Analisis Kelayakan dan Implementasi Pera (1)
Analisis Kelayakan dan Implementasi Perancangan Sistem
Keamanan Rumah Pintar Berbasis Mikrokontroler Arduino
ATmega2560, GBoard PRO dan Arduino Wi-Fi SHIELD
Magister Teknik Elektro
Dosen: Dr. Ir. Iwan Krisnadi, MBA
Proposal ini disusun oleh :
Haziel Latupapua
55416110001
(email) hazielvanlatu@yahoo.co.id
Abstrak
Di abad ke-21 saat ini kebutuhan atas keamanan terhadap seseorang dan aset
miliknya adalah kebutuhan utama, seiring dengan meningkatnya tingkat kriminalitas
atau kejahatan dan bencana tak terduga yang sering terjadi. Ancaman terhadap
keselamatan seseorang dapat dikategorikan sebagai ancaman mekanis, kimiawi,
retmal dan bakteriologis. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk merancang dan
menerapkan sistem keamanan rumah pintar yang efektif dan fleksibel dengan
memanfaatkan teknologi komunikasi GSM dan Wi-Fi. Sistem berupa beberapa
modul sensor yang terhubung ke modul mikrokontroler Arduino sebagai pengontrol
aktivitas perangkat keseluruhan yang di dalamnya juga terhubung modul perangkat
SIM-900 sebagai penyedia fasilitas komunikasi melalui GSM dan modul devais Wi-Fi
Shield sebagai penyedia fasilitas komunikasi melalui WLAN. Sistem ini dirancang
secara otomatis untuk mendeteksi indikasi kegiatan pencurian, kebocoran gas
berbahaya, banjir, asap dan temperatur yang meningkat akibat terjadi kebakaran,
dengan mendeteksi keadaan yang mencurigakan tersebut, sistem akan mengktifkan
alarm dan memberikan informasi kepada nomor pemilik. Selain itu sistem keamanan
rumah pintar dapat diakses dan dipantau melalui website menggunakan PC atau
smartphone dengan mengakses IP address dari WLAN perangkat Wi-Fi Shield.
Dengan penerapan sistem keamanan rumah tersebut, diharapkan seseorang dapat
melakukan berbagai kegiatan tanpa harus merasa khawatir.
Kata Kunci - Sistem Keamanan Rumah Pintar, GSM, Wi-Fi, Arduino
1.
Pendahuluan
Keamanan merupakan aspek terpenting dalam kehidupan saat ini.
Kebutuhan akan jaminan keamanan aset dan keselamatan jiwa seseorang semakin
meningkat, seiring meningkatnya kriminalitas dan peristiwa kebakaran dan banjir
yang terjadi secara tidak terduga [1]. Dengan memanfaatkan kemajuan teknologi
informasi dan komunikasi, berbagai jenis sistem keamanan yang modern saat ini
telah memberikan banyak solusi dan memiliki peran penting dalam perlindungan jiwa
dan investasi. Hal ini sangat penting apabila seseorang sedang bepergian dan
meninggalkan aset rumah miliknya. Salah satu alasan mengapa dibangun
perancangan sistem keamanan rumah pintar adalah meminimalisir resiko indikasi
terjadinya kriminalitas kejahatan berupa pencurian atau perampokan, serta
mencegah bahaya kebakaran ataupun bahaya banjir yang tidak terduga. Peneliti
mengambil contoh beberapa kasus kebakaran, banjir dan kriminalitas yang terjadi di
kota Ambon, Provinsi Maluku. Selama bulan januari sampai dengan maret 2016,
tercatat sebanyak 29 kasus pencurian kendaraan bermotor di kawasan pemukiman
penduduk Galala dan 15 kasus pencurian di kompleks perumahan BTN Halong
Indah [24]. Bencana kebakaran yang terjadi sebanyak 90 kasus selama tahun 2015
bila dibandingkan dengan tahun 2014 yang hanya terjadi 45 kasus [26]. Kebakaran
yang terjadi secara tidak terduga saat ini, banyak dikarenakan adanya short circuit
listrik [2]. Sedangkan bencana banjir parah yang terjadi yaitu pada tanggal 15 hingga
17 Juli 2016 di 5 kecamatan mengakibatkan kelumpuhan aktifitas di kota Ambon
[27].
Ada berbagai jenis sistem keamanan dan keselamatan rumah yang
ditawarkan di pasaran untuk mencegah semuanya itu, namun solusi yang
ditawarkan oleh beberapa contoh produk sistem tidak memberikan fleksibilitas yang
lebih dalam penggunaannya serta penyediaan jenis dan jumlah perangkat berupa
sensor yang terbatas dan harga yang ditawarkan tergolong mahal. Contohnya
seperti impementasi sistem keamanan rumah berbasis IP camera dengan detektor
alarm atau pendeteksi intrusi melalui teknologi inframerah aktif yang banyak
diimplementasi sekarang ini, sistem yang ditawarkan memiliki banyak kekurangan
salah satunya adalah tidak memberikan fleksibilitas bagi pengguna apabila sedang
bepergian [3]. Dengan demikian tujuan dari perancangan sistem rumah pintar
peneliti ini menawarkan solusi yang baik dan mudah dalam penggunaannya.
Peneliti memilih pengendali mikro yaitu Arduino yang bersifat open-source,
berbagai jenis sensor yang diimplementasikan, dan perangkat komunikasi yang
digunakan berupa perangkat GSM SIM-900 board [1] dan perangkat Wi-Fi Shield [4].
Sistem keamanan rumah pintar yang dirancang memberikan keluasan bagi
pengguna nantinya mengoperasikan dan memantau keamanan aset rumahnya
melalui fasilitas short message service (SMS) dan melalui WLAN. Pengguna juga
bisa memantau dan mengetahui faktor-faktor lingkungan yang berbeda di dalam
maupun di luar rumah mereka seperti suhu, kebersihan udara, ketinggian air
diseliling rumah apabila sedang hujan, pengawasan di rumah apakah rumah terkunci
aman, dengan demikian meminimalisir terjadinya indikasi penyusup atau kejahatan,
bahaya banjir dan kebakaran yang tidak diinginkan [5]. Apabila adanya peringatan
intrusi mencurigakan yang tidak dikehendaki, sistem secara otomatis akan
memberikan informasi berupa short message service (SMS) kepada pengguna
melalui perangkat GSM SIM-900. Selain itu sistem keamanan rumah pintar juga
dapat diakses dan dipantau secara keseluruhan melalui website menggunakan PC
atau smartphone pengguna dengan mengakses IP address dari WLAN perangkat
Wi-Fi Shield. Dengan demikian gagasan sistem keamanan rumah pintar yang
diusulkan, mampu mengatasi keterbatasan-keterbatasan dari sistem yang sudah
tersedia di pasar.
3.
Tujuan dan Sasaran
Penelitian ini diawali dengan melakukan studi literatur dan diskusi dengan
produsen yang ahli dan berkompeten di bidang elektronika untuk mengkaji
kelayakan sistem keamanan rumah pintar untuk diterapkan di Indonesia. Setelah itu
melakukan pengembangan sistem keamanan rumah pintar yang dimaksud.
Pengembangan sistem keamanan rumah pintar ini meliputi perancangan sistem dan
pengukuran alat yang dibuat. Perancangan ditujukan untuk membuat prototip sistem
keamanan rumah pintar dengan memanfaatkan teknologi yang sudah tersedia
dalam hal ini adalah Arduino Atmega2560. Wi-Fi Shield, mobile phone, berbagai
sensor yang diimplementasikan dengan harga yang terjangkau. Sasaran selanjutnya
dari penelitian ini adalah dilakukan pengukuran untuk membandingkan (benchmark
method) dan untuk membuktikan bahwa sistem yang dibuat apakah sudah layak
dan sesuai dengan harapan peneliti. Pengujian dan pengukuran alat dilakukan
secara real dan simulasi dengan menempatkan sistem di 1 lokasi yang dapat
diakses oleh pengamat.
4.
Ruang Lingkup
Ruang Lingkup penelitian ini dibatasi pada perancangan dan pembuatan
sistem keamanan rumah pintar berbasis pada mikrokontroler Arduino ATmega2560
yang dilengkapi sensor keamanan, media komunikasi melalui website fasilitas
WLAN oleh Wi-Fi Shield dan media short message service (SMS) melalui fasilitas
SIM-900 GSM, dan dilakukan pengujian dan pengukuran pada alat untuk
mengetahui kelayakan dan keandalan dari sistem ini untuk diterapkan di Indonesia.
