Perancangan Prototipe IoT Pendeteksi Kebakaran Rumah Dilengkapi Data Logger

(1)

Perancangan Prototipe IoT Pendeteksi Kebakaran

Rumah Dilengkapi Data Logger

Sugeng Prayitno Fakultas Teknik Program Studi Teknik Mesin

Universitas Pembangunan Nasional Veteran Jakarta [email protected]

Sri Sulasminingsih Fakultas Teknik Program Studi Teknik Industri

Tatik Juwariyah Fakultas Teknik

Program Studi Teknik Perkapalan

Abstrak - Di Era Industri 4.0, salah satu bentuk solusi mengamankan sebuah rumah dari potensi kebakaran adalah dengan merancang rumah pintar (smart home). Desain smart home yang diuraikan pada paper ini adalah desain sistem monitoring rumah dari potensi kebakaran. Sistem monitoring pendeteksi dini kebakaran rumah dirancang berdasarkan konsep IoT dan dilengkapi dengan data logger. Data logger difungsikan sebagai pencatat dan perekam data dari waktu ke waktu. Rancangan sistem perangkat keras terdiri dari Arduino Mega2560, ESP8266, sensor api, sensor gas dan modul datalogger sebagai penyimpan data. Rancangan perangkat lunak yang sekaligus berfungsi sebagai display monitoring sistem adalah aplikasi Blynk di smartphone Android. Aktivitas sensor api dan sensor gas direkam pada modul data logger untuk kebutuhan rekam data. Uji coba sistem dilakukan di sekitar kompor gas di ruang dapur. Hasil rancangan sistem ditampilkan melalui aplikasi Blynk di smartphone. Tampilan monitoring sistem deteksi api berupa berubahnya Button Virtual dari warna awal menjadi warna merah. Sementara tampilan monitoring sistem deteksi gas berupa Level Virtual bergerak ketika terdeteksi kebocoran gas. Data rekaman aktifitas sensor api dari datalogger ditampilkan dalam bentuk grafik hubungan tegangan kerja sensor api versus waktu. Sementara data rekaman aktifitas sensor gas dari datalogger ditampilkan dalam bentuk grafik hubungan konsentrasi gas versus waktu. Seluruh hasil respon sistem serta data grafik ditampilkan secara secara

realtime melalui aplikasi Blynk di smartphone. Selain itu

rekam data kinerja sistem tersimpan juga di kartu micro SD untuk keperluan analisis lanjutan. Dari hasil perancangan sistem ini diharapkan dapat dijadikan pustaka teknologi monitoring rumah dari potensi kebakaran dilengkapi sistem penyimpan data.

Kata kunci - data logger; IoT; real time; smart home

1. PENDAHULUAN

Hadirnya produk rancangan sendiri khususnya alat pendeteksi kebakaran skala rumahan berbasis konsep

Internet of Things (IoT) merupakan suatu kebutuhan yang

sangat diharapkan di era Revolusi Industri 4.0 seperti sekarang ini. Rancangan smart home sistem pendeteksi kebakaran rumah berdasarkan konsep IoT telah berhasil mendeteksi adanya potensi kebakaran melalui smartphone [1]. Pada rancangan smart home tersebut sistem terhubung online dengan rangkaian pendeteksi kebakaran. Sistem mampu mendeteksi potensi munculnya kebakaran dan memonitor secara real time ruangan dapur. Prototipe alat pendeteksi dirakit dalam satu papan yang terdiri dari sensor api, sensor gas, ESP8266 sebagai modul berkonektifitas Wifi dan sebuah modem/router internet. Kekurangan sistem pendeteksi tersebut adalah sistem belum dilengkapi dengan data logger yang merupakan suatu sistem pencatat data atau merekam data dari waktu ke waktu. Adanya data logger akan memudahkan proses pencarian histori data yang direkam oleh sensor-sensor. Keberadaan penambahan data logger pada rancangan sistem deteksi maka analisis lebih lanjut kinerja sistem dapat dilakukan.

