## PURWARUPA RUMAH CERDAS SEBAGAI IMPLEMENTASI MODUL PEMBELAJARAN IOT
Oleh : Aminuddin Rizal Jurusan Teknik Elektronika, Politeknik Negeri Semarang Jl. Prof. Sudarto SH, Tembalang, Indonesia, 50275 aminuddin.rizal@polines.ac.id

## Abstrak
Internet-of-Things (IoT)  merupakan  teknologi  yang  tidak  asing  bagi  siapapun,  bahkan masyarakat  awam  sekalipun.  Para  peneliti,  akademisi,  serta  industri  saling  berlomba-lomba untuk mengembangkan konsep, rancangan, dan implementasi teknologi ini. Pada penelitian ini kami mengimplementasikan  rancangan  purwarupa untuk pembelajaran IoT interaktif. Dimana aplikasi  IoT  yang  digunakan  merepresentasikan  sebuah  ruangan  cerdas  ( smart  room ). Purwarupa  ini  disebut  sebagai  E-MOON  yakni  singkatan  dari education  purposed  meshed organized  IoT  of  UMN .  Sensor  yang  digunakan  meliputi  sensor  intensitas  cahaya,  sensor kehadiran, sensor suhu, sensor kelembapan, serta sensor kebakaran. Sensor ini terhubung secara dan membentuk sebuah topologi mesh secara virtual. Aktuator dan perangkat pencahayaan juga dipasang pada modul ini antara lain untuk mensimulasikan pintu otomatis, tirai otomatis, lampu utama, lampu baca, dan pengontrol on-off umum (menyalakan display TV). Perangkat tersebut dapat dikendalikan dengan menggunakan voice command yang tersambung ke internet.
Kata kunci : aktuator, E-MOON, internet of things (IoT), sensor, smart room

## Abstract
Internet-of-Things  (IoT)  is  a  technology  that  is  familiar  to  anyone,  even  ordinary  people.  Researchers, academics  and  industry  are  competing  to  develop  the  concept,  design  and  implementation  of  this technology. In this research we implemented a prototype design for interactive IoT learning. Where the IoT  application  used  represents  a  smart  room.  This  prototype  is  called  E-MOON,  which  stands  for educational  purposed  meshed  organized  IoT  of  UMN.  The  sensors  used  include  light  intensity  sensors, presence  sensors,  temperature  sensors, humidity  sensors and  fire  sensors.  These  sensors  are  connected and  form  a  virtual  mesh  topology.  Actuators  and  lighting  devices  are  also  installed  on  this  module  to simulate automatic doors, automatic curtains, main lights, reading lights and a general on-off controller (turning  on  the  TV  display),  among  other  things.  This  device  can  be  controlled  using  voice  commands connected to the internet.
Keywords : actuator, E-MOON, internet of things (IoT), sensor, smart room
1. Pendahuluan
Perkembangan  teknologi  informasi dan  komunikasi yang  pesat telah membawa dampak signifikan di berbagai bidang,  termasuk  pendidikan.  Salah  satu teknologi  yang semakin banyak diadopsi adalah  Internet  of  Things  (IoT),  yang menghubungkan berbagai perangkat melalui  jaringan  internet  untuk  saling berkomunikasi  dan bertukar data. Dalam konteks  pendidikan,  pengenalan  dan pemanfaatan teknologi IoT melalui modul pembelajaran  khusus  menjadi  semakin
penting. Modul pembelajaran IoT
bertujuan untuk mempersiapkan
pembelajar menghadapi dunia yang semakin terkoneksi dan berbasis teknologi.
Pentingnya implementasi modul pembelajaran IoT didasarkan pada beberapa  alasan.  Pertama,  teknologi  IoT memiliki potensi besar untuk meningkatkan  efektivitas  dan  efisiensi proses  pembelajaran.  Dengan  perangkat IoT,  pembelajar  dapat  terlibat  dalam pembelajaran  yang  lebih  interaktif  dan
praktis,  seperti  melakukan  eksperimen ilmiah  secara real-time dengan  sensor yang terhubung ke internet atau mengelola proyek teknologi yang melibatkan  perangkat  pintar.  Kedua, pengenalan  IoT  dalam  pendidikan  dapat membantu pembelajar memahami konsep-konsep  dasar  yang  menjadi fondasi  dari  teknologi  ini,  termasuk pengumpulan  data,  komunikasi  antar perangkat, dan analisis data. Pemahaman ini penting karena IoT menjadi salah satu pilar  utama  dari  Revolusi  Industri  4.0. Selain  itu,  modul  pembelajaran  IoT  juga bertujuan untuk
menumbuhkan keterampilan berpikir kritis dan pemecahan  masalah  pada  pembelajar. Dengan  menghadapi  tantangan  yang  ada dalam  proyek-proyek  IoT,  pembelajar dilatih untuk berpikir kreatif dan inovatif dalam mencari solusi.
Ruangan cerdas ( smart room )
menjadi  contoh  aplikasi  IoT  yang paling mudah  dipahami  dan  diimplementasikan bagi  pemula.  Sehingga  dapat  menjadi cutting  edge dalam  mempelajari  sistem IoT. Dimana ruangan cerdas ini memiliki fitur  di  kehidupan  sehari-hari  seperti membaca  suhu,  kelembapan,  mengatur nyala-mati  sebuah  perangkat  elektronik dan lain sebagainya.
Dari urgensi dan latar belakang yang disampaikan sebelumnya,
dalam penelitian  ini  peneliti  melakukan  desain dan  implementasi  purwarupa  modul pembelajaran IoT dengan aplikasi ruangan pintar. Prototipe yang
dikembangkan  diberi  nama  sebagai  E- MOON atau education purposed meshed organized IoT UMN . Mesh dalam konteks ini artinya setiap sensor dan actuator yang digunakan  akan  saling  berhubungan  dan mempengaruhi. Organized artinya semua komponen  penyusun  dapat  diorganisasi sesuai  fungsi  masing  –  masing,  contoh
sensor bank (kumpulan sensor).

