## Ruangan Kelas dan Laboratorium Pintar
(Menuju Smart Campus dengan Internet of Things)

## Smart Classroom and Laboratory
(Towards Smart Campus with Internet of Things)
Rahmat Fanshuri, Wiwik Wiharti, Firdaus & Ihsan Lumasa Rimra
Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Padang Kampus Limau Manis Padang 25163 Telp. 0751-72590 Fax. 0751-72576 Email: rahmatfanshuri@gmail.com , wiwikwiharti@pnp.ac.id , mrdauz@pnp.ac.id & rimra@pnp.ac.id

## Abstract
Smart  Classroom  and  Laboratory  (SCL)  is  one  of  technologies  that  can  be  implemented  to  empower  the availability of Information and Communication  Technologies (ICT) infrastructure. All devices and components in class and labor will become entities that are integrated and embedded into electronic devices in order to make them  to  behave  as  the  Internet  of  Things  (IoT).  SCL  is  used  to  assist  lecturers  in  monitoring  and  managing classrooms  and  laboratories  in  real  time.  Moreover,  the  classroom  /  laboratory  will  be  smarter  because  the lighting and cooling systems are made to adapt according to the number of people in the room.
Keywords : ICT, IoT, Smart Classroom and  Laboratory

## PENDAHULUAN
Di  era  millenial,    sebagian  besar perguruan  tinggi    baik    di  Indonesia maupun  di  dunia    memiliki    visi    menjadi World    Class  University (WCU).    Salah satu    indikator  menuju    WCU    adalah kampus    harus  mempunyai    infrastruktur
Information and Communication
Technology (ICT)  yang komprehensif  dan memadai    (Dlamini  2017;  Arpan    2015; Hsing    2013;    Majeed    2018).    Khusus    di Indonesia,    hal    ini    juga    sejalan  dengan keinginan
pemerintah
untuk
meningkatkan    daya    saing    bangsa Indonesia    di  kancah    internasional. Infrastruktur ICT pun sekarang  juga  telah menjadi    salah    satu  indikator  kualitas perguruan tinggi di Indonesia.
Salah  satu  teknologi  yang    dapat diimplementasikan  untuk  memberdayakan ketersediaan    infrastruktur    ICT    adalah penerapan  teknologi Smart  Campus (SC) atau Intelligent    Campus (iCampus)    atau Digital  Campus    (DC)  atau  Kampus  Pintar (Chuling 2009; Heinemann 2018;  Mainetti 2011;    Wang  2017;  Wardani  2017; Zahariev  2013).    Semua  perangkat  dan
komponen  yang    ada    di    kampus    akan menjadi    entiti    yang    diintegrasikan    dan ditanamkan    ke  perangkat    elektronik sehingga akan berbentuk objek  yang pintar atau    S mart  Objects atau (Internet    of Things/    IoT )    (Atzori    2010;    Castellani 2010;    Gubbi    2013;    Scarfo  2014;  Want 2015).
Khusus  untuk  sistem  pengelolaan  dan pemantauan    ruangan    kelas    dan laboratorium    melalui    teknologi Smart Classroom    and    Laboratory (SCL)    yang merupakan  bagian  dari  SC,  sampai  saat ini    Politeknik    Negeri    Padang    belum memaksimalkan  penggunaan  infrastruktur ICT yang ada.  Dengan SCL ini akan dapat dilakukan    pemantauan    dan    pengelolaan ruangan    kelas    dan    laboratorium    secara real  time karena    sistem    ini    secara keseluruhan  akan  terintegrasi  pada  suatu sistem    yang  lebih  besar  dan  dapat  diakses melalui    satu    jaringan    dan platform dan juga memberikan efisiensi terhadap pemakaian  listrik  khususnya  untuk  sistem pencahayaan ruangan (Wiharti, 2016).
Dosen    akan  dapat  mengetahui  siapa dan  berapa  mahasiswa  yang  sudah  hadir (karena  ruangan  kelas/  lab  dilengkapi dengan sistem absensi sidik jari) atau dosen akan  dapat  mengetahui  apakah  mahasiswa sudah    berada    di    kelas/    lab    atau    dosen dapat  memonitor  kegiatan  yang dilakukan mahasiswa    di    kelas/    lab.    Terlebih    dari itu,    SCL    ini    akan    dapat    membuat ruangan  kelas/   lab  menjadi  lebih  pintar karena  sistem  penerangan  dan  pendingin di ruang kelas/ lab dibuat dapat beradaptasi sesuai  dengan  banyaknya  orang  yang berada  dalam  ruangan  tersebut  (yang disesuaikan juga dengan akumulasi perhitungan  absen  sidik  jari  mahasiswa pada ruangan tersebut).
Rumusan masalah SCL ini yaitu:
1.  Bagaimana  menerapkan  system  IoT dalam  ruangan  kelas  yang  mampu memonitoring ruangan, mengontrol fasilitas  (AC,  Lampu  dan  InFocus) dalam kelas via wireless .
2.  Bagaimana menerapkan Sistem Absensi menggunakan Fingerprint yang dapat di akses melalui internet.
3.  Bagaimana  proses  komunikasi  yang terjadi  antara microcontroller dengan raspberry  pi    dan  raspberry  pi  dengan computer.
4.  Bagaimana  merancang  suatu  system yang  memiliki  data  up  to  date  dan memperoleh informasi secara real time.

