BAB III PERANCANGAN ALAT

3.1 Diagram Blok Sistem

Diagram blok sistem ini menggambarkan secara garis besar bagaimana Internet of Things Gateway bekerja. Ada 3 bagian utama dalam sistem ini. Yang pertama adalah aplikasi pada smartphone yang dibangun sebagai antarmuka kontrol antara manusia dengan piranti yang akan dikontrol, dalam hal ini Arduino YUN. Aplikasi dibangun dengan memanfaatkan widget-widget yang telah disediakan oleh Blynk App.

Bagian kedua adalah Blynk Server. Ini adalah aplikasi cloud yang sudah disediakan oleh Tim Blynk. Data-data yang dikirimkan dari Blynk App akan diterima oleh Blynk Server. Data ini kemudian akan diteruskan ke mikrokontroller. Proses ini juga berlaku sebaliknya.

Bagian ketiga adalah Arduino YUN yang sudah ditanami dengan Blynk Library. Semua data yang terupdate pada Blynk Server akan dikirimkan ke Blynk Library dan kemudian diteruskan sesuai dengan desain yang sudah ditentukan.

Data-data ini bisa berupa kondisi pin fisik Digital atau Analog. Bisa juga data yang dilewatkan melalui Virtual Pin.

Protokol komunikasi yang digunakan baik antara Blynk App dengan

Blynk Server maupun Blynk Library dengan Blynk Server menggunakan protokol

websocket.

Gambar 1 Diagram Blok Sistem

3.2 Perancangan Perangkat Keras

Perangkat keras yang digunakan dalam tema tugas akhir ini disusun atas beberapa modul yang saling dihubungkan untuk menjalankan sebuah proses kerja system yang utuh dan menyeluruh. Modul paling utama yang digunakan adalah Arduino YUN. Modul-modul lainnya adalah modul sensor dan modul aktuator.

Untuk lebih jelasnya, masing-masing modul apa saja yang digunakan

dalam sistem ini dapat dilihat pada gambar di bawah ini dengan penjelasan yang

akan dijabarkan pada subbab selanjutnya.

Gambar 2 Blok Rangkaian IoT Gateway

3.2.1 Catu Daya (Power Supply)

Catu daya berfungsi untuk memberikan suplai tegangan kerja pada masing-masing rangkaian, sehingga setiap rangkaian/modul dapat bekerja sesuai dengan fungsi masing-masing komponen. Catu daya dipilih yang memiliki kemampuan untuk mensuplai arus yang cukup bagi kebutuhan Arduino YUN maupun modul-modul sensor. Modul-modul sensor mendapatkan tegangan suplai melalui konektor yang terhubung dengan Arduino YUN. Dengan demikian, tidak lagi diperlukan konektor antara sensor dengan catu daya.

Tegangan kerja yang diperlukan untuk Arduino YUN menggunakan

tegangan sebesar +5V melalui konektor micro-USB. Untuk memenuhi kebutuhan

catu daya ini, penulis menggunakan adaptor yang umum dijumpai pada saat membeli smartphone.

Gambar 3 Catu Daya +5V

3.2.2 Rangkaian Arduino YUN

Tidak terlalu banyak yang dilakukan pada sisi sistem operasi Open-WRT Arduino YUN. Hanya diperlukan beberapa konfigurasi pada sisi setting koneksi WiFi yakni mengisi user dan password akses point. Pada bagian ini, pembahasan akan lebih di titikberatkan pada antarmuka pin input dan output antara modul- modul sensor dan actuator dengan board Arduino YUN.

Untuk memudahkan koneksi antara pin input output pada board Arduino

YUN dengan modul sensor, ditambahkan sebuah board ekspansi yang berfungsi

untuk menyediakan konektor Grove 4 pin. Board yang digunakan adalah Groove

Base Shield produksi dari Seeedstudio.

Gambar 4 Rangkaian Arduino YUN dan Base Shield

Tabel 1 Pin Mapping

Pin IO Modul Status

D2 DHT11 Sensor Input/Output

D4 PIR Sensor Input

D5,D6 LED Output

D7,D8 Relay Output

3.2.3 Modul Pengendali Relay

Rangkaian pengendali relay digunakan sebagai saklar elektronik. Sistem pengontrolan berdasarkan output logika yang dikirim melalui pin Arduino YUN.

