BAB III PERANCANGAN ALAT

BAB III PERANCANGAN ALAT

Dalam bidang teknologi, orientasi produk teknologi yang dapat dimanfaatkan untuk kehidupan manusia adalah produk yang berkualitas, hemat energi, menarik, harga murah, bobot ringan, dan ekonomis. Dalam hal ini produk tersebut adalah alat pengaman pintu menggunakan RFID sebagai pengaman pintu rumah. Dalam bidang teknik, desain produk harus dilengkapi dengan penjelasan mengenai bahan-bahan yang digunakan untuk membuat setiap komponen pada produk tersebut.

3.1

Prinsip Kerja Sistem Ketika seseorang yang mempunyai akses masuk ruangan dengan

membawa RFID tag yang dikenali maka secara otomatis sistem akan merespon dan pintu otomatis terbuka. Namun saat orang yang tidak dikenal masuk ke ruangan dan RFID reader tidak mengenali orang / tag tersebut maka sistem kontroler / Arduino akan mengaktifkan buzzer. Pada kondisi darurat, saat RFID tag tertinggal atau hilang maka sistem dapat dihidupkan atau dimatikan melalui keypad dengan memasukkan kode tertentu. Pintu otomatis ini dilengkapi dengan magnetic switch, sehingga pintu akan kembali mengunci secara otomatis ketika

28 http://digilib.mercubuana.ac.id/

29

pintu tertutup. Di dalam ruangan dilengkapi pula dengan fan yang akan otomatis menyala jika ada penghuni di dalam ruangan. Sensor yang digunakan antara lain dengan menggunakan sensor PIR. Serta lampu yang akan on/off secara otomatis tergantung intesitas cahaya di luar ruangan, dengan sensor yang digunakan sensor LDR. Dan penggunaan sensor DHT untuk mengetahui suhu dan kelembaban dalam ruangan.

3.1.1 Blok Diagram dan Fungsinya Secara keseluruhan sistem terdiri atas beberapa bagian yang dapat digambarkan menjadi blok diagram pada Gambar 3.1

Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem Keseluruhan

Secara garis besar, sistem dibagi menjadi enam bagian yaitu perangkat sensor input, perangkat output, keypad dan LCD, perangkat RFID reader, dan Arduino sebagai sistem kontrol.

http://digilib.mercubuana.ac.id/

30

1. Perangkat sensor input Perangkat sensor input terdiri dari beberapa sensor, antara lain : a. Passive Infra Red (PIR) berfungsi sebagai sensor input untuk menggerakkan fan, ketika ada orang masuk ke dalam ruangan. b. Light Dependent Resistor (LDR) berfungsi sebagai sensor untuk on/off lampu menyesuaikan dengan keadaan diluar ruangan (Pagi hari/malam hari/gelap/terang). c. Magnetic Switch berfungsi sebagai sensor input pada pintu dengan sistem keamanan RFID. Satu bagian diletakkan pada kusen pintu dan satu bagian lainnya diletakkan di pintu yang bergerak. Jika pintu terbuka maka kontak akan terbuka (open). d. DHT sensor suhu dan kelembaban berfungsi sebagai sensor input untuk mengetahui suhu dan kelembaban di ruangan dan nilai akan muncul pada display LCD. 2. Perangkat output Perangkat output adalah peralatan yang akan aktif jika menerima sinyal dari sensor input. Bagian ini terdiri dari : a. Fan berfungsi sebagai pendingin ruangan, akan aktif jika menerima sinyal dari sensor PIR. b. Lampu berfungsi sebagai penerangan ruangan, akan aktif jika menerima sinyal dari sensor LDR c. Buzzer sebagai output jika e-KTP/tag tidak sesuai 3. Keypad dan LCD


