BAB III PERANCANGAN SISTEM Pada bab ini akan dibahas mengenai perancangan dan realisasi perangkat keras dan perangkat lunak dari sistem yang dibuat. Perancangan perangkat keras menjelaskan hubungan antar modul. Sedangkan perancangan perangkat lunak menjelaskan program utama yang berfungsi sebagai pengendali sistem secara keseluruhan. Perancangan perangkat lunak disajikan melalui diagram alir. 3.1 Deskripsi Sistem Perancangan alat dalam skripsi ini terdiri dari tiga bagian yaitu, sensor yang berfungsi mendeteksi adanya pelanggaran yaitu asap dari rokok yang dinyalakan. Kemudian mikrokontroler dan juga modul Wi-Fi yang berfungsi mengolah data input serta mengirimkan melalui internet melalui jaringan nirkabel. Terakhir bagian penerima yang berfungsi sebagai penerima data yang dikirim oleh bagian mikrokontroler melalui device user yang telah ditentukan. 1. Sensor Pada perancangan tugas akhir ini digunakan sensor yang digunakan untuk mengecek adanya asap rokok. Sensor diletakan di bagian terluar dari rangkaian sistem untuk memudahkan dilewati oleh asap dari rokok. 2. Mikrokontroler Pada perancangan tugas akhir ini digunakan mikrontroler berupa Arduino Mega 2560 dengan chip ATmega2560 jenis AVR untuk menerima output dari sensor asap. Kemudian setelah adanya perubahan nilai dari sensor yang bernilai 1 saat tidak mendeteksi asap, kemudian berubah menjadi 0 saat mendeteksi adanya asap. Mikrokontroler mengirim sinyal kepada perangkat kedua untuk melakukan proses yang sama dengan perangkat pertama yaitu mengambil gambar melalui modul 15
serial kamera VC0706. Setelah itu gambar hasil capture tersebut di tulis kedalam modul SD Card dengan ekstensi file.jpeg. Esp8266 sebagai modul wifi kemudian digunakan untuk login ke jaringan Wi-Fi yang tersedia kemudian mengirimkan gambar yang tersimpan pada SD Card ke device user yang telah ditentukan sebelumnya yaitu melalui e-mail. 3. Device User Pada perancangan tugas akhir ini device user yang digunakan dapat berupa perangkat komputer maupun smartphone yang dapat menggunakan fitur penerima e-mail yang di kirimkan melalui mikrokontroler. Deskripsi sistem dapat dilihat pada diagram blok yang ditunjukkan pada Gambar 3.1. 16
Gambar 3.1. Diagram blok sistem secara keseluruhan. Bagian-bagian dari diagram blok sistem yang ditunjukkan pada Gambar 3.1. dijelaskan sebagai berikut : a. Sistem pengontrol proses dengan menggunakan mikrokontroler Mikrokontroler digunakan sebagai pengendali utama untuk mengetahui masukan dari sensor asap dan gas MQ-2. Setelah adanya perubahan output dari sensor mikrokontroler mengirimkan sinyal kepada HC-05 untuk mengaktifkan perangkat kedua, untuk melakukan perintah yang sama dengan perangkat pertama. Kemudian, mikrokontroler akan memberikan perintah ke serial kamera untuk mengambil gambar/foto lalu menyimpannya kedalam SD card. b. Sensor asap MQ-2 Pada dasarnya prinsip kerja dari sensor asap dan gas MQ-2 adalah mendeteksi keberadaan gas - gas yang dianggap mewakili kandungan dari asap rokok, yaitu gas Hydrogen, Methane, dan, karbon monoksida (CO). Jika sensor tersebut mendeteksi keberadaan gas - gas tersebut di udara dengan tingkat konsentrasi tertentu, maka sensor akan menganggap terdapat asap rokok di udara. Ketika sensor mendeteksi keberadaan gas- 17
