PERANCANGAN PROTOTIPE SMART BUILDING
BERBASIS ARDUINO ETHERNET SHIELD
JURNAL
Disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan Strata I
Program Studi Teknik Elektro
di Fakultas Teknik
Oleh
FIRMANSYAH
NIM : 41409120027
UNIVERSITAS MERCU BUANA
JAKARTA
2015
PERANCANGAN PROTOTIPE SMART BUILDING BERBASIS
ARDUINO ETHERNET SHIELDFirmansyah
Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Elektro, Universitas Mercubuana
e-mail: [email protected]
Sistem Smart Building adalah sistem aplikasi yang merupakan gabungan
antara teknologi dan pelayanan yang dikhususkan pada lingkungan rumah atau
gedung dengan fungsi tertentu yang bertujuan meningkatkan efisiensi,
kenyamanan dan keamanan penghuninya.
Berdasarkan hal tersebut pada penelitian ini dirancang dan dibuat prototype
sistem otomasi pada gedung berbasis arduino web server. Sistem ini berfungsi
untuk memantau suhu, memantau serta mengontrol lampu yang dihubungkan
dengan sebuah relay, dan menggerakan servo yang berfungsi sebagai alat
pengunci pintu. Arduino Web Server terdiri dari gabungan antara arduino uno
dan Ethernet shield, bertindak sebagai sebuah embedded web server yang
berfungsi sebagai pemantau sekaligus pengontrol system secara keseluruhan.
Sensor suhu yang digunakan adalah IC LM35DZ.
Dari hasil pengujian, alat ini dapat digunakan untuk memantau suhu dan
mengontrol ON/OF relay dan mengontrol posisi putaran motor servo.
Kata Kunci: Smart Building, Arduino, Ethernet Shield
Smart Building is a system application that is a combination of technology
and services for the home or building environment with specific functions aimed
at improving the efficiency, comfort and safety of the occupants.
Based on this study it was designed and made in the building automation
system prototype arduino-based web server. This system serves to monitor the
temperature, monitor and control the lights connected to a relay, and a servo drive
that serves as a means of locking the door. Arduino Web Server consists of a
combination of arduino uno and Ethernet shield, acts as an embedded web server
that functions as well as the controller monitors the system as a whole. The
temperature sensor used is the IC LM35DZ.
From the test results, this tool can be used to monitor the temperature and
control the ON / OF relay and control the position of the servo motor rotation.
Keywords : Smart Building, Arduino, Ethernet Shield
.
BAB I
PENDAHULUANLatar Belakang
Kemajuan dan perkembangan
dunia terus melaju dan berkembang
dengan pesat. Kemajuan dan
perkembangan dunia ini terjadi di
berbagai bidang, baik di bidang
ekonomi, sosial budaya, maupun
bidang-bidang eksakta dan teknologi.
Hal ini mendorong manusia untuk
menemukan hal-hal yang baru guna
mempermudah dan mengoptimalkan
aktivitas manusia sehari-hari.
Terkadang kita harus
meninggalkan rumah dalam keadaan
kosong untuk waktu yang lama dan
kita sering berpikir untuk
menghidupkan lampu di suatu
ruangan di rumah kita ketika malam
hari dan mematikannya ketika pagi
hari. Tekadang kita juga lupa untuk
mematikan sebuah alat elektronik
ketika kita meninggalkan rumah dan
kita tidak memiliki waktu yang
cukup untuk kembali dan
mematikannya. Kita dapat mengatasi
masalah tersebut dengan membangun
sebuah Smart Building.
Hal inilah yang melatar
belakangi penulis untuk merancang
sebuah prototype Smart Building.
Perangkat yang dirancang
menggunakan Arduino Uno sebagai
sebuah embedded web server, relay
yang terhubung ke sebuah lampu,
sensor suhu (LM35) dan servo.
Semua komponen tersebut dipantau
serta di kendalikan melalui halaman
web yang berada pada embedded
web server yang diakses melalui web
browser.
BAB III
PERANCANGAN
PERANGKAT
Gambaran Umum Sistem
Secara umum cara kerja
prototipe Smart Building berbasis
arduino web server dapat dilihat
pada blok diagram dibawah ini.
