JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
1
Pengawasan Batas Teritorial Pondok Pesantren Menggunakan Teknologi Raspberry Pi Tirta Taruna Ramadhan, Tohari Ahmad, S.Kom., MIT., Ph.D., dan Hudan Studiawan, S.Kom., M.Kom. Jurusan Teknik Informatika, Fakultas Teknologi Informasi, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail:
[email protected] Abstrak— Sesuai dengan perkembangan zaman, pendidikan agama dinilai masyarakat sebagai salah satu standar ilmu yang akhir akhir ini disejajarkan dengan pendidikan formal dan pondok pesantren dijadikan tempat untuk memberikan pendidikan moral dan ilmu disiplin yang sangat bersinergi dengan pendidikan agama, namun menerapkan pendidikan moral dan kedisplinan sulit diterapkan pada era sekarang, mengingat jumlah santri yang sangat banyak dan tidak sebanding dengan sumber daya ustad yang relatif sedikit. Salah satu pelanggaran kedisiplinan yang sering dilakukan oleh para santri ialah keluar dari pondok pesantren pada saat jam belajar pondok, oleh karena itu diperlukan alat bantu modern untuk mambantu para ustad mengawasi lingkungan pondok pesantren. Dengan cara memanfaatkan teknologi Raspberry Pi dan kombinasi beberapa alat sensor yang dapat digunakan untuk mengawasi para santri, sensor sensor yang bisa digunakan ialah sensor PIR, sensor ultrasonic dan ditambah dengan modul kamera. Dari hasil uji coba dapat disimpulkan bahwa sistem ini mampu membantu mendeteksi santri hingga jarak 7 meter dan dapat membantu ustad mengetahui gambar dari santri yang melanggar. Ustad juga bisa mengetahui tempat yang paling sering terjadi pelanggaran oleh santri. Kata Kunci—Modul Kamera, Pondok Pesantren, Raspberry Pi, Sensor.
pondok, oleh karena itu dibutuhkan suatu sistem yang modern untuk mengawasi teritorial pondok pesantren. Dengan kemajuan teknologi sekarang, banyak teknologi yang dapat membantu kehidupan sehari hari, salah satunya embedded system. Berbagai embedded system telah dibuat sebelumnya seperti contohnya Surveillance Cam [1]. Proyek ini memiliki tujuan yaitu membuat suatu sistem pengawasan ruangan menggunakan teknologi Raspberry Pi dan modul kamera, namun proyek ini outputnya hanya streaming video yang disajikan dalam web adapun kekurangan dalam proyek ini adalah tidak adanya suatu notifikasi apabila terjadinya suatu situasi yang mencurigakan maupun tidak ada notifikasi yang real time. Dalam Tugas Akhir ini penulis ingin membuat sistem yang lebih real time, fitur notifikasi, fitur koordinat, dan hemat listrik. Sistem yang dibuat digunakan untuk mengawasi area pondok pesantren yang peletakkan sistemnya di area pagar ataupun tembok. Sistem ini memanfaatkan teknologi Raspberry Pi sebagai pusat semua perangkat, sensor PIR sebagai pendeteksi adanya suatu gerakan, sensor deteksi jarak sebagai solusi untuk menemuka jarak antara sistem dengan objek manusia dan yang terakhir modul kamera Raspberry Pi tipe NoIR yang digunakan untuk mengambil gambar objek manusia tersebut.
