PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM PENGENDALI KUNCI RUMAH BERBASIS ARDUINO DAN ANDROID LAPORAN TUGAS AKHIR Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan Pendidikan Program Diploma 3 oleh: DIRHAMSYAH NASUTION NIM. 1205112013 PROGRAM STUDI TEKNIK KOMPUTER JURUSAN TEKNIK KOMPUTER DAN INFORMATIKA POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015
ABSTRAK Dalam dunia teknologi saat ini dimana sudah berkembang sangat pesat penggunaan dari teknologi itu sendiri untuk membuat sesuatu lebih dinamis dan efisien. Pintu adalah hal yang paling disorot dalam ruang lingkup sistem keamanan, karena fungsi pintu sebagai akses utama untuk keluar masuk ruangan. Sistem keamanan pintu tersebut merupakan otomatisasi sebagai dampak positif perkembangan teknologi untuk menggantikan peran manusia dengan suatu alat atau mesin, oleh karena itu pada dasarnya pintu tersebut telah dikontrol melalui aplikasi, sehingga diharapkan setiap pintu tidak harus dijaga terus-menerus. Maka dibuatlah suatu sistem pengendali kunci rumah yang dapat dikontrol secara jarak jauh sehingga memudakan pengguna untuk dapat membuka dan mengunci pintu tanpa harus banyak membawa kunci. Sistem kendali ini menggunakan aplikasi android yang terhubung ke sistem dengan menggunakan bluetooth. Aplikasi tersebut mengendalikan sistem sesuai perintah yang diberikan user dimana terdapat output yang di program oleh mikrokontroler ATMega328 yang berada pada board arduino uno seperti solenoid door lock yang dapat membuka serta mengunci pintu, LCD keypad shield yang berisi teks informasi serta buzzer sebagai penanda bahwa pintu belum dikunci. Sistem pengendali kunci rumah hanya dapat dikontrol untuk satu pintu dengan jarak 11 meter dan memiliki dua tegangan sumber yaitu, menggunakan adaptor 12 V dan menggunakan tengangan 5 V yang ada di arduino uno R3. Kata Kunci: Arduino Uno, Android, Bluetooth, Solenoid Door Lock, Buzzer, LCD Keypad Shield iii
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir yang berjudul Perancangan dan Pembuatan Sistem Pengendali Kunci Rumah Berbasis Arduino dan Android. Tugas Akhir disusun sebagai salah satu syarat yang harus ditempuh untuk menyelesaikan Program Diploma 3 (tiga) pada program Studi Teknik Komputer (Computer Engineering) Jurusan Teknik Komputer dan Informatika Politeknik Negeri Medan. Tugas Akhir ini dapat disusun dengan baik karena banyak masukan, dukungan dan bantuan baik tenaga, materi maupun dorongan semangat 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. 3. Zakaria Sembiring, S.T., M.Sc., selaku Kepala Program Studi Teknik Komputer Politeknik Negeri Medan. 4. Jenny Sari Tarigan, S.E., M.T.I., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir. 5. Seluruh staf pengajar dan staf administrasi, Program Studi Teknik Komputer Jurusan Teknik Komputer dan Informatika yang telah memberikan ilmu juga arahan untuk menyelesaikan tugas akhir penulis. 6. Keluarga penulis, terutama untuk ayahanda Syofyan Nasution, SE., dan Ibunda Errida, SE., yang banyak memberi dukungan moril dan materil serta iv
