6
BAB II LANDASAN TEORI
2.1
Teori Sistem Pengaman Keamanan menjadi salah satu kebutuhan manusia dalam kehidupan sehari
– hari, salah satunya keamanan untuk rumah mereka yang ditinggal dalam keadaan kosong. Untuk itu, mereka memasang kunci rumah mulai dari yang manual sampai yang elektronik. Pengaman pintu secara manual yang hanya menggunakan kunci besi mempunyai banyak kelemahan. Salah satunya mudah dirusak, terkadang hanya dengan menggunakan sepotong kawat pencuri dapat membuka kunci. Untuk itu dibuat kunci yang menggunakan elektronik diantaranya : 1. Kunci menggunakan sistem Biometrik 2. Kunci menggunakan RFID 3. Kunci menggunakan password code
2.1.1 Kunci Pengaman Sistem Biometrik
Biometrik ( berasal dari bahasa Yunani bios yang artinya hidup dan metron yang artinya mengukur ) adalah studi tentang metode otomatis untuk mengenali manusia berdasarkan satu atau lebih bagian tubuh manusia atau kelakuan dari manusia itu sendiri yang memiliki keunikan.
Dalam dunia teknologi informasi, biometrik relevan dengan teknologi yang digunakan untuk menganalisa fisik dan kelakuan manusia untuk
7
autentifikasi. Contohnya dalam pengenalan fisik manusia yaitu dengan pengenalan sidik jari, retina, iris, pola dari wajah (facial patterns), tanda tangan dan cara mengetik (typing patterns). Dengan suara adalah kombinasi dari dua yaitu pengenalan fisik dan kelakuannya. Dalam pembuatan sistem ini diperlukan beberapapa antarmuka yang sangat rumit dan memerlukan biaya banyak.
2.1.2 Kunci Pengaman Sistem RFID Identifikasi frekuensi radio (RFID) adalah penggunaan objek (biasanya disebut sebagai sebuah tag RFID) yang digunakan atau dimasukkan ke dalam produk, binatang, atau orang untuk tujuan identifikasi dan pelacakan menggunakan gelombang radio. Beberapa tag dapat dibaca dari jarak beberapa meter tanpa terlihat oleh pembaca. Teknologi ini juga digunakan dalam kunci elektronik modern. Alat kunci yang menggunakan sistem RFID (Identifikasi frekuensi radio), bekerja ketika user menempelkan kartu pasif RFID.
2.1.3 Kunci Pengaman Sistem Password code Kunci elektronik yang menggunakan kode numerik untuk otentikasi, kode yang benar harus dimasukkan agar kunci untuk menonaktifkan. kunci tersebut biasanya menyediakan tombol, dan beberapa fitur respon untuk ditekan masingmasing. Kombinasi panjang kode biasanya antara 4 sampai 6 angka. Sebuah variasi pada desain ini melibatkan pengguna memasukkan password yang benar atau kata kunci. Dari ketiga sistem pengaman kunci yang paling simpel dan efektif serta murah adalah yang menggunakan password code.
8
2.2
Teori Dasar Adaptor Adaptor merupakan perangkat elektronika yang berfungsi mengubah
tegangan AC menjadi tegangan DC yang output tegangannya dapat disesuaikan dengan kebutuhan.
Secara umum adaptor mempunyai empat bagian utama, yaitu: 1. Transformator Daya 2. Penyearah (Rectifier) 3. Penyaring (Filter) 4. Regulator yang berfungsi sebagai penstabil tegangan.
Diagram blok catu daya diperlihatkan dalam gambar 2.1,
Gambar 2.1 Diagram blok catu daya 1.
Tranformator Tranformator atau yang sering disebut dengan trafo adalah komponen
elektronika yang berfungsi sebagai pengubah ( menaikan / menurunkan ) energi listrik dari rangkaian satu ke rangkaian lain dengan prinsip medan magnet tanpa merubah frekuensi.
9
2.
Penyearah (Rectifier) Rectifier merupakan bagian penyearah arus dari arus AC (bolak-balik)
menjadi arus DC (searah). Untuk membuat arus AC menjadi DC dibutuhkan penyearah yaitu dioda.
a.
