Robotic Smarthome

Smart home merupakan salah satu implementasi konsep teknologi Internet of Things yang di dalamnya terhimpun beberapa perangkat, seperti smart lamp, smart fan, smart water pump, dan smart doorlock. Tujuan dari smart home di antaranya untuk mengefisiensikan waktu, energi, serta memberikan kenyamanan bagi penggunanya.

Aktuator pada Smart Home
Motor DC adalah komponen yang memadukan antara ilmu elektronika dan mekanika. Sesuai dengan namanya, motor DC diberikan energi oleh listrik arus searah atau DC (Direct Current) dan diubah menjadi energi kinetic/gerak. Motor DC memiliki dua terminal (kabel) yang berfungsi sebagai power dan ground. Tanda power atau ground ini tergantung pemakaian. Misalkan (lihat Gambar 1), kita memberikan tegangan ke kabel yang berwarna merah, maka kabel tersebut berfungsi sebagai power (+) dan kabel yang berwarna hitam berfungsi sebagai ground (-). Sebaliknya, jika kita memberikan tegangan ke kabel yang berwarna hitam, maka kabel tersebut berfungsi sebagai power (+) dan kabel yang berwana merah berfungsi sebagai ground (-).

Namun, ada hal mendasar yang harus diketahui. Ketika kita menginginkan arah perputaran dari motor DC berputar sebaliknya, maka kita hanya menggantikan input kabel. Misalkan sebelumnya kita memberikan tegangan ke kabel berwarna merah, maka hanya menggantikan kabel merah dengan kabel hitam sebagai power dan menggantikan kabel hitam dengan kabel merah sebagai ground.

Bagian Utama dalam Motor DC

Gambar 2 Bagian-bagian Motor DC [1]

Kutub Magnet
Kutub magnet (north dan south) yang ada dalam motor DC berbentuk melengkung guna menghasilkan medan magnet yang kuat terhadap angker dinamo. 

Angker Dinamo
Angker dinamo adalah batang bimetal yang dililit oleh kumparan guna menghasilkan gaya magnet yang mempunyai polaritas pada batang bimetal.

Komutator
Komutator adalah benda yang membentuk lingkaran yang hampir sempurna. Komutator berfungsi agar angker dinamo tetap berputar. Jika komutator berbentuk lingkaran sempurna, angker dinamo tidak akan berputar [1].

Sikat (brush)
Sikat atau brush adalah lempenan kecil yang menyentuh komutator guna menyuplai arus listrik. Sikat terbuat dari karbon, grafit, atau campuran dari keduanya[2].

Prinsip Kerja
- Pertama, power supply akan memberikan tegangan ke sikat (lihat Gambar 2). Kemudian sikat menyentuh komutator yang menjadi konduktor.
- Angker dinamo yang dililit dengan kumparan akan menghasilkan gaya elektromagnetik ketika dialiri listrik kemudian menghasilkan kutub yang tidak berubah-ubah. 
- Setelah angker dinamo dialiri listrik dan mendapatkan kutub magnet (south dan north), posisi kutub angker dinamo akan selalu bertolak belakang dengan magnet yang berbentuk cekung.
- Kemudian angker dinamo akan selalu bertolak belakang dengan magnet cekung sehingga akan terus berputar (termasuk fungsi dari komutator agar angker dinamo terus berputar).

Motor Servo
Motor servo adalah sebuah perangkat atau aktuator putar (motor) yang dirancang dengan sistem kontrol umpan balik loop tertutup (servo), sehingga dapat di-set-up atau diatur untuk menentukan dan memastikan posisi sudut dari poros output motor. Motor servo merupakan perangkat yang terdiri dari motor DC, serangkaian gear, rangkaian kontrol dan potensiometer. Serangkaian gear yang melekat pada poros motor DC akan memperlambat putaran poros dan meningkatkan torsi motor servo, sedangkan potensiometer dengan perubahan resistansinya saat motor berputar berfungsi sebagai penentu batas posisi putaran poros motor servo[3].