5.
Rumusan Permasalahan
1)
Keterbatasan sistem keamanan rumah yang tersedia di indonesia masih
minim dan konvensional serta harga yang ditawarkan mahal.
Dibutuhkan sistem keamanan rumah otomatis yang dapat diakses secara
fleksibel dan mudah melalui short message service atau website disaat
pengguna sedang bepergian, hal ini menjawab keterbatasan sistem
keamanan rumah yang ada sudah ada di Indonesia.
Dibutuhkan sistem keamanan rumah otomatis yang komplit selain
mengawasi intrusi yang tidak diinginkan, mampu mendeteksi indikasi
bahaya kebakaran dan banjir yang akan terjadi.
2)
3)
Berikut ini adalah tabel literature review atau tinjauan pustaka perbandingan
antara teknologi yang digunakan dan implementasi oleh referensi peneliti dengan
sistem keamanan rumah pintar yang dirancang oleh peneliti.
Tabel 1.1. Tinjauan Pustaka Sistem Keamanan Rumah
5.1.
Batasan Masalah
Dalam penyusunan Tugas akhir ini penulis membatasi masalah atau ruang
lingkup penulisan pada hal-hal yang mengenai :
1.
2.
3.
Modul perancangan terdiri dari mikrokontroler Arduino Atmega2560 dan
GBoard Pro (SIM-900 GSM), modul komunikasi Arduino Wi-Fi Shield
(WizFi250), Sensor Suhu (IC LM35-Heat Detector), Sensor Asap dan Gas
(Octopus MQ-5 Brick) , Sensor Level Ketinggian Air, Sensor Magnetik Pintu
dan Jendela Sensor PIR, Buzzer Alarm, Serial Camera (OV7670).
Pengukuran dan pengujian dilakukan untuk mengetahui sensitivitas kerja
sistem secara keseluruhan.
Pengukuran dan pengujian dilakukan dengan cara memantau sensitivitas
kerja sistem secara keseluruhan melalui website (Wi-Fi Shield) dan short
message service (SMS SIM-900).
6.
Metodologi
1)
2)
3)
4)
Melakukan studi literature.
Melakukan survey terhadap harga komponen alat.
Diskusi dengan produsen.
Melakukan eksperimen dengan pengujian dan pengukuran sistem keamanan
rumah pintar.
Pada penelitian ini langkah-langkah atau metode yang dilakukan adalah sebagai
berikut :
1)
2)
3)
4)
5)
Melakukan studi literature atau studi pustaka.
Dilanjutkan dengan melakukan survey terhadap harga-harga dari tiap-tiap
komponen.
Diskusi dengan produsen yang menjual komponen, untuk mengetahui
kelayakan dan kompatible tiap komponen.
Dilakukan perancangan sistem yang terdiri dari beberapa modul yaitu modul
mikrokontroler (ATmega2560 dan Gboard Pro (SIM-900), sensor suhu (IC
LM35), modul sensor asap dan gas (Octopus MQ-5 Brick), modul sensor
magnetik pintu dan jendela, sensor level ketinggian air (Funduino Water
Sensor), modul sensor PIR (Arduino Passive Infrared Sensor), modul buzzer
alarm, modul serial camera (0V7670) dan modul sistem komunikasi WiFi
(WiFi Shield berbasis Wiznet FI250).
Dilakukan pengujian serta pengukuran untuk mengukur sensitivitas dan
keandalan kerja dari sistem secara keseluruhan dengan demikian apakah
bisa menjadi solusi yang baik dan layak untuk diimplementasikan.
7.
Perancangan Sistem
7.1
Deskripsi Perancangan
Perancangan terdiri dari beberapa modul yaitu modul mikrokontroler
(ATmega2560 dan Gboard Pro (SIM-900), sensor suhu (IC LM35), modul sensor
asap dan gas (Octopus MQ-5 Brick), modul sensor magnetik pintu dan jendela,
sensor level ketinggian air (Funduino Water Sensor), modul sensor PIR (Arduino
Passive Infrared Sensor), modul buzzer alarm, modul serial camera (0V7670) dan
modul sistem komunikasi WiFi (WiFi Shield berbasis Wiznet FI250). Diagram blok
dari perancangan secara keseluruhan dapat dilihat pada Gambar 7.1 dan Gambar
7.2.
Gambar 7.1. Diagram Blok Sistem Keamanan Rumah Pintar
Gambar 7.2. Diagram Blok Sistem Komunikasi (Sistem Keamanan Rumah Pintar)
7.2
Pemilihan Tipe Komponen
7.2.1
Mikrokontroler ATmega2560 dan GBoard PRO (SIM-900)
Pada perancangan ini menggunakan mikrokontroler dari produk Arduino
dengan tipe ATmega2560 dengan papan GBoard Pro. GBoard Pro adalah mainboard
Arduino yang kompatibel dengan WIFI SHIELD FI250, modul SIM900 GSM/GPRS,
dan memiliki komunikasi antarmuka atau communication interfaces berupa XBee
socket,
modul nRF24L01+,
Asynchronous
micro
Receiver-Transmitter),
SD
modul
card
interface, UART
ITDB02
paralel
LCD
(Universal
interface,
electronic brick interface, dan mikrokontroler ATmega2560. GBoard Pro I/O
beroperasi pada tegangan 3,3 – 5,5V DC dan maksimum frekuensi board adalah 16
Mhz. Gboard Pro memiliki 40 pin ITDB02 Paralel LCD Interface (33 pin konfigurasi
terhubung ke mikrokontroler ATmega2560), 20 pin electronics bricks interface (20
pin konfigurasi terhubung ke mikrokontroler ATmega2560), 8 pin nRF24L01+
interface (6 pin konfigurasi terhubung ke mikrokontroler ATmega2560), 6 pin micro
SD socket (4 pin konfigurasi terhubung ke mikrokontroler ATmega2560), 3 pin XBe
interface (3 pin konfigurasi terhubung ke mikrokontroler ATmega2560) dan 4 pin
SIM900 communication interface (4 pin konfigurasi terhubung ke mikrokontroler
ATmega2560). Gboard Pro dirancang untuk memudahkan pengguna dalam
menghubungkan saluran pin antara hardware komponen dengan mikrokontroler
ATmega2560. Konfigurasi pin GBoard Pro terdapat pada Gambar 7.3.
Gambar 7.3. Pin GBoard Pro dan Mikrokontroler ATmega2560
Penggunaan mikrokontroler ATmega2560 dikarenakan memiliki ukuran
memori flash yang besar yaitu 256 kilobyte, SRAM sebesar 512 byte dan EEPROM
sebesar 4 kilobyte (yang dapat dibaca dan ditulis dengan perpustakaan EEPROM),
Analog-to-Digital Converter (ADC) internal, dan praktis karena memiliki In-System
Serial Programming (ISP) untuk keperluan men-download program. Selain itu
Mikrokontroler Atmega2560 dengan papa Gboard Pro menyediakan fasilitas GSM
yaitu SIM-900, melalui short message service.
ATmega2560 memiliki jumlah pin input/output yang cukup untuk memenuhi
kebutuhan perancangan alat dengan jumlah input/output sebanyak 85 pin I/O
programmable. Bentuk konfigurasi pin ATmega2560 dan GBoard Pro terdapat pada
Gambar 6.3.
Gambar 7.4. Konfigurasi Pin Gboard Pro (Merah) dan ATmega2560 (Hitam)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Konfigurasi pin ATmega2560 sebagai berikut :
VCC merupakan pin yang digunakan sebagai masukan sumber tegangan.
GND merupakan pin untuk Ground.
XTAL1/ XTAL2, XTAL digunakan sebagai pin external clock.
Port A, B, C ,D ,E , H, dan L merupakan 8 bit port I/O dengan internal pull-up
resistor. Port G merupakan 6 bit port I/O dengan internal pull-up resistor.
Port F (PF0:PF7) dan Port K (PK0:PK7) merupakan pin I/O dan merupakan
pin masukan ADC.
AVCC adalah pin masukan untuk tegangan ADC.
AREF adalah pin masukan untuk tegangan referensi eksternal ADC.
