Rancang Bangun Smart Home System Berbasis Mikrokontroler ESP32 Menggunakan Web Ubidots Dan Ubidots App Android PDF

Preview

Summary

Rancang Bangun Smart Home System Berbasis Mikrokontroler ESP32 Menggunakan Web Ubidots Dan Ubidots App Android Juen Olivil Manduapessy 1 , Iwan Krisnadi 2 Program Pascasarjana , Magister Teknik Elektro Universitas Mercu Buana Jakarta, Indonesia Email : [email protected] , [email protected] ...

Description

Rancang Bangun Smart Home System Berbasis Mikrokontroler ESP32 Menggunakan Web Ubidots Dan Ubidots App Android Juen Olivil Manduapessy 1 , Iwan Krisnadi 2 Program Pascasarjana , Magister Teknik Elektro

Universitas Mercu Buana Jakarta, Indonesia Email : [email protected] , [email protected] 2

Abstrak – Dalam kehidupan sehari-hari, setiap orang menginginkan agar rumahnya nyaman dan aman, karena keamanan dan kenyamanan didalam rumah sangatlah penting. Oleh karena itu diperlukan suatu sistem yang dapat menjaga kenyaman dan keamanan didalam rumah agar terhindar dari kebakaran dan pencurian.Seiring dengan perkembangan teknologi, maka pada penelitian ini akan dibuat suatu system yang dapat digunakan untuk mengendalikan dan memonitoring peralatan yang ada dirumah seperti, kipas, lampu, dan pompa air dan juga dapat mengukur suhu dan kelembaban didalam rumah. Alat ini dibuat untuk menjadi solusi untuk menjaga keamanan dan kenyamanan didalam rumah. Untuk dapat mengontrol dan memonitoring peralatan yang ada didalam rumah, maka alat ini dibuat menggunakan mikrokontroler ESP32 yang dapat dipantau secara jarak jauh menggunakan web ubidots dan ubidots app android. System ini akan memberikan informasi pada saat keadaan didalam rumah tidak seperti seharusnya. Berdasarkan hasil pengujian, persentase kesalahan rata-rata sensor DHT-22 adalah 3,285%, sedangkan persentase kesalahan rata-rata sensor ultrasonic HC-SR04 adalah 4,91%, kemudian kesalahan rata-rata pada sensor MQ-2 adalah 0000 %, dan sensor Flame sensor adalah 0000 %.

Kata kunci : Smart home, DHT-22, HC-SR04, Flame Sensor, MQ2, ESP32

sebagai otak pada system yang kemudian dapat mengontrol peralatan yang ada didalam rumah sesuai dengan program yang telah diinput kedalam mikrokontroler tersebut. Pada penelitian Rancang Bangun Smart Home System Berbasis Mikrokontroler ESP32 Menggunakan Web Ubidots Dan Ubidots App Android ini menggunakan komunikasi wifi antara mikrokontroler ESP32 dengan web dan android. Dalam pembuatan alat ini menggunakan web ubidots karena memiliki delay rata-rata kurang dari 3 detik untuk mengirim data dari sensor ke web. System ini juga dilengkapi dengan sensor flame atau sensor pendeteksi api, dimana sensor ini akan bekerja membunyikan buzzer pada saat api terdeteksi, kemudian sensor DHT-22 yang digunakan untuk mengukur suhu pada ruangan dan akan menyalakan ac jika suhu melebihi batas normal. Kemudian ada sensor HC-SR04 atau yang biasa disebut sensor ultrasonic yang adalah sensor jarak, sensor ini digunakan untuk mengukur level air pada toren air, jika air pada toren air kosong maka buzzer akan berbunyi. Selanjutnya sensor MQ-2 yang berfungsi untuk mendeteksi adanya kebocoran gas, jika sensor mendeteksi adanya kebocoran gas, maka buzzer akan berbunyi. Kemudian alat ini juga dilengkapi dengan sensor passive infrared sensor (PIR sensor) atau sensor gerak, dimana sensor ini berfungsi sebagai pengaman pada rumah jika tidak ada penghuni yang tinggal didalam dirumah. 1.2

1.