Penyearah Gelombang Penuh type bridge
(a)
Panyearah type
jembatan
(b)Gelombang
(c)
Gelombang
input
output
Gambar. 2.2 Penyearah tipe jembatan Cara kerja rangkaian ini, pada saat siklus tegangan positif yaitu tegangan masukan pada titik A lebih positif dibandingkan titik B, maka arus mengalir melalui A – D4 – RL – D2 – B. Pada siklus tegangan negatif, tegangan pada titik B lebih positif dari titik A, maka arus mengalir melalui B – D3 – RL – D1 – A.
10
3.
Penyaring (filter) Penyaring yang digunakan pada rangkaian catu daya adalah kapasitor yang
berfungsi untuk memperkecil tegangan riak yang tidak dikehendaki. Prinsip kerja dari penyaring ini sesuai prinsip pengisian dan pengosongan muatan kapasitor. Rangkaian penyaring dapat dilihat pada gambar di bawah
Gambar 2.3.Penyearah sistem Jembatan dengan penyaring kapasitor
Gambar 2.4. Bentuk gelombang keluaran
11
2.3
Teori Dasar Buzzer Buzzer dalam hal ini dapat disebut dengan “bel listrik”. Buzzer yang kecil
didasarkan pada suatu alat penggetar yang terdiri atas bahan lempengan (disk) buzzer yang tipis (membran) dan lempengan logam tebal (piezzoelektrik). Bila kedua lempengan diberi tegangan maka elektron akan mengalir dari lempengan satu ke lempengan lain, demikian juga dengan proton. Keadaan ini menunjukkan bahwa gaya mekanik dan dimensi dapat diganti oleh muatan listrik. Bila buzzer diberi tegangan maka lempengan 1 dan lempengan 2 bermuatan listrik.
Dengan adanya muatan tersebut maka kedua lempengan
mengalami beda potensial. Adanya beda potensial menyebabkan lempengan 1 bergerak saling bersentuhan dengan lempengan 2 (bergetar). Diantara lempengan 1 dan lempengan 2 terdapat rongga udara, sehingga apabila terjadi proses bergetar akan menghasilkan bunyi dengan frekuensi tinggi. Proses bergetarnya lempengan 1 dan lempengan 2 terjadi sangat cepat sehingga jeda suara tidak bisa terdengar oleh telinga. Prinsip kerja buzzer secara umum adalah mengubah sinyal listrik menjadi sinyal suara yang dapat diterima oleh manusia. Pemasangan buzzer dalam tempatnya memerlukan panjang kolom tertentu untuk resonansi akustik untuk memberi keluaran maksimum.
Gambar 2.5. Buzzer dan penampang lempengan dalam
12
2.4
Teori Dasar LCD ( Liquid Crystal Display) LCD merupakan modul tampilan kristal cair matriks titik dengan
pengendali didalamnya. LCD display terdiri dari dua bagian, yang pertama merupakan panel LCD sebagai media penampil informasi dalam bentuk huruf/angka.
Gambar. 2.6. Tampilan depan LCD Bagian ke dua merupakan modul yang dibentuk dengan mikrokontroler yang ditempelkan dibalik pada panel LCD,berfungsi mengatur tampilan informasi serta berfungsi mengatur komunikasi LCD dengan mikrokontroler.
Gambar. 2.7. Tampilan Belakang Dengan demikian pemakaian LCD menjadi sederhana, sedangkan untuk berhubungan dengan mikrokontroler LCD sudah dilengkapi dengan 8 jalur data (DB0…DB7) yang dipakai untuk menyalurkan kode ASCII maupun perintah untuk mengatur LCD.
Gambar 2.8. Kaki LCD
13
selain itu dilengkapi pin control E, R/W dan RS seperti layaknya komponen yang kompatibel dengan mikrokontroler. RS singkatan dari Register Select, dipakai untuk membedakan jenis data yang dikirim ke LCD, kalau RS=0 data yang dikirim adalah perintah untuk mengatur kerja LCD, sebaliknya jika RS=1 data yang dikirim adalah kode ASCII yang ditampilkan.
