## SISTEM KENDALI JARAK JAUH BERBASIS WEB UNTUK SISTEM RUMAH PINTAR
Mumuh Muharam * , Melda Latif, dan Mahendri Saputra Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Andalas
* Corresponding author, e-mail: mumuh@eng.unand.ac.id
Abstrak — Pengendalian  piranti  elekronika  yang  masih  menggunakan  cara  konvensional  yaitu  dengan menyalakan  dan  mematikannya  melalui  saklar  manual,  akan  membatasi  upaya  masyarakat  untuk melakukan  penghematan  energi  listrik.  Karena  itu  penggunaan  system  kendali  yang  terintegrasi  dalam bentuk  rumah  pintar  (smart  home)  akan  membuat  upaya  penghematan  energi  lebih  mudah  dilakukan. Tujuan makalah ini adalah untuk membuat sebuah sistem yang menerapkan konsep Internet of Things (IoT) dan  sistem  kendali  jaringan  (NCS)  untuk  aplikasi  rumah  pintar,  dengan  mengimplementasikan  sebuah perangkat komputer berukuran kecil bernama Raspberry Pi yang digunakan sebagai server dan pengendali kerja  sistem.  Prinsip  kerja  dari  sistem  ini  adalah  pengendalian  piranti  elektronika  dari  jarak  jauh  pada sebuah bangunan melalui website lokal yang diakses menggunakan jaringan internet lokal melalui Smart phone. Dari hasil pengujian, sistem yang dibangun mampu mengendalikan tujuh peralatan bertegangan AC dan  tiga  alat  elektronik  tegangan  DC  sekaligus  dan  mampu  menampilkan  status  masing-masing  piranti elektronika yang dikendalikan.
Kata Kunci : Internet of Things (IoT), Rumah Pintar, Sistem Kendali Jaringan, Raspberry Pi.
Abstract — Conventional control of electronic devices that still use manual on and off switches will limit the ability of public to  achieve energy saving. Therefore, application of automatic controller in form of smart home will make energy saving effort will easier to achieve.  This paper aims to design a system with concept of Internet of Things (IoT) for smart home application, by implementing a small computer device named Raspberry Pi which is used as server and control system. The principle of this system is to control electronic devices in a building through a local website using local internet network via a smart phone. The test results  show that the system is able to control seven AC equipment and three DC voltage electronical devices in simultaneously.  The system also able to display the status of each controlled electronics devices.
Keywords : Internet of Things (IoT), Smart Home, Networked Control System (NCS), Raspberry Pi.

## Pendahuluan
Terdapat  dua  hal  yang  memberikan  kerugian dalam  konsep  rumah  konvensional.  Pertama, pengabaian terhadap perangkat kelistrikan seperti lampu-lampu penerangan atau perangkat lainnya lupa  untuk  dimatikan  pada  saat  ke  luar  rumah sehingga pemakaian energi menjadi boros. Kedua, kurangnya  penjagaan  terhadap  keamanan  rumah misalnya pintu atau garasi lupa dikunci sehingga dapat  menimbulkan  tindakan  kejahatan.  Rumah pintar  [1]  memberikan  solusi  yang  dapat diterapkan  terhadap  hal  tersebut.  Bahkan  rumah pintar  dapat  memberikan  kenyamanan  dari  segi pengkondisian  ruangan  seperti  ventilasi  dan pengaturan suhu ruangan dan memiliki keamanan baik  dari  segi  kecerobohan  terhadap  pengabaian perangkat  kelistrikan  ataupun  dari  segi  tindak kejahatan  secara  otomatis.    Untuk  rumah  pintar
kriteria  yang  optimal  agar  dapat  direalisasikan harus  memiliki  kemampuan  dijangkau  atau dikendalikan  pada  jarak  jauh.  Salah  satu  media pengendalaian jarak jauh adalah dengan memanfaatkan internet.
Dua  konsep  yang  dapat  digunakan  untuk merealisasikan  rumah  pintar  yaitu Internet  of Things (IoT)  dan  Sistem  Kendali  Jaringan ( Networked Control Systems – NCS). IoT memberikan  fasilitas  terhadap  semua  perangkat elektronik  agar  dapat  terkoneksi  dan  terintegrasi dalam  sebuah  jaringan  [2-3],  sementara  NCS memberikan  sistem  kendali  terhadap  perangkat- perangkat elektronik tersebut dengan memperhatikan tanggapan waktu apabila internet terdapat  kendala  seperti packet-dropout dan kehadiran waktu tunda [4-5].
Tujuan     penelitian      ini       adalah     untuk
membangun sebuah  sistem  yang  mengendalikan rumah    pintar  dari  jarak  jauh  dengan memanfaatkan  media  internet.  Dari  sisi  IoT, sistem  yang  dibangun    untuk  memonitor lampu- lampu ruang dan kipas  angin, sedangkan dari sisi NCS  motor  servo  digunakan  untuk  sistem pengendalian  jarak  jauh.  Sistem  yang  dibangun menggunakan  Raspberry  Pi  sebagai  pengendali dan  komunikasi  perangkat  keras  dan  perangkat lunak.