gas tersebut maka resistansi elektrik sensor akan turun yang menyebakan tegangan yang dihasilkan oleh output sensor akan semakin besar. Karena pada pembuatan skripsi tidak mengukur tingkat konsentrasi gas di udara maka output yang diambil pada sensor MQ-2 langsung pada pin DOUT, yaitu pin yang mengeluarkan sinyal output TTL. c. Modul Bluetooth HC-05 HC-05 ini dipergunakan sebagai komunikasi serial antar mikrokontroler pertama dengan mikrokontroler kedua. Modul Bluetooth HC-05 sendiri mengkonversi komunikasi serial level TTL (UART) kedalam bentuk komunikasi wireless yaitu Bluetooth. Pada skripsi ini modul Bluetooth ini difungsikan pada mikrokontroler pertama sebagai master sedangkan pada mikrokontroler kedua sebagai slave. d. Serial kamera dan SD card Kamera digunakan untuk mengambil gambar sesaat setelah sensor mendeteksi adanya asap rokok. Kemudian mengirimkan gambar tersebut kepada device user. Kamera yang akan digunakan adalah VC0607 Camera Module. Selain itu juga ditambahkan modul SD Card untuk menyimpan hasil dari tangkapan serial kamera. Komunikasi dari mikrokontroler dengan SD Card menggunakan SPI. e. ESP8266 dan Device User ESP8266 adalah sebuah modul yang telah dilengkapi dengan stack protokol yang telah terintegrasi dengan TCP/IP. Karena itu dengan menggunakan modul ESP8266 sebuah mikrokontroler dapat mengakses ke segala jaringan wireless/wi-fi Network yang tersedia. Device user yang digunakan untuk menerima pesan adalah Personal Computer(PC) maupun smartphone. Layanan yang digunakan sebagai penerima pesan adalah layanan yang disediakan oleh Google yaitu Gmail. 18
3.1.1 Cara Kerja Sistem Gambaran cara kerja dari sistem ini terdiri dari tiga bagian yaitu sensor yang berfungsi mendeteksi adanya pelanggaran yaitu asap dari rokok yang dinyalakan. Kemudian mikrokontroler dan juga modul Wi-Fi yang berfungsi mengolah data input dan mengirimkan melalui jaringan nirkabel. Kamera serial yang berguna untuk mengambil gambar pada lokasi terpasangnya alat. Terakhir bagian penerima yang berfungsi sebagai penerima data yang dikirim oleh bagian mikrokontroler melalui device user yang telah ditentukan. Pertama pada bagian sensor sendiri akan dibuat dengan menggunakan sensor asap dan gas MQ-2. Sensor MQ-2 ini adalah sensor yang berfungsi untuk mendeteksi adanya kadungan Hydrogen, karbon monoksida (CO), dan Ethanol yang muncul dari rokok yang dibakar. Ketika sensor mendeteksi keberadaan gas - gas tersebut maka resistansi elektrik sensor akan turun kemudian akan keluar tegangan pada output sensor. Setelah adanya perubahan output dari sensor mikrokontroler mengirimkan sinyal kepada HC-05 untuk mengaktifkan perangkat kedua, untuk melakukan perintah yang sama dengan perangkat pertama. Kemudian perintah yang dilakukan oleh kedua mikrokontroler adalah perintah yang sama yaitu, mikrokontroler pertama dan kedua akan mengambil gambar/foto dari kamera serial yang telah dipasang. Setelah itu mikrokontroler tersebut akan mengolah data yang telah didapat serta mengirimkan data itu melalui internet yang dikoneksikan dari modul ESP8266 kepada device user. Pengiriman data yang dikirimkan dari mikrokontroler adalah sebuah pesan yang berisi tentang pesan adanya pelanggaran beserta gambar/foto dan juga lokasi di mana terjadinya pelanggaran, atau lokasi dimana sensor di tempatkan mendeteksi adanya asap rokok. Pesan akan diterima melalui e-mail yang hanya dapat dibuka oleh device user yang berwenang. 3.2 Perancangan Perangkat Keras Perancangan perangkat keras terdiri dari beberapa modul. Pada bagian ini akan dibahas mengenai fungsi dari tiap modul, serta koneksinya dengan rangkaian yang lain. Dilihat dari koneksi antar blok pada diagram blok perangkat keras yang 19
