BAB 3 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM

Transkripsi

1 BAB 3 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM 3.1. Perancangan Sistem Dalam membuat suatu alat ada beberapa hal yang perlu diperhatikan, yaitu bagaimana cara merancang sistem yang akan diimplementasikan pada alat. Dalam perancangan sistem terlebih dahulu dibuat flowchart dari sistem tersebut, seperti gambar 3.1. Prinsip kerja alat yang dibuat adalah alat yang mendeteksi keamanan berdasarkan parameter sensitifitas yang telah disediakan, ada dua alat yang akan dibuat yaitu modul server dan modul sensor. Modul serveradalah server tempat penyimpanan konfigurasi, pemrosesan data, pengolahan data. Modul sensor hanya menerima perintah dari server dan mengirimkan data sensor ke Modul server. Untuk carakerja nya Modul server dan sensor dinyalakan terlebih dahulu, modul server menginisialisasi pengaturan yang disimpan dan mulai menjalankan service, pada langkah awal modul server akan membuat perintah berbentuk string yang akan dikirimkan ke modul sensor melewati modul NRF2401L. seperti informasi device, informasi sensor dan alaram. Ketika perintah yang dikirimkan tadi diterima oleh modul sensor maka modul akan merespon apakah data sensor perlu dikirimkan atau alarm perlu dinyalakan. Semua informasi perintah ada di dalam string yang dikirimkan modul server. Selanjutnya modul sensor akan mengirimkan balik data yang diperlukan modul server seperti informasi nilai sensor dan kemudian modul server mongolah data tersebut untuk kemudian diperiksa apakah melewati nilai sensitifitas. Jika melebihi atau sama dengan data sensitifitas yang sudah dibuat maka modul server akan mengambil gambar dan mencatat data log di database kemudian membuat notifikasi melalui SMS kepada pemilik rumah.

2 Gambar 3.1 Flowchart Program

3 3.2. Blok Diagram Diagram blok merupakan salah satu bagian terpenting dalam perancangan peralatan elektronika, karena dari diagram blok dapat diketahui prinsip kerja keseluruhan dari rangkaian elektronika yang dibuat. Sehingga keseluruhan blok dari alat yang dibuat dapat membentuk suatu sistem yang dapat bekerja sesuai dengan perencanaan. Diagram blok dari sistem keamanan dapat di lihat pada gambar 3.2 CameraPi Serial cable USB Modem Raspberry Pi USB 2.0 GPIO Sensor PIR GPIO Sensor Getar Telepon genggam Gambar 3.2 Blok Diagram Pada gambar 3.2 diatas terdapat beberapa komponen perangkat keras sistem keamanan, antara lain: 1. Raspberry Pi merupakan rangkaian komponen yang berfungsi sebagai server utama pengolahan data dan konfigurasi sistem. 2. Camera Pi merupakan kamera pi yang langsung terhubung ke raspberry pi.

4 3. Usb modem merupakan alat yang nantinya sebagai notifikasi kepengguna dalam bentuk SMS. 4. Sensor PIR merupakan sensor yang mendeteksi keberadaan manusia dengan infrared. 5. Sensor Getar merupakan komponen yang berfungsi memberi nilai ketika ada getaran. 6. NRF2401L merupakan komponen yang berfungsi untuk komunikasi nirkabel antar modul Desain Alat Sistem Keamanan Ada dua bentuk alat sebagai wadah dari modul server dan modul sensor. Untuk modul server digunakan raspberry case dengan mout camera yang dapat dibeli ditoko elektronika juga untuk modul sensor yaitu dengan menggunakan Box housing X1 yang ukurannya disesuaikan dengan komponen dengan sedikit perubahan. Case dari alat dapat dilihat pada gambar 3.3 (gambar a dan b). (a)

