RANCANG BANGUN PROTOTIPE BUKA TUTUP GERBANG
MENGGUNAKAN PENGOLAHAN DATA SERIAL IR BERBASIS
MIKROKONTROLER ARDUINO
1Dicky Pratama Rosadi, 2Dadan Nurdin Bagenda,S.T.,M.T.
Program Studi Teknik Informatika STMIK LPKIA
Jln. Soekarno Hatta No. 456 Bandung 40266, Telp. +62 22 75642823, Fax. +62 22 7564282 Email : dicky.pratama.r@gmail.com
Abstrak
Pada saat ini semakin banyak yang memberikan kemudahan bagi manusia. Dimana banyak diterapkan ilmu pengetahuan dan teknologi baik mesin ataupun elektronik, sehingga pekerjaan manusia dapat dikerjakan dengan mudah tanpa harus membuang tenaga dan mempersingkat waktu. Melihat kemungkinan dan kenyataan yang ada, maka dibuatlah suatu alat yang dapat digunakan untuk menggantikan kegiatan atau pekerjaan manusia untuk membuka dan menutup pintu gerbang dari jarak jauh.
Tugas Akhir ini menggunakan metode Object Oriented. Hardware yang digunakan yaitu IR Transmitter dan IR
Receiver sebagai input, Module Relay sebagai pengatur arah gerakan, Motor DC 12V sebagai output. Software
yang di gunakan yaitu Arduino IDE sebagai software untuk compiler data kedalam Arduino dan bahasa pemograman yang di gunakan pada Arduino adalah bahasa pemograman C.
Berdasarkan hal tersebut, dibuatlah simulasi pintu pagar dengan remote control berbasis mikrokontroler arduino yang diharapkan dapat diaplikasikan untuk membuka dan menutup pintu gerbang secara otomatis dan dapat melengkapi kebutuhan manusia akan fasilitas kenyamanan dan kemudahan dalam mengoperasikan pintu pagar.
Kata kunci : Pintu Pagar, Infra Red, Arduino
1. Pendahuluan
Banyak otomatisasi atau komputerisasi suatu pekerjaan tertentu sudah dirasa tidak asing lagi, sebagai contoh pintu di mall atau pertokoan yang secara otomatis terbuka bagi siapa saja yang akan melewati pintu tersebut dan menutup kembali jika tidak ada yang akan melewati pintu tersebut. Hal tersebut merupakan salah satu kemudahan yang diberikan teknologi yang terotomatisasi dalam pelaksanaan kerjanya sehingga tidak ditunggui dan dibuka-tutup oleh manusia. Di pemukiman elite sudah diaplikasikan otomatisasi teknologi untuk mempermudah manusia dalam berkegiatan, seperti misalnya smart-home, yang menonjolkan sisi ‘pintar’ dari rumah tersebut dengan cara melakukan beberapa pekerjaan rumah seperti membuka pintu secara otomatis ketika pemilik rumah hendak masuk, lampu menyala dan mati secara otomatis dengan instruksi suara manusia, dan sebagainya, tentunya dengan menggunakan sebuah alat yang di rancang sedemikian rupa sehingga alat tersebut dapat bekerja secara otomatis melalui pengaturan tertentu tanpa harus selalu digerakan oleh manusia secara manual.
Modifikasi alat-alat kerja menjadi alat yang lebih praktis bukan hanya sekedar mempermudah kerja manusia, namun juga dapat menghemat tenaga dan waktu yang dimiliki manusia, sehingga dapat digunakan untuk kegiatan bermanfaat lainnya. Hal-hal dalam keseharian manusia seperti penghuni rumah yang membawa mobilnya yang akan
dimasukan kedalam garasi akan sangat terbantu jika gerbang atau pintu garasi tersebut dapat membuka dan menutup secara otomatis tanpa harus diberikan bantuan tenaga manusia untuk mendorong dalam buka-tutup pintu pagar.