## METODOLOGI
Metodologi  yang  dilakukan  adalah metode penelitian. Metode penelitian dalam pembuatan  program  ini  ada  tiga  metode, yaitu :
1. Metode penelitian studi literature Penelitian  dengan  menggunakan  media internet  dan media cetak. Media internet dapat  berupa jurnal,  E-Book. Sedangkan media  cetak  dapat  berupa  buku-buku materi.
2. Metode  penelitian  studi  Eksperimen Penelitian dengan menggunakan software  dan  hardware  yang  di  rancang
kinerjanya,  lalu  dilakukan  pengujian terhadap  pembuatan  aplikasi.  Setelah  itu dilanjutkan  dengan  melakukan  analisis terhadap aplikasi tersebut, apakah aplikasi  sudah  sesuai  dengan  yang diinginkan  atau  belum.  Jika  hasil  sudah sesuai  dengan  yang  diharapkan  maka akan disimpulkan hasil yang didapatkan.
3. Metode penelitian sendiri adalah peraturan  atau  prosedur  yang  digunakan oleh seorang programmer untuk melakukan  kegiatan  secara  disiplin.
Dalam penelitian setiap orang dipengaruhi oleh tujuan serta profesi dari masing-masing pengguna.
Definisi Smart Classroom and

## Laboratory (SCL)
Smart    Classroom    and    Laboratory (SCL)    sebagai    bagian    dari    SC merupakan  penerapan    penataan    dan pemantauan    ruangan    kelas/    laboratorium yang    memberikan  informasi  secara real time karena  sistem  ini  secara  keseluruhan akan  terintegrasi  pada  suatu  sistem    yang lebih  besar dan dapat diakses  melalui satu jaringan dan platform .
Dosen akan dapat mengetahui siapa dan berapa mahasiswa yang sudah hadir (karena ruangan kelas/ lab dilengkapi dengan sistem absensi  sidik  jari)  atau  dosen  akan  dapat mengetahui apakah mahasiswa sudah berada  di  kelas/  lab  atau  dosen  dapat memonitor kegiatan yang dilakukan mahasiswa di kelas/ lab.
Terlebih  dari  itu,  SCL  ini  akan  dapat membuat    ruangan    kelas/    lab    menjadi lebih    pintar    karena    sistem    penerangan dan  pendingin  di  ruang  kelas/  lab  dibuat dapat  beradaptasi  (Khan  2016;  Pan  2015; Wiharti  2016)    sesuai    dengan    banyaknya orang    yang    berada    dalam    ruangan tersebut    (yang  disesuaikan    juga    dengan akumulasi    perhitungan    absen    sidik    jari mahasiswa  pada ruangan tersebut).

