Simulasi Rancang Bangun Rumah Cerdas Berbasis Mikrokontroler ATMEGA16

Transkripsi

1 Simulasi Rancang Bangun Rumah Cerdas Berbasis Mikrokontroler ATMEGA16 Medi Taruk, Ir. Muh. Yusuf, M.T Abstract Currently along with the progress and development of technology, many electronic devices that can be used as a control system. One using ATmega16 microcontroller. An Atmel ATmega16 microcontroller family which functioned as a Control Processing Unit (CPU). Microcontroller is used as the central control of intelligent home control system that includes doors, anti-theft alarm and lights. In making this tool, the authors utilize as a keypad lock to open and close the door, the timer to turn lights on and off automatically at a certain time, and limit switches installed on the windows of the house to control anti-theft alarm if the window position shifted. Besides using ATmega16 microcontroller, the author also adds a light that serves as a driver switches the lights so that the lights can be turned on manually. Keywords Control System, Microcontroller, ATmega16, Sensor. P 1. PENDAHULUAN erkembangan teknologi dan informasi yang sangat pesat seiring dengan kebutuhan manusia yang semakin meningkat terutama diwilayah perkotaan, salah satunya adalah sistem kontrol baik secara manual maupun otomatis. Sistem kontrol umumnya digunakan pada perangkat elektronika. Perangkat elektronika memiliki peranan penting dalam kehidupan sehari-hari untuk membantu pekerjaan manusia baik di rumah, di kantor dan di lingkungan masyarakat. Sistem kontrol dapat diaplikasikan dalam rumah, terutama sistem kontrol untuk sistem keamanan dan penerangan rumah. Pintu rumah dengan menggunakan kunci manual yang dibawa kemanapun sehingga menimbulkan resiko kehilangan dan mudah digandakan oleh pihak-pihak yang tidak bertanggung jawab. Seseorang yang akan bepergian dan pulang larut malam biasanya menyalakan lampunya terlebih dahulu sebelum meninggalkan rumah agar pada malam hari rumah tidak dalam keadaan gelap atau pemilik meluangkan waktunya untuk kembali ke rumah dan menyalakan lampu. Sebab rumah dalam Rumah yang menggunakan perangkat elektronik untuk Medi Taruk, Ilmu Komputer dan Elektronika, FMIPA UGM, Jl. Sekip Utara, Sleman, Yogyakarta (medi.taruk@mail.ugm.ac.id). membuka dan menutup pintu, menyalakan lampu secara otomatis dan mengaktifkan alarm maling tidak perlu dikontrol melalui PC (Personal Computer), cukup dengan menggunakan mikrokontroler Atmega16 yang berbentuk chip. Dengan mikrokontroler Atmega16 pengguna hanya memasukkan perintah pengontrolan berupa bahasa pemrograman C++ melalui downloader AVR USB ISP. keadaan gelap tentunya akan mengundang tindak kejahatan pencurian yang belakangan ini marak terjadi terutama di kota-kota besar. Selain itu, pemilik rumah tidak akan bisa beristirahat dengan tenang apabila sistem keamanan rumah tidak memadai. Hal tersebut tentunya akan menyita waktu, tenaga dan pikiran serta pemborosan pemakaian energi listrik.. 2. METODE PENELITIAN Dasar teori penelitian ini dilakukan dengan cara melakukan uji coba (trial and error) dimana rancangan mekanik maupun elektronika untuk komponen hardware simulasi rancang bangun rumah cerdas berbasis mikrokontroler Atmega16 ini dapat bekerja sesuai dengan tujuan dan target yang diinginkan. Teori yang akan dibahas pada sistem yang diharapkan dalam penelitian ini adalah prototype rumah cerdas berbasis mikrokontroler Atmega16 untuk pengontrolan lampu secara otomatis, alarm maling, dan buka tutup pintu menggunakan keypad. Teori penunjang yang digunakan dalam penyelesaian penelitian ini adalah menjelaskan tentang sistem kontrol, mikrokontroler, AVR, Actuator Sistem Kontrol Sistem kontrol adalah proses pengaturan atau pengendalian terhadap suatu atau beberapa besaran (variabel, parameter) sehingga berada pada suatu harga atau dalam suatu rangkuman harga (range) tertentu. Secara umum ada 4 (empat) aspek yang berkaitan dengan sistem pengendalian yaitu masukan, keluaran, sistem dan proses. Masukan (input) adalah rangsangan dari luar yang diterapkan ke sebuah sistem kontrol untuk memperoleh tanggapan tertentu dari sistem pengaturan. Keluaran (Output) adalah tanggapan sebenarnya yang didapatkan dari suatu sistem kontrol. Tanggapan ini bisa

