Perancangan Sistem Verifikasi Keanggotaan Dengan Kartu Cerdas Nirkontak Berbasis Arduino Mega 2560

PERANCANGAN SISTEM VERIFIKASI KEANGGOTAAN

DENGAN KARTU CERDAS NIRKONTAK BERBASIS

ARDUINO MEGA 2560

1 Diajukan untuk memenuhi salah satupersyaratandalam

2menyelesaikan pendidikan sarjana(S-1) padaDepartemen Teknik Elektro 3 Sub Konsentrasi Sistem Pengaturan dan Komputer

Oleh

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2015

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR

PERANCANGAN SISTEM VERIFIKASI KEANGGOTAAN DENGAN KARTU CERDAS NIRKONTAK BERBASIS

ARDUINO MEGA 2560 Oleh :

1. Ketua Penguji : Ir. T. Ahri Bahriun, M.Sc. ………. REZA AL KAUTSAR LUBIS

090402101

Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk mememperoleh gelar Sarjana Teknik pada

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Sidang pada tanggal 18 bulan Februari tahun 2015 di depan Penguji:

2. Anggota Penguji : Ir. Kasmir Tanjung, M.T. ……….

Disetujui oleh: Pembimbing,

SOEHARWINTO, S.T., M.T. NIP : 197105272000031001

Diketahui oleh:

Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,

Pada umumnya suatu organisasi memberikan hak-hak khusus yang

hanya diperuntukkan bagi anggota organisasi saja. Hak-hak anggota yang

disediakan oleh organisasi pada umumnya adalah hak untuk mendapatkan

berbagai izin akses, hak untuk mendapatkan izin penggunaan fasilitas serta hak

untuk mendapatkan pelayanan.Kurangnya tingkat keamanan dalam suatu

organisasi dapat menyebabkan hak-hak tersebut digunakan oleh orang asing yang

bukan anggota. Untuk mengatasi hal tersebut maka dibuatlah sistem yang

bertujuan untuk melindung hak-hak anggota berdasarkan

keanggotaannya.Penggunaan kartu cerdas nirkontak sebagai kartu identitas

anggota dapat menjadi alternatif untuk mengatasi masalah tersebut. Kartu cerdas

nirkontak menyimpan serangkaian serial ID yang unik. Untuk memastikan

pemilik kartu tersebut adalah pemilik aslinya maka ditambahkan sebagian citra

sidik jari yang dibaca dengan modul ZFM-20 untuk kemudian ditanamkan

didalam kartu. Sidik jari dijadikan sebagai objek permanen kepemilikan

kartu.Proses menanamkan informasi sebagian citra sidik jari menggunakan

Arduino kit.Dari hasil pengujian pembacaan sidik jari menggunakan Arduino

kitditemukan bahwa data hasil pembacaan sidik jari tidak lengkap karena hanya

ditemukan 1 data packet dari yang seharusnya ditemukan adalah 287data packet.

Kata Kunci :

KATA PENGANTAR

Puji syukur senantiasa penulis ucapkan kepada Allah SWT yang telah

memberikan kesempatan bagi penulis untuk dapat kiranya menyelesaikan

penulisan tugas akhir ini, yang merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan

gelar kesarjanaan.Kemudian shalawat dan salam penulis sampaikan kepada

junjungan kita Nabi besar Muhammad SAW yang selalu menjadi inspirasi penulis

sekaligus menjadi panutan bagi setiapumat muslim.

Penulis juga bersyukur kepada Allah SWT karena telah dilahirkan di

tengah-tengah keluarga yang baik.Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada

keluarga,khususnya kedua orang tua yaituIbunda dan Ayahanda yang senantiasa

mendoakan, memberi semangat serta nasehat kepada penulis.

Tugas akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus

diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana

Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera

Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah :

“PERANCANGAN SISTEM VERIFIKASI KEANGGOTAAN DENGAN KARTU CERDAS NIRKONTAK BERBASIS

ARDUINO MEGA 2560”

Selama masa kuliah sampai penyelesaian tugas akhir, penulis juga

banyak mendapat dukungan baik moril maupun materil dari berbagai pihak yang

telah membantu kelancaran penyusunan tugas akhir ini. Untuk itu penulis ingin

1. Bapak Soeharwinto, S.T, M.T, selaku Dosen Pembimbing tugas akhir yang

telah banyak meluangkan waktu untuk membimbing dan mengarahkan

penulis baik semasa kuliah maupun saat proses penulisan tugas akhir ini.

2. Bapak Ir. T. Ahri Bahriun, M.sc dan Bapak Ir. Kasmir Tanjung, MT selaku

Dosen Penguji yang telah mengevaluasi serta mengarahkan penulis baik

semasa kuliah maupun saat proses penulisan tugas akhir ini.

3. Seluruh Dosen Teknik Elektro sub jurusan komputer tercinta yang menjadi

inspirasi dan sudah penulis anggap sebagai sahabat sekaligus orang tua

sendiri.

4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.siselaku Ketua Departemen Teknik

Elektro FT-USU, dan Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris

Departemen Teknik Elektro FT-USU yang selama ini telah memotifasi,

membimbing serta membina selama masa perkuliahan.

5. Seluruh Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Elektro

FT-USU.

6. Sahabat-sahabat terbaikku dari angkatan 2009 : Teguh Triantoro, Dwi Budi

Prasetyo, Arif Azhari, Mahdi Masykur, Adityaz Zardika, Aras Dewanto,

sahabat-sahabat Lab Pengukuran Besaran Listrik (tetangga) (Rijal, Agung

Khairi, Rizki, Adly wkwk, Haditia Pramuda, Faya Efdika, Dimas Harind,

Tondy Zulfadly, Asri Akbar), sahabat-sahabat Lab Pengukuran T3 (Wangto,

Kentrick), sahabat-sahabat Lab Pengukuran AST (Ahmad Mustashir, Doni

Rivi, Fahrul Hadi, Nanda Eka), Eko, Rizi, Oloni, Nuzul, Samuel, dan semua

7. Senior-seniorku yang baik hatinya : Bang Prindi, Bang Muhfi, Bang Teguh,

Bang Roji, Bang Salman, Bang Yu, Bang Reki, Bang Indra, Bang Antonius,

Bang Robin, Bang Jhonson. yang telah bersedia berbagi pengalaman kepada

penulis selama masa perkuliahan.

8. Adik-adik junior (Hardi, Robi, Mian, Frans, Fadlan, Habib, Oyen, Iqbal,

Gading, Ivan, Irwan, Stiff, dan lain-lain) yang selalu siap sedia menolong

penulis ketika dibutuhkan.

9. Seluruh Abang-abang dan Adik-adikku di UKM Robotik Sikonek (dari

periode awal hingga periode sekarang) yang sangat penulis cintai dan

banggakan.

10.Seluruh pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah

membantu penulis baik secara langsung maupun tidak langsung selama

menjalani masa perkuliahan di Departemen Teknik Elektro FT-USU.

Akhirnya, penulis mengharapkan tulisan ini bermanfaat bagi penulis

dan Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Sumatera Utara.