5 (b) Gambar 3.3 Desain Alat Sistem Keamanan 3.4. Perancangan Alat (Hardware) Perancangan hardware merupakan suatu tahap yang sangat penting dalam pembuatan suatu alat, sebab dengan menganalisa komponen yang digunakan maka alat yang akan dibuat dapat bekerja seperti yang diharapkan. Untuk mendapatkan hasil yang optimal, terlebih dahulu membuat rancangan yang baik yaitu dengan memperhatikan sifat dan karakteristik dari tiap-tiap komponen yang digunakan sehingga dapat menghindari kerusakan pada komponen yang digunakan dan mempermudah dalam pengerjaannya. Berikut adalah beberapa komponen penting untuk menunjang kebutuhan alat yang akan dibuat: Raspberry Pi Raspberry Pi merupakan sebuah komputer berukuran kecil yang dapat digunakan seperti sebuah Personal Computer (PC). Dikatakan kecil karena kurang lebih ukurannya sebesar kartu nama dan untuk dapat menghidupkannya dapat menggunakan charger / adaptor yang biasa digunakan pada telepon selular sebesar 5V. Raspberry Pi menggunakan system on a chip (SoC) dimana Central Processing Unit (CPU), Graphics Processing Unit (GPU), dan memori ada dalam satu kesatuan Integrated Circuit (IC)

6 Gambar 3.4 Rangkaian Raspberry pi Arduino Nano Arduino adalah sebuah modul mikrokontroller yang berfungsi sebagai media interface dan proses input/output. Arduino merupakan modul mikrokontroller yang tidak perlu adanya perancangan tambahan untuk menggunakannya, hanya saja dibutuhkan shield atau perangkat yang sesuai untuk membuat proyek tambahan. Gambar 3.5 Skema Rangkaian Arduino Nano Prinsip kerja rangkaian mikrokontroller diatas menggunakan fasilitas input/output yang merupakan fungsi untuk dapat menerima sinyal masukan (input) dan memberikan sinyal keluaran (output). Sinyal input maupun sinyal output merupakan sinyal digital 1 (HIGH, mewakili tegangan 5 volt) dan 0 (LOW, mewakili tegangan 0 volt). Arduino Nano memiliki beberapa pin input/output digital dan

7 analog. Dalam perancangan ini diperlukan beberapa pin input/output digital untuk mengendalikan sensor, Nrf2401L. Modul Arduino Nano dapat dilihat pada gambar 3.6 berikut ini. Gambar 3.6 Tampilan Board Arduino Nano Modul wireless NRF24L01 Komunikasi nirkabel antar perangkat mikrokontroler maka modul nrf24l01 adalah perangkat yang dirancang untuk komunikasi jarak jauh yang memamfaatkan pita gelombang RF 2.4 GHz ISM (Industrial, Scientific and Medical). Modul ini menggunakan antarmuka SPI untuk berkomunikasi. Tegangan kerja dari modul ini adalah 3V DC, nantinya masing masing modul akan dihubungkan kerangkaian NRF24L01 ini. 3.5 Perancangan Elektronika Perancangan elektronik pada alat Sistem keamanan secara keseluruhan menggunakan komponen yang telah jadi, seperti Raspberry Pi, Pi camera, Arduino Nano, NRF24L01, sensor pir dan getar,usb modem, usb wifi,buzzer dan power supply Rangkaian NRF24L01 dengan Raspberry dan Arduino Raspberry B+ memiliki 40 PIN GPIO dan Arduino Nano memiliki 14 pin digital dan 6 pin analog yang dapat digunakan sebagai input dan output. Pada Modul server dan modul sensor keduanya dihungkan dengan NRF24L01.

8 Gambar 3.7 Rangkaian NRF24L01 pada Raspberry Pin yang digunakan NRF24L01 pada Raspberry adalah: 1. Pin VCC dihubungkan dengan 3.3V 2. Pin GND dihubungkan dengan GND 3. Pin CSN dihubungkan dengan GPIO 8 4. Pin CE dihubungkan dengan GPIO Pin MOSI dihubungkan dengan GPIO Pin MISO dihubungkan dengan GPIO 9 7. Pin SCK dihubungkan dengan GPIO 11

9 Gambar 3.8 Rangkaian NRF24L01 pada Arduino Pin yang digunakan NRF24L01 pada Arduino Nano adalah: 1. Pin VCC dihubungkan dengan 3.3V 2. Pin GND dihubungkan dengan GND 3. Pin CSN dihubungkan dengan Digital Pin CE dihubungkan dengan Digital 9 5. Pin MOSI dihubungkan dengan Digital Pin MISO dihubungkan dengan Digital Pin SCK dihubungkan dengan Digital Rangkaian Sensor dengan Arduino Nano Pada perancangan alat ini sensor digunakan sebagai alat yang mendeteksi perubahan fisika yang akan digunakan pada modul sensor untuk mendeteksi pencuri. Untuk bekerka maksimal sensor dihubungkan dengan digital pin pada arduino seperti gambar 3.9 berikut.

