MODEL SISTEM ANTRIAN BERBASIS ARDUINO UNO R3 DAN
RASPBERRY PI MENGGUNAKAN PYTHON
Rian Suryo Darmawan
1dan Addin Suwastono
21) Mahasiswa S2 Teknik Elektro UGM, rian_s2te_12@mail.ugm.ac.id
2) Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi UGM,
adyn@ugm.ac.id
ABSTRAK
MODEL SISTEM ANTRIAN BERBASIS ARDUINO UNO R3 DAN RASPBERRY PI MENGGUNAKAN PYTHON. Pada suatu layanan administratif diperlukan suatu sistem antrian yang dapat mengatur jalannya proses pelayanan dengan tertib. Sistem layanan tersebut harus efisien baik dari segi biaya maupun penggunaan ruangan. Sistem antrian dibangun menggunakan Arduino Uno R3, Raspberry Pi Model B dan menggunakan bahasa pemrograman Python. Komunikasi data antara Arduino dengan Raspberry Pi menggunakan komunikasi serial dan berhasil dengan baik untuk pengiriman data dari Arduino ke Raspberry Pi tetapi kurang berhasil untuk pengiriman data dari Raspberry Pi ke Arduino karena adanya penghapusan instance atau method pada class. Kelebihan sistem antrian ini terletak pada biaya yang murah tetapi memiliki kekurangan pada penulisan pemrograman yang masih berupa scripting.
Kata kunci : Arduino, Raspberry Pi, Python
ABSTRACT
ARDUINO UNO R3 AND RASPBERRY PI MODEL-BASED QUEUE SYSTEM USING PYTHON.
At an administrative services required a queuing system that can set the course of the service process in an orderly manner. The service system must be efficient both in terms of cost and use of space. Queuing system is built using the Arduino Uno R3, Raspberry Pi Model B and uses the Python programming language. Data communication between the Arduino with the Raspberry Pi using serial communication and work well for sending data from the Arduino to Raspberry Pi but less successful for sending data from the Raspberry Pi to the Arduino due to the elimination instance or method on the class. This queuing system has advantages at a low cost but have a deficiency in its scripting programming language.
Keyword : Arduino, Raspberry Pi, Python
PENDAHULUAN
Sistem antrian diterapkan dalam layanan administratif di suatu lokasi dengan jumlah pengguna layanan lebih banyak dibandingkan dengan jumlah petugas yang melayani. Sistem antrian didasarkan pada suatu tata urutan tertentu yang baku dimana suatu tahap hanya boleh dijalani bila tahap sebelumnya sudah ditempuh. Contoh: Seorang pengantri tidak boleh mengantri bila belum mengambil nomor antrian.
Untuk mempermudah pengaturan sistem antrian, maka digunakan sistem elektronik terdiri dari beberapa perangkat elektronik yang
saling terhubung. Sistem elektronik tersebut bekerja berdasarkan tata urutan atau prosedur di dalam sistem antrian.Ada pun perangkat elektronika yang dibutuhkan dalam sistem tersebut dan fungsi masing-masingnya pada umumnya adalah seperti dalam Tabel 1.
Dengan mengkaji kembali sistem antrian yang sudah ada, terdapat beberapa permasalahan yang patut dicermati:
• Penggunaan seperangkat PC untuk sistem antrian (meliputi keyboard, mouse, monitor, sistem komputer dan sebagainya) adalah kurang efisien dalam segi biaya maupun penggunaan ruang. Perangkat tersebut semestinya lebih berdaya guna untuk
mengerjakan tugas-tugas administratif atau menyelesaikan tugas komputasi yang lebih kompleks.
• Aplikasi antrian yang berfungsi untuk menampilkan informasi antrian, umumnya dibangun menggunakan perangkat lunak pemrograman proprietary (seperti MS Visual Basic, Borland Delphi dan semacamnya) dengan biaya lisensi yang tinggi untuk dapat digunakan secara legal. • Pencetakan nomor antrian menggunakan
printer menimbulkan isu kurang ramah lingkungan (eco-friendly). Meskipun secara fisik kertas tersebut berukuran kecil dan dicetak tidak menggunakan tinta, namun dengan akumulasi antrian per hari, hal ini akan menimbulkan tumpukan kertas sekali pakai di suatu saat kelak.
