SMART MODULAR TRAFFIC LIGHT BERBASIS ESP8266

(1)

i TUGAS AKHIR TUGAS AKHIR

SMART MODULAR TRAFFIC LIGHT BERBASIS

ESP8266

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma

ANTHONY HEATUBUN

NIM: 165114045

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

(2)

ii

FINAL PROJECT FINAL PROJECT

SMART MODULAR TRAFFIC LIGHT BASED ON

ESP8266

In a partial fulfillment of the requirement For the degree of Sarjana Teknik Department of Electrical Engineering

Faculty of Science and Technology Sanata Dharma University

ANTHONY HEATUBUN

NIM: 165114045

DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

2020

(3)

vi

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP

MOTTO:

“

Dan bahwasannya manusia tiada

memperoleh selain apa yang telah

diusahakannya”

-

An Najm: 39

-Skripsi ini kupersembahkan kepada

Tuhan yang Maha Esa,

Orang Tua dan Kakak,

Teman-teman seperjuangan,

Semua orang yang peduli

(4)

viii

INTISARI

Dewasa ini masih banyak terdapat lampu lalu lintas menggunakan kabel untuk menghubungkan setiap lampu dari semua sisi jalan ke kontroler utamanya sehingga membutuhkan kabel yang panjang. Pengaturan lampu lalu lintas yang dibuat memiliki kontrol terpusat pada satu kontroler yang tetap sehingga bila terjadi kerusakan pada kontroler utama, keseluruhan sistem akan tergganggu.

Untuk menanggulangi hal tersebut dibuat sistem lampu lalu lintas berbentuk modul dan menggunakan komunikasi antar modul secara wireless sehingga tidak membutuhkan kabel yang panjang. Pada penelitian ini dibuat 4 modul lampu lalu lintas yang digunakan pada perempatan jalan. Modul yang dibuat memiliki karakteristik yang sama dan dapat difungsikan sebagai server maupun client dan jika terjadi kerusakan pada server, modul

client dapat menggantikan server yang rusak sehingga keseluruhan sistem tidak terganggu. Setiap modul lampu lalu lintas terdiri dari Esp8266, RTC, puss button dan switch SPDT. Pengaturan durasi lampu dilakukan melalui web. Data yang diatur pada web dikirim ke

server. Server bertugas untuk menyediakan data pewaktuan, melakukan counting durasi lampu dan memberikan data ketika terdapat request dari client. Client menyalakan lampu sesuai dengan data yang diterima dari server.

Hasil penelitian ini menunjukan bahwa sistem lampu lalu lintas yang dibuat dalam bentuk modul dapat berfungsi sebagai server maupun client. Jika terjadi kerusakan pada

server, modul client dapat menggantikan server yang rusak. Keempat modul lampu lalu lintas dapat tersinkronisasi dengan baik. Jarak maksimum komunikasi ideal yang dapat dijangkau pada penelitian yang dibuat adalah 41,8 meter.

(5)

ix

ABSTRACT

Today there are still many traffic lights using cables to connect each lamp from all sides of the road to the main controller so it requires a long cable. The traffic light settings made have centralized control on one fixed controller so that if there is damage to the main controller, the whole system will be disrupted.

To overcome this a traffic light system is made in the form of modules and uses communication between modules wirelessly so that no long cables are needed. In this study, 4 traffic light modules were used at the crossroad. Modules made have the same characteristics and can function as a server or client and if there is damage to the server, the

client module can replace the damaged server so that the entire system is not interrupted. Each traffic light module consists of Esp8266, RTC, puss button and SPDT switch. Lamp duration settings are done via the web. Data arranged on the web is sent to the server. The

server has the duty to provide timing data, calculate the duration of the lights and provide data when there is a request from the client. The client turns on the lights according to the data received from the server.

The results of this study indicate that the traffic light system created in the form of modules can communicate wirelessly. If there is damage to the server, the client module can replace the damaged server. The four traffic light modules can be synchronized properly. The maximum ideal communication distance that can be reached in the research made is 41.8 meters.

(6)

xi

DAFTAR ISI

TUGAS AKHIR ... i

FINAL PROJECT ... ii

LEMBAR PERSETUJUAN ... iii

LEMBAR PENGESAHAN ... iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP ... vi

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... vii

INTISARI ... viii

ABSTRACT ... ix

KATA PENGANTAR ... x

DAFTAR ISI ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xv

DAFTAR TABEL ... xvii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan dan Manfaat ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 2

1.4 Metodologi Penelitian ... 3

BAB II DASAR TEORI ... 5

2.1 Lampu Lalu Lintas (Traffic Light) ... 5

2.2 ESP8266[4] ... 6

2.3 Software Arduino IDE ... 7

2.4 World Wide Web [9] ... 8

2.4.1 Pengertian ... 8

2.4.2 Cara Kerja Web ... 8

2.4.3 Web Server ... 9

2.4.4 HTML ... 10

(7)

xii

2.5.1 Pengertian ... 10

2.5.2 TCP/IP Layer ... 11

2.6 Wi-Fi[12] ... 13

2.6.1 Access Point (AP)[13] ... 13

2.7 LED (Light Emitting Diode) ... 14

2.8 Real Time Clock (RTC) DS3231 ... 15

2.9 JSON[17] ... 16

BAB III PERANCANGAN PENELITIAN ... 18

3.1 Blok Diagram Perancangan ... 18

3.2 Perancangan Perangkat Keras ... 19

3.2.1 Prototype Modul Lampu Lalu Lintas ... 19

3.2.2 Rangkaian pada Modul Lampu Lalu Lintas ... 20

3.3 Perancangan Tampilan Halaman Web ... 22

3.4 Perancangan Perangkat Lunak ... 24

3.4.1 Diagram Alir Program Utama ... 24

3.4.2 Diagram Alir Sub Rutin Pencarian Jaringan ... 25

3.4.3 Diagram Alir Sub Rutin Server ... 26

3.4.4 Diagram Alir Sub Rutin Client ... 30

3.4.5 Diagram Alir Sub Rutin Pergantian Client ... 30

3.4.6 Diagram Alir Sub Rutin Pergantian Server ... 31

3.4.7 Daigram Alir Utama Web... 32

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 34

4.1 Perubahan Perancangan ... 34

4.1.1 Perubahan Desain Prototype ... 34

4.1.2 Penambahan Software untuk Menyimpan Data ke EEPROM ... 36

4.1.3 Perubahan dan Penambahan Tampilan Web ... 36

(8)

xiii

4.2 Implementasi Penelitian ... 38

4.2.1 Bentuk Fisik Modul ... 38

4.2.2 Rangkaian Elektronik Modul ... 39

4.3 Proses Kerja Sistem ... 41

4.4 Cara penggunaan Modul ... 41

4.5 Pengujian Keberhasilan ... 43

4.5.1 Pengujian Kemampuan Modul sebagai Server/Client ... 43

4.5.2 Pengujian Pengiriman Data ... 48

4.5.3 Pengujian Timer Lampu Lalu Lintas ... 63

4.5.4 Pengujian Sikronisasi Lampu Lalu Lintas ... 64

4.5.5 Pengujian Perubahan Client Menjadi Server ... 68

4.5.6 Pengujian Pergantian Client yang Rusak ... 71

4.5.7 Pengujian Jarak Komunikasi Server dengan Client ... 73

4.5.8 Pengujian Ketahanan Komunikasi Server dengan Client ... 74

4.6 Analisis Perangkat Lunak (Software) ... 75

4.6.1 Library yang Digunakan pada Program ... 75

4.6.2 Variabel yang Digunakan pada Program ... 76

4.6.3 Listing Program Konfigurasi Jaringan ... 77

4.6.4 Listing Program Konfigurasi I/O ... 78

4.6.5 Listing Program Scanning SSID ... 78

4.6.6 Listing Program Pengaturan Modul sebagai Server/Client ... 79

4.6.7 Listing Program Sub Rutin Request Data ke Server ... 80

4.6.8 Listing Program Sub Rutin Konversi Data ke JSON ... 82

4.6.9 Listing Program Sub Rutin Konversi Data Pengaturan Web ... 83

4.6.10 Listing Program Sub Rutin Pengaturan Penyalaan Lampu ... 84

4.6.11 Listing Program Penyimpanan Data ke EEPROM ... 85

(9)

xiv

4.6.13 Listing Program Halaman Web ... 88

4.6.14 Listing Program Utama ... 91

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 94

5.1 Kesimpulan ... 94 5.2 Saran ... 94 DAFTAR PUSTAKA ... 95 LAMPIRAN ... L-1 Lampiran 1 ... L-2 Lampiran 2 ... L-3 Lampiran 3 ... L-4

(10)

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Perancangan Diagram Blok Sistem ... 3

