Rahmah
Nur Pratiwi1, Sadewo Putra Nursetyanto2, Wahyu Adi
Nugroho3, Samuel Beta Kuntardjo4
Prodi
Teknik Elektronika Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Semarang
Jl.
Prof. H. Soedarto, SH, Tembalang, Semarang, 50275
Email
: 1tiwipratiwi94@gmail.com,
2sadewopn@gmail.com,
3wahyuadinugroho817@gmail.com, 4sambetak2@gmail.com
Intisari— Keamanan
rumah merupakan suatu hal yang penting diperhatikan bagi pemilik rumah,
sehingga dalam penelitian ini dibuatlah sistem keamanan rumah berbasis
Mikrokontroller ARM NUC120. Sistem keamanan rumah berbasis Mikrokontroller ARM
NUC120 ini menggunakan 2 buah sensor yaitu sensor PIR (Passive Infra Red) dan
sensor getaran Piezoelektrik. Sedangkan keluaran atau outputnya berupa LED dan
buzzer. Sensor PIR sebagai input akan menyalakan LED jika sensor mulai
mendeteksi, sedangkan untuk sensor piezoelektrik akan menyalakan buzzer yang
berfungsi untuk memberikan peringatan bagi pemilik rumah jika ada keadaan
bahaya atau tidak aman.
Kata Kunci : ARM
NUC120, Sensor PIR, Sensor Piezoelektrik, LED, Buzzer.
Abstract— Home security is an important
things that should be concerned by the owner, so in this study it will be made
a home security systems based on ARM NUC120 microcontroller. Home security
systems based on ARM NUC120 microcontroller using two sensors which are Passive
Infra Red sensor (PIR) and piezoelectric vibration sensor. While the output is
LED and buzzer. The Passive Infra Red sensor as the input will be turning on
the LED when the sensor starts to detect, meanwhile the piezoelectric sensor
will turn on the buzzer that used to gives the warning to the owner if there is
an unsafe or danger condition.
Keywords : ARM NUC120, Passive Infra Red
sensor, Piezoelectric sensor, LED, Buzzer.
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar
Belakang
Kemajuan
ilmu teknologi telah membantu mengatasi permasalahan yang timbul di sekitar
masyarakat dan meringankan pekerjaan manusia. Kemajuan ilmu teknologi juga
banyak dimanfaatkan untuk hal-hal pemantauan atau pendeteksian. Misalnya saja
perangkat CCTV yang memudahkan pengguna mengontrol suatu keadaan ruangan.
Semakin banyak pencurian yang terjadi ketika rumah dalam kondisi kosong dikarenakan
pemilik rumah tidak dapat mengontrol kondisi rumah ketika bepergian.
Selain
menggunakan peralatan elektronika, kebanyakan masyarakat menggunakan jasa
satpam untuk menjaga rumah. Praktis dengan ini masyarakat perlu mengeluarkan
biaya tiap bulannya. Menyadari akan pentingnya hal tersebut di masyarakat, kami
berencana untuk membuat “Rancang Bangun Sistem
Keamanan Rumah Berbasis ARM”.
Sistem
keamanan rumah berbasis ARM ini menggunakan dua jenis sensor yaitu sensor PIR
dan sensor piezoelektrik. Sensor akan menyalakan output berupa LED dan sensor
piezoelektrik akan menyalakan output berupa buzzer.
1.2
Perumusan Masalah
Berdasarkan
latar belakang diatas maka dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut :
1.Bagaimana
cara kerja sensor Passive Infra Red?
2.Bagaimana
cara kerja sensor piezoelektrik?
3.Bagaimana
pengaplikasiannya dalam masyarakat?
1.3 Ruang Lingkup
Berdasarkan
rumusan masalah diatas, agar pembahasan terfokus pada perumusan masalah yang
akan dibahas, maka ruang lingkup dari alat ini adalah sebagai berikut :
1.Sensor
passive infra red sebagai pendeteksi adanya gerakan manusia, dan dapat diatur
agar bisa menyalakan LED.
2.Sensor
piezoelektrik sebagai pendeteksi getaran jika kaca dipecah, dan diatur agar
bisa memnyalakan buzzer.
1.4 Tujuan Pembuatan
Alat
Tujuan
dari pembuatan alat ini adalah untuk merancang sistem keamanan rumah berbasis
Mikrokontroller ARM dengan menggunakan komponen-komponen masukan dan keluaran
yang sudah diselaraskan agar dapat digunakan untuk mengamankan rumah sesuai
dengan harapan.