telah ditunjukkan pada Gambar 3.1. maka dapat dibagi beberapa modul yang akan dibahas, yaitu modul mikrokontroler, modul sensor, modul Bluetooth HC-05, modul serial kamera dan SD card, dan modul ESP8266. 3.2.1 Modul Mikrokontroler Pada awal perancangan, digunakan Arduino UNO dengan mikrokontroler ATMega 328P. Namun, pada realisasi digunakan Arduino Mega 2560 mikrokontroler AT mega2560. Karena keterbatasan memori yang hanya memiliki SRAM sebesar 2KB pada bootloader Arduino UNO sehingga digantikan dengan menggunakan Arduino Mega 2560 yang memiliki SRAM sebesar 8KB pada bootloader-nya. Sehingga sudah cukup untuk menampung semua perintah perintah yang dberikan. Modul mikrokontroler ini sendiri berfungsi untuk menterjemahkan perintah dari masukan dan akan diteruskan untuk menjalankan sistem. Untuk konfigurasi pin mikrokontroler yang digunakan ditunjukkan pada Tabel 3.1. dibawah : Tabel 3.1. Konfigurasi pin mikrokontroler ATmega 2560 Pin Keterangan 1 Pin TX pada ESP8266 2 Pin RX pada ESP8266 4 Pin DOUT pada sensor MQ-2 69 Pin TX pada VC0706 3 Pin RX pada VC0706 68 Pin TX pada HC-05 5 Pin RX pada HC-05 50 MISO pada pin SPI 51 MOSI pada pin SPI 52 SCK pada pin SPI 53 SS/Chip Select pada pin SPI 20
3.2.2 Modul Sensor MQ-2 Penggunaan modul sensor MQ-2 ini memanfaatkan resistansi elektrik yaitu ketika sensor mendeteksi keberadaan gas- gas tersebut maka resistansi elektrik sensor akan turun yang menyebakan tegangan yang dihasilkan oleh output sensor akan semakin besar. Pada sensor MQ-2 ini memiliki 4 buah pinout yaitu VCC (5V), GND, DOUT output sinyal TTL,dan AOUT output sinyal Analog. Pada skripsi ini digunakan pin DOUT yaitu pin yang langsung mengeluarkan output high(5v), saat sensor mendeteksi adanya asap maka logika yang semula bernilai 1 akan berubah menjadi 0. Dan output pada pin DOUT akan langsung memberikan nilai 5V. Selain itu juga sensitivitas dari sensor MQ-2 dapat diatur dengan mengkalibrasi trimpot yang telah disediakan oleh modul itu sendiri. Gambar 3.2. Untai sensor MQ-2. 21
3.2.3 Modul Bluetooth HC-05 Pada awal perancangan, belum diperkirakan tentang penggunaan modul bluetooth ini. Tetapi dikarenakan tidak memungkinkannya ESP8266 untuk komunikasi antar mikrokontroler maka ditambahkanlah modul ini. Maka modul bluetooth inilah yang dimanfaatkan untuk berkomunikasi antar mikrokontroler. Modul bluetooth HC-05 merupakan modul bluetooth yang bisa menjadi slave ataupun master hal ini dibuktikan dengan bisa memberikan notifikasi untuk melakukan pairing keperangkat pertama, maupun perangkat kedua tersebut yang melakukan pairing ke masing masing modul bluetooth CH-05. Untuk mengeset perangkat modul bluetooth dibutuhkan perintah-perintah AT Command yang mana perintah AT Command tersebut akan di respon oleh perangkat modul bluetooth jika modul tersebut tidak dalam keadaan terkoneksi dengan perangkat lain. Berikut ini adalah Gambar 3.3. [14] modul HC-05 beserta keterangan pinout-nya: Gambar 3.3. Untai modul Bluetooth HC-05 dengan Arduino Mega 2560 Keterangan pinout di atas adalah sebagai berikut : EN fungsinya untuk mengaktifkan mode AT Command Setup pada modul HC-05. Jika pin ini ditekan sambil ditahan sebelum memberikan tegangan ke modul HC-05, maka modul akan mengaktifkan mode AT Command Setup. Secara default, modul HC-05 aktif dalam mode Data. 22
