PERANCANGAN DAN PEMBUATAN RUMAH PINTAR BERBASIS ARDUINO

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN RUMAH PINTAR BERBASIS ARDUINO LAPORAN TUGAS AKHIR Diselesaikan sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Ahli Madya (A.Md) Teknik Komputer Oleh: JONATHAN ALBERTO HUTAGAOL NIM: 1205112028 PROGRAM STUDI TEKNIK KOMPUTER JURUSAN TEKNIK KOMPUTER DAN INFORMATIKA POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015

ABSTRAK Keamanan dan kewaspadaan merupakan hal penting ketika meninggalkan rumah, dimana tidak ada kemungkinan lampu menyala secara berlebihan dan lupa menutup pintu yang disebabkan oleh faktor terburu-buru. Oleh karena itu diperlukan suatu sistem yang terintegrasi dengan berbagai perangkat yang terdapat di dalam rumah dan juga dapat dikontrol oleh pemilik rumah dari jarak yang jauh serta bekerja otomatis. Pesan singkat (sms) dapat menjadi solusi, karena hampir setiap pemilik rumah memiliki handphone yang mendukung layanan sms. Sistem smart home ini dikontrol oleh suatu Arduino sebagai pengontrol yang terhubung dengan perangkat, selain itu Arduino ini terhubung dengan modem Wavecom yang berfungsi sebagai perangkat yang menerima dan pengirim sms. Isi pesan yang diterima oleh Wavecom GSM akan dibaca oleh Arduino dan jika isi pesan benar maka Arduino dapat memberi instruksi pada perangkat untuk menyalakan maupun mematikan lampu, membuka maupun menutup pintu, serta mengetahui kondisi fan dan lampu dengan isi pesan lampu on dan fan off. Mengirim sms dengan format teks #lampu on, #lampu off dan #buka, #tutup. Kata kunci: Arduino, smart home, Wavecom iii

KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-nya dalam menjalani kehidupan ini sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir yang berjudul Perancangan dan Pembuatan Rumah Pintar Berbasis Arduino. Laporan ini disusun sebagai syarat untuk menyelesaikan Pendidikan Program Diploma 3 Program Studi Teknik Komputer, Jurusan Teknik Komputer dan Informatika Politeknik Negeri Medan. Laporan ini dapat disusun dengan baik karena dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. M. Syahruddin, S.T, M.T, selaku Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Ferry Fachrizal, S.T., M. Kom, selaku Ketua Jurusan Teknik Komputer dan Informatika Politeknik Negeri Medan. 3. Zakaria Sembiring, S.T., M. Sc, selaku Kepala Program Studi Teknik Komputer Politeknik Negeri Medan. 4. Drs. Anwar, M.T. selaku Moderator, Zakaria Sembiring, S.T., M. Sc. selaku Penguji I dan Jenny Sari Tarigan, S.E., M.T.I. selaku Penguji II. 5. Kadri Yusuf, S.T., M. Kom, selaku dosen Wali Kelas CE-6B yang selalu memberikan saran dan masukan kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir dan dosen pembimbing yang selalu menyediakan waktu untuk memberi arahan dan ilmunya untuk menyelesaikan laporan ini. iv

v 6. Seluruh staf pengajar di Politeknik Negeri Medan khususnya staf pengajar di Program Studi Teknik Komputer. 7. Staf administrasi Program Studi Teknik Komputer yang telah banyak membantu penulis mengurus keperluan administrasi selama perkuliahan khususnya selama menjalani pembuatan Tugas Akhir. 8. Keluarga penulis, khususnya kepada orang tua atas doa, dukungan, materi, semangat dan saran-sarannya. 9. Lydia Putri Sinaga selaku teman terdekat. 10. Seluruh teman-teman penulis kelas CE-6B, yang sama-sama berjuang dan saling berbagi ilmu dan pengalaman dalam menjalani pendidikan Diploma III Teknik Komputer di Politeknik Negeri Medan, khususnya dalam menyelesaikan Tugas Akhir. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih banyak kelemahan dan kekurangan. Penulis mengharapkan masukan, saran dan kritik yang bersifat membangun. Semoga tulisan ini bermanfaat bagi kita semua. Medan, 01 September 2015 Penulis, Jonathan Alberto Hutagaol NIM. 1205112028