1.1. Landasan Teori
Mikrokontroller merupakan sebuah processor yang digunakan untuk kepentingan kontrol. Meskipun mempunyai bentuk yang jauh lebih kecil dari suatu komputer pribadi dan computerainframe, mikrokontroller dibangun dari elemen – elemen dasar yang sama. Seperti umumnya komputer, mikrokontroller adalah alat yang mengerjakan instruksi – instruksi yang diberikan kepadanya.Artinya, bagian terpenting dan utama dari suatu sistem terkomputerisasi adalah program itu sendiri yang dibuat oleh seorang programmer.Program ini menginstruksikan komputer untuk melakukan tugas yang lebih kompleks yang diinginkan oleh programmer.
2. Dasar Teori
Pada bab ini akan dijelaskan beberapa dasar teori yang berkaitan dengan permasalahan dan metodologi pengembangan yang digunakan dalam penyusunan laporan ini.
2.1 Teori Tentang Permasalahan
yang dihadapi serta metodologi pengembangan yang digunakan sebagai tolak ukur mengenai simulasi yang akan di rancang.
2.1.1 Rancang Bangun
Bangun (desain) adalah tahap dari setelah analisis dari siklus pengembangan sistem yang merupakan pendefinisian dari kebutuhan-kebutuhan fungsional, serta menggambarkan bagaimana suatu sistem dibentuk yang dapat berupa penggambaran, perencanaan dan pembuatan sketsa atau pengaturan dari beberapa elemen yang terpisah ke dalam satu kesatuan yang utuh dan berfungsi, termasuk menyangkut mengkonfigurasikan dari komponen-komponen perangkat keras dan perangkat lunak dari suatu sistem.
2.1.2 Pengertian Pengendalian
Sistem pengendali (Control System) merupakan sistem yang mengendalikan suatu proses, baik secara manual ataupun otomatis. Sistem pengendalian terdiri dari dua jenis, yaitu pengendalian loop tertutup dan pengendalian loop terbuka.
2.1.3 Pengertian Inframerah
Inframerah adalah radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang lebih panjang dari cahayatampak, tetapi lebih pendek dari radiasi gelombang radio. Namanya berarti "bawah merah" (dari bahasa Latin infra, "bawah"), merah merupakan warna dari cahaya tampak dengan gelombang terpanjang.
2.1.4 Pengertian Motor DC
Motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya memutar impeller pompa, fan atau
blower, menggerakan kompresor, mengangkat
bahan, dll. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan di industri. Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri.
2.1.5 Mikrokontroler Atmega328
Mikrokontroller merupakan sebuah processor yang digunakan untuk kepentingan kontrol. Meskipun mempunyai bentuk yang jauh lebih kecil dari suatu komputer pribadi dan computerainframe, mikrokontroller dibangun dari elemen – elemen dasar yang sama. Seperti umumnya komputer, mikrokontroller adalah alat yang mengerjakan instruksi – instruksi yang diberikan kepadanya.Artinya, bagian terpenting dan utama dari suatu sistem terkomputerisasi adalah program itu sendiri yang dibuat oleh seorang programmer.Program ini menginstruksikan
komputer untuk melakukan tugas yang lebih kompleks yang diinginkan oleh programmer.
2.2 Perangkat lunak digunakan ArduinoIDE
Sebuah mikrokontroler tidak akan bekerja bila tidak diberikan program untuk diisikan ke dalam mikrokontroler tersebut. Oleh karena itu, dalam tugas akhir ini akan digunakan perangkat lunak Arduino IDE sebagai media penghubung antara program yang akan diisikan ke mikrokontroler ATmega328 yang menggunakan bahasa C. Pemrograman mikrokontroler AVR dapat menggunakan low level language (assembly) dan
high level language (C, Basic, Pascal, JAVA, dll)
tergantung compiler yang digunakan.