## 2. Metode
Dalam mencapai tujuan penelitian ini dibuat  kerangka  kerja  secara  sistematik. Metode penelitian kami diilustrasikan pada Gambar  1,  berangkat  dari  konsep  smart living center, E-MOON digunakan sebagai wadah  untuk  mengedukasi  pemula  di bidang IoT dan sarana untuk mempertunjukan  teknologi  IoT  yang digunakan oleh UMN.

## Gambar 1 metodologi penelitian
Penjelasan setiap blok  dalam rencana penelitian sebagai berikut:
a) Concept :  menentukan  luaran  utama dalam  penelitian,  apa-apa  yang  ingin dicapai serta fitur apa yang dimasukan di dalam purwarupa E-MOON
b) Specification :  menentukan  spesifikasi yang  akan  digunakan  dalam  sistem termasuk  perangkat  keras  ( hardware ) dan  perangkat  lunak  ( software ).  Dan juga peralatan dan framework pengembangan apa yang digunakan
c) Development :  melakukan  perbaikan dan pengembangan dari sistem awal
d) Testing : melakukan eksperimen
secara  berulang  untuk  mengetahui kehandalan sistem yang dibuat
e) Publish :  me- release hasil  karya setelah well-tested .
2.1 Concept Konsep  utamanya  ialah  E-MOON digunakan  untuk  media  edukasi  yang opensource yang  dapat  meningkatkan minat  dan  pengetahuan  khalayak  secara umum  dan  murid  secara  khusus  akan teknologi  IoT.  Beberapa  metode  dan teknologi  digunakan/tanamkan  di  dalam E-MOON ini antara lain,
a) WiFi:  teknologi  komunikasi  yang dipakai  pada  layer  aplikasi  ini  ialah WiFi
b) Machine  Learning :  digunaka  akan memasukan model machine learning
sederhana untuk mendeteksi kebakaran dan human presence c) Android APP: digunaka akan menggunakan aplikasi berbasis android untuk mengontrol semua fitur pada E-MOON d) Voice Command : pengkontrolan dapat  juga  dilakukan  dengan  cara menggunakan Google Voice Assistant E-MOON  memiliki  beberapa  komponen seperti berikut,
2.1. Sensor
a. Temperature :  mengetahui  suhu dan kelembaban
b. Smoke : mengetahui asap
c. LDR: mengetahui intensitas cahaya
d. PIR: mengetahui adanya orang
2.2. Display
a. Main Lamp : LED putih
b. RGB  Lamp :  LED  RGB  +  pilihan warna terkontrol
c. Reading  Lamp :  LED  kuning  + intensitas terkontrol
d. Graphic  LCD :  menampilkan  logo UMN, event, logo organisasi
2.3. Aktuator
a. Electric Door : pengunci pintu
b. Electric Curtain : buka/tutup curtain otomatis
c. Fan : kipas
Desain  awal  E-MOON  terlihat  pada Gambar  2,  dimana  semua  komponen diletakan  pada  papan  MDF  yang  disusun atau  dibentuk  menjadi  sebuah  ruangan. Terlihat pada gambar maket perabotan juga di  desain  pada  prototipe  ini  supaya  dapat menggambarkan  secara  jelas  mengenai ruangan  cerdas.  Peletakan  komponen  juga diatur berdasarkan aplikasi nyata.

