ESP32 Samoto Monitor + Siren (firmware esp32-v2.3)

Dokumen ini merangkum arsitektur sistem dan alur kerja firmware, disiapkan untuk bahan update progress dan pembuatan flow chart.

---

1. Gambaran Umum

Sistem ini adalah node berbasis ESP32 yang punya tiga fungsi utama:

1. Monitoring inverter Samoto lewat komunikasi serial (protokol perintah Q1).
2. Pengukuran arus AC nyata pada sisi beban memakai sensor ACS712 30A (metode RMS), lalu dihitung daya nyata (watt).
3. Kontrol sirine / alarm darurat lewat relay SSR (FOTEK), bisa dipicu dari tombol fisik, perintah server, atau serial monitor.

ESP32 berkomunikasi ke server lewat USB Serial (115200 baud) dengan format blok teks nama- ... -nama. Server menerima telemetri dan status sirine, sekaligus bisa mengirim perintah balik (on/off/query sirine). Data telemetri dicatat ke SQLite di sisi server.

---

2. Arsitektur Sistem

2.1 Lapisan Sistem

Lapisan	Komponen	Peran
Sensor / sumber data	Inverter Samoto	Sumber data tegangan grid, tegangan output, frekuensi, beban, suhu, tegangan baterai, status backup
	Sensor ACS712 30A	Sumber data arus beban AC (RMS)
	Tombol darurat	Input manual pemicu sirine
Antarmuka hardware	MAX3232	Konversi level RS232 inverter ke level TTL ESP32
	Voltage divider 10k:20k	Menurunkan output ACS712 (5 V) ke level aman ADC ESP32 (3.3 V)
	Transistor NPN + R 1k	Driver basis untuk relay SSR
Pengendali	ESP32	Akuisisi data, pengolahan, logika sirine, komunikasi ke server
Aktuator	SSR FOTEK + sirine	Membunyikan alarm
	LED onboard	Indikator sirine aktif
Server	Parser serial + SQLite	Menerima blok telemetri/status, menyimpan data, mengirim perintah

2.2 Pemetaan Pin

Fungsi	Pin ESP32	Keterangan
RX2	GPIO 16	Dari TX inverter (lewat MAX3232)
TX2	GPIO 17	Ke RX inverter (lewat MAX3232)
ACS712	GPIO 34	Input ADC via divider 10k:20k
Relay SSR	GPIO 4	Basis NPN via R 1k, active HIGH
Tombol	GPIO 13	Ke GND, INPUT_PULLUP, interrupt FALLING
LED	GPIO 2	LED onboard

2.3 Jalur Komunikasi

Jalur	Media	Baud	Arah	Isi
ESP32 <-> Inverter	UART2 (via MAX3232)	9600	Dua arah	Kirim Q1\r, terima string status (...)
ESP32 <-> Server	UART0 / USB Serial	115200	Dua arah	Blok telemetri, state, danger (keluar); blok cmd, ping (masuk)

2.4 Komponen Software (Modul dalam Firmware)

1. Modul Sirine (sirenActivate, sirenDeactivate, sirenTick, sendState, sendDanger)
2. Modul Sensor Arus (readSensorVolt, calibrateACS712, readCurrentRMS)
3. Modul Inverter (readSamotoQ1)
4. Modul Telemetri (sendTelemetry)
5. Modul Parser Perintah Server (pollSerial, handleLine)
6. Modul Tombol (ISR onButton dengan debounce 200 ms)
7. Main loop (penjadwalan semua modul di atas tanpa blocking panjang)

2.5 Parameter Utama

Parameter	Nilai
Interval telemetri	60 detik
Durasi sirine	10 detik
Batas maksimum sirine (fail-safe)	10 detik
Interval laporan state saat sirine ON	1 detik
Interval laporan state saat IDLE	10 detik
Sensitivitas ACS712	66 mV/A
Rasio divider	20k / (10k + 20k) = 0.667
Durasi sampling RMS	200 ms (10 siklus 50 Hz)
Oversampling ADC	8x per sampel
Batas noise arus	0.05 A (di bawahnya dianggap 0 A)
Debounce tombol	200 ms

