Rancang Bangun Sistem Keamanan Loker Mengunakan Sistem Biometrik Sidik Jari
BAB II
DASAR TEORI
2.1
Sistem Biometrika
Sistem biometrika merupakan suatu teknologi pengenalan diri dengan
menggunakan bagian tubuh atau perilaku manusia. Biometrika berasal dari kata
bio dan metrics. Bio berarti hidup sedangkan metrics berarti mengukur.
Biometrika berarti mengukur karakteristik pembeda pada badan atau perilaku
seseorang yang digunakan untuk melakukan pengenalan secara otomatis terhadap
indentitas orang tersebut, dengan membandingkannya dengan karakteristik yang
sebelumnya yang telah tersimpan dalam perangkat fingerprint[1].
Secara umum karakteristik pembeda sistem biometrika dapat dibedakan
menjadi 2 yaitu: karakteristik fisiologis atau fisik (physical characteristic), yang
merupakan jenis sistem biometrik yang dikembangkan berdasarkan keberadaan
fisik dan karakteristik fisiologis seseorang yang meliputi: sidik jari, ukuran jari,
ukuran tangan, wajah, iris mata, retina mata, telinga, vena tangan, bau badan
DNA, panas wajah dan sidik telapak tangan. karakteristik perilaku (behavioral
characteristic) yang merupakan jenis sistem biometrik yang dikembangkan
berdasarkan perilaku seseorang yang meliputi: suara, tanda tangan, cara mengetik,
cara berjalan[1]
2.2
Sidik Jari
Sidik jari merupakan identitas pribadi yang tidak mungkin ada yang
menyamainnya. Sifat-sifat atau karakteristik yang dimiliki oleh sidik jari adalah
parennial nature yaitu guratan-guratan pada sidik jari yang melekat pada manusia
5
Universitas Sumatera Utara
seumur hidup, immutability yang berarti bahwa sidik jari seseorang tak akan
pernah berubah kecuali sebuah kondisi yaitu terjadi kecelakaan yang serius
sehingga mengubah pola sidik jari yang ada dan individuality yang berarti
keunikan sidik jari merupakan originalitas pemiliknya yang tidak mungkin sama
dengan siapapun dimuka bumi ini sekalipun pada seseorang yang kembar
identik[2].
Ilmu yang mempelajari sidik jari adalah Daktiloskopi yang berasal dari
bahasa Yunani yaitu dactylos yang artinya jari jemari atau garis jemari dan
scopein yang artinya mengamati. Sidik jari merupakan struktur genetika dalam
bentuk rangka yang sangan detail dan tanda yang melekat pada diri manusia yang
tidak dapat dihapus atau dirubah. Sidik jari ibarat barcode diri manusia yang
menandakan tidak ada pribadi yang sama. Penelitian sidik jari sudah dilakukan
sejak masa lampau. Penelitian ini berkembang menjadi sebuah disiplin ilmu yang
disebut dengan dermatoglysphics, yakni ilmu yang mempelajari pola guratan kulit
(sidik jari) pada telapak tangan dan kaki. Dermatoglysphics berasal dari kata
”derm” berarti kulit dan “glyph” berarti ukuran[2].
Karakteristik sidik jari merupakan gabungan dari pola bukit (ridge) dan
lembah (valley). Bentuk dari bukit dan lembah merupakan kombinasi dari faktor
genetik dan faktor lingkungan. DNA memberikan arah dalam pembentukan kulit
ke janin, namun pembentukan sidik jari pada kulit itu sendiri merupakan suatu
kejadian acak (random). Inilah yang menjadi suatu alasan mengapa setiap jari
seseorang memiliki sidik jari yang berbeda-beda dengan orang lain, bahkan pada
kembar identik[1].
6
Universitas Sumatera Utara
2.3
Sensor Sidik Jari
Dibawah ini merupakan struktur umum dari scanner sidik jari dimana
sebuah sensor membaca permukaan jari dan merubah pembacaan analog kedalam
digital melalui sebuah A/D konverter (analog ke digital), sebuah modul interface
bertanggung jawab untuk berkomunikasi (mengirim gambar, menerima perintah,
dan sebagainya) dengan alat luar (arduino/mikrokontoler). Sebagian besar sistem
pengenalan diri tidak menyimpan gambar sidik jari tetapi hanya menyimpan
numerik dari extract feature[2].
Sidik jari
scanner
A/D Konverter
Interface
Arduino
Gambar 2.1 Diagram dari scanner sidik jari[2,3]
2.3.1 Sensor Optik
Dengan cara ini, pola sidik jari direkam dengan menggunakan cahaya. Alat
perekam yang digunakan berupa fingerprint. Tempat untuk meletakkan ujung jari
disebut permukaan sentuh. Di bawah permukaan sentuh, terdapat pemancar
cahaya yang menerangi permukaan jari. Hasil pantulan cahaya dari ujung jari
7
Universitas Sumatera Utara
ditangkap oleh alat penerima yang selanjutnya menyimpan gambar sidik jari
tersebut ke dalam data base. Metode ini mudah dilakukan dan tidak membutuhkan
biaya yang mahal[2].