3. Analisis dan Perancangan Perangkat Lunak
Bab ini membahas semua kebutuhan pemakai dan menjelaskan proses perancangan perangkat lunak. Uraian dalam bab ini meliputi gambaran perangkat lunak secara umum.
Hasil dari analisis dan perancangan yang dilakukan digambarkan dalam bentuk diagram. Diagram tersebut digunakan untuk memodelkan aliran kerja dengan menggunakan Diagram Pemodelan perilaku sistem dengan menggunakan State Chart Diagram (SCD), serta perancangan algoritma setiap program yang akan dijabarkan dengan pseudocode.
3.1 Aliran proses
Aliran proses digunakan untuk mengambarkan aliran proses kerja dalam sistem yang dirancang berdasarkan kegiatan-kegiatan, dan dimodelkan dengan menggunakan Use Case, Use Case
Scenario, Class Diagram dan Sequence Diagram 3.1.1 Use Case Diagram
Use case diagram merupakan model diagram UML yang digunakan untuk menggambarkan requirement fungsional yang diharapkan dari sebuah sistem.
Gambar 1 Use Case Diagram
Tabel 1 Use Case Skenario IR transmitter
Use Case skenario IR transmitter
Nama use case IR Transmitter. Deskripsi Mengirimkan sinyal
Kondisi awal Menekan tombol pada remot.
Kondisi akhir Menerima sinyal yang dikirim dari remot.
Skenario
Aksi aktor Reaksi sistem
1. Tekan tombol pada remot.
2. Inframerah receiver atau penerima akan menerima sinyal.
Tabel 2 Use Case Skenario IR receiver
Use Case skenario IR Receiver
Nama use case Inframerah receiver atau penerima. Deskripsi Menerima sinyal dari
inframerah pengirim. Aktor Pengguna.
Kondisi awal Telah menerima sinyal inframerah dari
transmitter.
Kondisi akhir Merespon sinyal yang akan di teruskan pada relay.
Skenario
Aksi aktor Reaksi sistem
1. Merespon sinyal dari transmitter.
2. Memberi instruksi kepada relay. Tabel 3 Use Case Skenario Relay Aktif
Use Case skenario untuk Relay aktif
Nama use case Relay aktif. Deskripsi Mengaktifkan relay
setelah diberikan perintah atau instruksi. Aktor Pengguna.
Kondisi awal Sinyal dari receiver telah di terima. Kondisi akhir Menggerakan Motor
DC.
Skenario
Aksi aktor Reaksi sistem
1. Membaca instruksi yang di perintahkan relay.
2. Motor DC menjadi bergerak.
Tabel 4 Use Case Skenario buka tutup gerbang
Use Case skenario buka tutup gerbang
Nama use case Buka tutup gerbang. Deskripsi Menerima sesuai
instruksi untuk membuka atau menutup pintu gerbang. Aktor Pengguna. Kondisi awal Relay telah aktif.
Kondisi akhir Buka atau tutup pintu pagar.
Skenario
Aksi aktor Reaksi sistem
1. Memberikan perintah kepada alat. 2. motor bergerak buka atau tutup.
3.1.2 Pemodelan data (Class Diagram)
Diagram kelas merupakan kumpulan kelas-kelas objek atau satu set objek yang memiliki atribut dan operasi yang menggambarkan perilaku suatu kelas.
Gambar 2 Class Diagram
3.1.3 Sequence Diagram
Diagram interaksi atau sequance adalah diagram interaksi yang menekankan pada pengiriman pesan dalam waktu tertentu.
Gambar 3 Sequence Diagram
3.1.4 Pemodelan perilaku sistem
Gambar 4 State Char Diagram
4. Analisis dan Perancangan Perangkat Keras
Sub bab ini menjabarkan tentang analisis dan perancangan perangkat keras. Pembahasan meliputi perangkat keras yang di gunakan dalam pembuatan perancangan alat.