---

3. Alur Kerja (untuk Flow Chart)

3.1 Alur Utama (Level Tertinggi)

1. MULAI: ESP32 dinyalakan.
2. Jalankan SETUP (lihat 3.2).
3. Masuk LOOP tak berhingga (lihat 3.3).

3.2 Alur SETUP (Inisialisasi)

1. Buka Serial server 115200 baud.
2. Set pin relay sebagai output, relay dimatikan (sirine OFF).
3. Set pin LED sebagai output, LED mati.
4. Set pin tombol INPUT_PULLUP, pasang interrupt FALLING ke onButton.
5. Buka Serial2 ke inverter 9600 baud (8N1, RX=16, TX=17).
6. Set ADC resolusi 12 bit dan atenuasi 11 dB pada pin ACS712.
7. Tunggu 500 ms.
8. Kalibrasi ACS712 (lihat 3.7).
9. Cetak banner firmware dan versi.
10. Kirim state awal sirine ke server.
11. Lanjut ke LOOP.

3.3 Alur LOOP (berulang terus)

Setiap iterasi loop menjalankan urutan berikut:

1. Poll serial dari server (pollSerial): baca karakter masuk, susun jadi baris, proses tiap baris lengkap lewat handleLine (lihat 3.6).
2. Cek timeout sirine (sirenTick): jika sirine ON dan waktu habis, matikan sirine dengan sumber "timeout".
3. Update LED sesuai status sirine.
4. Cek flag tombol:
   • Jika flag aktif: reset flag, kirim blok danger ke server.
   • Jika sirine sedang OFF: aktifkan sirine (sumber "esp32", durasi 10 detik).
   • Jika sirine sudah ON: tidak ada aksi tambahan (sirine tidak diperpanjang).
5. Cek waktu telemetri: jika sudah >= 60 detik sejak telemetri terakhir, catat waktu lalu jalankan kirim telemetri (lihat 3.5).
6. Cek waktu laporan state: tentukan interval (1 detik jika sirine ON, 10 detik jika OFF). Jika sudah lewat, kirim state ke server.
7. Kembali ke langkah 1.

3.4 Alur Tombol Darurat (Interrupt)

1. Tombol ditekan, pin turun ke LOW (FALLING).
2. ISR onButton jalan: ambil waktu sekarang.
3. Jika selisih dari penekanan sebelumnya > 200 ms: set btnFlag = true dan simpan waktu. Jika tidak: abaikan (debounce).
4. Flag diproses di main loop (langkah 4 pada 3.3).

3.5 Alur Kirim Telemetri

1. Baca inverter (readSamotoQ1, lihat 3.8).
2. Baca arus RMS dari ACS712 (lihat 3.9), simpan ke lastIrms.
3. Baca suhu internal ESP32. Jika NaN atau di luar rentang -20 sampai 120 C, ganti nilai default 40 C.
4. Tentukan tegangan output yang dipakai: pakai v_out inverter jika pembacaan valid, jika tidak pakai default 220 V.
5. Hitung daya nyata: wl = v_out x Irms.
6. Kirim blok ke server:
   • Buka blok start-
   • Field: vac, vout, fr, tups, tesp, vbat, load, wl, i, bk
   • Field yang bergantung pembacaan inverter dikirim - jika pembacaan gagal (invalid)
   • Tutup blok -end

3.6 Alur Parser Perintah dari Server

Input masuk karakter demi karakter, baris selesai saat ketemu \n atau \r (maks 160 karakter per baris). Tiap baris diproses handleLine:

1. Jika baris = cmd-: masuk mode cmd, kosongkan aksi.
2. Jika baris = -cmd: tutup blok cmd. Jika mode cmd, baca aksi (trim, lowercase):
   • on: aktifkan sirine (sumber "server", 10 detik)
   • off: matikan sirine (sumber "server")
   • query: kirim state
   • Reset mode.
3. Jika baris = ping-: masuk mode ping.
4. Jika baris = -ping: reset mode, kirim state (berfungsi sebagai heartbeat/jawaban ping).
5. Jika baris = cal (tanpa peduli huruf besar/kecil): jalankan kalibrasi ACS712 ulang.
6. Jika baris = siren: toggle sirine (sumber "serial").
7. Jika sedang mode cmd dan baris berformat kunci: nilai: jika kunci = aksi, simpan nilainya sebagai aksi.