Jari menyentuh sisi atas dari kaca prisma, tapi ridges mulai bersentuhan
dengan permukaan prisma, bekas valley pada jarak pasti. Pada sisi kiri prisma
menerangi melalui suatu cahaya yang menyebar. Cahaya masuk ke prisma
dicerminkan pada valley, dan secara acak menyebar (menyerap) pada ridges.
Pantulan yang kurang memberikan ridges menjadi berbeda-beda dari valleys.
Sinar cahaya keluar dari sisi kanan prisma dan fokus melalui lensa diatas CCD
atau CMOS sensor gambar[2].
Sidik Jari
Ridges
Valley
Glass Prisma
Lensa
Let Light
CCD or CMOS
Gambar 2.2 : Sensor optik[2]
Percobaan Newton menjelaskan bahwa cahaya putih (polikromatis) bila
dilewatkan terdapat prisma akan mengalami gejala disperse yaitu gejala peruraian
cahaya putih menjadi cahaya monokromatik (merah, jingga, kuning, hijau, biru,
8
Universitas Sumatera Utara
nila, dan ungu), cahaya-cahaya ini memiliki panjang gelombang yang berbeda.
Setiap panjang gelombang memiliki indeks bias yang berbeda. Semakin kecil
panjang gelombangnya semakin besar indeks biasnya. Dispersi pada prisma
terjadi karena adanya perbedaan indeks bias kaca setiap warna cahaya[2].
Gambar 2.3 : Gejala dispersi cahaya[2]
2.4
Arduino
Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source
yang di dalamnya terdapat komponen utama, yaitu sebuah chip mikrokontroler
dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel. Mikrokontroler itu sendiri adalah chip
IC (integrated circuit) yang bisa dipogram menggunakan komputer. Tujuan
menanamkan program pada mikrokontroler adalah agar rangkaian elektronik
dapat membaca input, memproses input tersebut dan kemudian menghasilkan
output sesuai yang diinginkan. Jadi mikrokontroler bertugas sebagai otak yang
mengendalikan input, proses dan output sebuah rangkaian elektronik[4].
Secara umum, arduino terdiri dari dua bagian, yaitu:
a. Hardware berupa papan input/output (I/O) yang open source.
9
Universitas Sumatera Utara
b. Software arduino yang juga open source, meliputi software arduino IDE untuk
menulis program dan driver untuk koneksi dengan komputer.
Munculnya
arduino
menjadikannya
sebagai
tren
teknologi
yang
revolusioner. Arduino terbuka untuk semua yang ingin mengembangkan suatu
sistem interaktif berbasis mikrokontroler, baik untuk kalangan mahasiswa, pelajar,
profesional, bahkan pemula sekalipun. Pengguna dapat memiliki arduino sesuai
kebutuhannya, karena arduino dibuat dalam beberapa jenis diantaranya yaitu:
arduino diecimila, duemilanove, UNO, lenardo, mega, nano, due, yun dan
berbagai jenis arduino lainnnya[4].
2.4.1 Arduino Mega 2560
Arduino Mega 2560 adalah tipe kedua paling umum digunakan dari
keluaran arduino UNO. Bentuk fisik arduino mega 2560 dapat dilihat pada
Gambar 2.5. Arduino Mega 2560 tipe ini memiliki memori sebesar 256 Kb (8 kali
lebih besar dari pada arduino UNO). Arduino tipe ini juga memiliki 54 pin yang
berfungsi sebagai input dan output. 16 diantaranya pin analog dan 14 pin adalah
pin PWM (Pulse Width Modulation). Dilengkapi dengan osilator kristal 16 MHz.
USB merupakan koneksi yang digunakan arduino untuk terhubung ke PC[3].
Berikut ini adalah spesifikasi arduino Mega 2560:
Mikrokontroler
: ATmega2560
Tegangan Operasional
: 5V
Tegangan Masukan (direkomendasi)
: 7-12V
Tegangan masukan (batas)
: 6-20V
10
Universitas Sumatera Utara
Pin Digital I/O
: 54 (14 pin untuk keluaran PWM)
Analog input pins
: 16
Arus DC per I/O Pin
: 40 mA
Arus DC for 3.3V Pin
: 50 mA
Memori Flash
: 256 Kb (8 Kb digunakan untuk
bootloader)
SRAM
: 8 Kb
EEPROM
: 4 Kb
Clock Speed
: 16 MHz
Gambar 2.4 : Arduino Mega2560[3]
Agar arduino dapat beroperasi dibutuhkan program. Program merupakan
perintah yang disampaikan pengguna ke arduino untuk dilaksanakan. Tanpa
adanya program arduino tidak akan beroperasi.
11
Universitas Sumatera Utara
2.4.1.1 Mikrokontroler ATMega 2560
Mikrokontroler ATMega 2560 merupakan komponen utama dari sistem
minimum arduino mega 2560. Konfigurasi pin ATMega 2560 dapat dilihat pada
Gambar 2.5. Pada arduino mikrokontroler dianologika sebagai pusat penyimpanan
dan pemrosesan data. Mikrokontroler ATMega 2560 adalah mikrokontroler
keluaran dari Atmel yang mempunyai arsitektur RISC (Reduce Instruction Set
Computer) Dimana proses eksekusi intruksi lebih cepat dibandingkan CISC
(Completed Instruction Set Computer)[3].
