15

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

16

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.

17

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-

18

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.

19

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

20

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

21

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.

22

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.

23

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 :

24

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:

25

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 :

26

Gambar 3.6. Untai dari ESP8266 dengan Arduino Mega 2560

27

Tabel 3.2. Instruksi set AT Command

28

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.

29

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.

30

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.

31

Gambar 3.9. Diagram alir utama dari sistem perangkat I

32

Gambar 3.10. Diagram alir utama dari sistem perangkat II