Rancang Bangun Sistem Monitoring Ruangan Terintegrasi berbasis Ethernet

Rancang Bangun Sistem Monitoring Ruangan Terintegrasi berbasis Ethernet Simon Siregar Politeknik Telkom [email protected] Abstrak Peningkatan penggunaan energi listrik dalam kehidupan setiap hari semakin berkembang. Akan tetapi sering kali penggunaan listrik tersebut tidak digunakan secara efisien, khususnya untuk gedung dengan kontrol (Air conditioning) AC, lampu, dan infokus dikontrol secara manual. Oleh karena itu, untuk menangani monitoring penggunaan setiap alat tersebut, penggunaan embedded ethernet sebagai sistem monitoring cahaya, suhu, dan gerak didalam ruangan berbasis ethernet merupakan salah satu solusi dalam efisiensi listrik. Pada penelitian ini akan dibangun sistem monitoring berbasis ethernet dengan menggunakan mikrokontroler AVR tipe Atmega8535 sebagai unit kontrol dan Embedded Module System (EMS) Ethernet Module dengan IC ENC28J60 sebagai unit kontrol jaringan yang menangani komunikasi protokol TCP/IP. Mikrokontroler akan dikonfigurasi menggunakan CodevisionAVR C compiler, sedangkan aplikasi yang digunakan sebagai antar muka dengan pengguna dikembangkan dengan menggunakan Visual Basic 6.0. Penelitian ini akan menghasilkan suatu sistem terintegrasi dimana mikrokontroler sebagai client yang akan mendeteksi keadaan sebuah ruangan dan komputer induk sebagai server yang berfungsi sebagai pengambil keputusan untuk keadaan sebuah ruangan yang dikirim oleh mikrokontroler. Kata kunci: Sistem Monitoring, Embedded System, ENC28J60, Efisiensi listrik Abstract Increased use of electrical energy in everyday life is growing. However, often times the use of electricity is not used efficiently, particularly for buildings with air conditioning, lights, and infocus controlled manually. Therefore, to handle the monitoring of the use of each tool, the use of monitoring systems embedded ethernet as light, temperature, and motion-based ethernet in the room is one solution in electrical efficiency. This research will build an ethernet-based monitoring system using AVR microcontroller type ATMEGA8535 as the control unit and an Embedded Module System (EMS) Ethernet Module with IC ENC28J60 as a network control unit that handles the communication protocol TCP / IP. Microcontroller will be configured with CodevisionAVR C compiler, while the application that used as the user interface is developed with Visual Basic 6.0. This research will result in an integrated system in which the microcontroller as a client that will detect the state of a room and the host computer as a server that serves as a decision maker for the state of a room that is sent by the microcontroller. Keywords: System Monitoring, Embedded System, ENC28J60, Electrical efficiency 1.

Pendahuluan

Perkembangan teknologi saat ini, sangat berkembang dengan pesat. Segala perlengkapan kebutuhan hidup manusia kini mengkomsumsi energi listrik, bahkan untuk tempat berlindung pun dalam hal ini rumah atau bangunan diperlukan listrik dalam menciptakan kenyamanan. Perkembangan penggunaan listrik, belum tentu selaras dengan tingkat efisiensi penggunaan listrik tersebut. Sebagai contoh, didalam sebuah ruangan di gedung modern, umumnya sudah dilengkapi dengan Air conditioning (AC), sistem pencahayaan yang baik, serta infokus yang dapat digunakan sebagai alat presentasi. Umumnya setiap sistem tersebut masih dikontrol oleh manusia secara manual. Permasalahan yang sering muncul adalah ketika sudah tidak ada orang di dalam ruangan tersebut, sering kali, lampu, infokus, ISSN: 2088-8252

dan AC tidak dimatikan, sehingga berakibat pemborosan sumber daya listrik. Oleh karena itu, untuk menangani penggunaan setiap alat tersebut, penggunaan embedded ethernet sebagai sistem monitoring cahaya, suhu, dan gerak didalam ruangan berbasis ethernet merupakan salah satu solusi dalam efisiensi listrik. Pada penelitian ini akan dibangun sistem monitoring berbasis ethernet dengan menggunakan mikrokontroler AVR tipe Atmega8535 sebagai unit kontrol dan sebuah ethernet controler dengan IC ENC28J60 sebagai unit kontrol jaringan yang menangani komunikasi protokol TCP/IP. Mikrokontroler akan dikonfigurasi menggunakan CodevisionAVR C compiler, sedangkan aplikasi yang digunakan sebagai antar muka dengan pengguna dikembangkan dengan menggunakan Visual Basic 6.0.