Gambar 2.5 : Konfigurasi Pin ATMega 2560[3]
12
Universitas Sumatera Utara
2.4.1.2 Memori Program
Arduino Mega 2560 memiliki 250 Kb on-chip in-system reprogrammable
flash memory sebagai tempat menyimpan pogram. Memori flash ini dibagi ke
dalam dua bagian, yaitu bagian program bootloader dan aplikasi. Bootloader
adalah program kecil yang dieksekusi saat setelah pertama kali sistem dinyalakan.
Bootloader ini bekerja seperti sistem yang dapat memasukkan seluruh program
aplikasi ke dalam memori prosesor seperti terlihat pada Gambar 2.6[3].
Address (HEX)
0x7FFF/0xFFFF/0x1FFFF
0
Application Flash Section
Boot Flash Section
Gambar 2.6 : Peta Memori Program[3]
2.4.1.3 Memori Data
Berbeda dari memori program, memori data digunakan untuk menyimpan
data bukan program. Memori data pada mikrokontroler ATMega 2560 terbagi atas
SRAM dan EEPROM[3].
a.
SRAM
SRAM yang dimiliki arduino Mega 2560 terbagi menjadi beberapa bagian
seperti terlihat pada Gambar 2.7. 32 lokasi digunakan untuk register umum. 64
lokasi digunakan untuk I/O register seperti register ADCH, ADCL. 8K lokasi
13
Universitas Sumatera Utara
digunakan untuk internal SRAM dan 64K lokasi digunakan untuk eksternal
SRAM[3].
Address (HEX)
0 – 1F
32 Registers
20 – 5F
64 I/O Registers
60 – 1FF
416 External I/O Registers
200 – 21FF
Internal SRAM (8192 x 8)
2200 – FFFF
External SRAM (0 – 64K x 8)
Gambar 2.7 : Peta Memori Program[3]
b.
EEPROM
Arduino Mega 2560 memiliki 4 Kb EEPROM memiliki kemampuan untuk
menyimpan data secara konsisten walaupun catu daya telah dimatikan. Dengan
kata lain EEPROM bersifat nonvolatile[3].
2.4.1.4 Pin I/O
Arduino Mega 2560 memiliki masing-masing dari 54 pin digital yang dapat
digunakan sebagai masukan atau keluaran menggunakan fungsinya pinMode(),
dan menentukan proses penulisan atau pembacaan data I/O menggunakan fungsi
digitalWrite() dan digitalRead(). Setiap pin beroperasi pada tegangan 5 volt.
Setiap pin mampu menerima atau menghasilkan arus maksimum sebesar 40 mA
dan memiliki 20-50 K Ohm resistor pull-up internal (diputus secara default)[4].
Pin digital ini selain berfungsi sebagai masukan atau keluaran digital juga
memiliki kegunaan khusus yaitu:
14
Universitas Sumatera Utara
Komunikasi serial: Serial disediakan pada pin 0 (RX)dan pin 1 (TX), serial 1
yaitu pada pin 19 (RX)dan pin 18 (TX), serial 2 pin 17 (RX) dan pin 16 (TX)
serial 3 disediakan pada pin 15 (RX) dan pin 14 (TX). TX dan RX merupakan
pin yang bekerja sebagai pengirim dan penerima data serial.
External interupt: Interupt 0 disediakan pada pin 2, interupt 1 yaitu pada pin
3, interupt 2 yaitu pada pin 21, interupt 3 yaitu pada pin 20, interupt 4 yaitu
pada pin 19, interupt 5 yaitu pada pin 18. Pin ini dapat dikonfigurasi untuk
memicu sebuah interupt pada nilai rendah, sisi naik atau turun, atau pada saat
terjadi perubahan nilai.
PWM: Pin 0-13 menyediakan keluaran PWM 8-bit
SPI: Pin 50 (MISO), 51 (MOSI), 52 (SCK) dan 53 (SS), pin ini mendukung
komunikasi SPI dengan menggunakan SPI library.
LED: Pin 13 terhubung dengan LED built-in. Kondisi LED akan mengikuti
kondisi pin 13 ini. Ketika pin bernilai HIGH maka LED menyala, ketika pin
bernilai LOW maka LED akan padam.
12C: Pin 13 terhubung dengan LED built-in. Kondisi LED akan mengikuti
kondisi pin 13 ini. Ketika pin bernilai HIGH maka LED menyala, ketika pin
bernilai LOW maka LED akan padam.
Selain fitur di atas arduino Mega 2560 memiliki 16 masukan analong yaitu: pin
A0 sampai A15, setiap pin menyediakan resolusi sebanyak 10 bit. Secara defaul
pin mengukur nilai tegangan dari ground 0V hingga 5V, meskipun begitu
pengguna dapat mengganti nilai batas atas dengan menggunakan pin AREF dan
fungsi analogReference()[3].