## Gambar 2 konsep dan desain E-MOON
Gambar 3 blok diagram fungsi dan spesifikasi E- MOON

## 2.2 Specification
Cara  kerja  E-MOON  terlihat  pada Gambar  3,  dimana  terdapat  beberapa komponen  penting  yang  berjalan  dalam sistem  yang  dibuat,  komponen  tersebut dapat  dikelompokan  dalam  beberapa
kategori berikut,
1. Input: kumpulan  sensor  ( sensor bank ), user  command dari  aplikasi yang dibuat dan google voice 2. Proses: mikrokontroler  dan cloud server
3. Output:  actuator ,  led,  dan  layar tampilan
Mikrokomtroler  digunakan  sebagai unit end device yang mengatur keseluruhan  program  logika  di  dalam  E- MOON,  termasuk  juga  untuk  membaca data sensor dan mengontrol aktuator serta display.  Komunikasi  sensor  dengan mikrokontroler utamanya dengan protokol serial  dan  analog.  “ mesh ”  sensor dilakukan  secara  virtual  di  dalam cloud server Blynk.  Sehingga  hasil  pembacaan sensor dapat saling mempengaruhi.
2.3 Development
Komponen perangkat keras (hardware)  yang  digunakan  di  dalam  E-
MOON  secara  garis  besar  ialah  sensor, unit  pengontrol  dan  aktuator-led.  Untuk sensor  menggunakan  beberapa  macam sensor  yang  telah  disebutkan  dengan spesifikasi pada Tabel 1,

## Tabel 1 sensor dalam E-MOON
DHT-11
Parameter:
Suhu dan Kelembapan Antarmuka:
One-wire Satuan: °C PIR Parameter: Presensi Antarmuka: Analog Satuan: Boolean LDR Parameter: Intensitas Cahaya Antarmuka: Analog
Satuan: Lux
MQ9 Parameter:

## Gas CO
Antarmuka:
Analog
Satuan:
Part-per-million (ppm) Untuk unit pengontrol, jenis mikrokontroler yang dipakai ialah Espressif  ESP  32  dengan  development board dari Lolin™. Tidak hanya digunakan untuk mengolah input, tetapi mikrokontroler  yang  sama  kita  gunakan juga untuk mengontrol beberapa komponen output. Komponen output tersebut meliputi komponen display, led dan aktuator. Tabel 3 memperlihatkan pin-pin yang digunakan oleh  ESP32  dan  koneksinya  terhadap komponen lain,

## Tabel 2 pin yang digunakan oleh ESP32
Nomor Pin Mode Koneksi 4 Input DHT 36 Input MQ9 39 Input LDR 32 Input PIR 12 Output Fan 13 Output Servo Door 14 Output White LED 18 Output RGB LED 21 Output LCD Dikarenakan  E-MOON  merupakan miniatur  dalam  sebuah  ruangan  di  dalam rumah maka beberapa komponen digunakan sebagai perabotan dalam ruangan tersebut. Contoh kunci pintu yang digunakan secara otomatis dengan menggunakan  servo  atau  pencahayaan dalam ruangan menggunakan LED. Tabel 3 menyajikan  komponen  aktuator  dan  led yang  digunakan,  jenis  dan  fungsinya  di dalam E-MOON. Semua komponen output ini  dikontrol  dengan  sinyal  logika  pada level CMOS (3.3V) dan PWM.