4.1 Blok diagram sistem
Gambar dibawah ini merupakan gambar blok diagram dari rancang bangun pintu pagar secara keseluruhan.
Gambar 5 Blok Diagram Perencanaan Pada perancangan ini, tegangan sumber 7-12V atau Usb dari laptop adalah sebagai sumber tegangan untuk menghidupkan ataupun menjalankan Arduino Uno. Kemudian ketika arduino diaktifkan, maka akan aktif pada semua kontrol sistem yang ada di dalam Arduino. Setelah input Arduino dipasang inframerah , sedangkan output arduino dipasangkan ke optokopler yang kemudian akan menjalankan relay 12V dan dilanjutkan ke motor 12V.
4.2 Mikrokontroler Atmega328
Dibawah ini adalah gambar skema sistem minimum dengan mikrokontroler ATmega328 yang dipakai dalam sistem minum Arduino.
Gambar 6 Rangkaian Keseluruhan Simulasi
Setelah seluruh perancangan alat selesai dirampngkan, harus sangat dipahami terlebih dahulu fungsi utama dari simulasi pintu pagar berbasis mikrokontroler yaitu membuka dan menutup pintu pagar secara semi otomatis yakni menggunakan remote inframerah. Pada saat remote ditekan, hal tersebut akan mengaktifkan rangkaian pogram pada arduino. Pengaktifan tersebut akan memberikan perintah kepada optokopler untuk diolah sehingga mengaktifkan relay untuk menghasilkan tegangan yang memberi sumber tegangan untuk motor DC 12V menggerakan pintu pagar.
4.3 Subsistem perangkat input
Pada sub bab ini menjelaskan mengenai sub dari sistem perangkat input yang terdapat pada alat.
4.3.1 Analisa rangkaian
Pada sistem pintu pagar berbasis mikrokontroler arduino ini, semua sistem bekerja apabila Arduino yang sudah di program bekerja, dimulai dengan receiver inframerah sebagai penerima sinyal inframerah yang dipancarkan oleh remote inframerah sampai ke relay dan beban motor DC 12V. Selain itu Arduino ini bekerja apabila diberi sumber 7-12V dan 12V pada optokopler.
4.3.2 Inframerah sebagai saklar
Penggunaan Inframerah sebagai saklar dikarenakan rangkaian Inframerah begitu sederhana sehingga mudah untuk digunakannya terlebih lagi Inframerah sudah tidak asing lagi di kalangan masyarakat. Harganya yang relatif tejangkau, pengiriman data kapan saja serta pengiriman data yang mudah menjadikan Inframerah digunakan sebagai sensor yang digunakan dalam miniatur pintu pagar ini.
4.3.3 Arduino sebagai pengontrol rangkaian
Arduino ialah suatu rangkaian sistem minimum AVR yang ditanamkan bootloader ke IC berisi program downloader sehingga software yang khusus untuk pemograman arduino board bisa juga dipakai untuk sistem minimum biasa yang bisa kita buat sendiri. Untuk latihan membuat pemograman arduino kita bisa menggunakan ISIS simulator sebagai board pengujian rangkaian pemograman arduino.
4.4 Subsistem perangkat output
Pada sub bab ini menjelaskan mengenai sub dari sistem perangkat output yang terdapat pada alat.
4.4.1 Modul relay sebagai kontak penghubung output
mikrokontroler tetap aman apabila terjadi loncatan tegangan. Loncatan tegangan tersebut diakibatkan karena adanya pertemuan antara arus AC dan arus DC, hal ini dapat merusak mikrokontroler. Kemudian, setelah melalui optokopler tersebut dilanjut kepada relay yang berfungsi sebagai pengontak hasil dari peng-couple-an tegangan menuju output. Hal ini berpacu pada fungsi relay sebagi saklar otomatis apabila dibei tegangan, maka switch yang ada di dalam relay akan bekerja.