I. PENDAHULUAN
P
ondok pesantren adalah sebuah lembaga yang menerapkan pendidikan agama yang terpadu dan diiringi dengan pendidikan formal yang bermutu sebagai bentuk sekolah formal yang ada. Pondok pesantren juga membantu orang tua dalam menanamkan pendidikan moral dan kedisiplinan dalam kegiatan sehari hari yang sangat bersinergi dengan pendidikan agama. Sesuai dengan perkembangan zaman yang semakin maju pondok pesantren banyak dijadikan prioritas utama oleh orang tua dalam memberikan pendidikan kepada anak sehingga jumlah santri dari tahun ke tahun semakin banyak, hal ini tidak sebanding dengan sumber daya guru atau ustad yang relatif sedikit. Oleh karena itu dalam hal mengawasi lingkungan pondok pesantren sangat kurang karena jumlah santri yang bertambah dan para ustad yang sedikit mengakibatkan sulitnya menerapkan kedisiplinan dan pendidikan moral. Pelanggaran kedisiplinan yang paling sering dilakukan oleh para santri ialah keluar dari pondok pesantren pada saat jam belajar
II. URAIAN PENELITIAN A. Raspberry Pi Raspberry Pi adalah sebuah Single Board Computer seukuran kartu kredit yang dikembangkan oleh Raspberry Fondation dari UK dengan tujuan mempromosikan pengajaran ilmu komputer di sekolah dasar. Raspberry Pi mengguanakan system on a chip (SoC) dari Broadcom BCM2835, dan juga termasuk prosesor ARM1176JZF-S 700 MHz, GPU VideoCore IV dan penyimpanan data jangka panjang. Meskipun mempunyai hampir semua kemampuan yang dimiliki komputer biasa, namun kemampuan komputasi Raspberry Pi tidak sehebat computer pada umumnya. Aplikasi-aplikasi open source pun bisa dipasang ke dalam komputer mini tersebut seperti Libre Office, web browser ataupun programming [2]. Pada Tugas Akhir ini Raspberry Pi dijadikan suatu main system dari perangkat perangkat yang lain.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) B. HC-SR501 Passice Infrared Sensor (PIR) PIR adalah sebuah perangkat sensor dimana perangkat tersebut berguna untuk mendeteksi adanya gerakan suatu objek di sekitarnya. Sensor PIR bersifat pasif, artinya sensor ini tidak memancarkan sinar infra merah tetapi hanya menerima radiasi sinar infra merah dari luar, ketika sebuah gerakan terdeteksi dengan adanya suatu sumber radiasi dengan suhu tertentu yaitu manusia melewati sumber infra merah disekitarnya dengan suhu berbeda, maka sensor akan membandingkan pancaran infra merah yang diterima setiap satuan waktu, sehingga jika ada pergerakan maka akan terjadi perubahan pembacaan pada sensor. Tipe PIR yang khusus digunakan untuk mendeteksi manusia adalah tipe HC-SR501 Body Sensor Module Pyroelectric Infrared. HC-SR501 Body Sensor Module Pyroelectric Infrared didasarkan pada teknologi inframerah dengan sensifitas yang tinggi dan modus operasi ultra-low-voltage. Sensor ini memiliki voltage 5V-20V, Power Comsumption 65mA, TTL output mencapai 3.3V, 0V. Suhu yang dideteksi memiliki temperatur 20-70 derajat. jarak sensor bisa mencapai 5-7 meter dengan sudut pancaran mencapai kurang lebih 120 derajat [3]. Dalam Tugas Akhir ini sensor PIR digunakan sebagai pendeteksi adanya suatu gerakan. C. Modul Kamera Raspberry Pi NoIR Modul kamera Raspberry PI NoIR adalah modul kamera yang dirancang khusus add –on untuk Raspberry Pi yang tidak memiliki IR cut filter yang dipasang seperti pada kamera biasa, dengan hanya memasangkan ke salah satu soket kecil di permukaan atas Raspberry Pi. Interface soket ini menggunakan CSI interface yang khusus, yang mana dirancang khusus untuk interfacing pada kamera. Versi NoIR adalah hal yang terbaik karena dapat digunakan pada malam hari, karena modul kamera Raspbeerry Pi NoIR dapat memancarkan cahaya inframerah [4]. Pada Tugas Akhir ini modul kamera digunakan untuk mengambil gambar. D. Ranging Detecktor Mod Distance Sensor HC-SR04 Sensor HC-SR04 adalah sensor yang berfungsi sebagai deteksi jarak antara sensor dengan sebuah objek. Jarak maksimum yang dapat terdeteksi oleh sensor ini sekitar 5 meter dengan akurasi hingga 3mm. Seperangkat sensor ini terdiri dari ultrasonic transmitters, receiver dan control circuit [5]. Prinsip dasar kerja dari sensor ini adalah: 1. Menggunakan IO trigger untuk paling sedikit dengan sinyal sebesar 10us. 2. Secara otomatis mengirimkan gelombang ultrasonic sebesar 40 kHz dan mendeteksi apakah ada sinyal balik. 3. Jika terdapat sinyal yang kembali, melalui sinyal tinggi maka waktu output durasi IO adalah waktu pengiriman ultrasonic untuk kembali. Test distance = (high level time x velocity of sound (34000 cm/s)) / 2 Dalam Tugas Akhir ini sensor deteksi jarak digunakan untuk menghitung jarak antara sistem dengan objek.