## Definisi Raspberry Pi
Raspberry  Pi  adalah  sebuah  komputer single-bo ard yang dibuat oleh Raspberry Pi Foundation ,  sebuah  amal  dibentuk  dengan
tujuan  utama  untuk  diperkenalkan  kembali keterampilan  komputer  tingkat  rendah untuk anak-anak di Inggris. Nama Raspberry Pi dikombinasikan dari
keinginan untuk menciptakan sebuah alternatif  fruit-based  computer  (seperti Apple, Blackberry, dan Apricot) dan sebuah persetujuan  dari  konsep  original,  komputer sederhana yang dapat di program menggunakan Python (disingkat Pi).

## Proses Identifikasi Wajah
Face  recognition merupakan  salah  satu bagian dari pengolahan citra yang digunakan untuk membandingkan satu citra wajah  masukan  dengan  suatu  database wajah  kemudian  menghasilkan  data  wajah yang sesuai dengan citra tersebut.
pada tahapan Proses Identifikasi Wajah dilakukan  pengukuran  kemiripan  antara citra  masukan  dengan  citra  yang  sudah disimpan  dalam  database.  Hal  yang  cukup sulit dari system pendeteksian dan pengenalan wajah adalah bagaimana membuat  sebuah  system  pendeteksi  dan pengenalan wajah yang cepat atau mendekati  waktu  nyata  dan  memiliki tingkat akurasi yang tinggi.

## Web Server
Web  server adalah  sebuah  aplikasi server  yang  melayani  permintaan  HTTP atau HTTPS dari browser dan
mengirimkannya  kembali  dalam  bentuk halaman-halaman  web.  Halaman-halaman web yang dikirim oleh web server biasanya berupa file-file Hyper  Text Markup Language (HTML)  dan Cascading  Style Sheet (CSS)  yang  nantinya  akan  di  parsing atau  ditata  oleh  browser  sehingga  menjadi halaman-halaman  web  yang  bagus  dan mudah  dibaca.  Cara  kerja  dari  web  server sebenarnya sangat  mudah dipahami. Proses yang  akan  terjadi  pada  browser  adalah browser  akan  membentuk  koneksi  dengan web  server,  meminta  halaman  website  dan menerimanya  .  Web  server  kemudian mengecek  permintaan  tersebut  apakah tersedia  atau  tidak.  Apabila  tersedia,  maka
web  server  akan  mengirimkan  data  kepada browser.

## Perancangan
Smart  Classroom  And  Laboratory yaitu sistem otomatis yang dapat memudahkan pengguna untuk me monitoring  ruangan,  Absensi,  mengontrol pencahayaan,  mengendalikan  AC  dan InFocus,  serta  dilengkapi  dengan  sebuah alarm  yang  dapat  memberikan  peringatan jika  terjadi  kebakaran  di  dalam  ruangan tersebut,  seorang  user  harus  terhubung dalam  jaringan  internet  untuk  dapat mengakses  hasil  kerja  dari  alat,  Hasil  kerja alat  ditampilkan  pada  halaman  web  yang mana informasi yang diperoleh web berasal dari  kerja  alat  yang  di  pasang  dalam ruangan. Untuk pengendalian sistem secara keseluruhan  di  gambarkan  pada  Gambar  1 Blok  diagram Smart  Classroom  and Laboratory.
Gambar 1. Blok diagram Smart Classroom and Laboratory.
Gambar  1  merupakan  perancangan sistem  hardware  yang  dibangun  meliputi tiga komponen pengontrolan yaitu Raspberry  Pi,  Arduino  Mega,  NodeMCU, Raspberry  akan  mengambil  video  melalui camera  webcam  dan  membaginya  kedalam jaringan,  serta  hasil  rekaman  tersebut  akan ditampilkan ke dalam Web Server, Raspberry pi juga akan mendeteksi keberadaan manusia dengan kamera dengan prinsip  face  recognition  artinya  jika  wajah manusia  terdeteksi  dalam  ruangan  maka raspberry  akan  memberitahukan  kepada arduino bahwa ada manusia dalam raungan dengan  mengirimkan  karakter  tertentu, arduino dan raspberry pi terhubung melalui kabel  USB  (Port  Serial).  Arduino  akan
mengaktifkan relay  yang terhubung dengan lampu  jika  terdeteksi  manusia  dalam ruangan dan menghidupkan lampu.