Gambar 2.1 NodeMCU Esp8266[4] ... 6

Gambar 2.2 Skematik Posisi Pin NodeMCU[5] ... 6

Gambar 2.3 Arduino IDE[8] ... 8

Gambar 2.4 Skema Kerja Web[9] ... 9

Gambar 2.5 Perbandingan OSI Layer dan TCP/IP Layer[10] ... 11

Gambar 2.6 Simbol dan Bentuk Fisik LED[14] ... 14

Gambar 2.7 Rangkaian Dasar Menyalakan LED[14] ... 15

Gambar 2.8 Rangkaian Modul RTC[16] ... 16

Gambar 2.9 JSON Object[17] ... 17

Gambar 2.10 JSON Array[17] ... 17

Gambar 3.1 Blok Diagram Perancangan Modul ... 18

Gambar 3.2 Rangkaian Lampu Lalu Lintas (a) tampak depan, (b) tampak samping, (c) tampak atas, (d) tampak belakang ... 20

Gambar 3.3 Rangkaian Lampu Lalu Lintas pada Modul ... 21

Gambar 3.4 Tampilan Halaman Web ... 22

Gambar 3.5 Waktu Siklus Lampu Lalu Lintas Semua Modul ... 23

Gambar 3.6 Diagram Alir Program Utama ... 25

Gambar 3.7 Diagram Alir Sub Rutin Mencari Jaringan ... 26

Gambar 3.8 Diagram Alir Pengaturan Waktu ... 27

Gambar 3.9 Diagram Alir Pengiriman Data ... 29

Gambar 3.10 Diagram Alir Sub Rutin Client ... 30

Gambar 3.11 Diagram Alir Sub Rutin Pergantian Client ... 31

Gambar 3.12 Diagram Alir Sub Rutin Pergantian Server ... 32

Gambar 3.13 Diagram Alir Utama Web ... 33

Gambar 4.1 Perubahan Desain Prototype (a) tampak depan, (b) tampak belakang, (c) tampak samping, (d) tampak atas, (e) penutup casis ... 35

Gambar 4.2 Perubahan Desain Prototype (a) tampilan halaman web monitoring semua client terhubung, (b) tampilan halaman web monitoring tidak semua client terhubung ... 38

(11)

xvi

Gambar 4.3 Bentuk Fisik Modul (a) tampak depan, (b) tampak samping, (c) tampak

belakang, (d) tampak atas ... 39

Gambar 4.4 Rangkaian Elektronik Modul ... 39

Gambar 4.5 Rangkaian Pull-up Resistor ... 40

Gambar 4.6 Urutan Penyalaan Warna Lampu ... 41

Gambar 4.7 Tampilan Halaman Web Pengaturan Pewaktuan ... 44

Gambar 4.8 Hasil Pengujian Kemampuan Modul sebagai Server (a) tampilan SSID jaringan, (b) tampilan halaman web pengaturan ... 45

Gambar 4.9 Hasil Pengujian Kemampuan Modul sebagai Client (a) modul 1, (b) modul 2, (c) modul 3, (d) modul 4 ... 47

Gambar 4.10 Data yang Diatur pada Web ... 49

Gambar 4.11 Data yang Tampil Pada Serial Monitor ... 49

Gambar 4.12 Tampilan Web Pengiriman Data “status_lampu” (a) krtika URL ‘192.168.11.1/reset’ diakses, (b) ‘192.168.11.1/lanjut’ diakses ... 50

Gambar 4.13 Tampilan Serial Monitor Data “status_lampu” (a) krtika URL ‘192.168.11.1/reset’ diakses, (b) ‘192.168.11.1/lanjut’ diakses ... 51

Gambar 4.14 Hasil Pengujian Pertama Pengiriman Data dari Web ke Server ... 51

Gambar 4.15 Data yang Dikirim dari Server ke Client... 53

Gambar 4.16 Data yang Diterima Client dari Server ... 53

Gambar 4.17 Data yang Dikirim Server dan Data yang Diterima Client ... 53

Gambar 4.18 Hasil Uji Coba Pengiriman Data dari Server ke Web (a) kondisi modul 1 hijau, (b) kondisi modul 2 hijau, (c) kondisi modul 3 hijau, (d) kondisi modul 4 hijau ... 62

Gambar 4.19 Hasil Uji Coba Sinkronisasi (a) kondisi modul 1 hijau, (b) kondisi modul 2 hijau, (c) kondisi modul 3 hijau, (d) kondisi modul 4 hijau ... 66

Gambar 4.20 Kondisi Ketika Server Menalami Kerusakan ... 68

Gambar 4.21 Kondisi Ketika Client Melakukan Reconnecting dan Restart ... 69

Gambar 4.22 Durasi perubahan server hingga kembali ke siklus normal (a) ketika server modul 1 rusak, (b) ketika server modul 2 rusak, (c) ketika server modul 3 rusak, (d) ketika server modul 4 rusak ... 70

Gambar 4.23 Kondisi Awal Ketika Modul Client Baru Diberi Catudaya ... 71

Gambar 4.24 Skema Pengujian Jarak Komunikasi Modul ... 74

Gambar 4.25 Library yang Digunakan pada Program ... 75

(12)

xvii

Gambar 4.27 Listing Program Konfiguras jaringan ... 77

Gambar 4.28 Listing Program Konfigurasi Port I/O ... 78

Gambar 4.29 Listing Program Scanning Jaringan ... 78

Gambar 4.30 Listing Program Pengaturan Server dan Client ... 79

Gambar 4.31 Listing Program Sub Rutin Request Data ke Server ... 81

Gambar 4.32 Listing Program Sub Rutin Konversi Data ke JSON ... 82

Gambar 4.33 Listing Program Sub Rutin Konversi Data Pengaturan Web ... 84

Gambar 4.34 Listing Program Sub Rutin Pengaturan Penyalaan Lampu ... 85

Gambar 4.35 Listing Program Penyimpanan Data ke EEPROM (a) pengaturan ukuran byte EEPROM, (b) menyimpan data durasi ke EEPROM server, (c) membaca data dari EEPROM, (d) menyimpan data ‘cc[0]’ ke EEPROM ... 86

Gambar 4.36 File Header untuk Mendapat Informasi Client ... 86

Gambar 4.37 Listing Program Sub Rutin Monitoring ... 87

Gambar 4.38 Listing Program Halaman Web Pengaturan ... 88

Gambar 4.39 Listing Program Halaman Web Monitoring ... 89

(13)

xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Spesifikasi Esp8266 NodeMCU V3[4]... 7

Tabel 2.2 Tegangan Kerja Setiap Warna LED[15] ... 14

Tabel 3.1 Alamat IP Modul Lampu Lalu Lintas ... 22

Tabel 3.2 Format Komunikasi Data ... 27

Tabel 3.3 Data Status Lampu dan Pengaruhnya pada Client ... 27

Tabel 3.4 Keterangan dari Data yang Dikirim dan Diterima Modul ... 28

Tabel 3.5 Durasi Tunda Modul Berdasarkan Alamat IP ... 32

Tabel 4.1 Perubahan Tampilan Web Setting Durasi ... 37

Tabel 4.2 Perbandingan Nilai Resistor ... 38

Tabel 4.3 Hasil Pengujian Kemampuan Modul sebagai Server ... 45

Tabel 4.4 Hasil Pengujian Kemampuan Modul sebagai Client ... 48

Tabel 4.5 Hasil Pengujian Pengiriman Dara dari Web ke Server ... 52

Tabel 4.6 Hasil Pengujian Pengiriman Dara dari Server ke Client... 54

Tabel 4.7 Hasil Pengujian Pengiriman Dara dari Server ke Web ... 62

Tabel 4.8 Hasil Pengujian Timer Lampu Lalu Lintas... 63

Tabel 4.9 Hasil Pengujian Sikronisasi Lampu Lalu Lintas ... 66

Tabel 4.10 Hasil Pengujian Perubahan Client menjadi Server ... 70

Tabel 4.11 Hasil Pengujian Pergantian Client yang Rusak ... 73

Tabel 4.12 Hasil Pengujian Jarak Komunikasi Server dengan Client ... 74

(14)

1

1 BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Traffic light atau lampu lalu lintas merupakan lampu yang digunakan untuk mengatur kelancaran lalu lintas pada suatu persimpangan dengan cara memberi kesempatan pengguna jalan dari masing-masing arah untuk berjalan secara bergantian[1]. Fungsi lampu lalu lintas sangatlah penting sehingga lampu lalu lintas harus dapat dikontrol semudah dan seefisien mungkin guna memperlancar arus lalu lintas di suatu persimpangan jalan. Saat ini sudah banyak jenis pengaturan lampu lalu lintas yang digunakan. Namun, masih terdapat banyak lampu lalu lintas menggunakan kabel bawah tanah untuk menghubungkan setiap lampu lalu lintas di setiap persimpangan dengan kontroler utamanya sehingga dibutuhkan kabel yang cukup panjang. Selain pengaturan lampu lalu lintas menggunakan kabel, terdapat juga pengaturan lampu lalu lintas menggunakan sistem nirkabel (wireless).