Gambar 7.5. Bentuk Fisik Gboard Pro dan ATmega2560
Bahasa pemrograman yang digunakan pada perancangan adalah arduino C
dan C++. Pada pemrograman, inisialisasi komunikasi antar hardware menggunakan
media serial. Komunikasi serial antar hardware sendiri memiliki dua konfigurasi
secara umum yaitu konfigurasi cross (Tx1 – Rx2 dan Tx2 – Rx2 untuk dua hardware
yang terhubung melalui komunikasi serial) di tiap komponen hardware. Untuk
mengubah besaran analog yang diterima oleh tiap-tiap hardware ke digital,
digunakan perintah adc[] pada pemrograman. Terdapat inisialisasi adc[1] sen_gas
(LDR), adc[2] sens_suhu (IC LM35 for heat detector), adc[3] sens_air (water level
sensor), adc[4] sens_PIR (PIR sensor), adc[5] sens_MS (magnetic sensor), dan
lainnya, untuk men-konversi atau merubah besaran analog yang diterima oleh modul
sensor suhu (IC LM35), modul sensor asap dan gas (Octopus MQ-5 Brick), modul
sensor magnetik pintu dan jendela, sensor level ketinggian air (Funduino Water
Sensor), modul sensor PIR (Arduino Passive Infrared Sensor), modul buzzer alarm,
modul serial camera (0V7670) dan lain sebagainya menjadi besaran digital, dimana
informasi tersebut dilanjutan terhadap pemrograman di dalam mikrokontroler
ATmega2560 dan ditampilkan pada website melalui komunikasi serial mikrokontroler
ATmega2560 ke WiFi Shield sebagai penyedia AP atau disampaikan kepada
pengguna melalui short message service (SMS) melalui fasilitas GSM SIM-900.
7.2.2
Sensor Suhu (IC LM35-Heat Detector)
Sensor suhu yang dipakai pada perancangan ini adalah tipe sensor suhu IC
LM35 chip IC produksi National Semiconductor. Sensor suhu IC LM35 berfungsi
untuk sebagai heat detector. Sensor suhu mengetahui dan mengubah temperature
atau suhu yang diterima dalam perubahan besaran elektrik. Sensor suhu IC LM35
dapat mengubah perubahan temperature atau suhu menjadi perubahan tegangan
pada bagian output-nya. Sensor suhu IC LM35 membutuhkan sumber tegangan
minimal 3,5 - 5 V DC dalam beroperasi yang berasal dari tegangan pin
mikrokontroler. Sensor suhu IC LM 35 sendiri memiliki sensitivitas suhu yang baik
dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC sehingga dapat
dikalibrasi langsung dalam celcius dan memiliki jangkauan maksimal operasi suhu
antara -55 ºC sampai dengan +150 ºC. Sensor suhu IC LM 35 pada perancangan
seperti tampak pada Gambar 7.6., berfungsi sebagai pemberi indikator-indikator
perubahan suhu kepada mirokontroler, apabila suhu pada lingkungan objek rumah
melebihi batasan indikator yaitu kurang lebih dari +40 ºC, maka informasi terseubt
disampaikan kepada pengguna melalui fasilitas short message service (SMS) atau
pengguna dapat memantaunya melalui website pada fasilitas Wi-Fi Shield dengan
mengakses address dari AP.
Gambar 7.6. Bentuk Fisik Sensor Suhu IC LM35
7.2.3
Sensor Asap dan Gas (Octopus MQ-5 Brick)
Sensor asap dan gas (Octopus MQ-5 Brick) digunakan dalam mendeteksi
kebocoran gas pada peralatan di pasar konsumen dan industri, sensor ini cocok
untuk mendeteksi kebocoran gas seperti LPG, i-butana, propana, metana, alkohol,
hidrogen, asap [2]. Sensor asap dan gas ini memiliki sensitivitas tinggi dan waktu
respon yang cepat dan sensitivitas dapat disesuaikan dengan potensiometer.
Gambar 7.7. Bentuk Fisik Sensor Asap dan Gas (Octopus MQ-5 Brick)
7.2.4
Sensor PIR (Arduino Passive Infrared Sensor)
Jika sensor PIR (Arduino Passive Infrared Sensor) mendeteksi objek yang
mencurigakan bergerak di daerah terlarang maka kontroler akang mengambil gambar
melalui serial kamera dan menyimpan gambar tersebut pada SD Card, setelah itu
kontroler Arduino mengaktifkan Buzzer alarm dan mengirim SMS ke pemilik rumah.
Sensor PIR (Passive Infra Red Sensor) ini memiliki potensiometer untuk
mengkalibrasi jarak dan waktu tunda. Sensor mudah diimplementasikan, harga yang
terjangkau. Sensor PIR beroperasi pada 100uA - 150uA dan kondisi tegangan 3Volt
-5Volt, memiliki akurasi 0,1 - 6 meter dengan kemampuan untuk bekerja pada suhu 200C untuk 700C. Selain itu, modul sensor ini juga memiliki kerja panjang gelombang
7um - 14um dan sudut cakupan di 1200 [1].
Gambar 7.8. Bentuk Fisik Sensor PIR
7.2.5
Buzzer Alarm
Arduino Buzzer Alarm berfungsi untuk mengontrol suara bel atau alarm,
buzzer alarm diaktifkan apabila adanya intrusi yang disampiakan melalui sensorsensor lainnya terhadap Arduino Mikrokontroler. Modul Buzzer Alarm terdiri dari pin:
1 - Output, 2 - Power Supply, 3 – ground [1].
Gambar 7.9. Bentuk Fisik Buzzer Alarm
7.2.6
Serial Camera (OV7670)
Serial Kamera seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.8. adalah modul
kamera warna serial OV7670 JPEG dengan pengolahan citra DSP untuk
menghasilkan 320 x 240 atau 640 x 480 gambar JPEG, gambar disimpan dalam
buffer internal dan ditransfer melalui port UART [11]. Serial kamera ini bekerja pada
tegangan I/O: 2,5 ~ 3 volt , suhu operasional adalah -30°C hingga +70°C, ukuran
lensa / lens size: 1/6", sudut pandang visual / vision angle adalah 25° dan lingkup
titik cahaya / pixel coverage: 3,6 x 3,6 Μm. Unit ini akan menangkap daerah intrusi
yang tidak diinginkan dan oleh instruksi dari kontroler Arduino disimpan pada SD
Card Arduino Atmega2560.
Gambar 7.10. Bentuk Fisik Serial Camera
7.2.7
Sensor Level Ketinggian Air
Sensor level ketinggian air yang digunakan adalah Funduino Water Sensor.
Sensor ini terdiri sejumlah garis yang disusun paralel untuk menentukan ketinggian
permukaan air. Nilai konversi ketinggian air ke sinyal analog yang dihasilkan dapat
langsung dibaca board Arduino. Tegangan kerja yaitu 3-5 VDC, arus kerja < 20mA
dan suhu kerja: 10-300C. Sensor ini bekerja sebagai pendeteksi level ketinggian air
pada tangki penampung air dan level ketinggian permukaan air pada sekeliling
rumah dengan begitu pemantau dapat memantau status dari ketinggian air dari
keduanya tanpa harus merasa khawatir akan bahaya kebanjiran di rumahnya.
Gambar 7.11. Bentuk Fisik Serial Camera
7.2.8
Sensor Magnetik Pintu dan Jendela
Sensor berfungsi sebagai pendeteksi penyusup yang masuk melalui jendela
atau pintu. Melalui sistem magnetik sensor, sensor akan aktif dan memberikan
informasi kepada mikrokontroler arduino apabila adanya indikasi penyusup atau
intrusi tidak diinginkan
melalui jendela ataupun
pintu,
informasi tersebut
disampaikan melalui fasilitas short message service (SMS) kepada pengguna, dan
arduino akan secara otomatis menyalakan buzzer alarm.
Gambar 6.12. Bentuk Sensor Magnetik Pintu dan Jendela
7.2.9
Sistem Komunikasi (Wi-Fi Shield Berbasis WiznetFi250)
Arduino Wi-Fi Shield berbasis WiznetFi250 adalah modul wireless dengan
ukuran kecil yang memiliki tingkat integrasi yang tinggi, mendukung IEEE
802.11b/g/n. Kecepatan maksimum yang dapat dicapai modul Wi-Fi Shield berbasis
WiznetFi250 adalah sampai dengan 65Mbit/s. Penggunaan WiFi Shield sebagai
media transmisi data sesuai kebutuhan pengguna dapat berupa mode penyedia
layanan access point (AP) ataupun sebagai client/user yang secara otomatis
mentransmisikan data ke jaringan yang lebih besar [3].
