Abstract— System Auto Report Event is a part of security system that giving a report to owner house when something happened to the house. Security system that use 3G connection has a lack signal when it reached a country or village or even mountain. To overcome that, using GSM signal is one of the way to keep the signal. When 3G signal in state of no service, GSM signal appear as backup. If there is a thief or fire, then sensors will activated and send the signal through beaglebone black and the beaglebone black forwarded it to modem to send sms and calling the owner house. This system use Beaglebone Black as a controller, PIR sensors and smoke sensor, and using wavecom modem to send the report. This development system is using RAD method. When the sensors sensing a movement or smoke, it will raise Beaglebone Black’s P8 Header that used for output. Detection of high output will excecute program for sending SMS to owner. Understanding Beaglebone Black SRM and datasheet of sensor is important because max voltage of Beaglebone Black pins is 3.3V and it will damage the board if higher. This system relied on hardware qualification, GSM network and delay process to send sms or dialing a phone.
Keywords: Beaglebone Black, PIR Sensors, GSM, SMS, auto report.
I. PENDAHULUAN
erkembangan sains dan teknologi yang lebih lanjut memungkinkan banyak aplikasi yang dikembangkan, termasuk dalam Smart Home[1]. Smart Home merupakan sebuah rumah yang menggunakan teknologi informasi untuk memonitor lingkungan, mengontrol peralatan elektronik dan berkomunikasi dengan dunia luar[2]. Smart Home menghubungkan peralatan dalam rumah agar dapat berkomunikasi antara alat dengan alat atau alat dengan manusia[3]. GSM Networks memiliki kelebihan, di antaranya, area yang luas, jarak yang panjang dan bisa menggunakan komunikasi suara. GSM Networks secara langsung dapat memberi informasi kemungkinan bahaya yang menghampiri rumah[4]. Dengan mengombinasikan sensor, kontroler dan teknologi GSM, dapat didesain sistem keamanan rumah yang dapat melaporkan adanya pencuri, kebocoran gas dan asap dengan mengirim pesan pada handphone pemilik rumah[5]. Salah satu cabang penggunaan teknologi Smart Home ini digunakan untuk System security atau keamanan. Pemasangan sistem keamanan rumah dapat diterapkan dengan membuat metode keamanan yang memanfaatkan jaringan GSM yang ada di semua daerah untuk mengirimkan sms notifikasi jika terjadi sesuatu pada rumah tersebut juga telah dikembangkan[6].
Pemilik rumah akan dikirimkan pemberitahuan berupa sms yang memberitahukan kejadian apa yang terjadi di rumah tersebut. Penggunaan metode ini hanya membutuhkan handphone biasa dan sinyal GSM yang tersebar dimana-mana. Pembuatan auto report event dengan cara menelpon pemilik rumah ini merupakan salah satu alternatif yang bisa digunakan untuk memaksimalkan pengamanan rumah, di mana sebuah sistem itu akan mengirimkan notifikasi sms sebelumnya pada pemilik rumah, jika dalam waktu tiga menit tidak dibalas oleh penerima, maka sistem ini akan menggunakan fasilitas autodial pada modem untuk menelpon pemilik. Pengembangan pelaporan otomatis menggunakan telepon ini bertujuan untuk menindaklanjuti sesegera mungkin setelah sebuah kejadian terjadi pada keamanan rumah, misalnya kebakaran, kebocoran gas atau usaha pencurian dengan jeda waktu seminimal mungkin.
