PERANCANGAN SISTEM KONTROL JARAK JAUH BERBASIS WEB UNTUK MEMUDAHKAN PENGGUNA DALAM PENGENDALIAN PERANGKAT LISTRIK RUMAH TANGGA Satriyo Wibowo1) 1)Program Studi Teknik Informatika, Sekolah Tinggi Informatika & Komputer Indonesia (STIKI) Malang Email:
[email protected] ABSTRAK Dewasa ini kehidupan manusia tidak lepas dari penggunaan berbagai perangkat listrik seperti penerangan lampu, peralatan masak, dan berbagai alat – alat lainnya. Untuk mempermudah pengguna dalam melakukan pengontrolan terhadap alat-alat tersebut, diperlukan suatu sistem kendali yang dapat digunakan untuk mengontrol perangkat listrik secara jarak jauh. Sistem yang dirancang dibangun dengan menggunakan mikrokontroller Arduino dan modul Relay yang dikontrol melalui aplikasi web sehingga pengguna dapat menggunakan perangkat mobile seperti smartphone untuk melakukan pengontrolan secara jarak jauh. Aplikasi web yang dibuat ditempatkan pada suatu komputer yang bertindak sebagai server, yang dihubungkan dengan mikrokontroller Arduino yang kemudian mengirimkan sinyal ke komponen relay untuk melakukan pengontrolan terhadap perangkat listrik. Berdasarkan hasil implementasi dan uji coba yang dilakukan, sistem yang dibuat telah mampu untuk digunakan sebagai sistem pengontrolan jarak jauh yang dapat digunakan user untuk mempermudah dalam mengontrol perangkat listrik yang terdapat pada rumah tangga. Kata kunci: Sistem Kontrol, Arduino, Relay, Perangkat Listrik 1. PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang Saat ini kehidupan manusia tidak lepas dari pemanfaatan berbagai peralatan listrik yang semakin canggih dan serba otomatis. Berbagai peralatan digunakan manusia dalam kehidupan sehari-hari untuk berbagai keperluan, seperti penerangan, hiburan, peralatan dapur, hingga sistem keamanan yang serba otomatis. Meskipun demikian, terdapat beberapa masalah yang timbul akibat penggunaan peralatan listrik tersebut, salah satunya yaitu adalah pemborosan listrik ketika seseorang lupa mematikan peralatan listrik ketika meninggalkan rumah, yang berdampak pada pemborosan energi listrik dan membengkaknya biaya listrik yang harus dikeluarkan. Selain itu kelalaian dalam mengontrol peralatan listrik yang ada dapat berakibat pada terjadinya bencana seperti kebakaran karena lupa mematikan kompor listrik.
Untuk mengatasi permasalahan tersebut, perlu diciptakan suatu sistem kendali jarak jauh yang dapat diakses dari mana saja meskipun pengguna sedang tidak berada di rumah, yang dapat memudahkan pengguna dalam mengontrol perangkat listrik yang terdapat pada rumah tangga. Metode yang digunakan dalam pengontrolan adalah dengan menggunakan mikrokontroller Arduino yang dihubungkan dengan beberapa komponen relay yang berfungsi sebagai switch untuk mematikan dan menyalakan peralatan listrik. Mikrokontroller Arduino dipilih karena memiliki kemampuan untuk melakukan interfacing terhadap peralatan listrik dan karena harganya yang cukup terjangkau sehingga dapat digunakan oleh masyarakat dari berbagai kalangan. Sebagai alat pengontrolan digunakan sebuah smartphone yang digunakan untuk mengakses aplikasi berbasis web yang terdapat pada suatu komputer yang berfungsi sebagai web server, sehingga pengontrolan
1
dapat dilakukan secara jarak jauh dari mana saja melalui media internet. Aplikasi web yang digunakan dibuat dengan menggunakan bahasa pemrograman PHP dan HTML. 1.2 a.
b.
Rumusan Masalah Bagaimana merancang suatu sistem kontrol yang dapat digunakan untuk mengendalikan peralatan listrik secara jarak jauh dengan menggunakan aplikasi berbasis web yang dapat diakses dengan menggunakan smartphone. Bagaimana mengimplementasikan sistem tersebut dengan menggunakan mikrokontroler Arduino dan pemrograman web PHP.
1.3
Tujuan Merancang dan membuat sistem kontrol peralatan listrik secara jarak jauh dengan menggunakan mikrokontroller Arduino dan aplikasi berbasis web yang dapat memudahkan pengguna dalam melakukan pengendalian terhadap peralatan listrik pada rumah tangga. 1.4 a.
b.
c.
d.