Jika logika 0 dikirimkan melalui pin output, maka relay tak akan bekerja dan

kontak tetap berada dalam kondisi terbuka atau dikenal dengan istilah NO

(Normally Open). Pada saat logika 1 dikirimkan, relay akan bekerja dan kontak

berada pada posisi tertutup.

Pada tugas akhir ini, rangkaian pengendali relay tidak dibuat sendiri oleh penulis, melainkan menggunakan modul yang telah jadi. Skematik rangkaian yang dipakai dalam modul ini mengacu pada gambar 11. Kontrol relai tidak secara langsung dikemudikan oleh pin output mikrokontroller, tetapi melalui sebuah transistor. Hal ini disebabkan oleh adanya batasan arus output maksimum yang dimiliki pin mikrokontroller. Jika batasan maksimum ini dilewati, mikrokontroller bisa rusak. Transistor menjadi buffer untuk mensuplai arus yang lebih besar bagi relay.

Pada titik-titik pin kumparan relay, seperti umumnya sifat induktor, ada sebuah kondisi yang dinamakan reverse voltage. Kondisi ini terjadi pada saat tegangan induksi berubah dari +v menuju 0v. Tegangan balik ini bisa merusak transistor. Untuk mengamankannya digunakan sebuah diode yang dipasang terbalik.

Dalam tugas akhir ini, keberadaan kontak relay tidak difungsikan untuk

menghubungkan apapun. Pada aplikasi umum, kontak relai ini bisa digunakan

untuk mengontrol pompa air, solenoid valve, ataupun perangkat lainnya.

1.2.4 Modul Sensor Suhu dan Kelembapan DHT-11

Modul DHT11 memiliki konektor 3-pin yang terdiri dari ground, data, dan VCC. Pin ground dihubungkan dengan ground, pin power dihubungkan dengan pin 5v, dan pin data dihubungkan dengan pin 2 Arduino YUN. Antara pin data dan VCC ditambahkan sebuah resistor pullup. Dalam modul yang dipakai oleh penulis, resistor pullup ini sudah disertakan.

Output yang dihasilkan pada pin data out merupakan baris data digital 40 bits, yang terdiri dari 16 bit data temperature, 16 bit data humidity dan 8 bit data paritas. Library DHT11 telah menyediakan fungsi-fungsi yang diperlukan untuk membaca dan menerjemahkan data-data yang diperlukan.

Diagram skematik untuk koneksi sensor DHT11 dengan Arduino YUN digambarkan dalam program fritzing seperti dibawah ini.

Gambar 6 Diagram skematik DHT11

3.2.5 Modul Sensor PIR

Modul sensor PIR memiliki konektor 3-pin pada sisi samping atau bawah.

Posisi pinout bisa berbeda-beda tergantung dari pabrikan pembuatnya. Satu pin digunakan untuk ground, pin yang lain merupakan sinyal yang merupakan output dari modul sensor PIR, dan satu pin yang lain lagi merupakan pin untuk catu daya.

Untuk tugas akhir ini, penulis menghubungkan pin output dari sensor PIR ke pin 4 Arduino YUN.

Tidak dibutuhkan komponen lain untuk menghubungkan sensor pir dengan pin input Arduino YUN mengingat output dari pin sensor ini sudah kompatibel.

Cukup dengan tiga buah kabel. Diagram skematik yang menggambarkan hubungan antar modul yang digunakan di tugas akhir ini digambarkan dengan program fritzing dibawah ini.

Gambar 7 Diagram skematik Sensor PIR

3.2.6 Rangkaian LED

Untuk membuat simulasi lampu dalam sebuah rumah, penulis menggunakan LED sebagai medianya. Ada tiga rangkaian LED yang digunakan dalam tugas akhir ini. Masing-masing mewakili tiga fitur yang akan disimulasikan, yakni: ON-OFF, Dimmer, dan Timer.

Pada ON-OFF, LED dikondisikan hanya berada pada dua kondisi, yakni hidup atau mati. Tidak lebih. Pada kondisi ON, LED mendapatkan tegangan positif sehingga LED mendapat bias maju. Pada saat kondisi OFF, tidak ada tegangan positif yang akan member bias maju pada LED yang mengakibatkan LED dalam kondisi mati.