II. METODE PENELITIAN
Metode
Metode pengembangan sistem ini dilakukan dengan metode RAD (Rapid Application Development) yaitu penggabungan beberapa metode atau teknik terstruktur. Proses pengembangan RAD meliputi:
a. Observasi lapangan pada pengembangan sistem security Smart Home.
b. Mendesain dan melakukan pengujian pada tiap subsistem
c. Mempelajari desain lagi jika terjadi kegagalan pengujian
d. Menguji sistem secara keseluruhan
e. Kembali menguji desain jika terjadi kegagalan pengujian.
f. Membuat analisa sistem g. Membuat kesimpulan dan saran
Sistem Pelaporan Keamanan Via GSM Modem
Berbasis Beaglebone Black
Sevia Indah Purnama
MULAI
Sistem ini disusun dengan beberapa peralatan sebagai berikut: 1. Beaglebone Black sebagai sistem operasi
2. Sensor asap 3. PIR sensor 4. Modem GSM
Blok diagramnya dapat dilihat pada gambar di bawah ini:
Blok diagram di atas menunjukkan alat-alat yang dipakai dalam perancangan sistem auto report event untuk pengembangan sistem keamanan smart house sehingga memudahkan kita untuk memutuskan apa saja yang dibutuhkan dalam membuat alat ini agar sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan.
Sensor yang digunakan adalah sensor asap dan PIR sensor sebagai perwakilan dari berbagai sensor keamanan yang ada. Sensor asap digunakan untuk mendeteksi adanya kebakaran dengan output berupa analog, sedangkan PIR sensor digunakan sebagai pendeteksi adanya gerakan manusia yang memberikan output berupa logic 1 atau 0 pada GPIO Beaglebone Black, jika tegangan pada GPIO Beaglebone Black berubah, maka akan terjadi proses pengiriman perintah ke modem GSM untuk mengirim SMS atau panggilan telepon ke handphone pemilik rumah. Jika pesan sudah dikirim, maka modem menunggu balasan dari pemilik rumah. Setelah menerima balasan, modem meneruskan balasan tersebut ke Beaglebone Black untuk ditindaklanjuti.
PIR Sensor
PIR (Passive Infrared Receiver) merupakan sebuah sensor berbasiskan infrared. Akan tetapi, tidak seperti sensor infrared kebanyakan yang terdiri dari IR LED dan fototransistor. PIR tidak memancarkan apapun seperti IR LED. Sesuai dengan namanya ‘Passive’, sensor ini hanya merespon energi dari pancaran sinar inframerah pasif yang dimiliki oleh setiap benda yang terdeteksi olehnya. Benda yang bisa dideteksi oleh sensor ini biasanya adalah tubuh manusia.
Pir Motion Sensor Module GH-718 merupakan modul sensor yang diintegrasikan untuk pendeteksian pada saat masuk, dilengkapi dengan mikrokontroler dan muatan DC.
Spesifikasi sensor ini sebagai berikut: 1. Tegangan input DC 4,5V sampai 20V 2. Arus tetap 50µA
3. Sinyal output LOW sebesar 0,3V dan output HIGH bisa mencapai 5V
4. Derajat penjagaan/ Sentry angle sebesar 110 degree 5. Jarak penjagaan/ Sentry distance maksimal sepanjang 7
meter
6. Shunt untuk Trigger override : H-Yes, L-No 7. Ukuran 38mm*28mm (32mm*24mm)
Snsor Asap
Sensor asap MQ2 merupakan sensor yang digunakan untuk mengetahui kualitas udara atau untuk mengetahui kandungan yang terjadi dalam udara. Sensor MQ2 tersebut terbuat dari bahan peka gas yaitu SnO.
Berikut adalah karakteristik dinamis dari sensor asap
MQ2:
Gambar 2.1 Grafik Sensitifitas MQ2
Gambar grafik diatas menunjukkan karakteristik kepekaan dari MQ2 untuk beberapa gas, sumbu Y merupakan rasio resistance sensor (Rs/Ro), sumbu x merupakan konsentrasi gas. Rs adalah resistansi pada gas yang berbeda, Ro adalah resistansi dari sensor pada 100ppm amoniak.
