BAB III PERANCANGAN SISTEM

Transkripsi

1 BAB III PERANCANGAN SISTEM Pada Bab III ini akan diuraikan mengenai perancangan perangkat keras dan perangkat lunak yang digunakan untuk membangun sistem keamanan rumah nirkabel berbasis mikrokontroler menggunakan modul Xbee Pro. Pada bagian perancangan perangkat keras maupun perangkat lunak ini terbagi menjadi 2 bagian modul yaitu modul sensor dan modul pengendali Perancangan Perangkat Keras Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan hingga perealisasian perangkat keras sistem. Perancangan perangkat keras meliputi perancangan pada modul sensor dan pada modul pengendali seperti pada Gambar 3.1. (a) Gambar 3.1 (a) Tampilan Modul Sensor, dan (b) Tampilan Modul Pengendali (b) Perangkat Keras Modul Sensor Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan perangkat keras modul sensor beserta bagian-bagian modul secara rinci. Modul sensor adalah bagian yang diletakkan pada daerah dekat pintu atau jendela yang akan diletakkan sensor-sensor yang bertugas untuk membaca data kondisi di depan pintu atau jendela maupun pintu atau jendela itu sendiri dan mengirim data tersebut kepada modul pengendali. 12

2 13 Gambar 3.2 Blok Diagram Sistem Modul Sensor Pada Gambar 3.2 menunjukkan perancangan blok diagram sistem modul sensor. Ada tiga bagian utama pada sistem sensor, yaitu: modul sensor, modul mikrokontroler, dan modul XBee Pro. Pada modul sensor sendiri terdapat dua komponen utama yaitu reed switch dan PIR. Selanjutnya akan dijelaskan perancangan dan fungsi masingmasing bagian dari modul sensor Sensor Pada modul sensor terdapat dua komponen utama, yaitu: 1. Reed switch. 2. PIR Reed Switch Red switch adalah saklar listrik dioperasikan oleh medan magnet. Ini diciptakan di Bell Telephone Laboratories pada tahun 1936 oleh WB Ellwood. Ini terdiri dari sepasang kontak pada alang-alang logam besi dalam amplop kaca tertutup rapat. Kontak mungkin biasanya terbuka, menutup ketika medan magnet didekatkan. Switch dapat digerakkan oleh coil, membuat relay buluh, atau dengan membawa sebuah magnet dekat dengan saklar. Setelah magnet ditarik jauh dari switch, saklar buluh akan kembali ke posisi semula. Dari prinsip kerja reed switch tersebut, digunakanlah reed switch sebagai saklar yang berfungsi untuk mengetahui kondisi pintu atau jendela sedang tertutup atau terbuka. Pada saat pemasangan magnet diletakkan pada daun pintu atau jendela dan reed switch diletakkan pada kusen pintu atau jendela seperti pada Gambar 3.3.

3 14 (a) Gambar 3.3 (a) Reed Switch pada Pintu dan, (b) Reed Switch pada Jendela. (b) Kaki-kaki pada reed switch dihubungkan dengan VCC dan dengan pin mikrokontroler. Sehingga pada saat pintu atau jendela terbuka reed switch akan close dan pin mikrokontroler akan bernilai LOW. Kemudian pada saat pintu atau jendela tertuttup reed switch akan open dan pin mikrokontroler akan bernilai HIGH. Logika tersebut dapat kita lihat pada untai pada reed switch seperti Gambar 3.4. Gambar 3.4 Untai pada Reed Switch PIR Sensor Passive Infrared Receiver (PIR), sensor ini merupakan sensor berbasis infrared namun tidak sama dengan IR LED dan fototransistor, perbedaan dengan IR LED adalah sensor PIR tidak memancarkan apapun, namun sensor ini merespon energi dari pancaran infrared pasif yang dimiliki oleh setiap benda yang terdeteksi olehnya. Salah satu benda yang memiliki pancaran infrared pasif adalah tubuh manusia.

