SISTEM SMART HOME BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA328P DENGAN ANTARMUKA WEB DAN SMS Osel Novandi Witohendro Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Depok, Jawa Barat, Indonesia, 2012 Abstrak Smart Home merupakan sistem yang didesain untuk memberikan kemudahan dan kenyamanan lebih di rumah. Dalam skripsi ini akan dilakukan rancang bangun sistem Smart Home dengan antamuka web berbasis ASP.NET dipadukan dengan SMS melalui modem GSM berbasis AT Command untuk memantau keadaan rumah melalui mikrokontroler ATmega328P. Sistem ini akan memantau suhu ruangan, cahaya dan suplai PLN, dan mengendalikan relay, A/C, lampu, dan GenSet. I. PENDAHULUAN Banyak definisi dan interpretasi bangunan cerdas. Bangunan cerdas dapat didefinisikan dari informasi dan kontrol sistem yang memenuhi kebutuhan penghuninya, perangkat lunak yang mengatur komunikasi antar-peralatan, dan perangkat keras yang melakukan pekerjaan sesungguhnya. Semua komponen ini dibutuhkan untuk membangun sevuah rumah cerdas. Konsep bangunan cerdas umum diketahui sebagai sistem otomasi bangunan. Sistem ini biasanya mengandung komponenkomponen: 1. Fire, Life and Safety (FLS) 2. Security and access control 3. Energy management system 4. Heating,, ventilation, and air conditioning (HVAC) Masing-masing sistem ini dibuat dalam loop terpisah yang disatukan kendalinya. Di pasaran, harga sistem otomasi bangunan untuk ranah perumahan komersil (Smart Home) masih belum terjangkau oleh semua orang. Dalam tulisan ini dibahas rancang bangun sistem smart home low budget yang handal. Smart home dalam tulisan ini diberikan antarmuka menggunakan web dan SMS. Diharapkan dengan ditambahkannya sistem SMS maka meskipun pengguna berada di luasan daerah yang tidak terjangkau komunikasi data ataupun berada dalam keadaan-keadaan tertentu dimana hanya tersedia komunikasi seluler maka kemampuan pengguna untuk tetap memonitor keadaan rumahnya tidak hilang. II. KONSEP SISTEM Gambaran besar mengenai sistem dalam tulisan ini dapat dilihat pada gambar berikut. Interkoneksi antar komponen sistem secara umum akan dijelaskan dalam bentuk block diagram.
program dijalankan di sisi server agar tidak membebani divais di tangan pengguna. Gambar 1. Block diagram sistem. Gambar 1 menjelaskan sistem smart home dalam tulisan ini. Dapat dilihat bahwa user/pengguna dapat mengakses sistem di dalam rumah melaui salah satu dari jalur yang tersedia, web (data) dan SMS (seluler). Akses pengguna akan dijembatani oleh semi-dedicated server (PC). Pengguna dapat memantau dan mengendalikan peralatan di rumah melalui server ini. III. MEDIA KOMUNIKASI PENGGUNA SISTEM Gambar 2. Tampilan halaman web. Terdapat tombol-tombol untuk mengendalikan lampu dan indicator-indikator untuk beberapa kelengkapan di rumah. Dalam tulisan ini terdapat dua jalur komunikasi yang menjembatani pengguna dan sistem, web dan SMS. Digunakan beberapa media untuk membangun jalurjalur tersebut. A. Media untuk jalur web (ASP.NET) Untuk memberikan fasilitas antarmuka berbasis web digunakan platform ASP.NET dengan bahasa VB.NET dari Microsoft. Gambar berikut menunjukkan tampilan dan alur kerja halaman web untuk sistem dalam tulisan ini. Dibuat fungsional, fungsi-fungsi kendali dan pemantauan dimuat langsung ke dalam satu halaman. Trik ini agar waktu yang dibutuhkan untuk memuat halaman berkurang. Seluruh script Gambar 3. Flowchart halaman web. Gambar 3 menjelaskan tentang alur kerja halaman web. Tahap inisialisasi memanggil bagian-bagian library yang digunakan. Pada saat server dijalankan halaman web akan mengakses database dan mengambil parameter dasar yang dibutuhkan untuk memuat halaman. Setelah halaman dimuat,