Medan, Januari 2015

Penulis

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... viii

1 BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 3

1.3 Tujuan Penulisan ... 3

1.4 Batasan Masalah ... 4

1.5 Metode Penulisan ... 4

1.6 Sistematika Penulisan ... 5

2 BAB II DASAR TEORI ... 7

2.1 Tinjauan Ringkas Organisasi ... 7

2.3.1 Mikrokontroler ... 10

2.3.2 Memori Program ... 11

2.3.3 Memori Data ... 11

2.3.4 Pin Input/Output ... 12

2.3.5 Catu Daya ... 12

2.3.6 Komunikasi Serial ... 13

2.4 Radio Frequency Identification (RFID) ... 17

2.5 Kartu Cerdas (Smart Card) ... 18

2.6 Biometrik Sidik Jari ... 19

3 BAB III PERANCANGAN SISTEM ... 20

3.1 Gambaran Umum Sistem ... 20

3.1.1 Perangkat Keras ... 21

3.1.2 Perangkat Lunak ... 22

3.2 Spesifikasi Sistem ... 23

3.3 Perancangan Perangkat Keras ... 24

3.3.1 Penentuan Komponen ... 26

3.3.2 Komunikasi dan Konfigurasi Pin ... 29

3.4.1 Usecase Diagram ... 32

3.4.2 Program ... 34

4 BAB IV IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN... 42

4.1 Implementasi ... 42

4.2 Pengujian... 43

4.2.1 Pengujian Pembacaan UID oleh IDE Arduino ... 43

4.2.2 Pengujian Pembacaan UID oleh Matlab... 44

4.2.3 Pengujian Baca dan Tulis Memori Kartu ... 46

4.2.4 Pengujian Pembacaan Sidik Jari menggunakan Arduino ... 47

4.2.5 Pengujian Pembacaan Sidik Jari menggunakan Matlab ... 48

4.2.6 Pengujian Perbandingan Pembacaan Sidik Jari Antara Arduino dengan Matlab ... 48

4.3 Analisis Hasil Pengujian ... 49

5 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 51

5.1 Kesimpulan ... 51

5.2 Saran ... 52

DAFTAR PUSTAKA ... 53

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Arduino Mega 2560 ... 9

Gambar 2.2 Konfigurasi Pin ATMega2560 ... 10

Gambar 2.3 Peta Memori Program ... 11

Gambar 2.4 Format Data UART ... 14

Gambar 2.5 Konfigurasi Pin SPI ... 16

Gambar 2.6 Sistem RFID ... 18

Gambar 2.7 Standard Ukuran Identification Card ... 19

Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem ... 21

Gambar 3.2 MF522-AN ... 27

Gambar 3.3 Mifare Ultralight ... 28

Gambar 3.4 ZFM-20 ... 28

Gambar 3.5 Komunikasi dan Konfigurasi Pin Sistem ... 30

Gambar 3.6 Komunikasi Arduino Mega 2560 dengan PC ... 31

Gambar 3.7 Diagram usecase ... 33

Gambar 3.9 Organisasi Memori untuk UID dan Sidik Jari ... 36

Gambar 4.1 Implementasi Perangkat Keras ... 42

Gambar 4.2 Keberhasilan Pembacaan UID menggunakan Arduino ... 44

Gambar 4.3 Keberhasilan Pembacaan UID menggunakan Matlab ... 45

PENDAHULUAN

4.1 Latar Belakang

Suatu organisasi atau lembagamemiliki anggota sebagai unsur

organisasinya. Anggota memiliki hak dan tanggung jawab yang harus dipenuhi.

Tanggung jawab anggota adalah menjalankan tugas yang telah diberikan oleh

organisasi. Sedangkan hak yang didapatkan oleh anggotadiantaranya adalah

mendapatkan berbagai izin akses, mendapatkan izin penggunaan fasilitas serta

mendapatkan pelayanan dari organisasi. Hak-hak anggota tersebut telah

ditetapkan dan disepakati oleh organisasi atau lembaga yang terkait.

Semakin besar suatu organisasi maka semakin banyak jumlah

anggota.Anggota organisasi akan fokus untuk melakukan pekerjaannya

masing-masing sesuai dengan jam kerja yang telah ditetapkan.Banyaknya kesibukan kerja

yang berlangsung dalam organisasi akan menyebabkan tingkat konsentrasi

anggota terhadap pekerjaannyameningkat.Hal tersebut memungkinkan anggota

satu dengan lainnya tidak saling mengenal sehingga tidak menutup kemungkinan

anggota tidak mengetahui bahwa ada orang lain yang bukan anggota telah

bergabung dan menyelinap sebagai anggota organisasi.

Apabila hal tersebut terjadi maka akan merugikan pihak organisasi

karena hak-hak anggota yang seharusnya diperuntukkan hanya bagi anggota dapat

digunakan oleh orang lain yang bukan bagian dari anggota. Untuk mengatasi hal

dengan memverifikasi status keanggotaannya sehingga diketahui apakah orang

tersebut terdaftar sebagai anggota organisasi atau tidak.

Sistem verifikasi keanggotan yang dirancang bertindak sebagai

pengendali atau pengontrol anggota dalam mendapatkan hak akses, hak guna

ataupun hak pelayanan. Sistem ini dirancang dengan menggunakan kartu cerdas

nirkontak (contactless smart card). Kartu ini menyimpan serangkaian serial ID

yang dapat dijadikan sebagai objek verifikasi. Kartu ini juga digunakan sebagai

kartu identitas anggota.

Untuk memastikan pemilik kartu adalah pemilik yang sebenarnya maka

diperlukan suatu data besaran fisik seseorang yang dapat disimpan didalam kartu

identitas sebagai objek kepemilikankartu. Teknologi biometrik dapat menjadi

alternatif untuk mengolah data besaran fisik seseorang. Biometrik sendiri dikenal

sebagai teknologi untuk mengidentifikasi seseorang melalui karakteristik fisik

maupun tingkah laku yang berbeda satu sama lain seperti sidik jari, retina, suara,

wajah, iris dan sebagainya[1]. Jenis biometrik yang populer digunakan adalah

jenis biometrik sidik jari (finger print) karena memiliki performa serta keunikan

yang baik[2]. Sidik jari memiliki pola-pola yang khas yang disebut sebagai

minutiae. Jumlah dan letak minutiae pada setiap orang berbeda-beda sehingga

dapat dijadikan pembeda antara orang yang satu dengan yang lain.

Sistem ini akan bekerja dengan beberapa tahap. Tahapan pertama

adalah registrasi. Registrasi dilakukan oleh administrator ke calon anggota

dengan caramenginput informasi data pribadi , informasi ID kartu serta sebagian

informasi sidik jari ke databaseanggota. Tahapan kedua adalah verifikasi,

memverifikasi anggota tersebut dan memunculkan profil pribadinya melalui layar

komputer.

4.2 Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Merancang sistem yang terintegrasi antara Arduino sebagai host

dengan perangkat RFID reader dan finger print scannersebagai

perangkat masukan dari sistem.

2. Menghitung waktu rata-rata proses pembacaan serial ID kartu.

3. Menentukan besar data sidik jari yang akan disimpan di dalam kartu.

4. Menganalisis kinerja proses pembacaan data sidik jari menggunakan

Arduino dan komputer.

5. Mencocokkan serial ID yang terdapat dalam kartu dengan serial ID

yang tersimpan di dalam database.

4.3 Tujuan Penulisan

Tujuan penulisan tugas akhir ini adalah:

Merancang prototipe sistem verifikasi keanggotaanorganisasi

menggunakan kartu cerdas nirkontak dan untuk memenuhi persyaratan

4.4 Batasan Masalah

Untuk memudahkan pembahasan dalam tulisan ini, maka dibuat batasan masalah

sebagai berikut:

1. Kartu cerdas nirkontak digunakan sebagai kartu identitas anggota dan

diberikan kepada anggota setelah teregistrasi sebagai anggota

organisasi.

2. Alat yang dirancang berupa protipe stand alone.

3. Pemrograman pada IDE Arduino memanfaatkan pustaka (library)

4. Citra sidik jari yang diambil dari ibu jari dengan keadaan bersih dan

normal.

4.5 Metode Penulisan

Metodologi penelitian yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah:

1. Studi literatur

Pada tahap ini akan dilakukan studi pada berbagai referensi pustaka

yang berkaitan dengan perancangan. Baik dari buku, artikel, jurnal,

internet dan lain lain.

2. Perancangan perangkat keras

Pada tahap ini akan dilakukan perancangan perangkat keras antara lain

konfigurasi RFID reader dengan Arduino, konfigurasi Arduino ke PC.

3. Perancangan perangkat lunak

Pada tahap ini dilakukan perancangan perangkat lunak antara lain

dan mengirimkannya ke komputer, entri data manual dan pembuatan

GUI Matlab sederhana untuk simulasi pemilihan.

4.6 Sistematika Penulisan

Untuk memberikan gambaran mengenai tugasakhir ini, secara singkat dapat

diuraikan sistematika penulisan sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar

belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metode

penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB II : DASAR TEORI

Bab ini berisi tentang teori yang digunakan dalam merancang

prototipe sistem verifikasi keanggotaan dengan kartu cerdas

nirkontak berbasis Arduino Mega 2560.

BAB III : PERANCANGAN SISTEM

Bab ini berisi tentang tahapan perancangan baik secara perangkat

keras maupun perangkat lunak.

BAB IV: IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN

Bab ini membahas secara tentang pengujian dan hasil pengujian

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini merupakan bab terakhir yang memuat rangkuman sebagai

kesimpulan penulis dan saran yang dianggap penting agar dapat

DASAR TEORI

5.1 Tinjauan Ringkas Organisasi

Organisasi atau lembaga merupakan sekelompok orang yang bekerja

sama dalam struktur dan koordinasi tertentu dalam mencapai serangkaian tujuan

tertentu. Pada umumnya organisasi memiliki anggota yang terdiri atas pimpinan

dan pegawai. Setiap anggota organisasi memiliki hak dan kewajiban serta

pembagian tugas kerja untuk menjalankan suatu fungsi tertentu yang tunduk pada

peraturan untuk mengadakan kerjasama dan interaksi guna mencapai suatu tujuan

bersama[3].

Pada organisasi ataupun lembaga modern umumnya telah

mengaplikasikan sistem informasi serta teknologi sebagai sarana yang membantu

untuk meningkatkan efisiensi serta efektifitas kerja. Selain itu juga membantu

dalam meningkatkan keamanan pada aset dan privasi organisasi tersebut. Semakin

besar suatu organisasi maka akan semakin membutuhkan keamanan yang tinggi.