doa yang tiada henti diberikan kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir. 7. Kepada Adik penulis Rizki Ansyari Nasution dan Fahri Azmi Nasution yang banyak memberikan dukungan serta doa untuk penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir. 8. Seluruh teman-teman penulis diprodi teknik komputer CE-6A Angkatan 2012, khususnya Basri Habibie, Petrus Antonio Tarigan, Novaria Srimawarni Bancin, Anggi Zulkarnain, Fauzan Alif Assyura, M. Nurkholis, dan Febri Ramadhani Harahap. Terima kasih atas bantuan, dukungan dan hiburan yang sudah kalian berikan kepada penulis. 9. Seluruh crew MP2 dan VDP yang telah memberikan semangat, dukungan dan partisipasinya untuk selalu memberi arahan dalam penulisan Tugas Akhir, semoga MP2 dan VDP selalu ingat satu sama lainnya. 10. Seluruh teman-teman Alumni MAN 3 MEDAN Angkata 2009 khususnya TONGEOT FAMILY, Mizan, Ary, Naufal, Dwi, Dicky, Sabiq, Aziz, Agum, Riduan, Hanif dan Buduk. Terima kasih atas doa, dukungan dan hiburan bagi penulis, mudah-mudahan semakin kompak dan selalu ingat akan kenangan dimasa-masa sekolah dulu. 11. Terima kasih kepada wanita yang sangat berjasa dan juga tersayang, Delima Rahmawaty Tarigan, untuk selalu menemani dan memberikan masukan serta motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir penulis. 12. Semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. v
Dalam Tugas Akhir ini, penulis menyadari bahwa masih banyak keterbatasan dan kekurangan baik dari segi materi, pengolahan maupun penyajiannya. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun bagi penulis demi kesempurnaan laporan ini. Penulis berharap laporan ini dapat bermanfaat bagi semua pihak. Medan, 25 Agustus 2015 Penulis, Dirhamsyah Nasution NIM.1205112013 vi
DAFTAR ISI LEMBAR PERSETUJUAN... i LEMBAR PENGESAHAN... ii ABSTRAK... iii KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... vii DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR TABEL... xiii BAB 1 PENDAHULUAN... 1 1.1. Latar Belakang Masalah... 1 1.2. Motivasi dan Tujuan Tugas Akhir... 2 1.2.1. Motivasi Tugas Akhir... 2 1.2.2. Tujuan Tugas Akhir... 2 1.3. Kontribusi Tugas Akhir... 2 1.4. Rumusan Masalah... 4 1.5. Batasan Masalah... 4 1.6. Tinjauan Pustaka... 4 1.6.1. Arduino... 4 1.6.2. Android... 5 1.7. Metode Tugas Akhir... 5 vii
1.7.1. Melakukan Observasi dan Studi Literatur... 5 1.7.2. Melakukan Perancangan Software... 6 1.7.3. Melakukan Perancangan Hardware... 6 1.7.4. Merealisasikan... 6 1.7.5. Menganalisa dan Mengevaluasi... 6 1.7.6. Pengujian... 6 1.7.7. Penyusunan Tugas Akhir... 6 1.8. Sistematika Penulisan... 7 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA... 8 2.1. Defenisi Sistem Pengendali... 8 2.2. Arduino... 8 2.2.1. Sejarah Singkat Arduino... 9 2.2.2. Kelebihan Arduino... 10 2.2.3. Bahasa Pemrograman Arduino... 12 2.2.4. Arduino Uno R3... 19 2.2.5. Bagian-bagian Papan Arduino Uno R3... 22 2.2.6. Software Arduino... 24 2.3. Android... 25 2.3.1. Android versi 4.1 (Jelly Bean)... 25 2.3.2. Android Software development Kit (SDK)... 26 viii
2.3.3. Arsitektur Android... 27 2.4. Modul Bluetooth HC-05... 29 2.5. Liquid Crystal Display (LCD)... 31 2.6. Solenoid Door Lock... 32 2.7. Buzzer... 33 2.8. Dioda 1N4001... 33 2.9. Transistor... 34 2.10. Fritzing Simulation... 35 2.11. App Inventor MIT 2... 35 BAB 3 ANALISIS DAN PERANCANGAN SISTEM... 38 3.1. Analisis Sistem... 38 3.1.1. Identifikasi Sistem... 38 3.1.2. Spesifikasi Sistem... 38 3.1.3. Batasan Sistem... 39 3.1.4. Perancangan Sistem... 40 3.2. Perancangan Perangkat Keras (Hardware)... 41 3.2.1. Rangkaian Modul Bluetooth HC-05... 42 3.2.2. Rangkaian Buzzer... 43 3.2.3. Rangkaian Transistor, Dioda dan Solenoid Door Lock... 44 3.2.4. Rangkaian Liquid Crystal Display (LCD)... 45 ix
