Sistem Pembuka Kunci dengan Ketukan

Sistem Pembuka Kunci dengan Ketukan

Dita Nur Ismi ¹, Mochamad Andrew Sukisworo², Samuel BETA³

 Prodi Teknik Elektronika Jurusan Teknik Elektronika Politeknik Negeri Semarang

Jl. Prof. H. Soedarto, SH, Tembalang, Semarang, 50275

E-mail: ¹ ismideeta@gmail.com, ² mochamadandrew11@gmail.com, ³sambetak2@gmail.com

Intisari - Sistem pengunci pintu pada umumnya menggunakan rumah kunci dan anak kunci yang menjadi pasangannya. Untuk mempermudah orang dalam membuka pengunci pintu ini, maka dibuatlah alat pengganti rumah kunci dan anak kuncinya berupa ketukan pada pintu. Dengan adanya alat ini, maka orang dipermudah dalam membuka penguncian pintu hanya dengan mengetukkan beberapa ketukan. Pengguna hanya perlu melakukan ketukan terhadap pintu sesuai dengan kode ketukan yang telah ditentukan oleh program. Pengguna juga dapat mengetahui keadaan daun pintu yang terbuka atau tertutup melalui aplikasi pada ponsel pintar yang telah terintegrasi dengan bluetooth HC-05 pada rangkaian. Pada aplikasi di ponsel pintar ini, pengguna juga dapat mengaktifkan solenoid door-lock sehingga kunci pintu akan terbuka. Maka orang-orang tidak akan merasa khawatir jika anak kuncinya hilang atau rusak, karena alat ini tidak menggunakan anak kunci melainkan alat elektronik yang bisa digunakan untuk mengontrol sistem pengunci pintu.

Kata Kunci: Solenoid Door-Lock, Sensor Piezoelektrik, Bluetooth HC-05.

Abstract – Doorlock system, in general condition, is using shank that is paired with the lock tool itself. To make it easier for people when unlock the door, we make the inovation in knocking system. People will be easier to unlock the door by knocking the door. People only need to knock the door as match as  the knock code that has been apllied in the program. People would know the condition of the door either open or closed by the application in the smartphone that has been integrated with Bluetooth HC-05 on the circuit. From the application, people could activate the solenoid door-lock so the door would be unlocked. People won’t be afraid if their shank is lost or broke, because there’s no shank but electronic tools to control the doorlock system.

Keywords: Solenoid Door-Lock, Sensor Piezoelectric, Bluetooth HC-05.

I.     Pendahuluan

          Setiap rumah pada umumnya memiliki pintu. Pintu itu tentu saja memiliki kunci. Dan setiap rumah tentunya tidak hanya terdapat satu pintu saja. Maka otomatis, kunci yang didapat juga lebih dari satu. Kasus yang seringkali terjadi di lingkungan masyarakat ini adalah kunci yang hilang, rusak, ataupun lupa kunci mana yang sesuai dengan pintu yang ingin dibuka. Hal itu tentu saja membuat pemilik kunci merasa tidak nyaman jika suatu ketika kejadian itu terjadi. Maka dari itu kami menciptakan “Sistem Pembuka Kunci Pintu Dengan Ketukan”. Pemilik rumah tidak perlu khawatir mengenai kehilangan, kerusakan, atau lupa mengenai kunci yang dimiliki.

          Pintu ini menggunakan sensor piezoelektrik sebagai sensor utama dalam mengirimkan data (berupa ketukan) yang kemudian diproses dalam modul mikrokontroller  ARM NUC 120 sebagai pemroses data utama. Pengunci pintu yang digunakan berupa Solenoid Door Lock. Selain sensor piezoelektrik, terdapat pula modul Bluetooth yang dipergunakan untuk memproses data pengiriman dan pemerimaan pesan singkat kepada ponsel pintar pemilik pintu sebagai sistem notifikasi.

II.     Tinjauan Pustaka

Untuk mengetahui berbagai komponen dan peralatan yang dibutuhkan, maka disusunlah tinjauan pustaka sebagai acuan dalam merancang dan membuat aplikasi menggunakan ARM ini.