## Tinjauan Pustaka

## 2.1 Rumah Pintar
Dewasa  ini  konsep  rumah  pintar  dalam  [1] telah  berkembang  dengan  pesat.  Perkembangan perangkat  IC,  elektronika  dan  komunikasi  dan seperti  juga  perangkat  lunak  telah  memberikan sumbangan  yang  sangat  penting  untuk  model rumah  pintar,  terutama  rumah  pintar  yang  dapat dikendali dari jarak jauh.  Penelitian rumah pintar tidak hanya rumah sebagai objek penelitian tetapi telah berkembang ke model yang lebih besar dan komplek  seperti  gedung  pintar,  rumah  sakit pintar, dan kota pintar [6].
Penelitian  rumah  pintar  berkembang  dari pengendali  yang  bersifat  lokal  seperti  Bluetooth [7], RFID [8], Wi-fi [9] ke arah pengendali yang mencakup  daerah  jangkauan  yang  lebih  luas menggunakan model berbasis Web [10].

## 2.2 Internet of Things (IoT)
IoT  memungkinkan  interaksi  antara  mesin yang satu dengan mesin lainnya (M2M, machine to  machine )  seperti  peralatan  elektronik  rumah tangga,  sensor  dan  actuator,  dan  HP/computer. IoT  dapat  bekerja  dengan  baik  memerlukan  tiga hal  berikut  yaitu  pemahaman  bersama  terhadap pengguna  dan  aplikasinya,  arsitektur  softwarwe dan  jaringan  komunikasi  untuk  memproses  dan menyalurkan  informasi,  dan  perangkat  analisis yang  bertujuan  untuk  keperluan  otomatisasi  dan kemampuan cerdas [3].

## 2.3 Sistem Kendali Jaringan (NCS)
NCS merupakan sistem kendali dimana sinyal- sinyal  kendali  dan  umpan-balik  melalui  media internet  [4].  Pada  dasarnya  NCS  hampir  sama dengan  IoT,  hanya  saja  pada  NCS  analisis mengenai  tanggapan  sistem  agar  sistem    tetap stabil dan unjuk kerja juga tetap baik. Oleh karena internet memiliki banyak kendala seperti packet- dropout atau  waktu-tunda,  maka  sistem  akan
sangat  terpengaruh  unjuk  kerjanya  atau  menjadi tidak stabil [11].