Aset menyangkut kekayaan suatu organisasi seperti fasilitas-fasilitas

yang disediakan oleh organisasi. Sedangkan privasi menyangkut hal-hal yang

pribadi yang tidak boleh disebarluaskan tanpa seizin organisasi tersebut. Baik aset

maupun privasi organisasi hanya boleh diperuntukkan bagi anggota organisasi

5.2 Mikrokontroler Kit Arduino

Arduino merupakan kit mikrokontroler yang bersifat Open-Source baik

perangkat keras maupun perangkat lunaknya. Perangkat keras yang diprogram

menggunakan bahasa pemrogaman berbasis Wiring (sintaks + pustaka)

menyerupai C++ dengan beberapa penyederhanaan dan modifikasi.Untuk

perangkat lunak IDE yang dibangun berbasis Proccessing[4].

Arduino ditemukan dan dikembangkan pertama kali di Ivrea, italia oleh

Massimo Banzi dan David Cuertilles.Ide terciptanya Arduino didasari dari

mahalnya komponen perangkat keras elektronik yang tersedia. Hal ini menjadi

penghambat utama para mahasiswa dan pelajar dalam bereksplorasi. Selain harga

yang murah, kemudahan dan fleksibilitas penggunaan menjadi pertimbangan oleh

pengguna-pengguna Arduino masa kini. Pengguna tidak lagi terkendala waktu

untuk mendalami elektronika dan mikrokontroler. Pengguna juga tidak akan

disulitkan dalam merancang suatu sistem eletktronika karena banyak komunitas

yang menyediakan tutorial proyek berbasis Arduino secara gratis di dunia maya.

Munculnya Arduino menjadikannya sebagai tren teknologi yang

revolusioner. Arduino terbuka untuk semua orang yang ingin mengembangkan

suatu sistem interaktif berbasis mikrokontroler, baik untuk kalangan mahasiswa,

pelajar, profesional bahkan pemula sekalipun. Pengguna dapat memiliki Arduino

sesuai kebutuhannnya karena Arduino dibuat dalam beberapa jenis diantaranya

yaitu Arduino Diecimila, Duemilanove, UNO, Lenardo, Mega, Nano, Due, Yun

5.3 Arduino Mega 2560

Arduino Mega 2560 adalah tipe jenis Arduino yang cukup populer

digunakan. Selain memiliki pin masukan dan keluaran yang banyak, Arduino jenis

ini memiliki kapasitas memori yang lebih besar dibandingkan dengan beberapa

jenis Arduino lainnya.Untuk ukuran dimensi perangkatnya Arduino Mega 2560

termasuk jenis Arduino dengan ukuran board yang besar. Gambar 2.1

menunjukan bentuk fisik Arduino Mega 2560. Adapun spesifikasi singkat

mengenai Arduino Mega 2560 adalah sebagai berikut[5] :

Mikrokontroler : ATmega2560

Tegangan Operasional : 5V

Tegangan Masukan (direkomendasi) : 7-12V

Tegangan Masukan (batas) : 6-20V

Pin Digital I/O : 54 ( 14 pin untuk keluaran PWM)

Analog Input Pins : 16

Arus DC per I/O Pin : 40 mA

Arus DC for 3.3V Pin : 50 mA

Memori Flash :256 KB(8 KB digunakan untuk bootloader)

SRAM : 8 KB

EEPROM : 4 KB

Clock Speed : 16 MHz

5.3.1 Mikrokontroler

Mikrokontroler yang digunakan pada Arduino Mega 2560 ini adalah

Mikrokontroler ATMega 2560. Mikrokontroler inimenjadi komponen utama dari

sistem minimum Arduino Mega 2560. Setiap pin mikrokontroler ATMega 2560

dipetakan sesuai dengan kebutuhan standar Arduino pada umumnya.

Pemetaan pin (pin mapping) ATMega 2560 dapat dilihat pada gambar 2.2.

5.3.2 Memori Program

Arduino Mega 2560 memiliki 250 Kbyte On-chip In-System

Reprogrammable Flash Memory sebagai tempat menyimpan program. Memori

flash ini dibagi kedalam dua bagian, yaitu bagian program bootloader dan

aplikasi. Bootloader adalah program kecil yang dieksekusi saat setelah pertama

kali sistem dinyalakan. Bootloader ini bekerja sebagai perantara antara memori

program dengan software compiler Arduino. Bootloader akan menerimafile hasil

kompilasi yang telah diupload ke Arduino dan akan menyimpannya ke memori

program kemudian Arduino akan langsung mengeksekusi program tersebut. Peta

memori program dapat dilihat pada gambar 2.3.

5.3.3 Memori Data

Memori data pada Arduino Mega2560 terbagi atas SRAM dan

EEPROM. SRAM bersifat volatileatau dengan kata lain tidak memiliki

kemampuan untuk menyimpan data secara konsisten setelah catu daya dimatikan

sedangkan EEPROM bersifat nonvolatile. SRAM yang dimiliki Arduino Mega

2560 berukuran 8KB dan EEPROM yang dimiliki Arduino Mega 2560 berukuran

4KB. Ukuran EEPROM yang dimiliki Arduino jenis ini adalah ukuran EEPROM

yang paling besar diantara beberapa jenis Arduino lainnya sehingga EEPROM

yang dimiliki Arduino jenis ini dapat dimanfaatkan untuk kebutuhan sistem

dengan memori data yang besar.

5.3.4 Pin Input/Output

Arduino Mega 2560 memiliki 54 pin digital yang dapat digunakan

sebagai masukan atau keluaran menggunakan fungsi pinMode(), dan menentukan

proses penulisan atau pembacaan data I/O menggunakan fungsi digitalWrite() dan

digitalRead(). Setiap pin beroperasi pada tegangan 5 volt, mampu menerima atau

menghasilkan arus maksimum sebesar 40 mA dan memiliki 20 - 50 Kohm resistor

pull-up internal (diputus secara default).

Pin digital ini selain berfungsi sebagai masukan dan keluaran digital

namun juga dapat berfungsisebagai pin dengan fungsi khusus seperti untuk

komunikasi UART (pin 0 sebagai RX dan pin 1 sebagai TX), komunikasi SPI,

komunikasi I2C, external interrupt dan PWM. Untuk memanfaatkan pin digital Arduino sebagai pin dengan fungsi khusus, maka register yang terkait dengan

fungsi khusus tersebut harus dikonfigurasi terlebih dahulu. Konfigurasi

register-register tersebut telah disediakan di pustaka(library) Arduino. Selain fitur pin

digital, Arduino Mega 2560 juga memiliki 16 pin analog yaitu pin A0 sampai A15

dan setiap pin menyediakan resolusi sebesar 10 bit.

5.3.5 Catu Daya

Arduino dapat diberikan catu daya melalui koneksi USB atau catu daya

tegangan yang dapat disuplai ke Arduino sebesar 6 – 20 Volt. Namun tegangan

yang direkomendasikan yaitu dari 7 – 12 Volt.

5.3.6 Komunikasi Serial

Komunikasi serial merupakan metode pengiriman data berurut bit demi

bit melalui sebuah saluran transmisi[8].Komunikasi serialmemiliki kelebihan

diantaranya adalah transimisi data yang dapat dilakukan hanya dengan melalui

sebuah saluran sehingga mengurangi costyang dikeluarkan untuk kebutuhan

saluran transmisi[9]. Karena hanya membutuhkan satu saluran, maka cara

komunikasi ini selalu digunakan untuk komunikasi jarak jauh. Walaupun jarak

dekat, komunikasi ini juga sering digunakan dalam komunikasi jarak dekat yang

tidak membutuhkan kecepatan tinggi[10]. Namun saat ini teknologi yang

digunakan pada perkembangan komunikasi serial semakin canggih sehingga

masalah kecepatan transmisi sudah cukup teratasi.

Komunikasi serial dapat dilakukan dengan dua cara yaitu sinkron atau

asinkron. Dikatakan sinkron ketika sisi pengirim dan sisi penerima menggunakan

clock bersama. Dikatakan asinkron ketika sisi pengirim dan sisi penerima

menggunakan clock masing-masing (tersendiri) dan dengan frekuensi clock yang

hampir sama[10]. Arduino menyediakan kedua jenis komunikasi serial tersebut

baik sinkron ataupun asinkron. Jenis komunikasi serial asinkron yang disediakan

oleh Arduino adalahUART (TTL logic)sedangkanjenis komunikasi serial sinkron

salah satunya adalah SPI.

UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) merupakan

komunikasi serial ini setiap pengiriman 1 byte data akan diawali dengan

pengiriman bit pertama berupa start bit yang berlogika 0 (low) dan diakhiri

dengan stop bit yang berlogika 1 (high). Sehingga setiap pengiriman 1 byte data

setidaknya dibutuhkan dibutuhkan 10bit data untuk satu kali pengiriman.Selain itu

untuk penambahan fungsi pengecekan eror dengan menggunakan bit paritas

(parity bit) dapat dilakukan dengan menyisipkan bit tersebut pada akhir frame

sebelum stop bit. Format data UART dapat dilihat pada gambar 2.7.

