PERANCANGAN SISTEM KEAMANAN RUANGAN
BERBASISKAN MICROCONTROLLER ATMEGA8535
Budi; Maconie; Windy; Satrio Dewanto
Computer Engineering Department, Faculty of Engineering, Binus University Jl. K.H. Syahdan No. 9, Palmerah, Jakarta Barat 11480
ABSTRACT
This study aims to design a security system to be applied in a room using a microcontroller to connect each module and program controlled by AVR Studio. The sensor detects any motions when someone enters a room. The camera moves to the direction of the person, records the events, sends a short message and activates voice alarm system. This system works well without any serious problems, accept the slow delivery of short message influenced by the traffic level of GSM service provider. This system can be further expanded by adding several features such as automation of system activation. Activation of the system can be developed by changing the RF Remote with RFID commonly used for access keys or identification that may increase the value of the security system.
Keywords: security system, microcontroller ATMega8535, motion detection, event recording, short message, alarm
ABSTRAK
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk merancang suatu sistem keamanan yang dapat diterapkan pada ruang yang memiliki barang-barang berharga di dalamnya. Sistem ini terdiri dari mikrocontroller yang digunakan untuk menghubungkan setiap modul dan program untuk mengendalikan modul ini menggunakan AVR Studio. Sensor mendeteksi gerakan saat seseorang memasuki ruangan dan kamera akan berputar ke arah orang tersebut, merekam acara, mengirim pesan singkat dan mengaktifkan sistem alarm suara. Sistem ini bekerja dengan baik tanpa ada masalah serius. Masalah yang dapat terjadi adalah lambat terkirimnya pesan singkat yang dipengaruhi oleh tingkat keramaian penyedia layanan GSM. Sistem ini dapat dikembangkan lebih lanjut dengan menambahkan beberapa fitur seperti otomatisasi dan aktivasi sistem. Aktivasi sistem dapat dikembangkan dengan mengubah RF Remote dengan RFID yang telah umum digunakan untuk kunci akses atau identifikasi diri, sehingga dapat meningkatkan nilai dari sistem keamanan.
PENDAHULUAN
Keamanan merupakan masalah yang penting dalam kehidupan manusia baik itu menyangkut keamanan diri maupun keamanan milik pribadi dari gangguan orang-orang yang bermaksud kurang baik. Dengan berkembangnya teknologi komponen dan perangkat keras, bermacam-macam jenis sensor dan perangkat keras telah dihasilkan. Kemajuan dalam teknologi informasi juga mendukung kepada makin canggihnya teknologi keamanan yang dapat dihasilkan.
Sistem keamanan ruang atau rumah pada dasarnya dapat diklasifikasikan dalam empat kategori (Longheu, et al., 2012) yaitu berbasiskan perangkat keras, sistem pasif (hanya memonitor secara remote), berbasiskan telepon seluler (monitoring dan control secara remote) dan berbasiskan internet (sama dengan telepon hanya memonitor dan mengontrol menggunakan jaringan internet).
Penelitian-penelitian mengenai sistem keamanan yang telah dilakukan sampai saat ini terdapat perbedaan dalam hal perangkat keras pengendali yang digunakan, jumlah dan jenis sensor yang dipakai, pengendalian secara lokal atau jarak jauh. Penelitian mengenai sistem otomasi rumah dengan menyalakan peralatan listrik secara otomatis dan digabung dengan keamanan dari kebakaran telah dilakukan (Azid dan Kumar, 2011). Sistem remote yang dapat mengendalikan bermacam peralatan rumah tangga, cara masuk dan keluar rumah berbasiskan web juga telah dilakukan. Pencegahan dan pendeteksian dari pencurian, kebakaran dan pengiriman informasi ke pemilik rumah telah dilakukan menggunakan wireless sensor network dan GSM (Aggarwal dan Joshi, 2012).
Pada umumnya dalam penelitian yang telah dilakukan sifatnya hanya pencegahan adanya pencurian dengan mendeteksi kehadiran pencuri dalam rumah dan mengeluarkan alarm serta pemberitahuan kepada pemilik baik melalui web ataupun menggunakan sms. Pada penelitian ini ada penambahan fitur yaitu kemampuan dari sistem keamanan untuk melakukan perekaman apabila ada pencuri terdeksi memasuki ruangan. Sistem keamanan ini bekerja dengan mendeteksi adanya pergerakan dari panas tubuh manusia dan hewan mamalia. Ketika sensor aktif mendeteksi adanya pergerakan tubuh, kamera akan bergerak kearah sensor yang aktif dan memberikan input kepada komputer untuk merekam keadaan ruangan pada saat kejadian, membunyikan sirine alarm, dan mengirimkan pesan singkat kepada pemilik ruangan. Data hasil rekaman akan disimpan dalam komputer untuk dipergunakan kemudian apabila diperlukan untuk mengidentifikasi pencuri yang masuk.
