Otomatisasi Sistem Penerangan dan Sistem Keamanan pada Gedung Perkuliahan Menggunakan Modul Mikrokontroler Arduino

Transkripsi

1 Otomatisasi Sistem Penerangan dan Sistem Keamanan pada Gedung Perkuliahan Menggunakan Modul Mikrokontroler Arduino Disusun Oleh: Nama : Otniel Rinaldo NRP : Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik,, Jl. Prof. Drg. Suria Sumantri, MPH no. 65, Bandung, Indonesia Surel : otnielrinaldo@yahoo.com ABSTRAK Pemakaian energi listrik di gedung perkuliahan seringkali dijumpai tidak efisien, misalnya pada suatu area yang mempunyai penerangan cukup, lampu tetap dinyalakan. Dari aspek keamanan, terutama pada malam hari, penerangan pada posisi yang tepat dapat memudahkan petugas keamanan untuk mengamankan keamanan gedung perkuliahan. Dalam tugas akhir ini, dirancang otomatisasi sistem penerangan dan sistem keamanan gedung perkuliahan. Sistem ini dirancang dengan tujuan menghemat pemakaian daya dalam sistem penerangan dan sistem keamanan gedung perkuliahan. Otomatisasi sistem yang direalisasikan menggunakan pengontrol mikrokontroler ATMega 1280 dalam bentuk modul Arduino. Otomatisasi sistem penerangan dibedakan menjadi 2 sistem utama : sistem penerangan ruangan kelas dan sistem penerangan koridor. Sistem penerangan ruangan kelas menggunakan Radio Frequency Identification (RFID) sebagai penanda hak akses masuk ke dalam kelas, sementara nyala matinya lampu kelas akan dikontrol berdasarkan pembacaan intensitas cahaya kelas oleh sensor cahaya i

2 (LDR). Sistem penerangan koridor dibagi ke dalam dua waktu, siang dan malam hari. Pada siang hari nyala matinya lampu koridor bergantung pada pembacaan sensor cahaya (LDR). Sementara pada malam hari, nyala matinya lampu koridor bergantung pada pembacaan sensor gerak (infra red) terhadap aktivitas yang terdapat di suatu daerah. Otomatisasi sistem keamanan menggunakan Passive Infrared Sensor (PIR) untuk mendeteksi keberadaan manusia di dalam ruangan kelas. Apabila PIR mendeteksi adanya manusia di dalam kelas tanpa hak akses dari RFID, alarm akan dibunyikan. Hasil dari percobaan menunjukkan sistem otomatisasi ini dapat menghemat pemakaian energi listrik sebanyak 16% sampai 27% tergantung pada kondisi penerangan dari matahari. Sistem otomatisasi ini juga dapat menyalakan alarm ketika adanya keberadaan manusia di dalam kelas tanpa hak akses masuk melalui RFID. Kata kunci: otomatisasi, penerangan, keamanan, pemantauan. ii

3 Automation Lighting and Security System at College Building Using Microcontroller in Arduino Module Disusun Oleh: Nama : Otniel Rinaldo NRP : Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik,, Jl. Prof. Drg. Suria Sumantri, MPH no. 65, Bandung, Indonesia Surel : otnielrinaldo@yahoo.com ABSTRACT Inefficient electrical energy consumptions in college building are often found, for example turning on lamps in bright areas. From security aspects, especially at nights, illumination in good places will ease the burden of security guards to ensure the security of the college building. In this final project, an automation of lighting and security system is designed. This design has aims for sparing electrical energy in lighting and security system. Automation system is using microcontroller ATMega 1280 in Arduino Module. Automation lighting system is differ into 2 main system : class lighting system and corridor s lighting system. Class lighting system is using Radio Frequency Identification for authrization to get into the class, while class lamp activation is controlled depends on the reading of light sensor (LDR). Corridor s lighting system is divided into 2 term, afternoon and night. In the afternoon, corridor s lamp activation depends on the reading of light sensor (LDR). While in the night, corridor s lamp activation will depends on the reading of motion sensor (infra red) against activity on the area. iii

4 Automation security system is using Passive Infrared Sensor (PIR) for detecting human s presence in the class. If PIR detects human s presence in the class without RFID authorization, alarm will be turned on. The result of the experiment shows that automation system will spare electrical energy consumption from 16% to 27% depends on the lighting condition from the sun. This automation system manages to turn on the alarm when human is present in the class without RFID authorization. Key word: automation, illumination, security, monitoring. iv