2 sama dengan masukan atau mungkin juga tidak sama dengan tanggapan pada masukannya. dikelompokkan menjadi empat kelas yaitu keluarga ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega, dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masingmasing kelas adalah memori, peripheral dan fungsinya. Gambar 1 Skema Sistem Kontrol Mikrokontroler Mikrokontroler adalah Central Processing Unit (CPU) yang disertai dengan memori serta sarana input/output dan dibuat dalam bentuk chip. Salah satu mikrokontroler yang banyak digunakan saat ini yaitu mikrokontroler AVR. Gambar 3 Blok Diagram Atmega16 Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan mikrokontroler bisa dikatakan hampir sama untuk tipe. Berikut minimum system ATmega 16. Gambar 2 Konfigurasi Kaki (pin) mikrokontroler AVR AVR Mikrokontroler AVR merupakan pengontrol utama standar industri dan riset saat ini. Hal ini dikarenakan berbagai kelebihan yang dimiliki dibandingkan mikroprocessor yaitu murah, dukungan software dan dokumentasi yang memadai dan memerlukan komponen pendukung yang sangat sedikit. Pada penelitian ini, mikrokontroler yang digunakan adalah mikrokontroler AVR ATMega16 yang mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz membuat disainer sistem untuk mengoptimasi konsumsi daya versus kecepatan proses. AVR merupakan seri mikrokontroler CMOS 8-bit buatan Atmel,berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). Hampir semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32 register general-purpose, timer/counter fleksibel dengan mode compare, interrupt internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, dan mode power saving, ADC dan PWM internal. AVR juga mempunyai In-System Programmable Flash on-chip yang mengizinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI. AVR dapat Gambar 4 Minimum Sistem ATMega Actuator Dari segi kata actuator dapat dengan mudah diartikan ialah yang mengaksikan. Tetapi pada konteknya dapat diartikan sebagai penggerak dari suatu objek. Actuator yang digunakan untuk menggerakkan pintu rumah adalah Motor DC Motor DC Motor DC sering digunakan dalam rangkaian elektronika untuk menggerakkan roda. Motor DC aktif jika pin-pinnya dihubungkan ke kabel positif dan kabel negatif tegangan DC. Energi mekanik ini digunakan untuk memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dan lainlain. Motor DC digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan di industri. Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur tegangan dinamo dan arus medan.

3 3. PERANCANGAN DAN PEMBAHASAN Untuk memudahkan perancangan secara keseluruhan, maka dibuat blok diagram keterhubungan antara perangkat keras dan perangkat lunak pada sistem ini diperlihatkan pada gambar berikut ini : perangkat keras dan perangkat lunak serta blok diagram sistem, diperlihatkan pada gambar berikut ini: Gambar 5 Diagram Blok Rangkaian Perancangan mekanik simulasi rumah cerdas terbuat dari fiber dan aluminium. Desain prototype rumah cerdas seperti tampak pada gambar berikut : Gambar 8 Model Hubungan Sistem Kontrol PC ke Mikrokontroler Hasil yang diperoleh dalam pembahasan dan implementasi untuk setiap rancangan adalah sebagai berikut : 3.2. Perancangan Alat Alat simulasi rancang bangun rumah cerdas berbasis mikrokontroler Atmega16 dikerjakan melalui beberapa tahapan perancangan yaitu perancangan sistem dengan UML, perancangan elektronika, perancangan mekanik dan pembuatan program Perancangan Sistem (UML) Berikut adalah notasi grafis untuk menyatakan desain sistem yang dirancang menggunakan UML. Gambar 6 Desain Prototype Rumah Cerdas 3.1. Diagram Blok Alat Secara umum diagram blok alat untuk simulasi rancang bangun rumah cerdas berbasis mikrokontroler Atmega16 dapat dilihat pada gambar dibawah ini dengan menggunakan catu daya yang berasal dari PLN sebesar 220 Volt. Agar ada pembatasan tegangan yang masuk kedalam perangkat keras maka di tambahkan Transformator / trafo 24 Volt. Gambar 7 Diagram Blok Alat Untuk memudahkan perancangan secara keseluruhan, maka dibuat blok diagram keterhubungan antara Gambar 9 Model Use Case Diagram Sistem Perancangan Elektronika Perancangan elektronika merupakan perangkat keras dalam pembuatan alat simulasi rancang bangun rumah cerdas berbasis mikrokontroler Atmega16. Perancangan elektronika dikembangkan dengan mempertimbangkan segi mutu dan memberikan keuntungan bagi pengguna. Simulasi rancang bangun rumah cerdas berbasis mikrokontroler Atmega16 ini menggunakan 3 buah driver Rancangan Driver Motor Pada rangkaian driver motor ini berfungsi untuk menerjamahkan sekaligus mengendalikan motor yang ada pada pintu untuk menggerakkan gear dinamo stater diatas rel yang merekat pada pintu. Untuk contoh gambar rangkaiannya dapat dilihat di bawah ini.