Berdasarkan blok diagram
diatas, cara kerja dari sistem dapat
dijelaskan sebagai berikut. Pada
saat sistem dihidupkan, sistem
akan terhubung ke jaringan komputer
dan mengecek apakah ada
permintaan dari web browser client.
Client bisa berupa PC, Notebook
maupun ponsel cerdas. Sebelum
melakukan pemantauan dan control
pada sistem, client harus terlebih
dahulu terhubung ke server dengan
cara membuka web browser dan
kemudian mengakses alamat web
server yang sudah di program pada
sistem. Setelah client terhubung ke
server barulah client dapat
melakukan pemantauan dan control
terhadap peralatan serta komponen
yang terpasang pada sistem tersebut.
Halaman web pada client terlihat
pada gambar dibawah ini.
Perancangan Perangkat Keras
Dalam merancang perangkat
keras yang digunakan pada prototipe
ini, penulis menggunakan komponen
sebagai berikut:
1. Arduino Web Server
2. IC LM35DZ
3. Relay
4. Mini Servo
Arduino Web Server adalah
gabungan antara arduino uno dan
ethernet shield. Ethernet shield
dipasang di atas arduino uno, seperti
terlihat pada gambar dibawah ini.
Arduino uno berkomunikasi
dengan ethernet shield menggunakan
bus SPI. Komunikasi SPI ini diatur
oleh library SPI.h dan Ethernet.h.
Bus SPI pada arduino uno
menggunakan pin digital 11, 12 dan
13. Konfigurasi bus SPI pada arduino
uno untuk berkomunikasi dengan
ethernet shield dapat dilihat pada
Gambar 3.3. Pin-pin arduino uno
yang dipakai untuk berkomunikasi
dengan ethernet shield tidak dapat
digunakan untuk kemperluan yang
lain.
Arduino Web Server bertindak
sebagai sebuah embedded web
server, yang menyimpan halaman
web sederhana yang menampilkan
status peralatan yang terhubung
dengan relay (lampu), status pintu
yang terhubung dengan servo serta
suhu saat ini. Dalam prototipe Smart
Building ini, common pada relay
dihubungkan ke pin digital 2, pin
data servo dihubungkan ke pin
digital 8 dan pin Vout IC LM35DZ
ke pin analog 3.
Gambar rangkain keseluruhan dapat
dilihat pada gambar dibawah ini.
Perancangan Perangkat Lunak
Sebelum melakukan
pemograman, pertama yang
dilakukan adalah perancangan
perangkat lunak yang akan dibuat.
Hasil perancangan perangkat lunak
ditampilkan dalam diagram alir
(flowchart) berikut ini:
Gambar 3. 1. Diagram Alir
Pengiriman Data
Perancangan Halaman Web Prototipe Smart Building
Halaman web pada prototype
ini dibuat dengan bahasa
pemogramman HTML yang di
embedded (ditanamkan) kedalam
Arduino. Untuk menuliskan kode
pemogramman HTML kedalam
Arduino adalah dengan menuliskan
syntax client.print (“<kode html>”)
atau client.println (“<kode html>”).
Pemogramman html pada
arduino dapat dilihat pada kode
program dibawah ini.client.println("HTTP/1.1 200 OK");
client.println("Content-Type:
text/html");
client.println();
client.println("<html>");
client.println("<head>");
client.println("<title>PROTOTIPE
RUMAH PINTAR BERBASIS
ARDUINO ETHERNET
SHIELD</title>");
client.println("<meta http-
equiv=""refresh"" content=""3"">");
client.println("</head>");
client.println("<body width=100%
height=100%>");
client.println("<center>");
client.println("<h1>PROTOTIPE
RUMAH PINTAR BERBASIS
ARDUINO ETHERNET
SHIELD</h1>");
client.println("<h1>SENSOR DAN
PERALATAN YANG
DIPANTAU:</h1>");
client.println("<h1>SUHU, RELAY DAN
SERVO</h1>");
client.print("<br><br>");
client.print("<font size=5>");
client.println("Suhu saat ini adalah: ");
client.println(suhu);
client.print("°C");
client.print("<br><br><br>");
client.print("Status Relay: ");
client.print(statRelay);
client.print("<br><br>");
client.println("<input type=submit
value=ON style=width:200px;height:75px
onClick=location.href='./?Rel=T\'>");
client.println("<input type=submit
value=OFF
style=width:200px;height:75px
onClick=location.href='./?Rel=F\'>");
client.print("<br><br><br>");
client.print("Pintu ");
client.print(posServo);
client.print("<br><br>");
client.println("<input type=submit
value=KUNCI
style=width:200px;height:75px
onClick=location.href='./?Servo=0\'>");
client.println("<input type=submit
value=BUKA
style=width:200px;height:75px
onClick=location.href='./?Servo=90\'>");
client.println("</center>");
client.println("</body>");
client.println("</html>");
Program di atas dituliskan pada
fungsi loop, berikut tampilan web
dari program yang diatas.
