19
BAB III
PERANCANGAN SISTEM
Pada tahap penelitian kali ini akan melakukan pembahasan terkait perancangan prototipe pada perangkat yang digunakan dalam Sistem Monitoring dan Keamanan Rumah Terhadap Proteksi Bahaya Kebocoran Gas LPG dan Kebakaran Berbasis IoT. Dalam proses perancangan prototipe, peneliti menggunakan suatu sistem yang dirancang dengan mengimplementasikan sistem kamera sebagai media monitoring kondisi lokasi atau sistem informasi yang menggunakan IoT. Berikut merupakan blok diagram pada perancangan sistem :
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem
Blok diagram di atas adalah proses pertama yang harus dibuat untuk memudahkan proses perancangan prototipe pada sistem. Hal ini dapat membantu dalam menjelaskan dan menganalisa tiap blok diagram sistem secara umum. Blok diagram merupakan cara yang paling komplek untuk menyederhanakan sebuah sistem. dikarenakan pada diagram blok atau dapat disebut diagram skematik rangkaian memiliki keterkaitan pada rancangan suatu sistem yang akan di buat.
Adapun fungsi dari setiap blok pada diagram adalah sebagai berikut :
1. Sensor gas MQ-6 berfungsi sebagai input, sensor ini berperan untuk mendeteksi dan mengirimkan sebuah data yang di dapat bila mana terjadi kebocoran gas LPG berlangsung.
20
2. Sensor Api KY-026 berfungsi sebagai input, sensor ini berperan dalam mendeteksi dan mengirimkan data yang didapatkan bila mana terdapat api yang terdeteksi.
3. Sensor suhu DS18B20 berfungsi sebagai input, sensor ini berperan untuk mendeteksi suhu ruangan dan mengirimkan data suhu yang di dapatkan.
4. Kamera OV2460 berfungsi sebagai input, dimana kamera ini berperan untuk mengambil gambar dan mengirimkan sebuah informasi berupa data hasil pengambilan gambar tersebut.
5. Arduino Uno atau mikrokontroler yang berfungsi sebagai hal pokok dalam pengendali input dan output dari seluruh sistem yang ada.
6. Buzzer merupakan komponen penghasil suara atau sebagai alarm bila mana terjadi kebocoran gas LPG atau kebakaran.
7. Kipas berfungsi sebagai blower untuk menyedot udara di dalam ruangan yang selanjutnya di keluarkan di ruang bebas.
8. Pompa air berfungsi sebagai penyemprot air bila mana terjadi kebakaran.
9. Relay 2 channel berfungsi sebagai saklar penghubung dan pemutus pada aktuator seperti kipas dan pompa air.
10. ESP32-CAM digunakan sebagai perangkat wifi untuk proses komunikasi data lewat internet atau berbasis IoT.
11. Internet , telengram dan website berfungsi sebagai media dalam sistem informasi dan monitoring berbasis IoT.
Dalam bab perancangan sistem penulis akan menjelaskan pada setiap langkah dari pembuatan perancangan perangkat keras (hardware) maupun perangkat lunak (software) pada prototipe.
3.1 Perancangan Perangkat Keras (Hardware)
Berdasarkan diagram blok sistem seperti gambar 3.1, merupakan perancangan dari perangkat keras (hardware). Dalam penelitian ini akan memanfaatkan 4 sensor yaitu sensor gas MQ-6, sensor api KY-026, sensor suhu DS18B20, dan sensor kamera. Untuk data yang dihasilkan sensor akan di proses oleh mikrokontroller dan dikirimkannya ke media monitoring serta notifikasi pesan melalui modul Wifi.
Selain itu, mikrokontroller juga memproses aktuator supaya dapat bekerja semestinya. Aktuator yang digunakan pompa air dan kipas DC. Dalam perancangan
21
perangkat keras (hardware) ini penulis harus membuat rangkaian dengan menentukan pin setiap sensor dan aktuator dengan mikrokontroller yang di butuhkan agar dapat terkoneksi dan berjalan sesuai kebutuhan.