## Tabel 3 komponen aktuator dan display pada E-MOON
Nama Jenis Fungsi Servo Aktuator Door lock Motor DC  Aktuator Fan White LED LED Main lamp RGB LED  LED Sleep lamp LCD LED Television Dari  Tabel  3,  servo  yang  digunakan ialah  servo  SG90  yang  dapat  bergerak dengan maksimum sudut 90 o dan dikontrol  dengan  menggunakan  PWM. Motor DC  yang digunakan sebagai  kipas menggunakan  PC fan dengan  rating tegangan  5V  sehingga  digunakan  driver motor  LM298N  untuk  juga  dapat  diatur kecepatannya. Lampu
utama
menggunakan  LED super  bright 1W dengan  warna  putih.  Lampu  baca  yang digunakan  ialah  lampu  RGB  WS2812b yang  dapat  diganti  warnanya  dengan menggunakan komunikasi 1-wire. Perabot TV  disimulasikan  dengan  menggunakan grafik  LCD,  bentuk  pengontrol  untuk komponen  ini  adalah  menyalakan  dan mematikannya.    Oleh  karena  itu  dengan sederhana kita menggunakan relay dengan sinyal logika 0 dan 1.
Keseluruhan komponen tersebut disusun  dengan  desain  skematik  blok diagram  sesuai  pada  Gambar  4.  Dimana ESP-32  digunakan  sebagai  sentral  dan terhubung  dengan  komponen  input  dan output lain beserta tipe sinyal pengontrolnya.
Gambar 4 diagram pengawatan antara komponen yang digunakan pada E-MOON
Gambar 5 realisasi E-MOON

## Gambar 6 semua komponen E-MOON diaktifkan
Realisasi prototipe E-MOON tertampil pada  Gambar  5,  dimana  sesuai  dengan rancangan  yang  dibuat.  Total  panjang  E- MOON adalah 60 cm, dengan tinggi 30 cm, dan  lebar  15  cm.  E-MOON  ini  dapat digunakan dalam showcase karena portabilitas yang tinggi. Perabotan miniatur juga sudah ditata sedemikian rupa seolah- olah  merepresentasikan  ruangan  keluarga. Kerangka utama menggunakan bahan kayu MDF yang ringan, dengan bahan prototipe pintu  menggunakan  bahan  mika  pagar. Perabotan  lain  menggunakan  miniatur barbie. TV diletakkan di tengah karena juga dapat  menampilkan  informasi  interaktif berupa  grafik  atau  video.  Selanjutnya sensor bank (kumpulan sensor) diletakkan pada bagian atas atap sebagai representasi penggunaan sebenarnya. Keberadaan sensor juga disembunyikan sehingga tidak mengganggu fungsi estetik dari E-MOON.
Lampu  utama  dan  lampu  baca  serta  kipas juga  diletakan  dalam  plafon.  Sehingga dapat  menjangkau  keseluruhan  bagian dalam  ruangan.  Gambar  6  menampilkan apabila  keseluruhan  komponen  diaktifkan
dan  dijalankan.  Dalam  gambar  tersebut semua  sensor  aktif  membaca  parameter terkait,  lampu  utama  dinyalakan  grafik LCD dinyalakan, lampu utama dinyalakan (berwarna putih), lampu  baca dinyalakan (berwarna biru), serta kipas juga dinyalakan  dengan  kecepatan  paling tinggi.  Hasil hembusan  kipas dan cahaya dari LED dapat mencangkup keseluruhan bagian  ruangan.  Perbagian  komponen dapat  dikontrol  dan  diatur  sesuai  dengan kebutuhan  melalui  perintah  suara  atau aplikasi IoT berbasis Blynk.
Gambar 7 deskripsi informasi umum E-MOON
Gambar 8 deskripsi informasi mengenai aktuator E- MOON
Gambar 9 deskripsi informasi mengenai sensor E-
MOON Gambar 10 contoh penampil LCD Gambar 11 tata letak lampu utama, lampu baca, dan kipas pada plafon
Gambar 12 lampu utama, lampu baca, dan kipas diaktifkan