## Flowchart Sistem
Sensor  pendeteksi  suhu,  asap  dan fingerprint  aktif  secara  terus  menerus  pada ruangan selama terhubung ke listrik. Sensor DHT11  yang  dapat  mengukur  suhu  dan kelembapan  di  udara  sekitarnya.  Sensor asap digunakan untuk mendeteksi kebakaran  dalam  ruangan  dengan  cara mengukur kadar gas dalam ruangan.
Gas  yang  dapat  dideteksi  diantaranya  : LPG ,  i- butane , propane , methane , alcohol , Hydrogen , smoke . Pada saat sensor DHT11, Fingerprint dan MQ6 di ruangan menerima rangsangan  maka  akan  di  kirim  notifikasi ke  web,  selain  notifikasi  ke  web  perangkat juga  akan  memberikan  respons  berupa alarm  atau  penanda  bila  sensor-sensor tersebut digunakan atau kondisinya terpenuhi.
Gambar 2. Flowchart Sistem Smart Classroom And Laboratory
Selain  fungsi  pembaca  kondisi  ruangan (sensor) alat juga akan melakukan pengontrolan perangkat dengan menggunakan sinyal infrared kepada
perangkat dengan menghidup-matikan lampu,  ac,  dan  InFocus,  baik  dikontrol secara  otomatis  maupun  manual.  Untuk proses  sistem  notifikasi  dari  nodemcu  ke web  dilakukan  dengan  cara  nodemcu mengirim  data  ke  database  server.  Sistem ini  bekerja  dengan  cara  seperti  yang ditunjukkan  Flowchart  pada  Gambar  2  di samping.
Flowchart  di  atas  merupakan  alur  kerja perangkat hardware, selain perangkat bekerja  secara  hardware  perangkat  ini  juga di  dukung  oleh  software  berupa  halaman web  yang  dapat  di  akses  oleh  user,  adapun flowchart  software  di  gambarkan  seperti Gambar 3 berikut :
Gambar 3. Flowchart sistem aplikasi berjalan

## Perancangan web server pada internet
Koneksi  antara  Raspberry  Pi  dan
NodeMCU dengan web server
mengagunkan  protocol  HTTP.  Data  yang dikirim oleh alat akan di upload ke database server. Selanjutnya informasi akan dapat di akses oleh user melalui web seperti yang di tunjukan Gambar 4.
Gambar 4. Akses HTTP Protokol Client-server

## Perancangan Layout User Interface
Perancangan  interface  dilakukan  untuk menentukan bentuk fisik dari tampilan web yang menampilkan bentuk tampilan halaman  login,  layout  utama,  halaman utama,  halaman  layout  video  dan  halaman layout  informasi.  Rancangan  layout  utama pada  merupakan  tampilan  login  agar  dapat mengakses  halaman  utama  dari  web Smart Classroom And Laboratory.
Pada halaman ini user harus memasukkan  ID  dan  password  yang  benar agar  user  dapat  masuk  ke  halaman  utama dari web Smart Classroom and Laboratory. Pada  halaman  layout  utama  ini  user akan diperlihatkan apa saja fitur atau fungsi yang dapat dijalankan perangkat.
Pada  halaman  absensi  user  dapat melihat  daftar  kehadiran  mahasiswa  yang hadir  pada  saat  itu  ataupun  yang  hadir  di hari-hari  sebelumnya.  Di  halaman  tersebut user  dapat  memilih  tanggal  kapan  daftar absennya.
Pada  halaman  video,  user  dapat melihat kondisi ruangan dan dapat melakukan monitoring, video yang ditampilkan  berupa  video  real  time  kondisi ruangan  saat  itu.  Berikut  adalah  tampilan halaman  video  pada  web  pada  saat  alat tidak  dinyalakan  dan  video  tidak  sedang streaming.
Sementara,  pada  halaman  informasi ini  user  dapat  melihat  beberapa  variable yaitu  dapat  memantau  jumlah  orang  dalam ruangan,  mengetahui  suhu  dan  kelembapan ruangan, mengetahui kondisi dari perangkat yang ada di ruangan (AC, Lampu, InFocus) dan  yang  terpenting  dapat  mengetahui
kondisi  ruangan  jika  terjadi  kebabaran. Berikut adalah tampilan dari menu informasi.
Perancangan Hardware Perancangan perangkat keras ( hardware )  meliputi  perancangan  mekanik dan elektronik.