Rumusan Masalah

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang Seiring dengan perkembangan teknologi yang sangat pesat membawa banyak manfaat bagi aspek social. Pemanfaatan teknologi dalam membantu menyelasikan pekerjaan manusia merupakan suatu keharusan. Salah satu teknologi yang telah masuk merambah kedalam kehidupan manusia yaitu suatu system otomatis pada rumah. System otomatis rumah atau yang juga dikenal sebagai rumah pintar (smart home) merupakan suatu system yang dapat memberikan keamanan dan kenyaman pada rumah. System ini juga dilengkapi dengan mikrokontroler

Berdasarkan latar belakang diatas, maka rumusan masalah dalam penelitian ini adalah “Bagaimana merancang dan membuat sebuah smart home system yang dapat mengontrol dan memonitoring keamanan rumah secara otomatis serta dapat dipantau jarak jauh melalui Web Ubidots dan dapat diakses menggunakan Ubidots App Android” 1.3

Tujuan

Merancang dan membuat sebuah smart home system secara otomatis berbasis mikrokontroler ESP32 dan dapat dipantau secara jarak jauh melalui web dan android.

2.

LANDASAN TEORI

2.1Budidaya Jamur tiram

Dalam memperoleh informasi untuk menyusun laporan, penulis menggunakan studi pustaka, dan studi lewat internet. Penulis mencari sumber-sumber tertulis pada buku dan jurnal yang memiliki relasi dengan tema penelitian. Dalam pelaksanaan penelitian penulis mengambil refresensi dari beberapa penelitian terdahulu Penelitian oleh Hasri Awal (2019), dengan judul Perancangan Prototype Smart Home Dengan Konsep Internet Of Thing ( IoT) Berbasis Web Server yang menggunakan wemos d1 esp8266, arduino mega 2560, sensor suhu, sensor asap, lampu, servo, heater dan fan. Alat ini bekerja dengan dua input sensor, yaitu sensor suhu dan asap. Kemudian pada sisi prosesor menggunakan Arduino mega 2560. Untuk komunikasi antara Arduino dengan web, alat ini membutuhkan komponen tambahan yaitu Wemos D1 mini. Komunikasi yang digunakan dalam alat ini menggunakan wifi untuk mengirim data dari sensor ke Arduino, kemudian dari Arduino ke wemos, dan kemudian diteruskan ke web. Selanjutnya Penelitian oleh Yohan Erwinnanto (2017), dengan judul rancang bangun smart home automatic control dengan komunikasi melalui bluetooth hc-05 berbasis mikrokontroler arduino dan android yang menggunakan mikrokontroler Arduino mega 2560 dan Bluetooth HC-05, kemudian alat ini juga menggunakan input sensor LDR, sensor MQ-6, sensor ultrasonic, sensor pir, dan output berupa fan, lampu, buzzer dan motor DC. Untuk komunikasi antara Arduino dengan aplikasi android, alat ini membutuhkan komponen tambahan yaitu Bluetooth HC-05 untuk mengirim data sensor ke anroid. Karena alat ini menggunakan komunikasi Bluetooth maka penggunaan alat ini hanya bias digunakan oleh satu user saja. Kemudian penelitian Selanjutnya oleh Angger Dimas Bayu Sadewo (2017), dengan judul Perancangan Pengendali Rumah menggunakan Smartphone Android dengan Konektivitas Bluetooth yang menggunakan mikrokontroler Arduino Nano dan Bluetooth HC-05, kemudian alat ini juga menggunakan input sensor LDR dan modul RTC (real time clock) sebagai input dan pada sisi output berupa relay, motor DC dan LED. Untuk komunikasi antara Arduino dengan aplikasi android, alat ini membutuhkan komponen tambahan yaitu Bluetooth HC-05 untuk mengirim data sensor ke anroid. Sama seperti penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh peneliti sebelumnya Karena alat ini menggunakan komunikasi Bluetooth maka penggunaan alat ini hanya bias digunakan oleh satu user saja. Melihat dari penelitian terdahulu maka penulis membuat penelitian yang berjudul rancang bangun smart home system berbasis mikrokontroler ESP32 menggunakan web ubidots dan ubidots app android. 2.1