Modul Wi-Fi Shield berbasis WiznetFi250 kompatibel dengan semua sistem
komunikasi yang beroperasi pada frekuensi 2,4 GHz, dan tersedia layanan layanan
security yang mendukung keamanan jaringan berupa WEP, WPA/WPA2PSK. Modul
WiFi Shield berbasis WiznetFi250 terintegrasi dengan RF power amplifier, memiliki 1
megabyte flash memori, 128 kilobyte SRAM, 1 megabyte serial flash, bekerja
pada frekuensi 2.412-2.484 GHz, dan memiliki UFL konektor sehingga pengguna
dapat menggunakan antena tambahan eksternal untuk menambah jangkauan
sinyal. WiFi Shield berbasis WiznetFi250 dapat dijadikan mode AP ataupun
sebagai router dari suatu jaringan yang kompatibel. Modul komunikasi ini memiliki
interface software sehingga pengguna dapat mengontrol dan memperbarui modul
melalui konverter USB, dan memiliki serial interface berupa UART (Universal
Asynchronous Receiver-Transmitter) dan SPI (serial peripheral interface). Modul
komunikasi ini menyediakan soket kartu mikro SD, seperti perekam ketika WiFi
Shield bekerja sebagai TCP ataupun UDP server.
Modul WiFi Shield berbasis WiznetFi250 bekerja pada tegangan operasi 5V
atau 3.3V DC (auto select). Modul WiFi Shield berbasis WiznetFi250 dirancang
berdasarkan WiFi blok dan blok MCU. Modul komunikasi ini mendukung generik
SPI, interface UART yang menghubungkan WLAN ke prosesor host. Pada
perancangan sistem, digunakan interface UART sebagai komunikasi serial antara
hardware dari komponen mikrokontroler ATmega2560 dan Gboard Pro dengan
hardware WiFi Shield. Pin konfigurasi yang digunakan pada pemodelan sistem
komunikasi WiFi Shield yang terhubung ke mikrokontroler ATmega2560 dan Gboard
Pro adalah pin GND (ground), komunikasi serial pin UART1_Tx (transmitter atau
pengirim) dan pin UART1_Rx (Receiver atau penerima), dan pin VDD_3V3 sebagai
input tegangan terhadap hardware WiFi Shield.
Gambar 7.13. Bentuk Fisik Wi-Fi Shield Board
8.
Hasil Yang Diharapkan
8.1
Perbandingan dari sisi biaya
Ditinjau dari sisi biaya diharapkan sistem keamanan rumah pintar yang
dirancang terjangkau dengan harga investasi awal sistem dibawah Rp.
3.800.000,-. Sehingga dapat diaplikasikan secara luas di Indonesia.
Manfaat sistem keamanan rumah pintar bagi Pengguna :
1)
Biaya yang lebih murah bila dibandingkan dengan sistem keamanan
konvensional berupa CCTV, monitor, dan lain-lain.
2)
Pengguna dapat mengontrol keamanan rumahnya walaupun sedang
bepergian di luar daerah yang jauh.
3)
Apabila ada intrusi, penyusup atau penjahat yang mencoba untuk mencuri
atau melakukan kejahatan lainnya, sistem akan secara otomatis mencapture gambar dari sosok pencuri dan mengirimkan informasi kepada
pengguna melalui short message service (SMS) dan setelah itu sistem
menyalakan alarm, sehingga dapat dicegah lebih dini.
4)
Sistem mendeteksi bahaya kebakaran dan banjir melalui sensor yang
diimplementasikan, sehingga pengguna tidak perlu merasa khawatir apabila
sedang tidak berada di rumah karena dapat dikontrol melalui website atau
pun short message service (SMS).
9.
Daftar Pustaka
[1]
S. Budijono, J. Andrianto, M. Axis, and N. Noor, “Design and implementation of
modular home security system with short messaging system,” vol. 25, 2014.
W. H. W. Ismail, H. R. M. Husny, and N. Y. Abdullah, “Smoke Detection Alert
System via Mobile Application,” Proc. 10th Int. Conf. Ubiquitous Inf. Manag.
Commun., p. 34:1--34:6, 2016.
N. David, “Design of a Home Automation System Using Arduino,” September, 2016.
P. P. Kumar, G. T. Vasu, P. G. Scholar, and A. Pradesh, “Home Automation &
Security System Using Arduino Android ADK,” vol. 3, no. 6, pp. 190–194, 2015.
A. Cyril Jose and R. Malekian, “Smart Home Automation Security: A Literature
Review,” Smart Comput. Rev., vol. 5, no. 4, pp. 269–285, 2015.
C. Jin and T. Kunz, “Design and Implementation of a Smart Home Networking
Simulation,” August, 2010.
S. R. L. Rajeev Piyare, “Smart Home-Control and Monitoring System Using Smart
Phone,” vol. 24, pp. 83–86, 2013.
J. Janak, H. Nam, and H. G. Schulzrinne, “Connecting the Physical World with
Arduino in SECE,” Citeseer, 2013.
G. M. S. Mahmud Rana, A. Al Mamun Khan, M. N. Hoque, and A. F. Mitul, “Design
and implementation of a GSM based remote home security and appliance control
system,” in 2013 2nd International Conference on Advances in Electrical
Engineering (ICAEE), 2013, no. Icaee, pp. 291–295.
R. Piyare, “Internet of Things : Ubiquitous Home Control and Monitoring System
using Android based Smart Phone,” Int. J. Internet Things, vol. 2, no. 1, pp. 5–11,
2013.
A. K. Dennis, “Raspberry Pi Home Automation with Arduino,” p. 176, 2013.
D. Wang, K. Sugiura, and Y. Murase, “Design and implementation of user-centered
home appliance controlling service environment,” Proc. 6th ACM Mob. Video Work.
MoVid 2014, 2014.
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
A. Yusuf and M. A. Baba, “Design and Implementation of a Home Automatedn
System based on Arduino , Zigbee and Android Application,” Int. J. Comput. Appl.,
vol. 97, no. 9, pp. 37–42, 2014.
B. M. O. Al-thobaiti, I. I. M. Abosolaiman, M. H. M. Alzahrani, S. H. a Almalki, and M.
S. Soliman, “Design and Implementation of a Reliable Wireless Real-Time Home
Automation System Based on Arduino Uno Single-Board Microcontroller,” Int. J.
Control. Autom. Syst., vol. 3, no. 3, pp. 11–15, 2014.
S. Kumar, “Ubiquitous Smart Home System Using Android Application,” Int. J.
Comput. Networks Commun., vol. 6, no. 1, pp. 33–43, 2014.
A. Adriansyah and A. W. Dani, “Design of Small Smart Home system based on
Arduino,” in 2014 Electrical Power, Electronics, Communicatons, Control and
Informatics Seminar (EECCIS), 2014, pp. 121–125.
M. A. E.-L. Mowad, A. Fathy, and A. Hafez, “Smart Home Automated Control
System Using Android Application and Microcontroller,” Int. J. Sci. Eng. Res., vol. 5,
no. 5, pp. 935–939, 2014.
R. L. Kumar Mandula, Ramu P, CH.A.SMurty, E.Magesh, “Mobile based Horne
Automation using Internet of things (IoT),” pp. 340–343, 2015.
M. A. B. Sidik, M. Q. Arifin Rusli, Z. Adzis, Z. Buntat, Y. Z. Arief, H. Shahroom, Z.
Nawawi, and M. ‘Irfan Jambak, “Arduino-Uno Based Mobile Data Logger with GPS
Feature,” TELKOMNIKA (Telecommunication Comput. Electron. Control., vol. 13,
no. 1, p. 250, Mar. 2015.
A. S. Student, “GSM Based Home Automation , Safety and Security System Using
Android Mobile Phone,” vol. 4, no. 5, pp. 490–494, 2015.
S. Reza Khan and F. Sultana Dristy, “Android Based Security and Home
Automation System,” Int. J. Ambient Syst. Appl., vol. 3, no. 1, pp. 15–24, 2015.
Z. A. Jabbar and R. S. Kawitkar, “Implementation of Smart Home Control by Using
Low Cost Arduino & Android Design,” vol. 5, no. 2, pp. 248–256, 2016.
