bab iii perancangan sistem -...

12

BAB III

PERANCANGAN SISTEM

Pada bab ini penulis akan menjelaskan mengenai perancangan dan realisasi

purwarupa sistem. Bahasan perancangan dimulai dengan penjelasan alat secara

keseluruhan yaitu penjelasan singkat bagaimana alat bekerja.

Pembahasan selanjutnya mengenai penjelasan perancangan perangkat keras

meliputi sistem elektronik yaitu penjelasan perancangan mikrokontroler pada sistem yang

akan dibuat serta komponen lain yang terhubung dengan mikrokontroler dan maket rumah

sebagai sarana simulasi sistem.

Kemudian pembahasan diakhiri dengan penjelasan dari perancangan perangkat

lunak. Perangkat lunak terdiri dari program pada mikrokontroler untuk mengolah data

yang berasal dari ThingSpeak, serta perancangan perangkat lunak pada smartphone

Android untuk komunikasi data dengan ThingSpeak.

3.1. Gambaran Alat

Sistem yang dirancang oleh penulis adalah alat untuk menghidupkan dan

memadamkan lampu serta membuka kunci pintu dengan cara menempelkan smartphone

Android pada NFC tag. Alat yang dirancang akan digunakan sebagai salah satu dari

komponen home automation pada rumah dan membutuhkan koneksi internet sebagai jalur

komunikasi pengiriman perintah.

Sistem yang dirancang terdiri dari tiga bagian, yaitu sistem elektronik, maket

rumah sebagai sarana simulasi sistem, dan algoritma komunikasi data pada Android.

Sistem elektronik terdiri dari komponen-komponen elektronik dan mikrokontroler

sebagai pengendali utama.

Pada maket rumah terdapat saklar yang digunakan sebagai metode alternatif

dalam menggantikan fungsi smartphone untuk menghidupkan atau memadamkan lampu

secara manual apabila terjadi ketiadaan atau gangguan pada akses internet. Kemudian,

dalam membuat dan mengembangkan algoritma komunikasi data penulis menggunakan

Tasker pada smartphone Android.

13

Gambar 3.1. Diagram Blok Keseluruhan Sistem.

Ketika alat dihidupkan, alat akan terhubung dengan jaringan WiFi yang sudah

ditentukan untuk memperoleh akses internet. Setelah itu, alat akan melakukan

komunikasi dengan ThingSpeak. Kemudian alat sudah siap untuk mengolah perintah

yang dikirimkan ke ThingSpeak. Perintah akan dikirimkan setiap kali smartphone

membaca NFC tag. Smartphone yang digunakan adalah smartphone Android yang

memiliki konektivitas NFC.

NFC tag diletakkan tersebar pada beberapa bagian rumah. Yang pertama adalah

di bagian luar dan dalam pintu, yaitu untuk membuka kunci pintu. Kemudian NFC tag

yang lain diletakkan pada ruangan dalam rumah untuk mengontrol lampu-lampu. Setiap

NFC tag memiliki ID masing-masing yang digunakan untuk memanggil algoritma yang

dirancang menggunakan Tasker pada smartphone Android. Kemudian smartphone

digunakan sebagai reader untuk membaca NFC tag yang terpasang di beberapa bagian

rumah tersebut, lalu mengirimkan data ke server melalui internet untuk berkomunikasi

dengan mikrokontroler. Mikrokontroler yang digunakan adalah Wemos.

Sebenarnya, Wemos dapat berlaku sebagai Access Point, sehingga dapat

terhubung langsung dengan smartphone. Tetapi dengan konfigurasi demikian, maka

Wemos hanya dapat dikontrol dalam jarak yang terbatas. Oleh karena itu, perancangan

ini menggunakan server ThingSpeak sebagai media penghubung antara smartphone

dengan Wemos dari jarak yang jauh sekalipun.

14

Wemos yang sudah dihubungkan ke internet akan mengambil nilai dari server

untuk menentukan perintah yang harus dijalankan, misalnya menghidupkan atau

memadamkan lampu atau membuka kunci pintu. Jika perintah tersebut sudah berhasil

dijalankan, Wemos akan mengirimkan informasi ke server tentang kondisi terbaru.

Kemudian smartphone akan melakukan proses cek kondisi terbaru ke server dan

ditampilkan dalam bentuk notifikasi pada layar smartphone.