4 15 Sensor gerak dengan modul PIR sangat sederhana dan mudah diaplikasikan karena modul PIR membutuhkan tegangan input DC 5 Volt cukup efektif untuk mendeteksi gerakan hingga jarak ±2 meter. Ketika tidak mendeteksi gerakan, keluaran modul adalah LOW. Dan ketika mendeteksi adanya gerakan, maka keluaran akan berubah menjadi HIGH. Adapun lebar pulsa HIGH adalah ±0,5 detik. Sensitivitas modul PIR yang mampu mendeteksi adanya gerakan pada jarak ±2 meter memungkinkan kita membuat suatu alat pendeteksi gerak dengan keberhasilan lebih besar. Dari prinsip kerja PIR tersebut, digunakanlah PIR sebagai pendeteksi yang berfungsi untuk mengetahui kondisi di depan pintu atau jendela sedang ada orang atau tidak. Pada saat pemasangan PIR diletakkan pada kusen pintu atau jendela seperti pada Gambar 3.5. (a) Gambar 3.5 (a) PIR pada Pintu dan, (b) PIR pada Jendela. (b) Kaki output pada PIR dihubungkan langsung dengan kaki pin mikrokontroler, sehingga pada saat ada orang di depan pintu atau jendela maka pin pada mikrokontroler bernilai HIGH dan pada saat tidak ada orang di depan pintu atau jendela pin pada mikrokontroler akan bernilai LOW Modul Mikrokontroler Mikrokontroler ATmega 8535 adalah mikrokontroler keluarga AVR (Alf and Vegard s Risc Processor). Mikrokontroler Atmega 8535 ini dibuat oleh Atmel

5 16 Corporation. Berdasarkan arsitekturnya, AVR merupakan mikrokontroler yang menggunakan teknologi RISC (Reduced Instruction Set Computing) yang dikembangkan setelah mikrokontroler keluarga MCS-51.Atmega 8535 memiliki, 512 Kilobytes internal EEPROM, 512 Kilobytes internal SRAM, ADC, timer/counter, USART, interupsi internal/external, 32 pin input/output (PORTA, PORTB, PORTC, PORTD) [2]. Mikrokontroler ATmega 8535 pada modul sensor ini digunakan untuk menerima data dari sensor reed switch dan sensor PIR yang nantinya akan diteruskan oleh mikrokontroler menuju XBee Pro, agar data dapat dikirim dari modul sensor menuju modul pengendali. Untuk konfigurasi penggunaan port pada mikrokontroler ATMega 8535 pada modul sensor ditunjukkan pada Tabel 3.1, dan gambar skematik minimum sistem untuk modul sensor dapat dilihat pada Gambar 3.6. Tabel 3.1 Konfigurasi Penggunaan Port Mikrokontroler pada Modul Sensor Port Keterangan PORTA.0 Reed Switch 1 PORTA.1 Reed Switch 2 PORTA.2 PIR 1 PORTA.3 PIR 2 PORTD.0 XBee Pro (Tx) PORTD.1 XBee Pro (Rx) Gambar 3.6 Skematik Minimum Sistem ATMega 8535 pada Modul Sensor

6 Modul XBee Pro Modul wireless XBee Pro atau yang sering disebut dengan ZigBee Merupakan modul transceiver. Radio frequency transceiver ini merupakan sebuah modul yang terdiri dari RF transmitter dan RF receiver dengan frekuensi 2.4 GHz. XBee Pro memerlukan tegangan suplai 2.8 Volt sampai dengan 3.3 Volt. Saat mengirim data, modul ini akan membebani dengan arus 270 ma, dan arus 55mA untuk penerimaan data. Pada XBee Pro terdapat 20 pin, namun yang sementara ini digunakan adalah 6 pin, yaitu VCC dan GND untuk tegangan suplai, DOUT merupakan pin Transmit (TX), DIN merupakan pin Receive (RX), RESET merupakan pin reset XBee Pro, dan yang terakhir adalah PWMO/RSSI merupakan indikator bahwa ada penerimaan data yang biasanya dihubungkan ke led yang didrive oleh transistor. Tabel 3.2 Konfigurasi XBee Pro Pin # Name Direction Description 1 VCC - Power Supply 2 DOUT Output UART Data Out 3 DIN / CONFIG Input UART Data In 4 DO8 Output Digital Output 8 5 RESET Input Modul Reset (reset pulse must be at least 200 ns) 6 PWM0 / RSSI Output PWM Output 0 / RX Signal Strength Indicator 7 PWM1 Output PWM Output 1 8 [reserved] - Do Not Connected 9 DTR / Pin Sleep Control Line or Digital SLEEP_RQ / Input Input 8 DI8 10 GND - Ground 11 AD4 / DIO4 Either Analog Input 4 or digital I/O 4 12 CTS / DIO7 Either Clear to Send Flow Control or digital I/O 7