## Metodologi
3.1. Rancangan Arsitektur Rumah Pintar
Rumah pintar yang dirancang terdiri dari dua bagian yaitu perangkat keras dan perangkat lunak. Perangkat  keras  terdiri  dari  Raspberry  Pi,  relai, dan perangkat elektronik yang akan dikendalikan seperti  lampu,  kipas,  dan  motor  servo  kontinyu. Sementara, perangkat lunak digunakan mengendalikan semua sistem.
Tinjau  Gambar  1  yang  memperlihatkan arsitektur Rumah pintar yang dirancang. Terlihat bahwa terdapat tiga bagian yaitu akses dari klien, Raspberry  Pi  sebagai  pusat  pengendali,  dan perangkat elektronik yang dikendalikan.

## Gambar 1. Arsitektur Rumah Pintar

## 3.2. Akses Klien
Akses  dari  klien  dirancang  sebagai  berikut pertama yang harus dilakukan adalah mengkonfigurasi  IP  a ddress smartphone,  laptop atau  perangkat  sejenis  sesuai  dengan  jaringan lokal.  Setelah  IP address  client terkonfigurasi sambungkan  perangkat client dengan  jaringan internet.  Jika  tidak  bisa  tersambung  dengan jaringan  internet  lokal,  kemungkinan  terjadi kesalahan  pada  pengkonfigurasian  IP address , ulangi  langkah  pengkonfigurasiannya.  setelah tersambung ke jaringan lokal, buka web browser , kemudian  buka  halaman web sistem  kendali listrik  jarak  jauh.  Pada  halaman web sistem kendali  listrik  hanya  dibatasi  pada  status  relay
melalui  button,  fungsi  relay on dan off untuk lampu,  kipas  angin,  alarm,  serta  buka  dan  tutup garasi menggunakan motor servo.

## 3.3. Raspberry Pi dan Perangkat Kendalian
Tinjau  Gambar  2  yang    merupakan    diagram rangkaian hardware sistem  yang    menjelaskan bahwa  Raspberry  Pi  3  Model  B  sebagai main sistem  karena  sebagai  kontrol  utama  sistem  dan sebagai server yang  disuplai  dengan adaptor minimal  5V  1A.  Sedangkan  pin  GPIO    pada Raspberry  Pi  berfungsi  sebagai  rangkaian pengendali output . Wiring diagram  rangkaian hardware sistem diatas  menunjukkan  sistem  mengontrol  10  alat elektronika yang terdiri dari 7 buah lampu pijar, 1 buah kipas angin, 1 buah buzzer  melalui 9 buah relay dan 1 buah motor servo yang dihubungkan langsung ke pin GPIO.
Tegangan  3.3V  DC  dari  GPIO  digunakan sebagai  tegangan trigger untuk  relay  yang  di ground kan yang berasal dari pin VCC Raspberry Pi. Kemudian tegangan 12V DC digunakan untuk men- driver masing-masing relay yang di-ground- kan  yang  berasal  dari power  supply .  Sedangkan tegangan  5V  DC  digunakan  untuk  menyuplai motor servo yang di ground kan yang berasal dari power supply .
Pin  GPIO  23,  24,  25,  12,  16,  19,  20,  21,  26 merupakan  rangkaian  pengendali  output  sistem yang  akan  mengeluarkan  output  berupa  logika low atau 0 dan logika high atau 1. Jika keluaran pin GPIO berupa logika low atau 0 maka tegangan 3.3V  dari  pin  VCC  Raspberry  Pi  akan  men- trigger kumparan  relay,  menyebabkan  tercipta medan  elektromagnetik  yang  menarik  kontak poin  relay  menjadikan  relay  aktif  sehingga sehingga  lampu,  buzzer  dan  fan/kipas  angin berukuran kecil menyala.
Jika output program berupa logika high atau 1 maka arus 3.3V dari pin VCC  Raspberry Pi akan terputus,  sehingga  tidak  ada  arus  di  kumparan relay, maka kemagnetan relay hilang dan kontak poin  relay  akan  terpisah  menjadikan  relay  tidak aktif sehingga lampu, buzzer dan fan/kipas angin berukuran kecil alan mati. Hal ini terjadi karena relay  yang  digunakan  bertipe aktif  low. Selain mengeluarkan  o utput berupa low dan high ,  pin GPIO  juga  mengeluarkan output berupa  sinyal PWM yakni pin GPIO 18 dengan DutyCycle > 1.5 ms dan < 1.5 ms 18 untuk mengatur rotasi motor servo  dengan  ketentuan  jika output berupa DutyCycle >  1.5  ms  maka  motor  servo  akan
berotasi searah jarum jam. Sebaliknya jika output berupa DutyCycle <  1.5  ms  maka  motor  servo akan berotasi berlawanan jarum jam.
Gambar 2. Diagram Rangkaian Input-output