4 Gambar 10 Driver Motor Rancangan Driver Mikrokontroler Jenis mikrokontroler pada penelitian rumah cerdas digunakan jenis mikrokontroler ATMega16. Rangkaian mikrokontroler ini merupakan pusat pengolah data dan pusat pengendalian alat. Pada rangkaian terdapat 4 (empat) port yang digunakan untuk menampung input dan output data dan terhubung langsung dengan rangkaian dari alat pengendali. Driver mikrokontroler tersusun atas osilator kristal 11,0592 MHz yang berfungsi untuk membangkitkan pulsa internal dan dua buah kapasitor sebesar 30 pf yang berfungsi untuk menstabilkan frekwensi. Pada rangkaian juga terdapat sebuah lampu LED sebagai lampu indikator. Kapasitor 10µF dan resistor 10k dan sebuah sakelar push-button berfungsi sebagai reset sebelum program yang ada pada mikrokontroler dijalankan. Gambar rangkaian tampak dibawah ini: Gambar 11 Driver Mikrokontroler Rancangan Driver Lampu / Relay Pada aplikasi driver relay, transistor bekerja sebagai saklar yang pada saat tidak menerima arus pemicuan, maka transistor akan berada pada posisi cut-off dan tidak menghantarkan arus, Ic=0. Dan saat kaki basis menerima arus pemicuan, maka transistor akan berubah ke keadaan saturasi dan menghantarkan arus. Rangkaian driver relay dibuat sebanyak 6 buah pada PCB untuk mengontrol 6 buah lampu yang terdapat pada rumah cerdas. Rancangan elektronika yang digunakan untuk simulasi rancang bangun rumah cerdas ini dapat disatukan agar lebih praktis dan tidak menggunakan media yang terlalu besar. Dalam hal ini driver mikrokontroler disatukan dengan driver relay dalam sebuah PCB seperti tampak pada gambar berikut: Gambar 11 Driver Lampu/Relay Rancangan Rangkaian LCD ke Mikrokontroler Untuk menghubungkan LCD dengan mikrokontroler Atmega16, maka semua PORT bisa digunakan. Berikut ini adalah koneksi kaki LCD 2x16 dengan PORTA. Tabel 1 Keterangan Kaki LCD 2x16 Gambar 12 Modul LCD 2 x Perancangan Mekanik Perancangan mekanik dalam prototype rumah cerdas ini tentunya sangat penting, dengan perancangan mekanik yang tepat memberikan gambaran dalam proses kinerja rumah dalam melakukan tugasnya. Sesuai dengan pembahasan sebelumnya bahwa rancangan mekanik simulasi rumah cerdas ini meliputi kontrol pintu menggunakan keypad dengan memasukkan PIN (Personal Identification Number), alarm maling dan lampu otomatis dimana sistem pengaturannya menggunakan mikrokontroler ATMega16. Berikut gambar rancangan mekanik simulasi rumah cerdas: Gambar 13 Mekanik Rumah Cerdas

5 Ukuran prototype rumah cerdas adalah panjang 48 cm, Lebar 41 cm, dan tinggi 20 cm. Penggunaan aluminium dan acrilic sebagai bahan utama dari mekanik rumah cerdas dengan pertimbangan pintu bergerak dengan meletakkan motor DC diatas pintu untuk menggerakkan gear dinamo stater pada permukaan rel mini sehingga pintu dapat membuka dan menutup. Jendela dikontrol dengan meletakkan limit swith pada permukaannya sehingga apabila jendela bergeser, limit