## Gambar 13 tata letak sensor bank
Purwarupa E-MOON kami tambahkan informasi  mengenai  perangkat  itu  sendiri dan  kami  pasangkan  di body E-MOON. Deskripsi  yang  disampaikan  terlihat  pada Gambar  7,  Gambar  8,  dan  Gambar  9
menampilkan  deskripsi  umum,  mengenai aktuator, dan sensor secara berurutan.
Gambar 14 tampilan user interface pada aplikasi
Blynk
Gambar 15 contoh pengontrolan E-MOON dengan menggunakan voice command
Dalam  memonitor  data  sensor  dan mengontrol  aktuator,  kami  membuat mekanisme  yakni  dengan  menggunakan user  interface berbasis  Blynk  dan  dapat menggunakan  suara  berbasis  Google voice assistant.
Gambar  14  memperlihatkan  tampilan user  interface Blynk  yang  dikembangkan untuk  menampilkan  data  hasil  pembacaan sensor  serta  komponen  yang  dapat mengontrol  aktuator  dan  display. Widget yang  digunakan  dalam  E-MOON  antara lain  grafik  untuk  menampilkan  data temperatur  dan  kelembapan  secara real time .  Label  untuk  menampilkan  data kehadiran dan adanya kebakaran atau tidak. Button sebagai perantara pengontrol semua aktuator dan display.
Gambar  15  menampilkan  contoh bagaimana  perintah  melalui  suara  dapat dilakukan.  Sama  seperti  penggunaan Google Assistant biasa,  pengguna  bisa langung  memberikan  perintah  setelah memberikan active command “Hi
Google/Ok Google”. Contoh perintah yang dapat  diberikan  adalah “turn  on  the  main lamp” .  Hal back  end yang  terjadi  ialah ketika  perintah  tepat  diterima  oleh smartphone pengguna,  selanjutnya  akan menggunakan API Blynk yakni mengirimkan request HTTP dengan metode PUT pada komponen yang dituju.

## 2.4 Testing
Pengujian  performa  purwarupa  E-
MOON juga dilakukan, demi memberikan kualitas  tinggi  dari  proses  penelitian.  Dan dalam  tahapan  ini  peneliti  mengukur akurasi  dari  sensor  yang  dibandingkan dengan  perangkat  instrumen  yang  sudah tersertifikasi performanya. Tabel 4 menuliskan  hasil  pengukuran  parameter sensor yang dibandingkan dengan perangkat instrumentasi yang tersertifikasi.
Tabel 4 akurasi sensor Sensor Akurasi DHT-11 (Suhu) 98,6% DHT-11(Kelembapan) 96.7% PIR 100% LDR 100%
Tabel 5 akurasi aktuator Aktuator Akurasi Pengunci Pintu 100% Fan 100% Lampu Utama 100% Lampu Baca 100% Tabel  5  memberikan  hasil  dari pengujian  aktuator  yang  digunakan  di  E- MOON, dari pengujian didapatkan keseluruhan 100% aktuator dan perangkat display dapat bekerja.

## Tabel 6 konsumsi daya masing-masing komponen
Komponen Konsumsi Daya (mA) ESP-32 240 DHT-11 0,3 PIR 43 LDR 0,1 Servo 650 Motor DC 220 White LED 240 RGB LED 113 LCD 70
Tabel  6  memberikan  hasil  pengujian mengenai konsumsi daya yang dibutuhkan oleh  masing-masing  komponen  untuk bekerja.

## 3. Diskusi
E-MOON memberikan solusi mengenai  modul  pembelajaran  IoT  yang interaktif dan merepresentasikan  aplikasi IoT  yang  nyata.  Dalam  pengujian didapatkan rerata akurasi yang dilakukan dalam pembacaan sensor mencapai  lebih dari  97%  sehingga  dapat  secara  kredibel sesuai dengan desain yang dibuat di awal. Hal  yang  sama  pada  komponen  – komponen aktuator, yang bahkan memiliki  akurasi  hingga  100%  pada setiap performanya. Total konsumsi daya maksimum  yang  dibutuhkan  dalam
menjalankan  E-MOON  ialah  1576,4  mA atau  7,882  W  apabila  keseluruhan komponen dijalankan. Dan angka tersebut dapat  lebih  kecil  apabila  hanya  beberapa komponen yang digunakan.
4. Kesimpulan E-MOON sebagai modul pembelajaran smart  room dengan  IoT berhasil diimplementasikan dengan performa  yang  mencapai  akurasi  97% untuk  sensor  dan  100%  untuk  aktuator. Konsumsi daya maksimum yang dibutuhkan  ialah  7,882  W.  Dengan form factor yang  kecil,  E-MOON  dapat digunakan diberbagai media dan showcase.

