HALAMAN JUDUL

RANCANG BANGUN KENDALI LAMPU MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ATMEGA8538 BERBASIS ANDROID

MELALUI BLUETOOTH DAN SPEECH RECOGNITION

PUBLIKASI

diajukan oleh

Anggit Supriyanto

09.11.2655

kepada

SEKOLAH TINGGI MANAJEMEN INFORMATIKA DAN KOMPUTER AMIKOM YOGYAKARTA

YOGYAKARTA 2013

HALAMAN PUBLIKASI

Lighting Control Design Using Microcontroller ATMega8535 Based on Android Via Bluetooth and Speech Recognition

Rancang Bangun Kendali Lampu Menggunakan Mikrokontroller ATMega8535 Berbasis

Android Melalui Bluetooth dan Speech Recognition

Anggit Supriyanto Sudarmawan

Jurusan Teknik Informatika STMIK AMIKOM YOGYAKARTA

ABSTRACT

Nowadays, technology development motivates human to think creatively, not

only try over new inventions, but also optimize performance of previous technology. Based on the above, this research will explore how a system—home automation like—be able to control the electronic devices using microcontroller technology, Android smartphone, bluetooth, and speech recognition. The system in question is a system that can control electronic devices wirelessly using Android smartphone.

The purpose of this research is to optimize the functionality of Android smartphones that can control electronic devices (home automation), take advantage of existing speech recognition on Android smartphone that allow users to do commands through voice input, and facilitate user monitoring electronic devices via smartphone using feedback from the microcontroller. Based on this, research methods conducted on three things, specifically: hardware interface design, program design on hardware, and program design on Android.

Communication between Android smartphone with a microcontroller can be done wirelessly using bluetooth. In order to the system microcontroller can be controlled by Android smartphone, can be done by submitting ASCII character code to received and decoded by the microcontroller. To provide feedback, microcontroller system must be able to receive input from the output of its own. Existing speech recognition feature on Android smartphone can be used to control electronic devices using voice commands. It can be done by initiate a spectrum of voice command—in string—into a ASCII character code that has been recognized by the microcontroller. Keywords: Home Automation, Mobile Application, Android, Microcontroller, Bluetooth, Speech Recognition.

1

1. Pendahuluan

Keberadaan sebuah sistem tidak terlepas dari beberapa faktor seperti tujuan,

input, proses, output, batas, kontrol dan feedback serta lingkungan. Dalam hal ini, kontrol

merupakan mekanisme pengendalian input dan proses yang diwujudkan dengan

menggunakan feedback yang menampilkan output, bertujuan agar sistem berjalan

dengan optimal.

Perkembangan teknologi saat ini mendorong manusia untuk terus berpikir

kreatif, tidak hanya menggali penemuan-penemuan baru, tapi juga memaksimalkan

kinerja sistem dari teknologi yang ada. Penggabungan atau bahkan penggantian

teknologi lama dengan teknologi baru semakin banyak terjadi saat teknologi yang

digantikan dirasa tidak lagi memenuhi kebutuhan manusia sekarang yang semakin hari

semakin kompleks. Dampak positif yang dapat secara langsung dirasakan oleh manusia

berkaitan dengan perkembangan teknologi dan informasi salah satunya adalah

kemudahan dalam mengakses sistem yang dimilikinya.

Berdasarkan hal di atas, dalam skripsi ini akan dibahas tentang bagaimana

sebuah sistem—layaknya home automation—yang dapat melakukan kendali terhadap

perangkat elektronik menggunakan teknologi mikrokontroler, smartphone Android,

bluetooth serta fasilitas speech recognition.

Sistem yang dimaksud adalah perangkat yang dapat mengendalikan perangkat

elektronik secara wireless menggunakan smartphone Android.

Kendali secara wireless tersebut dilakukan melalui bluetooth menggunakan

aplikasi khusus yang berjalan pada sistem operasi Android. Di dalam Aplikasi tersebut

juga disertakan sebuah fitur speech recognition yang memungkinkan user dapat

memberikan perintah melalui suara.