15
Universitas Sumatera Utara
2.4.1.5 Power
Arduino dapat diberikan catuan daya melalui koneksi USB atau power
supply dari luar (external power supply) seperti melalui Adaptor DC atau baterai.
Dihubungkan pada power pin (Gnd dab Vin). Adaptor ini dapat dihubungkan
dengan menancapkan power jack, dapat jug Jangkauan tegangan yang dapat
disuplai ke arduino sebesar 6-20 Volt. Namun tegangan yang direkomendasikan
yaitu dari 7-12 Volt[4].
2.4.1.6 Komunikasi Serial
Komunikasi serial merupakan metode penerimaan data melalui sebuah
kawat konduktor dalam satuan waktu tertentu. Transfer bit demi bit dilakukan
sebanyak 8 kali untuk menyelesaikan transfer data satu byte data. Komunikasi
serial memiliki kelebihan dibanding komunikasi paralel yaitu: sebagai alternatif
yang lebih murah, karena pada komunikasi paralel menggunakan 8 jalur
konduktor untuk mentransfer 8 bit data sekaligus.
Transmisi data secara seri dapat dilakukan secara singkron atau asinkron.
Dikatakan sinkron ketika sisi pengirim dan sisi penerima menggunakan clock
bersama. Sebaliknya dikatakan asinkron ketika sisi pengirim dan sisi penerima
menggunakan clock masing-masing tersendiri tentunya dengan frekuensi clock
yang hampir sama.
Komunikasi serial pada arduino Mega 2560 ke PC adalah melalui USB.
Untuk dapat berkomunikasi dengan PC arduino menggunakan komunikasi serial
jenis UART. Data yang kemudian dikonversi oleh chip ATMega82U yang telah
terprogram untuk bertugas mengatasi data serial dari UART untuk sampai ke PC
melalui kabel USB ataupun sebaliknya[3].
16
Universitas Sumatera Utara
Agar komunikasi serial dapat beroperasi dengan baik awalnya setiap jenis
komunikasi baik sinkron maupun asinkron di arduino haruslah dilakukan
inisialisasi terlebih dahulu. Inisialisasi dilakukan dengan cara memanggil fungsi
misalnya: Serial.begin(), SPI.begin, Wire.begin() pada saat memprogram. Setiap
pemanggilan fungsi inisialisasi tadi pada dasarnya adalah melakukan pengaturan
pada bit-bit register komunikasi serial yang bersangkutan[3].
a.
UART
UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) merupakan bagian
dari komunikasi serial. Pada dasarnya seluruh proses pada prosesor dilakukan
secara paralel. Pada sisi pengirim UART berfungsi sebagai komponen yang
mengkonversi menjadi data paralel ke serial untuk dikirim ke penerima melalui
sebuah kawat konduktor. Pada sisi penerima UART data serial yang diterima
dikonversi menjadi data paralel. Dengan kata lain setiap perangkat yang memiliki
fasilitas UART memiliki dua shift register sekaligus yaitu register jenis PISO
(Paralel In Serial Out) yang digunakan ketika perangkat bertindak sebagai
pengirim dan register jenis SIPO (Serial In Paralel Out) yang digunakan ketika
perangkat bertindak sebagai penerima.
Pada prakteknya transmisi 8 bit data yang dilakukan dengan metode ini akan
memerlukan pengiriman 10 bit. Terdapat dua bit tambahan yaitu bit pertama
adalah start bit umumnya berlogika 0 (low) dan bit terakhir adalah stop bit
umumnya berlogika 1 (high). Seperti yang terlihat pada Gambar 2.8[3].
17
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.8 : Format Data UART[3]
2.5
Sistem Loker
Pada perancangan sistem keamanan loker menggunakan sistem biometrik
sidik jari, keberadaan mikrokontroler sangat penting. Mikrokontroler berfungsi
sebagai pengendalian data input dan output[5].
Prinsip kerja alat ini adalah data diinput menggunakan fingerprint berupa
pola sidik jari yang diambil dengan menggunakan sensor fingerprint. Pola-pola
yang telah dikenali disimpan dalam perangkat arduino sebagai referensi untuk
pembukaan kunci (door lock). Pola sidik jari yang tersimpan bersifat sementara
selama loker terkunci. Pola sidik jari dapat diubah untuk pengguna berikutnya.
2.5.1 Solenoid Door lock (kunci elektronik)
Solenoid door lock atau solenoid kunci pintu adalah alat elektronik yang
dibuat khusus untuk pengunci pintu. Alat ini sering digunakan pada kunci pintu
otomatis. Solenoid ini akan bergerak/bekerja apabila diberi tegangan. Tegangan
solenoid kunci pintu ini rata-rata yang dijual dipasaran adalah 12 volt, tapih ada
juga yang 6 volt dan 24 volt. Pada kondisi normal solenoid dalam posisi tuas
memanjang/terkunci. Jika diberi tegangan tuas akan memendek/terbuka. Solenoid
18
Universitas Sumatera Utara
ini bisa digabungkan dengan sistem pengunci elektrik berbasis fingerprint dan
password. Cocok dipakai untuk pengunci pintu atau locker/lemari[6].