3.3. Perancangan Perangkat Lunak (Software)... 45 3.3.1. Struktur Aplikasi... 46 3.3.2. Use Case Diagram Aplikasi... 47 3.3.3. Activity Diagram Aplikasi... 47 3.3.4. Tampilan Awal Aplikasi... 48 3.3.5. Tampilan Menu Aplikasi... 49 3.3.6. Tampilan About Aplikasi... 50 3.4. Perancangan Printed Circuit Board (PCB)... 50 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN... 52 4.1. Cara Kerja Rangkaian Sistem Pengendali Kunci Rumah... 53 4.2. Pengujian Unit... 54 4.2.1. Pengujian Modul Bluetooth HC-05... 55 4.2.2. Pengujian Solenoid Door Lock... 55 4.2.3. Pengujian Buzzer... 56 4.3. Hasil Pengujian Aplikasi dan Sistem... 56 BAB 5 SIMPULAN DAN SARAN... 66 5.1. Simpulan... 66 5.2. Saran... 66 DAFTAR PUSTAKA... 68 LAMPIRAN x
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Blok diagram Board Arduino.[9]... 9 Gambar 2.2 Arduino Uno R3.[3, 9]... 19 Gambar 2.3 Blok Diagram ATmega328.[9]... 20 Gambar 2.4 Blok Diagram ATmega328.[3, 9]... 22 Gambar 2.5 Arsitektur OS Android.[2, 4, 5, 7]... 27 Gambar 3.1 Blok diagram Sistem... 40 Gambar 3.2 Flowchart Sistem Pengendali Kunci Rumah Secara Umum... 42 Gambar 3.3 Skema Rangkaian Bluetooth HC-05... 43 Gambar 3.4 Skema Rangkaian Buzzer... 44 Gambar 3.5 Skema Rangkaian Transistor, Dioda dan Solenoid Door Lock... 44 Gambar 3.6 Skema Liquid Crystal Display (LCD)... 45 Gambar 3.7 Struktur Aplikasi... 46 Gambar 3.8 Use Case Diagram Aplikasi... 47 Gambar 3.9 Activity Diagram Aplikasi... 48 Gambar 3.10 Tampilan Awal Aplikasi... 49 Gambar 3.11 Tampilan Menu Aplikasi... 49 Gambar 3.12 Tampilan About Aplikasi... 50 Gambar 3.13 Layout PCB Sistem Pengendali Kunci Rumah... 51 Gambar 4.1 Skema Keseluruhan Rangkaian Sistem... 52 Gambar 4.2 Sistem Pengendali Kunci Rumah Berbasis Arduino dan Android... 53 Gambar 4.3 Menu Utama Aplikasi Door Lock... 57 Gambar 4.4 Menu Aplikasi Door Lock... 57 xi
Gambar 4.5 Pencarian Modul Bluetooth HC-05... 58 Gambar 4.6 Tampilan Nama Modul Bluetooth HC-05... 58 Gambar 4.7 Tampilan Bluetooth Pairing Request... 59 Gambar 4.8 Tampilan Mengisi kode Pin... 59 Gambar 4.9 Tampilan Pemilihan Bluetooth... 60 Gambar 4.10 Tampilan Pemilihan Bluetooth... 60 Gambar 4.11 Tampilan Bluetooth Sudah Terkoneksi... 61 Gambar 4.12 Tampilan Perintah Unlock Aplikasi... 62 Gambar 4.13 Tampilan Perintah Unlock Sistem... 62 Gambar 4.14 Tampilan Perintah Lock Aplikasi... 63 Gambar 4.15 Tampilan Perintah Lock Sistem... 64 Gambar 4.16 Tampilan Perintah Disconnect Aplikasi... 64 Gambar 4.17 Tampilan Perintah About Aplikasi... 65 Gambar 4.18 Tampilan Informasi Pembuat Sistem dan Aplikasi... 65 xii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Spesifikasi Board Arduino Uno R3... 20 Tabel 2.2 Pin LCD dan Fungsinya... 32 Tabel 4.1 Pengujian Jarak Modul Bluetooth HC-05... 55 Tabel 4.2 Pengujian Arus Solenoid Door Lock... 55 Tabel 4.3 Pengujian Buzzer... 56 xiii
