PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM OTOMATISASI PERANGKAT ELEKTRONIKA RUMAH BERBASIS ARDUINO
LAPORAN TUGAS AKHIR Diselesaikan sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Ahli Madya (A.Md) Teknik Komputer
Oleh: JUNIARTHA MANURUNG NIM. 1205112030
PROGRAM STUDI TEKNIK KOMPUTER JURUSAN TEKNIK KOMPUTER DAN INFORMATIKA POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015
ABSTRAK Seiring dengan perkembangan teknologi yang semakin pesat tentunya setiap orang cenderung ingin mengerjakan segala sesuatu dengan mudah dan praktis. Penggunaan Smartphone Android untuk mengendalikan lampu tentu menjadi salah satu penerapan prinsip kerja yang praktis dan fleksibel. Penggunaan Smartphone Android menjadi salah satu pilihan untuk lebih memudahkan dalam mengendalikan lampu rumah. Data yang dikirimkan oleh Smartphone Android akan diterima oleh Bluetooth untuk diteruskan ke mikropengendali Arduino. Pada mikropengendali data akan diproses dan dieksekusi untuk mengendalikan sistem kerja keseluruhan rangkaian. Pemrograman dengan menggunakan bahasa C umumnya berukuran kecil sehingga hemat dalam penggunaan memori dan dapat dieksekusi dengan cepat. Real Time Clock akan menyimpan data untuk referensi pewaktuan pada kendali lampu rumah sehingga otomatisasi penyalaan dan pemadaman lampu dapat berfungsi. Rangkaian relay berfungsi sebagai saklar untuk menyalakan dan memadamkan lampu. Dengan alat yang dirancang ini maka orang tidak perlu lagi mengendalikan lampu-lampu secara manual. Kata Kunci : Smartphone Android, Bluetooth, Arduino Uno , Relay dan RTC.
iii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat dan berkat-NYA kepada penulis, sehingga penulis masih diberikan kesehatan dan kesempatan untuk menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “ Perancangan dan Pembuatan Sistem Otomatisasi Perangkat Elektronika Rumah Berbasis Arduino”. Tugas Akhir ini disusun sebagai syarat untuk menyelesaikan Pendidikan Program Diploma 3 Program Studi Teknik Komputer, Jurusan Teknik Komputer dan Informatika Politeknik Negeri Medan. Dalam penulisan Tugas Akhir ini, penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dan masih jauh dari kesempurnaan. Mungkin hal ini karena terbatasnya kemampuan penulis. Tetapi demikian, pada kesempatan ini penulis telah berupaya semaksimal mungkin untuk menyusun Tugas Akhir ini dengan sebaik-baiknya sesuai kemampuan penulis. Penulis meminta maaf sebelumnya apabila terdapat kesalahan kata atau penulisan pada Tugas Akhir ini. Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis juga banyak menerima bantuan dan bimbingan baik dari dosen pembimbing maupun semua pihak yang terkait dalam penulisan Tugas Akhir, maka pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak M. Syahruddin, S.T., M.T. selaku Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Bapak Ferry Fahrizal, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Komputer dan Informatika Politeknik Negeri Medan. 3. Bapak Zakaria Sembiring, S.T., Msc. selaku Kepala Program Studi Teknik Komputer di Politeknik Negeri Medan. 4. Friendly, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing. 5. Seluruh dosen pengajar dan pegawai Program Studi Teknik Komputer, Jurusan Teknik Komputer dan Informatika, Politeknik Negeri Medan yang telah membimbing dan membantu penulis selama proses perkuliahan berlangsung. iv
6. Teristimewa untuk Ayah (Berlin Manurung.), Ibu (Rusmaida Sibuea), Kakak dan Abang. Terimakasih atas semua nasihat, dukungan, motivasi, doa dan materi yang telah diberikan kepada penulis yang tiada terbalas dalam penulisan Tugas Akhir ini. 7. Seluruh sahabat-sahabat seperjuangan penulis selama perkuliahan di kelas CE-6B. Terimakasih atas persahabatan dan kebersamaan yang telah dijalin dengan penulis selama masa perkuliahan di saat suka dan duka menghampiri. Walaupun penulis sudah berusaha semaksimal mungkin dalam menyusun Tugas Akhir ini namun penulis menyadari masih ada kekurangan dan kesalahan di dalam Tugas Akhir ini, oleh karena itu penulis menerima dengan lapang dada bila ada kritik dan saran yang bersifat membangun demi menyempurnakan
Tugas Akhir ini. Akhir kata, penulis berharap semoga
tulisan ini dapat bermanfaat bagi penulis dan juga bagi siapapun yang membaca atau memerlukannya.