Gambar 2.4 Format Data UART[7]

UART memiliki beberapa fitur yang digunakan dalam melakukan

komunikasi diantaranya seperti: receive/transmit buffer, shift register,clock

generator, parity generator, parity checker[7]. Sebelum melakukan pengiriman

atau penerimaan data clock generator akan bekerja dengan membangkitkan clock

lokal milik pengirim/penerima. Setiap data yang akan dikirim akan dimuati ke

transmit buffer kemudian ditransfer ke shift register PISO untuk dikirim ke

penerima. Sama seperti pada proses pengiriman data, data yang diterima akan

Pengaturan format data, pengaturan baudrate serta beberapa pengaturan fitur-fitur

perangkat UART lainnya diatur pada register-register khusus UART.

Pada Arduino Mega 2560 terdapat pin TX dan RX yang digunakan

sebagai saluran transmit dan receive bagi perangkat komunikasi serial UART.

Pada Arduino, inisialisasi komunikasi serialUART dilakukan dengan

memanfaatkan fungsi Serial.begin(n) dengann adalah nilai baudrate. Inisialisasi

ini melakukan penentuan baudrate, penentuan format datadan memampukan

perangkat UART sebagai receiver atau transmitter. Selanjutnya dengan

menggunakan fungsi Serial.print(), Arduino dapat mengirimkan serangkaian

karakter-karakter dengan tipe data char(char array/string) ke komputer. Data

yang diterima atau dikirim oleh Arduino dapat dimonitor menggunakan serial

terminal yang telah disediakan di IDE Arduino.

Salah satu jenis komunikasi serial sinkron yang dimiliki oleh Arduino

adalah SPI (Serial Peripheral Interface). Komunikasi antara dua perangkat yang

menggunakan SPI berlandaskan hubungan master (induk) dan slave (budak)[10].

Master dapat berupa mikrokontroler sedangkan slave (budak) dapat berupa

mikrokontroler atau perangkat selain mikrokontroler. Pin yang diperlukan dalam

komunikasi SPI umumnya menggunakan empat pin yaitu pin MOSI(Master Out

Serial In) atau dalam istilah lain SDO(Serial Data Out), pin MISO(Master Out

Serial In) atau dalam istilah lain SDO(Serial Data Out), pin SCK (Serial Clock),

SS (Slave Select). Perangkat yang dikonfigurasi sebagai master selain bertindak

sebagai sumber clock bersama melalui pin SCK. juga bertindak sebagai pemilih

perangkat slave melalui pin SS. Konfigurasi fungsi SPI dapat dilihat pada gambar

Master

Slave

Gambar 2.5 Konfigurasi Pin SPI

Saat inisialisasi SPI akan master akan mendisable pin SS sebagai

kondisi default, menentukan bit order MSB atau LSB yang terlebih dahulu untuk

dikirim, menentukan kecepatan clock, menentukan kapan slave membaca bit data

di tepi naik(rising edge) atau tepi jatuh(falling edge) dari pulsa clockdan sekaligus

menentukan kapan clock dianggap menganggur apakah pada saat keadaan tinggi

atau rendah. Langkah inisialisasi tersebut berada pada fungsi SPI.begin().

Dalam proses pengiriman data, master memilih perangkat slave yang

akan diajak berkomunikasi dengan mengkatifkan pin SS berlogika low dilanjutkan

pengiriman data melalui pin MOSI dan pengaktifan clock melalui pin SCK.

Proses ini dilakukan dengan memanfaatkan fungsi SPI.transfer() untuk memilih

perangkat slave. Sama seperti perangkat komunikasi serial yang lain, SPI

memiliki shift register yang berfungsi mengkonversi data paralel ke serial pada

sisi pengirim maupun sebaliknya pada sisi penerima.

Pada komunikasi antara Arduino dengan komputer, digunakan chip

converter on board.Chip ATMega8U2 ini mengantarai komunikasi antara

ATMega2560(main processor) dengan komputer.

5.4 Radio Frequency Identification (RFID)

RFID merupakan suatu teknologi yang menggunakan gelombang radio

dengan frekuensi tertentu untuk mengenali suatu benda. Komponen RFID terdiri

dari dua komponen utama yaitu tag dan reader. RFID tagatau yangjugadikenal

dengan transpondertersusun atas sebuah mikroprosesor, memori dan antena.

Setiap komponen penyusun RFID tag memiliki fungsi tersendiri seperti

mikroprosesor sebagai pengolah data, memori berguna tempat penyimpanan

data,antena berguna memungkinkan mikroprosesor dapat menerima atau

mengirim data dari atau ke RFID reader secara nirkabel pada jangkauan yang

lebih jauh[11]. baik RFID tag ataupun RFID reader masing-masing harus

memiliki saluran frekuensi yang sama juga harus dalam standar protokol yang

sama pula sehingga keduanya dapat saling bertukar informasi.

Sedangkan RFID reader tersusun atas control unit dan RF interface.

Control unit umumnya berisi mikrokontroler, serial interface dan memori. Pada

prakteknya RFID reader mengirimkan sinyal analog ke RFID tag. sehingga

mengaktifkan (wake up) sirkuit RFID tag. Selanjutnya RFID reader akan

mengirim permintaan informasi ke RFID tag. Hal tersebut direspon oleh RFID tag

dengan mengirim sinyal balik (backscatter) yang berisi informasi yang diminta

oleh RFID reader[11]. Informasi balasan berupa gelombang analog tersebut akan

tersebut kemudian akanditeruskan ke middleware (komputer, mikrokontroler).

Komponen dasar sistem RFID dapat dilihat pada gambar 2.7.

Gambar 2.6Sistem RFID[11]

5.5 Kartu Cerdas (Smart Card)

Kartu cerdas (Smart Card) merupakan sebuah kartu yang didalamnya

tertanam IC. Kartu cerdas juga dikenal dengan sebutan Integrated Circuit

Card(ICC). Dimensi fisik kartu cerdas telah ditentukan didalam ISO IEC 7810

yang mendefinisikan bahwa ukuran kartu yang digunakan adalah ID-1

(85.60x53.98 mm). Ukuran kartu dengan standar ISO 7810 terlihat pada

Gambar 2.7Standard Ukuran Identification Card[12]

Kartu cerdas dibedakan menurut cara transmisi datanya menjadi dua

yaitu kontak (contact) dan nirkontak (contactless). Kartu cerdas kontak memiliki

area konduktor yang harus kontak ke reader ketika ingin melakukan komunikasi.

Sedangkan nirkontak, kartu dapat melakukan komunikasi dengan reader tanpa

harus melakukan kontak langsung dengan jarak tertentu.

5.6 Biometrik Sidik Jari

Biometrik sidik jari merupakan teknologi biometrik dengan karakteristik

fisik yang diukur adalah sidik jari. Biometrik jenis ini memiliki keunikan yang

baik. Selain itu sidik jari bersifat permanen dan seumur dengan hidup seseorang

sehingga dapat dipergunakan dalam waktu yang lama. Di sisilain sidik jari

memiliki kelemahan seperti, jika jari mengalami kecelakaan, lembab, serta

kondisi buruk lainnya maka akan menyebabkan karakteristik fisik sidik jari

berubah bentuk. Sidik jari dapat diklasifikasikan berdasarkan bentuk guratan

sidikjari. Pola guratan pada sidik jari dapat berbentuk pola bukit (ridge) atau

PERANCANGAN SISTEM

6.1 Gambaran Umum Sistem

Pada tugas akhir ini akan dirancang sebuah prototipe sistem verifikasi

kartu cerdas nirkontak berbasis Arduino Mega 2560. Secara umum, sistem terbagi

dalam dua tahap yaitu tahap registrasi dan verifikasi. Sistem ini berfungsi untuk

memverifikasi status keanggotaan seseorang pada suatu lembaga atau organisasi

tertentu. Verifikasi nantinya dilakukan dengan menggunakan perangkat kartu

cerdas nirkontak (contactless smart card). Kartu tersebut akan diberikan kepada

anggota organisasi setelah proses registrasi selesai dilakukan.

Saat proses registrasi,calon anggota akan diminta untuk memenuhi data

identitas pribadi. Setelahcalon anggota menyelesaikan proses registrasi maka

calon anggota diberikan kartu cerdas nirkontak (RFID tag) sebagai kartu identitas

anggota. Selanjutnya, diperlukan data sidik jari anggota untuk dimasukan ke

dalam kartu tersebut. Sidik jari nantinya dijadikan sebagai objek identitas

kepemilikan kartu pada sistem ini. Langkah ini dilakukan untuk antisipasi kartu

yang berpindah tangan. Baik informasi data pribadi, ID kartu dan sidik jari

disimpan akan disimpan di database pada komputer.

Saat melakukan verifikasi, anggota akan mentap kartu yang dimilikinya

ke perangkat RFID reader. Selanjutnya ID yang ada pada kartu akan dibaca oleh

perangkat reader tersebut. ID tersebut akan dikirim ke komputer untuk

dicocokkan (matching) dengan ID yang telah disimpan sebelumnya padadatabase.

tersebut telah terdaftar sebagai anggota yang sah. Jika ID tidak cocok artinya

verifikasi gagal dan pemilik kartu tidak terdaftar (bukan anggota organisasi).

