Perancangan Sistem Keamanan Pintu Pintar (Smart Door Lock) Berbasis Keypad Menggunakan Arduino Uno Menggunakan Platform Tinkercad

 Perancangan Sistem Keamanan Pintu Pintar (Smart Door Lock)  Berbasis Keypad Menggunakan Arduino Uno Menggunakan  Platform Tinkercad 

Disusun Oleh :

1. Farel Alfarizi	25051204250
2. Klement Ezra Suhartanto	25051204082
3. Muchammad Achsan	25051204028
4. Bintang Renaldy Pratama	25051204026

BAB I 

PENDAHULUAN

        1.1.      Latar Belakang

Perkembangan teknologi dalam bidang sistem keamanan terus mengalami peningkatan seiring dengan meningkatnya kebutuhan masyarakat terhadap perlindungan dan efisiensi dalam aktivitas sehari-hari. Salah satu bentuk teknologi yang banyak diterapkan adalah sistem penguncian pintu berbasis elektronik, yang dianggap lebih praktis, fleksibel, dan memiliki tingkat keamanan yang lebih baik dibandingkan kunci mekanik konvensional. Sistem ini mengandalkan proses autentikasi tertentu sebelum pintu dapat dibuka, sehingga mampu meminimalkan risiko akses tidak sah.

Praktikum ini menjadi sarana untuk menghubungkan teori dengan implementasi nyata melalui perancangan sistem berbasis mikrokontroler. Arduino Uno, sebagai platform mikrokontroler yang mudah diprogram dan memiliki dukungan luas, menjadi media ideal untuk mempelajari cara kerja unit pemrosesan, memori, port I/O, dan perangkat pendukung lainnya.

Melalui proyek “Perancangan Sistem Keamanan Pintu Pintar (Smart Door Lock) Berbasis Keypad Menggunakan Arduino Uno”, mahasiswa dapat memahami proses autentikasi berbasis input digital, pengolahan data oleh mikrokontroler, serta bagaimana sinyal keluaran dihasilkan untuk menggerakkan aktuator berupa servo sebagai mekanisme pengunci pintu. Sistem ini juga dilengkapi tampilan LCD untuk memberikan feedback kepada pengguna selama proses pemasukan kode dan status pintu.

Dengan demikian, praktikum ini tidak hanya bertujuan menghasilkan prototipe sistem keamanan sederhana, tetapi juga memperkuat pemahaman mahasiswa terhadap struktur, fungsi, dan hubungan antar-komponen dalam sebuah sistem komputer. Selain itu, proyek ini melatih keterampilan problem-solving, kerja sama tim, serta kemampuan merancang solusi teknologi yang relevan dengan kebutuhan nyata di masyarakat.

        1.2.      Rumusan Masalah

1.           Bagaimana merancang dan mengimplementasikan sistem keamanan pintu pintar yang menggunakan keypad sebagai media autentikasi berbasis Arduino Uno?

2.           Bagaimana proses kerja mikrokontroler dalam menerima input kode, memproses data, serta memberikan output berupa pergerakan servo untuk membuka atau mengunci pintu?

3.           Bagaimana sistem dapat memberikan informasi kepada pengguna melalui tampilan LCD terkait status penguncian atau kesalahan dalam memasukkan kode?

 

        1.3.      Tujuan Penelitian

1.           Mempelajari cara kerja mikrokontroler Arduino Uno dalam mengelola proses input dan output pada sistem keamanan berbasis keypad.

2.           Mengimplementasikan sistem autentikasi sederhana menggunakan password digital untuk membuka dan mengunci pintu otomatis.

3.           Memahami cara kerja LCD dan servo motor sebagai perangkat output dalam suatu rangkaian embedded system.

4.           Mengembangkan kemampuan mahasiswa dalam merancang, mengintegrasikan, dan menguji perangkat keras serta perangkat lunak pada sistem berbasis mikrokontroler.

5.           Melatih keterampilan analisis, kerjasama kelompok, dan pemecahan masalah dalam menerapkan konsep Arsitektur dan Organisasi Komputer.

BAB II 

LANDASAN TEORI

        2.1        Arduino Uno

Arduino Uno adalah papan mikrokontroler berbasis ATmega328P yang banyak digunakan dalam pembelajaran sistem embedded dan automasi. Arduino Uno memiliki 14 pin digital I/O, 6 pin analog, clock 16 MHz, dan dilengkapi dengan port USB untuk pemrograman. Dalam konteks Arsitektur dan Organisasi Komputer, Arduino Uno bekerja sebagai unit pemrosesan yang mengeksekusi instruksi dari program (sketch) secara sequential. Mikrokontroler mengatur komunikasi antara perangkat input, seperti keypad, dan perangkat output, seperti servo dan LCD, melalui mekanisme pengolahan sinyal digital maupun analog.