Beaglebone Black
Beaglebone Black yang dikeluarkan oleh Texas Instrument merupakan tambahan terbaru keluarga Beagleboard.org. Beaglebone Black dirancang untuk memenuhi kebutuhan Komuitas Open Source, adopter pemula, dan siapapun yang tertarik pada ARM Cortex A-8 prosesor dasar dengan harga yang rendah. Embedded system ini dilengkapi dengan satu set fitur minimal yang membuat penggunanya dapat memaksimalkan kekuatan prosesornya. Beaglebone Black ini Sensor PIR
Sensor Asap
Beaglebone
Black Modem Wavecom Telepon
GSM NETWORK GPIO
USB
digunakan sebagai dasar eksperimentasi dan pembelajaran bagaimana memprogram prosesor untuk mengakses peripheral dengan hardware atau sorftware yang kita buat sendiri. Fitur dari Beaglebone Black dapat dilihat pada list di bawah ini:
1.Processor : 1GHz ARM Cortex-A8 yang dilengkapi 512MB RAM DDR3.
2.Power Connector : 5V dan 500mA. Dilengkapi dengan small power chip yang memproteksi Beaglebone Black dan tidak akan membiarkan powernya menyala jika dikoneksikan dengan voltase yang lebih banyak. Meski begitu, hal yang terbaik adalah memasukkan hanya 5V power supply pada Beaglebone Black.
3.Port Ethernet : dengan standart RJ45 yang dapat digunakan dengan mudah untuk proyek yang mengharuskan pengkoneksian dengan internet. Dapat dikoneksikan langsung dengan router atau pada komputer menggunakan ethernet cable.
4.Tombol Reset : tekan tombol ini untuk mereset beaglebone black, fungsi ini seperti fungsi komputer pada umumnya.
5.USB Host Port : port USB yang dapat digunakan untuk menyambung hardware termasuk mouse, keyboard dan wiFi adapter.
6.Onboard LEDs : LED yang akan menyala ketika ada supply yang terletak di dekat power connector dan ada empat buah LED yang bisa diprogram melalui software, letaknya di dekat tombol reset. Sebagai default, LED 0 akan menunjukkan “heartbeat” ketika sistem dijalankan, LED 1 akan menyala ketika mengakses microSD card, LED 2 akan berkedip ketika CPU sedang aktif dan LED 3 akan berkedip ketika on-board flash memory pada Beaglebone Black sedang diakses.
7.Expansion Header: dua expansion header yang bernama P8 dan P9 yang mengijinkan pengintegrasian beaglebone black pada proyek elektronik. Pin pin di dalamnya bisa dikonfigurasi menjadi beberapa bagian dengan fungsi yang berbeda-beda yang akan dijelaskan pada Bab III.
Gambar 2.2 Beaglebone Black dan portnya
8.Mini USB port : USB port ini membuat Beaglebone Black dideteksi sebagai device ketika dikoneksikan pada komputer. Komputer tidak hanya memberi supply pada Beaglebone Black, tapi juga bisa mengaksesnya.
9.MicroSD Card slot: sebagai slot untuk microSD yang berfungsi sebagai pengganti hard drive pada beaglebone black untuk menyimpan sistem operasi, program, dan data. Pada beaglebone black, operating system terletak pada onboard flash memory dan bisa diupdate melalui microSD.
10. Micro HDMI Port : untuk menyambungkan Beaglebone Black dengan monitor atau televisi.
11. Serial header: dapat digunakan untuk mengkoneksikan kabel FTDI TTL-232 atau digunakan sebagai debugging sehingga bisa digunakan pada terminal melalui USB.
12. On Board Flash Memory: support pada beaglebone black yang memungkinkan beaglebone black berjalan tanpa microSD. Memory ini disebut eMMC.
13. Boot Switch: digunakan untuk mengubah boot dari eMMC ke microSD card.
GSM Modem
GPRS modem Wavecom Fastrack M1306B Serial Rs-232 merupakan modul gprs yang bisa mengirim dan menerima pesan suara, data, fax, email, SMS maupun MMS. Modem ini biasanya digunakan sebagai server pulsa dan sistim SMS gateway yang mendukung AT command. AT command digunakan sebagai remote control. Modem ini memiliki kecepatan transfer sebesar 115KB/s.