31

Keypad adalah papan tombol yang terdiri dari beberapa saklar yang digunakan untuk memasukkan data ke sistem kontrol/Arduino Mega. Sedangkan LCD atau Liquid Crystal Digital adalah tampilan digital yang digunakan untuk pembacaan oleh manusia. 4. Perangkat RFID Reader Perangkat RFID Reader adalah suatu peralatan yang digunakan untuk membaca RFID tag. Bagian ini diperlukan sebagai kunci akses masuk ke ruangan. 5. Sistem Kontroler Sistem kontroler yang digunakan adalah berbasis Arduino Mega 2560 yang akan melakukan proses scanning perangkat sensor input dan pengolahan data dari RFID reader. Bagian ini juga mengontrol kerja dari perangkat output, LCD dan keypad. 6. Solenoid sebagai aktuator yang berfungsi untuk pembuka dan penutup pintu. 7. Relai berfungsi sebagai saklar pada solenoid dalam membuka dan menutup pintu, menyalakan/mematikan fan serta lampu. 8. Push Button berfungsi untuk membuka pintu dari dalam rumah. 9. RFID tag berfungsi sebagai pengaman dan pembuka pintu. 10. DC Step Down berfungsi sebagai penurun tegangan DC. 11. AC/DC Adaptor 12V sebagai catu daya rangkaian. 12. Rancang bangun rumah sebagai simulasi. Blok diagram sistem keseluruhan pada Gambar 3.1 memiliki sensor RFID reader yang berfungsi untuk membaca RFID tag. Arduino Mega sebagai sistem


32

kontroler berfungsi untuk mengakses data dari sensor RFID reader dan sensor pendukung lainnya. LCD 16x2 berfungsi untuk menampilkan karakter sesuai program yang diberikan oleh Arduino Mega. Push button berfungsi untuk memberikan input logika high/low kepada Arduino Mega untuk membuka pintu dari dalam rumah. Sensor PIR berfungsi untuk memberi input untuk menyalakan fan jika ada orang masuk dalam ruangan. Sensor LDR untuk memberi input untuk on/off lampu menyesuaikan kondisi diluar ruangan (gelap/terang). Dan sensor DHT untuk mengetahui suhu serta kelembaban dalam ruangan. Arduino Mega berfungsi sebagai pusat kendali rangkaian relai sehingga solenoid aktif dan pintu dapat dibuka.

3.2

Perancangan Hardware Perancangan hardware alat pengaman pintu rumah menggunakan e-KTP

berbasis Arduino Mega 2560 disertai otomatisasi fan dan lampu. Skema rangkaian keseluruhan dari alat pengaman pintu otomatis yang terdiri dari Arduino Mega 2560, Modul RFID reader, Modul LCD 16x2, Modul Keypad 4x4, Rangkaian Sensor Input, Rangkaian Driver Solenoid, Fan dan Lampu, Rangkaian Output LED dan Buzzer.

3.2.1

Modul Arduino Mega 2560 Sistem minimum IC mikrokontroler ATmega 2560 yang digunakan

sebagai kontrol utama pada perancangan ini adalah modul Arduino Mega 2560. Perancangan ini menggunakan modul Arduino Mega 2560 dikarenakan pin input dan output yang disediakan oleh Arduino Mega memenuhi syarat untuk


33

perancangan hardware pengaman pintu rumah menggunakan RFID disertai otomatisasi fan dan lampu. Modul Arduino Mega 2560 menggunakan rangkaian osilator berupa crystal dengan frekuensi 16 Mhz. Komponen crystal berfungsi sebagai pemberi detak (clock) pada rangkaian mikrokontroler. Komponen crystal 16 Mhz dihubungkan secara paralel dengan resistor 1M. Kedua ujung pin komponen crystal dihubungkan dengan pin 33 dan pin 34 pada modul Arduino Mega.

3.2.2

Modul RFID reader MFRC 522

Gambar 3.2 Menghubungkan Modul RFID reader MFRC522 dengan Arduino Mega

Gambar 3.3 Modul RFID MFRC522


34

Modul RFID reader ini berfungsi untuk membaca data atau nomor ID pada RFID tag yang kemudian mengirim data tersebut ke Arduino Mega 2560. Spesifikasi serta pemasangan komponen modul RFID dengan port Arduino Mega dapat dilihat pada Tabel 3.1 dan Tabel 3.2. Tabel 3.1 Spesifikasi Modul RFID MFRC522 No

Parameter

Deskripsi

1

Support Card

ISO/IEC14443A/MIFARE

2

Frequency

13.56 MHz

3

VDDA (Tegangan Kerja)