3.1.1 Perancangan Mikrokontroller Arduino Uno
Sebagai pengontrol atau pengatur jalanya sistem maka dibutuhkan sebuah perangkat hardware yaitu Mikrokontroller. Dalam penelitian ini, mikrokontroller menggunakan ATMega 328P yang terkemas dalam arduino uno. Peranan dari mikrokontroller dalam penelitian ini yaitu untuk mengatur proses pendeteksian kebocoran gas LPG dan kebakaran dengan mengumpulkan data dari sensor lalu dikirimkan ke piranti lainya dan selanjutnya di proses sesuai kebutuhan. Dalam perancangan mikrokontroller arduino uno, berikut merupakan kofigurasi pin yang di gunakan.
Tabel 3.1 Konfigurasi Pin Yang Digunakan Pada Arduino Uno
Pin Pada
Arduino-Uno Kegunaan fungsi pin Keterangan
Pin 5 Volt Out
Vcc sensor gas MQ-6, Vcc sensor suhu D18B20, sensor api KY-026, Vcc relay 2 channel, 5V ESP-32 CAM
Sumber tegangan positif 5 volt
Pin Gnd
Gnd sensor gas MQ-6, Gnd sensor suhu D18B20, Gnd sensor Api KY-026, Gnd relay 2 channel, Gnd ESP-32 CAM, Gnd buzzer.
Sumber tegangan negatif / gnd
A0 AQ sensor gas MQ-6 Input
A1 AO sensor Api KT-016 Input
A2 Data sensor suhu DS18B20 Input
D3 UnR ESP-32 CAM Output
22 Pin Pada
Arduino-Uno Kegunaan fungsi pin Keterangan
D8 In 1 relay Output
D9 In 2 relay Output
D13 Positif buzzer Output
Dalam perancangan mikrokontroller arduino uno , untuk mempermudah proses konfigurasi pin yang di butuhkan maka harus memahami pin apa saja yang terdapat pada arduino uno. Pada arduino uno ini memiliki 6 pin I/O analog yang dapat digunakan untuk menangkap outputan dari sensor yang berupa tegangan analog. Selain itu sisanya adalah pin I/O yang berupa digital. Berikut adalah pin atau port yang dimiliki Arduino.
Gambar 3.2 Pin/Port Arduino Uno
3.1.2 Perancangan Sensor Gas MQ-6
Sensor MQ-6 dalam penelitian ini digunakan untuk mendeteksi kebocoran gas yang khususnya memiliki senyawa butana atau propana (gas LPG). Dalam perancangan, Sensor MQ-6 akan di rangkai dengan arduino uno supaya data yang didapat oleh sensor bias diproses ke piranti berikutnya. Berdasarkan pada gambar 3.3 ditunjukkan bahwa sensor MQ-6 memiliki 4 kaki ( Vcc, Gnd, DO, AO), dimana kaki yang di gunakan adalah kaki Vcc, GND, dan AO. Untuk lebih jelasnya berikut gambar perancangan dari Sensor MQ-6 :
23
Gambar 3.3 Skema Dan Rangkaian Sensor MQ-6 Dengan Arduino Uno Untuk konfigurasi koneksi pin / port pada rangkaian Sensor MQ-6 dan Arduino Uno dapat di lihat di tabel berikut :
Tabel 3.2 Koneksi Pin Sensor MQ-6 Dengan Arduino Uno Pin MQ-6 Koneksi Arduino Uno
Vcc 5 V
Gnd Gnd
DO -
AO A0
3.1.3 Perancangan Sensor Api KY-026
Dengan adanya sensor api KY-026 dalam penelitian ini berguna sebagai pendeteksi kebakaran, sehingga bila terdapat api maka sensor akan mampu mendeteksinya. Dalam perancangan, sensor api KY-026 akan di rangkai dengan arduino uno agar data dari sensor dapat di proses ke piranti berikutnya. Berdasarkan pada gambar 3.4 sepeti dibawah ini menunjukkan bahwa sensor api memiliki 4 kaki ( +, G, DO, AO), dimana kaki yang kita gunakan adalah kaki +, G, dan AO.