switch akan aktif dan alarm akan berbunyi Perancangan Program Perancangan simulasi rumah cerdas berbasis mikrokontroler Atmega16 menggunakan bahasa pemrograman C++ (CodeVision AVR). Program yang dibuat dimasukkan ke modul mikrokontroler dengan menggunakan downloader USB ISP. 4. KESIMPULAN Berdasarkan hasil analisis dan pembahasan diperoleh kesimpulan sebagai berikut: o Sistem pengontrolan lampu rumah secara otomatis dalam bentuk simulasi (Prototype) dengan menggunakan Mikrokontroller Atmega16 yang disertai bahasa pemrograman C++ (Codevision AVR) dalam pemrograman. o Sistem pengontrolan pintu rumah dalam bentuk simulasi (Prototype) dengan menggunakan Mikrokontroler Atmega16 yang disertai bahasa pemrograman C++ (Codevision AVR) dalam pemrograman. o Sistem pengontrolan sebuah alarm maling dalam bentuk simulasi (Prototype) dengan menggunakan Mikrokontroler Atmega16 yang disertai bahasa pemrograman C++ (Codevision AVR) dalam pemrograman. o Alarm akan berbunyi otomatis apabila jendela terbuka, dan kontrol alarm pada jendela dapat di non-aktifkan dengan menggunakan sakelar. o Lampu akan menyala secara otomatis pada sore hari dan padam pada tengah malam kecuali lampu teras. Lampu teras padam secara otomatis pada pagi hari. Lampu dikontrol dengan menggunakan objek timer yang terdapat pada mikrokontroler melalui program. 5. SARAN Dalam perancangan sistem simulasi rumah cerdas tidak terlepas dari kelemahan pada sistem tersebut. Berdasarkan hasil analisis dan pembahasan yang dilakukan, maka memberikan saran sebagai berikut: o Kekurangan dari simulasi rancang bangun rumah cerdas berbasis mikrokontroler Atmega16 ini adalah tidak ada monitoring atau umpan balik ke pengguna jika fungsi rumah yang dikontrol aktif atau tidak, oleh karena itu alat yang telah dibuat perlu dikembangkan lagi untuk menutupi kekurangan yang ada sehingga pengguna mengetahui apakah sistem kontrol rumah berfungsi sesuai dengan keinginan atau tidak. o Sebaiknya simulasi rumah cerdas diaplikasikan pada rumah yang memiliki sumber tegangan cadangan selain dari PLN untuk menjaga kemungkinan adanya pemutusan listrik dari PLN sehingga alat yang dikontrol dapat berfungsi dengan normal. DAFTAR PUSTAKA [1]Anonim, Atmega16 Datasheet, pdf1.alldatasheet.com/datasheetpdf/view/78532/atmel/atmega.html. [2]Anonim, 2011, Datasheet LM35, diakses pada Maret [3]Budiharto, Widodo Panduan Lengkap Belajar Mikrokontroler Perancangan Sistem dan Aplikasi Mikrokontroler. Elex Media, Jakarta. [4]Budiharto, Widodo dan Rizal, Gamayel Proyek Mikrokontroler untuk pemula. Elex Media, Jakarta. [5]Heryanto, Ary. Adi, Wisnu., 2008, Pemograman Bahasa C untuk Mikrokontroler Atmega8535. Andi, Yogyakarta. [6] [7] Malvino, Albert paul, 2003, Prinsip-prinsip Elektronika, Jilid 1 & 2, Edisi Pertama, Salemba Teknika, Jakarta. [8]Winoto, Ardi., 2008, Mikrokontroler AVR Atmega8/16/32/8535 dan Pemogramannya dengan Bahasa C pada WinAVR. Informatika, Bandung.