2.5
Pengenalan Arduino Sebelum
memahami Arduino, terlebih dahulu kita harus memahami
terlebih dahulu apa yang dimaksud dengan physical computing. Physical computing adalah membuat sebuah sistem atau perangkat fisik dengan menggunakan software dan hardware yang sifatnya interaktif yaitu dapat menerima
rangsangan
computing
adalah
dari
sebuah
lingkungan konsep
dan
merespon balik. Physical
untuk memahami
hubungan
yang
manusiawi antara lingkungan yang sifat alaminya adalah analog dengan dunia digital. Pada prakteknya konsep ini diaplikasikan dalam desaindesain alat atau projek-projek yang menggunakan sensor dan microcontroller untuk menerjemahkan input analog ke dalam sistem software untuk mengontrol gerakan alat-alat elektro mekanik seperti lampu, motor dan sebagainya. Pembuatan prototype atau prototyping adalah kegiatan yang sangat penting di dalam proses physical computing karena pada tahap inilah seorang perancang melakukan eksperimen dan uji coba dari
berbagai jenis komponen, ukuran,
parameter, program komputer dan sebagainya berulang-ulang kali sampai diperoleh kombinasi yang paling tepat. Dalam hal ini perhitungan angka-angka dan rumus yang akurat bukanlah satu-satunya faktor yang menjadi kunci sukses di
14
dalam mendesain sebuah alat karena ada banyak faktor eksternal yang turut berperan, sehingga proses mencoba dan menemukan atau mengoreksi kesalahan perlu melibatkan hal-hal yang sifatnya non-eksakta. Prototyping adalah gabungan antara akurasi perhitungan dan seni. Proses prototyping bisa menjadi sebuah kegiatan yang menyenangkan atau menyebalkan, itu tergantung bagaimana kita melakukannya. Misalnya jika untuk mengganti sebuah komponen, merubah ukurannya atau merombak kerja sebuah prototype dibutuhkan usaha yang besar dan waktu yang lama, mungkin prototyping akan sangat melelahkan karena pekerjaan ini dapat dilakukan berulang-ulang sampai puluhan kali. Idealnya sebuah prototype adalah sebuah sistem yang fleksibel dimana perancang bisa dengan mudah dan cepat melakukan perubahan-perubahan dan mencobanya lagi sehingga tenaga dan waktu tidak menjadi kendala berarti. Dengan demikian harus ada sebuah alat pengembangan yang membuat proses prototyping menjadi mudah. Pada masa lalu hingga saat ini bekerja dengan hardware berarti membuat rangkaian menggunakan berbagai komponen elektronik seperti resistor, kapasitor, transistor dan sebagainya. Setiap komponen disambungkan secara fisik dengan kabel atau jalur tembaga yang disebut dengan istilah “hard wired” sehingga untuk merubah rangkaian maka sambungan-sambungan itu harus diputuskan dan disambung kembali. Dengan hadirnya teknologi digital dan microprocessor fungsi yang sebelumnya dilakukan dengan hired wired digantikan dengan programprogram software. Ini adalah sebuah revolusi di dalam proses prototyping. Software lebih mudah diubah dibandingkan hardware, dengan beberapa penekanan tombol kita dapat merubah logika alat secara radikal dan mencoba
15
versi ke-dua, ke-tiga dan seterusnya dengan cepat tanpa harus mengubah pengkabelan dari rangkaian. Arduino sendiri merujuk pada tiga buah tool yang dikemas menjadi satu kesatuan. Tiga buah tool tersebut ialah: 1.
Kontroler Arduino Board Kontroler Arduino hadir dengan berbagai macam pilihan dari yang kecil hingga yang besar. Tersedia pula skematik yang dapat digunakan untuk membuat sendiri kontroler Arduino tersebut bagi orang-orang yang memiliki pengalaman dan pengetahuan yang memadai.
2.
Bahasa pemrograman dan compiler Bahasa pemrograman dan compiler digunakan untuk menghasilkan kode untuk mikrokontroler yang berada pada kontroler. Bahasa pemrograman yang digunakan dekat dengan C++ sehingga tidak sama persis. Poin ini memiliki persamaan dengan Processing yang memang bertujuan untuk memudahkan pekerjaan desainer yang berkaitan dengan perangkat keras atau hardware dan interaksi fisik.
3.
IDE (Integrated Development Environment) IDE Arduino sama dengan IDE Processing yang dibuat dengan Java. Anda dapat langsung memasukkan kode atau bahasa pemrograman Arduino dan melakukan
kompilasi
atau
compiling
di
IDE
tersebut.