Gambar 2.9 : Door lock[6]
19
Universitas Sumatera Utara
DASAR TEORI
2.1
Sistem Biometrika
Sistem biometrika merupakan suatu teknologi pengenalan diri dengan
menggunakan bagian tubuh atau perilaku manusia. Biometrika berasal dari kata
bio dan metrics. Bio berarti hidup sedangkan metrics berarti mengukur.
Biometrika berarti mengukur karakteristik pembeda pada badan atau perilaku
seseorang yang digunakan untuk melakukan pengenalan secara otomatis terhadap
indentitas orang tersebut, dengan membandingkannya dengan karakteristik yang
sebelumnya yang telah tersimpan dalam perangkat fingerprint[1].
Secara umum karakteristik pembeda sistem biometrika dapat dibedakan
menjadi 2 yaitu: karakteristik fisiologis atau fisik (physical characteristic), yang
merupakan jenis sistem biometrik yang dikembangkan berdasarkan keberadaan
fisik dan karakteristik fisiologis seseorang yang meliputi: sidik jari, ukuran jari,
ukuran tangan, wajah, iris mata, retina mata, telinga, vena tangan, bau badan
DNA, panas wajah dan sidik telapak tangan. karakteristik perilaku (behavioral
characteristic) yang merupakan jenis sistem biometrik yang dikembangkan
berdasarkan perilaku seseorang yang meliputi: suara, tanda tangan, cara mengetik,
cara berjalan[1]
2.2
Sidik Jari
Sidik jari merupakan identitas pribadi yang tidak mungkin ada yang
menyamainnya. Sifat-sifat atau karakteristik yang dimiliki oleh sidik jari adalah
parennial nature yaitu guratan-guratan pada sidik jari yang melekat pada manusia
5
Universitas Sumatera Utara
seumur hidup, immutability yang berarti bahwa sidik jari seseorang tak akan
pernah berubah kecuali sebuah kondisi yaitu terjadi kecelakaan yang serius
sehingga mengubah pola sidik jari yang ada dan individuality yang berarti
keunikan sidik jari merupakan originalitas pemiliknya yang tidak mungkin sama
dengan siapapun dimuka bumi ini sekalipun pada seseorang yang kembar
identik[2].
Ilmu yang mempelajari sidik jari adalah Daktiloskopi yang berasal dari
bahasa Yunani yaitu dactylos yang artinya jari jemari atau garis jemari dan
scopein yang artinya mengamati. Sidik jari merupakan struktur genetika dalam
bentuk rangka yang sangan detail dan tanda yang melekat pada diri manusia yang
tidak dapat dihapus atau dirubah. Sidik jari ibarat barcode diri manusia yang
menandakan tidak ada pribadi yang sama. Penelitian sidik jari sudah dilakukan
sejak masa lampau. Penelitian ini berkembang menjadi sebuah disiplin ilmu yang
disebut dengan dermatoglysphics, yakni ilmu yang mempelajari pola guratan kulit
(sidik jari) pada telapak tangan dan kaki. Dermatoglysphics berasal dari kata
”derm” berarti kulit dan “glyph” berarti ukuran[2].
Karakteristik sidik jari merupakan gabungan dari pola bukit (ridge) dan
lembah (valley). Bentuk dari bukit dan lembah merupakan kombinasi dari faktor
genetik dan faktor lingkungan. DNA memberikan arah dalam pembentukan kulit
ke janin, namun pembentukan sidik jari pada kulit itu sendiri merupakan suatu
kejadian acak (random). Inilah yang menjadi suatu alasan mengapa setiap jari
seseorang memiliki sidik jari yang berbeda-beda dengan orang lain, bahkan pada
kembar identik[1].
6
Universitas Sumatera Utara
2.3
Sensor Sidik Jari
Dibawah ini merupakan struktur umum dari scanner sidik jari dimana
sebuah sensor membaca permukaan jari dan merubah pembacaan analog kedalam
digital melalui sebuah A/D konverter (analog ke digital), sebuah modul interface
bertanggung jawab untuk berkomunikasi (mengirim gambar, menerima perintah,
dan sebagainya) dengan alat luar (arduino/mikrokontoler). Sebagian besar sistem
pengenalan diri tidak menyimpan gambar sidik jari tetapi hanya menyimpan
numerik dari extract feature[2].
Sidik jari
scanner
A/D Konverter
Interface
Arduino
Gambar 2.1 Diagram dari scanner sidik jari[2,3]
2.3.1 Sensor Optik
Dengan cara ini, pola sidik jari direkam dengan menggunakan cahaya. Alat
perekam yang digunakan berupa fingerprint. Tempat untuk meletakkan ujung jari
disebut permukaan sentuh. Di bawah permukaan sentuh, terdapat pemancar
cahaya yang menerangi permukaan jari. Hasil pantulan cahaya dari ujung jari
7
Universitas Sumatera Utara
ditangkap oleh alat penerima yang selanjutnya menyimpan gambar sidik jari
tersebut ke dalam data base. Metode ini mudah dilakukan dan tidak membutuhkan
biaya yang mahal[2].