71

2.

Atmega 8535

Mikrokontroler merupakan sebuah mikroprosessor CPU (Central Procesing Unit) yang dikombinasikan dengan I/O dan memori ROM (Read Only Memory) dan RAM (Random Acces Memory). Berbeda dengan mikrokomputer yang memiliki bagian-bagian tersebut secara terpisah, mikrokontroler mengkombinasikan bagian tersebut dalam tingkat chip.[1] AVR ATmega merupakan seri mikrokontroler 8 bit yang berarsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computing). Inti AVR adalah kombinasi berbagai macam instruksi dengan 32 register serba guna. Registerregister tersebut terhubung langsung dengan ALU (Arithmetic Logic Unit) yang memungkinkan 2 register independent untuk diakses dalam satu pelaksanaan instruksi dengan 1 siklus detak. Keuntungan dari arsitektur ini adalah kode program yang lebih efisien sementara keberhasilan keseluruhan sepuluh kali lebih cepat dibandingkan dengan CISC (Complex Instruction Set Computing) yang konvensial. Kelengkapan seri AVR antara lain disebutkan sebagai berikut : 1. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu port A, port B, port C, port D. 2. ADC 10-bit sebanyak 8 saluran. 3. Tiga buah timer atau counter. 4. CPU yang terdiri atas 32 buah register. 5. Watch Dog Timer dengan osilator internal. 6. SRAM sebesar 512 byte. 7. Memori Flash sebesar 8kb. 8. Unit interupsi internal dan eksternal. 9. Port antarmuka SPI. 10. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi. 11. Antarmuka komperator analog. Port USART untuk komunikasi serial Kecepatan eksekusi ditentukan dari hasil pembangkitan detak pada blok osilator internal. Detak juga dipergunakan sebagai dasar pembangkitan timer, termasuk dalam fungsi timer tersebut adalah PWM (Pulse Width Modulation) dan baudrate untuk komunikasi serial. Penggunaan fungsi timer dapat dapat pula dimodekan sebagai sumber interupsi. ATmega 8535 dilengkapi dengan ADC (Anolog to Digital Convertion) 10 bit dengan multiplek untuk 8 jalur masukan, dimana ADC dapat juga dipergunakan sebagai sumber interupsi. Pemilihan saluran dan proses konversi dilakukan dengan memberikan data pada register yang berkaitan. Kelengkapan lain adalah untuk fungsi komunikasi serial, dimana terdapat tiga format komunikasi yang dapat digunakan yaitu USART (Universal Synchronous and asynchronous Interface). Semua 72

fasilitas serial dapat dipergunakan dalam variasi kecepatan transmisi yang sangat bergantung pada besarnya penggunaan sumber detak dan pengisian register yang berkaitan. Adapun susunan kaki mikrokontroler ATmega 8535 ditunjukan pada gambar 1 dibawah ini.

Gambar 1. Susunan Kaki Mikrokontroler ATmega 8535

3.

EMS Ethernet Module

Embedded Module System (EMS) Ethernet Module merupakan modul untuk mempermudah antarmuka antara komunikasi ethernet dengan mikrokontroler/mikroprosesor. Modul ini bekerja dengan level tegangan TTL. Aplikasi dari modul ini adalah embedded web server, embedded DHCP server, serta aplikasi lainnya yang berhubungan dengan komunikasi ethernet. Gambar modul ini ditunjukkan pada gambar 2. [2]

Gambar 2. EMS Ethernet Module

Spesifikasinya adalah sebagai berikut : 1. Berbasis IC ENC28J60, ethernet controller yang kompatibel dengan IEEE 802.3™ dan jaringan 10/100/1000 Base-T. 2. Memiliki MAC dan 10 Base-T PHY yang terintegrasi. 3. Memiliki 1 port 10 Base-T (konektor MAC jack) dengan kemampuan deteksi dan koreksi polaritas secara otomatis. 4. Mendukung mode Full dan Half-Duplex.