2.5-3.6V

4

IDDA

10 Ma

Tabel 3.2 Sambungan Pin RFID reader ke Arduino Mega Modul RFID MFRC522 Nama

Port Arduino Mega

SDA

Digital Pin 53

SCK

Digital Pin 52

MOSI

Digital Pin 51

MISO

Digital Pin 50

GND

Ground

RST

Digital Pin 5

3.3V

3.3V


35

RFID reader akan mengeluarkan gelombang radio dan menginduksi RFID tag. Gelombang induksi tersebut berisi nomor ID dan jika dikenali oleh RFID tag, maka memori RFID tag akan mengirimkan kode yang terdapat di memori ID chip melalui antena yang terpasang di RFID tag ke RFID reader. Selanjutnya RFID reader akan meneruskan kode yang diterima ke Arduino Mega 2560. Arduino Mega 2560 akan melaksanakan instruksi yang telah diberikan, jika kode tersebut sesuai maka otomatis akan mengaktifkan relai sehingga solenoid aktif dan membuka pintu, namun jika kode atau nomor ID tidak sesuai maka relai tidak aktif, solenoid akan off dan pintu tidak terbuka.

3.2.3

Modul LCD 16x2

Gambar 3.4 Menghubungkan Modul LCD 16x2 dengan Arduino Mega 2560

Modul LCD 16x2 digunakan sebagai pemberitahuan RFID tag ke RFID reader serta PIN yang ditekan pada keypad sesuai atau tidak. Pemasangan port LCD ke Arduino Mega 2560 ditabelkan pada tabel berikut.


36

Tabel 3.3 Sambungan Pin LCD dengan Arduino Mega 2560 Modul LCD 16x2 Nama

Port Arduino Mega

SDA

Digital Pin 20 / SDA

SCL

Digital Pin 21 / SCL

GND

Ground

VCC

5V

Pada modul LCD 16x2 tersebut menggunakan IC PC8574 sebagai modul atau alat yang berfungsi untuk mengurangi pin LCD ke Arduino Mega 2560, sehingga memudahkan dalam membuat rangkaian.

3.2.4

Modul Keypad 4x4

Gambar 3.5 Menghubungkan Keypad 4x4 dengan Arduino Mega 2560


37

Perancangan keypad dirancang memiliki konfigurasi matrik 4x4, sehingga akan diperoleh tombol sebanyak 16 buah. Masing-masing tombol tersebut digunakan sebagai masukan beban yang kita inginkan. Adapun cara kerja keypad yang direncanakan dapat dijelaskan sebagai berikut : setiap kali penekanan tombol akan terjadi suatu persilangan antara baris X dengan baris kolom Y. Kondisi logic hasil penekanan tombol keypad tersebut dihubungkan pada port input (Digital Pin 36, 34, 32, 30 untuk baris / X dan Digital Pin 28, 26, 24, 22 untuk kolom / Y) melalui kaki X1-X4 dan Y1-Y4. Keadaan penekanan tombol persilangan antara baris X dan kolom Y akan dibaca dan untuk sementara disimpan di memori internal mikrokontroler sehingga persilangan antara baris dan kolom dapat dikirimkan ke mikrokontroler pada proses penampilan dan pengolahan karakteristik data yang diminta.

3.2.5

Rangkaian Sensor Input (Magnetic Switch, Passive Infra Red (PIR),

Light Dependent Resistor (LDR), DHT sensor suhu dan kelembaban)

Gambar 3.6 Rangkaian Sensor Input


38

Rangkaian sensor input terdiri dari Magnetic Switch, Passive Infra Red (PIR), Light Dependent Resistor (LDR) dan DHT sensor suhu dan kelembaban. Tabel 3.4 Sambungan Pin Sensor Input dengan Arduino Mega 2560 Sensor Input Nama

Port Arduino Mega

Magnetic Switch

Digital Pin 15

Passive Infra Red (PIR)

Digital Pin 16

Light Dependent Resistor (LDR)