METODE
Sebelum perancangan perancangan sistem keamanan ruangan berbasiskan mikrocontroller
ATMega8535 ini dilakukan, beberapa penelitian, seperti membaca buku, jurnal, informasi-informasi dari internet, dan data sheet yang berhubungan dengan topik penelitian yang dibuat telah dilakukan. Sebagai hasil dari penelitian awal dan perancangan yang telah dilakukan akan diuraikan secara berurutan mengenai dasar teori, perancangan sistem, dan evaluasi serta simpulan yang dihasilkan.
Sensor
Infrared (Glolab, 2013) yang dapat mendeteksi adanya pergerakan orang ataupun hewan mamalia pada suatu ruangan.
Sensor ini terbuat dari bahan Crystalline yang dapat membangkitkan sinyal elektrik ketika terdapat energi panas pada radiasi inframerah, energi panas tersebut dapat berasal dari panas tubuh manusia dan hewan dengan sinyal gelombang yang panjangnya dari 9.4 µm. Untuk membantu kinerja dari sensor ini diperlukan Fresnel Lens yang berfungsi untuk mempertajam jarak fokus dari sensor (Gambar 1). Jika tanpa lensa, jarak maksimum dari deteksi sensor hanya dapat mencapai beberapa sentimeter saja. Akan tetapi jika dipasang dengan lensa, jarak maksimum dari deteksinya adalah 5 meter pada sudut 0 derajat.
Gambar 1 Fresnel lens
Gambar 2 Cara kerja sensor pyroelectric
Mikrokontroller ATMega8535
Pada sistem keamanan ini digunakan mikrokontroller dari keluarga AVR (advanced versatile reduce instruction set computer) dengan jenis ATMega8535 yang mempunyai beberapa fitur dan fungsi khusus. ATMega8535 adalah mikrokontroller keluaran dari Atmel yang mempunyai arsitektur RISC (reduced instruction set computer) yang di mana setiap instruksi akan dieksekusi hanya dengan menggunakan satu clock cycle sehingga proses eksekusi data lebih cepat daripada arsitektur CISC (completed instruction set computer).
Mikrokontroller ini mempunyai beberapa fitur antara lain: 130 instruksi, 32 register umum,
Nonvolatile Program dan Data memories yang di mana data dan program akan tersimpan walaupun tidak ada tegangan yang dialirkan ke mikrokontroller tersebut, 8-KByte Flash Memory yang dapat dihapus dan diprogram sampai 10.000 kali, 512-Byte EEPROM (electronic erasable programable read only memory) yang dapat ditulis dan dihapus sebanyak 100.000 kali, 512 byte internal SRAM (static random access memory), RTC (real time clock) dengan osilator terpisah, empat jalur PWM (pulse width modulation), 10-bit ADC (analog to digital converter), 32 jalur
inputoutput yang dapat diprogram yang dibagi menjadi empat buah port, yaitu port A, port B, port C dan port D.
Mikrokontroller AVR ATMega8535 berfungsi sebagai pengendali dan pengolah data dari sensor, pengatur motor stepper, menerima data posisi awal kamera, mengaktifkan buzzer alarm
Gambar 3 Konfigurasi pin AVR ATMega8535
Motor Stepper
Motor stepper adalah alat yang dapat mengubah pulsa-pulsa elektrik menjadi pergerakan mekanik, Motor stepper dapat berotasi searah jarum jam (clock wise) atau berlawanan arah jarum jam (counter clock wise) tergantung dari sinyal yang diberikan. Motor stepper digunakan untuk mengontrol dan menentukan posisi yang akurat dari suatu aplikasi tanpa membutuhkan sistem umpan balik yang rumit (lebih mengarah ke sistem lup terbuka). Oleh karena itu motor stepper
sangat lazim digunakan dalam aplikasi robotika,otomatisasi, dan positioning control.
Motor DC dan motor stepper memiliki perbedaan mendasar dalam perputarannya. Bila motor DC dapat berputar secara bebas maka motor stepper berputar dalam langkah dalam waktu tertentu. Perbedaan lainnya ialah motor DC menghasilkan torsi yang kecil pada kecepatan rendah sementara motor stepper menghasilkan torsi yang besar pada kecepatan rendah. Perbedaan yang lain adalah motor stepper memiliki karakteristik holding torque (torsi menahan) yang tidak dimiliki oleh motor DC. Kegunaan dari holding torque ialah motor stepper dapat mempertahankan posisinya secara kuat pada saat berhenti.