ISSN: 2088-8252

5. Pengiriman ulang secara otomatis (dapat diprogram). 6. Perhitungan CRC (dapat diprogram). 7. Penolakan paket yang salah secara otomatis (dapat diprogram). 8. Antarmuka ke host controller melalui SPI dengan kecepatan sampai dengan 20 MHz. 9. Mempunyai 8 KByte SRAM sebagai buffer bagi paket data yang akan dikirimkan sekaligus bagi paket data yang akan diterima (shared buffer). 10. Mendukung paket data unicast, multicast, dan broadcast. 11. Memiliki alamat MAC yang dapat diprogram. 12. Memiliki filter untuk paket data yang diterima. 13. Kecepatan transfer data ethernet sampai dengan 10Mb/s. Memiliki 2 indikator LED untuk menunjukkan status koneksi. 14. Memiliki pin interupsi untuk menginformasikan adanya paket data yang telah diterima. 15. Memiliki pin clock yang dapat menghasilkan frekuensi hingga 25 Mhz pada level tegangan TTL. 16. Memiliki fasilitas power-down. 17. Membutuhkan catu daya 5 Volt DC. 18. Kompatibel dengan DT-AVR Low Cost Series dan mendukung sistem kontroler lainnya.

Gambar 3. Sensor LDR

5.

PIR(Passive Infra-Red)

Sensor PIR adalah perangkat piroelektrik yang mendeteksi gerakan dengan mengukur perubahan dalam inframerah yang dipancarkan oleh bendabenda tingkat sekitarnya. [4] Gerakan ini dapat dideteksi dengan memeriksa tinggi sinyal pada pin I/O perangkat tersebut. Sensor ini umunya digunakan pada sistem alarm. Bentuk sensor PIR umumnya ditunjukkan seperti gambar 4.

Gambar 4. Sensor PIR

4.

LDR (Light Dependent Resistor)

Resistor peka cahaya atau fotoresistor adalah komponen elektronik yang resistansinya akan menurun jika ada penambahan intensitas cahaya yang mengenainya. Fotoresistor dapat merujuk pula pada light-dependent resistor (LDR), atau fotokonduktor. [3] Fotoresistor dibuat dari semikonduktor beresistansi tinggi yang tidak dilindungi dari cahaya. Jika cahaya yang mengenainya memiliki frekuensi yang cukup tinggi, foton yang diserap oleh semikonduktor akan menyebabkan elektron memiliki energi yang cukup untuk meloncat ke pita konduksi. Elektron bebas yang dihasilkan (dan pasangan lubangnya) akan mengalirkan listrik, sehingga menurunkan resistansinya. Aplikasi yang sering menggunakan sensor ini adalah aplikasi pada lampu taman dan lampu di jalan yang bisa menyala di malam hari dan padam di siang hari secara otomatis. Gambar LDR yang umum digunakan ditunjukkan pada gambar 3.

ISSN: 2088-8252

Spesifikasi teknis dari sensor PIR adalah sebagai berikut : 1. Output berupa bit tunggal 2. Ukurannya kecil membuatnya mudah untuk menyembunyikan 3. Kompatibel dengan semua Microcontrollers Parallax 4. Tegangan input 3.3V & 5V operasi dengan <100uA

5.

IC LM35

IC LM 35 sebagai sensor suhu yang teliti dan terkemas dalam bentuk IntegratedCircuit (IC), dimana output tegangan keluaran sangat linear berpadanan dengan perubahan suhu. Sensor ini berfungsi sebagai pengubah dari besaran fisis suhu kebesaran tegangan yang memiliki koefisien sebesar 10mV/ºC yang berarti bahwa kenaikan suhu 1 ºC maka akan terjadi kenaikan tegangan sebesar 10 mV. IC LM 35 ini tidak memerlukan pengkalibrasian atau penyetelan dari luar karena ketelitiannya sampai lebih kurang seperempat derajat celcius pada temperature ruang. Jangka sensor mulai dari -55 ºC sampai dengan 150 ºC, IC LM 35 penggunaannya 73

sangat mudah, difungsikan sebagai control dari indikator tampilan catu daya terbelah. IC LM 35 sehingga panas yang ditimbulkan sendiri sangat rendah kurang dari 0 ºC didalam suhu ruangan. [1] Karena sensor suhu LM 35 akan menangkap data yang berupa besaran suhu dalam bentuk sinyal analog lalu data tersebut dirubah kedalam bentuk menjadi besaranbesaran listrik analog, kemudian data yang berupa sinyal listrik analog diinputkan ke IC ATmega 8535 karena didalam IC Atmega 8535 sudah terdapat ADC maka sensor suhu LM 35 tidak memerlukan tambahan ADC diluar IC mikrokontroler. Berikut pada gambar 5 menunjukan skema rangkaian sensor suhu IC LM 35.