Manfaat Membantu pengguna dalam mengendalikan perangkat listrik dari jarak jauh. Membantu dalam melakukan penghematan listrik dengan menggunakan fasilitas timer yang disediakan. Membantu dalam melakukan perkiraan biaya listrik yang harus dikeluarkan dengan menggunakan fasilitas logging yang disediakan. Membantu mengurangi resiko bencana kebakaran yang disebabkan karena lupa untuk mematikan suatu perangkat listrik.
power input yang dapat disediakan melalui power supply eksternal maupun konektor USB yang telah disediakan. Selain itu terdapat sebuah tombol reset yang dapat digunakan untuk menjalankan program yang telah di-upload kedalam chip dari awal. Masing-masing pin digital dapat berfungsi sebagai input atau output, tergantung kebutuhan pengguna yang dapat dipilih melalui coding program. Terdapat beberapa versi Arduino UNO, Arduino UNO Rev. 3 adalah versi yang dirilis pada tahun 2012. Arduino UNO dapat diprogram menggunakan software Arduino Sketch dengan menggunakan bahasa pemrograman C. 2.2
Ethernet Shield Ethernet Shield adalah suatu modul elektronik yang kompatibel dengan Arduino yang digunakan untuk memberikan kemampuan konektivitas dengan jaringan LAN terhadap Arduino melalui port RJ45. Ethernet Shield dilengkapi dengan chip Wiznet 5100 sebagai ethernet controller. Ethernet Shield berkomunikasi dengan Arduino melalui SPI (Serial Peripheral Interface) bus pada digital pin 10, 11, 12, dan 13. 2.3
Relay Relay merupakan suatu komponen elektronik yang berfungsi sebagai switch atau sakelar. Relay bekerja dengan prinsip kemagnetan. Pada dasarnya relay merupakan sakelar elektromagnetik yang akan bekerja ketika ada tegangan yang mengalir melalui kumparan. Dalam sebuah relay terdapat sebuah kumparan dan inti besi yang jika dialiri arus listrik, inti besi akan menjadi magnet dan menarik kontak-kontak relay.
2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1
Arduino Arduino UNO adalah modul elektronik open source berbasis mikrokontroller Atmel AVR Atmega328. Arduino dirancang untuk memudahkan dalam perancangan prototipe hardware elektronik. Modul ini memiliki 14 pin digital input/output, 6 analog input, dan 5 volt
Gambar 1. Relay Terdapat dua kondisi kontak yang mungkin, yaitu:
2
1.
2.
Normally Closed (NC), yaitu tidak ada tegangan yang mengalir pada kumparan sehingga kontak berada dalam keadaan membuka. Normally Open (NO), yaitu ada tegangan yang mengalir pada kumparan sehingga gaya magnet yang timbul akan menarik dan menutup kontak. 3.
3. METODOLOGI PENELITIAN 3.1
Analisa Masalah Terdapat berbagai peralatan listrik yang digunakan manusia dalam kehidupan sehari-hari untuk berbagai keperluan, seperti penerangan, hiburan, peralatan dapur, hingga sistem keamanan. Namun demikian terdapat beberapa masalah yang timbul, antara lain yaitu sulitnya melakukan pengontrolan terhadap banyak alat listrik sekaligus yang letaknya jauh dari pengguna. Selain itu pengguna terkadang memerlukan suatu sistem yang dapat digunakan untuk mengontrol alat listrik yang ada di rumah ketika pengguna sedang tidak berada di rumah.
web berfungsi untuk melakukan pengontrolan terhadap mikrokontroller Arduino dengan cara mengirimkan data POST ke Ethernet Shield. Data tersebut lalu diproses dan disampaikan ke mikrokontroller Arduino untuk melakukan pengontrolan terhadap komponen relay. Hardware atau perangkat keras adalah bagian dari sistem berupa sekumpulan rangkaian elektronik yang digunakan untuk melakukan pengontrolan terhadap peralatan listrik. Hardware yang digunakan yaitu adalah mikrokontroller Arduino, Ethernet Shield, Relay Modul, dan Wireless Access Point.
3.2.2 Diagram Blok Rangkaian
3.2 Perancangan Perangkat Keras 3.2.1 Skema Sistem Pengontrolan
Gambar 3. Diagram Blok Sistem Adapun bagian-bagian dari diagram blok di atas adalah sebagai berikut: Gambar 2. Skema Sistem Skema diatas terbagi menjadi 3 bagian, yaitu Pengguna, Aplikasi, dan Hardware, yang dapat dijabarkan sebagai berikut: 1. Pengguna merupakan orang yang menggunakan sistem, dalam sistem digunakan sebuah smartphone yang terhubung dengan internet dan dilengkapi dengan web browser yang digunakan untuk mengakses halaman web pada server. 2. Aplikasi adalah aplikasi web yang tersimpan pada server dan berfungsi sebagai interface atau antarmuka dalam sistem pengontrolan. Aplikasi
a.