Untuk lebih jelasnya berikut gambar perancangan dari Sensor KY-026 :
Gambar 3.4 Skema Dan Rangkaian Sensor Api KY-026 Dengan Arduino Uno
24
Untuk konfigurasi koneksi pin / port pada rangkaian sensor KY-026 dan arduino uno dapat di lihat di tabel berikut :
Tabel 3.3 Koneksi Pin Sensor KY-026 Dengan Arduino Uno Pin KY-026 Koneksi Arduino Uno
+ 5 V
G Gnd
DO -
AO A1
3.1.4 Perancangan Sensor Suhu DS18B20
Dalam pengukuran suhu ruangan pada penelitian ini menggunakan sensor suhu DS18B20 yang sudah di lengkapi warerproof / tahan air. Dalam perancangan, sensor DS18B20 akan dirangkai dengan arduino uno sehingga data dari sensor dapat di proses ke piranti berikutnya. Berdasarkan pada gambar 3.5 seperti di bawah ini dapat dikihat bahwa sensor DS18B20 memiliki 3 pin yaitu Vdd, Gnd, dan DQ.
Dari semua pin tersebut, masing-masing pin akan menempati pin arduino uno yang sesuai. Untuk lebih jelasnya berikut gambar perancangan dari Sensor DS18B20 :
Gambar 3.5 Skema Dan Rangkaian Sensor Suhu DS18B20 Dengan Arduino Uno Untuk konfigurasi koneksi pin / port pada rangkaian sensor DS18B20 dan arduino uno dapat di lihat di tabel berikut :
Tabel 3.4 koneksi pin Sensor DS18B20 Dengan Arduino Uno Pin DS18B20 Koneksi Arduino Uno
Vdd 5 V
25
Pin DS18B20 Koneksi Arduino Uno
G Gnd
DQ A2
3.1.5 Perancangan Kamera
Dalam perancangn kamera pada penelitian kali ini menggunakan kamera bawaan modul ESP32-CAM yaitu dengan tipe OV2640. Supaya data yang dihasilkan dari kamera dapat di proses ke piranti berikutnya maka harus terhubung ke pin / port khusus kamera yang terdapat di ESP32-CAM. Selanjutnya untuk rangkaian ESP32-CAM itu sendiri akan terhubung dengan arduino lewat pin UnR yang terhubung ke pin 3 arduino untuk menerima data dan perintah dari Arduino.
Berdasarkan pada gambar 3.6 seperti di bawah ini dapat menunjukkan bahwa dalam perancangan kamera ini tinggal menghubungkan soket pada kamera OV2640 ke port kamera pada modul ESP32-CAM.
Gambar 3.6 Skema Dan Perancangan Kamera OV 2640 Dengan Modul ESP32- CAM
3.1.6 Perancangan Relay Dengan Arduino Untuk Menyalakan Aktuator Pompa Air Dan Kipas
Untuk proses proteksi di penelitian ini memanfaatkan sebuah aktuator yaitu kipas dan pompa air. Agar aktuator dapat aktif maka dibutuhkan relay 2 channel untuk menyalakan pompa air dan kipas. Dalam perancangan aktuator, relay harus dihubungkan dengan arduino uno supaya dapat menyalakan pompa air dan kipas.