3. Bagian Toolbox 4. Bagian Properties 5. Bagian Form Layout 6. Bagian Window Project Gambar 7 dibawah ini menunjukkan tampilan halaman muka dari program Visual basic 6.0.

Gambar 7. Antarmuka Visual Basic 6.0

Gambar 5. Sensor LM 35

6.

CodeVision AVR

CodeVision AVR adalah compiler berbahasa C yang digabungkan dengan Integrated Development Environment (IDE) dan Automatic Program Generator yang didesain untuk mikrokontroler tipe Atmel AVR. Compiler ini mengimplementasikan hampir semua elemen dari bahasa ANSI C. Compiler ini juga sudah dilengkapi komunikasi serial didalam IDE CodeVision AVR, yakni terdapat Terminal. [5] 7.

Visual Basic 6.0

Kata “Visual” menunjukkan cara yang digunakan untuk membuat graphical user interface (GUI). Dengan cara ini anda tidak lagi menuliskan instruksi pemrograman dalam kode-kode baris, tetapi secara mudah user dapat melakukan drag dan drop objek-objek yang akan anda gunakan. Jika ingin menggunakan fasilitas program drawing, misalnya paint, secara efektif dapat menggunakan interfacenya. [6] Kata basic merupakan bagian bahasa basic (beginners all-purpose symbolic instruction code), yaitu sebuah bahasa pemrograman yang dalam sejarahnya sudah banyak digunakan oleh para programmer untuk menyusun aplikasi. Visual basic dikembangkan dari bahasa pemrograman basic dan sekarang berisi banyak statemen, fungsi, dan keyword, yang beberapa diantaranya terhubung ke windows GUI. Mengenal bagian-bagian Visual basic Visual Basic terdiri atas 6 jendela penting : 1. Bagian Main Window 2. Bagian Form Window 74

8.

Protokol TCP/IP ( Transmission Control Protokol/Internet Protokol )

TCP/IP (Transmission Control Protokol/Internet Protokol) adalah standar komunikasi data yang digunakan oleh komunitas internet dalam proses tukar-menukar data dari satu komputer ke komputer lain di dalam jaringan Internet. Arsitektur TCP/IP tidaklah berbasis model referensi tujuh lapis OSI, tetapi menggunakan model referensi DARPA. Seperti diperlihatkan dalam diagram, TCP/IP yang merngimplemenasikan arsitektur berlapis yang terdiri atas empat lapis. Empat lapis ini, dapat dipetakan (meski tidak secara langsung) terhadap model referensi OSI. [7] 9.

Perancangan Sistem

Sistem yang akan dibangun ditunjukkan dalam gambar 8. Sensor Gerak PIR

EMS Ethernet Module

Computer

Sensor Suhu IC LM 35

Sensor Cahaya LDR

Mikrontroler Atmega 8535

Kontrol Lampu

Kontrol AC

Kontrol Infokus

Gambar 8. Rancangan Sistem Monitoring terintegrasi

Komputer : Adalah tempat aplikasi Visual Basic. 6.0 dijalankan, dimana user dapat berinteraksi secara langsung. Didalam komputer ini, user dapat memberikan perintah secara langsung terhadap mikrokontroler melalui protokol TCP/IP.

ISSN: 2088-8252

EMS Ethernet Module : Adalah interface antara komputer dan mikrokontroler. Ethernet Module ini berfungsi sebagai jembatan protokol TCP/IP didalam mikrokontroler.

2.