6.1.1 Perangkat Keras

Berdasarkan gambaran umum sistem yang telah dijelaskan sebelumnya

perangkat-perangkat yang digunakan diantaranya RFID tag, RFID reader, finger

print scanner, Arduino dan komputer.RFIDtag digunakan sebagai perangkat

menyimpan ID anggota kemudian RFID reader digunakan sebagai pembaca

RFID tag tersebut. Finger print scanner berfungsi sebagai perangkat yang

mengcapture sidik jari pada tahap registrasi sebagai informasi tambahan anggota.

Selanjutnya, Arduino berperan sebagai host atau pengendali finger print

scannerdan RFID reader, hasil dari pembacaan RFID reader nantinya akan

dikirim ke komputer untuk dicocokkan dengan ID yang sebelumnya sudah

terdaftar dalam database. Hasil pencocokan akan ditampilkan pada layar monitor

komputer. Diagram blok untuk gambaran umum sistem dapat dilihat pada gambar

3.1

Proses pembacaan RFID tag untuk mendapatkan informasi ID adalah

mengacu pada standar protokol RFID ISO 14443-3 (Initializasion and

anticollision). Sedangkan tulis baca memori kartu hanya menggunakan standar

protokol Mifare proprietary saja tanpa menggunakan ISO 14443-4 (Transmission

protocol). Hal tersebut dikarenakan jenis kartu Mifare yang digunakan adalah

jenis Mifare Ultralight namun jika jenis Mifare yang digunakan lebih canggih

seperti Mifare Plus, Mifare DesFire atau seri diatasnya maka standar protokol ISO

1444-4 juga harus digunakan saat melakukan tulis baca kartu.

6.1.2 Perangkat Lunak

Perangkat lunak diperlukan untuk mengantarai perangkat keras dengan

user. Perangkat lunak yang digunakan pada sistem ini bekerja pada dua sisi yaitu

perangkat lunak yang bekerja pada sisi komputer dan perangkat lunak yang

bekerja pada sisi mikrokontroler. Perangkat lunak pada sisi komputer akan

menerima serta memberikan sinyal informasi ke perangkat lunak yang bekerja

pada sisi mikrokontroler dan begitu pula sebaliknya.

Aktivitas yang dilakukan oleh perangkat lunak pada sisi mikrokontroler

diawali dengan proses inisialisasi perangkat Arduino Mega 2560, RFID reader

dan finger print scanner. Kemudian Arduino akan menunggu sinyal untuk

melakukan suatu aksi tertentu. Sinyal yang diberikan oleh komputer ke Arduino

berupa karakter alfanumerik tertentu yang dikirim melalui saluran serial

port.Karakter tersebut akan diterjemahkan oleh perangkat lunak pada sisi

mikrokontroler sebagai suatu perintah tertentu. Perintah tersebut dapat berupa

mewakili beberapa perintah tersebut nantinya digunakan pada saat tahap registrasi

maupun verifikasi.

6.2 Spesifikasi Sistem

RFID menggunakan frekuensi 13.56 MHz (HF). Protokol RFID yang

digunakan mengacu kepada standard ISO 14443. Komponen RFID yang

digunakan terdiri atas dua perangkat utama yaitu RFID reader dan tag (card).

Catu daya yang didapatkan oleh perangkat modul RFID reader bersumber dari pin

3.3V Arduino. Sedangkan Arduino yang berfungsi sebagai host mendapat catu

daya dari komputer yang terhubung melalui kabel USB. Komunikasi antara host

dengan modul RFID reader dilakukan melalui jalur komunikasi serial jenis SPI.

Komunikasi antara host dengan komputer PC menggunakan komunikasi

serial jenis UART. Jenis ID pada RFID tag yang digunakan adalah jenis Double

Size UID (7 byte hexa). Diantara 7 byte data tersebut 2 byte bersifat unik.

Fungsi tambahan yang ditambahkan dalam sistem ini ialah fungsi finger

print capturing menggunakan modul sensor finger print atau finger print scanner.

Modul sensor finger print yang digunakan adalah jenis optikal. Fungsi finger

print capturing ini diperlukan untuk memasukkan objek besaran fisik seseorang

berupa citra sidik jari ke RFID tag. Hal ini bertujuan agar RFID tag tersebut

memiliki objek identitas permanen dari pemilik asli RFID tag tersebut.

Daftar spesifikasi sistem yang dirancang adalah sebagai berikut :

Frekuensi kerja RFID : 13.56 MHz

Standar dan protokol RFID : ISO/IEC 14443A

Jarak baca : Up to 6 cm

Kecepatan baca : 6 ms

Serial number : UID (Unique Identifier)

Serial number size : Double size UID (7 byte length)

Jenis sensor sidik jari : Optikal

Jalur komunikasi PC ke Arduino : USB

6.3 Perancangan Perangkat Keras

Perancangan perangkat keras dilakukan dengan mengintegrasikan

beberapa modul perangkat keras. Beberapa modul perangkat keras yang

digunakan diantaranya adalah Arduino sebagai host, RFID reader, finger print

scanner dan komputer. Host akan disandingkan dengan RFID reader sehingga

menjadi sebuah komponen RFID reader yang utuh. Protokol RFID pada sistem

ini mengacu kepada standar ISO 14443. Standar tersebut dipilih karena

merupakan standar yang disediakan oleh badan standarisasi ISO untuk proximity

card dengan jarak baca sekitar 0 – 10cm[13]. Standar tersebut juga memberi

ketetapan frekuensi RFID yang digunakan untuk standar proximity card adalah

13.56 MHz (HF). ISO 14443 ini terbagi menjadi dua tipe yaitu type A dan type B.

ISO 14443 type A dimaksudkan untuk melayani fungsi-fungsi teknologi yang

umum sedangkan ISO 14443 type B lebih dimaksudkan untuk aplikasi

perbankan[14]. Selanjutnya standar type Ajuga digunakan untuk RFIDtag

produksi NXP Mifare sedangkan type B digunakan yang RFIDtag yang bukan

Menurut penggunaannya RFID reader yang umum dikenal adalah jenis

fixed/portable RFID reader dan jenis contactlessreader IC. RFID reader yang

digunakan saat ini adalah menggunakan jenis contactless reader IC. Berbeda dari

jenis fixed RFID reader, RFID reader jenis ini akan membutuhkan host untuk

membuatnya menjadi sebuah RFID reader yang utuh. Contactlessreader IC yang

digunakan harus mampu berkomunikasi dengan RFID tag produksi MIFARE

NXP dengan standar ISO 14443 A.

Untuk dapat saling berkomunikasi, RFID tag yang digunakan harus

berada pada frekuensi dan standar yang sama dengan RFID readernya. Bentuk

fisik RFID tag yang digunakan adalah sebuah kartu. Dipilihnya RFID tag dengan

bentuk kartu dikarenakan kartu ini akan dijadikan sebagai kartu identitas

keanggotaan organisasi. Kartu RFID tag atau yang lebih dikenal dengan kartu

cerdas nirkontak (contactless smart card) juga dilengkapi dengan serial ID yang

unik. Serial ID tersebut nantinya akan digunakan sebagai objek verifikasi

keanggotaan organisasi.

Selain komponen RFID reader dan RFID tag diperlukan juga perangkat

finger print scanner. Perangkat ini digunakan untuk mengcapture sebagian citra

sidik jari untuk dimasukkan ke dalam kartu. Proses tersebut diperlukan untuk

antisipasi kartu yang berpindah tangan dari pemilik aslinya. Sehingga sidik jari

dapat dijadikan besaran fisik yang menetap permanen di dalam kartu sebagai

objek verifikasi tambahan. Pustaka finger print scanner yang disediakan oleh

Arduino adalah dari produsen Adafruit dan Sparkfun. Ditinjau dari spesifikasi

perangkatnya,finger print scanner dengan pustaka dari produsen Adafruit lebih

digunakan oleh RFID reader dan finger print scanner adalah Arduino jenis Mega

2560. Arduino Mega 2560 digunakan karena memilikikapasitas memori yang

lebih besar daripada beberapa jenis Arduino lainnya. Kapasitas memori yang

besar ini dapat digunakan untuk membantu kebutuhan memori sistem.

Informasi ID dan citra sidik jari yang diterima oleh Arduino Mega 2560

akan ditransfer ke komputer untuk disimpan dalam database dan digunakan

seperlunya. Perangkat yang bekerja pada sisi anggota adalah Arduino dengan

RFID reader dan finger print scanner sedangkan perangkat yang digunakan pada

sisi administrator adalah komputer.

6.3.1 Penentuan Komponen

Penentuan komponen yang digunakan pada sistem ini disesuaikan

dengan kebutuhan-kebutuhan yang telah dijelaskan pada bagian perancangan

perangkat keras. Komponen-komponen tersebut diantaranya adalah Arduino

Mega 2560, komputer, RFID reader, RFID tag dan finger print scanner. Setelah

dilakukan penentuan komponen yang tepat, diharapkan sistem yang dirancang

dapat berjalan dengan baik.