Medan, 24 Agustus 2015 Hormat Penulis,
Juniartha Manurung NIM. 1205112030
v
DAFTAR ISI Halaman LEMBAR PERSETUJUAN ..................................................................................................... i LEMBAR PENGESAHAN ..................................................................................................... ii ABSTRAK ...............................................................................................................................iii KATA PENGANTAR ............................................................................................................. iv DAFTAR ISI............................................................................................................................ vi DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................... ix DAFTAR TABEL ................................................................................................................... xi DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................................... xii BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ......................................................................................................... 1 1.2 Perumusan Masalah ................................................................................................. 2 1.3 Batasan Masalah ...................................................................................................... 2 1.4 Tujuan dan Manfaat Tugas Akhir ............................................................................ 3 1.4.1 Tujuan Tugas Akhir ........................................................................................ 3 1.4.2 Manfaat Tugas Akhir ...................................................................................... 3 1.5 Metodologi Tugas Akhir .......................................................................................... 4 1.6 Penyusunan Tugas Akhir ......................................................................................... 6 1.7 Sistematika Penulisan .............................................................................................. 6 1.8 Sumber-Sumber Daya .............................................................................................. 8 BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1 Arduino Uno R3 ....................................................................................................... 9 2.1.1 Pengertian Arduino Uno ........................................................................... 9 2.1.2 Catu Daya................................................................................................ 12 2.1.3 Memory ................................................................................................... 13 2.1.4 Input Output ............................................................................................ 13 2.1.5 Komunikasi ............................................................................................. 14 2.1.6 Pemograman ........................................................................................... 15 2.1.7 Perangkat Lunak(Arduino IDE) .............................................................. 16 2.1.8 Reset Otomatis ........................................................................................ 17 2.1.9 Modul SD card ........................................................................................ 18 vi
2.2 Modul Bluetooth .................................................................................................... 19 2.3 Real Time Clock(RTC) .......................................................................................... 21 2.4 Power Supply ......................................................................................................... 22 2.5 Breadboard ............................................................................................................ 22 2.6 Relay 5V................................................................................................................. 24 2.7 Transistor ............................................................................................................... 26 2.8 Android .................................................................................................................. 27 2.8.1 Pengertian Android ................................................................................. 27 2.8.2 Sejarah Sistem Operasi Android ............................................................. 29 2.8.3 Fitur Sistem Operasi Android ................................................................. 31 2.8.4 Arsitektur Sistem Operasi Android ......................................................... 33 2.8.5 Versi Android .......................................................................................... 39 2.9 Database Management System .............................................................................. 39 2.10 Model Proses Waterfall........................................................................................ 40 2.11 MIT App Inventor 2 ............................................................................................. 42 BAB 3 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM 3.1 Blok Diagram Sistem ............................................................................................. 44 3.2 Perancangan Hardware.......................................................................................... 46 3.2.1 Rangkaian Bluetooth Terhubung ke Arduino ......................................... 48 3.2.2 Rangkaian RTC Terhubung ke Arduino ................................................. 50 3.2.3 Rangkaian Relay Terhubung ke Arduino ............................................... 52 3.2.4 Rangkaian Keseluruhan .......................................................................... 54 3.3 Perancangan Software ............................................................................................ 55 3.3.1 Perancangan Algoritma Program ............................................................ 55 3.3.2 Perancangan Program Android ............................................................... 56 3.3.2.1 Perancangan Interface .......................................................................... 56 BAB 4 PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM 4.1 Pengujian Sistem .................................................................................................... 60 4.1.1 Material Pengujian .................................................................................. 60 4.1.2 Pelaksanaan Pengujian ............................................................................ 61 4.2 Hasil Analisa Sistem .............................................................................................. 64 4.3 Kelebihan dan Kekurangan Sistem ........................................................................ 68 4.3.1 Kelebihan Sistem ..................................................................................... 68 vii
