Fakultas Ilmu Komputer
Universitas Brawijaya
2036
Implementasi Sistem Real Time Peringatan Kebakaran Pada Terminal
Listrik Rumah Tangga
Muhamad Irfanul Hadi1, Sabriansyah Rizqika Akbar2, Rizal Maulana3
Program Studi Teknik Informatika, Fakultas Ilmu Komputer, Universitas Brawijaya Email: 1irvan_@student.ub.ac.id, 2sabrian@ub.ac.id, 3rizal_lana@ub.ac.id
Abstrak
Meningkatnya penggunaan listrik dikarenakan semua peralatan membutuhkan sumber energi. Dan listrik adalah sumber energi yang paling banyak digunakan pada berbagai peralatan. Karena semakin banyaknya pengguna listrik dibutuhkan adanya sistem untuk memonitoring penggunaan listrik. Terdapat beberapa penelitian yang membuat sebuah sistem untuk memonitoring penggunaan listrik. Sistem – sistem yang ada hanya sebatas memonitoring pada penggunaan listrik tanpa ada sistem keamanannya. Sedangkan listrik adalah penyebab sebagian besar dari kebakaran di Indonesia menurut badan pusat statistik. Dikarenakan masih belum ada sistem yang bisa mendeteksi kebakaran akibat listrik maka dibuat sistem realtime peringatan kebakaran pada terminal listrik rumah tangga. Penelitian ini menggunakan FreeRTOS untuk mengolah data sensor. Pada penelitian ini, pembacaan sensor arus, sensor tegangan dan sensor suhu akan menjadi lebih akurat dalam pembacaan. Pembacan menggunakan FreeRTOS akan menghasilkan eroor pada sensor suhu sebesar 0.609%, sensor tegangan sebesar 0.685% serta pada sensor suhu sebesar 2.02%. Sedangkan ketika menggunakan program sequensial atau program biasa akan menghasilkan eror sebesar 2.219% pada sensor arus, 1.05% pada sensor tegangan serta 4.607% hal ini membuktikan bahwa adanya selisih error sebesar 1.61% pada sensor arus, 0.365% pada sensor tegangan dan 2,587% pada sensor suhu dibandingkan dengan tanpa menggunakan metode FreeRTOS dengan akurasi yang lebih baik. Akan tetapi ketika menggunakan FreeRTOS waktu eksekusi akan menjadi lebih lama 89.3 ms daripada tanpa menggunakan FreeRTOS. Dengan akurasi yang tinggi tersebut sistem dapat mendeteksi bahwa akan terjadi kebakaran secara akurat dan memeberikan notifikasi secara tepat.
Kata kunci: Real Time, Notifikasi Kebakaran, Terminal Listrik, FreeRTOS Abstract
Increased use of electricity because all equipment requires an energy source. And electricity is the energy source that is most widely used in various equipment. Because more and more electricity users need a system to monitor electricity usage. There are several studies that make a system for monitoring electricity use. Existing systems are limited to monitoring electricity usage without a security system. While electricity is the cause of most of Indonesia's fires according to the central statistics agency. Because there is still no system that can detect fires due to electricity, a realtime fire warning system is created at the household electricity terminal. This study uses FreeRTOS to process sensor data. In this study, reading the current sensor, voltage sensor and temperature sensor will be more accurate in reading. Reading using FreeRTOS will produce eroor at a temperature sensor of 0.609%, a voltage sensor of 0.685% and a temperature sensor of 2.02%. Whereas when using a sequential program or an ordinary program it will produce an error of 2.219% on the current sensor, 1.05% on the voltage sensor and 4.607% this proves that there is an error difference of 1.61% on the current sensor, 0.365% on the voltage sensor and 2.587% on the sensor temperature is compared without using the FreeRTOS method with better accuracy. However, when using FreeRTOS the execution time will be 89.3 ms longer than without using FreeRTOS. With such high accuracy the system can detect that there will be a fire accurately and give the notification appropriately.