Komponen RFID reader yang ditentukan pada perancangan perangkat

keras ini adalah modul RFID reader MF522-AN. MF522-AN adalah modul RFID

reader yang diproduksi dengan bahan dasar contactlessreader IC MFRC522.

MFRC522 ini adalah sebuah contactlessreader IC yang produksi NXP yang

mendukung untuk pembacaan kartu Mifare dengan standard 14443 A. Selain

contactless reader IC ini terdapat seri MFRC5xx yang lain. Beberapa jenis seri

berkomunikasi dengan ISO 14443 B sedangkan yang dibutuhkan hanya dengan

kompatibilitas ISO 14443 A saja. MFRC522 mendukung untuk pembacaan

seluruh varian kartu Mifare seperti Mifare mini, Mifare ultralight, Mifare

ultralight C, Mifare Plus, Mifare DESFire, Mifare Clasic. Sebagai tambahan,

hingga saat ini pustaka Arduino yang disediakan untuk pembacaan kartu Mifare

hanya pustaka untuk modul RFID reader dengan bahan contactlessreader IC

MFRC522 saja. Gambar fisik dari modul MF522-AN dapat dilihat pada gambar

3.2

Gambar 3.2MF522-AN

Komponen kartu RFID tag yang digunakan pada sistem ini adalah jenis

Mifare Ultralight. Penentuan komponen ini dikarenakan kartu ini memiliki

kemudahan dalam memahami sistem keamanannya. Kartu jenis ini juga memiliki

jenis serial ID yang unik. Kartu ini memiliki kapasitas memori yang tidak besar

sehingga untuk membantu kapasitas memori sistem digunakan memori tambahan

Gambar 3.3Mifare Ultralight

Finger print scanner yang digunakan adalah jenis ZFM-20. Perangkat

tersebut pada dasarnya memiliki spesifikasi perangkat keras yang tidak jauh

berbeda dari finger print scanner dengan pustaka Arduino lainnya. Namun yang

menjadi pertimbangan adalah rangkaian command packet yang dimiliki perangkat

ini lebih efektif daripada command packet yang dimiliki perangkat lainnya.

Gambar perangkat ZFM-20 dapat dilihat pada gambar 3.4.

Arduino Mega 2560 mendapatkan catu daya dari jalur USB komputer.

Tegangan tersebut akan diregulasi oleh regulator on board Arduino sehingga

tegangan keluarannya mendekati 5V. Tegangan ini akan disuplai ke ZFM-20

melalui pin 5V. Sedangkan MF522-AN mendapat catu daya dari pin 3.3V board

Arduino. Sedangkan konsumsi arus yang digunakan oleh Arduino Mega 2560

adalah 200mA. Untuk MF522-AN arus yang dikonsumsi adalah sebesar 26mA

dan arus yang dikonsumsi oleh ZFM-20 adalah 100mA. Sehingga total konsumsi

arus yang digunakan adalah sebesar 326mA.

6.3.2 Komunikasi dan Konfigurasi Pin

Pada sistem yang dirancang digunakan Arduino Mega 2560

sebagaipengendali RFID reader dan finger print scanner. Catu daya untuk kedua

perangkat tersebut diambil dari pin 3.3V dan pin 5V Arduino Mega 2560.

Sedangkan Arduino Mega 2560 sendiri mendapat catu daya dari jalur USB

komputer. Gambar komunikasi dan konfigurasi pin perangkat keras yang

Gambar 3.5Komunikasi dan Konfigurasi Pin Sistem

Komunikasi antara modul RFID reader (MF522-AN) dengan Arduino

menggunakan komunikasi serial SPI. Konfigurasi pin yang digunakan modul

RFID reader menggunakan pin digital 50 sebagai jalur MISO, 51 sebagai jalur

MOSI, 52 sebagai jalur SCK, 53 sebagai jalur SS dan 42 sebagai jalur Reset

Hardware. Sedangkan komunikasi antara finger print scanner (ZFM-20) dengan

Arduino menggunakan komunikasi serial UART. Pin 10 dan pin 11 Arduino

terhubung dengan pin RX dan pin TX pada finger print scanner.

Komunikasi antara Arduino dengan komputer menggunakan komunikasi

serial asinkron (UART). Pin 0 digunakan sebagai pin RX dan pin 1 sebagai TX.

Pin ini terhubunng ke mikrokontroler ATMEGA 8U2. Mikrokontroler ini telah

diprogram oleh pabrikan sebagai pengantara komunikasi antara ATMEGA 2560

sebaliknya. Diagram blok yang menggambarkan hubungan Arduino Mega

2560dengan komputer dapat dilihat pada gambar 3.6.

Gambar 3.6Komunikasi Arduino Mega 2560 dengan PC

6.4 Perancangan Perangkat Lunak

Perangkat lunak dirancang menggunakan bahasa pemrograman C++

yang diupload ke Arduino. Program tersebut akan digunakan Arduino Mega 2560

untuk mengatur modul RFID reader dan finger print scanner. Sedangkan

perangkat lunak yang berfungsi untuk interface(pengantara)user ke sistem

dibangun menggunakan Matlab.

Arduino menggunakan IDE Arduino untuk melakukan kompilasi

danuploading program. Saat menggunakan IDE Arduino ini diperlukan beberapa

pengaturan agar proses uploading program dapat berlangsung dengan baik dan

benar. Beberapa hal yang harus diatur adalah board(jenis Arduino yang

digunakan) dan port(nomor port serial yang digunakan). Program yang telah

komputer dapat dilihat di layar serial monitor yang telah disediakan oleh IDE

Arduino.

Komputer menerima data serial dari Arduino melalui perangkat lunak

Matlab dengan membaca serial port komputer. Matlab juga digunakan sebagai

penampil GUI sederhana. Tampilan GUI sederhana tersebut digunakan pada

proses input data anggota, tulis baca data ke database dan pada proses konfirmasi

hasil verifikasi.

Pada perancangan perangkat lunak iniArduino harus dapat memahami

informasi yang dikirim komputer. Untuk itu program yang dibuat pada Arduino

dimulai dengan menunggu sinyal informasi dari komputer. Sinyal informasi yang

pertama kali diterima oleh Arduino dari komputer adalah berupa karakter

alfanurmerik tertentu. Karakter tersebut akan diterjemahkan oleh Arduino sebagai

suatu perintah tertentu tergantung dari jenis karakternya. Perintah tersebut dapat

diterjemahkan menjadi beberapa instruksi seperti instruksi untuk membaca kartu,

menulis kartu atau membaca sidik jari. Sinyal-sinyal perintah tersebut akan

digunakan baik saat melakukan registrasi maupun verifikasi.

6.4.1 Usecase Diagram

Diagram usecase ini menjelaskan segala proses yang terjadi pada sistem

yang akan dibangun serta relasi antara suatu usecase dengan aktor yang berperan

didalam sistem. Dua aktor utama yang berperan adalah anggota dan

administrator. Registrasi dilakukan oleh anggota baru sedangkan verifikasi hanya

akan dilakukan setelah terdaftar menjadi anggota tetap. Pada tahap registrasi

tersebut dilakukan administrator akan menyediakan kartu anggota (kartu cerdas

nirkontak) dan mentap kartu tersebut ke RFID reader. Setelah ID dari kartu

terbaca. Administratormeminta anggota baru untuk menyentuhkan jari jempol kiri

ke perangkat finger print scanner. Jari akan dibaca dan citra jari tersebut akan

disimpan sebagian ke Arduino dan sebagian lagi ke kartu. Hal ini dimaksudkan

untuk memaksimalkan fungsi kerja Arduino sehingga Arduino tidak hanya

digunakan untuk membaca perangkat saja namun Arduino juga digunakan sebagai

penyimpanan data sidik jari. Penyimpanan tersebut dipisah karena citra yang

diterima berkapasitas cukup besar bagi kartu.

Setelah registrasi selesai dilakukan artinya anggota baru tersebut telah

resmi terdaftar sebagai anggota tetap organisasi. Anggota yang telah menjadi

anggota tetap akan melakukan verifikasi dengan kartu identitasnya pada saat yang

diperlukan seperti sewaktu ingin mendapatkan izin akses, izin penggunaan

fasilitas atau izin dalam mendapatkan pelayanan dari organisasi. Verifikasi

dilakukan dengan membaca kartu dan memvalidasi ID yang telah terbaca.

Diagramusecase dapat dilihat pada gambar 3.7.

6.4.2 Program

Program yang dibuat di sistem ini mengacu kepada fungsi-fungsi dan

pustaka-pustaka yang telah disediakan oleh perangkat lunak, baik perangkat lunak

pada sisi komputer (Matlab) ataupun perangkat lunak pada sisi host (Arduino).

Pustaka Arduino yang digunakan pada sistem ini diantaranya adalah

Adafruit_Fingerprint.h, SoftwareSerial.h, EEPROM.h, SPI.h dan MFRC522.h.