4.3.2 Kekurangan Sistem .................................................................................. 68 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ............................................................................................................ 69 5.2 Saran ...................................................................................................................... 69 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................................. 71
viii
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Board Arduino Uno .............................................................................................. 11 Gambar 2.2 Kabel USB Board Arduino Uno .......................................................................... 11 Gambar 2.3 Tampilan Framework Arduino Uno ..................................................................... 17 Gambar 2.4 Modul SD Card .................................................................................................... 18 Gambar 2.5 Konfigurasi SD-Card Modul ke Arduino............................................................. 19 Gambar 2.6 Module Bluetooth HC-05..................................................................................... 21 Gambar 2.7 Breadboard tampak luar ....................................................................................... 23 Gambar 2.8 Konfigurasi pin-pin yang terdapat dalam BreadBoard ........................................ 23 Gambar 2.9 Bentuk Fisik Relay 5V ......................................................................................... 25 Gambar 2.10 Bentuk Fisik Transistor BC 547 dan Simbolnya ............................................... 27 Gambar 2.11 Gambar Sejarah Sistem Operasi Android .......................................................... 31 Gambar 2.12 Komponen Utama Sistem Operasi Android ....................................................... 38 Gambar 2.13 Model Metodologi Waterfall ............................................................................. 42 Gambar 2.14 Sistem Kerja MIT App Invent 2 ........................................................................ 43 Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem ........................................................................................... 45 Gambar 3.2 Rangkaian Arduino Uno R3 ................................................................................. 46 Gambar 3.3 Rangkaian Bluetooth Terhubung dengan Arduino ............................................... 48 Gambar 3.4 Rangkaian RTC Terhubung dengan Arduino ....................................................... 50 Gambar 3.5 Rangkaian Relay Terhubung dengan Arduino ..................................................... 52 Gambar 3.6 Rangkaian Keseluruhan ....................................................................................... 54 Gambar 3.7 Flowchart Keseluruhan Sistem ............................................................................ 56 Gambar 3.8 Form Halaman Pembuka ...................................................................................... 57 Gambar 3.9 Form Control Bluetooth ....................................................................................... 58 Gambar 3.10 Form How to use ................................................................................................ 59 Gambar 4.1 Tampilan Icon Bluetooth Control ........................................................................ 62 Gambar 4.2 Form Halaman Utama Aplikasi Bluetooth Control ............................................. 62 Gambar 4.3 Form Menu Aplikasi Bluetooth Control .............................................................. 63 Gambar 4.4 Form Menu Connect ............................................................................................ 63 Gambar 4.5 Form Menu Kirim Perintah .................................................................................. 64 ix
Gambar 4.6 Lampu 1,2, 3 Menyala ......................................................................................... 65 Gambar 4.7 Lampu 1, 2, 3 Padam ........................................................................................... 65 Gambar 4.8 Lampu 1 Hidup Selama 10 Detik ......................................................................... 66 Gambar 4.9 Lampu 2 Hidup Selama 10 Detik ......................................................................... 66 Gambar 4.10 Lampu 3 Hidup Selama 10 Detik ....................................................................... 67 Gambar 4.11 Semua Lampu Hidup Selama 10 Detik .............................................................. 67
x
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Deskripsi Arduino Uno ............................................................................................ 10 Tabel 2.3 Versi-versi Android ................................................................................................. 39
xi
DAFTAR LAMPIRAN LISTING PROGRAM ........................................................................................................... 72
xii
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Perkembangan teknologi sekarang ini semakin pesat. Hal ini dibuktikan
dengan berkembangnya pengetahuan dibidang elektronika yang mampu mengubah sistem manual ke sistem otomatis. Pengendalian pada alat-alat elektronik khususnya lampu merupakan hal yang penting dalam pengelolaan energi dalam suatu tempat, misalnya saja di rumah. Pada umumnya pemborosan pemakaian listrik terjadi bila kita lupa mematikan perangkat listrik. Salah satu contohnya adalah lampu beranda atau lampu taman. Lampu–lampu tersebut masih banyak dikendalikan secara manual. Tentu saja ada kemungkinan masyarakat lupa untuk memadamkan lampu tersebut. Masyarakat juga terbiasa menyalakan lampu selama berpergian agar memberikan kesan bahwa pemilik rumah berada didalam rumah. Hal ini dilakukan orang karena masih maraknya pencurian yang terjadi ketika rumah dalam keadaan tanpa penerangan listrik. Oleh karena itu sistem otomatisasi perangkat elektronika memungkinkan penghuni rumah untuk lebih menghemat biaya listrik, tenaga dan waktu dari pengguna, sebab lampu ini menggunakan mikrokontroler Arduino dan RTC (Real Time Clock) sebagai pengatur waktu lampu menyala dan padam secara otomatis, sehingga tidak perlu melakukan kendali atas perangkat elektronika di dalam rumah secara manual serta lebih praktis dan memberikan rasa aman terhadap pemilik rumah.