II. TINJAUAN PUSTAKA
Untuk mengetahui berbagai komponen dan
peralatan yang dibutuhkan, maka disusunlah tinjauan pustaka sebagai acuan dalam
merancang dan membuat aplikasi menggunakan mikrokontroler ARM NUC120 ini.
2.1 Mikrokontroller ARM
NUC120
ARM adalah
prosesor dengan arsitektur set instruksi 32bit RISC (Reduced Instruction Set
Computer) yang dikembangkan oleh ARM Holdings. ARM merupakan singkatan dari
Advanced RISC Machine (sebelumnya lebih dikenal dengan kepanjangan Acorn RISC
Machine).
Prosesor
ARM sering kali ditemukan pada hampir disemua smart phone ataupun tablet.
Prosesor ini terkenal memiliki pemrosesan data yang cepat serta hemat daya.
Prosesor ARM Cortex-M0 didesain khusus untuk digunakan pada aplikasi
mikrokontroler. Sehingga membuat mikrokontroler yang berbasiskan ARM Cortex-M0
sangat cocok untuk pengembangan aplikasi berbasis mikrokontroler.
Nuvoton
merupakan salah satu produsen IC yang berpusat di negara Taiwan dan
mengembangkan IC yang berbasis mikrokontroler, audio dan komputer, seperti
NuMicro, ISD Series (IC perekeman suara / pengenalan suara), Aplikasi Audio
(Audio Enhancement), Cloud and Computing IC, dll.
Gambar 2.1
Mikrokontroller ARM Nuvoton
2.2 Sensor Passive
Infra Red
Sensor
PIR (Passive Infra Red) adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi adanya
pancaran sinar infra merah. Sensor PIR bersifat pasif, artinya sensor ini tidak
memancarkan sinar infra merah tetapi hanya menerima radiasi sinar infra merah
dari luar.
Gambar 2.2 Sensor Passive Infra Red
Sensor
ini biasanya digunakan dalam perancangan detektor gerakan berbasis PIR. Karena
semua benda memancarkan energi radiasi, sebuah gerakan akan terdeteksi ketika
sumber infra merah dengan suhu tertentu (misal: manusia) melewati sumber infra
merah yang lain dengan suhu yang berbeda (misal: dinding), maka sensor akan
membandingkan pancaran infra merah yang diterima setiap satuan waktu, sehingga
jika ada pergerakan maka akan terjadi perubahan pembacaan pada sensor.
Sensor
PIR terdiri dari beberapa bagian yaitu :
-Lensa
Fresnel
-Penyaring
Infra Merah
-Sensor
Pyroelektrik
-Penguat
Amplifier
Gambar 2.3 Diagram Blok Sensor PIR
Cara kerja pembacaan sensor
PIR
Pancaran
infra merah masuk melalui lensa Fresnel dan mengenai sensor pyroelektrik,
karena sinar infra merah mengandung energi panas maka sensor pyroelektrik akan
menghasilkan arus listrik. Sensor pyroelektrik terbuat dari bahan galium
nitrida (GaN), cesium nitrat (CsNo3) dan litium tantalate
(LiTaO3). Arus listrik inilah yang akan menimbulkan tegangan dan dibaca secara
analog oleh sensor. Kemudian sinyal ini akan dikuatkan oleh penguat dan
dibandingkan oleh komparator dengan tegangan referensi tertentu (keluaran
berupa sinyal 1-bit). Jadi sensor PIR hanya akan mengeluarkan logika 0 dan 1, 0
saat sensor tidak mendeteksi adanya pancaran infra merah dan 1 saat sensor
mendeteksi infra merah. Sensor PIR didesain dan dirancang hanya mendeteksi
pancaran infra merah dengan panjang gelombang 8-14 mikrometer. Diluar panjang
gelombang tersebut sensor tidak akan mendeteksinya. Untuk manusia sendiri
memiliki suhu badan yang dapat menghasilkan pancaran infra merah dengan panjang
gelombang antara 9-10 mikrometer (nilai standar 9,4 mikrometer), panjang
gelombang tersebut dapat terdeteksi oleh sensor PIR. (Secara umum sensor PIR
memang dirancang untuk mendeteksi manusia).
Jarak pancar sensor PIR
Sensor PIR memiliki jangkauan jarak
yang bervariasi, tergantung karakteristik sensor. Proses penginderaan sensor
PIR dapat digambarkan sebagai berikut:
Gambar 2.4
Jarak Pancar Sensor PIR
Pada umumnya sensor PIR memiliki
jangkauan pembacaan efektif hingga 5 meter, dan sensor ini sangat efektif
digunakan sebagai human detector.