pihak server akan menunggu adanya gangguan dari pengguna berupa button click event. Jika terdeteksi, maka akan dilakukan prosedur yang sesuai dengan tombol mana yang di-klik oleh pengguna. Prosedur tersebut akan mengakses database dan mengubah tampilan halaman web. Setelah selesai melakukan prosedur maka server akan menunggu gangguan lainnya dari pengguna. B.Media untuk jalur SMS (AT command dan Modem GSM) Untuk memberikan antarmuka alternatif berbasis SMS dibutuhkan penghubung antara sistem seluler dan server. Tulisan ini memanfaatkan modem GSM berbasis AT command untuk mengisi peran itu. Modem dimanfaatkan fasilitas SMS nya menggunakan AT command (Attention Command). Modem akan diajak berbicara oleh PC (sebagai server) menggunakan sejumlah string khusus yang terdapat dalam daftar perintah atensi [9] yang didukung modul GSM di dalam modem (misalnya SIM300, SIM548, SIM900, dll). Tulisan ini menggunakan modem dengan modul SIM900 di dalamnya. AT command ini digunakan untuk member instruksi ke modem (misalnya untuk pengiriman SMS) dan menginterogasi modem untuk mendapatkan informasi yang diinginkan (misalnya untuk pembacaan SMS). IV. PERAN MIKROKONTROLER Mikrokontroler dalam tulisan ini adalah ATmega328P dan menggnakan minimum system produksi arduino [1]. Mikrokontroler (selanjutnya arduino) berperan sebagai otak dari sistem dalam tulisan ini. Arduino bertugas untuk melakukan pemantauan terhadap sensorsensor yang diletakkan di sekitar lingkungan rumah dan merealisasikan pembicaraan antara server dan peralatan rumah. A. Komunikasi arduino-rumah (sensor dan peralatan) Gambar berikut menjelaskan alur kerja arduino. Gambar 4. Flowchart arduino Looping dalam program arduino secara garis besar melakukan pembacaan terhadap pinpin Analog input dan Digital input yang terkoneksi dengan peralatan rumah. Setelah itu merespon jika ada panggilan maupun perintah dari PC via komunikasi serial (USB). B. Komunikasi server (PC)-arduino
Gambar berikut menjelaskan alur kerja script program dalam server untuk berkomunikasi dengan arduino. Gambar 6. Skematik rangkaian pendeteksi kestabilan tegangan grid. Gambar 5. Flowchart SMS gateway dan arduino handler Dalam script ini terdapat dua fungsi yaitu SMS gateway dan arduino handler. Blok berwarna coklat adalah fungsi-fungsi SMS gateway sedangkan blok hitam adalah fungsi arduino handler. Secara garis besar fungsi-fungsi arduino handler dalam script ini bekerja dalam loop yang akan menginterogasi arduino secara periodik untuk mendapatkan update keadaan rumah. Selain itu arduino handler juga akan mengangkat flag dan mengirimkan perintah jika ada interupsi dari sistem antarmuka web maupun SMS. Komponen SMS gateway dalam script ini berisi perintah-perintah atensi yang digunakan untuk membaca dan membalas SMS jika menerima syntax yang benar. V. SENSOR DAN RANGKAIAN TAMBAHAN Sensor dan rangkaian tambahan akan digunakan untuk memantau keadaan rumah. Yang pertama adalah pendeteksi kestabilan tegangan grid. Skematik, rangkaian uji, dan hasil pengukuran adalah sebagai berikut, Gambar 7. Rangkaian uji rangkaian pendeteksi kestabilan tegangan grid Gambar 8. Hasil uji untuk 220V ac Untuk masukan 220V ac, rangkaian akan menghasilkan keluaran dalam rentang 3,7-4.3 V dc. Semakin tinggi nilai tegangan masukan maka keluaran rangkaian akan mengalami penurunan. Untuk menentukan status stabil atau tidak maka dilakukan komparasi nilai keluaran rangkaian pada nilai referensi saat masukan berada dalam nilai stabil (220V ac ). Untuk otomasi pencahayaan luar ruangan digunakan LDR sebagai sensor cahaya. Dilakukan pengukuran untuk mengkarakterisasi LDR yang digunakan dengan rangkaian uji sebagai berikut,