        2.2        Sistem Pengendalian Pintu Pintar

Sistem keamanan pintu pintar (Smart Door Lock) merupakan implementasi teknologi penguncian otomatis yang menggunakan autentikasi digital untuk membuka atau mengunci pintu. Sistem seperti ini menggantikan kunci konvensional dengan metode akses berbasis kode atau sensor elektronik.

 

Komponen utama dari sistem pintu pintar berbasis Arduino meliputi:

 

1.           Unit input → keypad sebagai media memasukkan kode.

2.           Unit pemrosesan → Arduino Uno sebagai pengendali logika sistem.

3.           Unit output → servo sebagai aktuator dan LCD sebagai penampil status sistem.

 

Sistem penguncian digital memiliki keunggulan dalam efisiensi, fleksibilitas, dan tingkat keamanan yang lebih baik dibanding sistem manual.

 

        2.3        Keypad 4x4

Keypad 4x4 merupakan komponen input yang terdiri dari 16 tombol yang disusun dalam bentuk matriks baris dan kolom (4 baris × 4 kolom). Ketika sebuah tombol ditekan, baris dan kolom yang terhubung akan saling ter-short sehingga Arduino dapat mendeteksi tombol mana yang aktif.

Dari sisi arsitektur komputer, pembacaan keypad merupakan bentuk pemindaian (scanning input) yang dilakukan secara rutin oleh mikrokontroler. Arduino akan mengirim sinyal pada tiap baris dan membaca respon dari kolom untuk mendeteksi tombol yang ditekan.

 

        2.4  Liquid Crystal Display (LCD)

LCD 16×2 digunakan untuk menampilkan teks berupa instruksi atau status sistem, seperti “Input Kode”, “Akses Diterima”, atau “Kode Salah”. LCD berfungsi sebagai antarmuka pengguna (user interface) yang membuat sistem menjadi lebih informatif.

 

LCD dioperasikan melalui mode 4-bit maupun 8-bit. Pada penelitian/praktikum ini digunakan mode 4-bit untuk menghemat penggunaan pin digital Arduino. Pengiriman karakter dilakukan secara serial oleh mikrokontroler menggunakan library LiquidCrystal.

 

        2.5  Servo Motor

Servo motor adalah aktuator yang mampu bergerak pada sudut tertentu secara presisi. Pada sistem pintu pintar, servo digunakan sebagai penggerak mekanisme kunci, misalnya mengunci pada posisi 90° dan membuka pada posisi 0°.

 

Secara arsitektural, servo menerima sinyal PWM (Pulse Width Modulation) dari Arduino. Lebar pulsa menentukan posisi servo. Mikrokontroler mengelola pembuatan sinyal ini secara real-time melalui timer internal.

 

        2.6  Konsep Autentikasi Digital

Autentikasi digital adalah proses verifikasi identitas pengguna berdasarkan data tertentu, dalam hal ini berupa kode numerik. Sistem hanya memberikan akses jika input yang dimasukkan sesuai dengan kode yang telah diprogram.

Proses autentikasi pada Arduino melibatkan:

1.           Pengambilan input dari keypad.

2.           Penyimpanan sementara (buffer) di memori mikrokontroler.

3.           Perbandingan string input dengan password yang telah ditentukan.

4.           Eksekusi perintah sesuai hasil verifikasi (akses diterima atau ditolak).

Konsep ini merupakan implementasi sederhana dari sistem keamanan digital yang digunakan pada perangkat elektronik modern.

        2.7  Bahasa Pemrograman Arduino (C/C++)

Arduino menggunakan bahasa pemrograman berbasis C/C++ yang telah dimodifikasi agar lebih sederhana. Struktur program terdiri dari dua bagian utama:

·        setup() → dijalankan sekali saat board dinyalakan.

·        loop() → dijalankan terus-menerus selama board aktif.

Dari sudut pandang organisasi komputer, program dalam Arduino dieksekusi secara linear dan sinkron, sehingga sangat bergantung pada logika kontrol yang dituliskan oleh programmer.

        2.8  Hubungan Antar-Komponen dalam Sistem

Hubungan antar-komponen membentuk alur kerja sebagai berikut:

1.           Pengguna memasukkan kode melalui keypad.

2.           Arduino menerima sinyal input dan menyimpannya sementara.

3.           Arduino membandingkan kode input dengan password yang benar.

4.           Jika cocok → Arduino mengirim sinyal ke servo untuk membuka kunci dan

menampilkan status pada LCD.