remote control, dan sebagainya, termasuk juga pada benda di dunia nyata. Contohnya bahan pangan, elektronik, koleksi, peralatan apa saja, termasuk benda hidup yang semuanya tersambung ke jaringan lokal dan global melalui sensor yang tertanam dan selalu aktif. “A Things” pada Internet of Things dapat didefinisikan sebagai subjek misalkan orang dengan monitor implant jantung, hewan peternakan dengan transponder biochip, sebuah mobil yang telah dilengkapi built-in sensor untuk memperingatkan pengemudi ketika tekanan ban rendah.

Sejauh ini, IOT paling erat hubungannya dengan komunikasi machine-to-machine (M2M) di bidang manufaktur dan listrik, perminyakan, dan gas. Alat internet pertama, misalnya, adalah mesin Coke di Carnegie Melon University di awal 1980-an. Para programmer dapat terhubung ke mesin melalui Internet, memeriksa status mesin dan menentukan apakah ada atau tidak minuman dingin yang menunggu mereka, tanpa harus pergi ke mesin tersebut (Yudha Yudhanto, 2015). Berikut gambar IOT dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Internet Of Things 2.2

Mikrokontroler ESP32

ESP32 adalah serangkaian sistem berbiaya rendah dan berdaya rendah pada mikrokontroler chip dengan Wi-Fi terintegrasi dan Bluetooth mode ganda. Seri ESP32 menggunakan mikroprosesor Tensilica Xtensa LX6 baik dalam variasi dual-core dan single-core dan termasuk switch antena built-in, balun RF, penguat daya, penguat penerima derau rendah, filter, dan modul manajemen daya. ESP32 dibuat dan dikembangkan oleh Espressif Systems , sebuah perusahaan Cina yang berbasis di Shanghai, dan diproduksi oleh TSMC menggunakan proses 40 nm mereka. Ini merupakan penerus mikrokontroler ESP8266 (Wikipedia, 2020) .

IOT (Internet Of Things)

IOT (Internet Of Things) adalah sebuah konsep dimana suatu objek yang memiliki kemampuan untuk mentransfer data melalui jaringan tanpa memerlukan interaksi manusia ke manusia atau manusia ke komputer yang bertujuan untuk memperluas manfaat dari konektivitas internet yang tersambung secara terusmenerus. Adapun kemampuan seperti berbagi data,

Gambar 2.2 Mikrokontroler ESP32

2.3

Perangkat Lunak Arduino IDE

IDE merupakan kependekan dari Integrated Developtment Enviroenment. IDE merupakan program yang digunakan untuk membuat program pada Esp8266 NodeMcu. Program yang ditulis dengan menggunaan Software Arduino (IDE) disebut sebagai sketch. Sketch ditulis dalam suatu editor teks dan disimpan dalam file dengan ekstensi .ino. Pada Software Arduino IDE, terdapat semacam message Box berwarna hitam yang berfungsi menampilkan status, seperti pesan error, compile, dan upload program. Di bagian bawah paling kanan Sotware Arduino IDE, menunjukan board yang terkonfigurasi beserta COM Ports yang digunakan. 1. Verify/Compile, berfungsi untuk mengecek apakah sketch yang dibuat ada kekeliruan dari segi sintaks atau tidak. Jika tidak ada kesalahan, maka sintaks yang dibuat akan dicompile ke dalam bahasa mesin. 2. Upload, berfungsi mengirimkan program yang sudah dikompilasi ke Arduino Board. Berikut tampilan software Arduino dapat dilihat pada Gambar 2.3.

