Tuesday, June 23, 2015

Integrasi Tag RFID dengan Saklar Lampu untuk Aksi Pengukuran dan Penghematan Listrik di Ruang Kelas Bina Nusantara



Integrasi Tag RFID dengan Saklar Lampu untuk Aksi Pengukuran dan Penghematan Listrik
di Ruang Kelas Bina Nusantara
(Cost Estimation and Reduction, also Go Green Technology)

Rony Baskoro Lukito, S.Kom., M.Kom., Cahya Lukito, ST., MT., Deddy Arifin, S.Kom.


Jurusan Teknik Informatika
School of Computer Science
BINUS  UNIVERSITY
JAKARTA
2012
---------------------------------------------------------------------------------

Integrasi Tag RFID dengan Saklar Lampu untuk Aksi Pengukuran dan Penghematan Listrik di Ruang Kelas Bina Nusantara
(Cost Estimation and Reduction, also Go Green Technology)

      Bisa dipastikan bahawa harga listrik akan cenderung naik seiring dengan naiknya harga bahan bakar pembangkit listrik. Hal tersebut setidaknya akan berdampak juga Universitas Bina Nusantara. Untuk mengantisipasi hal ini perlu dilakukan penghematan listrik, yaitu lampu penerangan kelas. Salah satu penyebab dari sulitnya pengurangan biaya adalah sulit diukurnya besaran penggunaan listrik di tiap ruang kelas. Dengan adanya penelitian ini, RFID yang terintegrasi dengan RFID reader di ruang kelas akan memungkinkan Universitas Bina Nusantara dalam pengecekan pemakaian listrik. RFID juga memungkinkan untuk melacak pengguna listrik di kelas termaksud di dalamnya untuk menghindari kelalaian lupa mematikan listrik). Dengan menggunakan RFID tag, estimasi rata-rata penggunaan ruang listrik di kelas menjadi lebih terukur. Hasil pengukuran inilah yang akan menjadi data statistik yang dapat diolah untuk melihat apakah penerapan ini benar-benar mampu mengurangi biaya. Dengan adanya pengukuran, maka estimasi biaya dapat tercipta. Estimasi biaya itulah yang nantinya akan digunakan untuk cost planning. Cost planning yang dihasilkan dari estimasi biaya tersebut kemudian pada akhirnya akan menjadi sumber referensi untuk mengurangi biaya pemakaian listrik. Tentunya hal ini akan sangat menguntungkan Bina Nusantara dan karyawan pada akhirnya. Karena pengurangan cost artinya dananya dapat digunakan untuk kepentingan lain daripada terbuang sia-sia. Selain itu, hemat listrik juga termaksud Go Green Technology yang dimana masih terus didiskusikan di Indonesia (Khususnya PLN).

Kata Kunci: Hemat biaya, cost reduction, RFID, listrik, lampu, cost planning





BAB I.                       PENDAHULUAN

I.1    Latar Belakang

Dengan berkembangnya ICT (Information and Communication Technology) dengan pesat, ICT dapat diterapkan ke hampir semua kegiatan yang ada. Salah satunya adalah penerapan ICT pada ruang kelas di Universitas Bina Nusantara, yaitu teknologi RFID.
Permasalahannya adalah seiring dengan perkembangan jaringan yang semakin pesat, harga listrik juga terus menerus naik. Harga listrik yang terus menerus naik merupakan permasalahan tersendiri untuk suatu kampus terutama Bina Nusantara.
Untuk memecahkan masalah tersebut dibutuhkan integrasi antara perangkat listrik dan tanda pengenal.  Salah satunya adalah dengan menggunakan estimasi penggunaan listrik di tiap ruangan kelas. Cost estimation tersebut nantinya dapat digunakan untuk cost planning yang nantinya menjadi data penting untuk langkah cost reduction.
Dalam kasus ini data pengenal dapat diperoleh dengan menggunakan RFID tag yang sudah terintegrasi dengan Binusian Card yang akan dibaca oleh reader yang telah terpasang di tiap kelas. Namun, cukup disayangkan jika penggunaan RFID Reader yang ada pada ruang kelas saat ini masih kurang maksimal. Umumnya RFID hanya digunakan untuk pengukuran kehadiran saja padahal masih dapat dikembangkan lebih lanjut.
Hal ini akan meningkatkan fungsi Binusian Card dan Reader RFID secara tidak langsung, dan secara langsung menghasilkan data statistik yang dapat digunakan untuk cost estimation yang berakhir pada cost reduction yang tentunya merupakan tujuan dari hampir semua perusahaan (termaksud Bina Nusantara).
Penulisan ini bertujuan untuk melakukan efisiensi penggunaan listrik untuk mendukung Green Technology menjadi pokok pemikiran pada saat ini. Diharapkan, dengan menggunakan teknologi RFID, seorang Dosen atau karyawan dapat melakukan penghematan energi listrik dengan menggunakan RFID card yang ada untuk absensi dan untuk mengaktifasi lampu.