10 (a) (b) Gambar 3.9 Rangkaian Sensor pada Arduino Pin yang digunakan Sensor pada Arduino adalah : 1. Sensor PIR dihubungkan dengan Digital 5 yang berfungsi untuk mendeteksi perubahan panas oleh gerakan manusia 2. Sensor Getar dihubungkan dengan Digital 2 yang berfungsi untuk mendeteksi perubahan getaran pada modul sensor Rangkaian Buzzer dengan Arduino Pada perancangan ini Buzzer digunakan untuk alarm pada modul sensor, Pin yang digunakan pada buzzer ini adalah Pin 7. Gambar 3.10 berikut adalah gambar rangkaian buzzer pada arduino. Gambar 3.10 Rangkaian Buzzer pada Arduino Uno

11 3.5.4 Rangkaian Alat Secara Keseluruhan Pada gambar 3.11 dan gambar 3.12 dibawah dapat dilihat seluruh gabungan dari sistem keamanan, dibagi menjadi dua yaitu Modul server dan Modul sensor. Namun untuk modul server hanya NRF24L01 yang berinteraksi dengan GPIO selebihnya untuk kamera, modem, peranti wifi menggunakan sistem plug-in. Gambar 3.11 Rangkaian Sistem Modul Server Gambar 3.12 Rangkaian Sistem Modul Sensor

12 3.6. Perancangan PCB (Printed Circuit Board) Printed Circuit Board (PCB) adalah sebuah papan rangkaian yang terbuat dari bahan ebonit (Pertinax) atau fiber glass dimana salah satu sisi permukaanya dilapisi dengan tembaga tipis. Jenis ini umumnya disebut singleside karena hanya memiliki satu permukaan yang berlapiskan tembaga. Sedangkan PCB yang ke dua sisinya digunakan untuk pembuatan rangkaian yang bersifat kompleks dan rumit, sehingga ke dua bagian sisinya dapat difungsikan sebagai jalur dan tempat komponen-komponen. Perancangan PCB pada pembuatan alat sortir buah ini menggunakan software ISIS & ARES Proteus 8.0. Proteus adalah sebuah software berbasis windows yang dapat digunakan untuk mendesain PCB yang juga dilengkapi dengan simulasi pspice pada level skematik sebelum rangkaian skematik di cetak pada PCB. Dengan perancangan yang tepat akan didapatkan layout PCB yang tersusun rapi dan mudah digunakan. Lebar dan jarak antara jalur juga harus diperhitungkan agar tidak terjadi kesalahan atau hubungan singkat akibat jalur yang terlalu rapat dan sempit. Gambar 3.13 Layout PCB Shield Arduino dan LCD Tata letak komponen adalah susunan komponen-komponen elektronika dari gambar diagram skematik yang akan dipasangkan pada permukaan PCB yang berkebalikan dengan jalur PCB. Susunan komponen elektronika tersebut harus bersesuaian dengan jalur PCB. Setiap komponen yang akan dipasang mempunyai ukuran harus bersesuaian dengan jalur PCB. Setiap komponen yang akan dipasang mempunyai ukuran yang tepat dan ruang yang cukup pada permukaan PCB.