BAB IV
PENGUJIAN
Pengujian dan analisa
prototype Smart Building berbasis
arduino ethernet shield terdiri dari
beberapa bagian yaitu pengujian
terhadap setiap bagian/blok dari
sistem yang meliputi bagian sensor
suhu, relay, servo, arduino web
server, dan pengujian
keseluruhan/total sistem.
Pengujian Sensor suhu LM35
Untuk mendapatkan nilai
tegangan yang dikeluarkan sensor
suhu IC LM35DZ dapat dihitung
menggunakan rumus sebagai
berikut :
V out=suhu℃×10 mV℃
Jadi jika dimisalkan suhu yang di
diteksi adalah sebesar 250C, maka
tegangan yang di keluarkan adalah
sebesar 0,25 Volt. Pengujian akan
dilakukan menggunakan multimeter
digital untuk mengukur tegangan
keluaran dari IC LM35DZ dan nanti
akan dibandingkan dengan hasil yang
terbaca di web server.
Tabel berikut ini merupakan data
hasil pengukuran sensor suhu LM35:
No
Data suhu yang tampil padaWeb Server dalam °C
Tegangan output LM35(Volt)
1 22,05 0,222 24,40 0,243 25,81 0,264 27,21 0,275 28,62 0.296 30,97 0,317 33,31 0,338 34,72 0,369 44,10 0,4410 50,57 0,51
Dari hasil pengukuran diatas
terdapat error sebesar 0.01 %.
Pengujian Rangkaian Pengendali
Relay
Pengujian relay dilakukkan dengan
cara menghubungkan pin pengendali
relay dengan tegangan 5 volt, hal ini
bertujuan untuk merubah relay
kondisi aktif. Kemudian ukur nilai
tahanan antara terminal COM dan
NO (Normaly Open) menggunakan
multimeter digital pada kondisi relay
“tidak aktif” dan pada kondisi relay
“aktif”. Hal yang sama dapat
dilakukan untuk mengukur tahanan
antara terminal COM dan NC
(Normaly Close). Berikut adalah
tabel hasil pengukuran tahanan
antara kedua terminal tersebut :
No
Kondisi Relay
Tahanan (Ohm)Posisi Saklar NC
Tahanan (Ohm)Posisi Saklar NO
1 Tidak aktif 0
O.L (tak berhingga)
2Aktif
O.L (tak berhingga)
0
Dari hasil pengukuran diketahui
bahwa pada saat pin pengendali relay
mendapatkan tegangan 5 volt (aktif)
maka terminal NO dan COM akan
terhubung, sedangkan terminal NC
dan COM akan terputus.
Pengujian Arduino Web Server
Untuk pengujian arduino web server
bisa dilakukan dengan cara
mengakses ke alamat
http://192.168.1.100 melalui web
browser pada client. Web server
berfungsi dengan baik bila alamat
tersebut dapat diakses dari client,
seperti pada gambar dibawah ini:
Pengujian Servo
Pengujian Motor Servo dilakukan
dengan cara memberikan nilai sudut
pada pin arduino yang terhubung ke
servo sehingga didapat sudut putaran
dari motor servo tersebut. Berikut
tabel pengujian:
Nilai yang diberikan
Sudut Putaran Servo(derajat)
0 090 90180 180
Pengujian Alat Keseluruhan
Pengujian keseluruhan rangkaian
dilakukan dengan menggabungkan
semua bagian atau komponen sesuai
dengan rancangan system. Kemudian
lakukan pengujian dengan membuka
halaman prototipe Smart Building
dialamat 192.168.1.100 melalui
aplikasi web browser (IE, Firefox
dll) pada computer client yang
terhubung dengan jaringan yang
sama dengan arduino web server.