I.2    Rumusan Masalah

Dengan 20000 lebih mahasiswa aktif yang tersebar di 3 kampus Universitas Bina Nusantara, yaitu Kampus Anggrek, Kampus Syahdan dan Kampus Kijang, maka aktivitas di kampus akan sangat padat. Terutama adalah aktivitas belajar-mengajar tiap hari, yang menggunakan hampir semua ruang kelas yang ada. Waktu kuliah di Universitas Bina Nusantara terdiri dari 6 shift tiap hari, masing-masing shift perkuliahan selama 100 menit. Sedangkan jeda antara shift selama 20 menit.
Menurut pengamatan, lampu di kelas yang digunakan untuk proses belajar-mengajar di Kampus Anggrek Universitas Bina Nusantara akan dinyalakan pada saat dosen masuk pukul 07:20 pagi, dan akan dimatikan pada akhir shift 6 oleh housekeeping. Hal ini dapat dirasakan sebagai pemborosan listrik karena pada jam antara shift kuliah, ruangan tersebut biasanya tidak terpakai. Alangkah baiknya jikalau lampu kelas pada waktu-waktu tersebut dimatikan.
Memang bisa kita sarankan pada dosen yang mengajar agar selalu mematikan lampu saat selesai mengajar. Tetapi tetap ada kemungkinan lupanya dosen tersebut atau alasan lain. Alangkah baiknya jika kita menggunakan ICT untuk mengontrol lampu kelas ini. Yaitu dengan jalan menggabungkan sistem absensi di kelas yang sudah berjalan dengan sistem pengontrolan lampu kelas.

BAB II.                    TINJAUAN PUSTAKA

Berikut ini akan dijelaskan mengenai teknologi RFID yang digunakan untuk otomasi layanan sirkulasi di perpustakaan.

II.1 RFID (Radio Frequency Identification)

RFID (Radio Frequency Identification) atau Identifikasi Frekuensi Radio adalah istilah generik yang digunakan untuk menggambarkan sebuah sistem yang mentransmisikan identitas (dalam bentuk nomor seri yang unik) dari suatu obyek atau orang tanpa kabel, menggunakan gelombang radio. (RFID Journal)

II.1.1      RFID Card

Kartu RFID adalah sebuah kartu yang didalamnya terdapat chip RFID dan antenanya. Kartu ini dapat berupa kartu tanda pengenal dosen/mahasiswa.
Jadi kartu ini selain sebagai tanda pengenal juga berfungsi sebagai kartu RFID. Sebagai kartu RFID, maka kartu ini juga mempunyai ID unik yang berbeda untuk masing-masing kartu. ID unik pada kartu ini yang disimpan dalam database server dosen/mahasiswa sesuai dengan pemiliknya.

II.1.2      Card Reader

Selain tag reader, juga terdapat card reader. Fungsi card reader adalah membaca informasi yang ada pada kartu RFID. Juga pembacaan kartu RFID oleh card reader ini secara contactless.
Kartu RFID hanya perlu didekatkan ke area jangkauan card reader, maka kartu akan memberikan respon sesuai yang diminta card reader.

II.2 Mikrokontroller MCS-51

Dikripsi umum dari Mikrokontroler adalah sebuah Integrated Circuit (IC) yang terdiri atas sebuah Central Processing Unit (CPU) disertai dengan memory dan I/O yang dapat diprogram ulang. Pada mulanya mikrokontroler banyak digunakan sebagai pengontrol suatu system sederhana. Dengan berkembangnya teknologi mikrokontroller, perangkat ini dapat diterapkan untuk sistem yang lebih rumit. Alur logika atau algoritma suatu system ditulis dalam  bahasa assembly. Program tersebut selanjutnya di translasi ke kode mesin digital dan disimpan di dalam memory.
Berbagai turunan dari mikrokontroler dengan arsitektur MCS-51 telah diproduksi oleh berbagai vendor. IC ini digunakan sebagai mikrokontroler yang bersifat low cost dan high performance.