4.4.2 Motor DC sebagai penggerak
Motor DC sebagai penggerak disini yaitu setelah driver relay memberikan perintah yang telah dikirimkan, kemudian driver relay tersebut meneruskannya dengan memberikan arahan Motor DC apakah bergerak ke arah kanan atau bergerak ke arah kanan. Jadi Motor DC disini adalah sebagai output terakhir yang berfungsi untuk menggerakan pintu pagar.
5. Implementasi dan Pengujian
Bab ini berisi uraian mengenai tahapan untuk membangun/mewujudkan rancangan sistem baru secara nyata. Kegitan yang dibahas meliputicompiling program, pengujian subsistem perangkat input, pengujian subsistem perangkat
output, pengujian subsistem dan integrasi sistem
serta hasil hasil pengujian secara keseluruhan.
5.1 Compiling program
Compiling program merupakan tahapan akhir dalam proses pembuatan program. Program dibuat dengan menggunakan bahasa C berekstensi *.c, akan tetapi bahasa C merupakan bahasa yang tidak bisa diterima secara langsung oleh mikrokontroler. 5.2 Pengujian subsistem perangkat input
Sub bab ini menjelaskan mengenai pengujian pada perangkat input yang digunakan.
5.2.1 Pengujian Inframerah
Pengujian Inframerah dilakukan dengan cara inframerah transmitter di arahkan pada inframerah receiver kemudian receiver akan merespon terhadap sinyal yang diberikan oleh inframerah receiver. Pengujian kepekaan sensor inframerah
Tabel 5 Pengujian sensor inframerah Pengujian Sensor Inframerah No. Jarak Keterangan
1 1 meter Peka terhadap objek 2 1,5 meter Peka terhadap objek 3 2 meter Peka terhadap objek 4 2,5 meter Peka terhadap objek
5 3 meter Peka terhadap objek 6 3,5 meter Peka terhadap objek 7 4 meter Peka terhadap objek 8 4,5 meter Peka terhadap objek 9 5 meter Peka terhadap objek 10 5,5 meter Peka terhadap objek 11 6 meter Peka terhadap objek 12 6,5 meter Tidak peka terhadap
objek
5.2.2 Pengujian Limit switch
Limit switch berfungsi untuk memutuskan sambungan pada rangkaian yang sedang berjalan. Pengujian limit switch ini dilakukan pada saat pintu gerbang sedang berjalan kemudian di tekan limit switch, apa bila limit switch ini berfungsi dengan baik maka pintu akan berhenti ketika limit limit switch di tekan.
5.2.3 Pengujian Driver Motor
Sebelum pengujian program, tentunya pemeriksaan komponen dilakukan terlebih dahulu, salah satunya driver relay. Pengujian dilakukan dengan pemberian arus 12V DC kepada driver relay untuk mengecek apakah berfungsi atau tidak.
Fungsi Relay disini adalah sebagai saklar. Relay diuji dengan diberi arus listrik dan diukur oleh avometer. Relay ketika diberi tegangan akan bekerja (on) namun jika tidak diberikan tegangan maka relay tidak akan bekerja (Off).
5.2.3 Pengujian Motor DC
Pengujian Motor DC dilakukan agar mengetahui apakah Motor DC berfungsi dengan baik atau tidak. 1. Motor DC menyala ke kiri menutup
dengan hasil ukuran 12V DC
2. Motor DC menyala ke kanan membuka dengan hasil ukuran 12V DC
5.3 Integrasi sistem
Integrasi sistem merupakan pengujian yang dilakukan dengan menggabungkan seluruh sistem rangakaian perangkat keras (Hardware) dan perangkat lunak (Software). Pengujian ini merupakan pengujian tahap akhir, dengan tujuan untuk mengetahui kinerja sistem secara keseluruhan, yang dimulai dari perangkat input, perangkat output, hingga modul program yang dimasukan pada sistem minimum Arduino Uno.
5.4 Hasil pengujian
Di bawah ini merupakan hasil pengujian dari semua komponen yang terdapat pada rancang bangun pintu pagar yang telah dilakukan.