Aplikasi (didalam komputer) seperti yang ditunjukkan pada gambar 10. Start

Setting IP dan Port

Sensor Gerak : Berfungsi sebagai sensor yang mendeteksi gerakan tubuh manusia. Merupakan inputan untuk Mikrokontroler Atmega 8535

Salah

Connect

Benar

Sensor Cahaya : Berfungsi sebagai sensor yang mendeteksi kondisi cahaya didalam ruangan. Merupakan inputan untuk Mikrokontroler Atmega 8535

Request Data Sensor Gerak, Sensor Suhu, Sensor Cahaya, Kontrol Lampu, Kontrol AC, Infokus dari Mikrokontroler

Tampilkan di GUI Kondisi Data

Sensor Suhu : Berfungsi sebagai sensor yang mendeteksi kondisi temperatur didalam ruangan. Merupakan inputan untuk Mikrokontroler Atmega 8535

Tidak

Ada Orang

Kirim Perintah Matikan Lampu, AC, Infokus

Tampilkan di GUI

Ya Kirim Perintah Nyalakan Infokus

Kontrol Lampu, AC, Infokus : Merupakan aktuator keluaran dari mikrokontroler. Komponen utamanya adalah relay yang menghubungkan dengan kontrol power dari Lampu, AC dan infokus didalam ruangan.

1

Tampilkan di GUI

Tidak

Cahaya < 300

Kirim Perintah Nyalakan Lampu

Tampilkan di GUI

Ya Kirim Perintah Matikan Lampu

10. Flow Chart Sistem

Temperatur < 27oC

Tidak

Kirim Perintah Nyalakan AC

Ya

Sistem yang akan dibangun akan mengikuti flow chart yang akan dibagi menjadi dua bagian : 1. Hardware (didalam mikrokontroler) seperti yang ditunjukkan pada gambar 9.

Temperatur < 27oC

Tidak

Kirim Perintah Nyalakan AC

Kirim Perintah Matikan AC

Tampilkan di GUI

Tampilkan di GUI

Ya Kirim Perintah Matikan AC

Start

Tampilkan di GUI

Inisialisasi Ethernet Module, Sensor PIR, IC LM35, LDR

Tampilkan di GUI

1

End

Gambar 10. Flow Chart untuk sistem monitoring di komputer Mengirim Data Data Sensor Gerak, Sensor Suhu, Sensor Cahaya, Kontrol Lampu, Kontrol AC, Infokus ke Komputer

11. Rencana Pengujian dan Rancangan hasil Pengujian yang akan dilakukan adalah sebagai berikut : TABEL 1 TABEL PENGUJIAN DAN RANCANGAN HASIL

Menerima Perintah dari Komputer

No Melakukan Perintah untuk Kontrol AC, Lampu dan Infokus

End

1 2 3 4 5 6 7 8

Sensor PIR True True True True False False False False

Sensor LDR < 300 < 300 > 300 > 300 < 300 < 300 > 300 > 300

Sensor Suhu <27 >27 <27 >27 <27 >27 <27 >27

AC

Lampu

Off On Off On Off Off Off Off

Off Off On On Off Off Off Off

Info kus On On On On Off Off Off Off

Gambar 9. Flow Chart untuk sistem monitoring di mikrokontroler

ISSN: 2088-8252

75

12. Kesimpulan Jika pengujian yang dilakukan berhasil, maka sistem ini akan mampu monitoring sebuah gedung dalam melakukan efisiensi listrik. Kelemahan yang mungkin terjadi adalah penentuan waktu pembacaan data dari sensor di mikrokontroler. Untuk pengembangan dapat dilakukan membuat sistem mikrokontroler berbasis web server yang memungkinkan sistem monitoring dapat diakses melalui internet. Selain itu juga pengembangan yang lain adalah melalui pengintegrasian sistem monitoring dengan sms gateway.

Daftar Pustaka [1]

[2] [3]

[4] [5] [6]

[7]

76

Syarifudin, D.P. Purwanto, Oven Pengering Kerupuk Berbasis Mikrokontroler Atmega 8535 Menggunakan Pemanas Pada Industri Rumah Tangga, Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta, 2009. Manual Embedded Module System (EMS) Ethernet Module, Innovative electronics. S. Supatmi. Pengaruh Sensor LDR Terhadap Pengontrolan Lampu. Majalah Ilmiah Unikom. Universitas Komputer Indonesia. PIR Sensor (#555-28027) Parallax, Inc. 2007. User Manual. CodeVision AVR. HP InfoTech. 2003 W. Handajadi, A. Sholeh, Pembacaan Output Timbangan Digital Jarak Jauh Dengan Menggunakan Pemprograman Visual Basic 6.0. Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta, 2009. R. M. Alfiyan, Subali, Web Server Berbasis Embadded Ethernet Untuk Sistem Kendali Dan Monitoring Jarak Jauh Pada Ruang Penyimpan Barang-barang Berharga. Universitas Diponegoro Semarang.

ISSN: 2088-8252