuai dengan pembacaan sensor arus AC712 5A.

29

Gambar 3.21 Void buzzer board Arduino Uno

Pada gambar 3.21 menampilkan fungsi logika buzzer berdasarkan nilai

kWh yang tersisa. Pada program tersebut bunyi buzzer akan berbeda ketika

kurang dari 5 kWh dan ketika kWh habis.

Gambar 3.22 Void serialmonitor baord Arduino Uno

Program pada gambar 3.22 berfungsi untuk menampilkan nilai saldo,

daya, dan arus yang sedang aktif pada serial monitor pada laptop.

Gambar 3.23 Void lcdtampil board Arduino Uno

30

Gambar 3.23 menampilkan program untuk mengaktifkan LCD. LCD

akan menampilkan nilai kWh yang tersisa dan daya yang sedang digunakan

pada prototype.

Gambar 3.24 Void setup board Arduino Uno

Pada bagian setup, penulis melakukan konfigurasi LCD dan membentuk

custom character untuk ditampilkan serta mempersiapkan baudrate yang

digunakan untuk berkomunikasi melalui serial monitor dan berkomunikasi

dengan board D1 Mini. Penulis juga mendeklarasikan pin untuk relay dan

buzzer. Pada bagian ini pula LCD menampilkan awalan sekaligus menunggu

konektivitas Wi-Fi untuk mendapatkan saldo kWh terakhir.

31

Gambar 3.25 Void loop board Arduino Uno

Penulis melakukan konfigurasi untuk memproses semua data pada

program pengulangan yaitu bagian void loop. Pada bagian ini semua fungsi

dipanggil sesuai algoritma yang sesuai dengan sistem.

Gambar 3.26 Bagian header pada board D1 Mini

Pada gambar 3.20 penulis melakukan konfigurasi pada program yang

digunakan oleh board D1 Mini. Penulis mencantumkan URL yang digunakan

untuk mendapatkan dan mengirim data kWh serta data token untuk

ditambahkan pada board Arduino Uno.

32

Gambar 3.27 Void wifi pada board D1 Mini

Gambar 3.27 menampilkan program untuk mencari koneksi Wi-Fi dan

melakukan inisiasi URL Firebase berupa host dan authentification.

(a)

(b)

Gambar 3.28 Void saldo dan void isi pada board D1 Mini

33

Penulis membuat fungsi void saldo dan void isi agar program pada void

loop terlihat rapi dan merepresentasikan algoritma saja. Fungsi pada gambar

3.28 berisi perintah untuk mengirimkan data dan menerima data dari

Firebase. Perintah yang penulis gunakan sudah dipahami oleh mikroprosesor

menggunakan library <FirebaseArduino.h>.

Library yang penulis gunakan, sudah mengalami pembaruan pada

bagian fingerprint pada header “FirebaseHttpClient”. Penulis menyarakan

pada penggunaan library ini perlu update fingerprint pada forum library

disebarluaskan ketika akan merancang sebuah sistem dengan platform

Firebase.

Gambar 3.29 Void setup pada board D1 Mini

Program void setup dijalankan ketika board D1 Mini diaktifkan dan

dijalankan hanya sekali saja. Program berisi konfigurasi baudrate untuk serial

monitor dan perintah menjalakan void wifi.

Gambar 3.30 Void loop pada board D1 Mini

34

Gambar 3.31 Tampilan pada serial monitor board Arduino Uno

Gambar 3.32 Tampilan pada serial monitor board Arduino Uno

35

Serial monitor pada gambar 3.31 merupakan serial monitor board

Arduino Uno yang menampilkan hasil pembacaan sensor arus. Sedangkan

pada gambar 3.32 serial monitor menampilkan token yang dibaca oleh board

D1 Mini.

b. Firebase

Firebase penulis gunakan sebagai database sekaligus network server

untuk menerima data token listrik sekaligus data kWh secara realtime. Penulis

menggunakan Firebase karena penulis membutuhkan database dengan

komunikasi uplink dan downlink. Firebase merupakan platform milik Google.

Gambar 3.33 Tampilan awal Firebase

Firebase dapat diakses menggunakan akun layanan Google seperti akun

Gmail. Penulis menggunakan akun Gmail yang sudah penulis buat.