2
E. Raspbian OS Raspbian adalah sistem operasi Linux distro Debian yang dioptimalkan untuk penggunaan perangkat komputer mini Raspberry Pi. Sistem operasi ini memiliki beberapa program standard dan beberapa alat bantu untuk dapat menjalankan perangkat keras dari komputer mini Raspberry Pi. Di dalam sistem operasi Raspbian ini sudah lengkap daripada sistem operasi yang murni pada komputer umum, karena Raspbian berisi lebih dari 35.000 paket dan pre-compiled perangkat lunak yang tersaji dalam bentuk format yang mudah untuk dipasang dalam komputer mini Raspberry Pi [6]. Pada Tugas Akhir ini operasi sistem yang digunakan adalah Raspbian. F. SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) Simple Mail Transfer Protocol atau SMTP adalah sebuah protocol yang dimana berfungsi untuk membantu dalam hal pengiriman email dan penjaluran pengiriman email. Dalam bahasa pemograman Python disediakan smtplib modul, yang dimana dapat menerjemahkan sebuah objek client session SMTP yang digunakan untuk melakukan pengiriman email ke semua perangkat internet yang mendukung pembacaan SMTP Daemon [7]. Pada Tugas Akhir ini menggunakan SMTP untuk mengirimkan notifikasi melalui email. G. OpenCV OpenCV adalah suatu library gratis yang dikembangkan oleh developer-developer Intel Corporation. Library ini terdiri dari fungsi-fungsi computer vision dan API (Aplication Programming Interface) untuk image processing high level maupun low level dan sebagai optimasi aplikasi realtime. OpenCV sangat disarankan untuk programmer yang akan berkutat pada bidang computer vision, karena librarynya mampu membuat aplikasi yang handal dibidang digital vision dan mempunyai fitur yang mirip dengan cara pengolahan visual pada manusia [8]. Tugas Akhir ini menggunakan library OpenCV untuk mendeteksi objek manusia pada suatu gambar. Berikut ini adalah beberapa fitur pada library OpenCV: Manipulasi data gambar (alokasi memori, melepaskan memori, setting serta konversi gambar) Image/Video I/O (Bisa menggunakan kamera yang sudah didukung oleh library ini) Manipulasi matriks dan vektor serta terdapat juga routines linier algebra (products, solvers, eigenvalues, SVD) Image processing dasar (filtering, edge detection, pendeteksiantepi, sampling dan interpolasi, konversi warna, operasi morfologi, histograms, image pyramids) Analisis struktural Kalibrasi kamera Pendeteksian gerak Pengenalan objek (Hewan, Manusia, Tumbuhan dll) Basic GUI (Display gambar/video, mouse/keyboard control, scrollbar) Image Labelling (line, conic, polygon, text drawing) III. DESAIN SISTEM A. Deskripsi Umum Pada Tugas Akhir ini akan dibangun sebuah sistem
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
3
para ustad dapat secara mudah dapat mengetahui informasi dari rangkaian alat ini. Informasi yang didapat ustad antara lain gambar, jarak, dan titik koordinat.
Gambar 1. Arsitektur Umum Sistem
pengawas teritorial pondok pesantren berbasis Raspberry Pi. Sistem ini dirancang dengan studi kasus untuk mengawasi batas teritorial pondok pesantren dari pelaanggara santri yang keluar pondok tanpa izin. Sistem ini menggunakan sensor PIR untuk mendeteksi adanya suatu gerakan yang mencurigakan di batas teritorial dan sebagai trigger yang nantinya akan diteruskan ke modul kamera yang akan mengambil gambar objek tersebut dan mendeteksi objek pada gambar tersebut. Lalu sensor deteksi jarak menghitung jarak dari sistem ini ke objek yang bertujuan untuk menemukan titik kordinat dari objek manusia. Dan yang terakhir hasil informasi dari perangkat sistem ini akan dikirimkan ke email tujuan sebagai bentuk notifikasi. B. Arsitektur Sistem Dalam Tugas Akhir ini akan merancang perangkat keras. Dimana secara garis besar memiliki rancangan arsitektur sistem yang dapat dilihat pada Gambar 1. Gambar 1 dijelaskan alur kerja dari arsitektur umum sistem adalah sebagai berikut: 1. Dengan cara mendeteksi suhu panas dari tubuh seseorang yang akan keluar dari pondok pesantren tersebut dengan menggunakan sensor PIR yang sudah diintegrasikan melalui socket GPIO dengan Raspberry Pi. 2. Setelah sensor infra merah menangkap suhu panas tubuh manusia yang tidak sengaja terkena pancaran infra merah tersebut, maka kamera akan mengambil gambar objek bergerak tersebut, lalu gambar tersebut dideteksi apakah objek tersebut benar-benar manusia atau bukan. Setelah terdeteksi objek tersebut adalah manusia maka gambar akan disimpan di file storage Raspberry Pi. Kemudian sensor deteksi jarak akan melakukan tugasnya yaitu menghitung jarak antara rangkaian alat ini dengan objek manusia. 