Simulasi dimmer didapatkan dengan memanfaatkan sinyal PWM yang ada dibeberapa pin output mikrokontroller Arduino. Sinyal control merupakan sebuah nilai diantara 0 hingga 255. Nilai ini linier dengan lebar sinyal positif yang akan dikeluarkan oleh pin PWM. Jika diberikan nilai 0, tak ada lebar pulsa positif yang keluar dari pin PWM sehingga LED akan berada pada kondisi mati. Sebaliknya, jika diberikan nilai 255, pulsa PWM akan berada pada posisi aktif sepenuhnya, sehingga LED pada kondisi nyala terang. Kondisi terang redup LED bergantung pada lebar pulsa.

Diagram skematik rangkaian LED yang akan digunakan dalam karya tulis

ini digambarkan dengan menggunakan program fritzing seperti dibawah ini.

Gambar 8 Diagram skematik rangkaian LED

3.2.7 Rangkaian Secara Keseluruhan

Berikut ini adalah gambar rangkaian secara keseluruhan modul.

Gambar 9 Skematik rangkaian keseluruhan

3.3 Perancangan Perangkat Lunak

Pada sub bab ini akan akan membahas tentang perancangan perangkat lunak (software). Perancangan meliputi perancangan kode program untuk perangkat lunak pada sisi mikrokontroller Arduino YUN untuk melakukan beberapa hal seperti deteksi gerakan menggunakan sensor passive infrared sensor (PIR), deteksi suhu dan kelembapan, pengontrolan relay, pengontrolan led serta proses konfigurasi sistem. Perancangan perangkat lunak juga dilakukan pada sisi smartphone dengan menggunakan aplikasi Blynk.

Pembahasan lebih lengkap masing-masing proses perancangan perangkat lunak tersebut akan dibahas pada masing-masing subbab berikut:

3.3.1 Perancangan Sketch Arduino Yun

Kode-kode program yang akan ditanam dalam mikrokontroller Arduino disebut sebagai sketch. Proses perancangan perangkat lunak untuk sisi mikrokontroller Arduino YUN ini menggunakan bantuan Arduino IDE. Penulis menggunakan Arduino IDE versi 1.6.5.

Dalam melakukan perancangan perangkat lunak diperlukan beberapa

library. Dalam hal ini penulis tidak membuat library sendiri melainkan

memanfaatkan beberapa library yang sudah tersedia dan dapat digunakan untuk

kebutuhan system yang akan dibuat. Beberapa library yang dibutuhkan antara

lain:

 Bridge.h : Library ini berfungsi sebagai jembatan komunikasi antara OpenWrt linux dengan mikrokontroller ATmega 32u4 melalui port Serial. Library Bridge.h sudah tersedia dalam paket default Arduino IDE.

 BlynkSimpleYun.h : Merupakan library Blynk yang memuat berbagai fungsi untuk melakukan konfigurasi, menjembatani komunikasi dengan protocol yang digunakan oleh Blynk Server.

Blynk Library bisa didapatkan dengan diunduh melalui link https://github.com/blynkkk/blynk-

library/releases/download/v0.4.0/Blynk_Release_v0.4.0.zip. Ada 5 library yang tersedia dalam paket ini. Library-library ini kemudian disalin secara manual kedalam folder ~\Arduino\libraries\. Beberapa library ini antara lain:

~\Arduino\libraries\Blynk

~\Arduino\libraries\BlynkESP8266_Lib

~\Arduino\libraries\Adafruit_NeoPixel

~\Arduino\libraries\SimpleTimer

~\Arduino\libraries\Time

 SimpleTimer.h : Library ini digunakan untuk menyetel interval pewaktuan pemanggilan fungsi. Satu paket dengan library Blynk.

Dalam perancangan sketch Arduino, prosedur penulisan terdiri dari

beberapa blok. Urutan blok-blok ini sebagian harus tunduk pada ketentuan-

ketentuan tertentu dan sebagian yang lain bisa bebas.

A. Memuat dan memanggil Library: Proses pemuatan dan pemanggilan library yang diperlukan dilakukan pada bagian awal penulisan sketch. Hal ini untuk memastikan semua fungsi yang berhubungan dan diperlukan telah dimuat.