Beberapa kajian terkait sistem smart home diantaranya dilakukan oleh M. Aluh Ashari[2], yang melakukan kajian “IoT Berbasis Sistem Smart Home Menggunakan NodeMCU”. Pada penelitian tersebut beberapa perangkat elektonik rumah seperti steker listrik rumah dikendalikan melalui smartphone. Kajian smart home lainnya dilakukan oleh Rajes Khana terkait Rancang Bangun Sistem Keamanan Rumah Berbasis Internet of Things Dengan Platform Android [3]. Pada penelitian tersebut dibangun sebuah miniatur rumah dilengkapi sistem monitoring keamanan rumah dengan sensor PIR untuk mendeteksi keberadaan objek bergerak, sensor MQ-2 untuk mendeteksi adanya kebocoran gas serta melakukan kontrol terhadap beberapa device yang berhubungan dengan sistem keamanan rumah seperti lampu dan solenoid door lock untuk mengunci

(2)

pintu. Monitoring dan kontrol dilakukan melalui sebuah aplikasi pada perangkat android yang terhubung dengan server dan mikrokontroler arduino UNO.

Firdaus, dkk melakukan penelitian tentang “Monitoring CO dan deteksi dini kebocoran gas LPG pada perumahan menggunakan WSN (wireless sensor

network)”[4]. Pada penelitian tersebut dilakukan

monitoring sensor gas CO dan sensor gas LPG dibeberapa titik(node). Artinya sensor-sensor dimonitoring secara simultan. WSN mampu bekerja dengan baik selama node menerima gelombang radio yang dipancarkan, data yang diterima oleh receiver sesuai dengan data yang dikirim oleh transmiter. Tampilan GUI sistem monitoring didesain dengan menggunakan software Visual Basic pada PC.

2. METODE

2.1. Metode Rancangan Sistem

Dalam menyelesaikan masalah perancangan sistem monitoring pendeteksi kebakaran rumah dilakukan beberapa tahapan berikut :

a) Identifikasi masalah; melakukan identifikasi dan perumusan masalah.

b) Studi literatur; mengumpulkan data-data dari buku rujukan baik buku hardcopy ataupun e-book. Selain buku, rujukan juga dikumpulkan dari jurnal-jurnal sesuai dengan topik masalah yaitu tentang perancangan IoT sistem pendeteksi kebakaran.

c) Perancangan sistem; merancang diagram blok yang berisi komponen-komponen yang dibutuhkan, baik komponen perangkat keras maupun perangkat lunak.

d) Perakitan; merakit komponen-komponen baik komponen perangkat keras maupun perangkat lunak.

e) Uji coba prototipe hasil proses perakitan; melakukan uji awal apakah sistem bekerja pada kondisi-kondisi khusus seperti yang telah diskenariokan

.

f) Pengambilan data; mengambil data-data kinerja sistem berdasarkan respon sensor api dan sensor gas.

g) Analisa dan pembahasan data;

menginterpretasikan hasil pengambilan data. h) Kesimpulan.

api, modul datalogger, microSD, kabel data USB, breadboard, kabel jumper male to male dan male to

female, modem/router, smartphone serta laptop/PC.

Perangkat lunak yang dibutuhkan adalah Arduino IDE dan aplikasi Blynk.

2.3.Diagram Blok Rancangan Sistem

Diagram blok rancangan sistem monitoring pendeteksi kebakaran rumah berbasis teknologi IoT dilengkapi dengan data logger dilukiskan sebagaimana Gambar 1.

S u p p l y D a y a P L N m i k r o k o n t r o l e r S e n s o r g a s A d a p t o r d a t a l o g g e r S e n s o r a p i E S P 8 2 6 6 B l y n k M o d e m / r o u t e r

Gambar 1. Diagram blok rancangan sistem IoT pendeteksi kebakaran rumah 3. HASIL DAN DISKUSI

3.1. Hasil Rancangan Hardware

Gambar 2 menyajikan hasil rakitan perangkat keras prototipe IoT sistem monitoring pendeteksi kebakaran rumah.

Gambar 2. Prototipe IoT Pendeteksi Kebakaran

Sebagaimana tampak di Gambar 2 kendali utama ada pada board Arduino Mega 2560. Sementara itu board ESP 8266 difungsikan sebagai client dari adanya Router WiFi yang oleh Arduino Mega2560 dimanfaatkan untuk

Arduino Mega2560 Sensor Gas ESP 8266 Sensor Api Modem/Router Data Logger

(3)

sistem seperti tersedianya tambahan tiga pasang port untuk komukasi serial (Tx/Rx)[7].