Halaman web akan
menginformasikan status dari
komponen-komponen yang akan di
monitor dan diatur.
Tombol “ON” dan “OFF” berfungsi
untuk mengatur relay. Posisi awal
relay ada “OFF” dan relay
dikondisikan pada posisi Normaly
Open (NO). Alat bekerja dengan baik
bila lampu menyala ketika tombol
“ON” diklik dan lampu akan mati
ketika tombol “OFF” diklik.
Tombol “BUKA” dan “KUNCI”
berfungsi untuk mengatur servo.
Posisi awal servo adalah 00
(KUNCI). Alat bekerja dengan baik
bila servo bergerak ke posisi 00
ketika tombol “KUNCI” diklik,
sedangkan jika tombol “BUKA”
diklik maka servo akan berputar ke
posisi 900.
Sedangkan untuk menguji suhu, bisa
dilakukan dengan membandingkan
suhu yang terbaca di halaman web
dengan thermometer digital. Jika
hasil yang ditunjukan mendekati
sama, maka alat bekerja dengan baik.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Berdasarkan pembahasan pada bab-
bab sebelumnya maka dapat diambil
kesimpulan sebagai berikut:
1. Alat yang dirancang
dapat bekerja dengan
baik, alat dapat membaca
suhu dengan benar serta
alat ini dapat
mengoperasikan relay
dan servo melalui web
server.
2. Mikrokontroler Arduino
dapat menjadi pusat
pengontrol perangkat
lain. Dengan
penambahan Ethernet
shield, arduino
memantau serta mengatur
perlaratan lain melalui
halaman web.
3. Alat ini hanya bisa
diakses melalui lokal
area network (LAN dan
WLAN) , sedangkan
untuk mengaksesnya
lewat internet dapat
dengan melakukan NAT
IP Address alat ini ke IP
Public.
Saran
Untuk meningkatkan kinerja dari
prototipe smart building berbasis
arduino uno sebaiknya diarahkan
pada hal-hal berikut:
1. Ditambahkan sebuah
aplikasi yang dapat di-
install pada smart phone
seperti android, iphone dll.
2. Menambahkan halaman
login pada web server,
untuk menghindari orang
yang tidak berwenang
dapat mengakses dan
mengendalikan system.
3. Menimbang masih
banyaknya pin pada alat
ini yang belum digunakan
baik analog ataupun
digital. Maka dapat
ditambahkan beberapa
sensor atau komponen
pada system ini.
Diantaranya sensor gas,
sensor gerak, PING dll.
DAFTAR PUSTAKA
Agus Purnama. (2011). Sensor Suhu IC LM35 http://elektronika-dasar.web.id/komponen/sensor-tranducer/sensor-suhu-ic-lm35, Desember 2014
Randy. 2013.20-Unbelievable-Arduino-Projects. San Francisco: Instructables.com
Jonathan Oxer, Hugh Blemings. 2009. Practical Arduino Cool Projects for Open Source Hardware. New York :Apress
Massimo Banzi. 2011. Getting Started with Arduino Second Edition. Sebastopol: O’Reilly
PT. Golden Solution Indonesia. 2012. Apa itu smart home, http://www.smarthomeindonesia.co.id, Februari 2015
Widodo Budiharto. 2011. Aneka Proyek Mikrokontroler : Panduan Utama untuk Riset/Tugas Akhir . Jakarta :Graha Ilmu
Zerfani Yulias. (2011). Tutorial Singkat Bahasa Pemograman Arduino. http://blog.famosastudio.com/2011/06/tutorial/tutorial-singkat-bahasa-pemrograman-arduino/82, Januari 2015