2. Landasan Teori

2.1. DT-PROTO 40 Pin AVR Analog

DT-PROTO 40 Pin AVR Analog merupakan suatu modul single chip dengan

mikrokontroler ATmega85351. Modul ini delengkapi dengan pad array yang dapat

digunakan sebagai tempat untuk rangkaian tambahan.

1 Innofative Electronic, DT-PROTO 40 Pin AVR Analog, hal. 1

2

2.2. Modul Bluetooth HC-05

HC-05 merupakan modul bluetooth to serial yang menggunakan protokol

standar bluetooth V2.0 dan kebutuhan tegangan sebesar 3,3 V.2

2.3. Speech Recognition

Speech recognition adalah proses dimana sistem komputer memetakan input

suara menjadi teks sebagai output. Kata-kata tersebut diubah bentuknya menjadi sinyal

digital dengan cara mengubah gelombang suara menjadi sekumpulan angka lalu

disesuaikan dengan kode-kode tertentu dan dicocokkan dengan suatu pola yang

tersimpan dalam suatu perangkat. Hasil dari identifikasi kata yang diucapkan dapat

ditampilkan dalam bentuk tulisan atau dapat dibaca oleh perangkat teknologi.3

2.4. Android

Android adalah sistem operasi berbasis Linux yang digunakan pada perangkat

mobile seperti smartphone dan komputer tablet. Platform open source yang dimiliki

Android memungkinkan para developer untuk menciptakan aplikasinya sendiri.4

2.5. Feedback

Feedback adalah pengembalian bagian output system ke input.5 Feedback

merupakan teknik yang sangat berguna pada sistem kendali.

Pada negative feedback, sejumlah sinyal output dikembalikan ke input melalui

jalur yang berbeda dengan jalur sinyal input utama. Sedangkan pada positive feedback,

sinyal feedback melalui jalur yang sama dengan jalur sinyal input utama.

2 http://www.wlelectronix.com/p/137/bluetooth-to-serial-module-hc-05.html

3 http://www.speech.cs.cmu.edu/comp.speech/Section6/Q6.1.html

4 http://developer.android.com/about/dashboards/index.html

5 Allan R. Hambley, Electronics 2

nd Edition, hal. 555

3

3. Metode Penelitian

3.1. Alat dan Bahan

Berikut ini tabel daftar kebutuhan hardware dan software pada penelitian.

Tabel 3.1 Kebutuhan Hardware dan Software

Objek Kebutuhan

Bahasa Hardware Software

Mikrokontroler

Komputer Desktop Windows 7

C

AVR Studio 4

DT-PROTO 40 Pin AVR Analog

DT-HiQ AVR USB ISP

Kabel data Serial to RJ11

Aplikasi Android

Laptop

Ubuntu 12.04

Java

Eclipse Indigo

Pocketsphinx 0.8

Android SDK

Gimp

Samsung Galaxy Mini Android 4.1

Voice Search 2.1.4

Kabel data USB

3.2. Langkah-langkah Penelitian

3.2.1. Prinsip Kerja Sistem

Dalam sistem ini, user melakukan input dari aplikasi Smart Lamp yang ada

pada pada perangkat Android. Tersedia dua macam pilihan input yaitu standar input

(switch button) dan speech recogniton. Data yang di-input-kan—berupa data serial—

dikirimke mikrokontroler melalui bluetooth.

Data yang dikirim dari Android akan diterima oleh modul bluetooth yang ada

pada sistem mikrokontroler. Data serial tersebut diterjemahakan oeleh mikrokontroler

menjadi data paralel. Data paralel yang dihasilkan oleh mikrokontroler diteruskan ke relay

melalui indikator LED yang berfungsi memastikan: sampai pada tahap ini proses telah

berjalan dengan benar. Kemudian relay akan meneruskan data yang digunakan untuk

menghidupkan atau mematikan lampu.

Pada lampu terdapat indikator led—keduanya dipasang secara serial. Led

berfungsi sebagai feedback, yaitu apabila lampu hidup, led juga akan hidup, begitu juga

sebaliknya. Kondisi led saat hidup atau mati dimafaatkan sebagaiinputke mikrokontroler.