II.2.1      Arsitektur Microcontroller MCS-51

Arsitektur mikrokontroller MCS-51 merupakan salah satu arsitektur mikrokontroler yang paling populer. (Intel Corporation, 1994) Pertama kali dibuat oleh Intel pada tahun 1980 untuk penggunaan embedded system. Hingga sekarang IC ini masih banyak dipakai dan dipelajari.
 

Gambar II3 Arsitektur MCS-51 (Intel Corporation, 1994)

Seperti tampak pada gambar diatas, arsitektur mikrokontroler MCS-51 terdiri atas CPU 8 bit yang terhubung pada satu jalur bus dengan memori penyimpanan berupa RAM dan ROM serta jalur I/O berupa port bit I/O dan port serial. Selain itu terdapat timer/counter internal, serta jalur interface address dan data ke memori eksternal.

II.3 Komunikasi Serial RS-232

RS-232 adalah komunikasi serial binary point-to-point yang menghubungkan Data Terminal Equipment (DTE) dan Data Circuit-terminating Equipment (DCE). Standar ini dikeluarkan oleh Electronic Industries Association (EIA) pada tahun 1962, yaitu mengatur besaran tegangan untuk pengiriman data 0/1, signal timing, pinout dan konektor yang digunakan.
      Aturan yang sederhana pada RS-232 dan jumlah kabel yang tidak banyak, menyebakan RS-232 banyak diterapkan pada komputer, modem, printer, pembaca barcode, pembaca RFID, mesin industry dan perangkat lainnya. Minimal diperlukan 3 buah kabel untuk pengiriman data (Transmitter), penerima data (Receiver) dan satu buah commond ground. Bahkan untuk komunikasi satu arah dapat menggunakan 2 buah kabel saja. Daftar pin assignment dan signaling yang lengkap dari RS-232 dengan menggunakan konektor DB-25 dapat dilihat pada table berikut ini. (RS232 (Serial/COM Line) Pin Assignments)
Tabel II3 Daftar pin assignment dan signaling pada RS-232
Signal
Origin
Nama
Singkatan
Transmitted Data
TxD
2
3
Received Data
RxD
3
2
Data Terminal Ready
DTR
20
4
Carrier Detect
DCD
8
1
Data Set Ready
DSR
6
6
Ring Indicator
RI
22
9
Request To Send
RTS
4
7
Clear To Send
CTS
5
8
Common Ground
G
common
7
5
Protective Ground
PG
common
1

BAB III.                 TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN

Listrik adalah kebutuhan setiap orang. Sampai sekarang, biaya pemakaian listrik bisa dikatakan cukup besar. Hal tersebut akan semakin parah jika harga bahan bakar naik.
Oleh sebab itu, pentingnya pengontrolan pemakaian listrik di setiap ruangan khususnya ruang kelas Universitas Bina Nusantara adalah faktor utama yang patut diperhatikan. Bijaksananya, untuk melakukan pengurangan biaya (cost reduction) maka dibutuhkan cost planning. Cost reduction sangat penting dalam perkembangan perusahaan. Tentunya cost reduction ini merupakan yang bersifat pengurangan biaya tidak perlu dan bukan pengurangan nilai hak karyawan. Hemat listrik adalah salah satunya. Penghematan listrik disini adalah dengan dimatikannya lampu-lampu kelas saat pergantian jam pelajaran.

BAB IV.                 METODE PENELITIAN

Metodologi penelitian merupakan tahap – tahap penelitian yang harus ditetapkan sebelum melaksanakan penelitian, sehingga penelitian dapat dilakukan dengan terarah, jelas dan efisien. Untuk penelitian ini hanya difokuskan pada Kampus Anggrek Universitas Bina Nusantara.
Adapun langkah – langkah dalam penelitian ini adalah :
1) Penelitian pendahuluan
Penelitian pendahuluan dilakukan untuk mengetahui masalah tidak adanya estimasi biaya padahal hal penting tersebut adalah informasi penting yang pada akhirnya berguna untuk menciptakan cost reduction.