Tabel. 1. Tabel 1. Perangkat Elektronik untuk Sistem Antrian
No. Perangkat Jumlah Fungsi/Deskripsi
1. Rangkaian Mikropengend
ali
1 set Mengatur interaksi perangkat masukan
dan keluaran 2. PC dan Aplikasi
Antrian 1 set program untuk Menjalankan menampilkan informasi antrian 3. Monitor Sesuai
kebutuhan informasi antrian ke Menayangkan pengantri 4. Speaker Sesuai
kebutuhan informasi audio ke Memberikan pengantri 5. Saklar (Loket) Sesuai
jumlah loket
Saklar ini ditekan oleh petugas layanan yang menandakan pergantian layanan dari satu pengantri
ke berikutnya 6. Saklar
(Pengunjung) Sesuai jenis layanan Saklar ini ditekan oleh pengunjung yang akan mengantri untuk mencetak nomor antrian sesuai jenis
layanan yang dikehendaki 7. Printer 1 unit Mencetak nomor
antrian
Salah satu solusi yang dapat ditawarkan untuk sistem antrian tersebut adalah dengan menggunakan Arduino Uno R3 (Arduino) dan Raspberry Pi Model B (Raspberry). Aplikasi antrian dapat dibangun melalui Python IDE. Arduino bertugas untuk mengatur interaksi perangkat masukan (saklar) dan komunikasi serial menuju Raspberry. Sedangkan Raspberry
itu sendiri (yang menjalankan sistem operasi Raspbian) berfungsi untuk menerima data antrian dari Arduino dan menayangkan informasi antrian ke layar monitor atau TV. Python IDE yang berjalan di atas sistem operasi Raspbian, digunakan untuk membangun aplikasi antrian yang berfungsi untuk memberikan informasi visual tentang urutan antrian kepada para pengantri. Seluruh perangkat keras dan perangkat lunak yang digunakan dalam sistem antrian tersebut adalah berlisensi Open Source. Sehingga hal ini tidak memunculkan isu legalitas dan mengurangi biaya keseluruhan dalam rancang bangun sistem.
Raspberry Pi
Raspberry Pi adalah sebuah komputer mini (Single Board Computer) yang dikembangkan oleh Raspberry Pi Foundation. Raspberry Pi menggunakan sistem operasi berbasis Linux dilengkapi dengan prosesor berarsitektur ARM dengan clock 700 MHz dan RAM 512 MB serta dilengkapi dengan dua port USB dan sebuah pengendali Ethernet[2]. Komputer seharga $35 tersebut selain digunakan untuk keperluan komputasi umum (seperti aplikasi pengolah kata, lembar sebar dan permainan) juga dapat difungsikan sebagai media pembelajaran pemrograman dan perancangan proyek elektronika. Raspberry Pi memiliki fleksibilitas dalam hal pemilihan bahasa pemrograman dan perangkat lunak yang dapat di-install[1].
Gambar. 1. Tampilan Raspberry Pi Model B Pada umumnya Raspberry Pi menggunakan Raspbian sebagai sistem operasinya. Kendati pun demikian, paket instalasi NOOBS (New Out of Box Software) menyediakan beberapa alternatif, seperti
Pidora, RISC OS, RaspBMC, Arch dan OpenELEC. Meski belum didukung secara resmi, beberapa versi Android juga dilaporkan telah dapat berjalan di atas Raspberry Pi.