## Rapsberry PI
3.4. Perancangan Perangkaat Lunak Pada sistem kendali jarak jauh ini pemrograman  untuk  mengendalikan  perangkat elektronik menggunakan bahasa Python . Beberapa program yang dirancang adalah sebagai berikut:
a. Program on/off tujuh buah lampu
b. Program on//off kipas angin kecil
c. Program pemutaran motor servo
d. Program untuk alarm
Selain  pemprograman  Bahasa Python ,  dalam rancangan  rumah  pintar  ini  juga  dilakukan pemprograman untuk keseluruhan sistem menggunakan  bahasa  program  HTML  dan  PHP yaitu sebagai berikut: a. Program statement kondisi
b. Program status relay
c. Program tampilan dan kondisi button

## 3.5. Metode Pengujian
Pengujian yang dilakukan meliputi:
a. Penyalaan lampu dan mematikan lampu, kipas angin
b. Pengendalian motor servo
c. Pemberian gangguan pada pengendalian

## motor servo

## Hasil dan Pembahasan
Hasil  pengujian  dan  pembahasan  sangat diperlukan  untuk  menilai  kinerja  sistem  kendali jarak jauh ini apakah memiliki unjuk kerja yang baik  dan  untuk  mendapatkan  kelemahan  sistem untuk penelitian lebih lanjut.

## 4.1. Hasil Perancangan Web Browser
Gambar  3  memperlihatkan  tampilan  hasil perancangan  sistem  kendali  jarak  jauh  berbasis Web pada  Smart  Phone.  Terlihat  bahwa  sistem dibentuk  dalam  tiga  bagian.  Bagian  pertama berupa  pengendali lampu,  pengendali  kipas,  dan motor  Bagian  kedua  adalah  alarm.  Sedangkan bagian ketiga merupakan penjadwalan penyalaan lampu.
Aksi  yang  dilakukan  berupa  penekan  tombol pada ketiga bagian pengendali tersebut. Hasil dari penekanan  tombol  aksi  terlihat  pada  status. Selanjutnya tampilan perangkat kerasnya terlihat pada  Gambar  4.  Lampu  akan  menyala  apabila tombol lampu ditekan.
Gambar 3. Tampilan Web Sistem Kendali Pada Smart Phone

## 4.2. Kendali Lampu
Pengujian lampu  dilakukan  baik  untuk  setiap lampu  ataupun  untuk  satu array yaitu  lampu- lampu  pada  setiap  lantai.  Selain  hal  tersebut, pengujian  juga  dilakukan  untuk  lampu  yang dikendalikan  penyalaannya  sesuai  jadwal.  Hasil memperlihatkan  bahwa  pengendalian  berjalan dengan baik.
Gambar 4. Model Rumah Pintar

## 4.3. Kendali Motor Servo
Motor  servo  diterapkan  pada  beban  pintu garasi. Aksi yang dilakukan adalah membuka atau menutup  garasi.  Hasil  memperlihatkan  bahwa pengendalian  motor  servo  ini  dapat  berjalan sesuai rancangan.
4.4. Kendali Motor Servo Dengan Gangguan Pada  pengujian  ini  motor  servo  dijalankan dengan memberikan gangguan berupa
pembebanan  pada  internet.  Hasil  pengujian terlihat  pada  Tabel  1.  Terlihat  bahwa  waktu respon motor servo terjadi perubahan yang sangat kecil  meskipun  gangguan  diperbesar.  Hal  ini memperlihatkan bahwa sistem kendali jarak jauh yang berbasis Web ini masih kokoh.