Pustaka ini akan membantu saat membuat program(coding).

Program yang bekerja pada sisi Arduino dan pada sisi komputer harus

dibuat dapat saling berinteraksi dengan baik sehingga menjadi suatu sistem yang

dapat bekerja secara utuh. Diagram alir keseluruhan perancangan perangkat lunak

sistem ini dapat dilihat pada gambar 3.8.Berdasarkan diagram alir tersebut sistem

diawali dengan proses inisialisasi. Selain inisialisasi variabel dan konstanta yang

digunakan dalam program, inisialisasi juga dilakukan dengan mengkonfigurasi

komunikasi antara perangkat sehingga setiap perangkat dapat saling

berkomunikasi atau bertukar informasi. Komunikasi yang digunakan dalam sistem

ini adalah komunikasi serial. Konfigurasi komunikasi antara Arduino dengan

komputer memanfaatkan fungsi serial.begin().

Konfigurasi komunikasi serial dilakukan pada Arduino,agar Arduino

dapat berkomunikasi dengan perangkat finger print scanner. Konfigurasi ini

memanfaatkan fungsi finger.begin().Jenis komunikasi serial yang dikonfigurasi

pada Arduino adalah komunikasi jenis UART dan SPI. Komunikasi UART

dengan finger print scanner sedangkan komunikasi SPI dimanfaatkan untuk

hubungan antara Arduino dengan RFID reader.

Gambar 3.8 Diagram Alir Sistem

Setelah inisialisasi, proses selanjutnya adalah mengakses EEPROM dan

membaca isi alamat 0000 h dan 0001 h. Pembacaan ini dilakukan karena kedua

alamat ini menyimpan nilai alamat yang akan ditulis ke EEPROM selanjutnya

nilai next address (2 byte), UID0 (7 byte), citra sidik jari ke-0 (80 byte),

UID1 (7 byte ), citra sidik jari ke-1 (80 byte), UID2 (7 byte ) dst. EEPROM berisi

UID dan citra sidik jari setiap pemilik kartu. Citra sidik jari yang mampu

dicapture oleh finger print scanner berukuran 73728 byte (288x256 pixel).

Namun dalam penelitian ini hanya menggunakan 128 byte pertama dari citra yang

dibaca finger print scanner. Pengambilan nilai 128 ini dikarenakan data packet

hanya ditemukan pada pengiriman data paket pertama. Data citra yang berukuran

128 byte tersebut akan disimpan didalam kartu dan sisa nya akan disimpan

didalam EEPROM host.

Citra sidik jari tersebut disimpan secara terpisah 80 byte disimpan di

EEPROM dan 40 byte disimpan di kartu. Organisasi memori EEPROM dan kartu

Setelah pembacaan next address maka diketahui dimana alamatyang

akan ditulis di EEPROM selanjutnya. Program dilanjutkan dengan pembacaan

serial port secara terus menerus. Jika karakter yang terbaca adalah karakter “^”

berarti tombol “Registrasi”(di layar Matlab) ditekan. Namun jika karakter yang

terbaca adalah karakter “#” berarti tombol “Verifikasi” (di layar Matlab).Jika

ditemukan bahwa karakter “^” terbaca makapembacaan serial port kembali

dilakukan. Kemudian dicek kembali apakah karakter yang terbaca adalah karakter

“!”. Jika iyaberarti tombol “Scan ID” ditekan dan fungsi RegisterCard() akan

di-eksekusi. Jika tidak serial port akan terus menerus dibaca hingga karakter “!”

terbaca. Setelah fungsi RegisterCard()selesai dieksekusi selanjutnya dilakukan

kembali pembacaan serial port. Kemudian dicek apakah karakter yang terbaca

adalah karakter “@”. Jika iya berarti tombol “Scan Finger” ditekan dan fungsi

RegisterFinger()akan dieksekusi. Jika tidak serial port akan terus menerus dibaca

hingga karakter “@” terbaca.

Pada tahap registrasi, sistem menggunakan dua fungsi utama yaitu fungsi

RegisterCard() dan RegisterFinger(). Fungsi RegisterCard() digunakan pada

proses pembacaan UID kartu sedangkan fungsi RegisterFinger() digunakan untuk

pembacaan citra sidik jari. Setelah kedua fungsi tersebut dieksekusi selanjutnya

dilakukan proses pembagian terhadap 128 byte data citra tersebut menjadi dua

bagian yaitu 80byte dan 40byte. Setelah citra tersebut dibagi maka dilakukan

proses penulisan data UID dan 80 byte citra sidik jari ke EEPROM dan 48 byte

bagian citra lainya ke kartu.

Pada tahap verifikasi sistem menggunakan fungsi VerifyMember()untuk

komputer lalukomputer akan melakukan pencarian keberadaan UID tersebut

dengan membandingkan UID kartu dengan UID yang telah tersimpan di database

saat registrasi.

Fungsi-fungsiutama yang digunakan untuk kebutuhan perangkat

MF522-AN adalahmfrc522.PICC_IsNewCardPresent() dan mfrc522.PICC_ReadCardSerial().

Fungsi mfrc522.PICC_IsNewCardPresent()digunakan untuk mendeteksi keberadaan

kartu. Fungsi selanjutnya adalah mfrc522.PICC_ReadCardSerial(). Fungsi ini

digunakan untuk memilih dan membaca UID kartu. fungsi-fungsi tersebut

mengacu kepada standar protokol ISO 1444-3[16] dan standar protokol MIFARE

proprietary.

Fungsi mfrc522.PICC_IsNewCardPresent() adalah fungsi yang digunakan

untuk mendeteksi keberadaan kartu. Pada fungsi ini RFID reader (MF522-AN) akan

melakukan polling terhadap RFID tag (Mifare Ultralight) yang memasuki jangkauan

jarak baca RFID reader. Setelah ada kartu yang terdeteksi oleh RFID readerkartu

akan berubah keadaan dari keadaan POR (Power On Reset) memasuki keadaan

idle yaitu keadaan dimana kartu siap menerima command REQA sebagai langkah

awal proses handshaking. Pengiriman command REQA (Request) dilakukan oleh

modul MF522-AN dengan urutan frame data 7 bit atau yang dikenal dengan short

frame dengan data yang dikirim adalah 0x26. Kartu yang menerima REQA akan

merespon dengan mengirim sinyal ATQA (Answer to Request). ATQA dikirim

oleh kartu Mifare Ultralight dalam urutan frame data 2 byte atau yang dikenal

dengan standard frame dengan data yang dikirim adalah 0x0044 sebagai tanda

Fungsi yang digunakan berikutnya adalah mfrc522.PICC_ReadCardSerial().

Fungsi ini melakukan proses pembacaan UID kartu yaitu menggunakan metode

anticollision. Anticollision merupakan metode yang digunakan RFID reader

untuk dapat berkomunikasi dengan kartu RFID dari beberapa kartu RFID yaang

berada dalam jangkauan jarak baca reader. Fungsi utama metode anticollision ini

adalah untuk memilih sebuah kartu RFID yang akan diajak untuk saling

berkomunikasi. Anticollision terdiri dari 3 level. Level tersebut dikenal juga

dengan CL (cascade level). Untuk kartu dengan jenis UID 4 byte hanya akan

melaksanakan metode anticollision cukup hingga CL1(cascade level 1). Kartu

dengan UID 7 byte (Mifare Ultralight) akan melaksanakan metode anticollision

CL1 dan CL2. Kartu dengan UID 10 byte akan melaksanakan metode

anticollision CL1,CL2,CL3.

Fungsi anticolllision dimulai dengan pengiriman command SEL 0x93

diikuti dengan NVB 0x20 ke Mifare Ultralight. NVB (Number Valid Bits)

memastikan banyaknya data yang dikirim valid. Metode ini mengacu pada standar

protokol 14443-3. Paket command ini digunakan untuk melakukan anticollision

CL1 (cascade level 1). Kemudian kartu akan merespon dengan mengirimkan data

berupa 1 byte CT (cascade tag) dan diikuti dengan 3 byte UID pertama (UID0…

UID2) serta diikuti 1 byte BCC. CT yang diterima bernilai ‘88’ bermakna UID

yang diterima belum sempurna. Sehingga modul akan mengirimkan kembali

perintah SEL 0x93’ NVB 0x70 disertai dengan CT, UID0…UID2, BCC, CRC.

Perintah tersebut diterima kartu dan kartu meresponnya dengan mengirimkan

SAK (Select Acknowledge) CL1 bernilai 0x04. bermakna diperlukan metode

READY1. CL2 (cascade level 2) bertujuan untuk menyempurnakan UID dengan

mengakses UID sisanya (UID3…UID6). Selanjutnya modul akan mengirim

command SEL 0x95 yaitu bertujuan memulai kembali metode anticollision

disertai dengan NVB 0x20. Command ini akan diterima kartu dan kartu akan

merespon dengan mengirimkan UID kedua (UID3…. UID6) diikuti dengan 1 byte

BCC. Sempurnanya UID yang diterima modul ditandai dengan diterimanya SAK

‘00’.