3.2. Perancangan Perangkat Keras

Perangkat keras pada rancangan skripsi ini meliputi kelistrikan sistem dan

rancangan maket rumah. Rancangan maket rumah memiliki dimensi ukuran panjang 30

cm dan lebar 25 cm. Rancangan maket rumah ini digunakan untuk simulasi penggunaan

sistem alat. Rancangan maket ini ditunjang dengan perangkat elektronik yang digunakan

untuk penunjang perancangan. Adapun perangkat yang digunakan yaitu:

Mikrokontroler Wemos D1 Mini.

Power supply switching 12V dan buck converter.

Modul Relay dan XOR Gate.

Solenoid door lock, saklar SPST, lampu AC 220V, dan magnetic switch.

NFC tag.

Gambar 3.2. Diagram Blok Kelistrikan Sistem.

15

Gambar 3.3. Realisasi dari Kelistrikan Sistem.

Pada perancangan skripsi ini, power supply, buck converter, mikrokontroler, IC

74LS86, dan modul relay disusun menjadi satu dalam sebuah box. Kemudian lampu,

saklar, magnetic switch, dan solenoid door lock terdapat pada maket rumah.

Gambar 3.4. Denah Maket Rumah.

16

Gambar 3.5. Realisasi dari Maket Rumah.

Keterangan gambar : Ukuran maket rumah :

1. Lampu halaman.

2. Lampu ruang tamu. Panjang = 30 cm

3. Lampu kamar. Lebar = 25 cm

4. Lampu tidur.

5. Solenoid door lock.

6. Magnetic switch.

7. Saklar lampu.

3.3. Perancangan Elektronika

Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan elektronika yang dipakai

dalam sistem yang akan dibuat. Perancangan elektronika dalam pembuatan tugas akhir

ini terdiri dari bagian utama sebagai berikut:

17

Mikrokontroler Wemos D1 Mini.

Modul Relay dan XOR Gate.

Solenoid door lock, saklar SPST, lampu AC 220V, dan magnetic switch.

3.3.1 Pengendali Utama

Pengendali Utama untuk sistem alat menggunakan Wemos D1 Mini yang

merupakan mikrokontroler dengan konektivitas WiFi berbasis ESP8266EX.

Sebagai pengendali utama pada sistem alat, tugas dari mikrokontroler antara lain:

Melakukan komunikasi dengan ThingSpeak melalui internet yang

diperoleh dari jaringan WiFi.

Menerima data dari ThingSpeak berupa array alamat dan data.

Menentukan alamat perangkat dan membandingkan dengan yang

diterima dari ThingSpeak.

Mengolah data yang diperoleh dari ThingSpeak untuk meneruskan

perintah ke lampu tujuan.

Menerima data balikan dari lampu untuk mengetahui kondisi lampu.

Mengirimkan data balikan ke ThingSpeak dalam bentuk array alamat

dan data terbaru setiap kali kondisi lampu berganti.

Membandingkan kondisi magnetic switch ketika sedang terpisah atau

tergabung.

Tabel 3.1. Konfigurasi Pin Wemos D1 Mini.

No Nama Pin Fungsi

1 D4 Output ke lampu 1




5 D8 Output ke kunci pintu

6 D0 Input dari lampu 1




10 A0 Input dari magnetic switch

18

3.3.2 Konfigurasi Modul Relay, Saklar, 74LS86 dan Mikrokontroler

Untuk dapat menghidupkan atau memadamkan lampu serta kunci pintu,

digunakan modul relay yang menjadi penghubung antara sumber listrik tegangan

tinggi ke beban yang dikendalikan oleh tegangan listrik yang kecil dari

mikrokontroler.

Kemudian, IC 74LS86 yang merupakan gerbang XOR digunakan agar

lampu dapat dikendalikan bersamaan melalui saklar maupun smartphone ketika

membaca NFC tag. Tujuan tersebut dapat diperoleh dengan cara menghubungkan

mikrokontroler dan saklar sebagai input pada gerbang XOR dan kemudian output

gerbang XOR dihubungkan ke modul relay.

Gambar 3.6. Konfigurasi Mikrokontroler, 74LS86, dan Modul Relay.