Pembuatan data projek dapat langsung dimulai setelah login.

(a)

36

(b)

(c)

(d)

37

(e)

(f)

Gambar 3.34 Pembuatan projek baru pada Firebase

Penulis membuat projek dengan langkah seperti pada gambar 3.34.

Penulis menggunakan nama “meteran-listrik” untuk projek penelitian ini.

Firebase dapat digunakan untuk berbagai macam projek salah satunya projek

Internet of Things (IoT). Firebase menjadi pilihan penulis karena sifatnya

yang realtime dan dapat diandalkan. Penulis menggunakan Firebase pada

projek ini dihubungkan dengan board D1 Mini. Program yang dijalankan pada

board D1 Mini sudah dilengkapi dengan library Firebase. Library yang

penulis gunakan pada tanggal 27 Februari 2020 mengalami sedikit perubahan

pada fingerprint pada header “FirebaseHttpClient” dengan fingerprint "03

D6 42 23 03 D1 0C 06 73 F7 E2 BD 29 47 13 C3 22 71 37 1B". Penulis

38

mendapatkan fngerprint tersebut melalui forum diskusi. Penulis membuat

URL singkat menjadi bit.ly/firebasefp270220.

Gambar 3.35 Tampilan Realtime Database

Penulis menggunakan layanan Realtime Database pada Firebase

karenan layanan tersebut menyediakan penyimpanan data yang cukup untuk

projek IoT dan kecepatan menyimpanan data serta layanan mengambilan data

juga cukup baik. Berdasar hal tersebut, Realtime Database merupakan fitur

yang baik untuk digunakan pada projek yang membutuhkan penyimpanan

dengan layanan dua arah (uplink dan downlink).

c. App Inventor

App Inventor digunakan untuk pembuatan aplikasi di Android. App

Inventor ini merupakan alat pengembangan yang mudah digunakan oleh siapa

saja dengan menggunakan pendekatan blok. Adapun desain layar dilakukan

dengan pendekatan "click & drag"[11].

Gambar 3.36 Tampilan designer screen 1

39

Gambar 3.37 Tampilan block screen 1

Pada screen 1, penulis membuat tampilan logo aplikasi yang berjalan

selama dua detik. Setelah dua detik secara otomatis akan membuka

selanjutnya yaitu screen 2. Penulis memberi nama ”Fuse” pada aplikasi yang

penulis buat.

Gambar 3.38 Tampilan designer screen 2

Gambar 3.39 Tampilan block screen 2

40

Pada screen 2 menampilkan kolom saldo kWh dan kolom pengisian

token. Pada kolom saldo kWh, nilai kWh yang tersisa akan tampil secara

otomatis ketika screen 2 ditampilkan. Kolom pengisian token berasal dari

sebuah textbox yang sudah penulis konfigurasi agar hanya dapat menampilkan

pad berupa angka saja. Tekan menekan kolom pengisian maka pad akan

muncul dan pengguna aplikasi dapat mengisi dengan token berupa nilai kWh

yang ingin digunakan. Token yang digunakan merupakan nilai kWh langsung,

sesuai batasan masalah yang penulis cantumkan pada Bab I yang hanya

berupa token sample.

3.3 SKENARIO PENGUJIAN SISTEM

Pada sub bab ini, penulis akan menjelaskan skema pengujian sistem

monitoring dan pengisian token listrik berbasis internet of things.

3.3.1 SKEMA PENGUJIAN AKURASI PEMBACAAN ARUS SENSOR

ACS712 5A

Pengujian akurasi dilakukan dengan cara membandingkan antara

pembacaan ADC pada board Arduino Uno dengan pengukuran menggunakan

amperemeter. Pengujian dilakukan dengan mengukur arus pada 7 alat dengan

spesifikasi beban daya yang berbeda. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui

akurasi dari pembacaan sensor arus ACS712 5A. Adapun skema pengujian secara

visual seperti gambar 3.40.