Vcc adalah pin yang berfungsi sebagai input tegangan 5V. GND adalah pin yang berfungsi sebagai ground. TX adalah pin yang berfungsi untuk mengirimkan data dari modul ke perangkat lain (mikrokontroler). Tegangan sinyal pada pin ini adalah 3.3V sehingga dapat langsung dihubungkan dengan pin RX pada arduino karena tegangan sinyal 3.3V dianggap sebagai sinyal bernilai high pada arduino. RX adalah pin yang berfungsi untuk menerima data yang dikirim ke modul HC-05. Tegangan sinyal pada pin sama dengan tegangan sinyal pada pin TX, yaitu 3.3V. Untuk keamanan, sebaiknya gunakan pembagi tegangan jika menghubungkan pin ini dengan arduino yang bekerja pada tegangan 5V. STATUS adalah pin yang berfungsi untuk memberikan informasi apakah modul terhubung atau tidak dengan perangkat lain. 3.2.4 Modul Serial Kamera Penggunaan serial kamera pada skripsi ini untuk pengambilan gambar setelah sensor mendeteksi adanya asap. Penggunaan serial kamera sendiri menggunakan serial TTL untuk komunikasi pengambilan gambar serta penyimpanan datanya. Hasil dari pengambilan gambar pun memiliki resolusi optikal VGA (640 480) px, dan format ekstensi nya adalah.jpeg. Berikut adalah gambar beserta keterangan dari serial kamera VC0706 yang tertera pada Gambar 3.4. [11] dibawah : 23
Gambar 3.4. Serial kamera VC0706 3.2.5 SD Card Module Sedangkan untuk penggunaan dari SD card modul adalah untuk media penyimpanan dari hasil tangkapan gambar serial kamera. Komunikasi antarmuka dari board arduino dengan modul SD card menggunakan komunikasi SPI, oleh karena itu fungsi dari pin digital MISO, MOSI, dan SCK, tidak dapat diganti dengan pin digital lainnya. Sedangkan untuk pin yang terhubung dengan Slave/Chip Select module SD card bebas dapat menggunakan pin lainnya. Untuk lebih jelas untai dari pengkabelan SD card dengan arduino dapat dilihat pada Gambar 3.5. [12] yang tersedia dibawah ini: 24
Gambar 3.5. Untai dari SD Card Module 3.2.6 ESP8266 ESP8266 adalah wi-fi modul dengan output serial TTL yang dilengkapi dengan GPIO ini dapat dipergunakan secara standalone maupun dengan mikrokontroler tambahan untuk kendalinya. Pada pengerjaan skripsi ini ESP8266 tidak digunakan secara standalone, tetapi digunakan untuk menghubungkan arduino dengan jaringan wireless yang tersedia. Tujuannya untuk pengiriman data yang berupa gambar/foto dikirimkan melalui e-mail yang sudah ditentukan. Untuk pengkabelan antara ESP8266 dengan arduino dapat dilihat pada Gambar 3.6. [3] ESP8266 dapat dikondisikan sebagai client atau access point, pengkondisian ESP8266 pada pengerjaan ini adalah sebagai client dan di program menggunakan AT Command. Berikut instruksi penggunan dari AT Command yang digunakan untuk menyambung ke koneksi wireless dan juga pengiriman datanya. Instruksi AT Command ditunjukkan pada Tabel 3.2. [3] dibawah ini : 25
Gambar 3.6. Untai dari ESP8266 dengan Arduino Mega 2560 26
Tabel 3.2. Instruksi set AT Command 27