1 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah Dalam dunia teknologi saat ini dimana sudah berkembang sangat pesat penggunaan dari teknologi itu sendiri untuk membuat sesuatu lebih dinamis dan efisien, menuntut banyak industri untuk melakukan peningkatan kualitas dan kuantitas pada hasil produknya serta sesuai dengan peningkatan permintaan pasar. Banyak dari perusahaan industri yang mulai memperbaiki sistem dan proses produksi dengan mengubah atau membuat hal baru terhadap produksi tersebut. Pintu adalah hal yang paling disorot dalam ruang lingkup sistem keamanan, karena fungsi pintu sebagai akses utama untuk keluar masuk ruangan. Sistem keamanan pintu tersebut merupakan otomatisasi sebagai dampak positif perkembangan teknologi untuk menggantikan peran manusia dengan suatu alat atau mesin, oleh karena itu pada dasarnya pintu tersebut telah dikontrol melalui aplikasi, sehingga diharapkan setiap pintu tidak harus dijaga terusmenerus. Adanya aplikasi di smartphone android, akan memudahkan seseorang untuk membuka dan mengunci pintu dengan jangkauan jarak jauh tanpa harus banyak membawa kunci. Sistem ini menggunakan arduino uno R3, bluetooth, dan solenoid door lock, alasan memakai bluetooth karena device bluetooth terdapat di sebagian besar smartphone android dan dilengkapi dengan buzzer sebagai alarm pemberitahuan. 1
2 1.2. Motivasi dan Tujuan Tugas Akhir Adapun maksud dari motivasi dan tujuan tugas akhir adalah sebagai berikut: 1.2.1. Motivasi Tugas Akhir Seiring dengan semakin banyak pengguna smartphone android di dunia termasuk Indonesia, dimana smartphone android hanya digunakan sebagai penghubung media sosial, telepon dan SMS. Kebanyakan dari pengguna smartphone tidak mengetahui banyak hal yang bisa dimanfaatkan dari fasilitas penghubung dan pengiriman data yang ada dalam smartphone android tersebut. Hal yang memotivasi penulis adalah membangun sistem pengendali kunci rumah berbasis arduino dan android, sistem ini akan mempermudah seseorang untuk keluar dan masuk rumah tanpa banyak membawa kunci. 1.2.2. Tujuan Tugas Akhir Berdasarkan permasalahan yang telah penulis bahas, tujuan tugas akhir ini adalah dapat mengontrol kunci pintu rumah dari jarak jauh, mempermudah masuk ke dalam rumah tanpa menggunakan banyak kunci, meminimalisir terjadinya kehilangan kunci dan menghemat waktu. Sistem ini juga dapat digunakan sebagai acuan untuk membuat pengendali rumah pintar yang dikontrol melalui smartphone android. 1.3. Kontribusi Tugas Akhir Kontribusi yang dapat diberikan adalah sebagai berikut: 1. Bagi dunia akademik dan ilmu pengetahuan khususnya Politeknik Negeri Medan.
3 a. Sebagai bahan referensi tambahan dalam hal menyelesaikan sebuah permasalahan yang mirip dengan latar belakang pembuatan sistem ini. b. Sebagai modul praktikum dalam pembelajaran mikroprosesor, khususnya bagian mikrokontroler. c. Meningkatkan dan menambah wawasan tentang sistem arduino, sinyal dan android. 2. Bagi pembaca a. Sistem ini diharapkan memberi manfaat dalam keamanan dan kemudahan dalam memasuki rumah. b. Bagi dunia pendidikan, dapat digunakan sebagai sistem yang akan meningkatkan kegiatan pembelajaran dengan pembahasan yang mendalam tentang arduino. c. Bagi dunia pekerjaan, dapat digunakan sebagai sistem yang akan meningkatkan keamanan dan kenyamanan karyawan dengan membatasi dan menghindari tindak kejahatan dalam perusahaan. 3. Bagi penulis a. Untuk mengaplikasikan ilmu yang telah diperoleh selama perkuliahan, serta menambah wawasan mengenai sistem pengendali jarak jauh berbasis arduino dan android. b. Untuk kontribusi penulis dalam dunia pendidikan agar berguna bagi kehidupan sehari-hari dan bisa dikembangkan lagi dikemudian hari.