P. B. Patil, R. R. Patil, S. V Patil, and A. R. Telepatil, “Home Automation System
Using Android and Arduino Board,” pp. 5076–5082, 2016.
http://porosmaluku.com/januari-maret-2016-polisi-catat-29-kasus-curanmor/
http://www.tribun-maluku.com/2015/12/selama-2015-kebakaran-di-kota-amboncapai-90-kasus.html
http://rakyatmaluku.fajar.co.id/2016/07/18/ambon-terkepung-banjir-dan-longsor/
Keamanan Rumah Pintar Berbasis Mikrokontroler Arduino
ATmega2560, GBoard PRO dan Arduino Wi-Fi SHIELD
Magister Teknik Elektro
Dosen: Dr. Ir. Iwan Krisnadi, MBA
Proposal ini disusun oleh :
Haziel Latupapua
55416110001
(email) hazielvanlatu@yahoo.co.id
Abstrak
Di abad ke-21 saat ini kebutuhan atas keamanan terhadap seseorang dan aset
miliknya adalah kebutuhan utama, seiring dengan meningkatnya tingkat kriminalitas
atau kejahatan dan bencana tak terduga yang sering terjadi. Ancaman terhadap
keselamatan seseorang dapat dikategorikan sebagai ancaman mekanis, kimiawi,
retmal dan bakteriologis. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk merancang dan
menerapkan sistem keamanan rumah pintar yang efektif dan fleksibel dengan
memanfaatkan teknologi komunikasi GSM dan Wi-Fi. Sistem berupa beberapa
modul sensor yang terhubung ke modul mikrokontroler Arduino sebagai pengontrol
aktivitas perangkat keseluruhan yang di dalamnya juga terhubung modul perangkat
SIM-900 sebagai penyedia fasilitas komunikasi melalui GSM dan modul devais Wi-Fi
Shield sebagai penyedia fasilitas komunikasi melalui WLAN. Sistem ini dirancang
secara otomatis untuk mendeteksi indikasi kegiatan pencurian, kebocoran gas
berbahaya, banjir, asap dan temperatur yang meningkat akibat terjadi kebakaran,
dengan mendeteksi keadaan yang mencurigakan tersebut, sistem akan mengktifkan
alarm dan memberikan informasi kepada nomor pemilik. Selain itu sistem keamanan
rumah pintar dapat diakses dan dipantau melalui website menggunakan PC atau
smartphone dengan mengakses IP address dari WLAN perangkat Wi-Fi Shield.
Dengan penerapan sistem keamanan rumah tersebut, diharapkan seseorang dapat
melakukan berbagai kegiatan tanpa harus merasa khawatir.
Kata Kunci - Sistem Keamanan Rumah Pintar, GSM, Wi-Fi, Arduino
1.
Pendahuluan
Keamanan merupakan aspek terpenting dalam kehidupan saat ini.
Kebutuhan akan jaminan keamanan aset dan keselamatan jiwa seseorang semakin
meningkat, seiring meningkatnya kriminalitas dan peristiwa kebakaran dan banjir
yang terjadi secara tidak terduga [1]. Dengan memanfaatkan kemajuan teknologi
informasi dan komunikasi, berbagai jenis sistem keamanan yang modern saat ini
telah memberikan banyak solusi dan memiliki peran penting dalam perlindungan jiwa
dan investasi. Hal ini sangat penting apabila seseorang sedang bepergian dan
meninggalkan aset rumah miliknya. Salah satu alasan mengapa dibangun
perancangan sistem keamanan rumah pintar adalah meminimalisir resiko indikasi
terjadinya kriminalitas kejahatan berupa pencurian atau perampokan, serta
mencegah bahaya kebakaran ataupun bahaya banjir yang tidak terduga. Peneliti
mengambil contoh beberapa kasus kebakaran, banjir dan kriminalitas yang terjadi di
kota Ambon, Provinsi Maluku. Selama bulan januari sampai dengan maret 2016,
tercatat sebanyak 29 kasus pencurian kendaraan bermotor di kawasan pemukiman
penduduk Galala dan 15 kasus pencurian di kompleks perumahan BTN Halong
Indah [24]. Bencana kebakaran yang terjadi sebanyak 90 kasus selama tahun 2015
bila dibandingkan dengan tahun 2014 yang hanya terjadi 45 kasus [26]. Kebakaran
yang terjadi secara tidak terduga saat ini, banyak dikarenakan adanya short circuit
listrik [2]. Sedangkan bencana banjir parah yang terjadi yaitu pada tanggal 15 hingga
17 Juli 2016 di 5 kecamatan mengakibatkan kelumpuhan aktifitas di kota Ambon
[27].
Ada berbagai jenis sistem keamanan dan keselamatan rumah yang
ditawarkan di pasaran untuk mencegah semuanya itu, namun solusi yang
ditawarkan oleh beberapa contoh produk sistem tidak memberikan fleksibilitas yang
lebih dalam penggunaannya serta penyediaan jenis dan jumlah perangkat berupa
sensor yang terbatas dan harga yang ditawarkan tergolong mahal. Contohnya
seperti impementasi sistem keamanan rumah berbasis IP camera dengan detektor
alarm atau pendeteksi intrusi melalui teknologi inframerah aktif yang banyak
diimplementasi sekarang ini, sistem yang ditawarkan memiliki banyak kekurangan
salah satunya adalah tidak memberikan fleksibilitas bagi pengguna apabila sedang
bepergian [3]. Dengan demikian tujuan dari perancangan sistem rumah pintar
peneliti ini menawarkan solusi yang baik dan mudah dalam penggunaannya.
Peneliti memilih pengendali mikro yaitu Arduino yang bersifat open-source,
berbagai jenis sensor yang diimplementasikan, dan perangkat komunikasi yang
digunakan berupa perangkat GSM SIM-900 board [1] dan perangkat Wi-Fi Shield [4].
Sistem keamanan rumah pintar yang dirancang memberikan keluasan bagi
pengguna nantinya mengoperasikan dan memantau keamanan aset rumahnya
melalui fasilitas short message service (SMS) dan melalui WLAN. Pengguna juga
bisa memantau dan mengetahui faktor-faktor lingkungan yang berbeda di dalam
maupun di luar rumah mereka seperti suhu, kebersihan udara, ketinggian air
diseliling rumah apabila sedang hujan, pengawasan di rumah apakah rumah terkunci
aman, dengan demikian meminimalisir terjadinya indikasi penyusup atau kejahatan,
bahaya banjir dan kebakaran yang tidak diinginkan [5]. Apabila adanya peringatan
intrusi mencurigakan yang tidak dikehendaki, sistem secara otomatis akan
memberikan informasi berupa short message service (SMS) kepada pengguna
melalui perangkat GSM SIM-900. Selain itu sistem keamanan rumah pintar juga
dapat diakses dan dipantau secara keseluruhan melalui website menggunakan PC
atau smartphone pengguna dengan mengakses IP address dari WLAN perangkat
Wi-Fi Shield. Dengan demikian gagasan sistem keamanan rumah pintar yang
diusulkan, mampu mengatasi keterbatasan-keterbatasan dari sistem yang sudah
tersedia di pasar.
3.
Tujuan dan Sasaran
Penelitian ini diawali dengan melakukan studi literatur dan diskusi dengan
produsen yang ahli dan berkompeten di bidang elektronika untuk mengkaji
kelayakan sistem keamanan rumah pintar untuk diterapkan di Indonesia. Setelah itu
melakukan pengembangan sistem keamanan rumah pintar yang dimaksud.
Pengembangan sistem keamanan rumah pintar ini meliputi perancangan sistem dan
pengukuran alat yang dibuat. Perancangan ditujukan untuk membuat prototip sistem
keamanan rumah pintar dengan memanfaatkan teknologi yang sudah tersedia
dalam hal ini adalah Arduino Atmega2560. Wi-Fi Shield, mobile phone, berbagai
sensor yang diimplementasikan dengan harga yang terjangkau. Sasaran selanjutnya
dari penelitian ini adalah dilakukan pengukuran untuk membandingkan (benchmark
method) dan untuk membuktikan bahwa sistem yang dibuat apakah sudah layak
dan sesuai dengan harapan peneliti. Pengujian dan pengukuran alat dilakukan
secara real dan simulasi dengan menempatkan sistem di 1 lokasi yang dapat
diakses oleh pengamat.
4.
Ruang Lingkup
Ruang Lingkup penelitian ini dibatasi pada perancangan dan pembuatan
sistem keamanan rumah pintar berbasis pada mikrokontroler Arduino ATmega2560
yang dilengkapi sensor keamanan, media komunikasi melalui website fasilitas
WLAN oleh Wi-Fi Shield dan media short message service (SMS) melalui fasilitas
SIM-900 GSM, dan dilakukan pengujian dan pengukuran pada alat untuk
mengetahui kelayakan dan keandalan dari sistem ini untuk diterapkan di Indonesia.
5.