3. Semua input data yang telah didapat dari sensor infra merah, modul kamera dan sensor deteksi jarak akan disimpan di memori Raspberry Pi. 4. Data input yang telah disimpan dalam storage Raspberry Pi. Kemudian akan dikirim ke email agar
C. Alur Sistem Alur sistem untuk sistem dimulai pada saat sensor PIR dalam kondisi siaga, apabila terdeteksi suatu gerakan maka sensor merespon kemudian dilanjutkan ke modul kamera yang akan mengambil objek gambar tersebut setelah mendapatkan gambar Dengan bantuan library openCV, sistem dapat mendeteksi objek manusia yang berada pada gambar. Setelah terdeteksi manusia maka akan dilanjutkan ke sensor deteksi jarak yang berfungsi untuk menghitung jarak antara objek dengan perangkat sistem. Dengan mendapatkan, jarak sistem dapat menemukan kordinat map objek. Langkah terakhir sistem mengirimkan notifikasi yang berisi informasi yang didapatkan dari sensor dan modul kamera melalui email. Alur sistem dapat dilihat pada Gambar 2. IV. IMPLEMENTASI Implemnetas pada sistem ini dibagi menjadi dua bagian yakni implementasi perangkat keras dan implementasi perangkat lunak. A. Implementasi Perangkat Keras Pada Gambar 3 menunjukkan hasil dari implementasi perangkat keras yang akan digunakan pada sistem pengawasan batas teritorial pondok pesantren. Dengan Raspberry Pi sebagai pusat dari seluruh perangkat keras yang digunakan dan berbagai perangkat tambahan seperti sensor PIR, modul kamera, dan sensor deteksi jarak. Berikut ini adalah penjabaran dari perangkat keras yang digunakan:
Gambar 2. Diagram Alir Sistem Pengawsan Batas Teritorial Pondok Pesantren
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) Pukul Tempat
4
1:44 PM Lantai 3 gedung selatan Teknik Informatika
Gambar 3. Hasil Implementasi Perangkat Keras
1 buah mini komputer Raspberry Pi model B versi China. 1 buah sensor PIR tipe HC-SR501 1 buah sensor deteksi jarak HC-SR04 1 buah modul kamera Raspberry Pi NoIR 1 buah breadboard 400 tie point 11 buah kabel pelangi male to female 1 buah wireless USB adapter EW-7811Un 1 buah powerbank oren 2600mah 1 buah SDHC card Sandisk Ultra 8GB 1 buah konveter VGA ke HDMI
Gambar 4. Hasil Uji Coba
B. Implementasi Perangkat Lunak Untuk Implementasi perangkat lunak yang dibutuhkan pertama kali yaitu memasang sistem operasi Raspbian pada Raspberry Pi. Setelah terpasang sistem operasi maka dilanjutkan dengan konfigurasi pada modul kamera lalu memasang paket paket yang dibutuhkan untuk menjalankan beberapa fitur sistem ini. Kemudian membuat script Python pada tiap sensor dan modul kamera agar bekerja dengan baik. V. UJI COBA DAN EVALUASI A. Skenario Uji Coba Skenario uji coba adalah pengujian perangkat sistem yang diletakkan di lantai 3 gedung selatan Teknik Informatika dan pada saat siang hari antara pukul 13.00-15.00 wib. Dari skenario uji coba dapat dilihat pada Tabel 1, bahwa sistem dapat menghasilkan informasi berupa jarak, koordinat map, waktu. Skenario uji coba 1 juga menghasilkan gambar dan map yang ditunjukkan pada Gambar 4 dan Gambar 5. Tabel 1. Hasil Uji Coba Skenario
Jarak Koordinat Posisi Objek Manusia Sensor PIR Waktu
135.917186737 cm -7.279725,112.797132308 Menghadap ke samping
Gambar 5. Hasil Uji Coba
B. Uji Coba Performa Uji coba ini melakukan pengecekan presentasi CPU pada saat siaga yaitu proses dimana Raspberry Pi dalam keadaan stand by dan pada saat menjalankan proses utama, proses utama ialah fase dimana Raspberry Pi menggunakan seluruh perangkat keras mulai dari sensor hingga modul kamera. Penggunaan CPU Raspberry Pi telah ditunjukkan pada Tabel 2. Tabel 2. Presentase Penggunaan CPU
Penggunaan Presentase CPU (%) No.