#include <Bridge.h>

#include <BlynkSimpleYun.h>

#include <SimpleTimer.h>

#include <DHT.h>

B. Mendefinisikan variabel

#define DHTPIN 2 // Mendefinisikan pin yang akan digunakan untuk sensor DHT11

#define DHTTYPE DHT11 // Mendefinisikan tipe sensor yang digunakan

C. Mendeklarasikan dan inisialisasi variabel

// Auth Token yang didapatkan pada saat memabangun antarmuka di Blynk App.

// Lihat di Project Setting.

char auth[] = "b554aad7219d4f4f8b6daaae9c6e43af";

int pirPin = 4; // Deklarasi dan inisialisasi pin untuk sensor PIR

int pirState = LOW; // Deklarasi dan inisialisasi kondisi sensor PIR

int val = 0; // Deklarasi dan inisialisasi variabel val

// Deklarasi dan inisialisasi variabel-variabel untuk simulasi siklus air bersih

int jumlahAirTorn = 0, batasBawah = 0, batasAtas = 250, statusPompa = 0, statusKranDepan = 0, statusKranBelakang

= 0;

WidgetLED pir(V1); // Deklarasi dan registrasi pin virtual V1 sebagai WidgetLED

WidgetLCD lcd(V2); // Deklarasi dan registrasi pin virtual V2 sebagai WidgetLCD

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

SimpleTimer timer;

D. Fungsi untuk membaca dan mengirimkan data dari sensor suhu dan kelembapan DHT11 ke Blynk Server.

void sendSensor() {

float h = dht.readHumidity();

float t = dht.readTemperature();

if (isnan(h) || isnan(t)) {

Serial.println("Pembacaan sensor gagal!");

return;

}

Blynk.virtualWrite(V5, h);

Blynk.virtualWrite(V6, t);

}

E. Fungsi untuk membaca kondisi sensor PIR dan mengirim peringatan ke WidgetLCD di Blynk App melalui Blynk Server.

void sensorPir() {

val = digitalRead(pirPin);

pir.on();

pirState = HIGH;

sendWarning();

} } else {

if (pirState == HIGH) { pir.off();

lcd.clear();

pirState = LOW;

} } }

void sendWarning() {

lcd.clear();

lcd.print(4,0,"ADA TAMU");

lcd.print(2,1,"PINTU DEPAN");

}

F. Selain fungsi-fungsi yang berhubungan dengan pin input output secara langsung, yakni yang menggunakan sensor, penulis juga membuat sebuah simulasi yang berhubungan dengan kerja penggunaan air bersih dalam sebuah rumah. Fungsi-fungsi ini dibuat dengan memanfaatkan pin-pin virtual.

void isiTorn() {

// Fungsi ini digunakan untuk mengisi air bersih ke

torn setiap 1 detik.

// dengan kapasitas maksimal 250 liter.

if ((jumlahAirTorn < batasAtas) && (statusPompa == 1)) jumlahAirTorn = jumlahAirTorn + 5;

if (jumlahAirTorn <= batasBawah) {

statusPompa = 1;

Blynk.virtualWrite(V13, "POMPA ON");

}

if (jumlahAirTorn >= batasAtas) {

statusPompa = 0;

Blynk.virtualWrite(V13, "POMPA OFF");

} }

void siramTaman() {

if ((statusKranDepan == 1) || (statusKranBelakang ==

1))

jumlahAirTorn = jumlahAirTorn - statusKranDepan - statusKranBelakang;

}

BLYNK_READ(V10) {

Blynk.virtualWrite(V10, jumlahAirTorn);

}

batasAtas = param.asInt();

}

BLYNK_WRITE(V12) {

batasBawah = param.asInt();

}

BLYNK_WRITE(V14) {

statusKranDepan = param.asInt();

}

BLYNK_WRITE(V15) {

statusKranBelakang = param.asInt();

}

G. Melakukan persiapan dan penyetelan untuk mikrokontroller void setup()

{

Serial.begin(9600); // Memonitor status di Serial Monitor

pinMode(pirPin, INPUT);

Blynk.begin(auth);

dht.begin();

// Melakukan setup fungsi yang akan dipanggil setiap 1 detik

timer.setInterval(1000L, sendSensor);

timer.setInterval(1000L, sensorPir);

timer.setInterval(1000L, isiTorn);

timer.setInterval(1000L, siramTaman);

}

H. Membuat kode program yang akan di looping terus menerus pada mikrokontroller.

void loop() {

Blynk.run(); // Menjalankan Blynk timer.run(); //Menjalankan Timer }

I.