Verify

Gambar 2.4 Web Server Ubidots 2.5

Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk mengubah suatu besaran fisik menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan rangkaian listrik tertentu (E. Utari, 2014). Sensor yang digunakan dalam sistem kontrol ini yaitu sensor Ultrasonic HC-SR04 yang mampu mengukur level ketinggian air pada toren. A.

Gambar 2.5 Sensor MQ-2 B.

2.4

Ubidots

Ubidots adalah sebuah platform Internet of Things yang berasal dari Boston, Amerika Serikat. Platform ini menawarkan jasa gratis dan berbayar dengan ketentuan Sensor yang bisa dipakai. Jika memakai jasa gratis user dibatasi hingga 5 sensor. Ubidots juga memiliki layanan notifikasi SMS, Panggilan telepon, email dan telegram jika dengan trigger yang dibuat berdasarkan data sensor yang user tetapkan sebelumnya (Raharja, 2019). Kelebihan dari Ubidots yaitu mudah diprogram, simple, dan memiliki interface yang menarik.

Sensor MQ-2

Sensor MQ-2 merupakan sensor yang digunakan untuk mengetahui kualitas udara atau untuk mengetahui kandungan yang terjadi dalam udara. Sensor MQ-2 terbuat dari bahan peka gas yaitu SnO2. Sensor ini dapat mendeteksi Hidrogen (H2), LPG, Metana (CH4), Karbon Monoksida, Alkohol, Asap, dan Propana. Tingkat sensitivitas sensor MQ-2 yaitu 200 - 5000 ppm. Sensor MQ-2 seperti gambar dibawah ini

Upload

Gambar 2.3 Arduino IDE

Sensor

Sensor Flame

Flame sensor mampu bekerja dengan baik untuk menangkap nyala api untuk mencegah kebakaran. cara kerja flame sensor untuk mengidentifikasi atau mendeteksi api dengan menggunakan metode optik seperti ultraviolet (UV), infrared (IR) spectroscopy dan pencitraan visual flame. Cara kerja flame sensor dirancang untuk mendeteksi penyerapan cahaya pada panjang gelombang tertentu. Flame sensor dapat mendeteksi sumber cahaya dengan panjang gelombang berada pada kisaran 760 nm sampai 1100 nm.

Gambar 2.6 Sensor Flame

C.

Sensor PIR

Passive infrared sensor (PIR sensor) adalah sebuah sensor elektronik yang mengukur cahaya inframerah (IR) memancar dari benda-benda di lapangan pandang. Mereka paling sering digunakan dalam detektor gerak berbasis PIR (Wikipedia, 2016).

perintah pengalamatan dan pembacaan data. Pengambilan data untuk masing-masing pengukuran dilakukan dengan memberikan perintah pengalamatan oleh mikrokontroler. Maka dari itu sensor DHT-22 ini sebagai pengatur suhu ruangan mesin inkubator penetasan telur. DHT-22 yang digunakan seperti pada Gambar 2.9.

Gambar 2.7 Sensor PIR Gambar 2.9 Sensor Suhu dan Kelembaban DHT-22 D.

Sensor Ultrasonik HC-SR04 2.6

Sensor ultrasonik adalah sensor yang bekerja berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara dan digunakan untuk mendeteksi keberadaan suatu objek atau benda tertentu didepan frekuensi kerja pada daerah diatas gelombang suara dari 20 kHz hingga 2 MHz. Sensor ultrasonik terdiri dari dari dua unit, yaitu unit pemancar dan unit penerima struktur unit pemancar dan penerima. Sangatlah sederhana sebuah kristal piezoelectric dihubungkan dengan mekanik jangkar dan hanya dihubungkan dengan diafragma penggetar tegangan bolak-balik yang memiliki frekuensi kerja 20 kHz hingga 2 MHz. Struktur atom dari Kristal piezoelectric menyebabkan berkontraksi mengembang atau menyusut, sebuah polaritas tegangan yang diberikan dan ini disebut dengan efek piezoelectric pada sensor ultrasonik (Bakhtiyar Arasada, 2017). Berikut adalah gambar sensor Ultrasonik pada Gambar 2.8.