## Perancangan Mekanik
Pada perancangan system ini di rancang sebuah  mekanik  yang  secara  tampilan terdiri  dari  tiga  buah  kotak  yang  disusun bertingkat.kotak  pertama  digunakan  untuk tempat  peletakan  kotak  2  dan  3,  berikut adalah tampilan kotak 1dan 2.
Pada  kotak  kedua  tersebut  memiliki fungsi sebagai tempat peletakan raspberry , relay,  dan  adaptor  untuk  supply  tegangan pada  perangkat.  Untuk  kotak  ketiga  berupa kotak  yang  di  bentuk  menyerupai  sebuah robot,  dimana  pada  kotak  ketiga  inilah sensor-sensor di hubungkan dengan mikrokontroler,  berikut  adalah  tampilan dari kotak ketiga.
Dari  keseluruhan  kotak  tersebut  akan disusun sehingga akan menghasilkan perangkat  secara  keseluruhan  sehingga perangkat dapat di fungsikan berikut adalah tampilan  keseluruhan  perangkat  beserta keterangan  posisi-posisi  sensor  yang  di pasang pada perangkat.
Gambar 5. Tampak keseluruhan perangkat
Keterangan  dari  Gambar  5  di  atas  adalah sebagai berikut:
1. Posisi camera webcam.
2. Posisi sensor pendeteksi Asap (MQ-6).
3. Lampu alarm.
4. Servo penggerak .
5. Lcd  16x2  untuk  menampilkan  menu system.
6. Tombol yang digunakan untuk memilih menu.
7. Posisi sensor fingerprint.
8. Kotak 3, tempat peletakan
mikrokontroler.
9. Kotak 2, tempat peletakan Raspbrry pi.
10. Konektor AC untuk dihubungkan dengan lampu ruangan.
11. Kotak  1,  sebagai  kedudukan  dari  kotak 2 dan 3.
12. Posisi sensor kelembapan (DHT-11).

## Cara pengoperasian alat
Alat  dioperasikan  dengan  cara  sebagai berikut
1. Menghubungkan Kabel Power ke sumber 2. Memastikan  kabel  data  untuk  arduino dan NodeMCU sudah terhubung dengan benar.
3. Menekan  tombol  power  arduino  dan raspberry pi yang terpasang pada alat.
4. Menunggu  sekitar  40  detik  untuk  alat mengeksekusi programnya.
5. Menekan tombol  reset  NodeMCU, agar NodeMCU terhubung kedalam jaringan.
Dan  perangkat  akan  bekerja sesuai fungsinya.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah melakukan serangkaian percobaan, didapatkan beberapa hasil
terhadap  pengujian  beberapa  sensor-sensor yang digunakan.
Pengujian  sensor  DHT11  dilakukan untuk  mengetahui  apakah  sensor  DHT11 dapat  bekerja  baik  dalam  membaca  suhu dan  kelembapan  dalam  ruangan,  serta mengetahui  apakah  sensor  DHT11  dapat merespons  dengan  baik  ke  arduino  mega 2560.  Pengujian  ini  dilakukan  pada  siang hari,  sehingga  didapat  data  seperti  pada Gambar 6.
Gambar 6. Hasil Bacaan Suhu dan Kelembapan
Dari  hasil  pengujian  sensor  DHT11 dapat diperoleh besarnya kondisi suhu pada saat pengujian adalah ± 25 o C dengan kadar humidity 64, humidity ini  menunjukkan banyak uap air pada udara sekitar.
Sementara  itu,  untuk  pengujian  sensor MQ-6  dilakukan  untuk  mengukur  kadar asap,  LPG  dan  CO  dalam  ruangan  dengan tujuan  untuk  mendeteksi  kebakaran,  pada
saat  pengujian  dengan  kondisi  ruangan tidak ada asap. Pada hasil pengujian normal terlihat  tiga  unsur  LPG ,CO  and  SMOKE memiliki  nilai  nol  hal  ini  terjadi  karena pada  saat  pengujian  tidak  ada  asap  di sekitar  perangkat,  dari  ketiga  faktor  inilah yang  nantinya  perangkat  akan  mendeteksi api  di  dalam  ruangan,  biasanya  api  akan mengandung  ke  tiga  unsur  tersebut.  Saat pengujian  mendeteksi  api  dengan  MQ-6 menghasilkan data seperti Gambar 7.
Gambar 7. Pengujian sensor MQ-6 saat mendeteksi kebakaran
Dari  hasil  pengujian  membuktikan sensor  MQ-6  bekerja  dengan  optimal  saat mendeteksi kebakaran, pada saat di lakukan pembakaran  di  dekat  perangkat,  MQ-6 langsung  memberikan  pembacaan  yang akurat  terhadap  kondisi  tiga  unsur  (LGP, CO  dan  asap)  hasil  perubahan  unsur  inilah yang akan menjadi pedoman pada perangkat  untuk  mengetahui  terjadinya kebakaran.