1. PENDAHULUAN
Pesatnya pertumbuhan teknologi membuat sumber energi listrik menjadi sangat penting. Listrik menjadi sumber energi yang tidak bisa digantikan karena dianggap sebagai energi yang ramah lingkungan. Hal ini membuat pengguna listrik meningkat dengan pesat. Peningkatan ini bisa menyebabkan tidak terkontrolnya penggunaan energi listrik. Untuk mengontrol penggunaan listrik Alitinia Prastiantari (2017) telah melakukan penelitian dengan membuat sebuah sistem pengatur waktu penggunaan dari stop kontak menggunakan metode FSM (Finite state machine). Hal ini dilakukan untuk menghindari terjadinya korsleting listrik. Di Indonesia korsleting listrik menjadi penyebab sebagian besar kebakaran. Hal ini mencapai 73,4% yaitu 227 kasus(JakartaFire,2015).
Penggunaan listrik hanya bisa dilakukan melalui Kwh meter. Hal ini menjadi latar penelitian dari Arief Kurniawan(2017). Sistem ini dibuat untuk memonitoring penggunaan listrik ruangan menggunakan protokol MQTT(Message Queueing Telemetry Transport). Penelitian ini terbatas untuk memonitoring saja. Dari kedua penelitian tersebut masih menggunakan penggunaan kode program secara sequensial yang membuat data yang dihasilkan masih belum secara realtime. Untuk mengatasi kekurangan tersebut, penulis menggunakan RTOS (Real Time Operating System) untuk memproses data secara realtime. Real Time Operating System merupakan sebuah operating system yang berjalan pada embedded system yang berfungsi untuk melakukan fungsi multitasking, scheduller dan pembagian task pada sistem (Rourab Paul, et al., 2012). Pada penelitian ini akan menggunakan FreeRTOS sebagai pengolah data secara realtime. FreeRTOS merupakan sebuah RTOS yang berasal dari Amazon web services yang support lebih dari 35 arsitektur (FreeRTOS,2017). Pada penelitian ini akan menggunakan beberapa sensor sebagai acuan untuk menentukan terjadinya kebakaran akibat listrik. Sensor yang digunakan adalah sensor SCT013 yang digunakan untuk mengukur arus, sensor ZMPT101b yang digunakan untuk mengukur tegangan dan sensor LM35 yang digunakan untuk mengukur suhu pada kabel. Ketika ketiga sensor tersebut mencapai batas yang memungkinkan terjadinya kebakaran maka sistem akan mengirim sebuah notifikasi berupa
email atau bunyi buzzer.
2. PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI
Pada tahap perancangan dan implementasi akan dibedakan menjadi dua bagian yaitu perangkat keras dan perangkat lunak. Pada bagian perangkat keras akan menjelaskan tentang mikrokontroler dan sensor yang digunakan pada peneltian ini. Sedangkan pada perangkat lunak akan dijelaskan tentang program yang akan digunakan pada perangkat keras sistem.
2.1. Konfigurasi Perangkat Keras Arduino dan Sensor
Perancangan ini merupakan perancangan dari mikrokontroler arduino pro mini yang akan berfungsi sebagai pengolah data dari berbagai sensor. Mikrokontroler akan terhubung dengan sensor-sensor menggunakan beberapa pin yang dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Perancangan Arduino dan Sensor
2.2. Konfigurasi komunikasi antar mikrokontroler
Gambar 2. Flowchart Arduino Pro Mini
Mulai Inisialisasi pin Pengolahan freeRTOS Pengiriman data ke NodeMCU Selesai
Pada proses di arduino pro mini semua sensor akan diolah menggunakan metode FreeRTOS. Hasil data yang telah diolah ini akan dikirim menggunakan komunikasi i2c.Pada pengiriman data antar dua buah mikrokontroler menggunakan komunikasi i2c. Mikrokontroler akan dihubungkan menggunakan pin SDA dan SCL. Flowchart sistem pada mikrokontroler arduino pro mini dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 3. Flowchart NodeMCU
Pada Gambar 3. Merupakan proses yang dijalankan pada mikrokontroler NodeMCU. Pada mikrokontroler ini akan melakukan penerimaan data dari arduino pro mini. Pada mikrokontroler ini, data yang telah diterima akan dikirimkan ke server. Pengiriman data ke server menggunakan jaringan internet. Pada mikrokontroler ini, internet diakses menggunakan wifi.