Pada prototipe IoT seperti tampak pada Gambar 2 sensor api dihubungkan dengan pin digital nomor 22 dan sensor gas dihubungkan dengan pin analog nomor 15 papan Arduino Mega 2560. Penentuan nomor pin-pin tersebut ditetapkan sesuai kondisi konfigurasi penempatan perangkat keras, selain itu juga agar pengkabelan terlihat lebih rapi. Pada kondisi konfigurasi hardware-hardware yang berbeda kemungkinan hubungan pin-pin Arduino Mega 2560 juga dapat berubah. Hal yang perlu diperhatikan adalah sensor api dihubungkan dengan PIN DIGITAL dan sensor gas MQ6 dihubungkan dengan PIN ANALOG.

3.2. Hasil Rancangan Software

Proses perancangan GUI Aplikasi Blynk dilakukan dengan drag dan drop seperti pembuatan GUI pada umumnya [8]. Hasil rancangan software berupa tampilan GUI aplikasi Blynk di smartphone dan cuplikan sketch ArduioIDE disajikan berturut-turut di Gambar 3 dan Gambar 4.

Gambar 3. Hasil rancangan antarmuka sistem dalam bentuk GUI Blynk di smartphone #include <ESP8266_Lib.h> #include <BlynkSimpleShieldEsp8266.h> char auth[] = "xxxxxxxxxxxxxx"; char ssid[] = "xxxxxxxxxxxxxx"; char pass[] = "xxxxxxxxxxxxxx"; // Hardware Serial on Mega, Leonardo, Micro...

#define EspSerial Serial1 // Your ESP8266 baud rate: #define ESP8266_BAUD 115200 ESP8266 wifi(&EspSerial);

// Select your pin with physical button const int flamePin = 22;

const int gasLevelPin = A15; WidgetLED led1(V1); WidgetTerminal terminal(V0); BlynkTimer timer; void setup() { // Debug console Serial.begin(9600); // Set ESP8266 baud rate EspSerial.begin(ESP8266_BAUD); delay(10);

// Blynk.begin(auth, wifi, ssid, pass); //Blynk.begin(auth, wifi, ssid, pass, "xxxxxxxx", 80);

Blynk.begin(auth, wifi, ssid, pass,

"xxxxxxxx", 8080); . . . void loop() { Blynk.run(); timer.run();

} _{Gambar 4. Cuplikan sketch Arduino IDE}

3.3. Algoritma Sistem

Algoritma yang menjelaskan cara kerja sistem disajikan pada Gambar 5. Berdasarkan algoritma tersebut tampak bahwa kondisi awal sensor bernilai HIGH artinya ketika tidak ada rangsangan api ataupun gas tegangan sensor bernilai paling tinggi. Ketika terdapat rangsangan api ataupun gas tegangan listrik sensor nilainya turun. Hal ini sesuai dengan konsep fisika terkait hukum kekekalan energi yang berarti ketika sensor melakukan kerja dalam arti merespon terhadap adanya rangsangan maka beda potensial ujung-ujung penghantar pada sensor nilainya berkurang. Dengan kata lain ketika sensor bekerja (positif) maka energi potensial listrik yang diwakili oleh beda tegangan berkurang (negatif).

(4)

Start

Jalankan method-method (berdasarkan interval yang telah ditetukan)

Inisialisasi :

cek keberadaan router melalui penentuan IP address

cek kondisi ada/ tidak adanya SD card

Kondisi DEFAULT : (voltase sensor=HIGH) berarti NO Gas Bocor OR NO Nyala Api

Finish

Simpan data pembacaan sensor gas & sensor api di kartu mikro SD

Konsentrasi gas (> ambang) ? atau api

menyala?