Salah satu contoh sistem lampu lalu lintas wireless dibuat menggunakan mikrokontroler Atmega 2560 sebagai master dan mikrokontroler Atmega 328 sebagai slave

dengan modul Xbee 2.4 GHz menggunakan topologi jariangan point to multipont untuk komunikasinya. Sistem ini merupakan hasil penelitian yang sudah dibuat yaitu Pengaturan Lampu Lalu Lintas Secara Nirkabel Bertenaga Surya[2]. Penelitian tersebut menggunakan satu master dan beberapa slave yang sudah ditetapkan sebelumnya. Master menyediakan data pewaktuan untuk setiap slave. Pengaturan master dan slave yang sudah ditetapkan diawal memiliki kendala yakni bila master rusak maka semua sistem akan terganggu dan lampu lalu lintas tidak akan berjalan sebagaimana mestinya.

Berbeda dengan sistem lampu lalu lintas yang dibuat pada penelitian di atas, sistem yang akan dibuat pada penelitian ini adalah Smart Modular Traffic Light Berbasis Esp8266.

Smart Modular Traffic Berbasis Esp8266 adalah lampu lalu lintas yang dibuat dalam bentuk modul. Modul memiliki komponen yang terdiri dari satu mikrokontroler Esp8266, satu RTC DS3231, satu push button, tiga buah lampu LED yang terdiri dari satu LED merah, satu LED kuning dan satu LED hijau serta terdapat tiga buah switch SPDT. Apabila modul hendak digunakan pada perempatan jalan, dibutuhkan empat modul yang ditemapatkan pada setiap sisi jalan. Setiap modul yang digunakan memiliki karakteristik yang sama berupa tampilan fisik modul dan program yang digunakan. Kelebihan dari modul yang memiliki karakteristik

(15)

yang sama adalah setiap modul dapat difungsikan sebagai server maupun client. Kelebihan lain dari modul ini adalah jika modul server mengalami masalah saat sistem sedang bekerja, modul client dapat berubah menjadi server sehingga keseluruhan sistem tidak tergganggu. Hal inilah yang menyebabkan modul lampu lalu lintas yang akan dibuat adalah modul yang ‘smart’.

Komunikasi antarmodul menggunakan Wi-Fi yang telah terintegrasi dengan Esp8266. Cara kerja dari sistem lampu lalu lintas yang akan dibuat adalah satu modul diatur sebagai

server dan modul lainnya diatur sebagai client. Modul pertama yang diaktifkan secara

default menjadi server dan modul yang diaktifkan berikutnya menjadi client. Server bertugas menyediakan data pewaktuan lampu di setiap modul yang diatur melalui web.

1.2 Tujuan dan Manfaat

Tujuan dari penelitian ini adalah:

Membuat prototipe sistem lampu lalu lintas berbasis mikrokontroler Esp8266 dalam bentuk modul yang memiliki karakteristik sama berupa tampilan fisik modul dan program yang digunakan. Komunikasi antarmodul secara wireless menggunakan Wi-Fi. Modul

server berfungsi menyediakan data pewaktuan untuk setiap modul client yang terdapat pada

web server.

Manfaat dari penelitian ini adalah:

1. Untuk masyarakat: menyediakan inovasi pada sistem lampu lalu lintas dan dapat digunakan sebagai rujukan dalam pengembangan sistem lampu lalu lintas.

2. Untuk dunia pendidikan: mengembangkan penelitian pada sistem lampu lalu lintas dan dapat digunakan sebagai acuan untuk pengembangan penelitian sistem lampu lalu lintas yang lebih efektif dan efisien.

3. Untuk penulis: pengembangan diri dalam bidang pengendalian secara wireless dan menambah wawasan penulis mengenai web sebagai interface dan pengendali pada sistem lampu lalu lintas serta sebagai syarat kelulusan.

1.3 Batasan Masalah

Adapun beberapa batasan masalah dari penelitian ini guna menghindari pelebaran masalah yang tidak sesuai dengan rancangan antara lain:

1. Menggunakan NodeMCU Esp8266 sebagai kontroler lampu lalu lintas. 2. Komunikasi antarmodul menggunakan Wi-Fi yang terdapat pada Esp8266.

(16)

3. Alamat IP yang digunakan pada setiap modul adalah statik yang diatur melalui input

3 bit pada tiga port I/O NodeMCU ESP8266.

4. Menggunakan led merah, kuning dan hijau pada setiap modul yang dibuat. 5. Sistem lampu lalu lintas yang dibuat digunakan pada perempatan.

6. Menggunakan modul RTC DS3231 sebagai penunjuk waktu real time. 7. Menggunakan satu push button sebagai tombol start.

1.4 Metodologi Penelitian

Berdasarkan tujuan yang ingin dicapai maka metode-metode yang digunakan yaitu: 1. Studi literatur yaitu mengumpulkan berbagai materi yang berkaitan dengan Esp8266,

web dan sistem komunikasi wireless menggunakan Wi-Fi serta jurnal-jurnal yang berkaitan dengan sistem lampu lalu lintas.

2. Perancangan perangkat keras prototype modul sistem lampu lalu lintas dan perancangan perangkat lunak seperti pembuatan web server, tampilan web dan program pengendali lampu lalu lintas. Tahap ini bertujuan untuk mencari bentuk optimal dari sistem yang akan dibuat dengan mempertimbangkan faktor permasalahan dan ketersediaan komponen, seperti pada gambar 1.1.

Gambar 1.1

Perancangan Diagram Blok Sistem

3. Pembuatan Perangkat keras dan perangkat lunak. Berdasarkan gambar 1.1, perangkat keras yang dibuat adalah empat buah modul lampu lalu lintas. Modul server berfungsi menyediakan data pewaktuan untuk tiga modul lain yang berfungsi sebagi client. Pembuatan perangkat lunak untuk tampilan web dan webserver serta program untuk pengendali pewaktuan pada setiap modul. Cara kerja dari perangkat lunak yaitu durasi

(17)

penyalaan lampu lalu lintas dilakukan melalui web. Instruksi dari web kemudian disimpan pada webserver dan dikirimkan kepada semua modul. Modul server akan menyediakan data pewaktuan pada modul client dengan durasi penyalaan lampu sesuai dengan yang diatur pada web.

4. Uji coba dan pengambilan data untuk menguji alat yang telah dibuat sudah sesuai dengan yang diharapkan. Data yang diambil berupa durasi penyalaan lampu pada tiap modul dan pengujian status modul yang dapat difungsikan sebagi server maupun client

serta komunikasi antarmodul.

5. Analisis dan penyimpulan dari hasil uji coba. Analisis data dilakukan dengan membandingkan data durasi pada setiap modul sudah sesuai dengan yang diatur atau tidak dan keberhasilan komunikasi antarmodul yang telah dibuat. Kesimpulan dibuat berdasarkan tingkat keberhasilan dari alat yang dibuat. Indikator keberhasilan dari alat yang dibuat adalah komunikasi antarmodul yang dibuat berhasil, pengaturan durasi penyalaan lampu pada tiap modul sesuai dengan pengaturan yang ada di web dan urutan penyalaan lampu pada tiap modul sehingga tidak ada modul yang menyalakan lampu hijau secara bersamaan.

(18)

5

2 BAB II

DASAR TEORI

2.1 Lampu Lalu Lintas (Traffic Light)

Lampu lalu lintas menurut UU No. 22/2009 tentang lalu lintas dan angkutan jalan ialah alat pemberi isyarat lalu lintas atau (APILL) merupakan lampu yang mengendalikan arus lalu lintas yang terpasang di persimpangan jalan, tempat penyeberangan pejalan kaki (zebra cross), dan tempat arus lalu lintas lainnya[3]. Pemasangan lampu lalu lintas bertujuan untuk mengatur sirkulasi kendaraan pada persimpangan jalan agar tidak terjadi kecelakaan. Oleh karena itu, lampu lalu lintas menjadi bagian sangat penting guna memperlancar lalu lintas di setiap kota.

Terdapat dua jenis lampu lalu lintas yaitu lampu lalu lintas berdasarkan cakupan dan berdasarkan pengoperasian. Berdasarkan cakupan, lampu lalu lintas terdiri dari tiga jenis, yaitu:

1. Lampu lalu lintas terpisah, yaitu lampu lalu lintas yang pemasangannya didasarkan pada suatu tempat persimpangan saja tanpa mempertimbangkan persimpangan lain.

2. Lampu lalu lintas terkoordinasi, yaitu lampu lalu lintas yang pemasangannya mempertimbangakan beberapa persimpangan yang terdapat pada arah tertentu.

3. Lampu lalu lintas jaringan, yaitu lalu lintas yang pemasangannya mempertimbangkan beberapa persimpangan yang terdapat dalam suatu jaringan yang masih dalam satu kawasan.

Berdasarkan pengoperasian, lampu lalu lintas terdiri dari dua jenis, yaitu:

1. Fixed time traffic signal , yaitu lampu lalu lintas yang pengoperasiannya menggunakan waktu yang tetap dan tidak mengalami perubahan.