Rumusan Permasalahan
1)
Keterbatasan sistem keamanan rumah yang tersedia di indonesia masih
minim dan konvensional serta harga yang ditawarkan mahal.
Dibutuhkan sistem keamanan rumah otomatis yang dapat diakses secara
fleksibel dan mudah melalui short message service atau website disaat
pengguna sedang bepergian, hal ini menjawab keterbatasan sistem
keamanan rumah yang ada sudah ada di Indonesia.
Dibutuhkan sistem keamanan rumah otomatis yang komplit selain
mengawasi intrusi yang tidak diinginkan, mampu mendeteksi indikasi
bahaya kebakaran dan banjir yang akan terjadi.
2)
3)
Berikut ini adalah tabel literature review atau tinjauan pustaka perbandingan
antara teknologi yang digunakan dan implementasi oleh referensi peneliti dengan
sistem keamanan rumah pintar yang dirancang oleh peneliti.
Tabel 1.1. Tinjauan Pustaka Sistem Keamanan Rumah
5.1.
Batasan Masalah
Dalam penyusunan Tugas akhir ini penulis membatasi masalah atau ruang
lingkup penulisan pada hal-hal yang mengenai :
1.
2.
3.
Modul perancangan terdiri dari mikrokontroler Arduino Atmega2560 dan
GBoard Pro (SIM-900 GSM), modul komunikasi Arduino Wi-Fi Shield
(WizFi250), Sensor Suhu (IC LM35-Heat Detector), Sensor Asap dan Gas
(Octopus MQ-5 Brick) , Sensor Level Ketinggian Air, Sensor Magnetik Pintu
dan Jendela Sensor PIR, Buzzer Alarm, Serial Camera (OV7670).
Pengukuran dan pengujian dilakukan untuk mengetahui sensitivitas kerja
sistem secara keseluruhan.
Pengukuran dan pengujian dilakukan dengan cara memantau sensitivitas
kerja sistem secara keseluruhan melalui website (Wi-Fi Shield) dan short
message service (SMS SIM-900).
6.
Metodologi
1)
2)
3)
4)
Melakukan studi literature.
Melakukan survey terhadap harga komponen alat.
Diskusi dengan produsen.
Melakukan eksperimen dengan pengujian dan pengukuran sistem keamanan
rumah pintar.
Pada penelitian ini langkah-langkah atau metode yang dilakukan adalah sebagai
berikut :
1)
2)
3)
4)
5)
Melakukan studi literature atau studi pustaka.
Dilanjutkan dengan melakukan survey terhadap harga-harga dari tiap-tiap
komponen.
Diskusi dengan produsen yang menjual komponen, untuk mengetahui
kelayakan dan kompatible tiap komponen.
Dilakukan perancangan sistem yang terdiri dari beberapa modul yaitu modul
mikrokontroler (ATmega2560 dan Gboard Pro (SIM-900), sensor suhu (IC
LM35), modul sensor asap dan gas (Octopus MQ-5 Brick), modul sensor
magnetik pintu dan jendela, sensor level ketinggian air (Funduino Water
Sensor), modul sensor PIR (Arduino Passive Infrared Sensor), modul buzzer
alarm, modul serial camera (0V7670) dan modul sistem komunikasi WiFi
(WiFi Shield berbasis Wiznet FI250).
Dilakukan pengujian serta pengukuran untuk mengukur sensitivitas dan
keandalan kerja dari sistem secara keseluruhan dengan demikian apakah
bisa menjadi solusi yang baik dan layak untuk diimplementasikan.
7.
Perancangan Sistem
7.1
Deskripsi Perancangan
Perancangan terdiri dari beberapa modul yaitu modul mikrokontroler
(ATmega2560 dan Gboard Pro (SIM-900), sensor suhu (IC LM35), modul sensor
asap dan gas (Octopus MQ-5 Brick), modul sensor magnetik pintu dan jendela,
sensor level ketinggian air (Funduino Water Sensor), modul sensor PIR (Arduino
Passive Infrared Sensor), modul buzzer alarm, modul serial camera (0V7670) dan
modul sistem komunikasi WiFi (WiFi Shield berbasis Wiznet FI250). Diagram blok
dari perancangan secara keseluruhan dapat dilihat pada Gambar 7.1 dan Gambar
7.2.
Gambar 7.1. Diagram Blok Sistem Keamanan Rumah Pintar
Gambar 7.2. Diagram Blok Sistem Komunikasi (Sistem Keamanan Rumah Pintar)
7.2
Pemilihan Tipe Komponen
7.2.1
Mikrokontroler ATmega2560 dan GBoard PRO (SIM-900)
Pada perancangan ini menggunakan mikrokontroler dari produk Arduino
dengan tipe ATmega2560 dengan papan GBoard Pro. GBoard Pro adalah mainboard
Arduino yang kompatibel dengan WIFI SHIELD FI250, modul SIM900 GSM/GPRS,
dan memiliki komunikasi antarmuka atau communication interfaces berupa XBee
socket,
modul nRF24L01+,
Asynchronous
micro
Receiver-Transmitter),
SD
modul
card
interface, UART
ITDB02
paralel
LCD
(Universal
interface,
electronic brick interface, dan mikrokontroler ATmega2560. GBoard Pro I/O
beroperasi pada tegangan 3,3 – 5,5V DC dan maksimum frekuensi board adalah 16
Mhz. Gboard Pro memiliki 40 pin ITDB02 Paralel LCD Interface (33 pin konfigurasi
terhubung ke mikrokontroler ATmega2560), 20 pin electronics bricks interface (20
pin konfigurasi terhubung ke mikrokontroler ATmega2560), 8 pin nRF24L01+
interface (6 pin konfigurasi terhubung ke mikrokontroler ATmega2560), 6 pin micro
SD socket (4 pin konfigurasi terhubung ke mikrokontroler ATmega2560), 3 pin XBe
interface (3 pin konfigurasi terhubung ke mikrokontroler ATmega2560) dan 4 pin
SIM900 communication interface (4 pin konfigurasi terhubung ke mikrokontroler
ATmega2560). Gboard Pro dirancang untuk memudahkan pengguna dalam
menghubungkan saluran pin antara hardware komponen dengan mikrokontroler
ATmega2560. Konfigurasi pin GBoard Pro terdapat pada Gambar 7.3.
Gambar 7.3. Pin GBoard Pro dan Mikrokontroler ATmega2560
Penggunaan mikrokontroler ATmega2560 dikarenakan memiliki ukuran
memori flash yang besar yaitu 256 kilobyte, SRAM sebesar 512 byte dan EEPROM
sebesar 4 kilobyte (yang dapat dibaca dan ditulis dengan perpustakaan EEPROM),
Analog-to-Digital Converter (ADC) internal, dan praktis karena memiliki In-System
Serial Programming (ISP) untuk keperluan men-download program. Selain itu
Mikrokontroler Atmega2560 dengan papa Gboard Pro menyediakan fasilitas GSM
yaitu SIM-900, melalui short message service.
ATmega2560 memiliki jumlah pin input/output yang cukup untuk memenuhi
kebutuhan perancangan alat dengan jumlah input/output sebanyak 85 pin I/O
programmable. Bentuk konfigurasi pin ATmega2560 dan GBoard Pro terdapat pada
Gambar 6.3.
Gambar 7.4. Konfigurasi Pin Gboard Pro (Merah) dan ATmega2560 (Hitam)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Konfigurasi pin ATmega2560 sebagai berikut :
VCC merupakan pin yang digunakan sebagai masukan sumber tegangan.
GND merupakan pin untuk Ground.
XTAL1/ XTAL2, XTAL digunakan sebagai pin external clock.
Port A, B, C ,D ,E , H, dan L merupakan 8 bit port I/O dengan internal pull-up
resistor. Port G merupakan 6 bit port I/O dengan internal pull-up resistor.
Port F (PF0:PF7) dan Port K (PK0:PK7) merupakan pin I/O dan merupakan
pin masukan ADC.
AVCC adalah pin masukan untuk tegangan ADC.
AREF adalah pin masukan untuk tegangan referensi eksternal ADC.