A.         Mikrokontroler ARM NUC 120

DT-ARM NUC120 Board merupakan modul pengembangan mikrokontroler NUC120RD2BN yang berbasis CPU ARM Cortex-M0 dari Nuvoton. Modul ini dapat bekerja dengan kecepatan CPU sampai dengan 48 MHz. Modul ini juga telah dilengkapi dengan bootloader internal, sehingga tidak diperlukan lagi device programmer eksternal. Pemrograman melalui bootloader bisa dilakukan dengan menggunakan koneksi USB.

Gb.1 Mikrokontroler ARM NUC 120

B.      Bluetooth HC-05

HC-05 Adalah sebuah modul Bluetooth SPP (Serial Port Protocol) yang mudah digunakan untuk komunikasi serial wireless (nirkabel) yang mengkonversi port serial ke Bluetooth. HC-05 menggunakan modulasi bluetooth V2.0 + EDR (Enchanced Data Rate) 3 Mbps dengan memanfaatkan gelombang radio berfrekuensi 2,4 GHz.

          Modul ini dapat digunakan sebagai slave maupun master. HC-05 memiliki 2 mode konfigurasi, yaitu AT mode dan Communication mode. AT mode berfungsi untuk melakukan pengaturan konfigurasi dari HC-05. Sedangkan Communication mode berfungsi untuk melakukan komunikasi bluetooth dengan piranti lain.
          Dalam penggunaannya, HC-05 dapat beroperasi tanpa menggunakan driver khusus. Untuk berkomunikasi antar Bluetooth, minimal harus memenuhi dua kondisi berikut:

1.    Komunikasi harus antara master dan slave.

2.  Password harus benar (saat melakukan pairing).

Adapun spesifikasi dari HC-05 adalah :

a.       Hardware :

ü  Sensitivitas -80dBm (Typical)

ü  Daya transmit RF sampai dengan +4dBm.

ü  Operasi daya rendah 1,8V – 3,6V I/O.

ü  Kontrol PIO.

ü  Antarmuka UART dengan baudrate yang dapat diprogram.

ü  Dengan antena terintegrasi.

b.      Software :

ü  Default baudrate 9600, Data bit : 8, Stop bit = 1, Parity : No Parity, Mendukung baudrate : 9600, 19200, 38400, 57600, 115200, 230400 dan 460800.

ü  Auto koneksi pada saat device dinyalakan (default).

Gb. 2 Bluetooth HC-05

C.   Sensor Piezoelektrik

    Perubahan variasi sifat material dapat ditinjau sebagai gambaran umum dari hubungan antara sifat kimia dengan sensor. Masa dan kecepatan adalah sifat yang penting untuk sensor piezoelektrik. Oleh karena itu microbalances dan microviscometers, menggunakan kristal piezoelektrik, dinyatakan sebagai suatu sistem sensor. Kompresi dari suatu kristal quartz menghasilkan suatu potensial listrik. Satu prinsip yang dapat meninjau efek ini untuk membangkitkan gelombang akustik pada bendap padat dengan mengaplikasikan potensial listrik bolak-balik ke suatu material piezoelektrik ditunjukkan pada gambar 1. Gelombang akustik, khususnya frekuensi dan resonant resistance, sangat dipengaruhi oleh kondisi batas yang dibentuk oleh dimensi fisik dari alat dan oleh sifat fisik dari material disepanjang lintasan gelombang.

Gb. 3 Prinsip kerja 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.

     Piezoelektrisitas adalah sebuah fenomena saat sebuah gaya yang diterapkan pada suatu segmen bahan menimbulkan muatan listrik pada permukaan segmen tersebut. Sumber fenomena ini adalah adanya distribusi muatan listrik pada sel sel kristal. Nilai koefisien muatan piezoelektrik berada pada rentang 1 – 100 pico coloumb/Newton. Pada kesempatan ini kelompok kami akan mencoba menjelaskan mengenai piezo sensor yaitu “Vibration Sensor” Piezoelektrik.

Gb. 4 Sensor Piezoelektrik

D.     Solenoid Door-Lock

      Solenoid Door Lock atau Solenoid Kunci Pintu adalah alat elektronik yang dibuat khusus untuk pengunci pintu. Alat ini sering digunakan pada Kunci Pintu Otomatis. Solenoid ini akan bergerak / bekerja apabila diberi tegangan. Tegangan Solenoid Kunci Pintu ini rata-rata yang dijual dipasaran adalah 12 volt tapi ada juga yang 6 volt dan 24 volt.