Digital Pin 18

DHT sensor suhu dan kelembaban

Digital Pin 4

Passive Infra Red (PIR) berfungsi sebagai sensor input untuk menggerakkan fan, ketika ada orang masuk ke dalam ruangan. Sensor PIR ini ditempatkan di dalam ruangan yang berpotensi dilalui oleh penghuni dengan menempelkan pada dinding / atap. Agar jangkauan pendeteksiannya optimal maka dipasang diatas ruangan dan harus dijauhkan dari terkena sinar matahari. Magnetic Switch berfungsi sebagai sensor input pada pintu dengan sistem keamanan RFID. Satu bagian diletakkan pada kusen pintu dan satu bagian lainnya diletakkan di pintu yang bergerak. Jika pintu terbuka maka kontak akan terbuka (open). Light Dependent Resistor (LDR) berfungsi sebagai sensor untuk on/off lampu menyesuaikan dengan keadaan diluar ruangan (Pagi hari/malam hari/gelap/terang). DHT sensor suhu dan kelembaban berfungsi sebagai sensor


39

input untuk mengetahui suhu dan kelembaban di ruangan dan nilai akan muncul pada display LCD.

3.2.6

Rangkaian Driver Solenoid, Fan dan Lampu

Gambar 3.7 Rangkaian Driver Solenoid, Fan dan Lampu

Rangkaian driver Solenoid, fan dan lampu digunakan sebagai kendali atau kontrol, agar sesuai dengan input yang diberikan yaitu untuk membuka dan menutup pintu, menyalakan / mematikan fan dan lampu. Modul relai yang digunakan memiliki 3 pin input dan 3 pin output. Pin input terdiri dari input data dan input power tegangan 5V dan ground. Pin output terdiri dari pin COM, pin NO, dan pin NC. Pin output yang digunakan adalah pin COM dan pin NO. Lampu yang digunakan adalah lampu 5V yang berfungsi untuk menerangi ruangan apabila mendapat input dari sensor LDR. Dari Gambar 3.7 input data relai dihubungkan ke pin 5 Arduino. Tegangan input yang digunakan 5V


40

menggunakan adaptor 12V yang diturunkan menjadi 5V melalui modul DC step down. Output COM relai akan dihubungkan dengan tegangan 5VDC, sedangkan output NO terhubung dengan lampu. Fan yang digunakan menggunakan tegangan 12V yang berfungsi untuk sirkulasi udara pada ruangan apabila mendapat input dari sensor PIR. Dari Gambar 3.7 input data relai dihubungkan ke pin 11 Arduino. Tegangan input yang digunakan 5V menggunakan adaptor 12V yang diturunkan menjadi 5V melalui modul DC step down. Output COM relai akan dihubungkan dengan tegangan 12VDC, sedangkan output NO terhubung dengan fan. Solenoid yang digunakan menggunakan tegangan 12V yang berfungsi sebagai aktuator untuk membuka dan menutup pintu serta menyalakan dan mematikan fan, relai berfungsi sebagai saklar untuk mengaktifkan (ON) dan mematikan (OFF). Dari Gambar 3.7 input data relai dihubungkan ke pin 10 Arduino. Tegangan input yang digunakan 5V menggunakan adaptor 12V yang diturunkan menjadi 5V melalui modul DC step down. Output COM relai akan dihubungkan dengan tegangan 12VDC, sedangkan output NO terhubung dengan Solenoid.


41

3.2.7 Rangkaian Output LED dan Buzzer

Gambar 3.8 Rangkaian Output LED dan Buzzer

Rangkaian output LED dan Buzzer ini memiliki tugas antara lain untuk : LED berwarna hijau menyala apabila mendeteksi tag sesuai dengan data yang tersimpan di dalam memori Arduino Mega atau pin yang ditekan pada keypad sesuai. Sedangkan LED berwarna merah dan Buzzer menyala apabila tag yang terdeteksi tidak sesuai atau pin yang ditekan pada keypad tidak sesuai.