Jari menyentuh sisi atas dari kaca prisma, tapi ridges mulai bersentuhan
dengan permukaan prisma, bekas valley pada jarak pasti. Pada sisi kiri prisma
menerangi melalui suatu cahaya yang menyebar. Cahaya masuk ke prisma
dicerminkan pada valley, dan secara acak menyebar (menyerap) pada ridges.
Pantulan yang kurang memberikan ridges menjadi berbeda-beda dari valleys.
Sinar cahaya keluar dari sisi kanan prisma dan fokus melalui lensa diatas CCD
atau CMOS sensor gambar[2].
Sidik Jari
Ridges
Valley
Glass Prisma
Lensa
Let Light
CCD or CMOS
Gambar 2.2 : Sensor optik[2]
Percobaan Newton menjelaskan bahwa cahaya putih (polikromatis) bila
dilewatkan terdapat prisma akan mengalami gejala disperse yaitu gejala peruraian
cahaya putih menjadi cahaya monokromatik (merah, jingga, kuning, hijau, biru,
8
Universitas Sumatera Utara
nila, dan ungu), cahaya-cahaya ini memiliki panjang gelombang yang berbeda.
Setiap panjang gelombang memiliki indeks bias yang berbeda. Semakin kecil
panjang gelombangnya semakin besar indeks biasnya. Dispersi pada prisma
terjadi karena adanya perbedaan indeks bias kaca setiap warna cahaya[2].
Gambar 2.3 : Gejala dispersi cahaya[2]
2.4
Arduino
Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source
yang di dalamnya terdapat komponen utama, yaitu sebuah chip mikrokontroler
dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel. Mikrokontroler itu sendiri adalah chip
IC (integrated circuit) yang bisa dipogram menggunakan komputer. Tujuan
menanamkan program pada mikrokontroler adalah agar rangkaian elektronik
dapat membaca input, memproses input tersebut dan kemudian menghasilkan
output sesuai yang diinginkan. Jadi mikrokontroler bertugas sebagai otak yang
mengendalikan input, proses dan output sebuah rangkaian elektronik[4].
Secara umum, arduino terdiri dari dua bagian, yaitu:
a. Hardware berupa papan input/output (I/O) yang open source.
9
Universitas Sumatera Utara
b. Software arduino yang juga open source, meliputi software arduino IDE untuk
menulis program dan driver untuk koneksi dengan komputer.
Munculnya
arduino
menjadikannya
sebagai
tren
teknologi
yang
revolusioner. Arduino terbuka untuk semua yang ingin mengembangkan suatu
sistem interaktif berbasis mikrokontroler, baik untuk kalangan mahasiswa, pelajar,
profesional, bahkan pemula sekalipun. Pengguna dapat memiliki arduino sesuai
kebutuhannya, karena arduino dibuat dalam beberapa jenis diantaranya yaitu:
arduino diecimila, duemilanove, UNO, lenardo, mega, nano, due, yun dan
berbagai jenis arduino lainnnya[4].
2.4.1 Arduino Mega 2560
Arduino Mega 2560 adalah tipe kedua paling umum digunakan dari
keluaran arduino UNO. Bentuk fisik arduino mega 2560 dapat dilihat pada
Gambar 2.5. Arduino Mega 2560 tipe ini memiliki memori sebesar 256 Kb (8 kali
lebih besar dari pada arduino UNO). Arduino tipe ini juga memiliki 54 pin yang
berfungsi sebagai input dan output. 16 diantaranya pin analog dan 14 pin adalah
pin PWM (Pulse Width Modulation). Dilengkapi dengan osilator kristal 16 MHz.
USB merupakan koneksi yang digunakan arduino untuk terhubung ke PC[3].
Berikut ini adalah spesifikasi arduino Mega 2560:
Mikrokontroler
: ATmega2560
Tegangan Operasional
: 5V
Tegangan Masukan (direkomendasi)
: 7-12V
Tegangan masukan (batas)
: 6-20V
10
Universitas Sumatera Utara
Pin Digital I/O
: 54 (14 pin untuk keluaran PWM)
Analog input pins
: 16
Arus DC per I/O Pin
: 40 mA
Arus DC for 3.3V Pin
: 50 mA
Memori Flash
: 256 Kb (8 Kb digunakan untuk
bootloader)
SRAM
: 8 Kb
EEPROM
: 4 Kb
Clock Speed
: 16 MHz
Gambar 2.4 : Arduino Mega2560[3]
Agar arduino dapat beroperasi dibutuhkan program. Program merupakan
perintah yang disampaikan pengguna ke arduino untuk dilaksanakan. Tanpa
adanya program arduino tidak akan beroperasi.
11
Universitas Sumatera Utara
2.4.1.1 Mikrokontroler ATMega 2560
Mikrokontroler ATMega 2560 merupakan komponen utama dari sistem
minimum arduino mega 2560. Konfigurasi pin ATMega 2560 dapat dilihat pada
Gambar 2.5. Pada arduino mikrokontroler dianologika sebagai pusat penyimpanan
dan pemrosesan data. Mikrokontroler ATMega 2560 adalah mikrokontroler
keluaran dari Atmel yang mempunyai arsitektur RISC (Reduce Instruction Set
Computer) Dimana proses eksekusi intruksi lebih cepat dibandingkan CISC
(Completed Instruction Set Computer)[3].