2) Identifikasi masalah
Setelah dilakukan penelitian maka masalah cost estimation berupa data statistik dapat tercipta.
3) Studi pustaka
      RFID adalah sebuah teknologi yang dapat digunakan untuk mengkomunikasikan data dengan menggunakan frekuensi radio antara RFID reader dan RFID card (mobile object) (Sae Sol Choi, Mun Kee Choi, Won Jay Song, & Sang H. Son, 2005).  Untuk menerima data yang ada pada RFID card/tag dibutuhkan sebuah reader (Sabri, Aziz, Shah, & Kadir, 2007)
4) Pengumpulan data
Wawancara pengguna listrik, studi literatur (buku, jurnal, artikel)
5) Luaran
Hasil penelitian ini akan dipublikasikan dalam seminar.

BAB V.                    HASIL DAN PEMBAHASAN

V.1 System Architecture

Arsitektur sistem pengontrol lampu terdiri atas Server Absensi, penerima RFID, Pengontrol Lampu, dan jaringan TCP/IP. Pada tahap pertama dari penelitian ini akan dibuat sebuah model yang memiliki fungsi dan prisip kerja yang sama sebelum system diintegrasikan ke dalam sistem absensi yang sudah ada saat ini.
Setiap mahasiswa, karyawan dan Dosen di Universitas Bina Nusantara memiliki sebuah kartu ID (Binusian Card-Flazz) yang dapat dibaca oleh Penerima RFID di dalam kelas yang digunakan untuk absensi perkuliahan. Untuk pembuatan model akan dipergunakan kartu ID dari team penyusun. Dengan adanya sistem ini, maka kartu tersebut dapat digunakan untuk menyalakan atau mematikan lampu yang ada di dalam kelas berdasarkan jadwal kegiatan belajar dan mengajar.


Gambar V2 Lamp Switch System Architecture
Modul Pengontrol Lampu dapat berkomunikasi dengan Server Absensi dengan bantuan penerima RFID melalui komunikasi serial RS-232. Penerima RFID akan mengubah format protokol RS-232 menjadi protocol TCP/IP. Semua data dan instruksi akan diteruskan secara transparan. Ada 3 kelompok perintah yang digunakan dalam system pengaturan lampu, yaitu: keep-alive message, status lampu dan pengaturan lampu.
Network Arsitektur yang digunakan dalam sistem ini adalah Client-Server. Semua modul Pengontrol Lampu akan terintegrasi dengan modul Pembaca RFID sebagai client, sedangakan aplikasi Absensi akan di install di dalam komputer server. Setiap modul Pembaca RFID akan diberikan satu buah IP Static sesuai dengan pembagian kelompok Network Address. Perangkat intermediate network seperti Switch  dan Router akan dipergunakan sebagai communication channel dari sistem, dengan demikian semua Lampu dalam kelas dapat dinyalakan atau dimatikan dengan menggunakan kartu RFID.

V.2  Use Cases and Message Flow

Status lampu di dalam kelas akan menyala atau padam ditentukan oleh jadwal mengajar dan kartu RFID yang dibaca oleh system pada saat itu. Pada saat mahasiswa memasuki ruangan untuk melakukan tapping, maka lampu akan menyala  dengan default setting yaitu hanya lampu tengah yang menyala. Data status pengaturan lampu yang dilakukan oleh Dosen dengan menggunakan tombol soft-switch akan disimpan ke dalam database aplikasi Absensi setelah 10 detik tidak terjadi perubahan.  Tapping kartu RFID Dosen untuk kesempatan berikutnya akan memicu pengaturan lampu berdasarkan setting lampu terakhir yang pernah dilakukan oleh Dosen tersebut pada jadwal kuliah dan kelas di pertemuan sebelumnya. Untuk tapping yang dilakukan oleh karyawan akan membuat lampu menyala dengan default setting.