Berdasarkan pada gambar 3.7 seperti di bawah ini dapat menunjukkan bahwa relay 2 channel memiliki 4 pin diantaranya yaitu Vcc, Gnd, IN1, dan IN2. Dari keempat pin tersebut kita gunakan semua dan masing-masing pin tersebut menempati pin
26
arduino uno yang sesuai. Untuk lebih jelasnya berikut gambar perancangan dari relay untuk menyalakan aktuator pompa air dan kipas :
Gambar 3.7 Skema Dan Perancangan Relay Dengan Arduino Untuk Menyalakan Aktuator Pompa Air Aan Kipas
Untuk konfigurasi koneksi pin / port pada rangkaian relay 2 channel dan arduino uno dapat di lihat di tabel berikut :
Tabel 3.5 Koneksi Pin Relay 2 Channel Dengan Arduino Uno Pin relay 2 channel Koneksi Arduino Uno
Vcc 5 V
Gnd Gnd
IN1 Pin 8
IN2 Pin 9
Sedangkan untuk koneksi di bagian output relay 2 channel ini, pada output channel satu relay terhubung ke pompa air sedangkan untuk output channel duanya terhubung dengan kipas. Pada perancangan ini menggunakan adaptor 12 v sebagai power supply untuk aktuator pompa air dan kipas.
Selanjutnya untuk perancangan sistem deteksi kebocoran gas dan kebakaran pada bagian perangkat keras (hardware) secara keseluruhan dapat di lihat pada gambar di bawah ini :
27
Gambar 3.8 Perancangan Keseluruhan Sistem Pada Perangkat Keras (Hardware)
Gambar 3.9 Skema Keseluruhan Sistem Pada Perangkat Keras (Hardware) Pada perancangan sistem ini seluruh output sensor berupa tegangan analog.
Sehingga perancangan sensor terkoneksi pada arduino dengan pin analog yang memiliki fitur ADC. Pada mikrokontroller yang digunakan berupa arduino uno yang memiliki bit sebesar 10 bit. Sehingga dalam konversi teganganinput untuk menentukan konsentrasi sensor menggunakan konversi ke ADC dengan 10 bit.
3.2 Perancangan Perangkat Lunak (Software)
Setelah proses perancangan dan pembuatan perangkat keras (hardware), untuk tahap berikutnya yaitu pembuatan perangkat lunak (software). Tahap ini peneliti harus menentukan perangkat lunak (software) yang digunakan diantaranya yaitu software Arduino IDE sebagai media penulis program kontrol, lalu layanan web server Adafruit IO sebagai platform IoT untuk program monitoring, dan Telegram sebagai media sistem informasi untuk memberi pesan notifikasi.
28
3.2.1 Perancangan Pada Software Arduino IDE
Sebagai prasarana unuk penulisan program pada board arduino uno maka dibutuhkan software berupa Arduino IDE (Integrated Development Environment) yang bisa di unduh gratis pada website resmi dari arduino ataupun halaman website lain. Setelah mengunduh langkah selanjutnya instal terlebih dahulu pada komputer.
Penulisan program pada projek ini menggunakan bahasa pemograman java atau C/C++ dimana telah di sesuaikan dengan perangkat mikrokontroller atau modul yang digunakan. Untuk menghubungkan software pada komputer dengan board mikrokontroller maka dibutuhkan kabel USB standar A-B. Dalam mengoneksikan untuk pertama buka software arduino IDE selanjutnya sambungkan komputer dengan board mikrokontroller menggunakan kabel, sehingga komputer mendeteksi port mikrokontroller. Setelah terkoneksi maka siap untuk melakukan proses pemograman.
Gambar 3.10 Tampilan Software Arduino IDE 3.2.2 Perancangan Pada Server Adafruit IO
Software pada sistem monitoring secara real time atau berbasis IoT sangatlah diperlukan, dalam hal ini peneliti memanfaatkan layanan dari website yaitu server adafruit IO. Dimana Server Adafruit IO ini merupakan layanan platform yang disediakan khusus untuk projek IoT. Peranan pada perancangan ini sebagai tampilan interface untuk media monitoring dan penyimpanan data pada pengguna supaya dapat mengetahui keadaan konsentrasi gas LPG, suhu ruangan, dan mensensing status api pada sistem deteksi kebocoran Gas LPG dan Kebakaran secara realtime. Supaya dapat menggunakan layanan server adafruit IO maka peneliti harus mendaftar akun terlebih dahulu pada halaman http://io.adafruit.com/.Dalam membuat akun peneliti akan dipersilakan untuk mengisi beberapa data sebagai berikut.