13 Gambar 3.14 Print out PCB 3.7. Perancangan Perangkat Lunak (Software) Sistem Keamanan Perancangan perangkat lunak dibuat melalui software IDE (Integrated Developer Environment) Arduino itu sendiri dengan menggunakan bahasa C. Pada sistem penyortiran ini, program dibuat agar dapat menerima input dari NRF24L01 yang dikirimkan dari modul server dan memberikan outputlagi ke NRF24L01 mengirim data sensor ke modul server. Perangkat keras sebagai pengendali tidak dapat bekerja jika tidak disertai dengan perangkat lunak sebagai pengatur fungsi kerja keseluruhan sistem. Perangkat bertugas untuk menentukan langkah-langkah yang harus dilakukan arduino baik input maupun output pada keseluruhan sistem, sehingga nantinya dapat ditentukan arah kendali atau proses dari sistem yang dibuat. Arduino merupakan pengendali utama dari keseluruhan sistem modul sensor. Arduino tidak akan bisa berfungsi jika didalamnya tidak di masukkan sebuah program (software). Flowchart pemograman mikrokontroler arduino dapat dilihat pada lampiran B.

14 BAB 4 IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN 4.1. Implementasi Sistem Implementasi merupakan tahap kelanjutan dari perancangan dan pembuatan alat. Hasil dari implementasi ini nantinya adalah sebuah alat yang siap diuji dan digunakan. Implementasi Sistem keamanan perancangan rangkaian elektronika Modul sensor Implementasi Rangkaian Elektronika Modul sensor Implementasi rangkaian sistemkeamanan dilakukan dengan menggunakan papan PCB single layer. Papan PCB digunakan karena peletakan komponen yang lebih rapi dan mengurangi resiko komponen yang terlepas karena sudah menyatu pada papan PCB dengan cara di solder. Tahapan-tahapan implementasi rangkaian elektronika alat sortir pada papan PCB akan dijelaskan sebagai berikut: 1. Pembuatan layout PCB. Pembuatan layout dilakukan dengan membuat gambar skematik rangkaian dengan menggunakan software Proteus 8 ISIS. Skematik adalah rangkaian gambar yang menghubungkan komponen-komponen pada sebuah rangkaian elektronik. Gambar layout PCB dapat dilihat pada gambar 4.1.

15 Gambar 4.1 Pembuatan Layout PCB 2. Layout PCB dicetak pada kertas foto menggunakan printer laser. Hasil pencetakan layout pada kertas foto kemudian di sablon diatas PCB dengan cara permukaan layout gambar di letakkan diatas lapisan tembaga pada papan PCB, kemudian dipanaskan menggunakan setrika listrik agar layout pada kertas foto menempel pada permukaan tembaga papan PCB. Hasil pencetakan dan penyablonan layout pcb dapat dilihat pada gambar 4.2. Gambar 4.2 Hasil Pencetakan dan penyablonan PCB 3. Tahap pelarutan PCB. Pelarutan papan PCB menggunakan larutan ferrichloride (FeCl 3 ) dengan cara memasukkan papan PCB kedalam larutan ferrichloride (FeCl 3) hingga tembaga pada papan PCB yang tidak tertutup oleh gambar layout larut. Pelarutan PCB dapat dilihat pada gambar 4.3.

16 Gambar 4.3 Pelarutan PCB dengan Ferrichloride(FeCl 3 ) 4. Tahap pengeboran PCB. PCB yang telah larut harus melalui tahap pengeboran dahulu sebelum digunakan. Pengeboran dilakukan menggunakan mata bor 0,8 mm untuk peletakan komponen yang akan di solder pada papan PCB. Pengeboran dapan dilihat pada gambar 4.4. Gambar 4.4 Pengeboran PCB 5. Setelah proses pengeboran selesai, komponen diletakkan pada papan PCB sesuai lubang peletakan komponen untuk selanjutnya dilakukan penyolderan. Peletakan dan penyolderan komponen dapat dilihat pada gambar 4.5.