Spesifikasi :

• Material : Metal, Electronic Parts
• Rated Voltage : DC 12V
• Current : 1A
• Stroke : 10mm
• Force : 15N
• Total Size : 6.4 x 2.6 x 2cm/2.5'' x 1'' x 0.8''(L*W*H)
• Cylinder Size : 2.8 x 1.8cm/1.1'' x 0.7'' (L*D)
• Cable Length : 18cm/7.1''
• Net Weight : 108g
• Package Content : 1 x Door Solenoid Electromagnet
• Designed for 1-10 seconds long activation time

Gb. 5 Solenoid Door-Lock

E.    Limit Switch

     Limit switch merupakan jenis saklar yang dilengkapi dengan katup yang berfungsi menggantikan tombol. Prinsip kerja limit switch sama seperti saklar Push ON yaitu hanya akan menghubung pada saat katupnya ditekan pada batas penekanan tertentu yang telah ditentukan dan akan memutus saat saat katup tidak ditekan. Limit switch termasuk dalam kategori sensor mekanis yaitu sensor yang akan memberikan perubahan elektrik saat terjadi perubahan mekanik pada sensor tersebut. Penerapan dari limit switch adalah sebagai sensor posisi suatu benda (objek) yang bergerak. Limit switch umumnya digunakan untuk:

• Memutuskan dan menghubungkan rangkaian menggunakan objek atau benda lain.
• Menghidupkan daya yang besar, dengan sarana yang kecil.
• Sebagai sensor posisi atau kondisi suatu objek.

     Prinsip kerja limit switch diaktifkan dengan penekanan pada tombolnya pada batas/daerah yang telah ditentukan sebelumnya sehingga terjadi pemutusan atau penghubungan rangkaian dari rangkaian tersebut. Limit switch memiliki 2 kontak yaitu NO (Normally Open) dan kontak NC (Normally Close) dimana salah satu kontak akan aktif jika tombolnya tertekan.

Gb. 6 Limit Switch

F.    Relay

       Relay adalah sakelar listrik/ elektrik yang membuka atau menutup sirkuit rangkaian lain dalam kondisi tertentu. Jadi alat kontak ini pada dasarnya adalah sakelar yang membuka dan menutupnya (open danclose-nya) dengan tenaga listrik melalui coil yang terdapat di dalamnya. Pada awalnya sebuah relay memiliki koil  / lilitan tembaga / cooper yang melilit pada sebatang logam, pada saat koil di beri masukan arus / tegangan listrik / elektrik maka koil akan membuat medan elektromagnetik yang mempengaruhi batang logam di dalam lingkaran-nya tersebut untuk menjadikannya sebuah magnet.

   Kekuatan magnet yang terjadi pada batang logam tersebut menarik lempeng logam lain yang terhubung melalui armature /tuas ke sebuah sakelar. Biasanya relay memicu sakelar terbuka dan tertutup, dan hal ini tergantung type dan kebutuhan.

Gb. 7 Relay

Tapi dengan kemajuan jaman relay tidak lagi identik dengan perangkat mekanis seperti di atas. Lalu apakah tujuan penggunaannya dalam rangkaianlistrik atau sirkuit elektronika? Ada beberapa tujuan penggunaan relay dalam rangkaian listrik maupun elektronika, yaitu:

1.      Untuk pengendalian sebuah rangkaian

2.      Sebagai pengontrol sistem tegangan tinggi tapi dengan tegangan rendah.

3.      Sebagai pengontrol sistem arus tinggi dengan memakai arus yang rendah.

4.      Fungsi logika.

G.   LED

      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 elektroniklainnya. 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.

Gb. 8 LED

      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). LED atau Light Emitting Diode yang memancarkan cahaya ketika dialiri tegangan maju ini juga dapat digolongkan sebagai Transduser yang dapat mengubah Energi Listrik menjadi Energi Cahaya.