Water pump DC

Water pump DC merupakan salah satu aktuator yang digunakan untuk mengalirkan air dan dioperasikan ke berbagai aplikasi yang membutuhkan dorongan air. Tegangan yang dibutuhkan untuk mengoperasikan alat ini adalah sekitar 5 VDC. Pada penelitian kali ini, water pump DC digunakan sebagai penarik aliran air dari bak penampungan air dan mendorong air menuju ke bak humidifier (Kholid, 2018). Bentuk fisik dari water pump DC dapat dilihat pada Gambar 2.10 berikut ini:

Gambar 2.10 Water Pump DC 2.7

Gambar 2.8 Sensor Ultrasonik HC-SR04 E.

Sensor DHT-22

DHT-22 adalah sebuah single chip sensor suhu dan kelembaban relative dengan multi modul sensor yang outputnya telah dikalibrasi secara digital. Pada pengukuran suhu data yang dihasilkan 14 bit, sedangkan untuk kelembaban data yang dihasilkan 12 bit. Di bagian dalamnya terdapat kapasitas polimer sebagai elemen untuk sensor kelembaban relatif dan sebuah pita regangan yang digunakan sebagai sensor temperatur. Sistem sensor yang digunakan untuk mengukur suhu dan kelembaban adalah DHT-22 dengan sumber tegangan 5 Volt dan komunikasi bidirectonal 2- wire. Sistem sensor ini mempunyai 1 jalur data yang digunakan untuk

Buzzer

Buzzer adalah sebuah komponen untuk mengubah getaran listerik menjadi getaran suara. Prinsip kerja buzzer sama seperti pengeras suara. Buzzer terdiri dari kumparan yang terpasang pada diafragma dan dialiri arus menjadi elektromagnetik kumparan akan tertarik kedalam atau keluar tergantung aras arus dan polaritas magnet. Karena kumparan dipasang pada diafragma secara bolak balik sehingga membuat udara bergetar dan megeluarkan suara.

Gambar 2.11 Buzzer

2.8

Relay

Relay merupakan saklar (switch) yang dioperasikan secara listrik dan memiliki 2 bagian utama, yakni electromagnet (coil) dan mekanikal (seperangkat kontak saklar/switch). Pada dasarnya relay merupakan sebuah saklar yang membuka dan menutup (open and close) dengan tenaga listrik melalui coil yang terdapat di dalamnya. Relay yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 2.13.

Gambar 2.12 Relay 3.

Perancangan Alat dan Sistem

3.1

Perancangan Blok Diagram

Sistem yang telah dibangun, secara garis besar terdiri dari blok rangkaian seperti terlihat pada gambar dibawah ini :

Gambar 3.2 Flowchart System Selanjutnya adalah lanjutan gambar flowchart sistem dari alat yang telah dibuat seperti pada Gambar 3.3.

Gambar 3.1 Blok Diagram Perancangan Alat 3.2

Perancangan Flowchart

Gambar 3.3 Lanjutan Flowchart System

Secara umum flowchart yang dibuat pada system ini dapat dilihat pada Gambar 3.2.

Prinsip kerja berdasarkan Flowchart sistem :