17 Gambar 4.5 Peletakan dan Penyolderan Komponen 4.2. Implementasi Perangkat Lunak (Software) Implementasi program disini ada dua peran baik di modul server maupun dimodul sensor, pada modul sensor mikrokontroller arduino dibuat menggunakan bahasa pemrograman C. Sedangkan pada modul server menggunakan bahasa python sebagai bahasa pemograman inti dan PHP HTML untuk interface pengaturan dan monitoringnya Implementasi perangkat lunak Modul Sensor Software yang digunakan untuk membuat program adalah editor dan compiler Arduino. File program berekstensi *.ino file yang sudah dikompilasi akan di upload kedalam mikrokontroller arduino. Penulisan kode/script yang ditanamkan (embed) pada software IDE arduino dapat dilihat pada gambar 4.6 dan kode/script pemograman mikrokontroler arduino secara keseluruhan dapat dilihat pada lampiran A. Gambar 4.6 Software IDE Arduino Implementasi Software Software yang digunakan untuk membuat program adalah editor dan compiler Arduino. File program berekstensi *.ino file yang sudah dikompilasi akan di

18 uploadkedalam mikrokontroller arduino. Penulisan kode/script yang ditanamkan (embed) pada software IDE arduino dapat dilihat pada gambar 4.8 dan kode/script pemograman mikrokontroler arduino secara keseluruhan dapat dilihat pada lampiran A Pengujian Alat Pengujian bertujuan untuk menemukan kekurangan pada alat dan memastikan apakah alat yang telah dibuat dapat berjalan dengan baik. Pengujian alat yang dilakukan meliputi pengujian sensor PIR, sensor Geter, modul NRF24L01 dan pengujian alat secara keseluruhan Pengujian Sensor PIR Pengujian dilakukan untuk mengetahui apakah rangkaian sensor PIR dapat berjalan dengan baik dan bisa menampilkan nilai deteksi HIGH dan LOW. Pengujian dilakukan dengan menghubungkan pin output sensor warna pada pin Digital 2. Berikut adalah program untuk pengujian sensor PIR. int inputpin = 2; int pirstate = LOW int val = 0; void setup() { pinmode(inputpin, INPUT); Serial.begin(9600); } void loop(){ val = digitalread(inputpin); if (val == HIGH) { if (pirstate == LOW) { Serial.println("Motion detected!"); pirstate = HIGH; } } else { if (pirstate == HIGH){ Serial.println("Motion ended!");

19 } } } } pirstate = LOW; Gambar 4.7Hasil pembacaan motion dengan serial monitor Dari gambar 4.7 dapat kita lihat bahwa sensor PIR mampu mendeteksi motion sesuai dengan prakteknya. Nilai motion yang di dapat berupa HIGH dan LOW berasal dari halangan yang diberi didepan sensor Pengujian Sensor Getar Pengujian dilakukan untuk mengetahui apakah rangkaian sensor Getar dapat berjalan dengan baik dan bisa menampilkan nilai getaran. Pengujian dilakukan dengan menghubungkan pin output sensor warna pada pin Digital 5. Berikut adalah program untuk pengujian sensor getar. int EP = 5; void setup(){ pinmode(ep, INPUT); Serial.begin(9600); } void loop(){ long measurement = TP_init(); delay(50); Serial.println(measurement); } long TP_init(){ delay(10); long measurement=pulsein (EP, HIGH);

20 return measurement; } Gambar 4.8Hasil pembacaan nilai getaran dengan serial monitor Dari gambar 4.8 dapat kita lihat bahwa sensor getar mampu menghasilkan nilai getaran sesuai dengan prakteknya. Nilai getar yang di dapat berupa range 0 nilai tertentu berasal dari getaran hasil kontak langsung dengan sensor Pengujian komunikasi nirkabel antara Arduino Nano dan Raspberry Pengujian dilakukan untuk mengetahui apakah rangkaian ini dapat berkomunikasi satu dengan yang lainnya dan dapat mengirimkan data juga dapat menerima data. Pada pengujian ini masing masing dipasangkan modul NRF24L01 pada Raspberry dan Arduino nano kemudian dibuat kode untuk mengirimkam data pada masing masing device. Pada percobaan ini arduino nano mengirim kalimat Hello World ke raspberry Pi dengan kode berikut : #include <SPI.h> #include <RF24.h> RF24 radio(9,10);