2.3
Sensor Piezoelektrik
Sensor
piezoelektrik adalah peralatan elektronik pasif berfase padat (solid-state)
yang dapat merespon perubahan temperature, tekanan, dan yang paling penting
merespon sifat fisik (physical properties) pada suatu interface
antara permukaan alat dan fluida atau padatan asing. Perubahan pada
sifat fisik antara lain seperti masa jenis, kelistrikan, viskositas, dan
ketebalan lapisan. Sensor piezoelektrik beroperasi dengan mengobservasi
penyebaran dari suatu gelombang akustik melalui solid-state device.
Deteksi sensor dilakukan dengan meninjau korelasi variasi penyebaran gelombang
akustik ke sejumlah perekam analyte pada permukaan dan kemudian ke
konsentrasi analyte di dalam sampel yang tertangkap sensor atau
dikorelasikan dengan perubahan pada sifat fisik dari interfacial thin films.
Gambar 2.5 Sensor Piezoelektrik
2.4
LED (Light Emitting Diode)
Light
Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika
yang dapat memancarkan cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan
maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor.
Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan
semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah
yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control
TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya.
Bentuk
LED mirip dengan sebuah bohlam (bola lampu) yang kecil dan dapat dipasangkan
dengan mudah ke dalam berbagai perangkat elektronika. Berbeda dengan Lampu
Pijar, LED tidak memerlukan pembakaran filamen sehingga tidak menimbulkan panas
dalam menghasilkan cahaya. Oleh karena itu, saat ini LED (Light Emitting
Diode) yang bentuknya kecil telah banyak digunakan sebagai lampu penerang dalam
LCD TV yang mengganti lampu tube.
Cara
Kerja LED
Seperti
dikatakan sebelumnya, LED merupakan keluarga dari Dioda yang terbuat dari
Semikonduktor. Cara kerjanya pun hampir sama dengan Dioda yang memiliki dua kutub
yaitu kutub Positif (P) dan Kutub Negatif (N). LED hanya akan memancarkan
cahaya apabila dialiri tegangan maju (bias forward) dari Anoda menuju ke
Katoda.
LED
terdiri dari sebuah chip semikonduktor yang di doping sehingga menciptakan
junction P dan N. Yang dimaksud dengan proses doping dalam semikonduktor adalah
proses untuk menambahkan ketidakmurnian (impurity) pada semikonduktor yang
murni sehingga menghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan. Ketika
LED dialiri tegangan maju atau bias forward yaitu dari Anoda (P) menuju ke
Katoda (K), Kelebihan Elektron pada N-Type material akan berpindah ke wilayah
yang kelebihan Hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type
material). Saat Elektron berjumpa dengan Hole akan melepaskan photon dan
memancarkan cahaya monokromatik (satu warna).
Untuk
mengetahui polaritas terminal Anoda (+) dan Katoda (-) pada LED. Kita dapat
melihatnya secara fisik berdasarkan gambar diatas. Ciri-ciri Terminal Anoda
pada LED adalah kaki yang lebih panjang dan juga Lead Frame yang lebih kecil.
Sedangkan ciri-ciri Terminal Katoda adalah Kaki yang lebih pendek dengan Lead
Frame yang besar serta terletak di sisi yang Flat.
Saat
ini, LED telah memiliki beranekaragam warna, diantaranya seperti warna merah,
kuning, biru, putih, hijau, jingga dan infra merah. Keanekaragaman Warna pada
LED tersebut tergantung pada wavelength (panjang gelombang) dan senyawa semikonduktor
yang dipergunakannya.
Kegunaan
LED dalam Kehidupan Sehari-hari
Teknologi
LED memiliki berbagai kelebihan seperti tidak menimbulkan panas, tahan lama,
tidak mengandung bahan berbahaya seperti merkuri, dan hemat listrik serta
bentuknya yang kecil ini semakin popular dalam bidang teknologi pencahayaan.
Berbagai produk yang memerlukan cahaya pun mengadopsi teknologi Light Emitting
Diode (LED) ini. Berikut ini beberapa pengaplikasiannya LED dalam kehidupan
sehari-hari.
1.Lampu
penerangan rumah
2.Lampu
penerangan jalan
3.Papan
iklan
4.Backlight
LCD (TV, Display Handphone, Monitor)
5.Lampu
dekorasi interior maupun eksterior
6.Lampu
indikator
7.Pemancar
infra merah pada remote control (TV, AC, AV player).