Listrik PLN AmperemeterSensor Arus ACS712 5A

Arduino UnoSerial

Monitor

Gambar 3.40 Diagram Blok Pengujian Akurasi Arus

41

Mulai

Deklarasi Variabel

Pembacaan ADC

Konversi ADC ke Arus

Selesai

Menampilkan pada Serial Monitor

Gambar 3.41 Flowchart Program Pengujian Akurasi Arus

a. Alat yang digunakan:

1. Arduino Uno

2. Sensor arus ACS712 5A

3. 1 unit laptop

4. Amperemeter

5. 3 alat listrik dengan daya yang berbeda

6. Software Ms. Excel

b. Prosedur Pengujian:

1. Menghubungkan satu alat listrik ke output PLN dari meteran listrik

2. Menghubungkan amperemeter pada sensor arus ACS712 5A untuk

selanjutnya mencatat nilai tegangan dan arus

3. Mencatat nilai arus pada LCD crystal 16x2

4. Memutuskan alat listrik dari output PLN pada meteran listrik

5. Mengulangi langkah pertama hingga langkah keempat pada 2 alat

listrik lainnya

3.3.2 SKEMA PENGUJIAN THROUGHPUT WIFI PADA BOARD D1 MINI

Pengujian throughtput dilakukan untuk mengetahui kecepatan aktual

tranmisi dari board D1 Mini. Pada pengujian throughtput penelitian melakukan

42

pengiriman data dari board D1 Mini menuju aplikasi Android. Proses pengujian

throughtput pada penelitian ini dilakukan dengan pengujian pengiriman data contoh

dari board D1 Mini ke platform Firebase setiap interval waktu 1 menit sekali

selama 30 menit. Data throughput diambil dari banyaknya data yang dapat

dikirimkan dibagi dengan waktu pengiriman dan dilakukan perhitungan throughput

di tiap pengujian, selanjutnya diambil nilai data rata-rata throughput secara

keseluruhan.

Board D1 MiniSoftware

WiresharkInternet

Gambar 3.42 Diagram Blok Perangkat Pengujian Throughput

Menjalankan Pengiriman Data dari

board D1 Mini

Menunggu Selama 1

Menit

Menjalankan software

Wireshark

Menyimpan hasil capture data

Gambar 3.43 Diagram Blok Proses Pengujian Throughput

a. Alat yang digunakan:

1. Arduino Uno

2. Board D1 Mini

3. 1 unit laptop

4. Software Arduino IDE

5. Software Wireshark

6. Software Ms. Excel

b. Prosedur Pengujian throughput:

1. Menyiapkan konektivitas Wi-Fi

2. Menjalankan program aplikasi Android berisi data dummy

3. Menjalankan software Wireshark dan melakukan capture pada data

yang berjalan.

3.3.3 SKEMA PENGUJIAN PENURUNAN TEGANGAN SUPPLY BOARD

Pengujian penurunan tegangan dilakukan untuk mengetahui daya tahan

supply daya dari modul power supply yang penulis buat khusus untuk sistem. Pada

pengujian penurunan tegangan penelitian melakukan pengamatan turunnya

tegangan pada interval waktu setiap 30 menit. Proses pengujian penurunan

43

tegangan dilakukan dengan mencatat nilai tegangan setiap kelipatan waktu 30 menit

sebanyak 10 kelipatan pada kondisi sistem tidak dicatu oleh listrik PLN. Data

pengamatan turunnya tegangan diambil dari selisih tegangan awal dan tegangan

akhir dibagi dengan interval waktu dan dilakukan perhitungan rata-rata pengamatan

turunnya tegangan secara keseluruhan.

Supply Board VoltmeterBoard

Mikropengedali

Gambar 3.44 Diagram Blok Pengujian Penurunan Tegangan

a. Alat yang digunakan:

1. Perangkat meteran listrik pada sistem monitoring dan pengisian

token listrik

2. Voltmeter

3. Stopwatch

4. Software Ms. Excel

b. Prosedur pengujian:

1. Menyalakan seluruh sistem monitoring listrik

2. Mencatat tegangan awal pada output supply board

3. Mencatat tegangan pada 30 menit setelah dinyalakan

4. Melakukan langkah ketiga pada kelipatan 30 menit sebanyak 10 kali