Tabel. 2. Spesifikasi Teknis Raspberry Pi Model B
No. Komponen Spesifikasi
1. System on a Chip Broadcom BCM2835 CPU 700 MHz ARM1176JFZ-S core GPU Broadcom VideoCore IV,
OpenGLES 2.0. Memori (SDRAM) 512 MB 2. Media
Penyimpan SD Card Slot (belakang) 3. Port USB 2 buah 4. Port Ethernet/RJ
45 1 buah
5. Konektor HDMI 1 buah
6. LED Status 5 buah (ACT, PMR, FDX, LNK, 100)
7. Keluaran Audio
Analog 3.5 mm 1 buah 8. Keluaran Video
Komposit RCA 1 buah 9. Masukan Daya microUSB 5 V 700 mA (3,5 W) 10. General Purpose
Input and Output (GPIO) 26 pin 11. Konektor Display Serial Interface (DSI) 1 buah 12. Konektor Camera Serial Interface (CSI) 1 buah Raspbian
Raspbian adalah sistem operasi yang ditujukan khusus untuk Raspberry Pi dan merupakan distro Linux turunan dari Debian versi Wheezy Armhf. Derivasi dari Debian tersebut memang diperlukan karena Debian standarnya hanya mendukung arsitektur prosesor ARM versi 7 ke atas, sementara Raspberry Pi sendiri masih menggunakan ARM versi 6. Raspbian dibangun dan dikelola oleh komunitas pengguna Raspberry Pi meski tidak berafiliasi terhadap pencipta komputer mini tersebut.
Setelah melewati tahapan instalasi Raspbian, pengguna biasanya dihadapkan pada aplikasi raspi-config yang berfungsi untuk melakukan pengaturan dari filesystem, pilihan untuk langsung booting ke desktop, zona waktu, hingga konfigurasi yang lebih rumit lainnya.
Raspbian memiliki repositori perangkat lunak sejumlah ribuan aplikasi yang terbagi ke dalam 51 kategori. Instalasi perangkat lunak
dapat dilakukan melalui LXTerminal, dengan mengetikkan perintah:
sudo apt-get install <nama paket aplikasi>
Gambar. 2. Sistem Operasi Raspbian pada Raspberry Pi
Arduino
Arduino adalah platform komputasi open
source yang terdiri dari perangkat keras berupa
papan Arduino dan perangkat lunak pemrograman, Arduino IDE. Salah satu jenis papan Arduino yang banyak digunakan adalah Arduino Uno R3 (Revision 3). Papan ini menggunakan mikropengendali ATmega328 sebagai pemroses utama, ATmega16U untuk komunikasi serial dan memiliki maksimum frekuensi operasi 20 MHz[3]. Catu daya rangkaian diperoleh dari konektor DC atau kabel USB yang juga berfungsi sebagai konektor terhadap PC untuk pengunduhan program ke mikropengendali.
Tabel. 3. Spesifikasi Teknis Arduino UNO R3
No. Komponen/Parameter Spesifikasi
1. Mikropengendali ATmega328 2. Pengendali Komunikasi Serial ATmega16U 3. Tegangan Operasi 5 V 4. Tegangan Masukan (disarankan) 7 – 12 V 5. Tegangan Masukan (ambang
batas) 6 – 20 V 6. Jumlah Pin I/O Digital 14 (6 diantaranya
menyedia-kan keluaran PWM) 7. Jumlah Pin Masukan Analog 6 8. Arus DC per pin I/O 40 mA 9. Arus DC untuk pin 3,3 V 50 mA 10. Kapasitas Memori Flash 32 KB (dari
ATmega328), 512 Byte sudah terpakai untuk
bootloader)
11. Kapasitas SRAM 2 KB (dari ATmega328) 12. Kapasitas EEPROM 1 KB (dari
ATmega328) 13. Frekuensi Sistem (Clock) 16 MHz
Lingkungan pemrograman Arduino menggunakan perangkat lunak Arduino IDE (Integrated Development Environment) yang dibuat berbasiskan antarmuka Processing. Bahasa pemrograman Arduino yang digunakan mengambil sintaks dasar dari C++. Program yang ditulis menggunakan perangkat lunak tersebut dinamakan sketsa atau sketch, berekstensi PDE atau INO (untuk versi Arduino IDE yang lebih baru). Arduino UNO merupakan sebuah mikrokontroller berbasis ATMega328 dan memiliki kecepatan clock sebesar 16 MHz.