2. Actuated traffic signal, yaitu lampu lalu lintas yang pengoperasiaannya dengan pengaturan waktu tertentu dan mengalami perubahan dari waktu ke waktu sesuai dengan kedatangan kendaraan dari berbagai persimpangan.

Secara umum, warna lampu yang digunakan untuk lampu lalu lintas adalah warna merah, warna kuning dan warna hijau. Merah menandakan berhenti atau sebuah tanda bahaya, kuning menandakan hati-hati dan hijau menandakan boleh memulai berjalan dengan hati-hati. Biasanya, lampu warna merah mengandung beberapa corak berwarna jingga dan

(19)

lampu hijau mengandung beberapa warna biru. Ini dimaksudkan agar orang-orang yang buta warna merah dan hijau dapat mengerti sinyal lampu yang menyala.

2.2 ESP8266

[4]

Penelitian ini menggunakan mikrokontroler Esp8266 berjenis Lolin NodeMCU Esp8266 dengan penjelasan sebagai berikut:

NodeMCU pada dasarnya adalah pengembangan dari Esp8266 dengan firmware

berbasis e-Lua. Pada NodeMcu dilengkapi dengan micro usb port yang berfungsi untuk pemrograman maupun power supply. Selain itu, pada NodeMCU dilengkapi dengan dua tombol yaitu tombol reset dan flash. NodeMCU menggunakan bahasa pemrogramanan Lua yang merupakan package dari Esp8266. Bahasa Lua memiliki logika dan susunan pemrograman yang sama dengan C hanya berbeda syntax. Jika menggunakan bahasa Lua maka dapat menggunakan toolLua loader maupun Lua uploder. Selain dengan bahasa Lua NodeMCU juga support dengan sofware Arduino IDE dengan melakukan sedikit perubahan

board manager pada Arduino IDE. Gambar fisik NodeMCU dapat dilihat pada gambar 2.1.

Gambar 2.1

NodeMCU Esp8266[4]

(20)

Sebelum digunakan, board NodeMCU harus di Flash terlebih dahulu agar support terhadap tool yang akan digunakan. Jika menggunakan Arduino IDE menggunakan firmware

yang cocok yaitu firmware keluaran dari Ai-Thinker yang support AT Command. Untuk penggunaan tool loader Firmware yang di gunakan adalah firmware NodeMCU. Spesifikasi NodeMCU ESP8266 dapat pada tabel 2.1.

Pada board Esp8266 seperti pada gambar 2.2, pin GPIO (1, 3, 9, 10) seringkali tidak digunakan sebagai pin I/0. Sehingga hanya terdapat 9 pin GPIO yang dapat digunakan yaitu GPIO (0, 2, 4, 5, 12, 13, 14, 15, 16) pada NodeMCU ESP8266[6]. Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan ketika hendak menggunakan NodeMCU Esp8266 yaitu pin I/O NodeMCU memiliki tegangan kerja 3.3 volt dan tidak toleran dengan tegangan 5 volt karena akan merusak NodeCU. Arus keluaran tiap pin I/O adalah sebesar 12mA dan memiliki range

tegangan masukan untuk ADC adalah 0 volt sampai 1 volt[7].

Tabel 2.1 Spesifikasi Esp8266 NodeMCU V3[4]

2.3 Software Arduino IDE

IDE (Integrated Development Environment) adalah program komputer yang memiliki beberapa fasilitas yang diperlukan dalam pembangunan perangkat lunak. Tampilan software

Arduino IDE dapat dilihat pada gambar 2.3. Tujuan dari IDE adalah untuk menyediakan semua utilitas yang diperlukan dalam membangun perangkat lunak. IDE Arduino digunakan untuk membuat program atau source code, melakukan pengecekan kesalahan, kompilasi,

upload program dan menguji hasil kerja arduino melalui serial monitor.

Pada Adruino IDE memiliki toolbars IDE yang memberikan akses instan ke fungsi-fungsi yang penting yaitu :

SPESIFIKASI NODEMCU V3 Mikrokontroller ESP8266 Ukuran Board 57 mm x 30 mm Tegangan Input 3.3 ~ 5V GPIO 13 PIN Kanal PWM 10 Kanal

10 bit ADC Pin 1 Pin

Flash Memory 4 MB

Clock Speed 40/26/24 MHz

Wi-Fi IEEE 802.11 b/g/n

Frekuensi 2.4 GHz – 22.5 Ghz

USB Port Micro USB

Card Reader Tidak Ada

(21)

1. Verify, untuk mengkompilasi program yang saat ini dikerjakan.

2. Upload, untuk mengkompilasi program dan meng-upload ke papan adruino atau NodeMCU. 3. New, menciptakan lembar kerja baru.

4. Open, untuk membuka program yang ada di file sistem. 5. Save, untuk menyimpan program yang dikerjakan.

6. Stop, untuk menghentikan serial monitor yang sedang dijalankan.

Gambar 2.3

Arduino IDE[8]

2.4 World Wide Web

[9]

2.4.1 Pengertian

World Wide Web (WWW) lebih dikenal dengan web merupakan salah satu layanan yang didapat pemakai komputer yang terhubung ke internet. Pada awalnya web merupakan ruang informasi dalam internet yang menggunakan teknologi hypertext. Pengguna web dituntun untuk menemukan informasi dengan mengikuti link yang disediakan pada dokumen web dan ditampilkan dalam web browser.

2.4.2 Cara Kerja Web

Web saat ini identik dengan internet karena web merupakan standar interface pada layanan-layanan yang ada di internet mulai dari penyedia informasi, layanan komunikasi dan melakukan transaksi bisnis (commerce). Web memiliki sistem kerja sendiri agar mampu

(22)

melakukan semua layanan dapat berjalan dengan baik. Berikut merupakan cara kerja web yaitu:

1. Informasi web disimpan dalam dokumen yang disebut halaman-halaman web (web pages).

2. Web pages disimpan dalam komputer yang disebut server web (web server). 3. Web pages ini akan diakses oleh komputer yang disebut web client.

4. Web client menampilkan web pages menggunakan program yang disebut web browser. Skema cara kerja web dapat dilihat pada gambar 2.4

Gambar 2.4 Skema Kerja Web[9] 2.4.3 Web Server

Web server adalah perangkat lunak (software) pada server yang berfungsi untuk menerima permintaan (request) berupa halaman web melalui protokol HTTP atau HTTS dari

client (web browser) kemudian mengirimkan kembali (response) hasil permintaan tersebut ke dalam bentuk halaman – halaman web yang umumnya berbentuk HTML. Sedangkan,

server adalah komputer yang digunakan untuk menyimpan dokumen-dokumen web[9]. Secara sederhana, tugas web server adalah menerima permintaan dari client dan mengirimkan kembali berkas yang diminta oleh client. Cara kerja web server dalam mengirimkan berkas yakni pada saat client (browser) meminta data web page pada server,

browser akan mengemas instruksi permintaan data tersebut ke dalam TCP (Transmission Control Protocol) dan dikirim ke alamat HTTP atau HTTPS. Data yang diminta dari browser

(23)

ke web server disebut dengan HTTP request yang kemudian akan dicari oleh web server

pada komputer server. Jika data ditemukan, data tersebut dikemas oleh web server dalam TCP dan dikirim kembali ke browser untuk ditampilkan. Data yang dikirim dari server ke

browser dikenal dengan HTTP response. Jika data yang diminta oleh browser tersebut tidak ditemukan oleh web server maka web server akan menolak permintaan tersebut dan browser

akan menampilkan notifikasi Page Not Found atau Error 404. 2.4.4 HTML

HTML merupakan singkatan dari Hyper Text Markup Language. HTML adalah bahasa pemrograman standar yang digunakan untuk membuat sebuah halaman web dan dapat diakses untuk menampilkan berbagai informasi dalam sebuah web browser. HTML berfungsi untuk mengelola serangkaian data dan informasi sehingga suatu dokumen dapat diakses dan ditampilkan di internet melalui layanan web. HTML juga berfungsi untuk menampilkan berbagai informasi di dalam sebuah browser, membuat link menuju halaman web lain dengan kode tertentu.

Dokumen HTLM disusun oleh elemen-elemen. “Elemen” merupakan istilah bagi komponen-komponen dasar pembentuk dokumen HTML. Beberapa contoh elemen yaitu

head, body, table, paragraph dan Listing. Elemen pada HTML ditandai oleh sebuah tag. Tag

HTML terdiri dari sebuah kurung sudut kiri (<), nama tag dan sebuah kurung sudut kanan (>). Tag umumnya berpasangan dan selalu diawali dengan karakter garis miring (/). Tag

yang pertama merupakan awal elemen dan tag kedua menunjukan akhir elemen.