Notifikasi tampilan aplikasi Blynk di smartphone : Awas ada Api maka virtual LED Merah; ada gas bocor maka virtual LEVEL Naik

Tidak ada notifikasi di smartphone Y

N

Gambar 5. Algoritma cara kerja sistem

3.4. Hasil Pengambilan Data Kinerja Sistem

Kasus kebakaran rumah sering terjadi berawal dari ruang dapur. Kebakaran terjadi disebabkan adanya gas LPG yang tidak terdeteksi dan dipicu oleh percikan api dari kompor gas. Kronologis kasus kebakaran tersebut disimulasikan dengan pendekatan terbalik, dalam arti proses pengambilan data api didahulukan dengan alasan keselamatan kerja. Pengambilan data kinerja sistem dilakukan secara terpisah. Pertama dilakukan pengambilan data kinerja sensor api seperti disajikan Gambar 6. Sementar itu, Gambar 7 menyajikan tampilan GUI sistem pendeteksi melalui aplikasi Blynk di smartphone. Pada aplikasi Button Virtual menyala merah, menunjukkan kinerja sensor api ketika api lilin (sebagai sampel api kebakaran) menyala. Hasil uji coba variasi jarak api dari sensor api terhadap respon waktu sistem disajikan pada Tabel 1. Nilai intensitas api lilin diukur menggunakan Luxmeter. Pada saat pengambilan data ruangan dapur dikondisikan cukup gelap agar cahaya yang diukur oleh Luxmeter adalah cahaya api lilin saja. Dari Tabel 1 dapat disimpulkan bahwa waktu tanggap rerata sistem dalam mendeteksi keberadaan api sebesar (3,3±1,0) sekon.

TABEL 1. Hasil Uji Coba Deteksi Api

Gambar 6. Pengambilan data kinerja sensor api

Gambar 7. Tampilan aplikasi Blynk saat mendeteksi api

Berdasarkan Gambar 7 tampak bahwa Button Virtual berwarna merah yang menunjukkan sistem mendeteksi api. Di sebelah kanan Button Virtual tampak Level Virtual bergerak ke kiri yang berarti tegangan sensor api turun. Tegangan sensor api saat bekerja mendeteksi api

(5)

api, grafik tersebut sepanjang pengambilan data selalu bernilai konstan, yaitu berada pada kondisi HIGH.

Gambar 8 menunjukkan proses pengambilan data kinerja sensor gas. Pengambilan data deteksi gas dilakukan dengan meletakkan sebuah botol plastik terbuka kedua ujungnya. Salah satu ujung botol diletakkan di sekitar burner kompor gas. Botol plastik tersebut berfungsi sebagai tabung atau pipa yang dapat menampung dan mengurung gas, sementara ujung mulut botol lainnya ditempelkan ke sensor gas MQ6. Dengan cara tersebut diharapkan gas dapat terkurung dan ketika konsentrasi gas dalam pipa telah melewati ambang batas toleransi yang ditetapkan oleh algoritma sistem, maka sistem akan merespon kehadiran gas tersebut. Hasil respon sistem muncul dalam bentuk tampilan aplikasi Blynk khususnya tampilan Button Virtual berubah warna dan level virtual mengalami kenaikan konsentrasi gas sebagaimana disajikan pada Gambar 9. Grafik nilai-nilai konsentrasi gas terhadap waktu yang terekam oleh data logger selama pengambilan data tampak mengalami kenaikan secara linier.

Gambar 8. Proses pengambilan data kinerja sensor gas

Gambar 9. Tampilan aplikasi Blynk saat mendeteksi gas 4. KESIMPULAN

Smart home berupa sistem monitoring pendeteksi dini

potensi kebakaran rumah dapat dirancang dan dibangun berbasis konsep IoT. Rancang bangun sistem berupa integrasi rakitan perangkat keras dan perangkat lunak yang terdiri dari Arduino Mega 2560, ESP8266, datalogger, sensor api, sensor gas, Arduino IDE dan aplikasi Blynk di smartphone android. Hasil rancang bangun sistem mampu berkerja dan menunjukkan respon sistem terhadap keberadaan api dan keberadaan kebocoran gas di ruang dapur. Hasil rancangan sistem ditampilkan melalui aplikasi Blynk di smartphone. Kinerja sistem terhadap keberadaan api ditunjukkan dengan berubahm deteksi api berupa berubahnya Button Virtual dari warna awal menjadi warna merah. Sementara tampilan monitoring sistem deteksi gas berupa Level Virtual bergerak ketika terdeteksi kebocoran gas. Data rekaman aktifitas sensor api dari datalogger ditampilkan dalam bentuk grafik hubungan tegangan kerja sensor api versus waktu. Sementara data rekaman aktifitas sensor gas dari datalogger ditampilkan dalam bentuk grafik hubungan konsentrasi gas versus waktu. Seluruh hasil respon sistem serta data grafik ditampilkan secara secara