## 4.5. Alarm
Salah  satu  aspek  dalam  sistem  rumah  pintar adalah keamanan. Untuk memperlihatkan bahwa keamanan pun dapat dikendalikan sebuah buzzer dipasang pada pintu. Apabila terjadi kejanggalan pada pintu maka alarm akan menyala. Alarm yang digunakan  pada  penelitian  ini  pun  dapat  bekerja sesuai  pengguna  yaitu  dengan  menekan  tombol aksi pada halaman Web , sehingga sewaktu-waktu dapat bekerja.
Tabel 1.  Respon Motor servo terhadap
pembebanan internet No Jumlah Halaman Web Yang Diakses Waktu Respon (Detik) 1 3 0.45 2 5 0.45 3 7 0.46 4 9 0.46 5 11 0.47

## 4.6. Pembahasan
Secara umum hasil penelitian memperlihatkan bahwa  pengendalian  jarak  jauh  menggunakan internet  dapat  diterapkan  dengan  baik.  Unjuk kerja  dan  kestabilan  sistem  kendali  tetap  baik walaupun sistem diberikan pembebanan.
Jumlah  perangkat  elektronik  yang  diteliti sangat banyak dan macam-macam perangkat juga bervariasi tidak membuat Raspberry Pi dan sistem menjadi  tidak  stabil.  Terlihat  dari  percobaan bahwa  ketika  aksi  dilakukan  untuk  semua perangkat sistem masih dapat menanggapi dengan baik.  Sebagai  contoh  semua  lampu  dinyalakan baik  di  lantai  1  dan  2 ataupun  dengan  aksi  pada kipas angin sistem dapat bekerja.

## Kesimpulan
Dalam paper ini telah disajikan sistem kendali jarak jauh berbasiskan web. Sistem menggunakan Raspberry  Pi  yang  merupakan  perangkat berdimensi  kecil  tetapi  dapat  melakukan  proses kendali,  komunikasi,  dan  menanggapi  semua komponen sistem.
Hasil  percobanan  memperlihatkan  apabila dilihat dari jumlah dan variasi   perangkat  maka sistem tetap stabil dan berunjuk kerja baik. Begitu pula  pada  saat  diberikan  pembebanan  pada jaringan internet, sistem tetap stabil dan berunjuk
kerja baik.
Untuk penelitian lanjut, penambahan perangkat elektronik seperti sensor atau aktuator dapat  meningkatkan  fungsi  dari  rumah  pintar. Sebagai  contoh  penambahan  sensor  pendeteksi dini  kebakaran  untuk  meningkatkan  keamanan rumah  atau  pendeteksi  maling  untuk  mencegah kejahatan.
Pada  penelitian  ini,  Pengguna  masih  bersifat pengguna  tunggal.  Penelitian  lanjut  dapat ditinggkatkan  menjadi  banyak  pengguna  seperti pada  penelitian  [12],  dimana  konsep  IoT  yang digunakan adalah IoT tersebar.

## Ucapan Terima Kasih (Acknowledgement)
Ucapan  terima  kasih  penulis  tujukan  kepada Fakultas  Teknik  Universitas  Andalas  yang  telah memberikan  dukungan  dana  penelitian  dalan kontrak perjanjian No, 099/UN.16.09.D/PL/2017.

