## Perancangan Prototype Pengendali Relay Berbasis Web dengan Ardino Uno dan Ethernet Shield
Mayda Waruni Kasrani 1 , Galih Widyanto 2
Abstract —  Technological  developments  have  brought  a  lot  of influence  in  various  aspects  of  life,  especially  in  the  field  of industry. In industry, much needed good control system in order to support and improve the efficiency in the production process. Devices  designed  control  system  is  a  combination  of  several electronic  circuit  consisting  of  arduino  uno  with  the  output voltage  of  5  volts  while  the  output  voltage  of  220  Volt  relay,  the relay circuit is used as a switch to turn on or turn off the lights, as  well  as  series  and  ethernet  shield  arduino  arduino  uno  with Transmission Control Protocol / Internet Protocol (TCP / IP) will bring  several  advantages,  such  as  the  practicality  and  high connectivity.
Keywords: Web-Based Relay Controller Prototype, Arduino Uno, Arduino ethernet shield, Relay, and TCP / IP
Intisari — Perkembangan teknologi telah membawa pengaruh bersar dalam berbagai aspek kehidupan, khususnya dalam dunia Industri  yang  membutuhkan  sistem  kendali  yang  untuk mendukung  dan  meningkatkan  proses  produksi.  Perangkat sistem  kendali  merupakan  gabungan  dari  beberapa  rangkaian elektronika  yang  terdiri  dari  arduino  uno  dengan  tegangan keluaran  5  Volt  sedangkan  untuk relay tegangan  keluaran  220 Volt,  rangkaian relay digunakan  sebagai  saklar  untuk menghidupkan atau mematikan lampu, serta rangkaian arduino uno  dan  ethernet  shield  arduino  dengan Transmission  Control Protocol/Internet  Protocol (TCP/IP)    akan  membawa  beberapa keuntungan, seperti kepraktisan dan konektivitas yang tinggi..
Kata Kunci — Prototype Pengendali Relay Berbasis Web , Arduino Uno, Arduino ethernet shield, Relay , dan TCP/IP

## I. PENDAHULUAN
Belakangan  ini,  mikrokontroler  keluaran  arduino sangat  populer,  kepopulerannya  tidak  luput  dari  dukungan beberapa vendor yang menyediakan beberapa komponen yang memungkinkan  arduino  dapat  digunakan  untuk  berbagai aplikasi, termasuk pengendali peralatan peralatan listrik secara jarak  jauh,  melalui  perangkat  bergerak  berbasis  android ataupun melalui aplikasi web . Dalam  dunia  elektronika, relay dikenal  sebagai komponen yang dapat mengimplementasikan logika switching . Relay yang paling sederhana  ialah relay elektromekanis  yang memberikan  pergerakan  mekanis  saat  mendapatkan  energi listrik.  Relay  menggunakan  prinsip  elektromagnetik  untuk menggerakkan  kontak  saklar  sehingga  dengan  arus  listrik yang  kecil  dapat  menghantarkan  listrik  yang  bertegangan lebih tinggi.
Relay terintegrasi  dengan  sebuah  perangkat  yang dapat  memantau  dan  mengontrol  peralatan  listrik.  Perangkat tersebut  terhubung  ke  jaringan  komputer,  sehingga  dapat dikendalikan  melalui jarak jauh. Hal ini  memberi kemudahan dalam mengontrol peralatan listrik.
Berdasarkan  latar  belakang  diatas,  maka  pada penelitian  ini  akan  dirancang  Perangkat  yang  menggunakan Arduino  Uno  dan  Ethernet  Shielt  sebagai  sebuah embedded web  server dan relay yang  terhubung  ke  setiap  peralatan listrik yang dipantau dan dikontrol melalui halaman web yang berada  pada embedded  web  server yang  diakses  melalui web browser .

## II. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1 Arduino
Arduino adalah platform pembuatan prototype elektronik yang  bersifat open-source  hardware yang  berdasarkan  pada perangkat  keras  dan  perangkat  lunak  yang  fleksibel  dan mudah  digunakan.  Arduino  ditujukan  bagi  para  seniman, desainer, dan siapapun yang tertarik dalam menciptakan objek atau lingkungan yang interaktif.
Platform  arduino  terdiri  dari  arduino board ,  shield, bahasa  pemrograman  arduino,  dan arduino  development environment. Arduino board biasanya  memiliki  sebuah  chip dasar  mikrokontroler  Atmel  AVR  ATmega8  berikut turunannya. Shield adalah  sebuah  papan  yang  dapat  dipasang diatas  arduino board untuk  menambah  kemampuan  dari arduino board [2].