Contoh perintah dari server:

cmd-
aksi: on
-cmd

3.7 Alur Kalibrasi ACS712

1. Ambil 2000 sampel tegangan sensor (jeda 300 us), hitung rata-rata sebagai offsetV (titik nol DC, idealnya sekitar 2.5 V).
2. Ambil 2000 sampel lagi, hitung selisih terhadap offset, kuadratkan, rata-ratakan, akar kuadratkan sebagai noise floor (RMS noise saat tanpa beban).
3. Cetak offset dan noise floor ke serial.

Catatan: kalibrasi harus dilakukan saat tidak ada beban terpasang.

3.8 Alur Baca Inverter Samoto (Q1)

1. Kosongkan buffer Serial2.
2. Kirim Q1\r ke inverter.
3. Kumpulkan karakter respons sampai ketemu CR/LF (ada timeout 300 ms tanpa data baru).
4. Cari karakter ( di string. Jika tidak ada: tandai valid = false, selesai (gagal).
5. Parse (sscanf) ke: tegangan grid, tegangan fault, tegangan output, load %, frekuensi, tegangan cell, suhu, status.
6. Jika minimal 7 field berhasil terbaca:
   • Hitung tegangan baterai = v_cell x 6
   • Mode backup = true jika karakter pertama status = 1
   • Tandai valid = true
7. Jika tidak: valid = false.

3.9 Alur Baca Arus RMS

1. Selama 200 ms: baca tegangan sensor (rata-rata 8 sampel ADC, dibagi rasio divider), kurangi offsetV, kuadratkan, akumulasi.
2. Hitung mean square = jumlah kuadrat / jumlah sampel.
3. Kurangi kontribusi noise: sigSq = meanSq - noiseFloor^2 (minimal 0).
4. Hitung Irms = sqrt(sigSq) / 0.066 x CAL_FACTOR.
5. Jika Irms < 0.05 A: dianggap 0 A.

3.10 Alur Kontrol Sirine

Aktivasi (sirenActivate):

1. Jika durasi = 0 atau melebihi batas maksimum: pakai durasi default (10 detik).
2. Set status ON, simpan sumber, hitung waktu berakhir.
3. Nyalakan relay, update LED.
4. Kirim state ke server.

Deaktivasi (sirenDeactivate):

1. Set status OFF, simpan sumber.
2. Matikan relay, update LED.
3. Kirim state ke server.

Timeout otomatis (sirenTick, dicek tiap loop): jika sirine ON dan waktu sudah lewat, panggil deaktivasi dengan sumber "timeout".

Sumber pemicu sirine: esp32 (tombol fisik), server (perintah cmd), serial (ketik siren), timeout (hanya untuk OFF otomatis).

---

4. Format Protokol Serial ke Server

Setiap pesan berbentuk blok: baris pembuka nama-, isi kunci: nilai, baris penutup -nama.

4.1 Dari ESP32 ke Server

Telemetri (tiap 60 detik):

start-
vac: 220.0
vout: 220.0
fr: 50.0
tups: 30.0
tesp: 40.0
vbat: 13.20
load: 25
wl: 150.0
i: 0.682
bk: 0
-end

Catatan: pembuka memakai start-, penutup memakai -end.