1.3.2 Perancangan Aplikasi Dashboard IoT

Pembuatan aplikasi dashboard IoT dilakukan dengan menginstall aplikasi Blynk pada smartphone. Aplikasi ini tersedia baik untuk platform iOS maupun Android. Dalam hal ini, penulis menggunakan aplikasi yang ada pada platform iOS dengan smartphone iPhone4. Instalasi Blynk dilakukan melalui aplikasi App Store yang ada pada iPhone4.

Setelah aplikasi terinstall dengan baik dan lancar, hal pertama kali yang

akan diminta adalah membuat account baru. Username dan password digunakan

untuk login ke aplikasi Blynk. Setelah login berhasil, maka pembuatan dashboard

internet of things siap dilakukan.

Gambar 10 Create New Account

Gambar 11 Create New Project

Untuk mengakomodir semua kebutuhan kontrol sebuah rumah pintar,

dibutuhkan banyak widget untuk berbagai macam piranti seperti lampu, sensor

deteksi keamanan, pompa, dan sensor-sensor lain yang mungkin diperlukan. Salah

satu kelebihan aplikasi Blynk adalah adanya widget Tabs yang bisa digunakan

untuk mengakomodir kebutuhan tersebut.

 Mulai membuat proyek baru.

Untuk memulai pembuatan dashboard dilakukan dengan melalui menu “Create New Project” dan mengisi parameter-parameter yang diperlukan sesuai dengan piranti yang akan digunakan.

Gambar 12 Setting New Project

 Membuat Tabs

Salah satu fitur yang menarik dari aplikasi Blynk adalah kemampuannya untuk mensiasati keterbatasan ukuran layar pada smartphone dengan mengelompokkan berbagai macam widget control menurut kategori yang diinginkan. Dalam tugas akhir ini, penulis mengelompokkan kontrol-kontrol ini menjadi tiga, yakni:

lingkungan, lampu dan keamanan, serta air bersih.

Gambar 13 Membuat Tabs

 Mengisi Tab LINGKUNGAN

Tab lingkungan diisi dengan berbagai macam widget yang digunakan untuk

menampilkan data-data yang dihasilkan oleh sensor suhu dan kelembapan

DHT11. Seperti yang ditunjukkan pada gambar 29. Widget yang digunakan dalam

Tab ini adalah Gauge untuk menampilkan informasi suhu dan kelembapan, serta

History Graph untuk menampilkan data suhu dan kelembapan dalam bentuk

history, nilai-nilai sebelumnya yang tercatat.

Gambar 14 Display Tab Lingkungan

Proses pembuatan masing-masing widget pada tab LINGKUNGAN ini dijelaskan masing-masing sebagai berikut:

Gambar 15 Temperature Gauge

Pada gauge value diisi dengan nama label Temperature. Untuk PIN diisi dengan pin virtual V6. Nilai batas bawah dan batas atas ditetapkan pada nilai 0 dan 100. Frekuensi refresh tetap pada nilai default 1 detik.

Gambar 16 Humidity Gauge

Pada gauge value diisi dengan nama label Humidity. Untuk PIN diisi

dengan pin virtual V5. Nilai batas bawah dan batas atas ditetapkan pada nilai 0

dan 100. Frekuensi refresh tetap pada nilai default 1 detik.

Gambar 17 History Graph

Untuk History Graph, pin diisi dengan V6 dan labelnya diisi dengan Temperature.

Untuk pin V5, labelnya diisi dengan Humidity. Legenda ditaruh pada posisi on.

 Mengisi Tab LAMPU DAN KEAMANAN

Tab LAMPU dan KEMANAN diisi dengan kelompok widget yang digunakan untuk mengontrol kondisi lampu dan informasi yang berasal dari sensor PIR.