3.2.7 Device User Kemudian yang terakhir adalah device user, di mana device user ini adalah bagian penerima dari pengiriman oleh mikrokontroler pertama dan mikrokontroler kedua. Data yang dikirim dari mikrokontroler tersebut berupa e-mail yang dikirimkan melalui sebuah jalur layanan server yaitu SMTP. SMTP sendiri adalah jalur pengiriman e-mail secara otomatis dan juga terverifikasi sehingga dapat diterima oleh penerima e-mail. Sehingga pada pembuatan skripsi ini memanfaatkan sebuah layanan server tersendiri yaitu SMTP2GO. SMTP2GO adalah sebuah layanan server gratis dan terbatas yang dipakai pada skripsi ini untuk mengirimkan pesan berupa e-mail yang berisi attachment gambar dan juga pesan tepat sesaat setelah sensor mendeteksi adanya asap. Berikut dibawah ini Gambar 3.7. menunjukkan layanan server SMTP2GO yang digunakan untuk pengiriman. Gambar 3.7. Pengiriman e-mail dengan layanan SMTP2GO Sedangkan untuk penerima e-mail telah ditentukan alamatnya dan juga dapat diterima melalui Personal Computer(PC) maupun smartphone. Layanan yang digunakan sebagai penerima pesan adalah layanan yang disediakan oleh Google yaitu Gmail. Berikut dibawah ini Gambar 3.8. menunjukkan e-mail dari akun google yang ditentukan yang berisi attachment foto/gambar yang diambil tepat sesaat setelah sensor mendeteksi adanya asap. 28
Gambar 3.8. Kotak pesan dari layanan Gmail 3.3 Perancangan Perangkat Lunak Perangkat lunak digunakan untuk mengendalikan seluruh operasi sistem. Perangkat lunak ditulis dan di-compile menggunakan Arduino IDE 1.6.5 yang kemudian di tanamkan ke mikrokontroler. Pada bagian ini akan dibahas garis besar program sistem yang direpresentasikan melalui diagram alir. 3.3.1 Diagram Alir Program Utama Sesaat setelah mendeteksi adanya asap maka mikrokontroler akan segera bekerja mulai dari pengambilan gambar sampai dengan pengiriman. Dalam prosesnya masing masing mikrokontroler membutuhkan waktu sekitar 4 menit sampai dengan device user menerima pesan. Untuk menunjukkan alur dari program yang dibuat terdapat acuan diagram alir program utama yang ditunjukkan pada Gambar 3.9. dan Gambar 3.10. dibawah : Berikut adalah proses kerja dari masing masing mikrokontroler dapat dijelaskan sebagai berkut: 1. Pada saat awal sistem dihidupkan, semua sistem akan melakukan inisialisasi awal dan mikrokontroler pertama menunggu sampai adanya asap rokok sedangkan mikrokontroler kedua menunggu adanya komunikasi dari mikrokontroler pertama. 29
2. Setelah sensor mendeteksi adanya asap rokok maka output dari sensor langsung memberikan tegangan maksimal kemudian memicu mikrokontroler pertama. 3. Mikrokontroler pertama memberikan sinyal kepada mikrokontroler kedua sehingga mikrokontroler pertama dan kedua dapat melakukan proses tahapan selanjutnya. 4. Proses berikutnya adalah mikrokontroler pertama dan kedua masing masing mengambil gambar/foto melalui serial kamera yang sudah terpasang, dalam pengambilan gambar ini sendiri dibutuhkan waktu sekitar 1 menit sampai selesai. 5. Gambar/foto tersebut disimpan kedalam SD card modul untuk ditampung. 6. Kemudian ESP8266 akan melakukan inisialisasi dan koneksi ke dalam jaringan wireless yang tersedia untuk mengirimkan pesan yang berisi pesan dan gambar/foto yang akan di encode kemudian dikirimkan melalui SMTP2GO. 7. Pengiriman membutuhkan waktu sekitar 4 menit karena keterbatasan maksimal pengiriman dari ESP8266 yang hanya 2KB, sehingga pengiriman dilakukan secara berkala dalam bentuk cacah dari encode yang sudah dilakukan. 8. Device user menerima menerima pesan dalam bentuk e-mail dari layanan Gmail dan sistem akan kembali lagi ke proses awal untuk menunggu adanya asap. 30
Gambar 3.9. Diagram alir utama dari sistem perangkat I 31
Gambar 3.10. Diagram alir utama dari sistem perangkat II 32