1
2
Karena didasari oleh latar belakang tersebut, maka akan dibentuk “Perancangan dan Pembuatan Sistem Otomatisasi Perangkat Elektronika Rumah Berbasis Arduino’’. Sistem ini akan bekerja untuk menyalakan maupun memadamkan perangkat elektronika secara otomatis ;seperti lampu yang terdapat didalam rumah; berdasarkan waktu yang telah disesuaikan dengan pengaturan pengguna, sehingga sistem ini dapat memberikan kesan bahwa lampu dinyalakan maupun dipadamkan oleh pemilik rumah. Maka dengan sistem ini dapat dilakukan sistem otomatisasi perangkat elektronika didalam rumah yang dapat menghemat tenaga dan biaya pengguna.
1.2
Perumusan Masalah Dalam penulisan tugas akhir ini terdapat beberapa permasalahan yang
menjadi titik utama pembahasan, diantaranya adalalah sebagai berikut : 1. Bagaimana menggunakan Arduino dan smartphone sebagai suatu alat untuk melakukan otomatisasi perangkat elektronik di dalam rumah. 2. Bagaimana mengendalikan perangkat secara terjadwal menggunakan Arduino.
1.3
Batasan masalah Batasan masalah pada penulisan tugas akhir agar tidak terjadi kesalahan
persepsi dan tidak meluasnya pokok pembahasan antara lain : 1. Sistem digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik rumah secara terjadwal.
3
2. Sistem digunakan untuk mengotomatisasi perangkat agar lebih terjadwal menggunakan Real Time Clock (RTC) pada IC/ Library. 3. Media
yang
digunakan
untuk
mengirim
perintah
otomatisasi
menggunakan media Bluetooth pada smartphone. 4. Aplikasi yang digunakan untuk membuat program adalah MIT App Inventor.
1.4
Tujuan dan Manfaat Tugas Akhir
1.4.1 Tujuan Tugas Akhir Tujuan yang hendak dicapai dalam penulisan tugas akhir ini adalah : 1. Membuat sebuah sistem yang dapat melakukan kendali perangkat elektronik secara langsung dan terjadwal menggunakan Arduino dan smartphone. 2. Menambah efisiensi pemakaian listrik, menghemat waktu dan tenaga dari pengguna karena dapat mengendalikan perangkat elektronik secara otomatis.
1.4.2 Manfaat Tugas Akhir Manfaat yang dapat diberikan dalam penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Bagi dunia akademik dan ilmu pengetahuan, khususnya Politeknik Negeri Medan.
4
a. Sebagai modul praktik dalam pengaplikasian Arduino, Bluetooth dan Android dan RTC dalam sistem otomatisasi. b. Sebagai tambahan referensi untuk menyelesaikan kasus maupun permasalahan yang memiliki latar belakang masalah yang hampir sama. 2. Bagi pengguna (user) a. Sistem ini diharapkan akan memberi manfaat dalam kehidupan pengguna untuk mengendalikan perangkat elektronik dalam rumah. b. Sistem ini sangat mudah digunakan sehingga pengguna tidak perlu sukar untuk mengerti cara menggunakan sistem otomatisasi ini. 3. Bagi penulis a. Untuk mengimplementasikan ilmu yang telah di peroleh selama mengikuti
bangku
perkuliahan
dan
untuk
mengaplikasikan
pengetahuan di dalam perancangan dan pembuatan sebuah sistem menggunakan Arduino, Bluetooth maupun Android maupun RTC.
1.5
Metodologi Tugas Akhir Metodologi yang digunakan dalam tugas akhir ini meliputi : 1. Studi Literatur Pada tahap ini akan diadakan studi literatur tentang bagaimana literatur sistem kerja dari Arduino, Bluetooth dan Android dan RTC. Pada sistem ini, aplikasi menggunakan bahasa C untuk Arduino dan blocksvisual based programming pada MIT App Invent untuk Android.