Tujuan adanya Arduino ialah untuk menyederhanakan kreasi dari aplikasi atau
obyek interaktif dengan mempermudah bahasa pemrograman yang
digunakan untuk
membuat
bertenaga namun dasar
instruksi dan yang
menyediakan kontroler
yang
dengan mudah dapat digunakan untuk
16
keperluan pemrograman umum dan tetap bisa digunakan untuk mendukung proyek yang lebih kompleks. Lalu, apa saja yang orang-orang hasilkan dengan menggunakan Arduino? Mereka membuat kontrol fisik yang orang-orang dapat berinteraksi dengannya seperti tombol dsb. Mereka membuat lingkungan kreatif yang menggunakan sensor berat, ultrasonik, temperatur, dan infra merah. Mereka membuat jalan untuk mengontrol peralatan mereka seperti lampu di rumah, kamera video, yang secara umum disebut dengan home automation. Mereka pun dapat membuat robot atau mainan mekanik. Selain itu, mereka dapat membuat program kecil yang dapat saling berkomunikasi satu sama lain yang saling memberi sinyal. Potensi yang banyak ini jika dimanfaatkan akan menghasilkan karya yang luar biasa. a.
Memulai dengan Arduino Board Arduino baik asli maupun kloningan di Indonesia dapat dibeli
melalui toko elektronik ataupun online shop. Pilih board yang umum digunakan seperti Uno, Duemilanove, atau HIJI.
Gambar 2.9 Tampilan Papan Arduino
17
Untuk menghubungkan board ini dengan komputer, anda akan membutuhkan kabel USB dengan satu kepala tipe A dan kepala lainnya tipe B.
Gambar 2.10 Tampilan Kabel USB (Universal Serial Bus) Board Arduino memiliki konektor USB tipe B dan komputer memiliki konektor USB tipe A. Jika anda memiliki board Arduino yang tidak ada LED terintegrasi di dalamnya, maka sebaiknya anda membeli LED dari toko elektronik untuk mengetes kontroler dengan bantuan program sederhana untuk memastikan apakah semuanya telah terverifikasi. LED ini juga dapat berfungsi sebagai fungsi debugging sederhana dengan sinyal blinking atau kedip-kedip. b.
Instalasi IDE Untuk mulai memprogram, anda akan membutuhkan IDE Arduino.
Langsung saja download versi terbaru dari website Arduino. Download sesuai dengan OS yang anda gunakan. Pada pembuatan proyek menggunakan
windows
dan
IDE
kali ini penulis versi
1.0.1.
Ekstrak hasil download, dan ada akan mendapatkan folder “arduino-1.0.1″. Jika
18
pada komputer telah terinstal JRE, maka langsung double-click “arduino.exe”. Berikut tampilan IDE Arduino:
Gambar 2.11 Tampilan Lembar Kerja IDE Arduino
19
Tabel 2.1 Fungsi tombol pada IDE Arduino
Tombol
Fungsi Verify: Cek error dan lakukan kompilasi kode Upload: Upload kode anda ke board/kontroler. Asumsi bahwa board dan serial port telah di setting dengan benar New: Membuat aplikasi baru
Open: Buka proyek yang telah ada atau dari contoh-contoh/examples
Save: Simpan proyek anda
Serial Monitor: Membuka serial port monitor untuk melihat feedback/umpan balik dari board anda.
Elemen utama dari kontroler Arduino ialah Input/Output atau I/O melalui pin-pin, port USB, mikrokontroler yang di dalamnya ada sejumlah kecil RAM. Tentu saja skalanya lebih kecil daripada sebuah komputer. Akibatnya dari segi power supply/catu daya pun akan memerlukan perlakuan khusus. Sebuah pin memberikan fungsi input atau output dimana kontroler dapat berkomunikasi dengan komponen melaluinya. Anda dapat melihat barisan pin dengan header warna hitam yang dapat dimasukkan kabel tembaga tunggal yang kecil ke
20
dalamnya. Dengan begitu, anda dapat menghubungkan kontroler dengan breadboard/project board/prototyping board.