Gambar 2.3 Modem Wavecom Fastrack M1206B
Modem ini memiliki beberapa interface, yaitu LED yang digunakan sebagai indicator, antenna luar, serial RS232 dan link control, power supply dan Simcard holder.
Max232
MAX232 merupakan salah satu jenis IC rangkaian antar muka dual RS-232 transmitter / receiver. MAX232 hanya membutuhkan power supply 5V ( single power supply ) sebagai catu. IC MAX232 di sini berfungsi untuk merubah level tegangan pada RS232 menjadi level tegangan TTL / CMOS. IC MAX232 terdiri atas tiga bagian yaitu dual charge-pump voltage converter, driver RS232, dan receiver RS232.
1. Dual Charge-Pump Voltage Converter
Charge-pump internal ini berfungsi untuk menkonversi tegangan +5V menjadi ±10V (tanpa beban) untuk operasi driver RS232.
2. Driver RS232
Output ayunan tegangan (voltage swing) driver typical adalah ±8V. Nilai ini terjadi saat driver dibebani dengan beban nominal receiver RS232 sebesar 5kΩ atau Vcc = 5V. Resistor pull-up mengakibatkan output driver yang tidak terpakai menjadi low karena semua output driver diinversikan.
3. Receiver RS232
Gambar 2.4 Rangkaian IC MAX232
Max485
MAX485 adalah IC transmiter/receiver yang digunakan untuk komunikasi RS-485 and RS-422. IC ini memiliki satu driver dan satu receiver. Tranciever ini membutuhkan arus antara 120µA dan 500µA ketika berisi muatan atau dalam muatan kosong. MAX485 didesain untuk aplikasi half-duplex.
Gambar 2.5 Rangkaian IC MAX485
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
1. PIR sensor
PIR sensor bekerja dengan cara mendeteksi inframerah dan panas tubuh manusia. PIR sensor itu sendiri memiliki dua slot dan tiap slot dibuat dari materi yang sensitif oleh infrared (IR). Ketika sensor dalam keadaan diam, kedua slot mendeteksi jumlah IR yang sama yang dipancarkan oleh ruangan atau dinding atau outdoor. Ketika ada manusia yang memasuki area sensing slot, slot satu mendeteksi yang menyebabkan perubahan IR yang menyebabkan perbedaan diferensial positif dan ketika manusia meninggalkan sensing area, terjadilah diferensial negatif. Hal inilah yang menyebabkan aktifnya output PIR sensor.
Tabel 3.1. Hasil uji PIR sensor
Jarak (m)
Sudut ( ° )
50 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0
3 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0
4 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0
5 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0
6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Pengujian dilakukan berdasarkan jarak dan sudut, tiap 1m jarak pergerakan diuji sebanyak 11x dengan sudut yang berbeda-beda. Jarak maksimal PIR dapat dilihat pada Tabel 3.2 di bawah ini.
Tabel 3.2. Jarak maksimal PIR Sensor
Sudut (°) jarak maksimal (m)
50 1
40 2
30 4
20 4
10 5
0 5
-10 5
-20 4
-30 4
-40 2
-50 1
Berdasarkan tabel di atas, jarak maksimal yang dapat dideteksi oleh PIR sensor pada sudut ±50° sebesar 1 meter, pada sudut ±40° sebesar 2 meter, pada sudut ±30° dan ±20° sebesar 4 meter dan pada sudut ±10° dan 0° sebesar 5 meter. Pada jarak pada jarak 6m, sensor sudah tidak dapat mendeteksi
pergerakan. Berdasarkan datasheet, jarak maksimum sensor untuk bisa mendeteksi adalah 7m dan sudutnya sebesar 110°. Pembagian kanan dan kiri dilakukan dengan membagi sudut tersebut menjadi 2, yaitu kanan 55° dan kiri 55°. Untuk sudut di sebelah kiri sensor, diberikan tanda (-) agar dapat dibedakan kanan kirinya.