7 Perangkat Keras Modul Pengendali Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan perangkat keras modul pengendali beserta bagian-bagian modul secara rinci. Modul pengendali dapat dibawa kemana-mana agar pengguna dapat selalu memonitoring keadaan pintu maupun jendela rumah. Modul pengendali ini bertugas untuk menerima data yang dikirim oleh modul sensor, mengolah data kemudian ditampilkan ke dalam display untuk memberi informasi yang ada pada sistem modul sensor kepada pengguna dan memberi peringatan kepada pengguna jika terjadi kemalingan. Modul pengendali ini berfungsi juga untuk mengaktifkan maupun menonaktifkan modul sensor. Gambar 3.7 Blok Diagram Sistem Modul Pengendali Pada Gambar 3.7 menunjukkan perancangan blok diagram sistem modul pengendali. Ada tiga bagian utama pada sistem pengendali, yaitu: modul interface, modul mikrokontroler, dan modul XBee Pro. Pada modul interface terdapat tiga komponen utama, yaitu: LCD, buzzer, dan keypad. Selanjutnya akan dijelaskan perancangan dan fungsi masing-masing bagian dari modul pengendali Modul Interface Bagian interface berfungsi untuk sarana interaksi pengguna dengan sistem yang dirancang. Melalui bagian ini pengguna dapat mengaktifkan dan menonaktifkan modul sensor serta memantau keamanan rumah. Bagian ini secara keseluruhan terhubung dan dikendalikan oleh bagian modul mikrokontroler. Ada tiga komponen utama pada bagian interface yaitu keypad 4x4, LCD karakter 16x2, dan buzzer. Keypad 4x4 digunakan sebagai sarana pengguna untuk memindahkan tampilan ke menu yang ada serta untuk memasukkan password agar tidak dapat digunakan oleh sembarang orang. Keypad 4x4 memiliki konektor delapan pin yang dihubungkan ke mikrokontroler pada PORT C.

8 19 LCD karakter 16x2 berfungsi sebagai penampil informasi yang terjadi pada modul sensor kepada pengguna. Pada peancangan ini pin LCD dihubungkan dengan PORT A pada mikrokontroler. Buzzer berfungsi sebagai tanda peringatan jika terjadi kemalingan. Pada perancangan ini pin buzzer dihubungkan dengan PORTB.0 pada mikrokontroler. Gambar 3.8 menunjukkan keypad 4x4, dan LCD karakter 16x2 pada modul pengendali. Sedangkan buzzer terdapat di dalam modul pengendali. Gambar 3.8 Tampilan LCD dan keypad pada modul pengendali Modul Mikrokontroler Mikrokontroler yang digunakan adalah Atmega8535. ATMega8535 dipilih karena memiliki fitur yang cukup lengkap. Mulai dari kapasitas memori program dan memori data yang cukup besar. ATMega 8535 ini memiliki 40 pin dan memiliki fitur-fitur yang dapat diaplikasikan pada perancangan sistem keamanan rumah nirkabel berbasis mikrokontroler menggunakan modul Xbee Pro. Modul mikrokontroler ATmega 8535 yang dirancang pada bagian modul pengendali ini berfungsi sebagai pusat pengendali pada sistem. Data yang diterima dari modul sensor setelah diolah selanjutnya ditampilkan ke dalam display. Untuk konfigurasi penggunaan port pada mikrokontroler ATMega 8535 pada modul pengendali ditunjukkan pada Tabel 3.3, dan gambar skematik minimum sistem untuk modul sensor dapat dilihat pada Gambar 3.9.

9 20 Tabel 3.3 Konfigurasi Penggunaan Port Mikrokontroler pada Modul Pengendali Port Keterangan PORTA LCD PORTC Keypad PORTB.0 Buzzer PORTD.0 XBee Pro (Tx) PORTD.1 XBee Pro (Rx) Gambar 3.9 Skematik Minimum Sistem ATMega 8535 pada Modul Pengendali Modul XBee Pro Modul XBee Pro pada modul pengendali mempunyai fungsi yang sama dengan modul XBee Pro pada modul sensor. Pada modul sensor XBee Pro berfungsi mengirim data dari mikrokontroler pada modul sensor menuju ke modul pengendali, dan menerima data dari modul pengendali yang kemudian diteruskan ke mikrokontroler pada modul sensor. Sedangkan pada modul pengendali XBee Pro berfungsi mengirim data dari mikrokontroler pada modul pengendali menuju ke modul sensor, dan menerima data dari modul sensor yang kemudian diteruskan ke mikrokontroler pada modul pengendali. XBee Pro bekerja pada tegangan 3,3 Volt sedangkan tegangan dari port mikrokontroler sebesar 5 Volt. Sehingga untuk menghubungkan pin TX pada mikrokontroler dengan pin RX pada XBee Pro diperlukan rangkaian pembagi tegangan