Elemen yang dibutuhkan untuk membuat suatu dokumen HTLM dinyatakan dengan

tag <html>, <head> dan <body> serta tag-tag pasangannya. Setiap dokumen terdiri atas tag

<head> dan <body>. Elemen head berisi informasi tentang dokumen tersebut, sedangkan elemen body berisi teks yang tersusun dari link, grafik, paragraf dan elemen lainnya. Secara umun dokumen web dibagi menjadi dua bagian (section), yaitu section head dan section body.

2.5 TCP/IP

2.5.1 Pengertian

TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) adalah suatu standar komunikasi yang dapat digunakan untuk bertukar data antar komputer oleh suatu komunitas yang tergabung melalui jaringan internet. TCP/IP merupakan salah satu networking model

(24)

yang terdiri dari sekumpulan dokumen yang berisi syarat-syarat yang agar suatu jaringan dapat berfungsi dan juga aturan-aturan logis (protocol). Protocol adalah cara agar setiap perangkat yang berbeda dapat saling berkomunikasi.

TCP/IP merupakan networking model komunikasi data dalam internet yang banyak digunakan saat ini. Hal ini dikarenakan TCP/IP memiliki arsitektur yang lebih sederhana dibandingkan dengan OSI ( Open System Interconnection). TCP/IP terdiri dari lima layer

sedangkan OSI terdiri dari 7 layer. Perbedaan kedua protokol komunikasi ini dapat dilihat pada gambar 2.5.

Gambar 2.5 Perbandingan OSI Layer dan TCP/IP Layer[10] 2.5.2 TCP/IP Layer

2.5.2.1 Application Layer

Fungsi application layer adalah menyediakan layanan terhadap aplikasi yang berjalan di komputer. Pada application layer terdapat salah satu application protocol yang disebut

application protocol HTTP. Contoh application protocol HTTP (Hypertext Transfer Protocol) adalah web browser. Fungsi utama dari application layer adalah untuk mendefinisikan bagaimana sebuah browser bisa mengambil konten dari sebuah web server

hingga akhirnya tampil di web browser.

Pada application layer, proses pertukaran data dilakukan oleh protokol HTTP. HTTP adalah sebuah protokol meminta atau menjawab antara client dan server. Sebuah client

HTTP seperti web browser, biasanya memulai permintaan dengan membuat hubungan TCP/IP ke port tertentu (biasanya port 80)[11]. Cara kerja protokol pada HTTP dalam mentransmisikan data adalah sebagai berikut:

(25)

1. Komputer client atau HTTP client akan membuat sambungan dan mengirimkan permintaan dokumen pada web server,

2. HTTP server akan memproses permintaan dokumen tersebut dan HTTP client menunggu respon dari web server,

3. Web server akan merespon permintaan melalui kode status data dan menutup sambungan saat proses permintaan selesai.

2.5.2.2 Transport Layer

Transport layer pada TCP/IP disebut juga sebagai host-to-host. Fungsi transport layer

adalah membangun koneksi antar host. Host dapat berupa client atau server. Terdapat beberapa protokol pada transport layer. Salah satu protokol yang dikenal adalah TCP (Transmission Control Protocol). TCP bertugas menjamin data yang diminta dan yang dikirim sama. Oleh karena itu, TCP memecah data-data (segments) kemudian mengirimkannya berdasarkan Sequence Number (SEQ). Proses inilah yang disebut dengan

TCP error recovery. Proses TCP error recovery adalah sebagai berikut:

1. Server mengirim segment-segment dengan beberapa sequence number client, 2. Namun, pada sequence number tertentu, segment gagal terkirim,

3. Setelah client menerima semua data, ternyata terdapat data yang lost maka client meminta

server untuk mengirimkan kembali segment yang lost pada sequence number tertentu tersebut.

2.5.2.3 Internet Layer

Pada internet layer terdapat salah satu protokol yang paling dikenal yaitu IP atau

Internet Protocol. Beberapa fungsi dari IP adalah sebagai berikut:

1. Addressing, yakni melengkapi setiap datagram dengan alamat internet dari tujuan. Alamat pada protokol inilah yang dikenal dengan Internet Protocol Address ( IP Address). Pengalamatan (addressing) pada jaringan TCP/IP berada pada level ini (software) . 2. Routing, yakni menentukan ke mana datagram akan dikirim agar mencapai tujuan yang

diinginkan. Fungsi ini merupakan fungsi terpenting dari Internet Protocol (IP). Router-router pada jaringan TCP/IP merupakan bagian yang sangat menentukan dalam penyampaian datagram dari pengirim ke penerima.

2.5.2.4 Data Link Layer

Data link layer mempunyai fungsi menyalurkan frame-frame data pada media fisik yang digunakan. Lapisan ini biasanya memberikan service untuk deteksi dan koreksi kesalahan dari data yang ditransmisikan. Beberapa contoh protokol yang digunakan pada

(26)

lapisan ini adalah X.25 untuk jaringan publik, Ethernet untuk jaringan etehernet, AX.25 untuk jaringan Paket Radio.

2.5.2.5 Physical Layer

Lapisan fisik merupakan lapisan terbawah yang mendefinisikan besaran fisik seperti media komunikasi, tegangan dan arus. Data yang dikirim pada physical layer berupa nilai bit. Lapisan ini dapat bervariasi bergantung pada media komunikasi pada jaringan yang bersangkutan. TCP/IP bersifat fleksibel sehingga dapat mengintegralkan berbagai jaringan dengan media fisik yang berbeda-beda.

2.6 Wi-Fi

[12]

Wi-Fi atau Wireless Fidelity adalah suatu standar Wireless Networking tanpa kabel, hanya dengan komponen yang sesuai dapat terkoneksi ke jaringan. Teknologi Wi-Fi memiliki standar yang ditetapkan oleh institusi internasional yang bernama Institute of Electrical and Electronic Enginners (IEEE). Secara umum, standar teknologi Wi-Fi adalah sebagai berikut:

1. Standar IEEE 802.11a yaitu Wi-Fi dengan frekuensi 5 GHz yang memiliki kecepatan 54 Mbps dan jangkauan jaringan 300 m.

2. Standar IEEE 802.11b yaitu Wi-Fi dengan frekuensi 2,4 GHz yang memiliki kecepatan 11 Mbps dan jangkauan jaringan 100 m.

3. Standar IEEE 802.11g yaitu Wi-Fi dengan frekuensi 2,4 GHz yang memiliki kecepatan 54 Mbps dan jangkauan jaringan 300 m.

2.6.1 Access Point (AP)[13]

Access point merupakan salah satu perangkat dalam jaringan komputer yang berguna untuk membuat jaringan nirkabel yang sifatnya lokal atau disebut dengan istilah Wireless Local Area Network (WLAN). Pada access point terdapat antena dan transceiver, komponen ini bertugas untuk memancarkan dan menerima sinyal dari client dan

server ataupun menuju client dan server.

Access point memiliki fungsi utama sebagai pemancar sinyal internet. Access point juga memiliki beberapa fungsi lainnya seperti sebagai Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) server sehingga mampu memberikan IP address di setiap perangkat yang terhubung. Fungsi lainnya yakni menggantikan fungsi hub yang menghubungkan jaringan lokal nirkabel dengan jaringan kabel. Disamping ketiga fungsi tersebut, access point dapat

(27)

memberikan fitur keamanan WEP (Wired Equivalent Privacy) dan WAP (Wireless Application Protocol) .

2.7 LED (Light Emitting Diode)

LED adalah dioda yang dapat memancarkan cahaya jika diberikan arus bias maju (forward bias). LED dapat memancarkan cahaya karena menggunakan dopping galium, arsenic dan phosporus. Jenis dopping yang berbeda di atas dapat menghasilkan cahaya dengan warna yang berbeda[14]. Setiap warna LED memiliki tegangan kerja yang berbeda. Tegangan kerja setiap warna LED dapat dilihat pada tabel 2.2. Arus bias maju puncak LED sebesar 60 mA dengan rata-rata arus bias maju tipikal sebesar 20 mA[15]. Pada rangkaian LED dipasang sebuah resistor sebagai pembatas arus. Simbol LED dan bentuk fisik led dapat dilihat pada gambar 2.6.

Teknik pemasangan LED agar dapat bekerja adalah dengan memberikan tegangan bias maju (tegangan positif) pada kaki anoda dan tegangan negatif pada kaki katoda. Pembatas arus pada dioda dilakukan dengan memasangkan resistor secara seri pada salah satu kaki LED. Rangkaian dasar untuk menyalakan LED dapat dilihat pada gambar 2.7.

