28 BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT 3.1 Gari Besar Perancangan Langkah awal dari perancangan sistem adalah analisis dan penentuan kebutuhan sistem. Pada langkah ini menentukan kebutuhan apa saja yang harus dipenuhi. Di dalam bab ini menjelaskan perancangan sistem monitoring dan kontrol fungsi rumah untuk dapat melakukan kontrol lampu, kunci pintu, dan monitoring ruangan, sistem kontrol dan monitoring dilakukan dari komputer server dengan melalui jaringan lokal dan melalui user lewat Internet, gambar 3.1 adalah diagram Gambar 3. 1 Blok Diagram Sistem Sebenarnya Arduino UNO tidak dapat berkomunikasi langsung dengan Server melalui jaringan lokal dan tidak dapat berkomunikasi langsung dengan lampu. Maka Arduino UNO harus ditambahkan dengan Ethernet Shield untuk dapat berkomunikasi 28
29 dengan Server agar dapat memerintahkan lampu. Gamabar 3.1 adalah gambaran susunan diagram blok Arduino UNO dengan Ethernet Shield. Adapun fungsi dan peran dari masing-masing gambar 3.1 di atas adalah berikut : Tabel 3. 1 : Fungsi dan peran komponen No Komponen Fungsi dan Peran 1 User (laptop atau Smartphone) Memberi perintah kepada arduino UNO untuk mengeksusi program melalui aplikasi yang telah di sediakan di goole play atau dari bawaan perangkat. 2 Router(TP-LINK) Sebagai media penghubung dan komunikasi antara laptop/smartphone melalu wireles dan dengan ethernet shield menggunakan kabel RJ45 dengan memanfaatkan jaringan LAN. 3 Ethernet shield Menghubungkan Arduino board dengan jaringan internet melalui router menggunakan kabel RJ45.
30 4 Arduino UNO Sebagai sisitem kontrol dari semua rangkaian pengontrolan dari semua rangkaian pengontrolan dan pengendali miniatur lampu. 5 Catu Daya (DC) Memberikan sumber tegangan DC ke rangakaian Arduino UNO, Etehrnet shield, Relay, Router, DVR dan CCTV. 6 Relay Sebagai saklar elektronika yang bertugas menghidupkan dan mematikan lampu 7 Lampu LED Sebagai objek penguji 8 IP Kamera / CCTV Kegunaan IP Kamera / CCTV Secara umum adalah berfungsi untuk mendeteksi atau merekam seluruh kejadian di tempat yang ingin kita pantau. 9 Modem perangkat keras yang berfungsi untuk komunikasi dua arah yang merubah sinyal digital menjadi sinyal analog atau sebaliknya untuk mengirimkan pesan/data ke alamat yang dituju
31 3.2 Perancangan Perangkat Keras Dalam merancang perangkat keras yang di gunakan pada miniatur ini, penulis menggunakan komponen sebagai berikut: 1. Arduino UNO 2. Ethernet Shield 3. Relay 4. Lampu LED 5. Router TP-LINK 6. IP Kamera/ CCTV 7. Jumper Wire 8. DLL. 3.2.1 Arduino UNO Arduino UNO adalah sebuah mikrokontroler yang di sarankan pada ATmega 328(data sheet). Arduino UNO seperti yang di lihat pada Gambar 3.2 mempunyai 14 pin digital input/output (6 diantaranya dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analaog, sebuah oscillator kristal 16 MHz, sebuah koneksi USB, sebuah power jack, sebuah ISCP header, sebuah tombol reset.