Gambar. 3. Tampilan Arduino UNO R3
Komunikasi Serial
Dalam komunikasi antara Raspberry Pi dengan arduino digunakan komunikasi serial karena sudah tersedia pada Raspberry Pi dan Arduino sehingga bisa menghemat biaya pengeluaran. Komunikasi serial pada Raspberry Pi bisa menggunakan pin serial yang tersedia maupun darikomunikasi USB serial. Dalam alat ini menggunakan komunikasi USB serial sehingga cukup menggunakan kabel USB A to B seperti kabel pada printer sehingga membuat pengkabelan lebih sederhana dan lebih rapi.
LCD Keypad Shield
LCD keypad shield dikembangkan agar kompatibel dengan papan Arduino. Bagian LCD keypad shield meliputi sebuah LCD 1602 dengan cahaya belakang berwarna biru dan karakter berwarna putih dan 5 buah tombol (pilih, kanan, kiri, atas dan bawah).
Gambar. 4. Tampilan LCD keypad shield
Python
Python banyak digunakan untuk keperluan umum yang merupakan bahasa pemrograman tingkat tinggi.Filosofi desain menekankan pembacaan kode, dan sintaks yang memungkinkan programmer untuk mengekspresikan konsep dalam sedikit baris kode daripada yang mungkin dalam bahasa seperti C. Python menyediakan konstruksi dimaksudkan agar program yang jelas pada kedua skala kecil dan besar.
Python mendukung beberapa paradigma pemrograman, termasuk object oriented programming dan imperatif pemrograman fungsional atau gaya prosedural. Ini fitur sistem tipe dinamis dan manajemen memori otomatis dan memiliki library standar yang besar dan komprehensif.
Seperti bahasa dinamis lainnya, Python sering digunakan sebagai bahasa scripting, tetapi juga digunakan dalam berbagai konteks non - scripting. Menggunakan pihak ketiga sebagai alat, kode Python dapat dikemas ke dalam program executable mandiri (seperti py2exe, atau PyInstaller Interpreter Python yang tersedia untuk berbagai sistem operasi.
PERANCANGAN Blok Diagram
Gambar. 5. Diagram sistem antrian Secara garis besar, bagian-bagian sistem dapat dijelaskan sebagai berikut: Bagian mahasiswa yang terdiri dari wireless mouse
keyboard. Loket 1 dan loket 2 yang terletak
pada staf pelayanan, terdiri atas masing-masing 2 tombol yang terhubung dengan Arduino. Arduino dibuat untuk dapat berkomunikasi secara serial dengan Raspberry Pi (berada di bagian penampil) menggunakan komunikasi serial. Bagian display yang berupa TV sebagai penampil yang akan menampilkan apa yang sudah dibuat menggunakan program Python pada Raspberry Pi. Bagian LCD Keypad Shield
Mahasiswa Raspberry Pi
Loket 1
Loket 2
Display
yang memberikan informasi jumlah pengantri kepada staf pelayanan loket. Sedangkan Raspberry Pi dan arduino berfungsi memproses data dari dan ke bagian yang lain melalui komunikasi serial.
Mahasiswa memilih (S1 atau S2) dan mengetik nama dan NIM melalui keyboard. Informasi tersebut akan diterima pada Raspberry Pi dan akan ditampilkan pada daftar antrian di bagian penampil. Jika salah satu loket (loket 1 atau loket 2) menekan tombol, maka arduino dimana loket tersebut menekan tombol (arduino sudah dikenali) akan mengirimkan informasi ke Raspberry Pi, untuk selanjutnya Raspberry Pi akan memindah nama mahasiswa tersebut dari daftar antrian ke text box loket dimana staf pada loket tersebut menekan tombol. Saat yang sama Raspberry Pi juga akan mengirimkan informasi ke Arduino. Bila operator menekan tombol A berarti mahasiswa S1 masuk Loket 1 tapi bila menekan tombol B maka mahasiswa S1 masuk Loket 2, sedangkan tombol C maka mahasiswa S2 masuk ke Loket 1 sedangkan tombol D maka mahasiswa S2 masuk pada Loket 2.