Tabel 2.2 Tegangan Kerja Setiap Warna LED[15]

Gambar 2.6 Simbol dan Bentuk Fisik LED[14] Warna LED Tegangan Kerja (V)

Merah 1,8

Kuning 2,1

Hijau 2,1

Putih 4,1

(28)

Gambar 2.7 Rangkaian Dasar Menyalakan LED[14]

Besarnya rata-rata arus bias maju tipikal pada LED adalah 20 mA, sehingga nilai resistor dapat ditentukan. Besarnya nilai resistor berbanding lurus dengan besarnya tegangan sumber yang digunakan. Secara matematis besarnya nilai resistor pembatas arus LED dapat ditentukan menggunakan persamaan berikut:

𝑅 =

𝑉−𝑉𝑎𝑏 (𝑣𝑜𝑙𝑡)

0.02 𝐴𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒 (2.1) Dimana:

𝑅 = resistor pembatas arus (Ohm)

𝑉 = tegangan sumber yang digunakan untuk men-supply tegangan ke LED (Volt)

𝑉𝑎𝑏 = tegangan kerja LED (Volt)

0.02 𝐴𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒 = rata-rata arus bias maju tipikal LED (20 mA)

2.8 Real Time Clock (RTC) DS3231

Modul DS3231 RTC adalah salah satu jenis modul yang berfungsi sebagai RTC (Real Time Clock) atau pewaktuan digital serta penambahan fitur pengukur suhu yang dikemas kedalam satu IC. Pada modul ini juga terdapat IC EEPROM berjenis AT24C32 yang dapat dimanfaatkan. Interface (antarmuka) untuk mengakses modul ini yaitu menggunakan I2C atau two wire (SDA dan SCL). Modul DS3231 RTC pada umumnya sudah tersedia dengan

battery CR2032 3V yang berfungsi sebagai back up RTC apabila catu daya utama mati. Rangkaian modul RTC DS3231 dapat dilihat pada gambar 2.8.

RTC DS3231 memiliki banyak kelebihan dibandingkan RTC DS1302, DS3231 RTC. Sebagai contoh, untuk range tegangan input antara 2.3V sampai 5.5V dan memiliki cadangan baterai. Berbeda dengan DS1307, pada DS3231 memiliki kristal terintegrasi (sehingga tidak diperlukan kristal eksternal), sensor suhu, 2 alarm waktu terprogram, pin output 32.768 kHz untuk memastikan akurasi yang lebih tinggi. Selain itu, terdapat juga EEPROM AT24C32

(29)

yang bisa memberi Anda 32Kb EEPROM untuk menyimpan data, ini adalah pilihan terbaik untuk aplikasi yang memerlukan fitur data logging, dengan presisi waktu yang lebih tinggi.

Gambar 2.8 Rangkaian Modul RTC[16]

2.9 JSON

[17]

JSON (JavaScript Object Notation) adalah format pertukaran data yang ringan, mudah dibaca dan ditulis oleh manusia, serta mudah diterjemahkan dan dibuat (generate) oleh komputer. Format ini dibuat berdasarkan bagian dari Bahasa Pemprograman JavaScript, Standar ECMA-262 Edisi ke-3 Desember 1999. JSON merupakan format teks yang tidak bergantung pada bahasa pemprograman apapun karena menggunakan gaya bahasa yang umum digunakan oleh programmer keluarga C termasuk C, C++, C#, Java, JavaScript, Perl, Python dll. Oleh karena sifat-sifat tersebut, menjadikan JSON ideal sebagai bahasa pertukaran data[17]. JSON terbuat dari dua struktur berikut, yaitu:

1. Kumpulan pasangan nama/nilai. Pada beberapa bahasa, hal ini dinyatakan sebagai objek (object), rekaman (record), struktur (struct), kamus (dictionary), tabel hash (hash table), daftar berkunci (keyed Listing), atau associative array.

2. Daftar nilai terurutkan (an ordered Listing of values). Pada kebanyakan bahasa, hal ini dinyatakan sebagai larik (array), vektor (vector), daftar (Listing), atau urutan (sequence).

Struktur-struktur data ini disebut sebagai struktur data universal. Pada dasarnya, semua bahasa pemprograman modern mendukung struktur data ini dalam bentuk yang sama maupun berlainan. JSON menggunakan bentuk sebagai berikut:

(30)

1. Objek adalah sepasang nama/nilai yang tidak terurutkan. Objek dimulai dengan ‘{‘ (kurung kurawal buka) dan diakhiri dengan ‘}’ (kurung kurawal tutup). Setiap nama diikuti dengan ‘:’ (titik dua) dan setiap pasangan nama/nilai dipisahkan oleh ‘,’ (koma).

Gambar 2.9 JSON Object[17]

2.

Larik adalah kumpulan nilai yang terurutkan. Larik dimulai dengan ‘[’ (kurung kotak buka) dan diakhiri dengan ‘]’ (kurung kotak tutup). Setiap nilai dipisahkan oleh ‘,’ (koma).

(31)

18

3 BAB III

PERANCANGAN PENELITIAN

Bab ini menjelaskan tentang perancangan “Smart Modular Traffic Light berbasis ESP8266” yang terdiri dari blok diagram, perancangan hardware dan perancangan software.

Prototipe yang dibuat adalah sistem lampu lalu lintas yang terdiri dari empat modul yang digunakan pada simpang empat. Setiap modul memiliki karakteristik yang sama berupa tampilan fisik dan software yang digunakan. Salah satu modul berfungsi sebagai server dan modul lainnya sebagai client. Keempat modul berkomunikasi secara wireless menggunakan Wi-Fi. Pengaturan pewaktuan untuk setiap modul lampu lalu lintas dilakukan melalui web.

3.1 Blok Diagram Perancangan

Perancangan alat ini terdiri dari empat buah modul lampu lalu lintas. Setiap modul lampu lintas terdiri dari satu NodeMCU Esp8266, satu led merah, satu led kuning, satu led hijau, satu modul RTC DS3231, tiga switch SPDT dan satu puss button. Setiap modul memiliki karakteristik yang sama sehingga setiap modul dapat difungsikan sebagai server

maupun client. Blok diagram perancangan modul lampu lalu lintas dapat dilihat pada gambar 3.1.

Gambar 3.1 Blok Diagram Perancangan Modul

Blok diagram yang ditunjukkan pada gambar 3.1 mewakili satu modul. Dalam implementasinya terdapat empat modul yang memiliki blok diagram yang sama dengan gambar 3.1. Keempat modul tehubung secara wireless menggunakan modul Wi-Fi yang sudah tersedia pada NodeMCU Esp8266.

Power Supply

(32)

3.2 Perancangan Perangkat Keras

Perangkat keras yang digunakan pada sistem ini berupa NodeMcu Esp8266, lampu LED, Real Time Clock (RTC) dan tiga buah switch SPDT. NodeMCU Esp8266 berfungsi sebagai mikrokontroller sekaligus sebagai modul komunikasi karena terdapat modul Wi-Fi yang telah terintegrasi. Lampu LED digunakan sebagai lampu lalu lintas pada modul. RTC berfungsi untuk mengatur kondisi penyalaan lampu lalu lintas pada waktu tententu. Tiga buah switch yang berfungsi memberi nilai masukan 3 bit ke port NodeMCU ESP8266 yang bertujuan memberikan alamat IP pada tiap modul.

3.2.1 Prototype Modul Lampu Lalu Lintas

Pembuatan desain prototype modul lampu lalu lintas menggunakan software

Coreldraw. Terdapat empat desain modul lampu lalu lintas yang dibuat. Desain modul lampu lalu lintas dapat dilihat pada gambar 3.2. Gambar 3.2(a) menunjukkan desain modul tampak depan. Gambar 3.2(b) menunjukkan desain modul tampak samping. Gambar 3.2(c) menunjukkan desain modul tampak atas dan gambar 3.2(d) menunjukkan desain modul tampak belakang.

(33)

(c) (d)

Gambar 3.2 Rangkaian Lampu Lalu Lintas (a) tampak depan, (b) tampak samping, (c) tampak atas, (d) tampak belakang

Keterangan gambar 2.2 (c) dan gambar 2.2 (d): 1. Modul NodeMCU ESP8266

2. Switch (terlihat dari dalam) 3. Resistor

4. Konektor

5. Switch (terlihat dari luar) 6. Port micro USB

7. PCB

8. Lampu LED 9. Tiang penyangga 10. Alas tiang penyangga. 11. Tombol Start

3.2.2 Rangkaian pada Modul Lampu Lalu Lintas

Rangkaian lampu lalu lintas yang terdapat di dalam modul lampu lalu lintas dapat dilihat pada gambar 3.3. Keempat modul lampu lalu lintas memiliki rangkaian dan konfigurasi pin yang sama.