realtime melalui aplikasi Blynk di smartphone. Selain itu

rekam data kinerja sistem tersimpan juga di kartu micro SD untuk analisis lanjutan. Dari hasil perancangan sistem ini diharapkan dapat dijadikan rujukan teknologi monitoring rumah dari potensi kebakaran dilengkapi sistem penyimpan data.

(6)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Juwariyah,T., S. Prayitno, “Perancangan Sistem

Deteksi Dini Pencegah Kebakaran Rumah Menggunakan ESP8266 dan Blynk”, Jurnal Transistor EI, vol.3, no. 3, 2018, pp.120-126

[2] M. Aluh Ashari, Lita Widyawati, “IoT Berbasis

Sistem Smart Home Menggunakan NodeMCU”, Jurnal Kajian Teknik Elektro,Vol.3,No.2, 2019, pp.138-149.

http://journal.uta45jakarta.ac.id/index.php/JKTE/arti cle/view/1225/876(diakses pada tanggal 12 Desember 2019)

[3] Rajes Khana, Uus Khusnul, "Rancang Bangun

Sistem Keamanan Rumah Berbasis Internet of Things Dengan Platform Android", Jurnal Kajian Teknik Elektro, Vol.3,No.1, 2019, pp.18-31. http://journal.uta45jakarta.ac.id/index.php/JKTE/arti cle/view/1057(diakses pada tanggal 12 Desember 2019)

[4] Firdaus, N Ahrifman, S. Kurniawan, M. Kusriyanto,

"Monitoring CO dan deteksi Dini Kebocoran Gas LPG Pada Perumahan Menggunakan WSN (Wireless Sensor Network)", Jurnal Elektro Telekomunikasi Terapan, 2015,Vol. 2, No.2

[5] Sadewo, Angger Dimas Bayu., Widasari, Edita

Rosana ., & Muttaqin, Adharul, " Perancangan Pengendalian Rumah Menggunakan smartphone Android Dengan Konektivitas Bluetooth", Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer, Vol. 1, No. 5, 2017,pp. 415-425.

http://j-ptiik.ub.ac.id/index.php/j-ptiik/article/view/127 (diakses pada tanggal 12Juli 2019)

[6] Yendri,D., Wildian, Tiffany, A., “Perancangan

Sistem Pendeteksi Kebakaran Rumah Penduduk Pada Daerah Perkotaan Berbasis Mikrokontroler”, Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi, UMJ, 2017

[7] Farooq, M. U., Waseem, M., and Mazhar, S, “A

Review on Internet of Things (IoT)”, International Journal of Computer Applications, 2015, 113(1): 1-7.

[8] http://www. blynk document (diakses tanggal 27

Januari 2019)

[9] Masykur, Fauzan., Prasetiyowati, Fiqiana, “Aplikasi

Rumah Pintar (Smart Home) Pengendali Peralatan Elektronik Rumah Tangga Berbasis Web”, Jurnal Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer, Vol. 3, No.

[11]Marco Schwartz, “Internet of Things With Arduino

Cook Book”, Packt Pubs Ltd, Birmingham UK, 2016.

[12]Pratama, R.P., “Aplikasi Wireless Sensor ESP8266

Untuk Smart Home Automation”, Seminar Nasional Teknologi dan Rekayasa(SENTRA), 2017, hal:IV.1 – IV.10, eISSN: 2527-6050

[13]Wicaksono, Mochamad Fajar, “ Implementasi modul

Wifi NodeMCU ESP8266 Untuk Smart Home”, Jurnal Teknik Komputer Unikom, Vol. 6, No. 1, 2017,pp. 1-6.

https://search.unikom.ac.id/index.php/komputika/arti cle/view/339 (diakses pada tanggal 12 Juli 2019)

[14]https://www.theengineeringprojects.com/product/ard

uino-mega (diakses pada tanggal 10 Desember 2018)

[15]

(7)