4

Data yang diperoleh mikrokontroler tersebut dikirimkan kembali ke perangkat android.

Berikut ini gambar diagam blok prinsip kerja sistem secara garis besar.

Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Kendali Lampu

5

3.2.2. Perancangan Sistem

3.2.2.1. Input

Berikut ini penjelasan input sistem berdasarkan media yang digunakan:

a. Switch Button, merupakan standar input (touch) yang digunakan pada

smartphone Android.

b. Suara, adalah memanfaatkan fasilitas speech recogniton yang secara default

terdapat pada smartphone Android.

Sedangkan berdasarkan bentuk data, pada sistem kendali ini terdapat dua

macam data.

Gambar 3.2 Jenis Data

Data yang dikirimkan oleh Android ke mikrokontroler melalui bluetooth adalah

data serial. Oleh mikrokontroler, data serial tersebut diubah menjadi data paralel agar

dapat digunakan untuk mengatur relay, yaitu menghidupkan atau mematikan lampu.

Pada output (lampu) terdapat led sebagai indikator yang kembali mengirimkan data

paralel ke mikrokontroler. Kemudian mikrokontroler menterjemahkan data paralel

tersebut ke data serial dan mengirimkannya ke Android (melalui bluetooth) sebagai

feedback.

3.2.2.2. Output

Output utama yang dihasilakan dari sistem kendali lampu ini adalah keadaan

(hidup/mati) lampu. Adapun output lainnya merupakan feedback pada aplikasi Android.

3.2.2.3. Media Transmisi

Sistem kendali ini menggunakan media transmisi wireless untuk

menghubungkan smartphone Android dan sistem mikrokontroler. Ada beberapa pilihan

yang dapat digunakan untuk media transmisi wireless seperti infrared, bluetooth, Wi-Fi,

dan lain sebagainya tergantung jarak yang diperlukan.

6

Untuk penggunaan sistem pada jarak tidak terlalu jauh—misalnya rumah

dengan panjang 25 x 10 meter—cukup menggunakan bluetooth. Dengan pertimbangan:

sistem mikrokontroler diletakan pada bagian tengah rumah. Jadi untuk mengakses, jarak

maksimal user dengan sistem mikrokontroler adalah 12 meter. Selain efisiensi

jangkauan, biaya menggunakan bluetooth juga jauh lebih murah dari pada Wi-Fi.

3.2.3. Detail Perancangan Hardware

3.2.3.1. DT-PROTO 40 Pin AVR Analog

Minkrokontroler ATmega8535 memiliki 32 pin jalur input/output yang

dikelompokan menjadi 4 port: A, B, C, dan D. Berikut ini tabel dan gambar penggunaan

pin pada masing-masing port mikrokontroler Atmega8535 pada DT-PROTO 40 Pin AVR

Analog.

Tabel 3.2 Penggunaan Pin Atmega8535

Port Pin Char Output Input Port Pin Char Output Input

A

0 1/! Lampu 1 -

C

0 3/# Lampu 3 -

1 2/@ Lampu 2 - 1 4/$ Lampu 4 -

2 q/Q Lampu 11 - 2 5/% Lampu 5 -

3 w/W Lampu 12 - 3 6/^ Lampu 6 -

4 e/E Lampu 13 - 4 7/& Lampu 7 -

5 r/R Lampu 14 - 5 8/* Lampu 8 -

6 t/T Lampu 15 - 6 9/( Lampu 9 -

7 y/Y Lampu 16 - 7 0/) Lampu 10 -

B

0 - - Feedback

D

0 - HC-05 (TX)

1 - - Feedback 1 - - HC-05 (RX)

2 - - - 2 - - -

3 - - - 3 - - -

4 - - - 4 - - -

5 - - - 5 - - -

6 - - - 6 - - -

7 - - - 7 - - -

7

Gambar 3.3 Penggunaan Pin ATmega8535

3.2.3.2. Modul Bluetooth HC-05

Pada modul Bluetooth HC-05 hanya 2 pin pada port D yang dihubungkan ke mikrokontroler yaitu D0 (RX) dan D1 (TX). Berikut ini gambar penggunaan pin HC-05.