7

8

9

10

11

(34)

Gambar 3.3 Rangkaian Lampu Lalu Lintas pada Modul

NodeMCU diberi catu daya melalui port USB. Tengan keluaran port I/O modul NodeMCU sebesar 3.3 V. Tegangan keluaran port I/O digunakan untuk menyalakan lampu LED merah, lampu LED kuning dan lampu LED hijau. Besar arus tipikal yang digunakan untuk menyalakan LED adalah 20mA. Oleh karena itu, terdapat resistor yang dihubungkan seri terhadap lampu LED yang berfungsi untuk membatasi arus pada lampu LED. Besar nilai resistor untuk membasi arus pada lampu LED dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.1). Namun, pada board NodeMCU, arus keluaran tiap pin GPIO sebesar 12 mA[7] sehingga:

𝑅1 = 𝑉 − 𝑉𝑎𝑏 0.012 𝐴 = 3.3𝑉 − 1.8𝑉 0.012 𝐴 = 125 Ω 𝑅2 = 𝑉 − 𝑉𝑎𝑏 0.012 𝐴 = 3.3𝑉 − 2.1𝑉 0.012 𝐴 = 100 Ω ≌ 56Ω 𝑅3 = 𝑉 − 𝑉𝑎𝑏 0.012 𝐴 = 3.3𝑉 − 2.2𝑉 0.012 𝐴 ≈ 91 Ω ≌ 56 Ω

(35)

Modul RTC DS3231 mempunyai tegangan kerja 2,3 V hingga 5,5 V. Pada modul RTC DS3231 terdapat soket baterai 3,3 V. Baterai berfungsi untuk mem-backup data RTC saat kehilangan catu daya utamanya. Modul RTC DS3231 dapat diakses menggunakan komunikasi I2C. Komunikasi I2C membutuhkan dua pin yaitu pin serial data (SDA) dan pin serial clock (SDL). Modul NodeMCU memiliki fasilitas I2C yang terdapat pada pin D1 dan D2 yang dapat dilihat pada gambar 2.2.

Pada modul lampu lalu lintas juga terdapat tiga buah switch berjenis SPDT. Semua

switch berfungsi memberikan input 3 bit pada port NodeMCU Esp8266. Input 3 bit pada NodeMCU Esp8266 bertujuan memberikan alamat IP statik pada modul yaitu 192.168.11.X. ‘X’ merupakan nilai input 3 bit pada NodeMCU Esp8266. Alamat IP pada modul dapat dilihat pada tabel 3.1.

Tabel 3.1 Alamat IP Modul Lampu Lalu Lintas

3.3 Perancangan Tampilan Halaman Web

Halaman web berfungsi untuk memudahkan melakukan pengaturan pewaktuan pada modul lampu lalu lintas. Halaman web dibuat menggunakan HTML. Terdapat dua bagian pada halaman web yaitu untuk mengatur waktu RTC dan halaman untuk mengatur durasi pewaktuan penyalaan lampu lalu lintas untuk semua modul. Halaman web untuk mengatur RTC dan durasi pewaktuan penyalaan lampu dapat dilihat pada gambar 3.4.

Gambar 3.4 Tampilan Halaman Web Nilai Input Alamat IP SW3 SW2 SW1 0 0 0 192.168.11.2 0 0 1 192.168.11.3 0 1 0 192.168.11.4 1 0 0 192.168.11.5 1 2 3 4 5

(36)

Keterangan gambar 3.4:

1. Url untuk mengakses web server

2. Kolom untuk mengisi durasi penyalaan lampu tiap modul 3. Mengatur jam RTC

4. Mengatur interval kondisi blink semua modul 5. Menyimpan pengaturan ke web server

Pada gambar 3.4 terdapat tiga kolom yang digunakan untuk mengatur durasi setiap modul lampu lalu lintas. Kolom untuk mengatur durasi lampu hijau dapat diatur sesuai dengan kondisi lalu lintas. Kolom untuk mengatur durasi lampu kuning diisi dengan durasi 5 detik untuk setiap modul. Sedangkan kolom untuk mengatur lampu merah hanya diisi jika ingin menambahkan durasi lampu merah pada salah satu modul tanpa mengubah durasi pada modul yang lain. Lamanya durasi lampu merah tergantung pada durasi lampu hijau dan kuning tiap modul. Semua modul akan menyalakan lampu merah selama 3 detik sebelum salah satu modul menyalakan modul lampu hijau. Waktu satu siklus lampu lalu lintas untuk semua modul dapat dilihat pada gambar 3.5.

Gambar 3.5 Waktu Siklus Lampu Lalu Lintas Semua Modul

Berdasarkan gambar 3.5, durasi lampu merah setiap modul dapat dirumuskan dengan persamaan sebagai berikut:

𝑀𝑀1 = 3 × 4 + 𝐻2 + 𝐾2 + 𝐻3 + 𝐾3 + 𝐻4 + 𝐾4………(3.1)

𝑀𝑀2 = 3 × 4 + 𝐻1 + 𝐾1 + 𝐻3 + 𝐾3 + 𝐻4 + 𝐾4………(3.2)

𝑀𝑀3 = 3 × 4 + 𝐻1 + 𝐾1 + 𝐻2 + 𝐾2 + 𝐻4 + 𝐾4………(3.3)

𝑀𝑀4 = 3 × 4 + 𝐻1 + 𝐾1 + 𝐻2 + 𝐾2 + 𝐻3 + 𝐾3………(3.4) Dimana:

MM1 = Durasi lampu merah modul 1 MM2 = Durasi lampu merah modul 2 MM3 = Durasi lampu merah modul 3 MM4 = Durasi lampu merah modul 4

(37)

H1 = Durasi lampu hijau modul 1 K1 = Durasi lampu kuning modul 1 H2 = Durasi lampu hijau modul 2 K2 = Durasi lampu kuning modul 2 H3 = Durasi lampu hijau modul 3 K3 = Durasi lampu kuning modul 3 H4 = Durasi lampu hijau modul 4 K4 = Durasi lampu kuning modul 4

3.4 Perancangan Perangkat Lunak

Perancangan perangkat lunak pada modul lampu lalu lintas mencakup fungsionalitas kebutuhan perangkat lunak yang digunakan untuk menulis dan melakukan kompilasi program. Pemrograman yang digunakan pada perangkat ini menggunakan Arduino IDE. Arduino IDE dapat digunakan untuk menulis, melakukan kompilasi dan melakukan injeksi program ke modul NodeMCU Esp8266. Ada beberapa bagian dalam perancangan perangkat lunak, yaitu:

a. Diagram alir program utama

b. Diagram alir sub rutin pencarian jaringan c. Diagram alir sub rutin server

d. Diagram alir sub rutin client

e. Diagram alir sub rutin pergantian client

f. Diagram alir sub rutin pergantian server

g. Diagram alir web

3.4.1 Diagram Alir Program Utama

Diagram alir program utama dapat dilihat pada gambar 3.6. Mula-mula berikan input

3 bit pada modul melalui switch yang bertujuan memberi alamat IP pada modul. Nilai input

3 bit pada modul sesuai dengan tabel 3.1. Kemudian modul diaktifkan dengan memberikan

power ke modul melalui USB. Setelah modul aktif, modul akan menginisialisasi RTC, SSID, alamat IP, EEPROM dan push button. Setelah mengetahui alamat IP, modul akan mencari jaringan yang sama dengan jaringan yang dimiliki modul. Proses pencarian jaringan akan dibahas pada sub rutin pencarian jaringan yang dapat dilihat pada gambar 3.7.

(38)

Mulai

Inisialisasi alamat IP, SSID, EEPROM, RTC, push button Mencari jaringan Status modul sebagai access point ? Modul sebagai server Modul sebagai client Selesai Ya Tidak

Gambar 3.6 Diagram Alir Program Utama

Setelah melalui proses mencari jaringan, status modul akan ditentukan. Apabila modul tidak menemukan jaringan yang sama dengan yang dimiliki modul maka modul berubah menjadi access point. Modul yang berubah menjadi access point inilah berstatus sebagai

server, jika tidak maka modul berstatus sebagai client. Setelah mengetahui status modul, proses selanjutnya akan dijelaskan pada diagram alir sub rutin server dan diagram alir sub rutin client yang masing-masing dapat dilihat pada gambar 3.8, gambar 3.9 dan gambar 3.10. 3.4.2 Diagram Alir Sub Rutin Pencarian Jaringan

Diagram alir sub rutin pencarian jaringan dapat dilihat pada gambar 3.7. Setelah modul diaktifkan, modul akan mengaktifkan Wi-Fi. Setelah Wi-Fi aktif maka pencarian jaringan mulai dilakukan. Pencarian jaringan dilakukan dengan cara mencari SSID (Service Set Identifier) yang terdapat di sekitar modul. Apabila terdapat SSID yang sama dengan yang dimiliki modul maka modul akan terhubung ke jaringan sebagai client. Namun, bila tidak terdapat SSID yang sama dengan yang dimiliki modul maka modul menjadi access point.

Modul yang berfungsi sebagai access point akan memancarkan sinyal yang akan diterima oleh modul client dalam jaringan yang sama. Modul client akan terhubung dengan

(39)

access point adalah modul yang memiliki SSID yang sama dengan modul access point. Proses selanjutnya adalah kembali ke program utama.