Ethernet Shield Ethernet shield merupakan suatu modul elektronik yang kompatibel dengan Arduino yang berfungsi untuk melakukan interfacing atau komunikasi data antara komputer server dengan mikrokontroller Arduino dengan menggunakan protokol TCP/IP. Ethernet shield memiliki sebuah port RJ45 yang dapat dihubungkan ke Access Point sehingga memiliki kemampuan konektivitas secara wireless ke komputer server ataupun langsung dihubungkan dengan LAN port pada
3
b.
c.
d.
e.
f.
komputer dengan menggunakan kabel UTP. Arduino Arduino adalah suatu modul elektronik yang dilengkapi dengan chip mikrokontroller yang berfungsi sebagai prosesor untuk melakukan pengontrolan terhadap komponen relay. Jenis Arduino yang digunakan adalah Arduino UNO Rev. 3 yang dilengkapi dengan chip mikrokontroller ATmega328P. Arduino membutuhkan daya sebesar 5 volt yang disupply oleh power supply eksternal berupa adaptor. Relay Relay merupakan suatu komponen elektronik yang berfungsi sebagai switch yang kemudian dihubungkan dengan kabel listrik dari peralatan listrik yang akan dikontrol. Relay akan bekerja ketika menerima input dari mikrokontroller Arduino. Relay yang digunakan adalah modul relay 4 channel yang merupakan suatu modul elektronik yang telah dilengkapi dengan 4 buah relay yang tertanam secara on-board. Satu buah relay dapat digunakan untuk mengontrol satu peralatan listrik sehingga terdapat 4 alat listrik yang dapat dikontrol oleh satu modul. Peralatan Listrik Peralatan listrik adalah peralatan yang akan dikontrol oleh sistem. Peralatan ini dapat berupa lampu, kipas angin, kompor listrik, dan lain sebagainya sesuai kebutuhan pengguna. Power Supply Yaitu power supply eksternal berupa adaptor yang menyediakan daya sebesar 5 volt ke mikrokontroller Arduino. Wireless Router/Access Point Wireless router adalah suatu perangkat yang menerima dan mentransmisikan data antara mikrokontroller Arduino dan komputer server secara nirkabel dengan menggunakan standar 802.11g.
3.3 Perancangan Perangkat Lunak 3.3.1 Use Case Diagram
Gambar 4. Use Case Diagram 3.3.2 Sequence Diagram Login
Gambar 5. Sequence Diagram Login 3.3.3 Sequence Diagram Kontrol
Gambar 6. Sequence Diagram Kontrol
3.3.4 Sequence Diagram Timer
Gambar 7. Sequence Diagram Timer
4
masing komponen tersebut dapat dilihat pada gambar berikut: 1. Arduino dan Ethernet Shield
3.3.5 Class Diagram
Gambar 8. Class Diagram
3.3.6 Entity Relationship Diagram ID_ALAT = ID_ALAT
ID_ALAT WAKTU STATUS DAY A
ALATLISTRI K ID_ALAT v arc har(20) NAMA_ALAT v arc har(40) DAY A int STATUS int UPTI ME f loat HARGA dec imal
LOG v arc har(20) dat et ime int int
ID_ALAT = ID_ALAT
USER USERNAME PASSWORD HARGAKWH EMAILADDRESS
TIMER ID_ALAT v arc har(20) ID_TIMER int WAKTU dat et ime ACTI ON int
v arc har(50) v arc har(50) dec imal v arc har(40)
Gambar 9. Physical ERD
Gambar 10. Arduino dan Ethernet Shield Ethernet Shield dihubungkan dengan Arduino melalui pin-pin header pada bagian atas Arduino. 2.
Ethernet Shield dan Modul Relay
4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1
Implementasi Implementasi sistem dibagi menjadi beberapa tahap, yaitu perangkaian hardware, implementasi database, implementasi antarmuka, dan implementasi program Arduino. Bahan dan alat yang digunakan dalam implementasi yaitu adalah sebagai berikut: 1. Arduino UNO R3 2. Ethernet Shield 3. Modul Relay 4 channel 4. Wireless Router/Access Point 5. Komputer laptop dengan spesifikasi prosesor i3 2.1 GHz, RAM 2 GB, dan harddisk 500 GB. 6. XAMPP dengan webserver Apache 2.2, database MySQL 5.5, dan bahasa pemrograman PHP 7. Arduino Sketch IDE 4.1.1 Rangkaian Hardware Pada sistem ini digunakan rangkaian elektronik yaitu berupa Mikrokontroller Arduino, modul relay, ethernet shield dan wireless router. Interkoneksi dari masing-
Gambar 11. Arduino dan Modul Relay Ethernet Shield dihubungkan dengan modul relay dengan menggunakan kabel jumper malefemale 6 pin. Koneksi dari masingmasing pin dapat dilihat pada tabel di bawah:
Tabel 1. Koneksi Pin Relay Ethernet Shield
Relay Module
Pin A0 Pin A1 Pin A2 Pin A3 5V GND
IN1 IN2 IN3 IN4 VCC GND
5
Kabel listrik pada peralatan listrik yang akan digunakan kemudian dapat dihubungkan melalui koneksi NO dan COM pada relay. 3.