8

Gambar 3.4 Hubungan Pin HC-05 dengan Atmega8535

3.2.3.3. DT-Sense Current Sensor

Sensor arus DT-Sense Current Sensor memiliki 4 pin, tapi hanya pin yang

digunakan. Berikut ini gambar penggunaan pin-pin tersebut.

Gambar 3.5 Hubungan Sensor Arus dengan Atmega8535

9

3.2.4. Detail Perancangan Software

3.2.4.1. Flowchart

a. Aplikasi mobile

Gambar 3.6 Flowchart pada Aplikasi Mobile

10

b. Aplikasi mikrokontroler

Gambar 3.7 Flowchart pada Aplikasi Mikrokontroler

c. Bluetooth pada mikrokontroler

Gambar 3.8 Flowchart Komunikasi Bluetooth pada Mikrokontroler

11

3.2.4.2. Graphical User Interface (GUI)

Berikut ini perancangan GUI pada aplikasi Android yang akan digunakan untuk

mengendalikan lampu.

Gambar 3.9 Tampilan Kendali Menggunakan Switch Button

Gambar 3.10 Tampilan Kendali Menggunakan Speech Recognition

12

4. Pembahasan

4.1. Hardware Interface

DT-PROTO 40 Pin AVR Analog yang telah dirangkai dengan modul bluetooth

HC-05 dan komponen-komponen lainnya ada pada gambar berikut.

Gambar 4.1 Rangkaian Sistem Mikrokontroler Tampak Atas

13

Rangkaian relay dibuat terpisah karena sisa ruang yang ada pada DT-PROTO

40 Pin AVR Analog tidak mecukupi.

Gambar 4.2 Rangkaian Relay Tampak Atas-Bawah

4.2. Kelebihan dan Kelemahan

Berdasarkan paparan pembahasan dan uji coba di atas, dapat digambarkan

kelebihan dan kelemahan sistem kendali lampu seperti berikut.

4.2.1. Kelebihan

a. User dapat melakukan kendali perangkat elektronik dalam jarak tertentu seperti

yang ada pada tabel uji coba.

b. User dapat melakukan kendali perangkat elektronik dengan lebih aman karena

tidak melakukan kontak secara langsung dengan perangkat yang dialiri listrik

tersebut.

c. Karena tidak memerlukan kontak secara langsung untuk menghidupkan

perangkat elektronika, sistem ini juga aman untuk anak-anak atau orang yang

takut listrik agar terhindar dari kesetrum.

d. Feedback dalam sistem ini memudahkan user mendapatkan informasi keadaan

perangkat elektroniknya. Selain itu feedback yang ada juga menambah nilai

14

keamanan seperti yang dihasilkan pada uji coba dalam keadaan-keadaan

tertentu.

e. Fasilitas speech recognition dalam bahasa indonesia menamabah nilai

fleksibelitas aplikasi ini karena user tidak hanya dihadapkan dengan tampilan

kendali menggunakan switch button.

4.2.2. Kelemahan

a. Walaupun dapat dimaksimalkan mejadi 16 titik output relay, pada simulasi ini

hanya tersedia 2 titik relay.

b. Feedback hanya terdapat pada satu titik relay.

c. Fitur speech recognition membutuhkan koneksi internet (online).

d. Jarak untuk koneksi menggunakan bluetooth cukup jauh untuk kondisi ruang

tanpa penghalang, namun ketika melewati tembok, jarak akan berkurang.

5. Kesimpulan dan Saran

5.1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil perancangan dan implementasi yang telah dilakukan, serta

berdasarkan rumusan masalah yang ada, dapat diambil kesimpulan yaitu:

a. Komunikasi antara smartphone Android dengan mikrokontroler dapat dilakukan

secara wireless menggunakan bluetooth, yang mana antara bluetooth pada

smartphone Android dan modul bluetooth pada sistem mikrokontroler

berkomunikasi menggunakan data serial.

b. Agar sistem pensaklaran lampu dapat dikendalikan oleh smartphone Android,

hal yang dilakukan oleh aplikasi pada android adalah mengirimkan kode

karakter dalam bentuk ASCII yang kemudian diterjemahkan ke dalam bentuk

serial agar dapat diterima dan diterjemahkan oleh mikrokontroler.