4 1.4. Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang permasalahan yang sudah dikemukakan maka rumusan masalah yang dikaji dalam tugas akhir ini adalah: 1. Bagaimana cara merancang sistem pengendali kunci rumah berbasis arduino dan android? 2. Bagaimana cara membuat sistem pengendali kunci rumah berbasis arduino dan android? 3. Bagaimana cara pengontrolan sistem pengendali kunci rumah berbasis arduino dan android? 1.5. Batasan Masalah Adapun batasan masalah dalam tugas akhir ini sebagai berikut: 1. Sistem pengendali kunci pintu rumah menggunakan Arduino UNO R3. 2. Menggunakan bluetooth sebagai alat penghubung antara arduino dengan android. 3. Menggunakan Buzzer sebagai alarm jika pintu belum terkunci. 4. Bahasa pemprograman menggunakan Bahasa C/C++. 5. Menggunakan software online APP Inventor MIT 2 untuk membuat aplikasi dan program android. 1.6. Tinjauan Pustaka Tinjauan pustaka yang digunakan dalam pembahasan tugas akhir ini, yaitu: 1.6.1. Arduino Arduino didefinisikan sebagai sebuah platform elektronik yang open source, berbasis pada software dan hardware yang fleksibel dan mudah
5 digunakan, yang ditujukan untuk seniman, desainer, hobbies dan setiap orang yang tertarik dalam membuat objek atau lingkungan yang interaktif.[1] 1.6.2. Android Android didefenisikan sebagai sebuah sistem operasi untuk perangkat mobile berbasis linux yang mencakup sistem operasi, middleware, dan aplikasi. Android bisa digunakan oleh setiap orang yang ingin menggunakannya pada perangkat mereka. Android Standart Development Kid (SDK) menyediakan perlengkapan dan Application Programming Interface (API) yang diperlukan untuk mengenbangkan aplikasi pada Platform android menggunakan bahasa pemprograman Java.[2] 1.7. Metode Tugas Akhir Metode yang digunakan dalam menyelesaikan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: 1.7.1. Melakukan Observasi dan Studi Literatur 1. Observasi (Pengamatan) Penulis melakukan pengamatan langsung dari objek penulisan untuk mendapatkan data dan informasi yang akurat mengenai sistem pengendali kunci rumah berbasis arduino dan android. 2. Studi Literatur (Studi Kepustakaan) Pencarian dan pengumpulan bahan pustaka baik berupa buku, referensi, jurnal dan sumber lain yang berhubungan dengan topik tugas akhir. seperti: Android, Arduino dan Dasar Elektronika,
6 1.7.2. Melakukan Perancangan Software Berdasarkan observasi yang telah dilakukan, langkah selanjutnya adalah melakukan perancangan sistem pengendali kunci rumah. Dalam hal ini yang dilakukan adalah membuat simulasi menggunakan aplikasi Fritzing. 1.7.3. Melakukan Perancangan Hardware Melalui hasil perancangan dengan menggunakan aplikasi Fritzing untuk membuat simulasi tampilan alat, skematik rangkaian dan pembuatan printed circuit board (PCB). 1.7.4. Merealisasikan Merupakan tahap bagaimana cara penulis mewujudkan sistem tersebut secara nyata dalam kehidupan sehari-hari. Dengan begitu, penulis dapat menilai apakah sistem tersebut dapat bekerja dengan baik. 1.7.5. Menganalisa dan Mengevaluasi Merupakan pengecekan terhadap sesuatu yang mempengaruhi kinerja sistem dan melakukan troubleshooting untuk perbaikan dan penyempurnaan proyek akhir. 1.7.6. Pengujian Merupakan proses pengujian hasil analisa dan evaluasi dari masalah yang ada pada konfigurasi bluetooth maupun arduino. Pengujian sistem ini dilakukan untuk mengetahui tingkat keberhasilan sistem pengendali pintu rumah jarak jauh. 1.7.7. Penyusunan Tugas Akhir Merupakan tahap untuk menyusun hasil penelitian secara sistematis berdasarkan aturan yang ada.
7 1.8. Sistematika Penulisan Berikut adalah sistematika penulisan yang digunakan dalam penyusuan laporan tugas akhir: BAB 1 PENDAHULUAN Bab ini memuat 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 memuat tentang informasi-informasi tentang hasil penelitian yang telah dilakukan sebelumnya dan teori-teori yang telah ditemukan untuk menjadikan acuan dan dasar penelitian ini. BAB 3 ANALISIS DAN PERANCANGAN SISTEM Bab ini memuat mengenai analisis dan perancangan sistem agar dapat menggambarkan juga menjabarkan kegiatan yang dilakukan pada sistem yang sedang berjalan serta perancangan aplikasi. BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN Bab ini memuat analisa dan hasil pengujian serta penelitian sistem yang dilakukan meliputi cara kerja sistem secara keseluruhan dan menganalisis hasil yang didapat dari hasil uji coba sistem. BAB 5 SIMPULAN DAN SARAN Bab ini menjelaskan hasil akhir dari semua penulisan yang dikerjakan yaitu yang berisi masukan-masukan untuk mengembangkan dan melengkapi sistem yang sudah dibangun di masa yang mendatang.