State sirine (1 detik saat ON, 10 detik saat IDLE, dan setiap ada perubahan):

state-
siren: on
sumber: server
sisa: 8
durasi: 10
cap: 10
-state

Danger (saat tombol darurat ditekan):

danger-
siren: 1
durasi: 10
-danger

4.2 Dari Server ke ESP32

Blok	Isi	Efek
cmd- ... -cmd	aksi: on / off / query	Nyalakan, matikan, atau minta state sirine
ping- ... -ping	(kosong)	ESP32 membalas dengan blok state

4.3 Arti Field Telemetri

Field	Arti	Sumber
vac	Tegangan grid / input PLN	Inverter
vout	Tegangan output inverter	Inverter
fr	Frekuensi	Inverter
tups	Suhu inverter	Inverter
tesp	Suhu internal ESP32	ESP32
vbat	Tegangan baterai (v_cell x 6)	Inverter (dihitung)
load	Beban inverter (%)	Inverter
wl	Daya nyata (W) = vout x Irms	ACS712 + inverter
i	Arus beban (A RMS)	ACS712
bk	Mode backup (1 = pakai baterai)	Inverter

---

5. Mekanisme Pengaman (Fail-safe)

1. Batas durasi sirine (SIREN_MAX_SEC): sirine tidak bisa menyala lebih lama dari batas ini, meski perintah meminta lebih.
2. Timeout otomatis: sirine selalu mati sendiri setelah waktu habis, tidak bergantung pada server.
3. Relay mati saat boot: relay dipastikan OFF di awal setup.
4. Debounce tombol: mencegah pemicu ganda akibat bouncing.
5. Fallback data tidak valid: jika inverter tidak merespons, field terkait dikirim - dan perhitungan watt memakai 220 V default.
6. Validasi suhu ESP32: nilai tidak masuk akal diganti default.
7. Batas panjang baris serial (160 karakter): mencegah buffer membengkak.
8. Pengurangan noise floor dan batas 0.05 A: mencegah pembacaan arus palsu saat tanpa beban.

---

6. Ringkasan Satu Paragraf (untuk Update Progress)

Firmware ESP32 (versi esp32-v2.3) berfungsi sebagai node monitoring dan alarm. ESP32 membaca data inverter Samoto lewat UART2 dengan perintah Q1 (via MAX3232), mengukur arus beban AC memakai ACS712 dengan metode RMS yang dikalibrasi offset dan noise floor, lalu menghitung daya nyata. Seluruh data dikirim ke server tiap 60 detik lewat USB Serial dalam format blok key-value. Selain itu, ESP32 mengendalikan sirine lewat relay SSR yang dapat dipicu dari tombol darurat, perintah server, atau serial monitor, dilengkapi timeout otomatis dan batas durasi sebagai pengaman. Status sirine dilaporkan berkala ke server, dan server dapat mengirim perintah on, off, query, serta ping.

---

7. Catatan Temuan saat Telaah Kode

Beberapa hal yang sebaiknya dicek/dirapikan sebelum update progress:

1. Interval telemetri tidak konsisten: konstanta bernilai 60000 ms (60 detik), tetapi komentar di kode menyebut "tiap 10 dtk". Sesuaikan salah satunya, dan pastikan angka di dokumentasi/flow chart sama dengan nilai sebenarnya.
2. Durasi sirine = batas maksimum (sama-sama 10 detik): artinya fitur cap belum punya ruang gerak. Kalau ingin durasi bisa diatur, naikkan SIREN_MAX_SEC.
3. Blok telemetri memakai penanda start- dan -end, sedangkan blok lain memakai nama yang sama di pembuka dan penutup (state-/-state). Pastikan parser di server memang menangani pasangan start/end ini.
4. Pembacaan telemetri bersifat blocking sekitar 0.2 sampai 0.5 detik (sampling RMS 200 ms + tunggu respons inverter maks 300 ms). Selama itu, tombol tetap tertangkap (interrupt), tetapi pemrosesannya tertunda sampai loop berikutnya. Masih aman untuk kasus ini.
5. Baud inverter di kode = 9600, sedangkan catatan awal proyek menyebut 2400. Pastikan sesuai spesifikasi inverter yang dipakai.
6. LED: kode memakai LED biasa di GPIO 2. Jika board yang dipakai ESP32-S3 dengan LED RGB onboard, bagian ledUpdate perlu disesuaikan.
7. Ping tidak mengirim data khusus: respons ping hanya blok state. Itu cukup sebagai heartbeat, tetapi sebutkan demikian di penjelasan.