3.3

Perancangan Perangkat Lunak

3.3.1

Flow Chart Pengaman Pintu Menggunakan RFID Flow Chart cara kerja alat pengaman pintu rumah menggunakan RFID

berbasis Arduino Mega 2560 ditampilkan pada Gambar 3.9


42

Gambar 3.9 Flow Chart Pengaman Pintu Menggunakan RFID Penjelasan Flow Chart Pengaman Pintu Menggunakan RFID : 1. Start Langkah

pertama

untuk

mengoperasikan

alat

memberikan tegangan pada sistem atau rangkaian. 2. Inisialisasi Mikrokontroler


yaitu

dengan

43

Setelah sistem aktif Arduino Mega 2560 akan melakukan fungsinya sebagai kontrol dari semua input dan output. Arduino Mega mengaktifkan RFID reader. 3. RFID reader Scan RFID tag RFID reader akan membaca data pada RFID tag melalui pancaran gelombang elektromagnetik. Data yang dibaca oleh RFID reader akan diteruskan ke mikrokontroler untuk divalidasi dengan database pada memori Arduino Mega. 4. RFID tag Valid atau sesuai Apabila data yang dikirimkan oleh RFID reader bernilai valid (sesuai dengan

database)

mikrokontroler

akan

menjalankan

instruksi

selanjutnya yaitu mengaktifkan relai dan solenoid 5. Relai Aktif Setelah RFID tag sesuai, mikrokontroler akan mengaktifkan relai untuk membuka pengunci pintu. 6. Pintu Terbuka Setelah solenoid aktif maka pengunci akan terbuka. 7. Pintu Ditutup Solenoid off jika kondisi pintu ditutup pada detik ke 2. 8. Solenoid Off Setelah 2 detik maka Arduino Mega akan memberikan instruksi kepada relai untuk aktif low dan solenoid (off) pengunci akan tertutup. 9. RFID tag tidak terdaftar pada database


44

Apabila RFID tag yang ditempelkan tidak sesuai, maka ID RFID tag tidak terdaftar pada database memori Arduino Mega. 10. LED merah menyala dan buzzer berbunyi LED merah menyala dan buzzer akan berbunyi, sebagai tanda bahwa RFID tag yang ditempelkan tidak dikenali. 11. End End disini adalah semua proses penguncian dan pembukaan akan kembali ke posisi inisialisasi Arduino Mega (Looping).

3.3.2

Flow Chart Membuka Pintu Dari Dalam Rumah Menggunakan Push

Button Pada alat pengaman pintu menggunakan RFID terdapat push button yang diletakkan didalam rumah berfungsi untuk membuka pintu dari dalam rumah. Pada Gambar 3.10 merupakan flow chart dari push button untuk membuka pintu dari dalam rumah.


45

Gambar 3.10 Flow Chart Membuka Pintu Dari Dalam Rumah Menggunakan Push Button

Penjelasan Flow Chart Membuka Pintu Dari Dalam Rumah Menggunakan Push Button :


46

1. Start Langkah

pertama

untuk

mengoperasikan

alat

yaitu

dengan

memberikan tegangan pada sistem atau rangkaian. 2. Push Button ditekan Ketika membuka pintu dari dalam rumah dilakukan dengan menekan push button. 3. Mikrokontroler memproses input dari push button Setelah push button ditekan, maka mikrokontroler akan memproses sesuai dengan program yang telah diberikan yaitu untuk mengaktifkan relai. 4. Relai Aktif Setelah push button ditekan dan diproses oleh mikrokontroler maka relai akan aktif 5. Solenoid On Ketika relai sudah aktif maka solenoid akan aktif dan membuka kunci pintu. 6. Pintu Terbuka Setelah solenoid aktif dan membuka kunci pintu. 7. Pintu Ditutup Solenoid off jika kondisi pintu ditutup pada detik ke 2. 8. Solenoid Off Setelah 2 detik maka solenoid akan off dan pengunci tertutup. 9. End


47

End disini adalah proses pembukaan pintu rumah menggunakan push button telah selesai.

3.3.3 Flow Chart Membuka Pintu Menggunakan Keypad Keypad dapat digunakan untuk membuka kunci pintu dalam keadaan darurat, artinya saat RFID tag tidak ada maka pengguna dapat menggunakan inputan keypad dengan memasukkan PIN tertentu yang sudah diprogram sebelumnya. Apabila PIN yang dimasukkan cocok maka pengguna dapat membuka kunci pintu. Pada Gambar 3.11 merupakan flow chart Membuka Pintu Menggunakan Keypad.