2.3. Perancangan FreeRTOS
Gambar 4. Flowchart FreeRTOS
Pada Gambar 4. merupakan flowchart dari metode freeRTOS. Pada Gambar 4. dapat dilihat jika pada penelitian ini terdapat 3 task yang digunakan. Task tersebut datur sesuai dengan prioritas terbesar. Pada penelitian ini prioritas yng diutamakan adalah task listrik. Karena pada task ini, yang dimonitoring adalah arus listrik. Arus listrik yang melebihi beban menjadi penyebab utama kebakaran. Sedangkan yang kedua adalah suhu. Karena meningkatnya suhu pada kabel disebabkan oleh besarnya arus yang meewati kabel sehingga kabel tidak bisa menampung besarnya arus tersebut. Task notifikasi yang akan menjadi prioritas terakhir karena membutuhkan nilai batas dari kedua task diatas.
Mulai
Inisialisasi pin I2C dan Inisialisasi Wifi
Pembacaan data dari arduino pro mini
Pengiriman data ke server
Selesai Mulai Nilai dari sensor-sensor Insialisasi task Task Listrik Task Suhu Task Notifikasi Nilai dari pengolahan data Selesai
Gambar 5. Flowchart task Listrik
Gambar 5. merupakan proses didalam task listrik. Pada task ini yang diproses ada dua buah sensor yaitu sensor arus dan sensor tegangan. Pada proses ini, sensor akan dilakukan kalibrasi untuk mendapatkan hasil yang sesuai dengan pembacaan alat ukur. Proses kalibrasi menggunakan library Emonlib.h. Gambar 6. merupakan flowchart dari task suhu dan proses dari pembacaan sensor suhu. Kalibrasi pembacaan sensor menggunakan perkalian dari pembacaan sensor. Nilai pembacaan sensor suhu LM35 masih berupa nilai tegangan sehingga dilakukan konversi nilai dari tegangan ke nilai suhu.
Gambar 6. Flowchart task suhu
Pada task notifikasi, acuan yang digunakan adalah nilai dari sensor pada task sebelumnya. Nilai acuannya adalah ketika arus diatas 50 A dan suhu diatas 60 °C. Karena penelitian sebelumnya telah dilakukan analisis terjadinya kebakaran akibat listrik
(Lasuda, 2010).
Flochart task notifikasi dapat dilihat pada
Gambar 7.
Gambar 7. Flowchart Task Notifikasi
2.4. Perancangan Aplikasi
Pada penelitian ini menggunakan
Blynk untuk aplikasi. Pada blynk, semua
widget sudah disediakan. Sehingga hanya
melakukan
instalasi
aplikasi
pada
smartphone. Ketika sudah diinstal, kita akan
mengatur widget yang akan digunakan serta
konfigurasi mikrokontroler yang akan
digunakan.
Pada
widget
dilakukan
MulaiNilai Sensor SCT013 dan ZMPT101B
Kalibrasi Nilai Sensor
Nilai Arus dan Tegangan Selesai Task Listrik Mulai Nilai Sensor LM35
Kalibrasi Nilai Sensor
Suhu kabel
Selesai
Task Suhu
konfigurasi pin yang akan ditampilkan di
widget
tersebut.
Pada
aplikasi
ini
menggunakan
widget
button
sebagai
kontrol. Widget chart sebagai monitoring
arus dan widget value sebagai monitoring
suhu. Pada aplikasi akan diatur akan bisa
mengirimkan pesan dalam bentuk email
ketika diindikasi akan terjadi kebakaran.