2.
Antarmuka halaman kontrol
Rangkaian Arduino dan Wireless Router
Gambar 12. Rangkaian Arduino dan Wireless Router Ethernet Shield dihubungkan dengan Wireless Router/PC dengan menggunakan kabel Unshielded Twisted Pair/UTP.
Gambar 15. Antarmuka halaman kontrol 3.
Antarmuka halaman logging
4.1.2 Implementasi Database
Gambar 13. Implementasi Database
4.1.3 Implementasi Antarmuka 1.
Antarmuka halaman login Gambar 16. Antarmuka halaman logging
Gambar 14. Antarmuka halaman login
4.1.4 Implementasi Program Arduino Implementasi program Arduino dibuat dengan menggunakan software IDE Arduino Sketch yang berfungsi untuk mengcompile dan mengupload program ke dalam board Arduino UNO yang digunakan. Program Arduino digunakan untuk memproses data POST yang dikirim oleh aplikasi web dan mengontrol relay sesuai perintah yang dikirimkan.
6
Tabel 2. Hasil Pengujian Nama Perangkat Samsung Galaxy Y Nokia Lumia 720 Asus Transformer Komputer Laptop
Nyalakan Relay
Matikan Relay
Set Timer
Log
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
✓
5. KESIMPULAN Gambar 17. Arduino Sketch IDE 4.2
Pembahasan Untuk dapat mengetahui apakah sistem yang dibuat dapat berjalan dengan baik maka dilakukan pengujian terhadap sistem secara keseluruhan. Pengujian dilakukan dengan menggunakan perangkatperangkat berikut ini: 1. Smartphone Samsung Galaxy Y dengan sistem operasi Android 2.3 Gingerbread 2. Smartphone Nokia Lumia 720 dengan sistem operasi Windows Phone 8 3. Tablet Asus Transformer dengan sistem operasi Android 4.2 Jellybean 4. Komputer laptop dengan sistem operasi Windows 7 Pengujian dilakukan dengan cara melakukan akses terhadap halaman web dengan menggunakan masing-masing perangkat dan melakukan percobaan pengontrolan terhadap masing-masing komponen relay. Hasil percobaan dapat dilihat secara visual pada lampu LED yang terdapat pada masing-masing komponen relay. Berikut ini adalah tabel hasil pengujian untuk masing-masing perangkat:
Berdasarkan hasil implementasi dan pengujian yang dilakukan maka dapat ditarik beberapa kesimpulan yaitu: Sistem yang dibuat telah mampu untuk digunakan sebagai sistem pengontrolan alat listrik secara jarak jauh. Aplikasi web yang dibuat memungkinkan pengontrolan perangkat listrik dengan menggunakan berbagai jenis perangkat mobile dengan mudah. Dengan memanfaatkan fitur-fitur yang terdapat pada sistem, pengguna menjadi lebih mudah dalam melakukan pengontrolan alat-alat listrik yang terdapat dalam rumah tangga. 6. DAFTAR PUSTAKA [1]Banzi, Massimo (2009). Getting Started With Arduino 3rd Edition. California : O’ Reilly Media. [2]Himmelsbach, Tobias (2013). A Survey on Today's Smartphone Usage. Norderstedt, Germany : GRIN Verlag. [3]McRoberts, Michael (2010). Beginning Arduino. New York : Apress. [4]Nugroho, Bunafit (2008). Aplikasi Pemograman Web Dinamis dengan PHP dan MYSQL. Yogyakarta : Gava Media. [5]Negrino, Tom (2012). JavaScript: Visual QuickStart Guide (8th Edition). New Jersey : Pearson Education. [6]Reisinger, Don. 2012. Worldwide smartphone user base hits 1 billion. Online, (http://news.cnet.com/83011035_3-57534132-94/worldwide-
7
smartphone-user-base-hits-1-billion/), diakses 17 Februari 2014. [7]Saputra, Agus (2011). Trik dan Solusi Jitu Pemrograman PHP. Jakarta : Elex Media Komputindo. [8]Syafrizal, Melwin (2005). Pengantar Jaringan Komputer. Jogja : Andi Offset.
[9]Whitten, Jeff & Bentley, Lonnie (2007). Systems Analysis and Design for the Global Enterprise. New York : McGraw-Hill. [10]Yani, Ahmad (2009). Panduan Membangun Jaringan Komputer. Jakarta : Kawan Pustaka.
8