5 DAFTAR ISI ABSTRAK... i ABSTRACT... iii DAFTAR ISI... v DAFTAR TABEL... vii DAFTAR GAMBAR... x BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Batasan Masalah Metodologi Spesifikasi Alat Yang Digunakan Sistematika Penulisan... 4 BAB II LANDASAN TEORI Arduino Deskripsi dan Pengenalan Arduino Software - Arduino Development Environment Hardware - Arduino Board Passive Infrared Sensor Radio Frequency Identification Tag RFID Reader RFID Serial Real Time Clock IC NE555 (Timer) LDR Microsoft Visual Basic.NET Microsoft Access Unified Modeling Language (UML) Use Case Diagram Statechart Diagram v

6 BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI Perancangan Hardware Perancangan Program Penerangan Kelas Perancangan Program Penerangan Koridor Perancangan Prototype / Maket Sensor Cahaya PIR Sensor Infra red Lampu Perancangan Sensor Daya Timer Saklar RFID RTC Pengkabelan Keseluruhan Sistem Perancangan Perangkat Lunak Flowchart Keseluruhan Sistem Flowchart Subrutin Koridor Flowchart Subrutin Kelas Perancangan program mikrokontroler Perancangan Database Server Perancangan perangkat lunak sistem monitoring UML Use Case Diagram Statechart Diagram Rancangan GUI Kode program perangkat lunak sistem monitoring BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISA Pengujian perangkat keras Sensor cahaya PIR Sensor Infra red Sensor Daya Pengujian perangkat lunak Membaca Tag RFID Login System Penyimpanan database Backup Only vi

7 Backup And Wipe Pengamatan program penerangan kelas Pengamatan program penerangan koridor Pengamatan program keamanan kelas Pengamatan Daya Analisis Pengamatan Daya BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A : Kode Program LAMPIRAN B : Datasheet vii

8 DAFTAR TABEL Tabel 2. 1 Toolbar button pada software Arduino... 7 Tabel 2. 2 Band Frekuensi RFID Tabel 3. 1 Tabel prioritas sensor di kelas sebelum RFID memberikan hak akses Tabel 3. 2 Tabel prioritas sensor di kelas setelah RFID memberikan hak akses Tabel 3. 3 Tabel prioritas sensor di koridor (Siang Hari) Tabel 3. 4 Tabel prioritas sensor di koridor (malam hari) Tabel 3. 5 List I/O yang digunakan Tabel 3. 6 Arus sistem maximum menurut teori Tabel 3. 7 Hasil pembacaan sensor daya Tabel 3. 8 Penjelasan kode program Arduino Deklarasi library dan variabel Tabel 3. 9 Penjelasan kode program Arduino Inisialisasi awal Tabel Penjelasan kode program Arduino Baca EEPROM dan Sensor Analog Tabel Penjelasan kode program Arduino Program penerangan koridor Tabel Penjelasan kode program Arduino Program RFID Tabel Penjelasan kode program Arduino Program penerangan kelas Tabel Penjelasan kode program Arduino Tulis EEPROM dan kirim data serial Tabel Penjelasan kode program Arduino - Subrutin Tabel Field pada tabel daya Tabel Field pada tabel account Tabel Field pada tabel kelas Tabel Field pada tabel login Tabel 4. 1 Perbandingan jarak dengan tegangan keluaran photodiode Tabel 4. 2 Perbandingan pembacaan arus dengan sensor dan multimeter Tabel 4. 3 Kondisi pengamatan daya Tabel 4. 4 Daya mikrokontroler dan sensor Tabel 4. 5 Daya yang digunakan sistem pada kondisi Tabel 4. 6 Daya yang digunakan sistem pada kondisi Tabel 4. 7 Daya yang digunakan sistem pada kondisi Tabel 4. 8 Daya yang digunakan sistem pada kondisi Tabel 4. 9 Daya yang digunakan sistem pada kondisi Tabel Daya yang digunakan sistem pada kondisi Tabel Daya yang digunakan sistem pada kondisi viii

9 Tabel Daya yang digunakan sistem pada kondisi Tabel Daya yang digunakan sistem pada kondisi Tabel Rangkuman pengamatan daya Tabel Rangkuman pengamatan daya lampu dan perbandingan dengan teori114 Tabel Persentase penghematan daya yang digunakan untuk lampu pada setiap kondisi ix