21 void setup() { radio.begin(); radio.setpalevel(rf24_pa_max); radio.setchannel(0x76); radio.openwritingpipe(0xf0f0f0f0e1ll); radio.enabledynamicpayloads(); radio.powerup(); } void loop() { // put your main code here, to run repeatedly: const char text[] = "Hello World"; radio.write(&text, sizeof(text)); delay(1000); } Pada Raspberry juga dibuatkan kode untuk menerima kiriman dari arduino. Perlu diketahuibahwa panjang data yang dapat dikirimkan dari NRF24L01 hanya sebanyak 32 karakter saja untuk panjang maksimum. import RPi.GPIO as GPIO from lib_nrf24 import NRF24 import time import spidev GPIO.setmode(GPIO.BCM) pipes = [[0xE8, 0xE8, 0xF0, 0xF0, 0xE1], [0xF0,0xF0,0xF0,0xF0,0xE1]] radio = NRF24(GPIO, spidev.spidev()) radio.begin(0,17) radio.setpayloadsize(32) radio.setchannel(0x76) radio.setdatarate(nrf24.br_1mbps) radio.setpalevel(nrf24.pa_min)

22 radio.setautoack(true) radio.enabledynamicpayloads() radio.enableackpayload() radio.openreadingpipe(1,pipes[1]) radio.printdetails() radio.startlistening() while True: while not radio.available(0): time.sleep(1/100) receivemessage = [] radio.read(receivemessage, radio.getdynamicpayloadsize()) print("received: {}".format(receivemessage)) print("translate dari unicode karakter...") string = "" for n in receivemessage: if(n>=32 and n <= 126): string += chr(n) print("pessan kita yang di dekode menjadi : {}".format(string))

23 Gambar 4.9Hasil penerimaan data pada Raspberry dari Arduino Dari gambar 4.9 dapat kita lihat bahwa komunikasi nirkabel dengan NRF24L01 berjalan dengan baik selama jarak masih terjaga yaitu dibawah 10 meter, data yang dikirimkan ke raspberry dikonfersi ke unicode kemudian di decode dan data dapat dibaca Pengujian Sistem Keseluruhan Pengujian ini dilakukan untuk memperoleh data-data yang akan dijadikan acuan nilai variable yang digunakan sebagai tolak ukur sebuah sistem keamanan. Berikut ini merupakan data yang ditampilkan dari hasil pembacaan masingmasing sensor untuk sistem ini. No Tanggal waktu Sensor PIR Sensor Getar : : : : : : :

24 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :14 1 0

25 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :23 1 0

26 : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :07 1 0

27 : : : : : : : : : : Dari hasil pengujian diatas dengan 149 kali percobaan menggunakan sensor getar, pir didapat data. Untuk rata rata nilai getar 788,02 dengan nilai maksimum dan nilai untuk pir selalu bernilai 1. Waktu yang dibutuhkan untuk membaca satu skema dari modul sensor ke modul server adalah 1,062 ms. Dalam waktu 1062 ms terdapat 1 kali pembacaan nilai 1062 mmmm sensor, jadi sensor memiliki kecepatan dalam waktu = 1062 ms. Waktu 1 yang dibutuhkan dalam pembacaan ulang sertakembali ke posisi awal adalah 1062 ms.

28 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Berdasarkan hasil analisa, perancangan dan implementasi yang telah dilakukan, maka diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Modul sensor dapat mendeteksi gerakan dan getaran dengan sangat baik kemudian mengirimkan informasinya kemodul Server. 2. Pada penelitian ini modul sensor sangat berpengaruh pada penempatan peletakannya, sehingga perlu dilakukan kalibrasi baik dalam hal jarak ke modul server juga konfigurasinya. 3. Notifikasi dikirim kepemilik rumah ketika melewati parameter sensitifitas. 4. Web admin sebagai antar muka pengaturan dan monitoring secara spesifik. 5.2 Saran Berikut ini adalah saran yang dapat digunakan untuk tahap pengembangan penelitian sistem ini antara lain: 1. Perlu dilakukan perbaikan pada minikomputer raspberry pi khusnya kemampuan RAM agar ditingkatkan misalkan pada seri raspberry pi Pengembangan selanjutnya dapat dilakukan dengan menambahkan jarak jangkauan pada modul wireless NRF2401L sehingga jangkauan modul sensor dapat diletakkan lebih jauh lagi.