2.5. Implementasi Arduino dan Sensor
Gambar 7. Implementasi Arduino dan Sensor
Pada Gambar 7. merupakan implementasi dari arduino dan sensor. Sensor-sensor tersebut akan diolah mengunakan freeRTOS dan dikirim melalui komunikasi i2c ke mikrokontroler nodeMCU.
2.6. Implementasi Komunikasi antar Mikrokontroler
Gambar 7. Implementasi Komunikasi Antar Mikrokontroler
Pada Gambar 7. Merupakan komunikasi yang digunakan. Pada arduino pro mini menggunakan pin A4 dan A5. Sedangkan pada NodeMCU menggunakan pin D1 dan D2.
2.6. Implementasi FreeRTOS
Pada bagian ini akan menjelaskan
tentang implementasi dari freeRTOS.
freeRTOS akan membagi sistem ini menjadi
tiga task. Tabel 1. Merupakan implementasi
dari freeRTOS pada sistem ini.
Tabel 1. Cuplikan Program FreeRTOS
no Kode program 1 #include <Arduino_FreeRTOS.h> 2 #include <avr/io.h> 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 xTaskCreate( TaskSuhu
, (const portCHAR *)"Suhu" // , 128 // Stack size , NULL , 2 // priority , NULL ); xTaskCreate( TaskNotifikasi
, (const portCHAR *)"Gerak" // , 128 // Stack size , NULL , 3 // priority , NULL ); xTaskCreate( TaskListrik
, (const portCHAR *)"Arus" , 128 // Stack size
, NULL , 1 // priority , NULL );
2.4. Implementasi Aplikasi
Gambar 8. Tampilan dari Aplikasi
Gambar 8. merupakan implementasi dari aplikasi yang akan digunakan. Pada gambar dapat dilihat ketika sistem berjalan akan menampilkan chart dari arus. Dan akan menampilkan notifikasi pada email yang sudah diatur di widget dalam bentuk amplop surat dibawah.
3. PENGUJIAN DAN ANALISIS
Dalam penelitian ini akan dilakukan dua jenis pengujian, yaitu pengujian fungsional dan pengujian metode freeRTOS. Pada pengujian
fungsional akan ada pengujian pengiriman data dan pengujian notifikasi. Sedangkan pada pengujian metode freeRTOS akan diuji berdasarkan waktu eksekusi dan akurasi pembacaan sensor.
3.1. Pengiriman Data antar Mikrokontroler
Pengujian ini dilakukan dengan cara melakukan analisis pada serial monitor di komputer ketika kedua mikrokontroler terhubung. Data yang dikirim dan data yang diterima akan dibandingkan untuk mengetahui jika data yang diterima itu sudah sesuai. Kesesuaian pengiriman dan penerimaan data dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Pengujian Komunikasi
Percobaan Arduino NodeMCU
1 ✔ ✔
2 ✔ ✔
3 ✔ ✔
4 ✔ ✔
5 ✔ ✔
Dari Tabel 2 tersebut dapat dianalisis jika ketika menggunakan komunikasi i2c, data dapat terkirim secara sempurna tanpa ada perbedaan.
3.2. Notifikasi Sistem
Gambar 9. Tampilan dari Aplikasi
Pada Gambar 9. dapat dilihat ketika sistem mendeteksi akan terjadi kebakaran. Sistem akan memberi notifikasi dalam bentuk email ketika sensor PIR tidak terdapat pergerakan disekitar terminal. Tapi ketika terdapat pergerakan maka notifikasi akan berupa bunyi dari buzzer.
3.3. Waktu Eksekusi FreeRTOS
Dari penelitian yang telah dilakukan dengan beberapa kali percobaan, diperoleh rata-rata waktu eksekusi setiap task ketika menggunakan freeRTOS dan tidak menggunakan freeRTOS. Waktu eksekusi dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Waktu Eksekusi
Percobaan FreeRTOS Sequensial
Task Listrik 296.1 211.95 Task Suhu 0.85 0.6
Task
Notifikasi 0.75 0.2 Total 297.65 211.75
Dari Tabel 3. dapat disimpulkan bahwa jika menggunakan metode FreeRTOS akan lebih lama. Hal ini terjadi karena pada freeRTOS, setiap task akan dijalankan hingga benar-benar selesai. Sedangkan pada program sequensial atau kode program tanpa metode freeRTOS, proses akan dijalankan secepat mungkin.