Gambar 2.12 Tampilan Board Arduino yang dihubungkan dengan Project Board
Pin digital memiliki dua buah nilai yang dapat ditulis kepadanya yaitu High(1) dan Low(0). Logika high maksudnya ialah 5 Volt dikirim ke pin baik itu oleh mikrokontroler atau dari komponen. Low berarti pin tersebut bertegangan 0 Volt. Dari logika ini, anda dapat membayangkan perumpamaan: start/stop, siap/tidak siap, on/off, dsb. Pada gambar 2.9 terlihat pin-pin digital berada pada bagian atas. Disinilah anda akan menghubungkan berbagai kontrol yang berkomunkasi dengan menggunakan nilai digital. Beberapa pin digital dapat digunakan sebagai Pulse Width Modulation (PWM). Secara umum pin PWM ini dapat digunakan untuk mengirim nilai atau informasi analog ke komponen. Tanda ~ pada pin 3, 5, 6, 9, 10, 11 menandakan fungsi PWM. Fungsi PWM ini merupakan tambahan dari
21
fungsi digital. Artinya pin-pin tersebut selain fungsi digital, dapat dikonfigurasi menjadi PWM. Kemungkinan nilai dari dari pin-pin digital tersebut ialah IN (informasi masuk dari komponen ke kontrol) dan sebaliknya OUT (informasi keluar dari kontrol ke komponen). Pada bagian bawah, terdapat pin-pin power. Tersedia pin 5V, 3.3V, dua pin ground, Vin, dan reset. Di sebelah kanan bagian bawah, anda akan melihat pin-pin analog input. Pin-pin ini dapat menerima masukan informasi analog dari 0 hingga 5 Volt dengan kenaikan sebesar 0.005 V. Representasi 0 V ialah 0, dan 5V ialah 1023. Di atas pin-pin analog terdapat mikrokontroler AVR. Dan di atas AVR terdapat push button reset untuk merestart program. Terdapat konetor ISP di sebelah kanan push button reset yang dapat digunakan untuk memprogram kontroler Arduino dalam kondisi tertentu (chip erase akan mengakibatkan bootloader Arduino ikut terhapus. Jadi hati-hati dalam menggunakannya). Mikrokontroler merupakan system computer yang seluruh atau sebagian besar elemennya di kemas dalam satu chip IC sehingga sering juga disebut single chip mikrokontroler. Dalam kesempatan ini penulis menggunakan mikrokontroller arduino dengan tipe Arduino Duemilanove. Arduino Duemilanove merupakan papan mikrokontroler yang berbasis ATmega 168 atau ATmega 328, yang memiliki 14 digital input /output, ( dimana 6 dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, osilator Kristal 16 MHz, koneksi USB, jack listrik header ICSP, dan tombol reset.
22
Berikut gambar penampang board Arduino Duemilanove yang penulis gunakan dalam pembuatan Tugas Akhir ini :
Gambar 2.13 Tampilan Board Arduino Duemilanove Adapun Spesifikasi dari Arduino Duemilanove adalah sebagai berikut : Microcontroller
: ATmega 168
Operating Voltage
:5V
Input Voltage ( recommended )
: 7 – 12 Volt
Input Voltage ( limits )
: 7 – 12 Volt
Digital I/O Pins
: 14 ( of which 6 provide PWM output )
Analog Input Pins
: 6 pin
DC Current per I/O Pin
: 40 mA
DC Current for 3.3 V Pin
: 50 mA
Flash Memory
: 16 KB ( ATmega 168 ) or 32 KB ( ATmega 328 )
Bootloader
: 2 KB
SRAM
: 1 KB(ATmega168)/ 1 KB(ATmega 328 )
EPROM
: 512 bytes ( ATmega168 )/ 1KB ( ATmega328)
Clock Speed
: 16 MHz
23
2.6
Teori Dasar Relay Relay merupakan salah satu komponen elektronika yang memanfaatkan
medan magnet pada coil atau kumparan untuk menggerakan kontak ( Sebagai Pensaklaran mekanis ). Pada relay memiliki sifat mekanis dan terdapat bouncing akibat dari benturan kedua plat kontak saklar. Relay diperlukan untuk mengendalikan rangkaian dengan sinyal daya rendah (dengan isolasi listrik yang lengkap antara kontrol dan rangkaian kontrol), atau di beberapa rangkaian yang harus dikontrol oleh satu sinyal. Relay biasanya hanya memiliki satu kumparan, tetapi relay dapat memiliki beberapa kontak. Relay elektromagnetis memiliki kontak diam dan kontak bergerak. Kontak yang bergerak dipasangkan pada plunger, yang disebut normally open (NO) dan normally close (NC). Apabila kumparan diberi tenaga, maka akan terjadi medan elektromagnetis. Aksi medan elektromagnetis pada gilirannya akan menyebabkan plunger bergerak pada kumparan menutup kontak NO dan membuka kontak NC. Jarak gerak plunger biasanya pendek sekitar ¼ in atau kurang.