Gambar 7.5. Bentuk Fisik Gboard Pro dan ATmega2560
Bahasa pemrograman yang digunakan pada perancangan adalah arduino C
dan C++. Pada pemrograman, inisialisasi komunikasi antar hardware menggunakan
media serial. Komunikasi serial antar hardware sendiri memiliki dua konfigurasi
secara umum yaitu konfigurasi cross (Tx1 – Rx2 dan Tx2 – Rx2 untuk dua hardware
yang terhubung melalui komunikasi serial) di tiap komponen hardware. Untuk
mengubah besaran analog yang diterima oleh tiap-tiap hardware ke digital,
digunakan perintah adc[] pada pemrograman. Terdapat inisialisasi adc[1] sen_gas
(LDR), adc[2] sens_suhu (IC LM35 for heat detector), adc[3] sens_air (water level
sensor), adc[4] sens_PIR (PIR sensor), adc[5] sens_MS (magnetic sensor), dan
lainnya, untuk men-konversi atau merubah besaran analog yang diterima oleh modul
sensor suhu (IC LM35), modul sensor asap dan gas (Octopus MQ-5 Brick), modul
sensor magnetik pintu dan jendela, sensor level ketinggian air (Funduino Water
Sensor), modul sensor PIR (Arduino Passive Infrared Sensor), modul buzzer alarm,
modul serial camera (0V7670) dan lain sebagainya menjadi besaran digital, dimana
informasi tersebut dilanjutan terhadap pemrograman di dalam mikrokontroler
ATmega2560 dan ditampilkan pada website melalui komunikasi serial mikrokontroler
ATmega2560 ke WiFi Shield sebagai penyedia AP atau disampaikan kepada
pengguna melalui short message service (SMS) melalui fasilitas GSM SIM-900.
7.2.2
Sensor Suhu (IC LM35-Heat Detector)
Sensor suhu yang dipakai pada perancangan ini adalah tipe sensor suhu IC
LM35 chip IC produksi National Semiconductor. Sensor suhu IC LM35 berfungsi
untuk sebagai heat detector. Sensor suhu mengetahui dan mengubah temperature
atau suhu yang diterima dalam perubahan besaran elektrik. Sensor suhu IC LM35
dapat mengubah perubahan temperature atau suhu menjadi perubahan tegangan
pada bagian output-nya. Sensor suhu IC LM35 membutuhkan sumber tegangan
minimal 3,5 - 5 V DC dalam beroperasi yang berasal dari tegangan pin
mikrokontroler. Sensor suhu IC LM 35 sendiri memiliki sensitivitas suhu yang baik
dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC sehingga dapat
dikalibrasi langsung dalam celcius dan memiliki jangkauan maksimal operasi suhu
antara -55 ºC sampai dengan +150 ºC. Sensor suhu IC LM 35 pada perancangan
seperti tampak pada Gambar 7.6., berfungsi sebagai pemberi indikator-indikator
perubahan suhu kepada mirokontroler, apabila suhu pada lingkungan objek rumah
melebihi batasan indikator yaitu kurang lebih dari +40 ºC, maka informasi terseubt
disampaikan kepada pengguna melalui fasilitas short message service (SMS) atau
pengguna dapat memantaunya melalui website pada fasilitas Wi-Fi Shield dengan
mengakses address dari AP.
Gambar 7.6. Bentuk Fisik Sensor Suhu IC LM35
7.2.3
Sensor Asap dan Gas (Octopus MQ-5 Brick)
Sensor asap dan gas (Octopus MQ-5 Brick) digunakan dalam mendeteksi
kebocoran gas pada peralatan di pasar konsumen dan industri, sensor ini cocok
untuk mendeteksi kebocoran gas seperti LPG, i-butana, propana, metana, alkohol,
hidrogen, asap [2]. Sensor asap dan gas ini memiliki sensitivitas tinggi dan waktu
respon yang cepat dan sensitivitas dapat disesuaikan dengan potensiometer.
Gambar 7.7. Bentuk Fisik Sensor Asap dan Gas (Octopus MQ-5 Brick)
7.2.4
Sensor PIR (Arduino Passive Infrared Sensor)
Jika sensor PIR (Arduino Passive Infrared Sensor) mendeteksi objek yang
mencurigakan bergerak di daerah terlarang maka kontroler akang mengambil gambar
melalui serial kamera dan menyimpan gambar tersebut pada SD Card, setelah itu
kontroler Arduino mengaktifkan Buzzer alarm dan mengirim SMS ke pemilik rumah.
Sensor PIR (Passive Infra Red Sensor) ini memiliki potensiometer untuk
mengkalibrasi jarak dan waktu tunda. Sensor mudah diimplementasikan, harga yang
terjangkau. Sensor PIR beroperasi pada 100uA - 150uA dan kondisi tegangan 3Volt
-5Volt, memiliki akurasi 0,1 - 6 meter dengan kemampuan untuk bekerja pada suhu 200C untuk 700C. Selain itu, modul sensor ini juga memiliki kerja panjang gelombang
7um - 14um dan sudut cakupan di 1200 [1].
Gambar 7.8. Bentuk Fisik Sensor PIR
7.2.5
Buzzer Alarm
Arduino Buzzer Alarm berfungsi untuk mengontrol suara bel atau alarm,
buzzer alarm diaktifkan apabila adanya intrusi yang disampiakan melalui sensorsensor lainnya terhadap Arduino Mikrokontroler. Modul Buzzer Alarm terdiri dari pin:
1 - Output, 2 - Power Supply, 3 – ground [1].
Gambar 7.9. Bentuk Fisik Buzzer Alarm
7.2.6
Serial Camera (OV7670)
Serial Kamera seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.8. adalah modul
kamera warna serial OV7670 JPEG dengan pengolahan citra DSP untuk
menghasilkan 320 x 240 atau 640 x 480 gambar JPEG, gambar disimpan dalam
buffer internal dan ditransfer melalui port UART [11]. Serial kamera ini bekerja pada
tegangan I/O: 2,5 ~ 3 volt , suhu operasional adalah -30°C hingga +70°C, ukuran
lensa / lens size: 1/6", sudut pandang visual / vision angle adalah 25° dan lingkup
titik cahaya / pixel coverage: 3,6 x 3,6 Μm. Unit ini akan menangkap daerah intrusi
yang tidak diinginkan dan oleh instruksi dari kontroler Arduino disimpan pada SD
Card Arduino Atmega2560.
Gambar 7.10. Bentuk Fisik Serial Camera
7.2.7
Sensor Level Ketinggian Air
Sensor level ketinggian air yang digunakan adalah Funduino Water Sensor.
Sensor ini terdiri sejumlah garis yang disusun paralel untuk menentukan ketinggian
permukaan air. Nilai konversi ketinggian air ke sinyal analog yang dihasilkan dapat
langsung dibaca board Arduino. Tegangan kerja yaitu 3-5 VDC, arus kerja < 20mA
dan suhu kerja: 10-300C. Sensor ini bekerja sebagai pendeteksi level ketinggian air
pada tangki penampung air dan level ketinggian permukaan air pada sekeliling
rumah dengan begitu pemantau dapat memantau status dari ketinggian air dari
keduanya tanpa harus merasa khawatir akan bahaya kebanjiran di rumahnya.
Gambar 7.11. Bentuk Fisik Serial Camera
7.2.8
Sensor Magnetik Pintu dan Jendela
Sensor berfungsi sebagai pendeteksi penyusup yang masuk melalui jendela
atau pintu. Melalui sistem magnetik sensor, sensor akan aktif dan memberikan
informasi kepada mikrokontroler arduino apabila adanya indikasi penyusup atau
intrusi tidak diinginkan
melalui jendela ataupun
pintu,
informasi tersebut
disampaikan melalui fasilitas short message service (SMS) kepada pengguna, dan
arduino akan secara otomatis menyalakan buzzer alarm.
Gambar 6.12. Bentuk Sensor Magnetik Pintu dan Jendela
7.2.9
Sistem Komunikasi (Wi-Fi Shield Berbasis WiznetFi250)
Arduino Wi-Fi Shield berbasis WiznetFi250 adalah modul wireless dengan
ukuran kecil yang memiliki tingkat integrasi yang tinggi, mendukung IEEE
802.11b/g/n. Kecepatan maksimum yang dapat dicapai modul Wi-Fi Shield berbasis
WiznetFi250 adalah sampai dengan 65Mbit/s. Penggunaan WiFi Shield sebagai
media transmisi data sesuai kebutuhan pengguna dapat berupa mode penyedia
layanan access point (AP) ataupun sebagai client/user yang secara otomatis
mentransmisikan data ke jaringan yang lebih besar [3].