## 2.2 Arduino Uno
Arduino uno adalah arduino board yang menggunakan mikrokontroler ATmega328. Arduino uno memiliki 14 pin digital (6 pin dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog , sebuah 16 MHz osilator kristal, sebuah koneksi USB, sebuah konektor sumber tegangan, sebuah header ICSP, dan sebuah tombol reset . Arduino uno memuat segala hal yang dibutuhkan untuk mendukung sebuah mikrokontroler[3].
Gambar 2.1. Arduino Uno
1,2 Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Balikpapan, Jln. Pupuk Raya Gn. Bahagia Balikpapan 76114 INDONESIA (email: mayda.warunik@gmail.com )

## JTE UNIBA,Vol. 1, No.1, SEPTEMBER  2016                                                                                       23
Gambar 1. Blok Diagram Arduino Uno
Gambar 2.2. Komponen Arduino Uno
Adapun komponen-komponen utama dari sebuah Arduino uno dijelaskan sebagai berikut :
a. Power suplai
Arduino uno dapat diberi daya melalui koneksi USB ( Universal  Serial  Bus) atau  melalui power  supply  eksternal . Jika arduino uno dihubungkan ke kedua sumber daya tersebut secara  bersamaan  maka  arduino  uno  akan  memilih  salah  satu sumber daya secara otomatis untuk digunakan
b. Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah sebuah sistem  komputer  yang dikemas  dalam  sebuah  IC.  IC  tersebut  mengandung  semua komponen  pembentuk  komputer  seperti  CPU,  RAM,  ROM, dan Port I/O. Mikrokontroler merupakan sebuah prosesor yang digunakan  untuk  kepentingan  kontrol.  Meskipun  mempunyai bentuk  yang jauh lebih kecil  dari suatu  komputer pribadi dan komputer miniframe ,  mikrokontroler  dibangun  dari  elemen- elemen  dasar  yang  sama.  Seperti  umumnya  komputer, mikrokontroler  adalah  alat  yang  mengerjakan  instruksi- instruksi  yang  diberikan  kepadanya.  Artinya,  bagian terpenting  dan  utama  dari  suatu  sistem  terkomputerisasi adalah  program  itu  sendiri  yang  dibuat  oleh  seorang programmer.  Program  ini  menginstruksikan  komputer  untuk melakukan  tugas  yang  lebih  kompleks  yang  diinginkan  oleh programmer.
c. Input dan Output
Masing-masing dari 14 pin digital pada Arduino Uno dapat  digunakan  sebagai input atau output ,  dengan menggunakan  fungsi  pinMode()  ,  digitalWrite()  ,  dan digitalRead().  Semua  pin  beroperasi  pada  tegangan  5  volt. Setiap  pin  dapat  memberikan  atau  menerima  arus  maksimum 40 mA dan memiliki resistor pull-up internal (terputus secara default) sebesar 20-50 kOhm
d. Komunikasi
Arduino Uno memiliki sejumlah fasilitas untuk berkomunikasi dengan  komputer,  dengan  Arduino  lain,  atau  dengan mikrokontroler lainnya.
ATmega328
menyediakan komunikasi serial UART TTL (5 Volt), yang tersedia pada pin digital  0  (RX)  dan  pin  1  (TX).  Sebuah  chip  ATmega16U2 yang  terdapat  pada  papan  digunakan  sebagai  media komunikasi  serial  melalui  USB  dan  muncul  sebagai  COM Port  Virtual pada device komputer  untuk  berkomunikasi dengan perangkat lunak pada komputer.

## 2.3 Arduino Ethernet Shield
Ethernet  Shield menambah  kemampuan  arduino board agar  terhubung  ke  jaringan  komputer.  Ethernet  shield berbasiskan  cip ethernet  Wiznet W5100. Ethernet  library digunakan  dalam  menulis  program  agar  arduino board dapat terhubung  ke  jaringan  dengan  menggunakan  arduino  ethernet shield.
Pada  ethernet  shield  terdapat  sebuah slot  micro-SD , yang  dapat  digunakan  untuk  menyimpan file yang  dapat diakses  melalui  jaringan. Onboard  micro-SD  card  reader diakses dengan menggunakan SD library . Arduino board berkominikasi dengan W5100 dan SD card  mengunakan  bus  SPI  (Serial  Peripheral  Interface). Komunikasi  ini  diatur oleh  library SPI.h  dan  Ethernet.h.Bus SPI menggunakan pin digital 11, 12 dan 13 pada Arduino Uno. Pin  digital  10  digunakan  untuk  memilih  W5100  dan  pin digital  4  digunakan  untuk  memilih  SD  card.  Pin-pin  yang sudah  disebutkan  sebelumnya  tidak  dapat  digunakan  untuk input/output umum ketika kita menggunakan ethernet shield.
Gambar 3. Arduino Ethernet Shield