Motor stepper dapat dikendalikan secara full step dan half step. Pengendalian secara half step lebih baik daripada pengendalian secara full step, karena dengan pengendalian half step
pergerakan dari motor lebih halus daripada menggunakan pengendalian dengan pengendalian full step.
Half Step adalah cara mengendalikan motor stepper sehingga menghasilkan pergerakan motor yang lebih halus. Pergerakan yang dihasilkan lebih halus karena pergerakkan rotor dalam
motor stepper yang bergerak dengan sudut sebesar ½ derajat dari besar sudut antara 2 buah kutub (coil) yang berdekatan. Full step adalah cara mengendalikan motor stepper sehingga dihasilkan pergerakan motor namun tidak sehalus pergerakkan Half Step. Hal ini disebabkan karena pergerakkan rotor dalam motor stepper yang bergerak per satu buah kutub (coil).
Perancangan Perangkat Keras
Perancangan perangkat keras pada sistem keamanan ini berupa perancangan modul
perancangan rangkaian encoder. Pada sistem keamanan ini, sistem setelah diaktifkan catu dayanya, sistem tidak akan memeriksa input sensor yang aktif sampai ketika mikrocontroller menerima aktivasi dari Remote RF (Radio Fequency). Setelah mendapatkan aktivasi dari remote,
mikrocontroller akan memeriksa sensor yang aktif. Jika sensor ada yang aktif, kamera akan aktif dan merekam keadaan ruangan, membunyikan alarm suara, menyimpan data hasil rekaman dan mengirim pesan singkat.
Bagian terpenting dalam sistem ini terletak pada modul controller yang tugasnya mengolah data dari sensor yang aktif, yang ditindak lanjuti dengan memberikan perintah kepada motor stepper untuk menggerakkan kamera ke arah sensor yang aktif, mengaktifkan alarm, mengirimkan data kepada komputer melalui komunikasi serial.
Kamera yang digunakan adalah kamera jenis wireless (tanpa kabel dalam hal pengiriman data) dengan modul penerima yang dihubungkan ke komputer melalui perantara berupa TV Tuner
dan gambarnya akan di tampilkan melalui program yang dibuat pada komputer menggunakan program Visual Basic. Rancangan sistem di atas secara garis besar dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4 Rancangan sistem
Perancangan Perangkat Lunak
Perancangan perangkat lunak meliputi perancangan perangkat lunak pada komputer yang menggunakan bahasa pemrograman Visual Basic6 dan perancangan perangkat lunak untuk
controller yang menggunakan bahasa C dan dibuat pada program ICC AVR.
Perancangan perangkat lunak pada komputer digunakan program Visual Basic6 yang digunakan sebagai GUI (graphic user interface). Program ini berfungsi untuk melakukan pengambilan gambar video dan mengirim SMS secara otomatis ketika muncul data dari controller.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Spesifikasi perangkat keras dari sistem keamanan yang dibuat adalah sebagai berikut: (1) komputer P4, 2 GHz dengan memori 256 MB, dengan kapasitas Harddisk 80 GB dan memiliki dua
serial port; (2) monitor dengan Resolusi 1024 x 768; (3) kamera wireless dengan kecepatan frame per second nya adalah 10; (4) TV tuner; (5) modul controller menggunakan AVR ATMega 8535; (6) telepon genggam (HP) Sony Ericsson T68i.
Selanjutnya, spesifikasi perangkat lunak yang digunakan untuk menjalankan sistem keamanan ini adalah: (1) sistem operasi Windows XP; (2) bahasa pemrograman Visual Basic 6 pada komputer; (3) bahasa pemrograman C untuk AVR ATMega8535; (4) AVR studio untuk simulasi program yang dibuat.
Perangkat keras dan tampilan dari perangkat lunak yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 5 di bawah ini.
Gambar 5 Perangkat keras sistem
Gambar 6 Tampilan awal program untuk video kamera
Gambar 7 Tampilan program untuk mengirim SMS
Gambar 8 Tampilan program setelah terhubung dengan kamera
Pengujian Sistem
Sistem telah diuji untuk diaktifkan lebih dari 10 jam, diaktifkan mulai dari pukul 07.00 hingga pukul 20.00 selama 3 hari berturut-turut. Selama itu, sistem dalam keadaan baik tanpa mengalami gangguan. Jika sistem ini akan diimplementasikan dalam waktu yang lama, yang perlu diperhatikan adalah masalah telepon selular dan kapasitas Harddisk di komputer. Dari segi telepon selularnya, tegangan yang ada pada telepon selular hanya dapat bertahan sekitar tiga hari dengan kondisi bahwa telepon selular aktif (kondisi ini tergantung dari jenis telepon selular yang digunakan). Lebih dari 3 hari, baterai telepon selular perlu diisi ulang. Sementara kapasitas
Harddisk komputer perlu diperhatikan karena untuk setiap kali merekam, data yang dihasilkan sekitar 60 MB (MegaByte).