Saklar yang menjadi salah satu input pada gerbang XOR berfungsi untuk

meneruskan tegangan 3,3V yang diperoleh dari pin 3,3V pada mikrokontroler

sehingga gerbang XOR mendapat logika HIGH ketika saklar dalam kondisi

terhubung. Apabila saklar dalam kondisi terputus maka gerbang XOR mendapat

logika LOW karena adanya resistor pull-down yang terhubung dengan ground.

19

Gambar 3.7. Konfigurasi Mikrokontroler, 74LS86, dan Saklar.

3.3.3 Konfigurasi Feedback

Konfigurasi feedback berfungsi untuk memberitahu mikrokontroler

tentang kondisi lampu dengan cara menghubungkan output dari 74LS86 sebagai

input pada mikrokontroler. Modul relay merupakan active low, yang berarti modul

relay akan aktif ketika mendapat logika LOW. Apabila mikrokontroler mendapat

logika LOW pada konfigurasi feedback, maka mengindikasikan bahwa lampu

sedang dalam kondisi hidup karena relay aktif dan begitu pula sebaliknya.

Gambar 3.8. Konfigurasi Feedback 74LS86 dan Mikrokontroler.

20

3.3.4 Konfigurasi Lampu dan Solenoid Door Lock

Lampu yang dikendalikan pada skripsi ini adalah lampu AC 220V

sehingga menggunakan sumber listrik PLN untuk menghidupkan lampu. Fasa

sumber listrik PLN dihubungkan ke pin COM pada relay, kemudian lampu

dihubungkan ke pin normally open pada relay. Sisi ground pada lampu dijadikan

satu dan kemudian dihubungkan ke ground sumber listrik PLN. Lampu akan

hidup ketika relay aktif dan begitu pula sebaliknya.

Gambar 3.9. Konfigurasi Lampu.

Kemudian untuk menghidupkan solenoid door lock diperlukan tegangan

DC 12V yang diperoleh dari power supply switching. Kutub positif 12V dari

power supply dihubungkan ke pin COM pada relay, kemudian kabel positif

solenoid door lock dihubungkan ke pin normally open pada relay. Kutub negatif

dari power supply dihubungkan ke kabel negatif solenoid door lock. Solenoid door

lock akan menarik lidah kunci ketika relay aktif dan begitu pula sebaliknya.

Gambar 3.10. Konfigurasi Solenoid Door Lock.

21

3.3.5 Konfigurasi Magnetic Switch

Perbedaan konfigurasi magnetic switch dan konfigurasi saklar pada skripsi

ini adalah koneksi langsung antara magnetic switch ke mikrokontroler dan tidak

ke 74LS86. Apabila kedua kutub berdekatan, maka mikrokontroler mendapat

logika HIGH, dan sebaliknya jika kedua kutub terpisah maka mikrokontroler

mendapat logika LOW karena adanya resistor pull-down yang terhubung ke

ground.

Gambar 3.11. Konfigurasi Magnetic Switch.

3.4. Perancangan Perangkat Lunak

Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan perangkat lunak yang

digunakan untuk membuat skripsi ini. Perancangan perangkat lunak pada skripsi ini

dibagi menjadi dua bagian utama yaitu perangkat lunak pada mikrokontroler dan

perangkat lunak pada smartphone Android yang dibuat menggunakan Tasker.

3.4.1 Program Mikrokontroler Wemos D1 Mini

Mikrokontroler Wemos D1 Mini diprogram agar bekerja sebagai

pengendali sistem yang berfungsi melakukan komunikasi dengan server

ThingSpeak untuk membaca data dan melakukan perintah yang kemudian akan

mengirim kembali data terbaru ke ThingSpeak.

Program dimulai dengan inisialisasi variabel-variabel termasuk alamat

perangkat lalu melakukan koneksi dengan jaringan WiFi. Kemudian

22

mikrokontroler akan melakukan koneksi terhadap ThingSpeak untuk membaca

data lalu menunggu hingga terjadi perubahan data yang dilakukan oleh pengguna.

Ketika terjadi perubahan data, mikrokontroler akan mengambil data terbaru dan

meneruskan perintah ke relay yang dituju sesuai data yang diterima. Setelah itu

mikrokontroler akan mengisi variabel status dengan nilai terbaru dan

mengirimkan status tersebut ke ThingSpeak yang akan dimanfaatkan oleh

pengguna untuk mengetahui kondisi terbaru melalui smartphone.

Berikut adalah diagram alir program pada mikrokontroler:

Gambar 3.12. Diagram Alir Program pada Mikrokontroler Wemos D1 Mini.