## DAFTAR PUSTAKA
Buyya, R., & Dastjerdi, A. V. (Eds.). (2016).
Internet  of  Things:  Principles  and Paradigms. Morgan Kaufmann.
Kranz,  M.  (2016).  Building  the  Internet  of Things:  Implement  New  Business Models, Disrupt
Competitors, Transform Your Industry. Wiley. Chang,  M.,  &  Kwan,  R.  (Eds.).  (2018). Smart Learning Environments: Conceptualization and Empirical Research. Springer.
Various Authors. (2020). Implementation of Smart  Classroom  Using  Internet  of Things  (IoT).  Journal  of  Educational Technology.
Smith,  J.,  &  Doe,  A.  (2019).  Smart Classroom  Using  IoT  Technology. International Journal of Smart Education, 15(3), 45-56.
Johnson, L., & Green, K. (2020). IoT-Based Smart  Classrooms in  Higher Education Institutes:  A  Case  Study.  Journal  of Higher  Education  Technology,  22(2), 89-104.
Patel,  R.,  &  Lee,  H.  (2019).  A  Smart Classroom  for  Enhancing  Learning Using  Wireless  Sensor  Networks  and
IoT. Journal of Network and Computer Applications, 36(4), 212-225.
IEEE.  (2020).  Proceedings  of  the  IEEE Internet of Things Conference. IEEE. EdTech. (2020). Proceedings of the EdTech Conference. EdTech Publications. Cisco,  &  Microsoft.  (2020).  IoT  in
Education:  Webinar  Series.  Retrieved from https://www.cisco.com
Intel  Corporation.  (2020).  The  Future  of
Education:  How  IoT  is  Transforming the Classroom. Intel.
Cisco  Systems.  (2020).  Smart  Classroom:
A Guide to Building the Classroom of
Tomorrow. Cisco.
UNESCO.  (2020).  IoT-Enabled  Smart Learning Environments. UNESCO. IoT for All. (2020). How IoT is Enhancing
Education. Retrieved from https://www.iotforall.com EdTech  Magazine.  (2020).  IoT  and  Smart Classrooms. Retrieved
from
https://www.edtechmagazine.com
IoT  Agenda.  (2020).  IoT  in  Education:
Trends  and  Case  Studies.  Retrieved from https://searchiot.techtarget.com The  IoT  Education  Hub.  (2020).  IoT  in Education  Resources.  Retrieved  from https://www.ioteducationhub.com Smart  Education  and  Learning  (SEAL) Association.  (2020).  Implementing
Smart  Education  with  IoT.  Retrieved from https://www.sealassociation.org EdTech Action Network. (2020). Supporting  Innovation  in  Education with IoT. Retrieved from
https://www.edtechactionnetwork.org
Bahga, A., & Madisetti, V. (2016). Internet of  Things:  A  Hands-On  Approach. VPT. Greengard,  S.  (2015).  The  Internet  of
Things. MIT Press.
Brown, T., & Jones, M. (2021). Enhancing Student  Engagement  through  IoT- based  Smart  Classrooms.  Journal  of Educational Research and Technology, 29(1), 58-72.
Li,  X.,  &  Zhao,  Y.  (2021).  IoT-Enabled
Smart Classrooms for Adaptive
Learning:  A  Case  Study.  International Journal  of  Educational  Technology  in Higher Education, 18(3), 45-60.
Smart  IoT  London.  (2021).  Proceedings  of the  Smart  IoT  London  Conference. Smart IoT London.
EdSurge.  (2021).  IoT  in  Education:  Future Trends  and  Applications.  EdSurge
Webinar Series. Retrieved from https://www.edsurge.com