Gambar 2.5 : Konfigurasi Pin ATMega 2560[3]
12
Universitas Sumatera Utara
2.4.1.2 Memori Program
Arduino Mega 2560 memiliki 250 Kb on-chip in-system reprogrammable
flash memory sebagai tempat menyimpan pogram. Memori flash ini dibagi ke
dalam dua bagian, yaitu bagian program bootloader dan aplikasi. Bootloader
adalah program kecil yang dieksekusi saat setelah pertama kali sistem dinyalakan.
Bootloader ini bekerja seperti sistem yang dapat memasukkan seluruh program
aplikasi ke dalam memori prosesor seperti terlihat pada Gambar 2.6[3].
Address (HEX)
0x7FFF/0xFFFF/0x1FFFF
0
Application Flash Section
Boot Flash Section
Gambar 2.6 : Peta Memori Program[3]
2.4.1.3 Memori Data
Berbeda dari memori program, memori data digunakan untuk menyimpan
data bukan program. Memori data pada mikrokontroler ATMega 2560 terbagi atas
SRAM dan EEPROM[3].
a.
SRAM
SRAM yang dimiliki arduino Mega 2560 terbagi menjadi beberapa bagian
seperti terlihat pada Gambar 2.7. 32 lokasi digunakan untuk register umum. 64
lokasi digunakan untuk I/O register seperti register ADCH, ADCL. 8K lokasi
13
Universitas Sumatera Utara
digunakan untuk internal SRAM dan 64K lokasi digunakan untuk eksternal
SRAM[3].
Address (HEX)
0 – 1F
32 Registers
20 – 5F
64 I/O Registers
60 – 1FF
416 External I/O Registers
200 – 21FF
Internal SRAM (8192 x 8)
2200 – FFFF
External SRAM (0 – 64K x 8)
Gambar 2.7 : Peta Memori Program[3]
b.
EEPROM
Arduino Mega 2560 memiliki 4 Kb EEPROM memiliki kemampuan untuk
menyimpan data secara konsisten walaupun catu daya telah dimatikan. Dengan
kata lain EEPROM bersifat nonvolatile[3].
2.4.1.4 Pin I/O
Arduino Mega 2560 memiliki masing-masing dari 54 pin digital yang dapat
digunakan sebagai masukan atau keluaran menggunakan fungsinya pinMode(),
dan menentukan proses penulisan atau pembacaan data I/O menggunakan fungsi
digitalWrite() dan digitalRead(). Setiap pin beroperasi pada tegangan 5 volt.
Setiap pin mampu menerima atau menghasilkan arus maksimum sebesar 40 mA
dan memiliki 20-50 K Ohm resistor pull-up internal (diputus secara default)[4].
Pin digital ini selain berfungsi sebagai masukan atau keluaran digital juga
memiliki kegunaan khusus yaitu:
14
Universitas Sumatera Utara
Komunikasi serial: Serial disediakan pada pin 0 (RX)dan pin 1 (TX), serial 1
yaitu pada pin 19 (RX)dan pin 18 (TX), serial 2 pin 17 (RX) dan pin 16 (TX)
serial 3 disediakan pada pin 15 (RX) dan pin 14 (TX). TX dan RX merupakan
pin yang bekerja sebagai pengirim dan penerima data serial.
External interupt: Interupt 0 disediakan pada pin 2, interupt 1 yaitu pada pin
3, interupt 2 yaitu pada pin 21, interupt 3 yaitu pada pin 20, interupt 4 yaitu
pada pin 19, interupt 5 yaitu pada pin 18. Pin ini dapat dikonfigurasi untuk
memicu sebuah interupt pada nilai rendah, sisi naik atau turun, atau pada saat
terjadi perubahan nilai.
PWM: Pin 0-13 menyediakan keluaran PWM 8-bit
SPI: Pin 50 (MISO), 51 (MOSI), 52 (SCK) dan 53 (SS), pin ini mendukung
komunikasi SPI dengan menggunakan SPI library.
LED: Pin 13 terhubung dengan LED built-in. Kondisi LED akan mengikuti
kondisi pin 13 ini. Ketika pin bernilai HIGH maka LED menyala, ketika pin
bernilai LOW maka LED akan padam.
12C: Pin 13 terhubung dengan LED built-in. Kondisi LED akan mengikuti
kondisi pin 13 ini. Ketika pin bernilai HIGH maka LED menyala, ketika pin
bernilai LOW maka LED akan padam.
Selain fitur di atas arduino Mega 2560 memiliki 16 masukan analong yaitu: pin
A0 sampai A15, setiap pin menyediakan resolusi sebanyak 10 bit. Secara defaul
pin mengukur nilai tegangan dari ground 0V hingga 5V, meskipun begitu
pengguna dapat mengganti nilai batas atas dengan menggunakan pin AREF dan
fungsi analogReference()[3].
15
Universitas Sumatera Utara
2.4.1.5 Power
Arduino dapat diberikan catuan daya melalui koneksi USB atau power
supply dari luar (external power supply) seperti melalui Adaptor DC atau baterai.