Gambar V3 Message Flow

Seperti tampak pada gambar diatas, validasi untuk pengaturan lampu dilakukan oleh server Absensi. Setiap kali terjadi tapping RFID, data yang dikirim oleh RFID Reader akan dipadankan dengan database yang ada di dalam Server Absensi untuk mendapatkan informasi pengguna kartu tersebut. Informasi awal yang dicari adalah kelompok pemilik kartu tersebut, yaitu: Mahasiswa, Dosen atau Karyawan. Jika didapati kartu tersebut adalah kartu Dosen, maka akan diambil juga data jadwal kuliah serta ruangan yang digunakan untuk mengajar saat itu.

V.3           Modul Pengontrol Lampu

Agar sistem Absensi yang ada saat ini dapat melakukan fungsi pengaturan lampu, maka akan ditambahkan sebuah modul minimum sistem berbasis mikrokontroller. Dalam penelitian ini akan dibuat satu buah modul prototype pengontrol lampu yang tersusun atas beberpa bagian, yaitu: Catu daya, komunikasi serial RS-232, Pengerak Relay dan Soft-switch. Modul ini dipergunakan untuk memastikan Model yang dibuat dapat berjalan dengan baik dengan fokus utama untuk menguji kesetabilan dan ketahanan.


Gambar V4 Blok diagram Pengontrol Lampu
Didalam modul ini terdapat sebuah IC regulator yang berfungsi untuk mensetabilkan tegangan listrik menjadi 5Volt DC (Arus listrik searah) dari input tegangan sebesar 12Volt DC. Secara keseluruhan semua blok penyusun akan mendapatkan suplay sebesar 5Volt dengan kebutuhan total arus listrik kurang dari 200mA. Pada bagian penggerak relay terdapat opto isolator yang berfungsi untuk memisahkan jalur listrik untuk lampu dengan jalur listrik untuk modul penggontrol lampu. Tujuan utama dari opto isolator  ini adalah untuk memastikan tidak ada arus AC yang dapat masuk ke dalam sistem. Adapun relay yang ada pada modul ini berfungsi untuk menggantikan saklar lampu yang ada di kelas.
      AT89S51 adalah salah satu turunan dari mikrokontroller MCS-51 yang berfungsi sebagai komponen utama dari modul pengontrol lampu. Logika dan fungsi dasar dari system pengontrol lampu berada di dalam IC ini. Pembagian penggunaan pin dari AT89S51 adalah sebagai berikut:
·         3 buah pin Output yang dipergunakan untuk pengaturan penggerak relay
·         3 buah pin Input yang dihubungkan ke 3 buah tombol soft-switch.
·         2 buah pin I/O sebagai jalur komunikasi RS-232.
Konfigurasi komunikasi serial yang dipergunakan tanpa menggunakan parity bit dan memiliki kecepatan transfer data sebesar 9600 bps.

      Semua instruksi dari aplikasi Absensi akan diterima oleh AT89S51 melalui jalur komunikasi serial RS-232 yang terhubung ke modul RFID Reader.  Instruksi tersebut akan diterjemakan untuk pengaturan lampu yang ada di dalam kelas. 