Nilai error sensor dihitung dengan rumus:
𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟 = 𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑠𝑒𝑙𝑢𝑟𝑢ℎ 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑢𝑗𝑖𝑎𝑛 𝑥 100%𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑢𝑗𝑖𝑎𝑛 𝑔𝑎𝑔𝑎𝑙
Dari 77 kali percobaan didapatkan hasil 37 kali PIR sensor dapat mendeteksi pergerakan manusia dan 40 kali gagal. Perhitungannya sebagai berikut :
40
77 𝑥100% = 52%
Persentase pendeteksian jika dibandingkan dengan datasheet adalah 52%.
2. Sensor Asap
Sensor asap MQ-2 bekerja dengan mendeteksi kandungan gas yang berada di udara, termasuk asap. Jika asap dideteksi, maka resistansi elektrik sensor akan turun karena Pin H yang panas membakar gas-gas di sekitarnya. Dengan turunnya resistansi elektrik sensor, VRL (bisa disebut Vo karena merupakan tegangan keluaran) akan semakin naik. Naiknya VRL dibaca oleh Header P8 pin 18 yang dihubungkan dengan LED. Di bawah ini hasil pengujian sensor asap :
Rangkaian pengujian sensor asap dapat dilihat pada gambar Tabel 3.3 Hasil uji sensor asap
No. Kondisi Vo (mV) runscript LED 1. Tidak ada asap 142.0 Aman Mati 2. Tidak ada asap 140.0 Aman Mati 3. Tidak ada asap 138.0 Aman Mati 4. Tidak ada asap 197.0 Aman Mati 5. Tidak ada asap 217.0 Aman Mati
6. Ada asap 497.0 Bahaya Nyala
7. Ada asap 428.0 Bahaya Nyala
8. Ada asap 388.0 Bahaya Nyala
9. Ada asap 510.0 Bahaya Nyala
10. Ada asap 491.0 Bahaya Nyala
Gambar 3.2 Hasil uji sensor asap
Dari 10x percobaan dapat dilihat jika ada asap, maka hasil eksekusi program akan menampilkan “Bahaya!!!” di terminal. Rangkaian sensor asap dapat dilihat pada gambar di bawah ini:
Gambar 3.3 Rangkaian sensor asap
Sensor MQ-2 ini memiliki 6 buah masukan yang terdiri dari tiga buah supply power (VCC) sebasar +5 volt untuk mengaktifkan heater dan sensor, VSS (Ground), dan pin keluaran dari sensor tersebut. Pin keluaran dari sensor dihubungkan dengan Header P9 pin nomor 40 pada beaglebone black sebagai masukan. Karena pin analog Beaglebone Black tidak boleh melebihi 1.8V, maka diperlukan RL yang dapat membuat output sensor asap tidak melebihi 1.8V. untuk itu diperlukan perhitungan pembagi tegangan untuk menentukan RLnya.
Gambar 3.4 Rangkaian pembagi tegangan
Jika tegangan yang diperlukan berada di bawah 1.8V, berdasarkan rumus pembagi tegangan di atas, maka cara yang diambil sebaiknya memperkecil nilai RL. Berapapun nilai RS, jika nilai RL kecil, nilai Vo juga akan ikut kecil.
Vo akan bertambah nilainya ketika nilai RS menurun, nilai yang bertambah ini dibaca di Port ADC Beaglebone Black dan ditentukan berapa nilai tegangan jika asap dideteksi, kemudian dibandingkan secara software.