5.
Buzzer
Buzzer
adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah getaran
listrik menjadi getaran suara. Pada dasarnya prinsip kerja buzzer hampir sama
dengan loud speaker, jadi buzzer juga terdiri dari kumparan yang terpasang pada
diafragma dan kemudian kumparan tersebut dialiri arus sehingga menjadi
elektromagnet, kumparan tadi akan tertarik ke dalam atau keluar, tergantung
dari arah arus dan polaritas magnetnya, karena kumparan dipasang pada diafragma
maka setiap gerakan kumparan akan menggerakkan diafragma secara bolak-balik
sehingga membuat udara bergetar yang akan menghasilkan suara. Buzzer biasa
digunakan sebagai indikator bahwa proses telah selesai atau terjadi suatu
kesalahan pada sebuah alat (alarm).
Gambar
2.8 Buzzer
III. METODOLOGI
PENELITIAN
Metodologi penelitian yang digunakan pada Tugas
Proyek ARM adalah sebagai berikut :
1. Studi Pustaka: Merumuskan teori secara analisis
dengan mempelajari buku – buku yang diperoleh dari catatan kuliah, buku – buku
perpustakaan dan mempelajari media internet yang berhubungan rangkaian.
2. Studi Laboratorium: Melakukan penelitian dan
pengujian pada beberapa komponen elektronika berdasarkan data spesifikasi.
Selanjutnya melakukan pengambilan data pada alat tersebut dan membandingkan
dengan hasil teoritis.
3. Metode Diskusi: Mengajukan beberapa pertanyaan
kepada dosen pengajar serta rekan – rekan mahasiswa Teknik Elektro.
IV.
PERANCANGAN ALAT
Pada
bab keempat ini akan membahas tentang perancangan dan pembuatan Rancang Bangun
Sistem Keamanan Berbasis ARM. Pada perancangan sistem ini meliputi penentuan
spesifikasi alat, perancangan diagram blok, perangkat keras (hardware),
perancangan lunak (software), dan prinsip kerja alat.
A.
Penentuan Spesifikasi Alat
Dalam
perencanaan sistem ini akan dibahas tentang kebutuhan-kebutuhan yang harus
dipenuhi, agar alat ini dapat bekerja sesuai dengan apa yang direncanakan,
yaitu:
1. ARM dapat dinyalakan dengan tegangan suplai sebesar
5 volt dengan menggunakan adaptor.
2. Dalam uji coba ini menggunakan sensor passive
infra red dan sensor piezoelektrik dengan tegangan supply 5 volt.
3. Output dari sensor berupa cahaya dan suara ketika
mendeteksi adanya gerakan dan getaran.
4. Output menggunakan LED dan buzzer.
B.
Perancangan Diagram Blok
Diagram
blok sistem merupakan salah satu bagian terpenting dalam perancangan dan
pembuatan alat ini, karena dari diagram blok dapat diketahui prinsip kerja
keseluruhan rangkaian. Tujuan lain diagram blok ini adalah memudahkan proses
perancangan dan pembuatan pada masing-masing bagian, sehingga akan terbentuk
suatu sistem yang sesuai dengan perancangan sebelumnya. Diagram blok dari rancang bangun sistem keamanan bebasi ARM ini adalah
seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini :
Gambar 4.1 Diagram Blok Sistem
-Sensor PIR digunakan untuk menangkap data berupa
gerakan manusia, yang kemudian akan masuk ke pengkondisian sinyal yaitu
Mikrokontroller ARM.
-Sensor Piezoelektrik digunakan untuk menangkap data
atau sinyal berupa getaran yang disebabkan oleh kaca yang dipecah. Data yang
diterima sensor ini juga akan diolah oleh pengkondisi sinyal.
-Mikrokontroller ARM digunakan sebagai penyesuai
atau pengkondisi sinyal, yang akan mengubah sinyal input menjadi keluaran atau
output.
-LED merupakan keluaran dari input sensor PIR.
Apabila sensor PIR mendeteksi gerakan maka led hijau akan menyala, sedangkan
jika sensor tidak mendeteksi maka led merah yang akan menyala.
-Buzzer dan LED sebagai keluaran dari input sensor
piezoelektrik. Jika sensor mendeteksi, buzzer akan berbunyi dan led akan
menyala sebagai peringatan atau tanda bagi pemilik rumah.
C.