Dihubungkan pada power pin (Gnd dab Vin). Adaptor ini dapat dihubungkan
dengan menancapkan power jack, dapat jug Jangkauan tegangan yang dapat
disuplai ke arduino sebesar 6-20 Volt. Namun tegangan yang direkomendasikan
yaitu dari 7-12 Volt[4].
2.4.1.6 Komunikasi Serial
Komunikasi serial merupakan metode penerimaan data melalui sebuah
kawat konduktor dalam satuan waktu tertentu. Transfer bit demi bit dilakukan
sebanyak 8 kali untuk menyelesaikan transfer data satu byte data. Komunikasi
serial memiliki kelebihan dibanding komunikasi paralel yaitu: sebagai alternatif
yang lebih murah, karena pada komunikasi paralel menggunakan 8 jalur
konduktor untuk mentransfer 8 bit data sekaligus.
Transmisi data secara seri dapat dilakukan secara singkron atau asinkron.
Dikatakan sinkron ketika sisi pengirim dan sisi penerima menggunakan clock
bersama. Sebaliknya dikatakan asinkron ketika sisi pengirim dan sisi penerima
menggunakan clock masing-masing tersendiri tentunya dengan frekuensi clock
yang hampir sama.
Komunikasi serial pada arduino Mega 2560 ke PC adalah melalui USB.
Untuk dapat berkomunikasi dengan PC arduino menggunakan komunikasi serial
jenis UART. Data yang kemudian dikonversi oleh chip ATMega82U yang telah
terprogram untuk bertugas mengatasi data serial dari UART untuk sampai ke PC
melalui kabel USB ataupun sebaliknya[3].
16
Universitas Sumatera Utara
Agar komunikasi serial dapat beroperasi dengan baik awalnya setiap jenis
komunikasi baik sinkron maupun asinkron di arduino haruslah dilakukan
inisialisasi terlebih dahulu. Inisialisasi dilakukan dengan cara memanggil fungsi
misalnya: Serial.begin(), SPI.begin, Wire.begin() pada saat memprogram. Setiap
pemanggilan fungsi inisialisasi tadi pada dasarnya adalah melakukan pengaturan
pada bit-bit register komunikasi serial yang bersangkutan[3].
a.
UART
UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) merupakan bagian
dari komunikasi serial. Pada dasarnya seluruh proses pada prosesor dilakukan
secara paralel. Pada sisi pengirim UART berfungsi sebagai komponen yang
mengkonversi menjadi data paralel ke serial untuk dikirim ke penerima melalui
sebuah kawat konduktor. Pada sisi penerima UART data serial yang diterima
dikonversi menjadi data paralel. Dengan kata lain setiap perangkat yang memiliki
fasilitas UART memiliki dua shift register sekaligus yaitu register jenis PISO
(Paralel In Serial Out) yang digunakan ketika perangkat bertindak sebagai
pengirim dan register jenis SIPO (Serial In Paralel Out) yang digunakan ketika
perangkat bertindak sebagai penerima.
Pada prakteknya transmisi 8 bit data yang dilakukan dengan metode ini akan
memerlukan pengiriman 10 bit. Terdapat dua bit tambahan yaitu bit pertama
adalah start bit umumnya berlogika 0 (low) dan bit terakhir adalah stop bit
umumnya berlogika 1 (high). Seperti yang terlihat pada Gambar 2.8[3].
17
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.8 : Format Data UART[3]
2.5
Sistem Loker
Pada perancangan sistem keamanan loker menggunakan sistem biometrik
sidik jari, keberadaan mikrokontroler sangat penting. Mikrokontroler berfungsi
sebagai pengendalian data input dan output[5].
Prinsip kerja alat ini adalah data diinput menggunakan fingerprint berupa
pola sidik jari yang diambil dengan menggunakan sensor fingerprint. Pola-pola
yang telah dikenali disimpan dalam perangkat arduino sebagai referensi untuk
pembukaan kunci (door lock). Pola sidik jari yang tersimpan bersifat sementara
selama loker terkunci. Pola sidik jari dapat diubah untuk pengguna berikutnya.
2.5.1 Solenoid Door lock (kunci elektronik)
Solenoid door lock atau solenoid kunci pintu adalah alat elektronik yang
dibuat khusus untuk pengunci pintu. Alat ini sering digunakan pada kunci pintu
otomatis. Solenoid ini akan bergerak/bekerja apabila diberi tegangan. Tegangan
solenoid kunci pintu ini rata-rata yang dijual dipasaran adalah 12 volt, tapih ada
juga yang 6 volt dan 24 volt. Pada kondisi normal solenoid dalam posisi tuas
memanjang/terkunci. Jika diberi tegangan tuas akan memendek/terbuka. Solenoid
18
Universitas Sumatera Utara
ini bisa digabungkan dengan sistem pengunci elektrik berbasis fingerprint dan
password. Cocok dipakai untuk pengunci pintu atau locker/lemari[6].
Gambar 2.9 : Door lock[6]
19
Universitas Sumatera Utara