10 DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1 Tampilan dari Arduino Development Environment... 7 Gambar 2. 2 Arduino MEGA... 8 Gambar 2. 3 Bentuk Passive Infrared Sensor... 9 Gambar 2. 4 Rangkaian sederhana PIR... 9 Gambar 2. 5 (a) Tag Pasif. (b) Tag Semipasif. (c) Tag Aktif Gambar 2. 6 Bentuk RFID Reader Gambar 2. 7 Blok Diagram DS1307 dan RTC DS Gambar 2. 8 Konfigurasi dan penjelasan tiap pin Gambar 2. 9 Konfigurasi pin IC NE Gambar Bentuk LDR Gambar Hubungan resistansi LDR dengan intensitas cahaya Gambar Visual Basic di dalam Microsoft Visual Studio Gambar Tampilan Microsoft Office Access Gambar Actor Gambar Use Case Diagram Gambar Statechart Diagram Gambar 3. 1 Diagram block sistem Gambar 3. 2 Empat macam konfigurasi nyala padam lampu ruangan kelas Gambar 3. 3 (A)Lampu koridor padam saat penerangan cukup (B) Lampu Koridor yang dianggap penting menyala saat penerangan kurang Gambar 3. 4 Nyala - padam lampu koridor pada malam hari Gambar 3. 5 Keterangan untuk denah maket Gambar 3. 6 Desain maket Gambar 3. 7 Perancangan sensor cahaya Gambar 3. 8 Pengkabelan PIR Gambar 3. 9 Rangkaian Sensor Infra Red Gambar Rangkaian lampu Gambar Rangkaian sensor daya Gambar Kurva perbandingan pembacaan arus menggunakan sensor dengan multimeter Gambar Rangkaian Timer Delay NE Gambar Output dari timer delay IC NE Gambar Saklar A (on off on) dan Saklar B (on off) Gambar Pengkabelan RFID Arduino Gambar Pengkabelan RTC Gambar Skematik keseluruhan sistem x

11 Gambar Pengkabelan ke Arduino Subskema A Gambar Pengkabelan ke Arduino Subskema B Gambar Pengkabelan ke Arduino Subskema C Gambar Pengkabelan ke Arduino Subskema D Gambar Flowchart keseluruhan sistem Gambar Flowchart sistem penerangan koridor Gambar Flowchart implementasi pada program penerangan koridor Gambar Flowchart sistem penerangan kelas Gambar Flowchart implementasi pada program penerangan kelas Gambar Use Case diagram sistem monitoring Gambar Statechart diagram sistem monitoring Gambar Tab page 1 Monitoring lantai 1 gedung A Gambar Tab page 2 Monitoring lantai 1 gedung B Gambar Tab page 3 Monitoring lantai 2 gedung B Gambar Tab page 4 Monitoring daya Gambar Tab page 5 dan Tab page 6 Tampilan database kelas Gambar Hasil pengiriman data serial oleh mikrokontroler dan penjelasannya Gambar 4. 1 Hasil pembacaan sensor cahaya Gambar 4. 2 Hasil pembacaan PIR Gambar 4. 3 Hasil pembacaan sensor infra merah Gambar 4. 4 Hasil pembacaan tag RFID (sebelum lampu menyala) pada aplikasi Gambar 4. 5 Hasil pembacaan tag RFID (setelah lampu menyala) pada aplikasi Gambar 4. 6 Panel login dan Tabel login Gambar 4. 7 Login gagal Gambar 4. 8 Login berhasil Gambar 4. 9 Alamat tujuan penyimpanan database Gambar Tampilan aplikasi dan database setelah tombol Backup Only ditekan Gambar Tampilan aplikasi dan database setelah tombol Backup and Wipe ditekan Gambar Hasil pengamatan program penerangan kelas kondisi Gambar Hasil pengamatan program penerangan kelas kondisi Gambar Hasil pengamatan program penerangan kelas kondisi Gambar Hasil pengamatan program penerangan kelas kondisi Gambar Hasil pengamatan program penerangan kondisi Gambar Hasil pengamatan program penerangan kelas kondisi xi

12 Gambar Hasil pengamatan program penerangan koridor kondisi Gambar Hasil pengamatan program penerangan koridor kondisi Gambar Hasil pengamatan program penerangan koridor kondisi Gambar Hasil pengamatan program penerangan koridor kondisi Gambar Hasil pengamatan program penerangan koridor kondisi Gambar Tampilan aplikasi waktu alarm berbunyi Gambar Tampilan aplikasi setelah alarm dideaktifkan Gambar Arah lampu sorot dalam kondisi Gambar Lumens pada kondisi Gambar Konfigurasi lampu kelas dan koridor kondisi Gambar Lumens pada kondisi Gambar Konfigurasi lampu kelas dan koridor kondisi Gambar Lumens pada kondisi Gambar Konfigurasi lampu kelas dan koridor kondisi Gambar Lumens pada kondisi Gambar Konfigurasi lampu kelas dan koridor kondisi Gambar Lumens pada kondisi Gambar Konfigurasi lampu kelas dan koridor kondisi Gambar Lumens pada kondisi Gambar Konfigurasi lampu kelas dan koridor kondisi Gambar Lampu koridor yang menyala pada kondisi xii