Pada dasarnya prinsip kerja motor servo berdasarkan sinyal modulasi lebar pulsa (Pulse Wide Modulation/PWM) menggunakan kabel kontrol. Kabel kontrol mengontrol dengan memberikan pulsa sinyal dimana akan menentukan posisi sudut putaran dari poros motor servo. Misalnya saja, pada lebar pulsa dengan waktu 1,5ms (mili detik) akan memutar poros servo dengan posisi sudut 90⁰. Apabila waktu lebar pulsa lebih kecil (kurang dari 1,5ms) maka akan berputar ke arah posisi 0⁰ atau berputar ke kiri (berputar berlawanan arah jarum jam). Sedangkan jika waktu lebar pulsa lebih besar (lebih dari 1,5ms) maka poros servo akan berputar ke arah posisi 180⁰ atau berputar ke kanan (berputar searah dengan jarum jam).

Keunggulan dari penggunaan motor servo adalah[4]:
- Tidak bergetar dan tidak ber-resonansi saat beroperasi.
- Daya yang dihasilkan sebanding dengan ukuran dan berat motor.
- Penggunaan arus listik sebanding dengan beban yang diberikan.
- Resolusi dan akurasi dapat diubah dengan hanya mengganti encoder yang dipakai.
- Tidak berisik saat beroperasi dengan kecepatan tinggi.

Selain itu, motor servo juga memiliki beberapa kelemahan, yaitu[4]:
- Memerlukan pengaturan yang tepat untuk menstabilkan umpan balik.
- Motor menjadi tidak terkendali jika encoder tidak memberikan umpan balik.
- Beban berlebih dalam waktu yang lama dapat merusak motor.

Solenoid Door Lock
Secara umum, solenoid adalah gulungan kawat yang dililitkan dengan batang besi yang berguna untuk menghasilkan gaya elektromagnetik ketika dialiri arus listrik. Maka dari itu, solenoid mempunyai polaritas (kutub utara dan selatan)[5]. Kebutuhan yang semakin meningkat mendorong inovasi teknologi bermunculan pula, tak terkecuali solenoid. Solenoid memiliki banyak macamnya, di antaranya, solenoid water inlet, solenoid door lock, dan solenoid push pull.

Olenoid door lock adalah salah kunci atau slot pintu yang memanfaatkan solenoid untuk membuka dan mengunci. Solenoid door lock dapat berkerja dengan tegangan 12 V DC. Ketika solenoid door lock dialiri oleh tegangan maka medan magnet akan menarik pelatuk kunci sehingga kunci akan terbuka. Ketika solenoid door lock tidak diberikan tegangan maka pelatuk akan keluar dan mengunci pintu. Terkadang terdapat masalah ketika penggunaan solenoid door lock yaitu ketika kunci membuka dalam waktu yang cukup lama maka solenoid door lock akan overheat.

Relay
Relay merupakan tuas saklar dengan lilitan kawat pada batang besi solenoid di dekatnya. Jika solenoid dialiri arus listrik, maka tuas akan tertarik karena adanya gaya magnet yang terjadi pada solenoid sehingga kontak saklar akan menutup. Relay memiliki fungsi atau kegunaan yang sama, yaitu sebagai alat  pengganti saklar yang bekerja untuk mengontrol atau membagi arus listrik maupun sinyal lain yang menuju sirkuit ataupun sinyal lainnya. Cara kerja relay yaitu dengan memanfaatkan elektromagnetik sebagai kontak saklar. Lalu pada saat arus listrik mengaliri koil maka medan magnet akan menarik kontak sehingga posisi kontak tersebut akan berubah yang awalnya dari posisi off berubah menjadi ke posisi on. 

Ada 5 komponen inti yang berada pada relay, yaitu:
- Elektromagnetik atau coil
- Armature
- Spring
- Saklar/kontak
- Iron core

Didalam relay juga terdapat dua jenis contact point , yaitu:
- NC (Normally Close) yaitu posisi awal sebelum diaktifkan yaitu akan berada pada posisi CLOSE atau biasa disebut dalam posisi off.
- NO (Normally Open) yaitu posisi awal sebelum diaktifkan akan selalu pada posisi OPEN atau juga biasa disebut dalam posisi on.
Pada smart home ini kan menggunakan modul relay 4 channel yaitu modul yang memiliki 4 relay didalamnya sehingga dapat mengendalikan 4 alat hanya dengan menggunakan 1 modul relay.