Tabel 6 Pengujian kinerja hardware
Secara keseluruhan setelah pengujian di lakukan
Hardware bekerja sesuai dengan fungsinya. Hardware yang tidak berhasil dalam tahap
pengujian akan diperbaiki atau diganti agar dapat digunakan kembali sesuai fungsinya.
6. Kesimpulan dan Saran
Bab ini memuat elaborasi kesimpulan yang dituliskan pada abstrak. Saran untuk kajian lanjutan serta practical implication dari kerja mahasiswa dapat dituliskan pada bab ini.
6.1 Kesimpulan
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan maka diperoleh kesimpulan terhadap keseluruhan alat sebagai berikut :
1. Setelah alat diaplikasikan dengan menggunakan mikrokontroler, membuka dan menutup pintu pagar menjadi lebih cepat, tidak harus memikirkan jarak karena dikendalikan dari jarak jauh atau wireless untuk membuka dan menutup pintu pagarnya.
2. Dengan menggunakan mikrokontroler menjadi lebih praktis dan tidak perlu mengeluarkan tenaga untuk membuka dan menutup pintunya, karena untuk membuka dan menutupnya hanya dengan menekan sebuah tombol yang telah di program dengan mikrokontroler.
Dari hasil pengujian, dapat disimpulkan bahwa simulasi pintu pagar berbasis mikrokontroler
arduino dapat berjalan dengan baik dan bisa diaplikasikan kedalam dunia nyata.
6.2 Saran
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan untuk saran kedepannya agar alat tersebut agar menjadi lebih baik, oleh karena itu terdapat beberapa saran untuk keseluruhan alat yaitu sebagai berikut :
1. Untuk sensor yang digunakan, pada jarak dekat (1 – 4meter) remote inframerah dapat direspon oleh receiver dari berbagai sisi, namun pada jarak yang cukup jauh (4,5 – 6 meter) kepekaannya masih bagus tetapi harus dilakukan secara tegak lurus dengan receiver, alangkah baiknya untuk dirancang agar sensor dapat diketahui secara fleksibel dan dilakukan dari banyak sisi untuk lebih mempermudah pengguna. 2. Untuk kedepannya, baiknya untuk
pengendali jarak jauh untuk menggunakan radio frekuensi agar jangkauannya lebih luas lg tidak seperti infra merah yang cakupannya tidak seperti radio frekuensi. 3. Untuk pengembangan kedepannya, lebih
baik di tambahkan komponen door lock sehingga apabila pintu pagar telah menyentuh ujungnya pada saat menutup akan langsung mengunci dan sebaliknya apabila pintu di tekan untuk membuka maka secara otomatis akan langsung unlock pada kuncinya.
4. Kedepannya lebih baik di tambahnkan sensor gerak pada pintu, sehingga apabila pintu pagar dalam keadaan kosong tidak ada gerakan maka secara otomatis pintu akan menutup kembali dan apabila pintu pagar sedang dalam proses menutup dan terdeteksi ada gerakan maka secara otomatis pintu akan berhenti secara mendadak.
DAFTAR PUSTAKA
1. Abdul Kadir, Panduan Praktis Mempelajari Aplikasi Mikrokontroler dan Pemrogramannya Menggunakan Arduino,
C.V ANDI OFFSET, Yogyakarta, 2013. 2. Muhammad Syawil, Panduan Mudah
Simulasi dan Praktek Mikrokontroler ,C.V ANDI OFFSET, Yogyakarta, 2013.
3. Prabowo Pudjo Widodo Herlawati,
MENGGUNAKAN UML,
INFORMATIKA, Bandung, 2011
4. Michael McRobert, 2013. “Beginning
Arduino”. 2 Edition, Apress.
5. Brian Evans, 2011.”Beginning Arduino
Programming”, Apress
6. Feri Djuandi,2011. “Pengenalan