Bekerja 1 Siang
Pada saat siaga
Pada saat proses utama
0.00
98.00
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) 2
1.02
99.00
3
0.00
95.00
4
1.01
95.00
5
1.02
97.00
Gambar 6. Grafik Penggunaan CPU pada Raspberry Pi
Gambar 6 menunjukkan perbandingan dari penggunaan CPU pada sistem, pada mode siaga sistem mendekati 0% dalam pengguanaan CPU sedangkan pada saat melakukan proses utama penggunaan CPU hampir mendekati 100%. VI. KESIMPULAN Dari hasil uji coba yang telah dilakukan terhadap perangkat sistem pengawasan pondok pesantren menggunakan teknologi Raspberry Pi dapat disimpulkan antara lain: 1. Perangkat sistem ini dapat mendeteksi objek manusia yang bergerak hingga berjarak 7 meter. 2. Dengan menggunakan perangkat sistem ini, ustad dapat mengetahui area yang paling sering terjadinya pelanggaran santri. 3. Perangkat sistem ini menggunakan sumber daya CPU dan memori yang cukup intensif. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis T.T.R mengucapkan terima kasih kepada Tuhan Yang Maha Esa, kedua orangtua dan keluarga penulis, kedua dosen pembimbing, seluruh dosen dan kepala jurusan Teknik Informatika, teman-teman Teknik Informatika angkatan 2010, serta berbagai pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. DAFTAR PUSTAKA [1]
"Surveillance Cam Raspberry Pi," [Online]. Available: http://www.raspberrypi.org/turn-your-pi-into-a-low-cost-hdsurveillance-cam/. [Accessed 30 Juli 2014].
[2]
"Raspberry Pi: FAQs," [Online]. Available: http://www.raspberrypi.org/faqs#introWhatIs. [Accessed 11 Maret 2014].
[3]
"Sensor PIR," [Online]. Available: https://learn.adafruit.com/pirpassive-infrared-proximity-motion-sensor/overview. [Accessed 19 juni
5
2014]. [4]
"5MP Raspberry Pi Camera Board NoIR," [Online]. Available: https://www.modmypi.com/raspberry-pi-noir-camera-board. [Accessed 1 Maret 2014].
[5]
"Ultrasonic Ranging Detector Mod HC-SR04 Distance Sensor," [Online]. Available: http://www.sainsmart.com/ultrasonic-rangingdetector-mod-hc-sr04-distance-sensor.html. [Accessed 1 Maret 2014].
[6]
"Raspbian OS," [Online]. [Accessed mei 1 2014].
[7]
"SMTP," [Online]. Available: http://www.tutorialspoint.com/python/python_sending_email.htm. [Accessed 10 mei 2014].
[8]
"OpenCV," [Online]. Available: http://docs.opencv.org/modules/core/doc/intro.html. [Accessed 13 mei 2014].
[9]
"Automatic Plant Irrigation System," [Online]. Available: http://www.electronicshub.org/automatic-plant-irrigation-system/. [Accessed Juli 2014].
[10]
"Automatic Railway Gate Controller," [Online]. Available: http://www.electronicshub.org/automatic-railway-gate-controller/. [Accessed Juli 2014].
[11]
"wireless security camera arduino," [Online]. Available: https://learn.adafruit.com/wireless-security-camera-arduinoyun/introduction. [Accessed Juli 2014].
[12]
"HOG," [Online]. Available: http://docs.opencv.org/modules/gpu/doc/object_detection.html#gpuhogdescriptor-detectmultiscale. [Accessed Mei 2014].
[13]
"HC-SR501 Human Sensor Module Pyroelectric Infrared," [Online]. Available: http://www.icstation.com/product_info.php?products_id=1390#.UxV_ FvmSy3B. [Accessed 2 Maret 2014].
Available:
http://www.raspbian.org/.