## Gambar 2.3. Arduino Uno Board
2.4 Arduino Development Environment
Arduino Development Environment terdiri dari editor teks untuk  menulis  kode,  sebuah  area  pesan,  sebuah  konsol, sebuah toolbar dengan  tomol-tombol  untuk  fungsi  yang umum dan beberapa menu Arduino Development Environment
Expansion Connector USB Serial
port
Microkontroler ATmega328 Power Supply
Expansion Connector
terhubung ke arduino board untuk meng- upload program dan juga untuk berkomunikasi dengan arduino board.

## 2.5 Router
Router adalah  sebuah  alat  yang  mengirimkan  paket data  melalui  sebuah  jaringan  atau  internet  menuju  tujuannya, melalui sebuah proses yang dikenal sebagai routing.
Router berfungsi sebagai penghubung antar dua atau lebih  jaringan  untuk  meneruskan  data  dari  satu  jaringan  ke jaringan  lainnya. Route r  berbeda  dengan switch,  switch merupakan penghubung beberapa alat untuk membentuk suatu local area network (LAN). . Router  sangat  banyak  digunakan  dalam  jaringan berbasis  teknologi  protokol  TCP/IP,  dan router jenis  itu disebut  juga  dengan  IP router .  Selain  IP router ,  ada  lagi AppleTalk  Router ,  dan    masih  ada    beberapa  jenis  router lainnya.  Internet  merupakan  contoh  utama  dari  sebuah jaringan yang memiliki banyak router IP.
Gambar 4.Cara Kerja Router
Gambar 2.4. Topologi Jaringan
Router dapat  digunakan  untuk  menghubungkan banyak  jaringan  kecil  ke  sebuah  jaringan  yang  lebih  besar, yang  disebut  dengan internetwork ,  atau  untuk  membagi sebuah  jaringan  besar  ke  dalam  beberapa subnetwork yang berguna   untuk meningkatkan kinerja dan juga mempermudah manajemennya. Router juga digunakan  untuk  mengoneksikan dua  buah  jaringan  yang  menggunakan  media  yang  berbeda, seperti  halnya router  wireless yang  pada  umumnya  selain  ia dapat menghubungkan  komputer dengan  menggunakan radio, ia  juga  mendukung  penghubungan  komputer  dengan  kabel UTP.

## 2.6 Relay
Relay adalah  saklar  yang  dioperasikan  secara  listrik dan  merupakan  komponen electro  mechanical yang  terdiri dari elektro magnet (coil) dan mekanikal (seperangkat kontak saklar/ switch ). Relay menggunakan  prinsip  elektromagnetik untuk  menggerakkan  kontak  saklar  sehingga  dengan  arus listrik  yang  kecil  dapat  menghantarkan  listrik  yang bertegangan lebih tinggi [1].
Gambar 2.5. Bagian-Bagian Relay

## III. METODE PENELITIAN

## 3.1 Teknik Perancangan
Teknik perancanga prototype pengendali relay berbasis web dengan arduino uno dan ethernet shield ini meliputi.
a. Mempersiapkan  bahan  baku  seperti:  modul  arduino uno board ,  modul  arduino  ethernet  shield,  modul power  supply , router ,  modul relay ,  kabel,  terminal konektor,  lampu  bohlam  220V,  mika  plastic,  baut dan skrup
b. Penyusunan posisi bahan perangkat keras pada papan percobaan.
c. Pengkabelan antara modul dan input output.
d. Pemrograman arduino.
e. Pengaturan pengalamatan data.
f. Percobaan arduino web server pengendali relay.