23

3.4.2 Program Smartphone Android Menggunakan Tasker

Yang dimaksud dengan program pada smartphone di sini adalah

kumpulan task dan action yang dibuat menggunakan Tasker untuk dilakukan oleh

smartphone. Perancangan dimulai dengan membuat task untuk setiap aktivitas

yang dapat dilakukan misalnya untuk menghidupkan lampu halaman, lampu tidur,

dan seterusnya. Kemudian di dalam task tersebut dibuat serangkaian action yang

akan terlaksana apabila task dijalankan. Action tersebut akan membuat

smartphone melakukan hal-hal sesuai urutan yang telah dirancang seperti sebuah

alur program.

Secara garis besar, pada skripsi ini program yang dirancang dengan Tasker

adalah untuk melakukan komunikasi dengan server yaitu mengirimkan nilai data

dan membaca nilai data yang terdapat pada ThingSpeak untuk melakukan

aktivitas menghidupkan atau memadamkan lampu dan membuka kunci pintu serta

mengetahui kondisi lampu yang akan ditampilkan pada layar smartphone.

Gambar 3.13. Tampilan Task yang dibuat pada Tasker.

24

Dapat dilihat pada Gambar 3.13 bahwa penulis juga membuat task yang

diberi nama wait interval yaitu untuk mengantisipasi penolakan data akibat waktu

tunda 15 detik yang merupakan batasan oleh free-account ThingSpeak dan

kemudian diakhiri dengan task yang diberi nama set timestamp untuk mencatat

waktu ke variabel yang akan dijadikan sebagai acuan interval berikutnya. Kedua

task ini digunakan pada setiap task aktivitas pengendalian lampu dan kunci pintu.

Dapat dilihat salah satu contoh pada gambar di bawah ini yang merupakan isi dari

task pengendalian lampu halaman.

Gambar 3.14. Tampilan Task Lampu Halaman yang dibuat pada Tasker.

25

Setelah melakukan wait interval, kemudian dilanjutkan dengan melakukan

flash berupa teks ke layar smartphone. Hal ini dilakukan sebagai indikator agar

pengguna mengetahui bahwa task lampu halaman berhasil dan sedang dijalankan.

Selanjutnya adalah action untuk melakukan pengiriman nilai data ke server.

Berikut adalah diagram alir program yang dibuat pada Tasker:

Gambar 3.15. Diagram Alir Pengiriman Data pada Tasker.

3.4.3 Sistem Pengaksesan Alamat Alat Melalui Smartphone

Untuk dapat mengakses alamat alat tertentu sesuai alamat alat masing-

masing yang telah ditentukan pada program mikrokontroler, maka pada Tasker

dibuat variabel alamat yang diisi sesuai alamat alat yang ingin dituju. Kemudian

dibuat juga sebuah action untuk menggabungkan variabel alamat tersebut dengan

nilai data yang akan dikirim setiap kali smartphone membaca tag, di mana pada

hal ini penulis menggunakan action array set untuk menggabungkan variabel

tersebut menjadi sebuah array.

26

Gambar 3.16. Tampilan Variabel pada Tasker.

Gambar 3.17. Tampilan Action Array Set pada Tasker.

Dapat dilihat pada Gambar 3.16 untuk nilai variabel alamat dengan nama

%AddressW1 yang merupakan alamat dari Wemos. Lalu pada Gambar 3.17

adalah action array set yang menggabungkan nilai dari variabel alamat tersebut

dengan nilai dari tiap-tiap relay menjadi sebuah array dengan nama %Datavalue

yang kemudian akan dikirim ke server. Dengan cara ini dapat dilakukan

pengaksesan alamat alat dengan mengubah isi nilai variabel %AddressW1 dengan

nilai alamat alat dan juga dengan membuat variabel alamat baru jika dilakukan

penambahan alat.

27

3.4.4 Sistem Pengecekan Kondisi Melalui Smartphone

Sistem ini dirancang agar pengguna dapat melakukan pengecekan

terhadap kondisi terbaru. Hal ini dapat diperoleh dengan melakukan HTTP Get ke

ThingSpeak untuk mendapatkan nilai terbaru yang telah dikirim oleh

mikrokontroler ke ThingSpeak. Penulis menggunakan action HTTP Get pada

Tasker untuk melakukan hal tersebut. Kemudian nilai yang sudah diperoleh dari

ThingSpeak tersebut disimpan ke dalam sebuah file berformat .txt pada

smartphone. Penulis memberi nama file tersebut dengan nama status.txt.

