Pengantar

Blog ini dibuat untuk memudahkan berbagi pengalaman dalam membuat sistem pemantauan energi listrik yang "powerful" namun ekonomis.

 

Gambar 1. Diagram Sistem Pemantauan Energi Listrik

 

Keterangan diagram: 

• Orange Pi 2W sebagai Server Pusat: Dengan CPU quad-core dan RAM 2GB/4GB, Orange Pi 2W mampu menjalankan semua layanan perangkat lunak (Docker container) secara stabil. Daya listrik yang dibutuhkan pun hemat sehingga dapat menyala 24/7.
• ESP32 sebagai "Pekerja Lapangan": ESP32 sangat cocok untuk menghubungkan sensor PZEM-004T ke jaringan Wi-Fi dan mengirimkan data. Chip ini sangat hemat daya, harganya murah, dan memiliki komunitas besar dengan banyak contoh kode.
• PZEM-004T & Relay untuk Kontrol: Sensor PZEM-004T akurat, mudah dipasang (dijepit pada kabel), dan mendukung komunikasi Modbus yang stabil. Modul relay memungkinkan Anda melakukan tindakan fisik berbasis data, seperti memutus daya pada beban tertentu secara otomatis jika konsumsinya melebihi batas.
• Node-RED sebagai "Otak" yang Fleksibel: dengan Node-RED dimungkinkan untuk membangun logika sistem tanpa koding yang kompleks, seperti:
• Mengatur aliran data dari MQTT ke InfluxDB.
• Membuat otomatisasi, seperti mengirim notifikasi Telegram atau mengaktifkan relay saat daya melebihi ambang batas.
• Membuat API sederhana untuk berinteraksi dengan sistem.
• InfluxDB untuk Penyimpanan Data Time-Series: InfluxDB dioptimalkan khusus untuk data deret waktu (seperti pembacaan sensor setiap detik). Performa tulis dan bismenya sangat cepat, dan query-nya efisien untuk analisis tren historis.
• Grafana untuk Visualisasi Kelas Dunia: Grafana dapat membuat dashboard yang indah, interaktif, dan informatif. Anda dapat menampilkan grafik konsumsi real-time, laporan harian/bulanan, perhitungan biaya listrik, dan menampilkannya di HMI Nextion melalui integrasi sederhana.
• WireGuard untuk Jaringan Pribadi Virtual (VPN): Dengan WireGuard yang dijalankan di Orange Pi 2W, Anda dapat mengakses dashboard Grafana dan antarmuka admin Node-RED dari mana saja dengan aman, seolah-olah berada di jaringan lokal rumah/kantor. Ini jauh lebih aman daripada membuka port router ke internet.
• Modularitas dengan MQTT dan IOTstack: Mosquitto (MQTT Broker) bertindak sebagai "sistem saraf" yang menghubungkan semua komponen. ESP32 mengirim data ke topik MQTT, sementara Node-RED dan database mendengarkan topik tersebut. Arsitektur ini sangat modular—Anda dapat menambah sensor atau layanan baru tanpa mengganggu sistem yang sudah berjalan.
• IOTstack untuk Kemudahan dan Konsistensi: Menggunakan IOTstack (kumpulan Docker container) menyederhanakan instalasi dan manajemen semua perangkat lunak. Ini menjamin lingkungan yang konsisten, mudah diperbarui, dan terisolasi, sehingga cocok untuk diterapakan di Orange Pi 2W (https://sensorsiot.github.io/IOTstack/). 
• Portainer CE sebagai Administrator Platform: Mengelola seluruh komponen (Mosquitto, Node-RED, InfluxDB, Grafana, Wireguard) dari satu antarmuka web, memperbarui layanan secara mudah saat tersedia versi baru, menyederhanakan operasi harian dan pemeliharaan sistem IOTstack yang terdiri dari banyak container, membuatnya jauh lebih mudah daripada hanya menggunakan baris perintah.
• Router sebagai pengatur lalu lintas data jaringan: Menghubungkan perangkat-perangkat di jaringan lokal secara bersamaan ke internet, baik melalui kabel maupun Wi-Fi, dan mengatur jalur data agar data dari internet bisa sampai ke perangkat yang tepat.
• Smartphone untuk Interface Sistem Pemantauan: Smartphone menyediakan akses secara interaktif dari mana saja untuk semua aplikasi yang dijalankan, termasuk Portainer CE, Node-RED, InfluxDB, Grafana, WireGuard, dan aplikasi tambahan lainnya, seperti Telegram, IoT MQTT Panel, dll.

Gambaran hardware sistem pemantauan energi listrik: 

 

 Gambar 2. Rangkaian Sistem Pemantauan Energi Listrik 

 

Bahan/komponen yang dibutuhkan:

 

 

Langkah-langkah pembuatannya:

1. Pasang Armbian OS (Linux) di Orange Pi Zero 2W.
2. Deploy IOTStack untuk memasang 7 Container (DuckDNS, Grafana, InfluxDB, Mosquitto, Node-RED,  Wireguard dan Portainer-CE).
3. Buat database di InfluxDB melalui Portainer-CE.
4. Program ESP32 untuk membaca PZEM-004T dan mempublikasikan datanya via MQTT.
5. Flow Node-RED untuk mengontrol Relay via MQTTdan ESP32.
6. Flow Node-RED untuk menerima data via MQTT dan menyimpannya ke InfluxDB. 
7. Buat dashboard di Grafana untuk visualisasi data InfluxDB.
8. Aktifkan Alarm dan Notifikasi di Grafana.
9. Set up Telegram untuk pantau Sensor.
10. Set up Telegram untuk kontrol Relay.
11. Set up WireGuard untuk akses aman dari luar.  

 

Penjelasan terkait IOTStack, Container dan Docker:

• Bayangkan sebuah kotak paket yang berisi aplikasi dan semua yang dibutuhkan untuk aplikasi itu  bekerja. Kotak ini bisa dipindahkan dan dijalankan di mana saja, di laptop, di komputer, atau di cloud, tanpa perlu khawatir rusak atau bentrok dengan kotak lain. Kotak ini menggambarkan Container. Jadi Container adalah paket perangkat lunak yang praktis dan portabel. Sedangkan Docker adalah alat atau mesin untuk membuat, mengirim, dan menjalankan wadah-wadah (container) tersebut dengan mudah. 
• IOTstack ibarat sebuah katalog dari kotak-kotak paket yang diinginkan. Katalog ini menyediakan daftar kotak paket yang bisa dipilih lewat menu. IOTstack akan membantu memilih aplikasi apa saja yang mau dipasang, lalu menyiapkan semua petunjuknya (file konfigurasi) agar Docker bisa langsung menjalankan semua kotak aplikasi secara bersamaan dan terintegrasi. Jadi IOTstack adalah alat bantu untuk mempermudah kita dalam memilih, mengatur, dan menjalankan sekumpulan container (aplikasi IoT) menggunakan Docker, terutama di perangkat seperti Raspberry Pi. 

 

Mengapa memilih Orange Pi 2W?

 

Pesaing utama Orange Pi 2W adalah Raspberry Pi 2W, berikut ini perbandingan antara keduanya:

 

 

 

Dari tabel di atas, dapat disimpulkan apabila anggaran kita terbatas, tetapi menginginkan performa tinggi, maka sebaiknya pilih Orange Pi 2W. 

 

Akhir kata, semoga blog ini bermanfaat dan terimakasih atas kunjungannya.