Untuk fungsi-fungsi yang digunakan untuk keperluan perangkat

ZFM-20 adalah finger.getImage() dan finger.UpImage(). Fungsi finger.getImage()

berisi perintah dari Arduino ke ZFM-20 untuk mengcapture sidik jari dan fungsi

finger.UpImage()berisi perintah oleh Arduino ke ZFM-20 untuk mengupload citra

sidikke Arduino.

Pertukaran data antara Arduino dengan ZFM-20 mengacu kepada

beberapa jenis format data paket ZFM-20 ini diantaranyacommand packet,

acknowledge packet, data packet dan end of data packet[17]. Fungsi-fungsi

Arduino yang digunakan saat berkomunikasi dengan ZFM-20 mengacu kepada

format data paket tersebut.

Command packet merupakan paket yang dikirimkan ke ZFM-20 yang

bertujuan agar perangkat ZFM-20 ini melaksanakan perintah tertentu sesuai

dengan kode instruksi yang disisipkan didalam command packet tersebut. Setelah

command packet tersebut diterima maka ZFM-20 akan melakukan aksi sesuai

kode instruksi yang diberikan. Hasil eksekusi yang dilakukan ZFM-20 akan

merupakan paket hasil konfirmasi atas eksekusi perintah dari command packet

yang telah diberikan. Acknowledge packetberisi kode konfirmasi yang disisipkan

didalam Acknowledge packet tersebut. Arduino akan membaca kode konfirmasi

tersebut dan dari kode konfirmasi tersebut dapat dilihat apakah eksekusi command

packet berhasil dilakukan atau tidak.Command packet dan acknowledge

packetmemiliki perbedaan dengan data packet dan end of data packet yaitu pada

jenis data yang disisipkan pada paketnya.Pada data packetdan end of data

packetisi (content) yang disisipkan pada paket ini bukan berupa kode instruksi

atau kode konfirmasi namun serangkaian data sidik jari sepanjang 128 byte

(default). Data packet akan dikirim sebanyak 287 kali dan ditutup dengan 1 end of

IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN

7.1 Implementasi

Perangkat yang digunakan pada tahap implementasi adalah Arduino

Mega2560, MF522-AN, ZFM-20 dan komputer. Arduino Mega 2560 berperan

sebagai host dari ZFM-20 dan MF522-AN. Sedangkan komputer digunakan

sebagai tempat pengolahan data RFID tag (kartu), data sidik jari sekaligus tempat

penampil informasi verifikasi juga digunakan untuk percobaan perbandingan citra

sidik jari. Implementasi perangkat keras dapat dilihat pada gambar 4.1.

Gambar 4.1Implementasi Perangkat Keras

PC Arduino MF5222-AN

Mifare Ultralight

Tahap-tahap implementasi yang dilakukan adalah sebagai berikut :

1. Menentukan perangkat keras yang dibutuhkan seperti: ArduinoMega2560,

kabel USB, PCB, MF522-AN, ZFM-20 dan PC

2. Membangun konstruksi perangkat keras dari bahan yang telah ditentukan.

3. Menginstal aplikasi yang dibutuhkan seperti Matlab dan IDE Arduino

Sketch.

4. Menulis program dalam bahasa pemrograman Matlab dan C++ Arduino.

7.2 Pengujian

Pengujian dilakukan untuk mengetahui performansi dari sistem yang

dirancang dan untuk meneliti sistem dengan berbagai percobaan sehingga dapat

ditemukan informasi baru yang bermanfaat untuk penelitianselanjutnya. Pengujian

dilakukan dengan menguji setiap tahapan proses yang dilakukan dalam sistem.

7.2.1 Pengujian Pembacaan UID oleh IDE Arduino

Pengujian pembacaan UID dilakukan dengan mengupload program ke

Arduino kemudian akan memerintahkan MF522-AN untuk membaca UID

melalui. Keberhasilan pembacaan UID kartu dapat dilihat pada gambar 4.2. Pada

pengujian inidisediakan sepuluh buah kartu. Setiap kartu mewakiliindividu

anggota. Hasil pembacaan dengan sepuluh kartu Mifare Ultralight dapat dilihat

7.2.2 Pengujian Pembacaan UID oleh Matlab

Pengujian ini dilakukan untuk memastikan UID yang telah diterima

Arduino dapat sampai ke komputer dengan baik. UID tersebut dibaca oleh

Tabel 4.1Hasil Pengujian Pembacaan UID menggunakan Arduino

Kart

komputer secara serial melalui Matlab menggunakan fungsi serial(), fopen(),

fscanf() dan menampilkannya di command window. Keberhasilan pembacaan data

serial oleh Matlab dapat dilihat pada gambar 4.3 dan untuk hasil pengujiannya

dapat dilihat pada tabel 4.2.

Gambar 4.3Keberhasilan Pembacaan UID menggunakan Matlab

Tabel 4.2Hasil Pengujian Pembacaan UID menggunakan Matlab

7.2.3 Pengujian Baca dan Tulis Memori Kartu

Pengujian ini dilakukan untuk memastikan penulisan dan pembacaan

memori kartu berhasil dilakukan. Percobaan ini dilakukan dengan memanfaatkan

pustaka MFRC522.h. Disini Arduino akan membaca memori kartu kemudian

menulis memori kartu dengan nilai ‘AA’ yang dimulai dari page4 hingga 15.

Selanjutnya Arduino akan membaca kembali isi memori kartu untuk memastikan

penulisan yang telah dilakukan berhasil. Hasil pengujian tulis baca kartu dapat

dilihat pada gambar 4.4.

7.2.4 Pengujian Pembacaan Sidik Jari menggunakan Arduino

Citra sidik jari yang ditangkap oleh ZFM-20 ini adalah berukuran

baris kali kolom yaitu 288x256 pixel (73728 byte) namun perlu diketahui citra

tersebut akan diencode terlebih dahulu oleh modul sensor finger print ZFM-20

sebelum dikirim ke komputer melalui arduino. Encoding dilakukan dengan

menggabungkan 4bit MSB setiap byte yang berdekatan menjadi satu byte.

Sehingga data sidik jari yang diterima akan berukuran 288x128. Misalnya urutan

byte dari citra yang seharusnya terbaca adalah F0,F0,E0,10,E0,80… sedangkan

yang kita terima nantinya adalah hasil encoding sehingga yang terbaca adalah

FF,E1,E8,… .

Pada pengujian ini, ZFM-20 akan mengirim data ke Arduino dalam

bentuk paket. Paket yang dikirim adalah data packet dan end of data

packetdengan masing-masing paket berukuran 139 byte. Jika diuraikan 139 byte

packet tersebut berisi2byte header, 4 byte address, 1 byte package identifier, 2

byte length, 128byte data sidik jari dan 2byte checksum. Data packet akan dikirim

sebanyak 287 kali kemudian diikuti 1 kali end data packetpada kiriman terakhir

sehingga total data yang diterima Arduino adalah 288 x 139byte.

Perlu diketahui citra sidik jari akan dibaca secara serialdan diuji dengan

baudrate default ZFM-20 yaitu 57600bps. Dalam kasus pembacaan citra sidik jari

melalui Arduino ini akan diketahui seperti kekonsistenan data, kevalidan data

serta perbandingan data antara ukuran citra sidik jari yang diacu sesuai datasheet

7.2.5 Pengujian Pembacaan Sidik Jari menggunakan Matlab

Pengujian ini dilakukan dengan langkah yang sama dengan pengujian

sebelumnya. Kecepatan baudrate yang digunakan adalah 57600 bps (default

baudrate modul ZFM-20). Pada pembacaan citra sidik jari melalui Matlab ini

modul ZFM-20 ini tidak terhubung dengan Arduino, namun ZFM-20

dihubungkan langsung ke socket USB komputer melalui perangkat serial to USB

converter.

Pada pengujian ini, ZFM-20 akan mengirim data ke Arduino dalam

bentuk paket. Paket yang dikirim adalah jenis data packet dan end of data packet

masing-masing paket berukuran 139 byte. Jika diuraikan 139 byte packet tersebut

berisi 2byte header, 4 byte address, 1 byte package identifier, 2 byte length,

128byte data sidik jari dan 2byte checksum. Data packet akan dikirim sebanyak

287 kali kemudian diikuti 1 kali end data packet pada kiriman terakhir sehingga

total data yang diterima Arduino adalah 288 x 139byte.

Dari pengujian ini akan diketahui : kekonsistenan data, kevalidan data

serta perbandingan data antara ukuran citra sidik jari yang diacu sesuai datasheet

dengan ukuran data sidik jari yang dibaca langsung dengan Matlab.

7.2.6 Pengujian Perbandingan Pembacaan Sidik Jari Antara Arduino dengan Matlab

Pada pengujian sebelumnya telah dilakukan pengujian pembacaan citra

sidik jari melalui Arduino dan Matlab secara terpisah. Langkah-langkah pengujian

yang dilakukan pada pengujian ini sama seperti langkah pada pengujian