III. Perancangan Alat

A.    Perangkat Keras dan Rangkaian Elektronika

     Adapun komponen yang digunakan dalam pembuatan alat pemantau dan pengaman pompa air berdasarkan arus listrik yang mengalir ini diantaranya:

1. Mikrokontroller ARM NUC 120 

2. Bluetooth Hc-05 

3. Sensor Piezoelektrik 

4. Solenoid Doorlock 

5. Limit Switch 

6. Driver relay 

7. LED 

8. Power supply

B. Blok Diagram dan Hubungan Komponen Utama

Blok diagram yang digunakan pada alat ini dapat dilihat seperti gambar di bawah ini:

Gb. 9 Diagram Blok

Berikut keterangan singkat dari gambar blok diagram di atas : 

1. ARM NUC 120 digunakan sebagai pemproses utama yang digunakan untuk memproses masukan berupa sensor piezoelektrik, berkomunikasi dengan modul bluetooth, dan mengendalikan keluaran berupa solenoid doorlock. 

2. Bluetooth HC-05 digunakan sebagai media perantara yang menghubungkan peralatan dengan APK pada smartphone sehingga dapat mengirimkan dan menerima data melalui jaringan nirkabel Mikrokontroler ARM NUC 120 dan digunakan untuk memantau dan membuka kunci pintu. 

3. Sensor piezoelektrik digunakan sebagai masukan untuk membuka kunci pintu saat mode ketukan sebagai inputan. 

4. Ponsel digunakan untuk mengontrol mode, lampu dan memantau kondisi lampu dengan media komunikasi bluetooth.

C. Diagram Alir
     Diagram alir (flowchart) dari alat ini adalah sebagai berikut:

Gb. 10 Diagram Alir

IV. Pengujian Alat

a.     Pengujian Sensor Piezoelektrik

   Pengujian ini bertujuan untuk memastikan kerja sensor piezoelektrik supaya menghasilkan keluaran yang dikehendaki. Penyesuaian keluaran dilakukan dengan bantuan modul sensor piezoelektrik.

b.    Pengujian Bluetooth HC-05

       Pengujian ini dilakukan dengan cara menyambungkan perangkat android dengan bluetooth. Kemudian aplikasi dari perangkat android akan mengirimkan data melalui bluetooth yang berisi tentang perintah untuk membuka pintu.

c.    Pengujian Solenoid Door-Lock

     Pengujian ini bertujuan untuk memastikan bahwa Solenoid Door-Lock dapat bekerja dengan baik sebagai luaran. Solenoid Door-Lock akan membuka pengunci pintu ketika aktif. Alat ini akan aktif ketika mendapat masukan yang tepat, yaitu dari salah satu alat masukan seperti sensor RFID, Keypad, dan Bluetooth HC-05. 

V. Kesimpulan

Setelah melakukan percobaan, pengambilan data, dan penganalisaan terhadap data yang telah didapat pada penelitian ini, maka didapatkan kesimpulan yaitu sebagai berikut : 

1. Pembuatan perangkat Pembuka Kunci Pintu dengan Ketukan dapat dilakukan menggunakan mikrokontroller ARM NUC 120. 

2. Pemantauan kondisi solenoid doorlock dapad dilihat di Smartphone sehingga dapat mendeteksi apakah solenoidnya ON atau OFF. 

3. Pembuka Kunci Pintu dengan Ketukan dapat dilakukan dengan 2 mode yaitu dengan memberi tekanan mekanik pada Piezoelektrik dan perintah melalui Smartphone, tetapi kedua mode tidak dapat dioperasikan bersamaan. 

4. Komunikasi antara perangkat dengan Smartphone menggunakan bluetooth, Smartphone mengirim data ke perangkat untuk meng-ON kan Solenoid Doorlock dan perangkat mengirim data Smartphone untuk pemantauan kondisi Solenoid Doorlock.

REFERENSI

[1] http://anurdi.blogspot.co.id/2011/10/piezoelektrik-sensor.html

[2] http://baskarapunya.blogspot. co.id/2013/01/liquid-crystal-display-lcd-16-x-2.html

[3] http://agusmunir.mywapblog.com/solenoid-kunci-pintu-untuk-kunci-pintu-e.xhtml

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Download Program di sini

Download Laporan di sini

Download Diagram Alir (Flowchart) di sini

Download Pengawatan Rangkaian di sini

Download Presentasi Power Point di sini