Pengujian terhadap Telepon Selular yang Digunakan
Telepon selular yang digunakan untuk sistem ini adalah menggunakan telepon selular dengan tipe Sony Ericsson T68i tetapi pengujian dengan menggunakan telepon selular merk lain juga dilakukan. Hasil pengujian ditampilkan pada Tabel 1.
Tabel 1Hasil Uji Coba terhadap Beberapa Telepon Selular
Produk Tipe Apakah dapat
digunakan?
Sony Ericsson
T68i Ya
T10’s Ya
Siemens ME45 Ya
Nokia 6310i Ya
Pengujian terhadap Besarnya Data Hasil Rekaman
Dari hasil rekaman selama 40 detik dengan frame 10 dapat diperoleh hasil di bawah ini (Tabel 2).
Tabel 2 Hasil Rekaman 40 detik dengan Frame 10, 20 dan 30
Percobaan Ukuran data (MB)
Frame 10
Pengujian terhadap Durasi Waktu Rekaman
Tabel 3 di bawah ini merupakan data hasil pengujian durasi waktu rekaman yang diperoleh.
Tabel 3 Data Hasil Durasi Waktu Rekaman dengan Frame 10,20 dan 30
Percobaan Durasi waktu rekaman
Frame 10
Pengujian terhadap Waktu Terkirimnya Pesan Singkat
Pengujian terhadap waktu terkirimnya pesan singkat dilaksanakan menggunakan tiga buah
Tabel 4 Respon Waktu Terkirimnya Pesan Singkat
Sensor pyroelectric yang digunakan pada sistem keamanan ini memiliki waktu respon aktif terhadap pergerakan yang berkisar 25 detik, karena sensor pyroelectric ini perlu menyesuaikan suhu ruangan terlebih dahulu ketika pertama kali diaktifkan sebelum dapat mendeteksi pergerakan tubuh manusia dan hewan berdarah panas.
Berikut adalah respon waktu aktifnya sensor pyroelectric mulai dari pertama kali diaktifkan (Tabel 5).
Tabel 5 Waktu Respon Aktif Sensor Pyroelectric
Percobaan Respon Aktif sensor (detik)
1. 26 detik
perekaman dengan waktu yang sama, makin besar frame yang digunakan makin besar memory
yang digunakan untuk menyimpan data gambar. Sedangkan waktu rekaman relatif sama untuk frame yang berbeda. Waktu pengiriman pesan singkat terjadi perbedaan antara beberapa provider
maupun pada satu provider dengan jam pengiriman yang berbeda yang disebabkan oleh kesibukan pada jaringan masing provider.
SIMPULAN
Dari pengujian dan evaluasi dapat disimpulkan bahwa sistem dapat bekerja dengan baik sesuai dengan tujuan perancangan. Waktu respon aktifnya sensor pyroelectric berkisar 25 detik dari sistem pertama kali diaktifkan. Sensor dapat memberikan respon dengan baik ketika mendeteksi adanya pergerakan tubuh dan pengiriman data dari sensor bekerja dengan baik walaupun jarak sensor ke modul utama cukup jauh yaitu sekitar 10 meter.
Kamera dapat bergerak mengikuti sensor yang aktif dengan baik. Terkirimnya pesan singkat, tergantung dari provider penyedia jaringan yang dalam hal ini adalah pihak provider dari Mentari, IM3 dan Simpati. Berdasarkan hasil percobaan dari ketika provider, ketiganya cukup baik, tetapi yang paling baik adalah IM3. Telepon selular yang dapat digunakan pada sistem keamanan cukup bervariasi dengan merek dan tipe yang berbeda.
DAFTAR PUSTAKA
Aggarwal, A., dan Joshi, R.C. (2012). WSN and GSM-based remote home security system.
International Conference on Recent Advances and Future Trends in Information Technology (iRAFIT) 2012.
Azid, Sheikh I. dan Kumar, Sushil. (2011). Analysis and performance of a low cost sms-based home security system. International Journal of Smart Home, 5(3).
Glolab. (2013). How Infrared Motion Detector Components Work. Diakses dari http://www.glolab.com/pirparts/infrared.html.