32 Gambar 3.2 Rangkaian Arduino UNO Untuk data-data spesifikasi dari Arduino UNO secara ringkas bisa dilihat pada tabel 3.2 di bawah ini. Tabel 3.2 Data Spesifikasi Arduino UNO Mikrokontroler ATmega 328 Tegangan Pengoprasian Tegangan Input Yang Disarankan Batas Tegangan Input Jumlah Pin I/O Digital 5 V 7-12 V 6 20 V 14 (6 diantaranya menyediakan keluaran PWM) Jumlah Pin Input Analog 6 Clock Speed 16 MHz Untuk mengetahui koneksi pin ATmega 328 dengan pin Arduino
33 UNO bisa dilihat pada tabel 3.3 Tabel 3.3 Data Spesifikasi ATmega 328 PIN PIN Arduino UNO PIN ATmega 328 PIN Arduino UNO ATmega328 1 15 9 ( PWM ) 2 0 ( RX ) 16 10 ( PWM ) 3 1 ( RX ) 17 11 ( PWM ) 4 2 18 12 5 3 ( PWM ) 19 13 6 4 20 7 21 8 22 9 23 1 analog IN 10 24 2 analog IN 11 5 ( PWM ) 25 3 analog IN 12 6 ( PWM ) 26 4 analog IN 13 7 27 5 analog IN 14 8 28 6 analog IN 3.2.2 Ethenet shield Peran Ethernet Shiled disini adalah untuk meneruskan perintah dari laptop atau handphone ke Arduino UNO untuk mengoperasikan relay agar
34 mengidupkan dan mematikan lampu. Berikut ini adalah gambar rangkaian Ethernet Shield. Gambar 3.3 Rangkaian Ethernet Shield Untuk menghubungkan dan menggunakan modul hingga dapat terkoneksi internet cukup mudah, hanya membutuhkan waktu beberapa menit saja. Caranya dengan memasangkan modul tersebut di atas Arduino bord, sambungkan dengan kabel network RJ45, ikuti tutorial pemogramannya (menggunakan pustaka Ethernet yang sudah tersedia di paket perangkat lunak Arduino IDE), dan Arduino Anda siap dikendalikan lewat internet. Di dalam arduino ethernet sendiri terdapat slot mikro SD yang berbungsi sebagai tempat penyimpanan file sedangkan untuk mengakses mikro SD card mengunakan library SD,untuk jenis arduino board yang bisa di pasangkan dengan ethernet shield W5100 yaitu arduino uno dan mega. Berikut ini spesifikasi dari Ethernet Shield:
35 1. Chip Wiznet W5100 dengan internal buffer 16 Kb, 2. Kecepatan koneksi 10/ 100 Mb ( Fast Ethernet ), 3. Papan ini terhubung dengan Arduino melalui port SPI, 4. Dapat mendukung hingga 4 koneksi simultan. 3.2.3 Relay Peran dan fungsi relay disini adalah sebagai saklar otomatis untuk menghidupkan dan mematikan lampu, dimana relay disini bekerja sesuai dengan perintah yang arduino berikan kepadanya. Relay akan bekerja apabila memperoleh input logika High dari Arduino dan begitu sebaliknya relay akan berhenti bekerja apabila memperoleh input logika Low dari arduino. Berikut gambar rangkaian relay. Gambar 3.4 Rangkaian Relay
36 3.2.4 Lampu LED Lampu yang digunakan disini adalah jenis LED dengan daya 5 watt. Alasan menggunakan lampu dengan jenis ini adalah karena menyesuaikan dengan miniaturnya. 3.2.5 Router Fungsi Router disini adalah untuk membagi atau mendistribusikan IP addres, baik itu secara statis ataupun DHCP atau Dynamic Host Configuration Protocol kepada semua komputer yang terhubung ke router tersebut. Dengan adanya IP address yang unik yang dibagikan router tersebut kepada setiap komputer dapat memungkinan setiap komputer untuk saling terhubung serta melakukan komunikasi, baik itu pada LAN atau internet. Sehingga dengan adanya router ini laptop atau handphone bisa melakukan komunikasi dengan Arduino UNO yang tentunya dibantu dengan Ethernet Shield agar tersambung ke jaringan LAN yang telah dibentuk oleh router. Untuk router yang digunakan disini adalah TP-Link MR3020 dengan spesifikasi sebagai berikut:
37 Tabel 3.5 Data Spesifikasi Router TP-LINK HARDWARE TAMPILAN 1 10/100Mbps WAN/LAN Port, USB 2.0 Port for 3G/4G modem, a mini USB Port for power supply. TOMBOL Quick Setup Security Button, Reset Button, Mode Switch CATU DAYA EKSTERNAL DIMENSI (W x D x H ) TIPE ANTENA 5VDC/1.0A 2.9 x 2.6 x 0.9 in. (74 x 67 x22 mm) Internal Antenna WIRELESS FREKUENSI 2.4-2.4835GHz STANDAR WIRELESS IEEE 802.11n, IEEE 802.11g, IEEE 802.11b TRANSMIT POWER MODUS WIRELESS KEAMANAN WIRELESS <20dBm 3G Router, Travel Router (AP), WISP Client Router Support 64/128 bit WEP, WPA-PSK/WPA2 PSK, Wireless MAC Filtering SOFTWARE DHCP PORT FORWARDING ACCESS CONTROL Server, DHCP Client List, Address Reservation Virtual Server, Port Triggering, DMZ, UPnP Parental Control, Host List, Access Schedule, Rule Management KEAMANAN Firewall, MAC filtering, Denial of Service (DoS) FITUR LAINNYA SERTIFIKASI CE, FCC, RoHS
38 ISI PAKET TL-MR3020 router, QIG, Power Adapter, USB Cable, Resource CD, Ethernet Cable 3.2.6 Perancangan Arduino UNO dan Ethernet Shield Sistem kendali pada arduino uno memiliki 6 pin analog da 14 pin digital. Alasan memilih arduino uno karena jumlah pin dan memori pada arduino uno cukup untuk pengoprasian alat, Untuk perancangan rangkaian arduino uno dengan Ethernet shield dapat dilihat pada gambar 3.5 Gambar 3.5 Rangkaian arduino uno dan ethernet shield Untuk menghubungkan arduino dengan Ethernet shield sebenarnya tidak diperlukan kabel lagi dikarenakan pada keduanya sudah terdapat socket sehingga apabila ingin mengubungkan keduanya hanya tinggal menancapkan Ethernet shield diatas arduino uno saja, untuk pemasangan Ethernet shield pada arduino uno dapat dapat di lihat pada gambar 3.6
39 Gambar 3.6 Pemasangan internet Shield pada Socket Arduino UNO 3.2.7 Perancangan Ethernet Shield dengan Relay Ethernet shield merupakan alat yang digunakan untuk membantu arduino agar dapat berkomunikasi dengan laptop maupun handphone sehingga proses ini merupakan proses membuat rangakaian dan menghubungkan pin-pin yang ada pada ethernet shield dengan relay agar arduino dapat memerintahkan relay saat arduino menerima perintah dari laptop maupun handphone. Pengontrolan on atau off lampu dapat dilakukan dari jarak jauh dengan menggunakan laptop / handphone yang telah terhubung dengan jaringan LAN sehingga bisa memerintahkan relay untuk menghidup dan mematikan lampu. Untuk rangkaian Ethernet Shield dengan Relay dapat dilihat pada gambar 3.7 dibawah ini.
40 Gambar 3.7 Rangkaian Ethernet Shield dengan Relay Dari gmbar diatas dapat kita lihat bahwa pin yang digunakan untuk mengoprasikan lampu adalah pin 2, 3, 4 dan 5 dimana pin 2 pada ethernet shield di hubungkan dengan IN 1 pada Relay sehingga relay ini dapat bekerja sesuai dengan perintah yang di berikan arduino kepadanya. Pin 3 pada ethernet shield di hubungkan dengan IN 2 pada Relay sehingga relay dan pin 4 pada ethernet shield di hubungkan dengan IN 3 pada relay sedangkan pin 5 pada ethernet shiel di hubngkan pada IN 4 pada relay. Karena lampu yang digunakan hanya berjumlah 4 buah saja maka relay yang digunakan pun hanya 4 buah saja digunakan. Untuk pin 5V pada Ethernet shield dihubungkan dengan pin VCC pada relay yang berfungsi untuk memberikan tegangan input sebesar 5 volt DC yang digunakan untuk mengoperasikan relay. Dan untuk pin GND pada Ethernet shield dihubungkan dengan pin GND pada relay.