3.4. Akurasi FreeRTOS
Pada penelitian ini, akurasi akan dinyatakan dalam bentuk persentase. Pengujian dilakukan dalam dua puluh percobaan untuk menguji pembacaan sensor arus, sensor tegangan serta suhu dan diperoleh rata-rata yang ditampilkan pada Gambar 10.
Gambar 10. Grafik Akurasi Pembacaan
Dari Gambar 10. Dapat diketahui jika menggunakan metode FreeRTOS akan mengurangi jumlah error dalam pembacaan setiap sensor. Selisih error setiap sensor adalah 1,61% pada sensor arus, 0,365% pada sensor tegangan dan 2,587% pada sensor suhu.
4. KESIMPULAN
Dari hasil pengujian dan analisis yang telah dilakukan pada penilitian ini, sistem dapat mengirimkan notifikasi berupa pesan email dan bunyi buzzer. Pesan email akan diterima ketika sensor PIR tidak mendeteksi adanya pergerakan disekitar terminal listrik yang menandakan tidak ada manusia disekitar terminal listrik. Tetapi jika sensor PIR mendeteksi adanya pergerakan maka notifikasi yang diterima adalah bunyi buzzer. Menggunakan metode freeRTOS akan meningkatkan akurasi dalam pembacaan sensor. Peningkatan ini ditandai dengan menurunnya jumlah persentase error ketika menggunakan
0 1 2 3 4 5
Arus Tegangan Suhu
FreeRTOS. Penurunan persentase error sebesar 1,61% pada sensor arus, 0,365% pada sensor tegangan dan 2,587% pada sensor suhu. Dengan meningkatnya akurasi maka ketika sistem memberi notifikasi peringatan kebakaran akibat listrik akan menjadi lebih akurat. Tetapi ketika menggunakan FreeRTOS proses yang dijalankan akan lebih lama sebesar 89,3 ms.
Untuk penelitian selanjutnya, dianjurkan menggunakan metode penelitian yang cepat dalam melakukan proses eksekusi pada pengolahan data tanpa mengurangi akurasi ketika menggunakan FreeRTOS.
5. DAFTAR PUSTAKA
Arranda, D. F.,2017. Kontrol Lampu Ruangan Berbasis Web Menggunakan NodeMCU ESP8266.
BPS, 2017. BPS : Pengguna Listrik di Indonesia. [Online] Available at: https://www.bps.go.id/ [ diakses 17 Januari 2018]
FreeRTOS, 2017. About the FreeRTOS Kernel. [Online] Tersedia di : https://www.freertos.org/RTOS.html [ Diakses 17 Januari 2018]
JakartaFire, 2017. Dinas Penanggulangan Kebakaran : Statistik Kebakaran Berdasarkan Penyebab. [Online]
Tersedia di
https://www.jakartaFire.net/ [ diakses 17 Januari 2018]
Kurniawan, Arief, 2017. Pengembangan Sistem Monitoring Listrik pada Ruangan Menggunakan NodeMCU dan MQTT. Jurnal Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer (JTIIK), Vol 1 No 6.
Lasuda, Suharianti, 2010. Analisis Terjadinya Kebakaran Akibat Listrik Pada Bangunan. [Online] Tersrdia di : http://lib.ui.ac.id/file?file=digital/20249 088-R031067.pdf [Diakses 25 Januari 2018]
Prantiansari, Altinia, 2017. SKOPIN(Stop Kontak Pintar) Pengendali Arus Listrik Menggunakan Timer pada Stop Kontak berbasis Arduino. J-KOMA : Jurnal Ilmu Komputer dan Aplikasi, Vol 1 No 1.
Paul, Rourab, 2012. Real Time Communication between Multiple FPGA Systems in Multitasking Environment Using