• •

•

•

•

• •

• •

•

Pada perancanagan alat ini terdapat adaptor sebagai Power Supply tegangan pada board Esp32, Sensor HC-SR04 membaca nilai level air kemudian mengirim data ke pin 13 dan pin 14 pada board Esp32. ESP32 sudah diisi program untuk membaca nilai ketinggian level air yang akan ditampilkan pada Web Ubidots, dan Ubidots App Android. Apabila level air lebih dari 10 cm maka pompa air OFF, kemudian ubidots akan menampilkan parameter level air di dashboard Web Ubidots, Ubidots App Android dan mengirim notifikasi telegram. Apabila level air kurang dari 5 cm maka pompa air ON kemudian ubidots akan menampilkan parameter level air di dashboard Web Ubidots, Ubidots App Android dan mengirim notifikasi telegram. Sensor MQ-2 mendeteksi kebocoran gas kemudian mengirim data ke pin 13 dan pin 14 pada board Esp32. ESP32 sudah diisi program untuk membaca ppm pada tabung gas yang kemudian akan ditampilkan pada Web Ubidots, dan Ubidots App Android. Jika gas terdeteksi, maka buzzer1 akan berbunyi dan mengirim notifikasi telegram ke android. Sensor Flame mendeteksi api kemudian mengirim data ke pin 13 dan pin 14 pada board Esp32. ESP32 sudah diisi program untuk mendeteksi api yang kemudian akan ditampilkan pada Web Ubidots, dan Ubidots App Android. Jika api terdeteksi, maka buzzer2 akan berbunyi dan mengirim notifikasi telegram ke android. Sensor DHT-22 membaca nilai suhu didalam rumah kemudian mengirim data ke pin 13 dan pin 14 pada board Esp32. ESP32 sudah diisi program untuk membaca nilai suhu didalam rumah yang kemudian akan ditampilkan pada Web Ubidots, dan Ubidots App Android. Jika api terdeteksi, maka buzzer3 akan berbunyi dan mengirim notifikasi telegram ke android.

Tabel 4.1 Bahan-bahan yang digunakan pada alat No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 4.2

Nama barang ESP32 Sensor MQ-2 Sensor DHT-22 Sensor HC-SR04 Sensor Flame Sensor PIR Buzzer LED Relay Pompa Air

Jumlah Barang 1 1 1 1 1 1 3 1 1 1

Pengujian ESP32

Pengujian ini bertjuan untuk mengetahui apakah ESP32 telah terhubung pada jaringan wifi. Hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.2 dengan rata-rata waktu delay 2 detik. Tabel 4.2 Hasil pengujian koneksi wifi No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Pengujian KePengujian Ke-1 Pengujian Ke-2 Pengujian Ke-3 Pengujian Ke-4 Pengujian Ke-5 Pengujian Ke-6 Pengujian Ke-7 Pengujian Ke-8 Pengujian Ke-9 Pengujian Ke-10

Status Terhubung Terhubung Terhubung Terhubung Terhubung Terhubung Terhubung Terhubung Terhubung Terhubung

Waktu ()detik 3 2 2 1 1 2 2 3 1 2

4.3 Pengujian Sensor Ultrasonik 4.

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1Hasil Perancangan

Pengujian alat dilakukan untuk mengetahui apakah tujuantujuan dari pembuatan alat ini telah terlaksana atau tidak, untuk itu dilakukan pengujian terhadap alat yang telah dibuat. Berikut adalah hasil perancangan pada Gambar 4.1.

Gambar 4.1 Hasil Perancangan Alat Keseluruhan Dari Gambar 4.1 dapat dilihat bahwa perancacangan keseluruhan telah berhasil dibuat. Untuk bahan-bahan yang digunakan pada alat dapat dilihat pada Tabel 4.1.

Pengujian ini dilakukan pada sensor ultrasonik. Untuk mengetahui kerja dari sensor ultrasonik tersebut maka dilakukan pengujian dengan meletakan benda di depan sensor ultrasonik dan mistar. Hasil pengujian pada sensor dapat dilihat pada Tabel 4.3. Tabel 4.3 Pengujian Sensor Ultrasonik dan Mistar Ketinggian Mistar level air pada Persentasi No (cm) sensor HCError (%) SR04 (cm) 1 4.5 4 11,111 2 5 4 20 3 3 3 0 4 5 4 20 5 3 2.5 16,666 6 4 3.5 12,5 7 3.5 3 14,285 8 7 6 14,285 9 7 6.5 7,142 10 5 4 20 Rata-rata error 13,599

4.4 Pengujian Sensor DHT-22

kemudian didekatkan ke sensor. Hasil...