Perancangan Perangkat Keras (Hardware)
Bab ini membahas tentang perancangan dan
pembuatan Rancan Bangun Sistem Keamanan Rumah Berbasis ARM yang meliputi
pembuatan box, berikut adalah penampakan perangkat keras dari alat ini :
Gambar 4.4 Tampilan Kotak Tampak Samping
D.
Perancangan Perangkat Lunak (Software)
Perangkat
lunak ini berfungsi untuk mengatur kinerja keseluruhan dari sistem yang terdiri
dari beberapa perangkat keras sehingga sistem ini dapat bekerja dengan baik.
Untuk memberikan gambaran umum jalannya program dan memudahkan pembuatan
perangkat lunak, maka dibuat diagram alir yang menunjukan jalannya program.
Diagram alir atau flowchart untuk program
menggunakan mikrokontroller ARM ini menggunakan masukan sensor PIR dan
piezoelektrik dan keluaran LED serta buzzer sebagai berikut :
E.
Prinsip Kerja Alat
Saat sensor PIR pada box pertama bekerja mendeteksi
adanya gerakan, sensor tersebut akan menyalakan led hijau. Sedangkan ketika
sensor tidak mendeteksi adanya gerakan, led merah yang akan menyala. Selain
itu, alat ini juga menggunakan sensor vibrasi/getaran berupa sensor
piezoelektrik. Piezoelektrik bekerja berdasarkan getaran yang disebabkan oleh
kaca didalam box kedua yang dipecah. Jika kaca dipecah, maka akan terjadi
getaran yang ditangkap atau dideteksi oleh sensor getar/piezoelektrik, kemudian
sensor piezoelektrik tersebut akan menyalakan buzzer dan led hijau sebagai
tanda atau peringatan bagi pemilik rumah.
V. PENGUJIAN
ALAT DAN ANALISA
Pengujian alat ini berfungsi untuk mengetahui
bagaimana sistem keamanan rumah ini bekerja ketika membaca adanya sinyal berupa
gerakan manusia dan getaran yang disebabkan oleh kaca yang dipecah.
Apabila sensor PIR membaca adanya gerakan, maka led
hijau pertama akan menyala. Jika tidak ada gerakan, led merah lah yang akan
menyala. Begitu pula sensor piezo elektrik jika mendeteksi getaran maka akan
menyalakan buzzer dan led hijau kedua.
VI.
KESIMPULAN
Setelah melakukan percobaan pada Rancang Bangun
Sistem Keamanan Rumah Berbasis ARM ini, maka dapat disimpulkan bahwa :
1. Sensor PIR didesain dan dirancang
hanya mendeteksi pancaran infra merah dengan panjang gelombang 8-14 mikrometer dan jarak pancar sensor passive infra red kurang
lebih sekitar 5 meter.
2. Secara teoritis sensor PIR hanya bisa mendeteksi
gerakan manusia saja, karena suhu tubuh manusia memancarkan infra merah di
kisaran panjang gelombang 9-10 mikrometer. Namun apabila ada hewan yang
melewati sensor PIR dan suhu tubuhnya memancarakan infra merah di kisaran
panjang gelombang 8-14 mikrometer, hewan tersebut tetap bisa terdeteksi.
3. Sensor piezoelektrik mendeteksi getaran dengan
frekuensi tertentu. Tipe operasi elemen piezoelektrik bekerja sekitar frekuensi
32 kHz.
4. Ketebalan kaca tidak mempengaruhi kerja sensor
piezo elektrik, karena setebal apapun kacanya jika berhasil dipecah maka akan
tetap menghasilkan getaran. Getaran yang dihasilkan tersebut harus berada pada
frekuensi kerja piezo elektrik agar tetap bisa terdeteksi.
REFERENSI
[1]http://edukasi.kompasiana.com/2013/04/27/material-piezoelektrik-555283.html diakses pada 13 Januari 2015
[3]http://learn.innovativeelectronics.com/index.php?pg=learn-ie-nu-micro-arm-cortex diakses pada 13 Januari 2015
saya Fally pasolika dari Politeknik Negeri Padang , Saya mau bikin tugas akhir tentang sistem keamanan rumah juga..tapi rencana nya saya mau bikin dengan menggunakan pintu password, jadi inputan nya masukan password dengan keypad menggunakan arm nuc120.. ada yg bisa bantu ga :) please thanks before :)
BalasHapusKami juga masih belajar bro....
Hapusbutuh bantuan apa, kalau saya bisa nanti saya bantu...
rancangan saya begini bro.. keypad sebagai inputan password menggunakan arm NUC120, nah saya bingung program nya trus pin nya dimana itu :) bisa bantu ga bro? makasih banyak :)
Hapus