Algoritma Pada Raspberry Pi
Berikut adalah algoritma pada Raspberry Pi:
1. Mulai
2. Inisialisasi com dan baudrate untuk komunikasi serial
3. Buat frame program utama
4. Buat panel, field text , tombol, list box dan teks keterangan serta muat logo pada program utama
5. Isi field nama dan field NIM serta pilih jenjang
6. Tambahkan nama dan NIM ke list box sesuai dengan jenjang yang dipilih 7. Kirim data ke Arduino berupa jumlah
antrian
8. Ulangi langkah 5,6 dan 7 untuk antrian baru
9. Menunggu data dari Arduino
10. Menuliskan nama dan NIM pengantri pada panel loket yang berkaitan
11. Update daftar pada list box
12. Kirim data ke Arduino berupa update jumlah antrian
13. Ulangi langkah 9,10,11,12 dan 12 untuk layanan baru
14. Selesai
Algoritma Pada Arduino
Berikut adalah algoritma pada Arduino: 1. Mulai
2. Inisialisasi LCD keypad shield
3. Inisialisasi baudrate untuk komunikasi serial
4. Inisialisasi pin sebagai input
5. Menunggu data dari Arduino berupa jumlah antrian
6. Mengirim data ke Raspberry Pi sesuai dengan tombol yang ditekan berupa keterangan loket yang akan melayani pengantri
7. Ulangi langkah 5 dan 6 untuk layanan baru
8. Selesai
Flowchart Sistem Antrian
Gambar. 6. Flowchart sistem antrian
Perangkat lunak
Penulisan program pada Raspberyy PI menggunakan perangkat lunak IDLE33 dalam bahasa pemrograman Python. Penulisan masih menggunakan scripting menyesuaikan kemampuan clock dari Raspberry Pi yang hanya 700 MHz dan memori yang tersisa dari media penyimpanan.
Gambar. 7. Tampilan perangkat lunak sistem antrian
Tabel. 4. Keterangan tampilan perangkat lunak sistem antrian
No. Label Keterangan
1. tbl1a tombol 1A untuk debugging loket 1 antrian S1
2. tbl1b tombol 1B untuk debugging loket 1 antrian S2
3. tbl2a tombol 2A untuk debugging loket 2 antrian S1
4. tbl2b tombol 2B untuk debugging loket 2 antrian S2
5. field1 Tempat masukan nama 6. field2 Tempat masukan NIM 7. rb1 Pilihan jenjang S1 8. rb2 Pilihan jenjang S2 9. tbl1 Tombol input dan antri 10. lb1 Daftar antrian jenjang S1 11. lb2 Daftar antrian jenjang S2
Penulisan program pada perangkat keras Arduino menggunakan program bawaan dari Arduino sendiri dengan versi 1.0.5. Isi dari program Arduino antara lain adalah inisialisasi LCD Key Shield, inisialisasi kaki atau pin 15,16,17 dan 18 sebagai input yang terhubung dengan tombol push button, mengirim data kepada Raspberry Pi sesuai dengan tombol yang ditekan serta mengirim tampilan kepada LCD
Key Shield.
PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN
Pada perangkat lunak sistem antrian, mahasiswa memasukkan nama, NIM dan jenjang pada field yang telah disediakan kemudian mahasiswa akan mengantri sesuai dengan urutannya. Antrian disesuaikan dengan jenjang pendidikan yang ditempuh oleh mahasiswa, antrian S1 untuk mahasiswa S1 dan antrian S2 untuk mahasiswa S2. Ketika user memasukkan data antrian, data dikirimkan ke arduino (loket) secara serial (pada aplikasi ini proses transfer data dilakukan secara serial). Arduino kemudian menampilkan data berupa
jumlah antrian untuk S1 dan S2 pada LCD Key
Shield yang digunakan oleh staf loket untuk
menentukan pelayanan selanjutnya. Pelayanan terdiri dari dua loket yaitu Loket 1 dan Loket 2 yang secara default loket 1 melayani mahasiswa S1 dan loket 2 melayani mahasiswa S2. Tetapi untuk kasus tertentu misal antrian S1 kosong dan antrian S2 masih ada, maka loket I dapat membantu dengan memberikan pelayanan kepada mahasiswa S2 begitu juga sebaliknya jika antrian S2 kosong dan antrian S1 masih ada, maka loket II dapat membantu dengan memberikan pelayanan kepada mahasiswa S1.