10 21 (Gambar 2.8) untuk menurunkan tegangan 5 Volt dari pin TX pada mikrokontroler menjadi 3.3 Volt agar dapat bekerja pada XBee Pro. Sedangkan untuk menghubungkan pin TX pada XBee Pro dengan pin RX pada mikrokontroler tidak diperlukan rangkaian pembagi tegangan maupun penguat tengangan karena mikrokontroler dapat bekerja pada tegangan 3,3 Volt. 3.2 Perancangan Perangkat Lunak Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan perangkat lunak agar sistem dapat berjalan sesuai dengan yang diinginkan. Perancangan perangkat lunak meliputi perancangan perangkat lunak pada modul sensor, dan perancangan perangkat lunak pada modul pengendali Perangkat Lunak pada Modul Sensor Gambar 3.10 menunjukkan diagram alir perancangan perangkat lunak pada modul sensor. Berikut adalah penjelasan diagram alir tersebut : a. Perangkat lunak pada modul sensor ini akan langsung bekerja jika sistem diaktifkan. b. Pertama kali perangkat lunak akan membaca data sensor reed switch untuk mengetahui pintu dan jendela dalam keadaan tertutup atau terbuka. c. Kemudian perangkat lunak akan membaca data sensor PIR untuk mengetahui ada orang atau tidak di depan pintu dan jendela. d. Setelah mendapatkan data dari reed switch dan PIR, lalu perangkat lunak memastikan kondisi XBee Pro yang digunakan sebagai komunikasi data antara modul sensor dengan modul pengendali dalam kondisi aktif atau tidak. e. Jika XBee Pro dalam keadaan tidak aktif maka data tidak dapat dikirim dan perangkat lunak akan kembali membaca data yang berasal dari reed switch dan PIR kembali untuk memperbarui data yang sebelumnya. f. Tetapi jika XBee Pro dalam kondisi aktif maka data yang berasal dari reed switch dan PIR akan langsung dikirim menuju modul pengendali. g. Kemudian apakah saklar akan dimatikan atau tidak jika ya sistem akan berhenti dan jika tidak sistem akan membaca sensor reed switch dan PIR kembali.

11 Perangkat Lunak pada Modul Pengendali Gambar 3.11 menunjukkan diagram alir perancangan perangkat lunak pada modul Pengendali. Berikut adalah penjelasan diagram alir tersebut : a. Perangkat lunak pada modul pengendali ini akan langsung bekerja jika sistem diaktifkan. b. Pada modul pengendali pertama kali yang dilakukan perangkat lunak setelah diaktifkan adalah menunggu data yang berasal dari modul sensor. c. Setelah menerima data dari modul sensor perangkat lunak mengecek atau membaca data yang diterima. d. Data yang pertama dibaca adalah data dari PIR. e. Jika tidak ada data dari PIR berarti menandakan tidak ada orang di depan pintu atau jendela, kemudian perangkat lunak melanjutkan membaca data dari reed switch. f. Tetapi jika ada data dari PIR maka perangkat lunak akan menampailkan peringatan pada display agar penghuni rumah mengetahui jika ada orang di depan pintu atau jendela rumah. g. Kemudian perangkat lunak membaca data dari reed switch. h. Jika tidak ada data dari PIR dan reed switch berarti rumah berstatus AMAN, berarti menunjukkan tidak ada orang di depan pintu atau jendela dan pintu atau jendela masih dalam keadaan tertutup. i. Jika ada data dari PIR dan tidak ada data dari reed switch berarti rumah berstatus WASPADA, berarti menunjukkan ada orang di depan pintu atau jendela dan pintu atau jendela masih dalam keadaan tertutup. j. Dan jika ada data dari PIR dan reed switch berarti rumah berstatus BAHAYA, berarti menunjukkan ada orang di depan pintu atau jendela dan pintu atau jendela dalam keadaan terbuka. k. Saat display menunjukkan status bahaya otomatis buzzer akan berbunyi sebagai peringatan keras terhadap pemilik rumah menunjukkan bahwa rumahnya kemalingan. l. Kemudian apakah saklar akan dimatikan atau tidak jika ya sistem akan berhenti dan jika tidak sistem akan membaca kembali data yang masuk dari modul sensor.

12 Gambar 3.10 Diagram Alir Perangkat Lunak Modul Sensor. 23

13 Gambar 3.11 Diagram Alir Perangkat Lunak Modul Pengendali 24