Modul Wi-Fi Shield berbasis WiznetFi250 kompatibel dengan semua sistem
komunikasi yang beroperasi pada frekuensi 2,4 GHz, dan tersedia layanan layanan
security yang mendukung keamanan jaringan berupa WEP, WPA/WPA2PSK. Modul
WiFi Shield berbasis WiznetFi250 terintegrasi dengan RF power amplifier, memiliki 1
megabyte flash memori, 128 kilobyte SRAM, 1 megabyte serial flash, bekerja
pada frekuensi 2.412-2.484 GHz, dan memiliki UFL konektor sehingga pengguna
dapat menggunakan antena tambahan eksternal untuk menambah jangkauan
sinyal. WiFi Shield berbasis WiznetFi250 dapat dijadikan mode AP ataupun
sebagai router dari suatu jaringan yang kompatibel. Modul komunikasi ini memiliki
interface software sehingga pengguna dapat mengontrol dan memperbarui modul
melalui konverter USB, dan memiliki serial interface berupa UART (Universal
Asynchronous Receiver-Transmitter) dan SPI (serial peripheral interface). Modul
komunikasi ini menyediakan soket kartu mikro SD, seperti perekam ketika WiFi
Shield bekerja sebagai TCP ataupun UDP server.
Modul WiFi Shield berbasis WiznetFi250 bekerja pada tegangan operasi 5V
atau 3.3V DC (auto select). Modul WiFi Shield berbasis WiznetFi250 dirancang
berdasarkan WiFi blok dan blok MCU. Modul komunikasi ini mendukung generik
SPI, interface UART yang menghubungkan WLAN ke prosesor host. Pada
perancangan sistem, digunakan interface UART sebagai komunikasi serial antara
hardware dari komponen mikrokontroler ATmega2560 dan Gboard Pro dengan
hardware WiFi Shield. Pin konfigurasi yang digunakan pada pemodelan sistem
komunikasi WiFi Shield yang terhubung ke mikrokontroler ATmega2560 dan Gboard
Pro adalah pin GND (ground), komunikasi serial pin UART1_Tx (transmitter atau
pengirim) dan pin UART1_Rx (Receiver atau penerima), dan pin VDD_3V3 sebagai
input tegangan terhadap hardware WiFi Shield.
Gambar 7.13. Bentuk Fisik Wi-Fi Shield Board
8.
Hasil Yang Diharapkan
8.1
Perbandingan dari sisi biaya
Ditinjau dari sisi biaya diharapkan sistem keamanan rumah pintar yang
dirancang terjangkau dengan harga investasi awal sistem dibawah Rp.
3.800.000,-. Sehingga dapat diaplikasikan secara luas di Indonesia.
Manfaat sistem keamanan rumah pintar bagi Pengguna :
1)
Biaya yang lebih murah bila dibandingkan dengan sistem keamanan
konvensional berupa CCTV, monitor, dan lain-lain.
2)
Pengguna dapat mengontrol keamanan rumahnya walaupun sedang
bepergian di luar daerah yang jauh.
3)
Apabila ada intrusi, penyusup atau penjahat yang mencoba untuk mencuri
atau melakukan kejahatan lainnya, sistem akan secara otomatis mencapture gambar dari sosok pencuri dan mengirimkan informasi kepada
pengguna melalui short message service (SMS) dan setelah itu sistem
menyalakan alarm, sehingga dapat dicegah lebih dini.
4)
Sistem mendeteksi bahaya kebakaran dan banjir melalui sensor yang
diimplementasikan, sehingga pengguna tidak perlu merasa khawatir apabila
sedang tidak berada di rumah karena dapat dikontrol melalui website atau
pun short message service (SMS).
9.
Daftar Pustaka
[1]
S. Budijono, J. Andrianto, M. Axis, and N. Noor, “Design and implementation of
modular home security system with short messaging system,” vol. 25, 2014.
W. H. W. Ismail, H. R. M. Husny, and N. Y. Abdullah, “Smoke Detection Alert
System via Mobile Application,” Proc. 10th Int. Conf. Ubiquitous Inf. Manag.
Commun., p. 34:1--34:6, 2016.
N. David, “Design of a Home Automation System Using Arduino,” September, 2016.
P. P. Kumar, G. T. Vasu, P. G. Scholar, and A. Pradesh, “Home Automation &
Security System Using Arduino Android ADK,” vol. 3, no. 6, pp. 190–194, 2015.
A. Cyril Jose and R. Malekian, “Smart Home Automation Security: A Literature
Review,” Smart Comput. Rev., vol. 5, no. 4, pp. 269–285, 2015.
C. Jin and T. Kunz, “Design and Implementation of a Smart Home Networking
Simulation,” August, 2010.
S. R. L. Rajeev Piyare, “Smart Home-Control and Monitoring System Using Smart
Phone,” vol. 24, pp. 83–86, 2013.
J. Janak, H. Nam, and H. G. Schulzrinne, “Connecting the Physical World with
Arduino in SECE,” Citeseer, 2013.
G. M. S. Mahmud Rana, A. Al Mamun Khan, M. N. Hoque, and A. F. Mitul, “Design
and implementation of a GSM based remote home security and appliance control
system,” in 2013 2nd International Conference on Advances in Electrical
Engineering (ICAEE), 2013, no. Icaee, pp. 291–295.
R. Piyare, “Internet of Things : Ubiquitous Home Control and Monitoring System
using Android based Smart Phone,” Int. J. Internet Things, vol. 2, no. 1, pp. 5–11,
2013.
A. K. Dennis, “Raspberry Pi Home Automation with Arduino,” p. 176, 2013.
D. Wang, K. Sugiura, and Y. Murase, “Design and implementation of user-centered
home appliance controlling service environment,” Proc. 6th ACM Mob. Video Work.
MoVid 2014, 2014.
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
A. Yusuf and M. A. Baba, “Design and Implementation of a Home Automatedn
System based on Arduino , Zigbee and Android Application,” Int. J. Comput. Appl.,
vol. 97, no. 9, pp. 37–42, 2014.
B. M. O. Al-thobaiti, I. I. M. Abosolaiman, M. H. M. Alzahrani, S. H. a Almalki, and M.
S. Soliman, “Design and Implementation of a Reliable Wireless Real-Time Home
Automation System Based on Arduino Uno Single-Board Microcontroller,” Int. J.
Control. Autom. Syst., vol. 3, no. 3, pp. 11–15, 2014.
S. Kumar, “Ubiquitous Smart Home System Using Android Application,” Int. J.
Comput. Networks Commun., vol. 6, no. 1, pp. 33–43, 2014.
A. Adriansyah and A. W. Dani, “Design of Small Smart Home system based on
Arduino,” in 2014 Electrical Power, Electronics, Communicatons, Control and
Informatics Seminar (EECCIS), 2014, pp. 121–125.
M. A. E.-L. Mowad, A. Fathy, and A. Hafez, “Smart Home Automated Control
System Using Android Application and Microcontroller,” Int. J. Sci. Eng. Res., vol. 5,
no. 5, pp. 935–939, 2014.
R. L. Kumar Mandula, Ramu P, CH.A.SMurty, E.Magesh, “Mobile based Horne
Automation using Internet of things (IoT),” pp. 340–343, 2015.
M. A. B. Sidik, M. Q. Arifin Rusli, Z. Adzis, Z. Buntat, Y. Z. Arief, H. Shahroom, Z.
Nawawi, and M. ‘Irfan Jambak, “Arduino-Uno Based Mobile Data Logger with GPS
Feature,” TELKOMNIKA (Telecommunication Comput. Electron. Control., vol. 13,
no. 1, p. 250, Mar. 2015.
A. S. Student, “GSM Based Home Automation , Safety and Security System Using
Android Mobile Phone,” vol. 4, no. 5, pp. 490–494, 2015.
S. Reza Khan and F. Sultana Dristy, “Android Based Security and Home
Automation System,” Int. J. Ambient Syst. Appl., vol. 3, no. 1, pp. 15–24, 2015.
Z. A. Jabbar and R. S. Kawitkar, “Implementation of Smart Home Control by Using
Low Cost Arduino & Android Design,” vol. 5, no. 2, pp. 248–256, 2016.
P. B. Patil, R. R. Patil, S. V Patil, and A. R. Telepatil, “Home Automation System
Using Android and Arduino Board,” pp. 5076–5082, 2016.
http://porosmaluku.com/januari-maret-2016-polisi-catat-29-kasus-curanmor/
http://www.tribun-maluku.com/2015/12/selama-2015-kebakaran-di-kota-amboncapai-90-kasus.html
http://rakyatmaluku.fajar.co.id/2016/07/18/ambon-terkepung-banjir-dan-longsor/