41 3.2.8 Perancangan relay utuk kontrol lampu Pengontrolan on atau off lampu dapat dilakukan dari jarak jauh dengan mengakses web browser pada laptop ataupun handphone dengan memasukan url yang telah di tentukan. Untuk rangkaian relay akan dihubungkan ke arduino uno pada pin yang sudah ditentukan. Adapun relay yang digunakan dalam perancangan modul ini adalah relay SPDT (single Pole Double Throw). Relay akan bekerja apabila memperoleh input logika High dari arduino. Untuk rangkaian relay pengontrol lampu dapat dilihat pada gambar 3.8 Gambar 3.8 Rangkaian Relay Untuk Pengontrolan Lampu Pada gambar diatas Input pada Led Driver dihubungkan dengan sumber AC 220 Volt dan Outputnya untuk kabel positifnya di hubungkan kontak NO K1 pada relay dan kontak NO relay K1, K2 dan K3 di couple, untuk kabel negatif di hubungkan langsung dengan ketiga kabel negatif
42 pada lampu LED dan untuk kabel positif pada lampu 1 dihubungkan dengan kontak NO relay K1, kabel positif pada lampu 2 dihubungkan dengan kontak NO relay K2 dan kabel positif pada lampu 3 dihubungkan dengan kontak NO relay K3. 3.3 Perancangan Program atau Perangkat Lunak Perancangan dan pembuatan program ini umumnya di lakukan di tahap akhir,setelah perancangan mekanik dan elektrik terselesaikan. Karena dalam proses pemograman pada umumnya programmer melakukan dengan uji coba alat sehingga apabila ada kesalahan dalam program dapat diketahui dan di perbaiki langsung. Pemograman adalah memasukkan suatu informasi atau kode-kode (coding) kedalam suatu mikrokontroler. Dimana nantinya alat ini dapat beroperasi sesuai perencanaan awal. Begitu pula dengan alat pengontrolan atau pengendali lampu ini, diharapkan nantinya lampu ini bisa dioperasikan melalui laptop maupun handphone dari jarak jauh. Fungsi dari alat ini adalah untuk menghidupkan dan mematikan lampu dari jarak jauh dengan memanfaatkan jaringan LAN ( Lokal Area Network). 3.3.1 Aplikasi Program Arduino Setelah semua komponen dirangkai, langkah selanjutnya adalah membuat program pada aplikasi program Arduino IDE. Program Arduino berisikan perintah- perintah yang akan dikerjakan Ethernet Shield dan relay untuk menghidupkan dan mematikan lampu sesuai perintah yang diberikan
43 oleh laptop ataupun handphone. Keterangan pin yang dipakai pada arduino sebagai acuan dalam pemograman tertera pada tabel 3.6 dibawah ini: Tabel 3.6 Kegunaan Pin Pada Arduino No. Pin Arduino Kegunaan 1 4 Lampu Teras 2 5 Lampu Ruang Tamu 3 6 Lampu Kamar Tidur 1 4 7 Lampu Kamar Tidur 2 5 5 V Sumber DC 5V Untuk Relay dan Ethernet Shield 6 GND Ground Relay dan Ethernet Shield 3.3.2 Flowchart Untuk memahami bagaimana kinerja alat ini dalam melakukan oprasinya, berikut akan di paparkan dalam sebuah diagram (flowchard).
44 Gambar 3.9 Flow Chart Kontrol Lampu a. Pada saat Wifi diaktifkan dari smartphone android maka akan mencari perangkat modul router yang terkoneksi dengan Arduino Ethernet Shield. b. Maka akan tampil perangkat wifi yang sudah tersedia kemudian dihubungkan pada router yang terkoneksi dengan Arduino Ethernet Shield dengan memasukan IP addres terlebih dahulu. c. Setelah perangkat sudah terhubung maka pengendalian lampu rumah dapat dikendalikan melalui smartphone Android yang sudah terpasang aplikasi.
45 Gambar 3.10 Flow Chart IP kamera/cctv a. Pada saat Wifi diaktifkan dari smartphone android maka akan mencari perangkat modul router yang terkoneksi dengan IP kamera. b. Maka akan tampil perangkat wifi yang sudah tersedia yang terhubung pada router yang terkoneksi dengan IP kamera dengan memasukan IP terlebih dahulu. c. Setelah perangkat sudah terhubung maka IP kamera dapat dikendalikan melalui smartphone Android yang sudah terpasang aplikas. 3.3.3 Perangkat Lunak Android Aplikasi yang ada, dirancang agar mampu menerima intruksi dari smartphone melalui router wifi dengan memasukan IP addres ke dalam masing-masing aplikasi agar dapat menerima perintah menghidupkan dan mematikan lampu melaui arduino ethernet shield serta melakukan pemantauan ruangan melalui IP Kamera, aplikasi yang saya gunakan ini sudah tersedia di dalam google play, untuk mendapatkan kita dapat
46 mendownload di google play tersebut. Untuk lebih jelasnya berikut tampilan aplikasinya. 1. Hidupkan Wifi di smartphone. 2. Instal Aplikasi Arduino Remote & YY2P IP Kamera. 3. Buka aplikasi yang telah di instal pada smartphone. 4. Masukan masing-masing IP addres ke dalam masing- masing aplikasi. 5. Tekan Start atau connect. Gambar 3.11 Tampilan Aplikasi pada Smartphone