Gambar 2.14 Konfigurasi Relay 5 Volt
24
Karena Arus yang di keluarkan oleh mikrokontroller kecil maka sebagai penggerak coil atau Kumparan relay di perlukan komponen penguat, berupa transistor jenis NPN, adapun rangkaian nya seperti yang di tunjukkan pada gambar di bawah ini.
Gambar 2.15 Konfigurasi Relay 5 Volt dengan Output Mikrokontroller
2.7
PIR ( Passive Infra Red ) PIR ( Passive Infra Red )adalah sensor yang berfungsi untuk pendeteksi
gerakan yang bekerja dengan cara mendeteksi adanya perbedaan / perubahan suhu sekarang dan sebelumnya. Sensor gerak menggunakan PIR sangat simple dan mudah diaplikasikan karena modul PIR hanya membutuhkan tegangan input DC 5V, Sensor ini mampu mendeteksi gerakan hingga jarak 4 - 5 meter. Ketika tidak mendeteksi maka keluaran modul berlogika LOW begitu sebaliknya ketika mendeteksi gerakan maka akan berlogika HIGH.
25
Sensor PIR hanya akan bereaksi pada tubuh manusia, hal ini di sebabkan karena adanya IR filter yang menyaring pajang gelombang sinar infra merah pasif. IR filter pada modul sensor PIR ini mampu menyaring pajang gelombang sinar infra merah pasif 8 sampai 14 mikrometer, sehingga pajang gelombang yang dihasilkan dari tubuh manusia yang berkisar antara 9 sampai 10 mikrometer ini saja yang dapat dideteksi oleh sensor PIR.
Gambar 2.16 PIR Sensor
Gambar 2.17 Diagram Blok PIR Sensor
26
2.8
Teori Dasar Keypad
Keypad adalah rangkaian tombol yang berfungsi untuk memberikan sinyal pada suatu perangkat atau interface dengan menghubungkan jalur – jalur tertentu. Pada sistem embedded ( sistem microcontroller ), keypad merupakan salah satu jenis perangkat antar muka yang digunakan sebagai input sinyal. Pada Tugas Akhir ini penulis menggunakan keypad 3 x4 , yang di fungsikan untuk memasukan kata kunci ( Password code ) agar kunci elektronik dapat bekerja ( membuka ).
Gambar 2.18 matrix keypad 3 x 4
27
Tabel 2.2 Status Scanning Keypad 3 x 4
Untuk cara kerja dari keypad dapat terliah seperti data table diatas, misalnya keypad 3 x 4 _col 1, jika ROW 1 yang Low berarti S1 yang di tekan, jika ROW 2 yang Low, berarti S4 yang ditekan, jika High semua, berarti tidak ada tombol yang di tekan dalam kolom ini, scanning dilanjutkan ke kolom berikutnya.
Gambar 2.19 Keypad yang penulis gunakan dalam pembuatan alat
28
2.9
Teori Dasar Solenoid 12 VDC Pada Tugas Akhir ini sebagai pembuka kunci, perancang meggunakan
solenoid 12 VDC, Solenoid adalah Sebuah spiral elektrodinamik memiliki kawat conjuctive berbalik sepanjang sumbu, sehingga untuk menetralisir bahwa komponen dari pengaruh arus yang disebabkan oleh panjang spiral, dan mengurangi efek keseluruhan dengan sebuah rangkaian melingkar yang sama dan sejajar arus. Electronic Door Lock adalah solenoid otomatis yang bekerja sebagai pengunci pintu, yang bekerja ketika diberi tegangan maka katup solenoid akan tertarik ( pintu terbuka) dan jika tidak ada tegangan katup solenoid door lock tidak tertarik ( pintu terkunci ).
Gambar 2.20 Solenoid Door Lock 12 VDC