DAFTAR ISI LEMBAR PERSETUJUAN... i LEMBAR PENGESAHAN... ii ABSTRAK... iii KATA PENGANTAR... iv DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR TABEL... xiii BAB 1 PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 2 1.3 Batasan Masalah... 2 1.4 Motivasi dan Tujuan Tugas Akhir... 3 1.4.1 Motivasi Tugas Akhir... 3 1.4.2 Tujuan Tugas Akhir... 3 1.5 Metode Tugas Akhir... 4 1.5.1 Analisis Kebutuhan dan Perancangan... 4 1.5.2 Perancangan Software dan Hardware... 4 1.5.3 Implementasi... 4 1.5.4 Pengujian... 5 1.5.5 Evaluasi... 5 vi

vii 1.6 Manfaat Tugas Akhir... 5 1.7 Sistematika Penulisan... 6 BAB 2 LANDASAN TEORI... 8 2.1 Arduino... 8 2.2 Arduino Uno R3... 8 2.2.1 Daya (Power)... 11 2.2.2 Memori... 13 2.2.3 Input dan Output... 13 2.2.4 Komunikasi... 14 2.2.5 Pemrograman... 15 2.2.6 Reset Otomatis (Software)... 17 2.2.7 Software Arduino... 18 2.2.8 Proteksi Arus USB... 19 2.2.9 Karakteristik Fisik... 20 2.2.10 Arsitektur dan Blok Diagram Atmega328... 20 2.3 Bahasa Pemrograman Arduino... 21 2.3.1 Struktur Pemrograman... 21 2.3.2 Variable... 24 2.3.3 Tipe Data... 26 2.3.4 Operator Aritmatika... 27 2.3.5 Operator Logika... 28 2.3.6 Konstanta... 29

viii 2.3.7 High / Low... 29 2.3.8 Flow Control... 30 2.3.9 Digital Input / Output... 32 2.3.10 Analog Input / Output... 32 2.3.11 Time... 33 2.3.12 Math... 33 2.3.13 Serial... 34 2.4 Modem Wavecom... 35 2.4.1 AT - Command... 37 2.5 Motor DC... 38 2.5.1 Komponen Utama Motor DC... 38 2.5.2 Kelebihan Motor DC... 39 2.5.3 Jenis-Jenis Motor DC... 40 2.6 Fan 12V... 43 2.7 Komponen... 44 2.7.1 Sensor Cahaya atau LDR (Light Dependent Resistor)... 44 2.7.2 Sensor Suhu (LM35)... 45 2.7.3 Rangkaian Relay 12V... 46 2.7.4 LCD (Liquid Cristal Display)... 47 2.7.5 Limit Switch... 49 2.7.6 Transistor BC547... 49 2.7.7 Resistor... 50

ix 2.7.7.1 Jenis-jenis Resistor... 51 2.7.8 LED (Light Emitting Diode)... 54 2.7.9 Dioda... 56 2.7.10 Modul Driver Motor... 58 2.7.11 Modul Serial to TTL... 59 2.8 EAGLE (Easily Applicable Graphical Layout Editor)... 61 BAB 3 PERANCANGAN SISTEM... 64 3.1 Blok Diagram Sistem Rumah Pintar... 64 3.2 Rangkaian Arduino Uno R3... 67 3.3 Rangkaian Driver Motor L298... 69 3.4 Rangkaian Serial To TTL... 70 3.5 Rangkaian LCD... 71 3.6 Rangkaian LDR... 72 3.7 Rangkaian Limit Switch... 73 3.8 Rangkaian Relay Fan... 73 3.9 Rangkaian Relay Lampu 1... 74 3.10 Rangkaian Relay Lampu 2... 75 3.11 Perancangan Software... 76 BAB 4 PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN... 77 4.1 Analisa Hardware... 77

x 4.1.1 Pengujian Sistem Arduino Uno R3... 77 4.1.2 Pengujian Tegangan AC input... 77 4.1.3 Pengujian Power Supply... 78 4.1.4 Pengujian Tegangan Output Pin Arduino ke Rangkaian Relay... 78 4.1.5 Pengujian Tegangan Output Rangkaian Relay... 80 4.1.6 Pengujian Tegangan Output Pin Arduino ke Pin Input L298... 81 4.1.7 Pengujian Tegangan Output IC L298... 82 4.1.8 Pengujian Tegangan Output Sensor Cahaya (LDR)... 82 4.1.9 Pengujian Tegangan Output Sensor Suhu (LM35)... 83 4.1.10 Pengujian Tegangan Output Limit Switch... 83 4.2 Analisa Software... 84 4.2.1 Pengujian dan analisa Arduino Uno... 84 4.2.2 Pengujian dan analisa rangkaian LCD... 85 4.2.3 Pengujian dan Analisa Software... 86 BAB 5 PENUTUP... 92 5.1 Simpulan... 92 5.2 Saran... 92 DAFTAR PUSTAKA... 93 LAMPIRAN... 95