c. Untuk dapat memberikan feedback, sistem mikrokontroler harus dapat

menerima input dari output-nya sendiri. Secara sederhana hal ini dilakukan

dengan menghubungkan secara paralel output utama (stop contact) dengan

LED. LED berfungsi sebagai indikator hidup-mati stop contact. Saat stop

contact dialiri arus listrik, LED akan hidup kemudian akan memberikan signal

kepada mikro kontroler yang dapat diteruskan ke perangkat Android. Tetapi

LED tidak dapat menerima arus dari stop contact secara langsung, harus

15

diturunkan. Maka digunakan adaptor untuk menurunkan arus tersebut agar

dapat digunakan oleh LED.

d. Fitur speech recognition yang ada pada smartphone Android dapat

dimanfaatkan untuk mengendalikan perangkat elektronik menggunakan

perintah suara. Hal ini dilakukan dengan cara menginisialisasikan spektrum

perintah suara—berupa string—ke dalam kode karakter yang telah dikenali

mikrokontroler.

5.2. Saran

a. Menambahkan fitur dimmer dan timer pada sistem mikrokontroler agar lebih

menarik dan lebih fungsional. Fitur dimmer berguna untuk user agar adapat

mengatur tingkat keredupan lampu. Sedangkan fitur timer bertujuan agar user

dapat melakukan timer dan scheduling secara otomatis terhadap perangkat

yang dikendalikan.

b. Mengintegrasikan fitur dimmer dan timer yang ada pada sistem mikrokontroler

dengan aplikasi Android menggunakan GUI yang user friendly.

c. Meng-offline-kan fitur speech recognition menggunakan library. Misal:

Pocketsphix.

d. Optimalisasi feedback agar lebih komunikatif.

16

DAFTAR PUSTAKA

Barmawi, M dan Albert Paul Mavino. 1984. Prinsip-Prinsip Elektronika. Jakarta: Erlangga. Bishop, Owen. 2006 Dasar-Dasar Elektronika. Irzam Harmein. Jakarta: Erlangga. Budiharto, Widodo, dan Sigit Firmansyah. 2010. Elektronika Digital dan Mikroprosesor.

Yogyakarta: Andi Publisher. Hambley, Allan R. 2000. Electronics 2nd Edition. New Jersey: Prentice-Hall. Suyadhi, Taufik Dwi Septian. 2011. Buku Pintar Robotika. Yogyakarta: Andi Publisher. Syafrizal, Melwin. 2005. Teknologi (Arsitekturdan Protokol) Bluetooth. Jurnal Dasi 6

(Maret 2005): 37. Syahrul. 2012. Mikrokontroler AVR ATmega8535. Bandung: Informatika. Atmel. 2003. ATmega8535. http://www.atmel.com/images/doc2502.pdf. diakses pada

12 November 2013. Carnegie Mellon Uneversity. Q6.1: What is speech recognition?.

http://www.speech.cs.cmu.edu/comp.speech/Section6/Q6.1.html. diakses pada 12 November 2013.

Google. Platform Version. 2013. Android Developer.

http://developer.android.com/about/dashboards/index.html. diakses pada 12 November 2013.

Guangzhou HC Information Technology. 2011. HC-05 Product Data Sheet.

http://silabs.org.ua/bc4/hc05.pdf. diakses pada 12 November 2013. Innovative Electronics. 2005. DT-PROTO 40 Pin AVR Analog.

http://innovativeelectronics.com/innovative_electronics/download_files/manual/Manual%20DT-PROTO%2040%20Pin%20AVR%20Analog.pdf. diakses pada 12 November 2013.

Istiyanto, Jazi Eko. 2006. Embedded System: Hardware or Software?.

http://jazi.staff.ugm.ac.id/Jazi- Embedded_systems.pdf. diakases pada 14 November 2013.

WL Electronix. 2013. Bluetooth to Serial Module (HC-05).

http://www.wlelectronix.com/p/137/bluetooth-to-serial-module-hc-05.html. diakses pada 12 November 2013