V.4 Analisa penghematan

      Dikarenakan alat yang dibuat masih berupa prototype, maka berikut ini adalah analisa penghematan listrik berdasarkan perhitungan matematika saja.
Saat ini setiap kelas di Kampus Anggrek Universitas Bina Nusantara menggunakan lampu TL sebanyak 24 lampu  dan masing-masing lampu memiliki daya 36 watt. Jadi pemakaian lampu saja konsumsi dayanya adalah  36 watt x 24 lampu =  864 watt. Jika dalam waktu pemakaian ruangan kelas dengan asumsi semua lampu menyala maka daya yang dihabiskan sebesar 0.864 kW.
Jumlah ruangan kelas Kampus Anggrek sebanyak 115 ruangan (termasuk Lab Software), maka daya yang digunakan adalah 0.864 kWh x 115 ruang = 99.36 kWh.
      Jika semua ruangan digunakan untuk kuliah selama 6 shift dan tiap-tiap shift perkuliahan berlangsung 100 menit, maka kira-kira konsumsi daya listrik yang digunakan adalah 6 x 100 menit x 0.864 kW x 115 ruang = 993.6 kWh.
Jika tingkat keterisian kelas (transaksi kelas) hanya 89% saja (Data didapatkan dari SRSC Bina Nusantara), maka konsumsi listrik dalam satu hari untuk lampu saja = 89% x 993.6 = 884.31 kWh.
Setelah perkuliahan selesai, maka seharusnya dosen/asisten lab. yang menggunakan ruangan kelas harus mematikan lampunya. Jika tidak dimatikan ada waktu kira-kira 15-20 menit untuk kuliah shift berikutnya.
Jika kita asumsikan 15 menit saja, maka 15 menit x 115 ruang x 5 (ganti shift) x 0.864 kWh = 124.2 kWh. Jika kita asumsikan hanya 89% saja (karena ada matakuliah 4 SKS yang tidak ada pergantian shift), maka 89% x 124.2 = 110.54 kW.
Untuk satu bulan (kira-kira 25 hari kuliah), maka 25 x 110.54 kWh= 2763.5  kWh.
Tarif yang dikenakan PLN untuk Universitas Bina Nusantara (Gedung Anggrek) adalah sebagai berikut:
·         Pada beban puncak (07:00-16:59) harga per kWh adalah: Rp 787
·         Saat diluar beban puncak (17:00-06:59) harga per kWh adalah: Rp 1880.
Maka dari itu untuk pergantian shift antara shift 1 – shift 5 perkuliahan di Universitas Bina Nusantara akan dikenakan tarif Rp 787/kWh dan perkuliahan shift 6 akan dikenakan tarif Rp 1880/kWh.
Jadi untuk 1 bulan kuliah, nilai yang dapat dihemat kira-kira sebesar:
·         2763.5 kWh x ¾  x Rp 787 = Rp 1.631.156
·         2763.5 kWh x ¼  x Rp 1880 = Rp 1.298.845
·         Jadi total penghematan sebulan adalah Rp 1.466.181 + Rp 1.167.480 = Rp 2.930.000
Penghematan juga terjadi pada usia lampu. Dengan mengurangi pemakaian lampu berarti juga menjaga masa pakai lampu.

BAB VI.                 SIMPULAN DAN SARAN

Dari hasil penelitian tentang penerapan RFID di ruang kelas Universitas Bina Nusantara untuk pengaturan saklar lampu ini dapat disimpulkan sebagai berikut:
a.       Dengan menambahkan controller dan relay pada output serial RFID card reader yang ada di masing-masing kelas, maka RFID card reader yang biasanya hanya dipakai untuk absensi saja menjadi dapat digunakan untuk mematikan dan menyalakan lampu ruang kelas.
b.      Dengan dimatikannya lampu pada jam-jam antara waktu kuliah, maka listrik di Universitas Bina Nusantara dapat dihemat.






BAB VII.              DAFTAR PUSTAKA

Atmel Corporation. (2000). 8-bit Microcontrollerwith 4K Bytes Flash AT89C51. San Jose, CA. Retrieved December 2012, from engineersgarage: http://www.engineersgarage.com/electronic-components/at89c51-microcontroller-datasheet
Finkenzeller, K. (2003). RFID Handbook Second Edition. West Sussex: John Wiley & Sons Ltd.
Intel Corporation. (1994). MCS@51 FAMILY OF MICROCONTROLLERS ARCHITECTURAL OVERVIEW. In MCS@51 MICROCONTROLLER Family User's Manual (pp. 1-3). Illinois: Intel Corporation. Retrieved from University of Colorado: http://cos.colorado.edu/Documents/DCE/BOOT/8051_Manual.pdf
RFID Journal. (n.d.). Retrieved December 2012, from RFID Journal: http://www.rfidjournal.com
RS232 (Serial/COM Line) Pin Assignments. (n.d.). Retrieved December 2012, from http://rabbit.eng.miami.edu/info/rs232.html
Sabri, M., Aziz, M., Shah, M., & Kadir, M. (2007). Smart Attendance System by Using RFID. Asia Pacific Conference on Applied Electromagnetic Proceeding.
Sae Sol Choi, Mun Kee Choi, Won Jay Song, & Sang H. Son. (2005). Ubiquitous RFID Healthcare Systems Analysis on PhysioNet Grid Portal Services Using Petri Nets. IEEE ICICS, 1255.
Thakare, Y., Musale, S., & Ganorkar, S. (2008). A Technological Review of RFID & Applications. IET International Conference on Wireless, Mobile and Multimedia Networks, 65-70.





No comments:

Post a Comment