DAFTAR GAMBAR Gambar Halaman Gambar 2.1 : Board Arduino Uno... 9 Gambar 2.2 : Pemrograman Arduino... 16 Gambar 2.3 : Software Arduino... 19 Gambar 2.4 : Blok Diagram Atmega328... 20 Gambar 2.5 : Wavecom Fastrack GSM Serial dan USB... 36 Gambar 2.6 : Karakteristik Motor DC Shunt... 40 Gambar 2.7 : Karakteristik Motor DC Seri... 42 Gambar 2.8 : Karakteristik Motor DC Kompon... 43 Gambar 2.9 : Bentuk Fisik Motor DC... 43 Gambar 2.10 : Fan... 44 Gambar 2.11 : Sensor LDR... 45 Gambar 2.12 : Sensor Suhu (LM35)... 46 Gambar 2.13 : Rangkaian Relay 12V... 47 Gambar 2.14 : LCD dot matrix 2x16 cm... 48 Gambar 2.15 : Limit Switch... 49 Gambar 2.16 : Transistor BC547... 50 Gambar 2.17 : Fixed Resistor (Resistor Tetap)... 51 Gambar 2.18 : Variable Resistor (Resistor Tidak Tetap)... 52 Gambar 2.19 : Thermistor (Thermal Resistor)... 54 Gambar 2.20 : LED... 56 xi

xii Gambar 2.21 : Jenis - jenis Dioda... 58 Gambar 2.23 : L298 Dual H - Bridge Motor Driver... 59 Gambar 2.24 : Modul RS232 to TTL... 60 Gambar 2.25 : Schematic Editor... 61 Gambar 2.26 : Library Tool... 62 Gambar 2.27 : Eagle Board... 63 Gambar 3.1 : Blok Diagram Sistem Rumah Pintar... 65 Gambar 3.2 : Arduino Uno R3... 67 Gambar 3.3 : Rangkaian Driver Motor... 69 Gambar 3.4 : Rangkaian Serial to TTL... 70 Gambar 3.5: Rangkaian LCD... 71 Gambar 3.6 : Rangkaian LDR... 72 Gambar 3.7 : Rangkaian Limit Switch... 73 Gambar 3.8 : Rangkaian Relay Fan... 73 Gambar 3.9 : Rangkaian Relay Lampu 1... 74 Gambar 3.10 : Rangkaian Relay Lampu 2... 75 Gambar 3.11 : Flowchart Sistem Rumah Pintar... 76 Gambar 4.1 : Pengujian dan analisa rangkaian LCD... 85

DAFTAR TABEL Tabel Halaman Tabel 2.1 : Spesifikasi Arduino Uno R3... 11 Tabel 2.2 : Tabel Set AT - Command... 37 Tabel 2.3: Senyawa semikonduktor menghasilkan variasi warna Led... 55 Tabel 2.4: Warna dan Tegangan Maju pada Led... 56 Tabel 2.5: Status Motor... 59 Tabel 4.1 : Pengujian Power Supply... 78 Tabel 4.2 : Pengujian Tegangan Output Arduino ke Rangkaian Relay Fan... 78 Tabel 4.3 : Pengujian Tegangan Output Arduino ke... 79 Tabel 4.4 : Pengujian Tegangan Output Arduino ke... 79 Tabel 4.5 : Pengujian Tegangan Output Rangkaian Relay ke Fan... 80 Tabel 4.6 : Pengujian Tegangan Output Rangkaian Relay ke Lampu 1... 80 Tabel 4.7 : Pengujian Tegangan Output Rangkaian Relay ke Lampu 2... 81 Tabel 4.8 : Pengujian Tegangan Output Pin Arduino ke Pin Input L298... 81 Tabel 4.9 : Pengujian Tegangan Output IC L298... 82 Tabel 4.10 : Pengujian Tegangan Output Sensor Cahaya (LDR)... 82 Tabel 4.11 : Pengujian Tegangan Output Sensor Suhu (LM35)... 83 Tabel 4.12 : Pengujian Tegangan Output Limit Switch Buka... 84 Tabel 4.13 : Pengujian Tegangan Output Limit Switch Tutup... 84 xiii