3. Konverter RS485 to RS232
Rangkaian pengujian konverter dapat dilihat pada Gambar 3.5 di bawah ini:
Gambar 3.5 Rangkaian pengujian konverter RS485 ke RS232 Pengujian converter rs232 ke rs485 dengan rangkaian pada Gambar 3.5 dengan outputnya diumpanbalikkan ke UART4 dan UART2 pada Beaglebone Black dapat dilihat pada Tabel 3.4 di bawah ini. Pnegujian ini dilakukan dengan menjalankan program usart.py
Tabel 3.4. Pengujian converter rs232 ke rs485
No Uart4
RE/DE Uart2
RE/DE Hasil
1 1 1
2 1 0
0% 20% 40% 60% 80% 100%
0 100 200 300 400 500 600
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Pengujian Sensor Asap dengan Beaglebone Black
3 0 1
4 0 0
4. Modem GSM
Pengujian modem dilakukan dengan menambahkan ATcommand pada script program.
Perintah AT+CMGS=”nomor”<cr><Ctrl+z> digunakan untuk mengiri pesan pada pemilik rumah.
Perintah ATD+nomor; digunakan untuk menelepon pemilik rumah.
Hasil pengujian Modem
Pengujian ke- Pengujian SMS Delay (s)
Telepon Delay (s)
1. Berhasil 5.92 Berhasil 16.85
2. Berhasil 4.85 Berhasil 14.25
3. Berhasil 6.25 Berhasil 10.56
4. Berhasil 5.36 Berhasil 12.05
5 Berhasil 6.29 Berhasil 15.74
Pengujian modem ini menunjukkan delay waktu yang dibutuhkan modem untuk berhubungan dengan telepon melalui penggiriman pesan maupun panggilan langsung.
Implikasi (opsional)
Kelemahan dari implementasi aplikasi ini memiliki banyak faktor, di antaranya PIR sensor yang bersifat pasif yang hanya menerima inputan. Cakupan wilayah sensor ini bergantung pada lensa yang digunakan. Misalnya penempatan sensor outdoor dan indoor serta ketinggian penempatan sensor juga akan berpengaruh. Selain itu, orang yang berjalan di balik kaca jendela tidak dapat dideteksi oleh PIR sensor. Area
deteksi PIR sensor terbatas, sehingga membutuhkan lebih dari satu sensor untuk area yang cukup luas.
Simpulan
Kesimpulan yang diambil dari pengujian sistem ini adalah:
1.Sebelum menghubungkan output sensor ke pin header Beaglebone Black, sebaiknya dipelajari lebih dahulu spesifikasi sensor dan manual Beaglebone Black.
2.Komunikasi Beaglebone Black dengan modem bergantung pada setting koneksi berdasarkan spesifikasi modem. 3.Kehandalan sistem ini bergantung pada tingkat kegagalan
pengujian (semakin tinggi tingkat kegagalan, maka kehandalan sistem semakin buruk), kualitas hardware dan faktor lain seperti delay (karena bergantung pada kestabilan jaringan GSM).
Daftar Rujukan
[1] Mohd Abdul Samad and M.Veda Chary, “Design of Remote Intelligent Smart Home System Based on Zigbee and GSM Technology”, IJETT, 2013, h.3926-3930
[2] Akshatha N Gowda, Girijamba D L, Rishika G N, Shruthi S D, Niveditha S, “Control 4 Smart Home System using Lab
View”, IJESIT 2013, Volume 2, Issue 3, h.200-205.
[3] Rosslin John and Tai-hoon Kim, “A Review in Smart Home
Development”, IJAST, 2010, h.13-22
[4] Huiping Huang, Shide Xiao, “A remote home security
system based on wire sensor network and GSM Technology”,
Second international conference on networks security, 2010, h.535-538
[5]Nelofar Tyagi, Ashish Joshi, and Sangya Sigh, “A comparative approach to remote home security system based
on wireless system network and GSM”,IJSER, 2013
h.2437-2466
[6] Jayashri Bangali and Arvind Shaligram, “Design and Implementation of Security Systems for Smart Home based on
GSM technology”, International Journal of Smart Home Vol.7,