5
2. Pengumpulan Data Metode kepustakaan ( Library Research), mengumpulkan data - data yang diproleh dengan cara mengumpulkan data melalui buku – buku dan sumber – sumber lain ( internet) yang relevan dengan permasalahan yang dihadapi, tentang cara penggunaan Arduino, Bluetooth maupun Android serta cara menggunakan Real Time Clock (RTC). 3. Perancangan Sistem Dari data yang didapatkan, selanjutnya dilakukan analisa dan perencanaan terhadap sistem yang akan dibuat dalam tugas akhir ini, yang meliputi perancangan rangkaian elektronika sistem, cara kerja sistem dan analisa terhadap sistem secara keseluruhan. 4. Pembuatan Sistem Pelaksanaan dari sistem yang telah dibuat yang meliputi, perancangan rangkaian Arduino pada papan PCB, perancangan perangkat lunak Arduino dan perancangan perangkat lunak pada smartphone. 5. Pengujian dan Evaluasi Pengujian dan evaluasi dimaksudkan untuk memenuhi sejauh mana sistem yang dibuat pada tugas akhir ini dapat berfungsi sesuai dengan requirement sistem yang diharapkan. 6. Pembuatan laporan Membuat dokumentasi dari semua tahapan proses diatas berupa laporan yang berisi tentang dasar teori dan hasil tugas akhir ini.
6
1.6
Penyusunan Tugas Akhir Merupakan tahap untuk menyusun hasil penelitian secara sistematis
berdasarkan aturan yang ada.
1.7
Sistematika Penulisan Dalam penulisan tugas akhir ini, penulis menyusun secara sistematik agar
lebih jelas dan dapat dipahami. Adapun sistematika yang penulis susun adalah sebagai berikut : BAB 1
PENDAHULUAN Bab ini berisi tentang pendahuluan yang terdiri dari latar belakang masalah, batasan masalah, tujuan dan sasaran, metodologi serta sistematika pembahasan dari tugas akhir ini.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA Bab ini membahas mengenai teori–teori yang berkaitan dengan penyelesaian tugas akhir, yang didapatkan dari berbagai macam buku serta sumber- sumber terkait lainnya yang berhubungan dengan pembuatan tugas akhir ini.
BAB III
ANALISA DAN PERANCANGAN APLIKASI Bab ini membahas tentang analisa dan perancangan aplikasi. Perancangan tugas akhir ini dibagi dalam tiga bagian, yaitu perancangan sistem perangkat keras Arduino,
7
perancangan sistem perangkat lunak di MIT AppInvent berupa aplikasi Android pada smartphone, dan integrasi atau pengujian kerja antara perangkat keras dan perangkat lunak. Setelah tahap perancangan selesai dibuat maka sebagai langkah selanjutnya
adalah implementasi
dari
tahap perancangan tersebut. Sama halnya dengan tahap perancangan, tahap implementasi dibagi dalam tiga bagian utama yaitu meliputi: Implementasi perangkat keras, proses koneksi perangkat lunak, dan proses otomatisasi Real Time Clock (RTC). Tahap implementasi ini menampilkan hasil masing – masing bagian dari tahap perancangan yang telah dibuat.
BAB IV
IMPLEMENTASI DAN PEMBAHASAN Bab ini berisi pengujian perangkat keras maupun perangkat lunak serta pembahasan kekurangan yang terjadi selama ujicoba perangkat.
BAB V
PENUTUP Bab ini berisi kesimpulan dari uji coba perangkat lunak dan saran
untuk
pengembangan,
perbaikan
penyempurnaan terhadap aplikasi yang telah dibuat.
serta
8
1.8 Sumber- Sumber Daya Adapun sumber-sumber daya yang digunakan untuk menyelesaikan sistem ini adalah : 1.
MIT App Inventor sebagai aplikasi untuk membuat program.
2.
Arduino sebagai mikrokontroler dan PCB sebagai papan relay serta komponen elektronika lainnya.
3.
Perangkat pendukung seperti laptop dan smartphone.
4.
Sumber- sumber pustaka, seperti buku buku panduan, e-book, dan contoh-contoh otomatisasi lain yang menggunakan Arduino maupun Atmega.