Gambar. 8. Wiring Arduino, LCD Key Shield dengan tombol push button
Gambar. 9. Tampilan perangkat lunak sistem antrian ketika mengisi field nama dan
mahasiswa
Untuk menentukan mahasiswa jenjang apa yang akan dilayani oleh loket mana, staf loket menekan tombol pada sistem. Terdapat empat tombol pada loket yaitu tombol loket 1 pelayanan S1, tombol loket 1 pelayanan S2, tombol loket 2 pelayanan S1 dan tombol loket 2 pelayanan S2. Ketika staf loket menekan salah satu tombol, arduino akan mengirimkan data ke Raspberry Pi berupa karakter. Pada proses
transfer data ini berhasil, arduino dapat mengirimkan data dan raspi dapat menerima data dengan baik. Tetapi kemudian Raspberry Pi tidak dapat memproses langkah selanjutnya. Seharusnya Raspberry Pi memproses data yang dikirimkan arduino untuk menentukan pelayanan. Python pada Raspberry Pi tidak dapat melakukan akses class pada inisialisasi program. Ada pesan kesalahan bahwa instance atau method yang terdapat pada class sudah dihapus (destroy).
Gambar. 10. Tampilan perangkat lunak sistem antrian ketika sudah ada daftar antrian
pada jenjang S1 dan jenjang S2
Gambar. 11. Tampilan LCD Key Shield ketika belum ada antrian
Gambar. 12. Tampilan LCD Key Shield ketika sudah ada antrian
KESIMPULAN
Dari kegiatan pembuatan sistem antrian ini dapat dapat diambil beberapa kesimpulan, dijelaskan sebagai berikut. Pengiriman data secara serial dari Arduino ke Raspberry Pi dapat berhasil dengan baik, tetapi untuk pengiriman data sebaliknya dari Raspberry Pi ke Arduino masih mengalami kegagalan karena adanya
instance atau method yang pada class yang
sudah dihapus (destroy). Kelebihan sistem aplikasi ini adalah biaya yang lebih minimum karena cukup menggunakan komunikasi serial untuk menghubungkan antara dua alat yaitu Raspberry Pi dan arduino dibandingkan jika menggunakan komunikasi dengan LAN karena harus menggunakan ethernet card dan menggunakan bahasa pemrograman Python yang open source. Kelemahan pada aplikasi ini terletak pada penulisan program yang masih menggunakan scripting. Namun, hal tersebut dapat dimaklumi karena kemampuan clock dari Raspberry Pi yang hanya 700 MHz memori yang tersisa pada media penyimpanan.
DAFTAR PUSTAKA Buku:
1. Jaseman, "The Pioneers," The MagPi, pp. 7-8, May 2012.
Jurnal:
2. L. Garber, "UK Teams Build Supercomputer For $4050," IEEE Intelligent Systems, p. 19, November 2012. 3. A. R. Krishna, G. S. Bala, A. Sastry, B. B. Sarma and G. S. Alia, "Design And Implementation of A Robotic Arm Based On Haptic Technology," International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA), vol. 2, no. 3, pp. 3098-3103,2012.
Website:
4. http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardUn o/(diunduh tanggal 30 Desember 2013) 5.
http://tokobuku.com/2011/07/Arduino-Pengenalan/ (diunduh tanggal 30 Desember 2013)
6. http://www.wiznet.co.kr(diunduh tanggal 30 Desember 2013)
TANYA JAWAB Pertanyaan
1. Apakah tidak takut adanya rahasia Negara terungkap dengan adanya teknologi informasi? (Dwi Priyantoro) 2. Apakah penulisan program dapat
diganti selain python? (Vita)
Jawaban
1. Setiap masalah atau solusi pasti terdapat sisi positif dan negative.
2. Penulisan program dapat diganti, pemilihan bahasa pemrograman python dipilih karena sifatnya open source (gratis).