Gambar 12. Hasil pengukuran FSR Gambar 9. Rangkaian uji LDR Didapatkan kurva hambatan LDR vs Lux sebagai berikut, Gambar 10. Hasil pengukuran LDR Kemudian ditentukan pada tingkat luminasi berapa lampu akan dinyalakan dan dilakukan pemrograman pada unit arduino. Yang ketiga, digunakan FSR untuk memetakan ketinggian air dalam tangki penyimpanan. Rangkaian uji, hasil, dan pemetaan adalah sebagai berikut, Gambar 13. Pemetaan FSR Pengukuran dilakukan menggunakan botol air mineral sebagai pengganti tangki penyimpanan. Dicatat nilai resistansi FSR untuk berbagai nilai ketinggian air (dalam %). Setelah itu dilakukan pengukuran langsung menggunakan ADC arduino untuk memetakan nilai keluaran rangkaian FSR terhadap ketinggian air dan didapatkan rumus seperti yang terlihat pada gambar 13. Untuk pemantauan suhu digunakan sensor suhu LM35. Untuk V cc 5V, keluaran sensor ini terkalibrasi dalam satuan Celcius. VI. HASIL PENGUJIAN SISTEM Gambar 11. Rangkaian uji FSR Setelah dilakukan pengujian untuk sistem secara keseluruhan, didapatkan beberapa poin hasil:
1. Respon sistem terhadap berbagai perlakuan sesuai dengan yang diharapkan, 2. Kedua antarmuka (Web dan SMS) berfungsi dengan baik, 3. Delay sistem adalah 5 detik, dalam kenyataannya didapatkan delay ratarata 6 detik dan maksimum 8 detik, 4. Delay mempengaruhi perintah dari user melalui web dan SMS. Perintah offline tidak terpengaruh, 5. Dalam selang waktu delay, seluruh prosedur pemantauan yang diprogram selesai dilakukan, 6. Delay maksimum didapatkan saat waktu penerimaan SMS bertepatan dengan selesai dilakukannya prosedur pembacaan SMS sehingga untuk perintah baru harus menunggu hingga looping selanjutnya, 7. Error pada pelaksanaan perintah melalui SMS disebabkan faktor external, yaitu lonnggarnya slot Express Card yang digunakan untuk modem. Dari hasil evaluasi tersebut disimpulkan bahwa sistem memiliki kehandalan yang baik karena: 1. Keseluruhan sistem bekerja sesuai dengan yang diharapkan, 2. Delay sistem dianggap tidak signifikan, 3. Dalam selang waktu delay sistem tidak diam, melainkan melakukan pemantauan keadaan rumah. Sistem belum dikatakan sempurna karena hal-hal berikut: 1. Meskipun kurang signifikan, sistem masih memiliki delay, 2. Database yang digunakan kurang sesuai dengan kebutuhan, menggunakan MS Excel 2007 yang merupakan instance program lain sehingga mengurangi kemampuan sistem, 3. Masih menggunakan platform (bootloader) arduino sehingga kemampuan mikrokontroller ATmega328P kurang tereksplorasi, 4. Pemantauan dan pengendalian yang dilakukan kurang menyeluruh, 5. Masih ada kemungkinan error yang cukup mengganggu. VII. KESIMPULAN Sistem rumah pintar berbasis mikrokontroler ATmega328P telah selesai didesain. Dalam pengerjaannya, dapat ditarik kesimpulan dalam poin-poin sebagai berikut: 1. Sistem yang didesain dapat bekerja dengan baik, 2. Sistem yang dibuat dapat dikendalikan melalui web dan SMS, 3. Penambahan antarmuka berbasis SMS menambah delay sistem karena dibutuhkan timeframe tertentu untuk mengakses modem. DAFTAR PUSTAKA [1]. http://arduino.co.cc/ [2]. http://learn.adafruit.com, (diakses pada tanggal 3 Desember 2012) [3]. https://www.ashrae.org/standards- research--technology/standards-- guidelines (accessed December 12, 2012) [4]. Case, T.W., "THALOFIDE CELL" A NEW PHOTO ELECTRIC, Case
Research Laboratory, Auburn, N. Y., Phys. Rev. 15, 289 292 (1920) [5]. LI JIANG, DA-YOU LlU, BO YANG, SMART HOME RESEARCH, Proceedings of the Third International Conference on Machine Learning and Cybernetics, Shanghai, 2629 August 2004. [6]. Papadopoulos N, Meliones A, Economou D, Karras I, Liverezas I, A Connected Home Platform and Development Framework for Smart Home Control Applications, 2009 7th IEEE International Conference on Industrial Informatics (INDIN 2009). [7]. Shanghai SIMCom Wireless Solutions Ltd. 2010, SIM900_AT Command Manual_V1.03, 2010-12- 24 [8]. Wang, Shengwei, Intelligent Buildings and Building Automation, Spon Press, 2010.