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Keamanan dan kewaspadaan merupakan faktor penting ketika pemilik rumah sedang meninggalkan rumah, ada kemungkinan pemilik rumah lupa mematikan lampu yang menyala secara berlebihan dan menutup rumah pintu yang mungkin disebabkan faktor terburu-buru. Oleh karena itu dengan perkembangan teknologi embedded sekarang, teknologi ini yang juga merambah ke realitas kehidupan manusia. Oleh karena itu, diperlukan perancangan suatu sistem rumah pintar yang memungkinkan pemilik rumah dapat mengontrol keadaan rumah mereka dari jarak jauh. Rumah pintar ini beroperasi dengan jaringan nirkabel menggunakan perintah yang dikirimkan melalui pesan singkat (sms) sehingga dapat dikontrol meski dari kejauhan serta bekerja secara otomatis. Untuk dapat melakukan pengontrolan rumah pintar berbasis pesan singkat dari kejauhan diperlukan suatu perangkat yang dapat menerima perintah yang kemudian mengeksekusi perintah dalam bentuk aksi pada perangkat lain yang terhubung. Penulisan ini bertujuan untuk membangun suatu rumah pintar yang mampu menyalakan maupun mematikan lampu secara otomatis dan lampu lain menggunakan sms, membuka maupun menutup pintu oleh sms, mengetahui kondisi fan hidup maupun mati sebagai pengatur suhu dalam ruangan dengan ketentuan suhu yang ditetapkan. 1

2 Pengontrolan rumah yang akan dilakukan ini melalui sms yang dikirimkan dari ponsel. Untuk dapat melakukan pengontrolan hanya dibutuhkan alat komunikasi yang memiliki fitur pesan singkat. Arduino merupakan suatu board elektronika bersifat open source. Arduino ini bekerja sesuai alur program yang diunggah ke dalam board. Selain Arduino, sistem rumah pintar berbasis sms ini menggunakan perangkat lain yakni Modem Wavecom GSM yang digunakan sebagai perangkat yang dipasang di dalam rumah dan berfungsi untuk menerima pesan yang dikirimkan pemilik untuk mengontrol rumah mereka. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang masalah yang sudah dikemukakan maka rumusan masalah yang dikaji dalam tugas akhir ini adalah: 1. Bagaimana merancang dan membangun suatu sistem yang terhubung dengan perangkat yang ada di rumah? 2. Bagaimana suatu sistem rumah pintar dapat dikontrol dari jarak yang jauh melalui pesan singkat? 3. Bagaimana pemilik rumah dapat mengetahui dan suhu dan mengontrol lampu rumahnya ketika dia berada di luar? 1.3 Batasan Masalah Adapun batasan masalah dari tugas akhir ini adalah: 1. Rumah pintar ini diterapkan dalam bentuk miniatur rumah. 2. Perangkat dan peralatan dalam miniatur rumah menggunakan komponenkomponen arus lemah.

3 3. Rumah pintar ini hanya melakukan berbagai hal yaitu menyalakan maupun mematikan lampu secara otomatis dan melalui sms, membuka maupun menutup pintu melalui sms, mengetahui suhu ruangan melalui tampilan lcd, menghidupkan dan mematikan fan secara otomatis sesuai dengan ketetapan suhu, dan mengirim kondisi fan dan lampu melalui sms. 1.4 Motivasi dan Tujuan Tugas Akhir Pada point motivasi dan tujuan tugas akhir berisikan hal-hal yang dapat memotivasi penulis dalam perancangan dan pembuatan rumah pintar berbasis arduino dan apa tujuan pembuatan tugas akhir ini. 1.4.1 Motivasi Tugas Akhir 1. Bagaimana perangkat yang berada di rumah dapat dikontrol dengan baik dan efektif sebagai solusi dalam mengatasi masalah kelupaan yang dialami manusia. 2. Bagaimana cara memanfaatkan aplikasi sms yang bukan hanya dapat berkomunikasi dengan makhluk hidup, tetapi ke benda mati seperti perangkat elektronika. 1.4.2 Tujuan Tugas Akhir Membangun suatu rumah pintar yang dapat menyalakan atau mematikan lampu secara otomatis, membuka atau mengunci pintu dan mengetahui suhu ruangan. Menghidupkan dan mematikan kipas angin sebagai pengatur suhu dalam ruangan. Diharapkan sistem rumah pintar ini menjadi acuan pembuatan pada sistem perumahan, sehingga dapat dikontrol dengan baik.