48

Gambar 3.11 Flow Chart Membuka Pintu Menggunakan Keypad

Penjelasan Flow Chart Membuka Pintu Menggunakan Keypad : 1. Start Langkah

pertama

untuk

mengoperasikan

alat

memberikan tegangan pada sistem atau rangkaian. 2. Inisialisasi Mikrokontroler


yaitu

dengan

49

Setelah sistem aktif Arduino Mega 2560 akan melakukan fungsinya sebagai kontrol dari semua input dan output. Arduino Mega mengaktifkan Keypad. 3. Tekan PIN pada Keypad Masukkan PIN yang akan diteruskan ke mikrokontroler untuk divalidasi dengan database pada memori Arduino Mega. 4. PIN sesuai Apabila PIN yang ditekan sesuai (sesuai dengan database), mikrokontroler

akan

menjalankan

instruksi

selanjutnya

yaitu

mengaktifkan relai dan solenoid 5. Relai Aktif Setelah PIN sesuai, mikrokontroler akan mengaktifkan relai untuk membuka pengunci pintu. 6. Pintu Terbuka Setelah solenoid aktif maka pengunci akan terbuka. 7. Pintu Ditutup Solenoid off jika kondisi pintu ditutup pada detik ke 2. 8. Solenoid Off Setelah 2 detik maka Arduino Mega akan memberikan instruksi kepada relai untuk aktif low dan solenoid (off) pengunci akan tertutup. 9. PIN tidak terdaftar pada database Apabila PIN yang ditekan tidak sesuai, maka PIN tidak terdaftar pada database memori Arduino Mega. 10. LED merah menyala dan buzzer berbunyi


50

LED merah menyala dan buzzer akan berbunyi, sebagai tanda bahwa PIN yang ditekan tidak dikenali. 11. End End disini adalah semua proses penguncian dan pembukaan akan kembali ke posisi inisialisasi Arduino Mega (Looping).

3.3.4

Flow Chart Otomatisasi Fan Menggunakan Sensor PIR

Gambar 3.12 Flow Chart Otomatisasi Fan Menggunakan Sensor PIR


51

Penjelasan Flow Chart Otomatisasi Fan Menggunakan Sensor PIR : 1. Start Langkah

pertama

untuk

mengoperasikan

alat

yaitu

dengan

memberikan tegangan pada sistem atau rangkaian. 2. Inisialisasi Mikrokontroler Setelah sistem aktif Arduino Mega 2560 akan melakukan fungsinya sebagai kontrol dari semua input dan output. Arduino Mega mengaktifkan sensor PIR. 3. Apakah sensor PIR mendeteksi adanya penghuni Jika dalam ruangan ada penghuni maka sensor PIR akan memberikan inputan yang diteruskan ke Arduino Mega. 4. Fan Menyala Jika ada penghuni maka fan akan menyala. 5. Delay 10 detik Saat penghuni keluar, PIR akan memberikan input 0 dan fan akan mati pada detik ke 10 6. Fan Mati Setelah 10 detik maka Arduino Mega akan memberikan instruksi kepada relai untuk aktif low dan fan akan mati / off. 7. End End disini adalah semua proses on/off akan kembali ke posisi inisialisasi Arduino Mega (Looping).


52

3.3.5 Flow Chart Otomatisasi Lampu Menggunakan Sensor LDR

Gambar 3.13 Flow Chart Otomatisasi Lampu Menggunakan Sensor LDR

Penjelasan Flow Chart Otomatisasi Lampu Menggunakan Sensor LDR : 1. Start Langkah

pertama

untuk

mengoperasikan

alat

yaitu

dengan

memberikan tegangan pada sistem atau rangkaian. 2. Inisialisasi Setelah sistem aktif Arduino Mega 2560 akan melakukan fungsinya sebagai kontrol dari semua input dan output. Arduino Mega mengaktifkan sensor LDR. 3. Sensor LDR mendeteksi intensitas cahaya diluar ruangan


53

Jika luar ruangan gelap maka sensor LDR akan memberikan inputan yang diteruskan ke Arduino Mega. 4. Lampu Menyala Jika intensitas cahaya diluar ruangan gelap. 5. Lampu Mati Jika intensitas cahaya diluar ruangan terang. 6. End End disini adalah semua proses on/off akan kembali ke posisi inisialisasi Arduino Mega (Looping).


BAB III PERANCANGAN ALAT

Recommend Documents