Gambar 3.18. Tampilan Aplikasi File Manager pada Smartphone.

Gambar 3.19. Tampilan Isi File status.txt.

28

Setelah melakukan HTTP Get terhadap ThingSpeak dan file sudah

terbentuk, maka dilakukan pembacaan isi dari file status.txt tersebut dan dapat

dilihat isi file pada gambar di atas. Angka 1 pada digit pertama mewakili kondisi

lampu pertama, dan begitu seterusnya hingga angka 1 pada digit terakhir yang

merupakan kondisi dari kunci pintu. Namun bentuk data masih tergabung menjadi

satu dalam file sehingga perlu untuk dipisahkan.

Lalu pada Tasker dilakukan pemisahan untuk nilai kondisi terhadap teks

“Status Output” pada isi file dengan menggunakan action variabel split. Dengan

hal ini, diperoleh nilai kondisi tanpa teks dan kemudian dipisahkan lagi untuk tiap-

tiap lampu dan kunci pintu menggunakan action variable section yang disimpan

menjadi masing-masing variabel kondisi atau status untuk ditampilkan ke layar

smartphone pada tahap selanjutnya.

Gambar 3.20. Tampilan Action HTTP Get dan Pemisahan Kondisi pada Tasker.

Kemudian untuk menampilkan notifikasi ke layar smartphone, hasil

pemisahan data yang sudah dilakukan pada tahap sebelumnya diisikan ke dalam

sebuah action Popup pada Tasker yang merupakan sebuah action yang

menampilkan scene atau antarmuka pengguna. Dapat dilihat pada Gambar 3.21

yang merupakan tampilan action Popup.

29

Gambar 3.21. Tampilan Action Popup pada Tasker.

Setelah mengisi action Popup dan kemudian task notifikasi dijalankan

maka akan menampilkan hasil seperti pada Gambar 3.22 yang merupakan

tampilan status atau kondisi tiap-tiap lampu dan kunci pintu.

Gambar 3.22. Tampilan Kondisi pada Layar Smartphone.

30

3.4.5 Mode Tidur dan Mode Pergi

Mode tidur dan mode pergi dibuat untuk memudahkan pengguna, di mana

ketika smartphone membaca NFC tag yang berisi fungsi mode tidur maka semua

lampu akan padam kecuali lampu halaman dan lampu tidur akan hidup dalam

sekali langkah. Kemudian untuk mode pergi, ketika smartphone membaca tag

yang berisi fungsi mode pergi maka kunci pintu akan terbuka dan semua lampu

akan padam sekaligus. Dengan mode tidur ini maka pengguna tidak perlu beranjak

dari tempat tidur untuk memadamkan tiap-tiap lampu lalu menghidupkan lampu

tidur secara manual dan dengan mode pergi pengguna tidak perlu memadamkan

tiap-tiap lampu dan membuka kunci pintu ketika ingin beranjak pergi

meninggalkan rumah karena dapat dilakukan dalam satu kali langkah.

Ketika smartphone membaca tag mode tidur atau mode pergi yang terjadi

adalah smartphone melakukan action HTTP get untuk memperoleh nilai kondisi

terakhir pada ThingSpeak. Dapat dilihat pada Gambar 3.23 dan Gambar 3.24,

pada action nomor 3 bahwa mode tidur dan mode pergi melakukan fungsi Get

from Thingpeak Kondisi setelah menunggu waktu interval seperti pada task lain

nya. Fungsi tersebut adalah sama dengan fungsi yang digunakan pada sistem

pengecekan kondisi. Dapat disebutkan bahwa untuk melakukan mode tidur dan

mode pergi terjadi pengambilan nilai kondisi terlebih dahulu. Kemudian pada

action nomor 4, nilai kondisi yang telah diperoleh dari action sebelumnya

diproses untuk menentukan nilai data yang akan dikirim kembali ke ThingSpeak.

Gambar 3.23. Tampilan Task mode tidur yang dibuat pada Tasker.

31

Gambar 3.24. Tampilan Task mode pergi yang dibuat pada Tasker.

bab iii perancangan sistem -...

Documents