## SIMPULAN
Berdasarkan  Pembahasan  yang  sudah dijelaskan  sebelumnya  maka  kesimpulan yang dapat diambil sebagai berikut :
1. Perancangan Smart  Classroom    and Laboratory khusus  untuk  pembacaan suhu, kelembapan dan kebakaran dengan  menggunakan  Raspberry  pi, NodeMCU,  Arduino  Mega  berhasil diterapkan.
2. Hasil  pembacaan  suhu  dan  kelembapan menunjukkan  bahwa  peralatan  dapat berjalan dengan baik.
3. Sensor MQ6 juga dapat  bekerja dengan baik  dalam  memberikan  notifikasi  jika terjadi kebakaran.

## DAFTAR PUSTAKA
Adamko  A  et  al,  2018.  Smart  campus service link: Adaptation and interaction  planes  for  campus  and university  environments.  28th  IEEE International Conference on Cognitive Infocommunications (CogInfoCom), pp 271-276. Apcar,  J.  2011.  IP  in  Smart  Object Networks. Hongkong: Cisco Systems. Castellani,  A.  et  al.  2010.  Architecture  and
Protocols  for  the  Internet  of  Things:
A Case Study. 678-683. Centenaro,  M.,  L.  Vangelista,  A.  Zanella, and  M.  Zorzi.  2016.  Long-range communications  in  unlicensed  bands: the  rising  stars  in  the  IoT  and  smart city scenarios. IEEE Wirel. Commun., vol. 23, no. 5, pp. 60–67.
Khan,  M.,  B.  N.  Silva,  and  K.  Han.  2016. Internet  of  Things  based  Energy Aware  Smart  Home  Control  System. IEEE Access, vol. 3536, no. c, pp. 1–
1.
Pan  J  et  al  2015.  An  Internet  of  things framework  for  smart  energy  in buildings:  designs,  prototype,  and experiments.  IEEE Internet of Things Journal, vol. 2, no. 6, pp. 527-537.
Rimra,  IL.,  Andrizal,  Firdaus,  &  Wiharti,
W. 2012. Pemodelan Customer Premise  Equipment  (CPE)  untuk Internet  Protocol  versi  6  (IPv6). Padang: Politeknik Negeri Padang.
Suyadi  2012.  Komunikasi  Serial  dan  Port Serial  (COM)  L200100015,  Teknik Informatika UMS.
Tim Cox. 2014. Raspberry Pi Cookbook for Python  Programmers.  Edition  1. Birmingham: Packt Publishing Ltd.
Wiharti  W.,  Novid  I.,  Firdaus,  and  Rimra IL.  2016.  Smart  Grid  Test  Bed Implementation  in  Controlling  the Lighting  System  on  Smart  Home Environment.  Smart  Grid  Test  Bed Implementation  in  Controlling  the Lighting  System  on  Smart  Home Environment. pp. 435–441.