4 1.5 Metode Tugas Akhir 1.5.1 Analisis Kebutuhan dan Perancangan Merancang dan membuat sistem rumah pintar berbasis arduino merupakan suatu kendali terhadap perangkat yang terdapat di rumah yang dapat diprogram kerja sistemnya. Rancangan terdiri dari sensor cahaya atau ldr, sensor suhu, limit switch, arduino, motor dc, driver motor, fan, rangkaian relay lampu1, lampu2 dan fan, serial to ttl, modem gsm, serial, dan lcd. Semua komponen yang terhubung satu sama lain bekerja berdasarkan program yang dimasukkan ke dalam Arduino yaitu, pengendalian proses melalui pembacaan masukan dari sensor. Selain itu, dilengkapi dengan modem Wavecom GSM yang berfungsi menerima maupun mengirim pesan yang kemudian diteruskan untuk melakukan suatu aksi sesuai isi pesan. 1.5.2 Perancangan Software dan Hardware Pada tahap ini, perancangan software dan hardware dirangkai sesuai dengan kebutuhan dan perencanaan. Perancangan program pun akan dilakukan pada tahap ini. 1.5.3 Implementasi Pada tahap ini, perangkat-perangkat yang akan disiapkan dirangkai sesuai arsitektur hasil proses perancangan. Selain itu, penulisan program yang akan diunggah ke dalam arduino pun akan dilakukan pada tahap ini.

5 1.5.4 Pengujian Pengujian dilakukan pada arduino, rangkaian relay fan, rangkaian relay lampu, sensor cahaya, sensor suhu, driver motor dc, dan limit switch. Pengujian pada wavecom gsm adalah apakah wavecom gsm dapat menerima pesan yang dikirimkan dan meneruskannya ke arduino. Pengujian pada Arduino yakni apakah Arduino dapat menerjemahkan isi pesan dan memberi instruksi pada perangkat-perangkat sesuai isi pesan tersebut. 1.5.5 Evaluasi Hal yang akan dievaluasi adalah reaksi arduino pada setiap pesan yang diterima oleh wavecom gsm, apakah Arduino dapat membaca isi dari suatu pesan sigkat yang diterima oleh wavecom gsm. Selain itu, hal yang dievaluasi yakni waktu respon arduino untuk menyalakan maupun mematikan lampu, membuka maupun menutup pintu, mengetahui suhu ruangan kemudian menghidupkan dan mematikan fan sebagai pengatur suhu dalam ruangan. 1.6 Manfaat Tugas Akhir Manfaat yang dapat diambil dari tugas akhir ini adalah: 1. Mempermudah pekerjaan manusia dalam mengontrol suhu, pintu dan lampu dalam rumah. 2. Menambah pengetahuan penulis dalam membuat suatu rangkaian elektronika. 3. Membantu manusia dalam hal kelupaan.

6 1.7 Sistematika Penulisan Berikut adalah sistematika penulisan yang digunakan dalam penyusunan laporan tugas akhir: BAB 1 PENDAHULUAN Bab ini berisi penjelasan mengenai latar belakang pemilihan judul, batasan masalah, motivasi dan tujuan tugas akhir, sasaran tugas akhir, metode tugas akhir dan sistematika penulisan. BAB 2 LANDASAN TEORI Bab ini berisi landasan teori yang menjadi referensi utama dalam penulisan tugas akhir. Teori yang dibahas berhubungan dengan sistem yang akan dibuat dan juga yang digunakan untuk kepentingan analisis dan perancangan sistem. BAB 3 PERANCANGAN SISTEM Merancang dan membuat sistem rumah pintar berbasis arduino merupakan suatu kendali terhadap perangkat yang terdapat di rumah yang dapat diprogram kerja sistemnya. Rancangan terdiri dari sensor lampu atau LDR, sensor suhu, sensor pintu atau limit switch, Arduino, Motor DC, Fan, dan

7 LCD. Semua komponen yang terhubung satu sama lain bekerja berdasarkan program yang dimasukkan ke dalam Arduino, yaitu pengendalian proses melalui pembacaan masukan dari sensor. Selain itu, dilengkapi dengan Modem Wavecom GSM yang berfungsi menerima maupun mengirim pesan yang kemudian diteruskan untuk melakukan suatu aksi sesuai isi pesan. BAB 4 PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN Bab ini membahas hasil dari implementasi dan pengujian dari sistem Rumah Pintar. BAB 5 PENUTUP Bab ini menjelaskan hasil akhir dari semua penulisan yang dikerjakan yaitu simpulan dan saran yang berisi masukan untuk mengembangkan dan melengkapi sistem yang sudah dibangun di masa yang mendatang.