Mulai Aktifkan Wi-Fi

Scanning SSID

SSID sama ? Modul sebagai access

point

Return

Tidak

Ya

Gambar 3.7 Diagram Alir Sub Rutin Mencari Jaringan 3.4.3 Diagram Alir Sub Rutin Server

Diagram alir sub rutin server memiliki dua bagian yaitu diagram alir sub rutin pengaturan durasi penyalaan lampu lalu lintas dan diagram alir sub rutin pengiriman data. Diagram alir sub rutin pengaturan durasi waktu berfungsi untuk mengatur pewaktuan modul sebelum modul lalu lintas dipasang di jalan raya. Sedangkan diagram alir sub rutin pengiriman data dari server ke client dilakukan ketika modul lampu lalu lintas telah dipasang di jalan raya dan siap digunakan.

3.4.3.1 Diagram Alir Pengaturan Waktu

Diagram alir sub rutin pengaturan waktu dapat dilihat pada gambar 3.8. Mula-mula pada server dilakukan pengaturan durasi penyalaan lampu tiap modul dan mengatur waktu untuk RTC pada server melalui web seperti pada gambar 3.13. Setelah pengaturan durasi lampu dan RTC selesai, data pengaturan disimpan ke EEPROM. EEPROM berfungsi menyimpan data pengaturan durasi lampu lalu lintas walaupun modul tidak diberi daya sehingga data pada server tidak hilang.

(40)

Mulai Mengatur waktu RTC dan durasi lampu lalu lintas

tiap modul

Menyimpan data ke EEPROM

Selesai

Gambar 3.8 Diagram Alir Pengaturan Waktu 3.4.3.2 Diagram Alir Pengiriman Data

Diagram alir pengiriman data dapat dilihat pada gambar 3.9. Mula-mula modul server

diaktifkan. Modul server kemudian membaca data pada EEPROM. Data pada EEPROM disalin pada suatu variabel yang berfungsi menyimpan data durasi waktu lampu lalu lintas. Kemudian tombol start ditekan. Tombol start berfungsi untuk memulai proses pengiriman data pewaktuan antara modul server dengan modul client.

Setelah tombol mulai ditekan, server menunggu request dari client. Apabila client

melakukan request ke server, server akan memberi respon berupa data durasi waktu sesuai alamat IP client yang melakukan request. Format komunikasi data dapat dilihat pada tabel 3.2. Pada tabel 3.2 dapat dilihat bahwa tipe data yang digunakan berbentuk array of integer. Pada format komunikasi data terdapat data status lampu yang memiliki beberapa ketentuan yang dapat dilihat pada tabel 3.3.

Tabel 3.2 Format Komunikasi Data Data dari Server Tipe Data

Durasi lampu Array of integer

Status lampu Array of integer

Status Mulai Integer

Tabel 3.3 Data Status Lampu dan Pengaruhnya pada Client

Data Status Lampu Pengaruh pada Client

0 Lampu merah aktif

1 Lampu kuning aktif

(41)

Data yang dikirim server dan diterima client berbentuk array of integer yang telah diubah dalam format JSON adalah sebagai berikut:

{"d_lampu":[[30,5,3],[30,5,3],[30,5,3],[30,5,3]],"status_lampu":[2,0,0,0],"status_mulai": [90]}

Data yang dikirim dan diterima oleh modul menggunakan format JSON. “d_lampu”, “status_lampu” dan “status_mulai” disebut sebagai key. Value dari “d_lampu” adalah [[30,5,3], [30,5,3], [30,5,3], [30,5,3]], value dari “status_lampu” adalah [2,0,0,0] dan value

dari “status_mulai” adalah [90]. Value dari “d_lampu” secara berurutan menunjukan durasi lampu hijau, lampu kuning dan lampu merah (ketika menyala bersamaan) pada keempat modul. Value dari “satus_lampu” menunjukan warna lampu yang dinyalakan keempat modul. Angka ‘2’ berarti warna lampu yang sedang menyala adalah hijau, angka ‘1’ berarti warna lampu yang sedang menyala adalah kuning dan angka ‘0’ berarti warna lampu yang sedang menyala adalah merah. Value dari “status_mulai” memiliki dua angka yaitu ‘90’ dan ‘88’. Angka ‘90’ berarti tombol start belum ditekan dan modul client melakukan proses penyimpanan data pada EEPROM. Sedangkan, angka ‘88’ berarti tombol start telah ditekan dan sistem sedang berjalan. Keterangan tentang data yang dikirim dan diterima dapat dilihat pada tabel 3.4.

Tabel 3.4 Keterangan dari Data yang Dikirim dan Diterima Modul Data yang dikirim dan diterima Keterangan {"d_lampu":[[30,5,3],[30,5,3],[30,5,

3],[30,5,3]],"status_lampu":[2,0,0,0], "status_mulai":[88]}

Sistem sedang berjalan, modul 1 menyalakan lampu hijau selama 30 detik dan modul lainnya menyalakan lampu merah.

{"d_lampu":[[30,5,3],[30,5,3],[30,5, 3],[30,5,3]],"status_lampu":[1,0,0,0], "status_mulai":[88]}

Sistem sedang berjalan, modul 1 menyalakan lampu kuning selama 5 detik dan modul lainnya menyalakan lampu merah.

(42)

Tabel 3.4 Keterangan dari Data yang Dikirim dan Diterima Modul (Lanjutan) Data yang dikirim dan diterima Keterangan

Sistem sedang berjalan, semua modul menyalakan lampu merah selama 3 detik kemudian salah satu modul meyalakan lampu hijau.

Sistem belum berjalan, modul client menyimpan data “d_lampu” ke EEPROM.

Mulai

Baca data EEPROM

Tekan tombol

strart

Menunggu request dari

client Ada request ? Kirim data ke client Selesai Tidak Ya

(43)

3.4.4 Diagram Alir Sub Rutin Client

Diagram alir sub rutin client dapat dilihat pada gambar 3.10. Berdasarkan gambar 3.10, mula-mula client melakukan request ke server. Setelah server memberi respon, client

menerima data dari server dan menyimpan data durasi waktu ke EEPROM. Kemudian client

melakukan request lagi ke server. Client kemudian menunggu respon dari server. Client

akan menunggu respon dari server maksimal 3 setik. Apabila tidak ada respon server lebih dari 3 detik maka modul client akan berganti fungsi menjadi server. Proses perubahan fungsi modul dari client menjadi server dapat dilihat pada gambar 3.12. Jika server memberi respon kurang dari 3 detik, client kemudian menerima data yang dikirimkan oleh server. Setelah data diterima oleh client, client akan meyalakan setiap lampu sesuai dengan data yang diberikan oleh server. Proses selanjutnya pada client adalah memberikan request ke server

dan proses yang dijelaskan di atas dilakukan secara berulang. Mulai

Request data ke

server

Terima data durasi lampu lalu lintas dari

server Menyimpan data ke EEPROM Request data ke server Ada respon ? Menunggu respon dari server maksimal 3 detik Menyalakan lampu pada modul lalu lintas

Client berubah menjadi server Tidak Ya A A B B

Gambar 3.10 Diagram Alir Sub Rutin Client

3.4.5 Diagram Alir Sub Rutin Pergantian Client

Diagram alir sub rutin pergantian client dapat dilihat pada gambar 3.11. Pergantian modul client dilakukan jika modul mengalami kerusakan. Mula – mula ganti modul yang rusak dengan modul yang baru. Alamat IP modul yang baru diatur sesuai dengan modul yang lama. Tujuan pemberian IP yang sama dengan modul yang lama adalah agar modul dapat langsung dikenali oleh server. Data yang diberi oleh server ke modul yang baru juga sama

(44)

seperti data yang ada pada modul yang lama. Kemudian berikan daya pada modul yang baru diganti dan tunggu beberapa saat hingga modul terhubung ke dalam jaringan. Modul akan melakukan proses sinkroninasi seperti pada gambar 3.10.

Mulai

Atur alamat IP modul yang baru

Aktifkan modul

Menghubungkan modul dalam jaringan

Sinkronisasi modul baru dengan modul alinnya

Selesai

Gambar 3.11 Diagram Alir Sub Rutin Pergantian Client

3.4.6 Diagram Alir Sub Rutin Pergantian Server

Diagram alir sub rutin pergantian server yang rusak dapat dilihat pada gambar 3.12. Jika server tidak memberi respon kepada client lebih dari 3 detik maka client akan melakukan fungsi tunda. Setiap modul memiliki durasi tunda yang berbeda yang dapat dilihat pada tabel 3.5. Setelah modul melakukan fungsi tunda, modul yang memiliki durasi tunda terkecil akan ter-reset dan berubah menjadi server, sedangkan modul yang memiliki tunda lebih lama akan menjadi client. Modul server yang mengalami kerusakan dapat digantikan dengan modul yang baru dengan alamat IP ayang sama dan berfungsi sebagai

client. Proses selanjutnya adalah menekan tombol start pada modul server yang baru. Prosedur penyalaan lampu mengikuti pengaturan sebelum server mengalami masalah yang data durasi penyalaan lampu telah disimpan pada EEPROM.