29
Gambar 3.11 Tampilan Sign Up Adafruit IO
Setelah akun berhasil terdaftar, maka selanjutnya membuat Feed baru pada Adafruit IO. Dalam penelitian ini untuk Feed yang digunakan sejumlah 3 Feed yaitu Feed untuk sensor gas LPG, sensor suhu, dan sensor api. Pada proses pembuatan Feed diperlukan supaya server dapat terhubung dengan sensor dan dapat menerima data yang di-publish oleh mikrokontroller dengan modul wifi.
Gambar 3.12 Tampilan Pembuatan Feed
Setelah proses membuat akun adafruit IO dan membangun feed yang di perlukan, selanjutnya mendapatkan adafruit IO Key. Key ini digunakan sebagai kode akses komunikasi ke akun Adafruit IO melalui device lain seperti mikrokontroller dengan modul wifi agar dapat mem-publish atau men-subcribe data pada feed yang ada. Kode tersebut dapat di dapatkan pada menu view AIO key.
Gambar 3.13 Key Adafruit IO
30 3.2.3 Perancangan Pada Aplikasi Telegram
Perancangan Aplikasi Telegram yang pertama di lakukan yakni memasang atau meng-install telegram pada smartphone yang berbasis Android. Cara mendapatkan aplikasi telegram dapat di unduh lewat layanan yang ada pada android yaitu Playstore . Aplikasi telegram ini sebagai media untuk penyampaian pesan atau bisa di katakan media notifikasi. Dalam memenuhi kebutuhan penelitian kali ini maka di perlukan pembuatan bot pada telegram. Pembuata bot tersebut melalui BotFather yang dapat ditemukan pada halaman pencarian di telegram. Pada pembuatan bot ini, token yang didapatkan akan digunakan untuk mengakses bot melalui mikrokontroller dengan modul wifi.
Gambar 3.14 Pembuatan Bot Melalui BotFather
Selain itu di perlukan user id telegram untuk menentukan alamat id pengguna bot. Sehingga mikrokontroller dapat mengakses bot lalu mengirimkan data ke user id pengguna yang akan dituju. Dalam mendapatkan user id telegram tersebut melalui IDBot yang dapat ditemukan pada halaman pencarian di telegram.
Gambar 3.15 Poses Mendapatkan ID Telegram
31 3.3 Diagram Alir Rangkaian
Diagram alir berguna untuk mengetahui alur kerja dari alat ini. Dimulai dari proses mengaktifkan sistem, mengkoneksikan sistem, pembacaan data sensor, dan outputan yang berdasarkan logika dari kinerja sensor. Untuk lebih jelasnya dapat di lihat diagram alir seperti di bawah ini :
Gambar 3.16 Diagram Alir Rangkaian
32
Pada diagram alir rangkaian di atas merupakan cara kerja dari keseluruhan sistem. Diawali dengan memulai pada program dan menyambungkan sistem dengan web server dan telegram. Kemudian sensor akan diberikan inputan berupa gas LPG ke sensor MQ-6, Api ke sensor KY-026, dan Suhu ke sensor DS18B20.
Ketika terdeteksi gas LPG lebih dari 350 ppm, maka buzzer dan kipas aktif lalu kamera mengambil gambar serta hasil gambar tersebut akan dikirimkan bersamaan dengan notifikasi ” kebocoran gas terdeteksi” pada Telegram. Selanjutnya ketika api terdeteksi, maka buzzer, pompa air dan kipas aktif lalu kamera mengambil gambar serta hasil gambar tersebut akan dikirimkan bersamaan dengan notifikasi
”Api terdeteksi” pada Telegram. Kemudian ketika suhu lebih dari 40o , maka kipas akan menyala dan akan mengirimkan notifikasi “peringatan suhu lebih dari 40o
”pada telegram.