## JTE UNIBA,Vol. 1, No.1, SEPTEMBER  2016                                                                                       25
Gambar 3.1. Flow Chart prototype pengendali relay

## 3.2 Aplikasi Perangkat Lunak
Perancangan perangkat lunak meliputi program yang di  buat  dengan  menggunakan  bahasa  pemrograman  arduino. Dengan  menuliskan  bahasa  pemrograman  pada  arduino development environment kemudian di download kemikrokontroler  ATmega328  yang  terdapat  pada  arduino board .  Bahan  yang  digunakan  dalam  pembuatan  perangkat lunak
a. Sofware Arduino Development Environment
b. Web Browser
c. Sofware Macromedia Dreamweaver 8 Alat yang digunakan dalam pembuatan perangkat lunak a. Komputer
b. Kabel Data

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 4.1 Rangkaian Pengkabelan
Agar rangkaian dapat bekerja dengan sempurna maka modul-modul harus digabungkan dan di hubungkan ke beban / peralatan  listrik,  rangkain  pengkabelan  dapat  dilihat  pada Gambar 4.1.
Gambar 4.1. Pengkabelan Rangkain
Gambar 4.1. Rangkaian Pengkabelan
4.2 Pengendali Relay Pengendali relay adalah  proses  pengendalian relay dengan menggunakan media internet , dimana relay terintegrasi  dengan  sebuah  perangkat  yang  dapat  memantau dan  mengontrol  peralatan  listrik,  peralatan  listrik  dapat  di pantau  dan  dikontrol  melalui  halaman web yang  berada  pada embedded web server yang diakses melalui web browser
4.3. Metode Pengujian
4.3.1 Pengujian Rangkaian Relay
Pengujian  rangkaian relay dapat  dilakukan  dengan memberi  logika  1  (+3,3  s/d  +5  VDC)  pada  pin  INx  DT-I/O Quad  Relay  Board untuk  mengaktifkan relay dan  logika  0 untuk menonaktifkannnya.
Pada alat
ini relay digunakan untuk menghidupkan/mematikan  lampu  sebagai  beban  listrik, dimana hubungan yang dugunakan adalah normally open (NO) dengan  demikian  jika relay tidak  aktif  maka  lampu  beban akan mati, sebaliknya jika relay aktif, maka lampu beban akan menyala. Pengujian dilakukan dengan memberikan tegangan 5 volt  pada input rangkaian relay ,  maka coil  pada  relay akan menghasilkan  medan  magnet  sehingga  dapat  menarik  kontak
Studi Literatur Pengumpulan Data Upload Program Pengujian Fungsi komponen Tidak Ya Ya Tidak Mulai Selesai Instalasi Disain  Program Pengoperasian Kesimpulan
NO  menjadi  NC  dan  lampu  sebagai  beban  menyala  maka rangkaian ini telah berfungsi dengan baik.

## 4.3.2 Pengujian Arduno Web Server
Pengujian arduino web server dilakukan dengan cara menghubungkan  arduino  web  server  ke  sebuah  komputer pribadi dengan menggunakan kabel LAN, kemudian  alamat  IP  dari  komputer  dikonfigurasi  agar  dapat terhubung  dengan  arduino web  server .  Konfigurasi  alamat  IP dari komputer dapat dilihat pada Gambar 4.2.
Gambar 4.2.  Konfigurasi Alamat IP Komputer
Setelah  itu  catu  daya  diberikan  kepada  arduino web server agar  alat  dapat  bekerja.  Setelah  arduino web  server bekerja,  koneksi  antara  komputer  dan  arduino web  server diperiksa  dengan  melakukan  perintah ping ke  alamat  ip  dari arduino web  server dari  program command  prompt pada komputer.  Jika  koneksi  tidak  ada  masalah  maka command prompt akan menampilkan tampilan seperti Gambar 4.3.
Gambar 4.3. Tampilan Command Prompt Jika Koneksi
Berhasil
Setelah  itu  dilakukan  pengujian  untuk  mengetahui apakah  arduino web  server dapat  menampilkan  halaman web dengan  baik.  Pengujian  dilakukan  dengan  cara  membuka aplikasi web  browser pada  komputer  kemudian  mengisi  bar alamat  dengan  alamat  IP  dari  arduino web  server 192.168.1.177,  maka  akan  muncul  tampilan  halaman web control  relay pada  aplikasi web  browser computer.  Tampilan halaman web dapat dilihat pada Gambar 4.4.