## Daftar Pustaka
[1] Harper, Richard, ed. Inside the smart home.
Springer  Science  &  Business  Media, 2006.Atzori, L., Iera, A., and Morabito, G., The Internet of Things: A survey , Computer Networks 54, 2787 – 2805, 2010.
[2] Gubbi,  J.,  Buyya,  R.,  Marusic,  S.  and Palaniswami, M., Internet of Things (IoT):
A vision, architectural elements, and future directions ,  Future  Generation  Computer Systems 29, 1645-1660, 2013.
[3] Gupta,  R.A.  &  Chow,  M.Y., Networked
Control  Systems:  Overview  and  Research Trends , IEEE Trans. on Industrial Electronics,  57(7),  pp.  2527-2535  July, 2010. [4] Najmurrokhman, A., Riyanto, B., Rohman, A.S., dan Hendrawan, Dissipative Controller  Design  for  Networked  Control Systems  via  the  Markovian  Jump  System Approach ,  J.  Eng.  Technol.  Sci.,  Vol.  45, No. 1,  25-46, 2013. [5] Shi,  Y.  &  Yu,  B., Output  Feedback
Stabilization of Networked Control Systems with  Random  Delays  Modeled  by  Markov Chains ,  IEEE  Trans.  on  Automatic Control, 54(7), pp. 1668-1674 July, 2009.
[6] Kortuem,  G.,  Kawsar,  F.,  Fitton,  D.  and Sundramoorthy,  V., Smart  objects  as building  blocks  for  the  internet  of  things , Internet Computing, IEEE, vol. 14, 44-51, 2010.
[7] Alkar, A., and Buhur, U., An Internet based wireless  home  automation  system  for multifunctional  devices ,  IEEE  Trans.  on Consumer  Electronics  51,  1169 – 1174,
2005.
[8] Sharma, U. and Reddy S. R. N., Design of
Home/Office  Automation  Using  Wireless
Sensor  Network ,  International  Journal  of
Computer  Applications,  vol.  43,  53-60,
2012.
[9] Lianjin, G. and Guosheng, W., Design for
Indoor  Environment  Monitoring  System based  on  Embedded  System  and  Multi- sensor Data Fusion Algorithm ,
International Journal of Smart Home. Vol.
10, No. 1, 31-40, 2016.
[10] Seiler,  P.  and  Sengupta,  R., An  H ∞ Approach  to  Networked  Control ,  IEEE Trans. On Automatic Control 50 (3), 356- 364 March, 2005.
[11] Roman, R., Zhou, J., and Lopez, J., On the features  and  challenges  of  security  and privacy  in  distributed  internet  of  things , Computer Networks 57, 2266-2279, 2013.

## Biodata Penulis
Mumuh  Muharam menjalani  pendidikan  S1  di jurussan Teknik Fisika ITB dan lulus pada tahun
1993,  sedangkan  pendidika  S2  pada  Program Pasca sarjan Teknik Elektro dan lulus 2000. Sejak tahun  1998  sampai  sekarang  bekerja  sebagai Dosen di jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Unand.  Adapun  bidang  penelitian  yang  ditekuni adalah  penelitian  di  bidang  Teknik  kendali  baik yang bersifat teoritis ataupun aplikasi berbasiskan teknologi komputer atau internet.
Melda  Latif menamatkan  pendidikan  S1  di bidang Teknik elektro pada Universitas Sumatra Utara  (USU)  pada  1994  dan  lulus  pada  jenjang pendidikan  S2  di  program  Pascasarjana  Teknik Elektro  pada  2006.  Sejak  tahun  1998  sampai sekarang bekerja sebagai Dosen di jurusan Teknik Elektro  Fakultas  Teknik  Unand.  Adapun  bidang penelitian  yang  ditekuni  adalah  penelitian  di bidang  konversi  energi  seperti  penelitian  pada energi  terbarukan  dan  penelitian  yang  berkaitan dengan  teknologi  pengendalian  mwsin-mesin listrik.
Mahendri  Saputra menjalani  pendidikan  S1  di jurusan Teknik Elektro Fakultas Tekni Unand dan lulus pada 2017. Penelitian yang ditekuni adalah pengendalian  dan  penerapan  teknologi  yang berbasiskan internet.