Widget-widget yang digunakan dalam tab ini antara lain: lcd, slider, timer, dan

button. Gambar 33 menunjukkan letak masing-masing widget pada tab ini.

Gambar 18 Tab Lampu dan Keamanan

Proses pembuatan masing-masing widget pada tab LAMPU DAN KEAMANAN ini dijelaskan masing-masing sebagai berikut:

Gambar 19 Setting LCD widget

Pada LCD setting, posisi ditaruh pada advanced, pin menggunakan pin

virtual V2. Warna teks dan layar dibiarkan default.

Gambar 20 Setting slider lampu

Label pada slider diisi dengan K. DEPAN untuk menggambarkan posisi kamar depan. Pin menggunakan pin D5. Nilai batas bawah dan batas atas merupakan nilai pwm. Diset pada posisi 0 dan 255. Nilai dikirim saat posisi sentuhan lepas.

Gambar 21 Setting timer lampu

Label pada timer diisi dengan lampu. Pin menggunakan pin D8. Nilai-nilai waktu on dan off diset pada field start dan stop.

Gambar 22 Button setting

Label pada button diisi dengan K. BELAKANG. Pin menggunakan pin D6.

Mode dipilih switch. Label status yang ingin ditampilkan menggunakan on-off.

 Mengisi Tab AIR BERSIH

Tab AIR BERSIH diisi dengan kelompok widget yang digunakan untuk

mensimulasikan siklus pengosongan dan pengisian tangki air bersih. Gambar 38

menunjukkan letak masing-masing widget pada tab ini

Gambar 23 Tab Air Bersih

Proses pembuatan masing-masing widget pada tab AIR BERSIH ini dijelaskan masing-masing sebagai berikut:

Gambar 24 Slider batas atas pengisian

Label pada slider diisi dengan BATAS ATAS PENGISIAN. Pin

menggunakan pin virtual V11. Nilai batas bawah dan batas atas merupakan nilai

Gambar 25 Slider batas bawah pengisian

Label pada slider diisi dengan BATAS BAWAH PENGISIAN. Pin menggunakan pin virtual V12. Nilai batas bawah dan batas atas merupakan nilai pwm. Diset pada posisi 0 dan 255. Nilai dikirim saat posisi sentuhan lepas.

Gambar 26 Gauge tangki air

Pada gauge value diisi dengan nama label TANGKI AIR. Untuk PIN diisi dengan pin virtual V10. Nilai batas bawah dan batas atas ditetapkan pada nilai 0 dan 250. Frekuensi refresh tetap pada nilai default 1 detik.

Gambar 27 Label status pompa

Label diberi nama STATUS. Untuk PIN diisi dengan pin virtual V13.

Nilai batas bawah dan batas atas ditetapkan pada nilai 0 dan 1023. Label /pin/

menunjukkan nilai akan ditampilkan apa adanya tanpa format sebagaimana yang

dikirimkan oleh mikrokontroller.

Gambar 28 Kran taman depan

Label pada button diisi dengan TAMAN DPN. Pin menggunakan pin virtual V14. Mode dipilih switch. Label status yang ingin ditampilkan menggunakan on-off.

Gambar 29 Kran taman depan

Label pada button diisi dengan TAMAN BLK. Pin menggunakan pin virtual V15. Mode dipilih switch. Label status yang ingin ditampilkan menggunakan on-off.

Tabel 3 berikut ini menggambarkan status dari setiap widget yang ada pada tab air bersih dalam waktu 10 detik dengan asumsi mengabaikan waktu tunda kondisi jaringan internet.

Tabel 2 Status widget air bersih WAKTU

(detik) KRAN TAMAN

DEPAN

KRAN TAMAN BELAKANG

STATUS

POMPA VOLUME

TANGKI BATAS

BAWAH BATAS ATAS

1 OFF OFF OFF 250 240 250

2 ON OFF OFF 249 240 250

3 ON OFF OFF 248 240 250

4 ON ON OFF 246 240 250

5 ON ON OFF 244 240 250

6 ON ON OFF 242 240 250

7 ON ON ON 240 240 250

8 ON ON ON 245 240 250

9 OFF OFF ON 250 240 250

10 OFF OFF OFF 250 240 250