## JTE UNIBA,Vol. 1, No.1, SEPTEMBER  2016                                                                                       27
Gambar 4.4. Tampilan Halaman Web Pengendali Relay

## 4.3 Pengujian Keseluruhan
Pengujian  keseluruhan  rangkaian  dilakukan  dengan menggabungkan semua bagian-bagian yang diperlukan sesuai dengan  rancangan  rangkaian  yang  dilakukan  dan  juga  sesuai dengan program yang terdapat dalam arduino uno.
Setelah semua bagian telah terhubung dan diberi catu daya, arduino uno akan menunggu client yang meminta untuk dilayani.  Kemudian  pengujian  dilakukan  dengan  membuka halaman web pengendali relay melalui  aplikasi web  browser pada  komputer  yang  terhubung  dengan  arduino web  server . Ketika  tombol  ON  pada relay 1  diklik  maka relay akan  aktif dan  hal  ini  akan  menyebabkan  lampu  yang  terhubung  pada relay tersebut  menyala.  Ketika  tombol  OFF  pada relay 1 diklik maka relay menjadi tidak aktif dan menyebabkan lampu yang  terhubung  pada relay tersebut  tidak  menyala.  Jika tombol on setiap relay diklik maka seluruh lampu akan hidup. Pada kolom status dapat dilihat keadaan setiap lampu.

## 4.4 Analisa Prototype Pengendali Relay
Arduino  uno  memiliki  14  pin  masukan/keluaran digital  dan  6  pin  masukan  analog.  Pin  masukan  analog  dapat dikonfigurasi  menjadi  pin  masukan/keluaran  digital  sehingga total arduino  memiliki 20 pin  masukan/keluaran digital. Pada prototype pengendali relay pin  digital  10,  11,  12  dan  13 digunakan  arduino  uno  untuk  berkomunikasi  dengan  arduino ethernet  shield .  Jadi  jumlah  pin  yang  tersisa  yang  bisa digunakan sebagai keluaran digital adalah 16 pin.
Prototype pengendali relay menggunakan  jaringan komputer untuk terhubung ke perangkat yang mengendalikannya.  Jika prototype pengendali relay berada
pada jaringan yang sama dengan perangkat yang mengendalikannya  maka prototype pengendali relay dapat diakses  oleh  perangkat  tersebut.  Jika prototype pengendali relay tehubung  ke  jaringan  internet  maka prototype pengendali relay dapat  diakses  dari  mana  saja  selama perangkat  yang  digunakan  untuk  mengendalikannya  juga terhubung ke jaringan internet.

## V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
a. Prototype yang  dirancang  dapat  menghidupkan  atau mematikan  peralatan  listrik  dari  jarak  jauh  melalui jaringan internet menggunakan aplikasi web browser . b. Prototype dapat  mengendalikan  4  peralatan  listik  jika masing-masing peralatan listik tersebut terhubung ke satu relay yang dikendalikan oleh Arduino web server.
c. Pengendali relay bebasis web sangat  bermanfaat  bagi banyak  pihak  yang  mengedepankan  kesederhanaan, efisiensi dan efektivitas, pada bidang industri, perkantoran, keperluan rumah tangga.
5.2 Saran Untuk  pengembangan  aplikasi  lain  dapat menambahkan    alat  baik  dari system  control maupun  data yang di install ke personal computer maupun smart phone .

## R EFERENSI
[1]    Budihartanto, Widodo. 2009.  Kendali Cerdas Berbasis Web/SMS/TCP- IP. Jakarta: Elex Media Komputindo.
[2]        Budihartanto,  Widodo.  2011.  Aneka  Proyek  Mikrokontroler  (Panduan Utama untuk Riset/Tugas Akhir). Yogyakarta: Graha Ilmu.
[3] Kadir,  Abdul.  2012.    Panduan  Praktis  Mempelajari  Aplikasi Mikrokontroler  dan  Pemrogramannya  Menggunakan  Arduino. Yogyakarta:  ANDI.
[4] Kho,  Dickson.  2015.  Pengertian  Relay  dan  Fungsinya.  (artikel online). http://teknikelektronika.com/pengertian-relay-fungsi- relay/ . diakses tanggal 06 Juni 2015.
[5] Monk, Simon. 2010. 30 Arduino Projects for the EvilmGenius.ThenMcGraw-Hill Companies,Inc.
[6]  Yusman.  2013.  Port  Forwarding.  (artikel  online). http://yusman- aripin.blogspot.com/2014/04/port-forwarding.html . diakses tangal 06 juni 2015.
.