5.           Jika salah → Arduino menampilkan “Kode Salah” dan sistem tetap terkunci.

Alur ini menunjukkan bagaimana mikrokontroler berfungsi sebagai pusat pemrosesan, mengatur komunikasi input–output berdasarkan instruksi yang telah diprogram.

BAB III 

 METODOLOGI PENELITIAN 

 

        3.1            Desain Sistem

Sistem Smart Door Lock berbasis keypad ini dirancang untuk memberikan mekanisme pengamanan pintu yang efisien, otomatis, dan mudah digunakan. Proses identifikasi dilakukan menggunakan keypad 4×4 sebagai media input kode. Sensor ultrasonik berfungsi sebagai pemicu (trigger) aktifnya sistem ketika mendeteksi objek pada jarak tertentu. LCD berperan sebagai media informasi bagi pengguna, sedangkan servo digunakan sebagai aktuator untuk membuka dan mengunci pintu. Keseluruhan komponen dikendalikan oleh mikrokontroler Arduino Uno, yang menjalankan logika validasi password, pengaturan servo, serta tampilan informasi.

 

        3.2            Flowchart Sistem

 

	(Gambar 1 flowchart sistem)

        3.3          Alat dan Bahan

Praktikum ini dilaksanakan menggunakan simulator berbasis web Autodesk Tinkercad dengan rincian komponen sebagai berikut:

 

1.           Arduino UNO R3

 

 

2.           Keypad 4x4

 

3.           Micro Servo

 

 

4.           LCD 16x2

5.           Resistor 220Ω & Potensiometer

 

 

6.           Breadboard & kabel jumper

 

 

7.           Piezo buzzer

 

 

8.           Ultrasonic Sensor

        3.4           Perancangan Perangkat Keras (Wiring)

Komponen-komponen dirangkai secara terintegrasi dengan rincian koneksi sebagai berikut:

1.           Sensor Ultrasonik HC-SR04

Pin Sensor	Pin Arduino
VCC	5V
GND	GND
TRIG	D12
ECHO	D11

 

2.           Keypad 4×4

Baris/Kolom	Pin Arduino
R1 – R4	D9, D8, D7, D6
C1 – C4	D5, D4, D3, D2

 

3.           LCD I2C

Pin LCD	Pin Arduino
SDA	A4
SCL	A5
VCC	5V
GND	GND

 

4.           Servo Motor

Komponen	Pin Arduino
Sinyal	D13
VCC	5V
GND	GND

 

5.           Buzzer

Komponen	Pin Arduino
Positif	A0
GND	GND

        3.5           Perancangan Perangkat Lunak (Software)

Perangkat lunak disusun menggunakan bahasa pemrograman Arduino dengan beberapa library pendukung:

·              Keypad.h → membaca input tombol dari keypad.

·              LiquidCrystal_I2C.h → menampilkan data ke LCD.

·              Servo.h → mengatur sudut servo.

·              Wire.h → komunikasi I2C.

Struktur software dirancang menjadi beberapa fungsi utama:

1.           setup()

·              Inisialisasi LCD, sensor ultrasonik, buzzer, dan servo.

·              Mengatur    kondisi    awal     sistem    pada     mode     standby                    (“TIDAK TERDETEKSI”).

2.           loop()

·              Membaca jarak ultrasonik secara terus-menerus.

·              Mengaktifkan mode input jika objek terdeteksi.

·              Mengolah input password dan memproses validasi.

·              Mengendalikan servo berdasarkan hasil validasi.

·              Melakukan reset sistem jika objek pergi.

3.           getDistance()

Mengambil jarak menggunakan prinsip pantulan gelombang ultrasonik (echo).

4.           unlockdoor() Berisi proses:

·              Menampilkan akses diterima

·              Membuka pintu (servo 0°)

·              Menunggu objek hilang

·              Perintah mengunci kembali (servo 90°)

·              Reset sistem

5.           incorrect()

Menampilkan pesan ketika kode salah.

6.           torture1() & torture2()

Mengaktifkan sistem penguncian sementara (delay 15 detik dan 1 menit) untuk mencegah brute-force.

7.           beep() & unlockbuzz()

Memberikan indikator suara pada beberapa kondisi.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

 

        4.1        Hasil Implementasi Sistem

Setelah proses perancangan pada Bab sebelumnya, sistem Smart Door Lock berbasis keypad berhasil diimplementasikan menggunakan platform Arduino Uno serta lingkungan simulasi Tinkercad. Sistem ini mampu melakukan proses autentikasi menggunakan input kode numerik melalui keypad dan menampilkan status sistem secara real-time melalui LCD 16×2.

Hasil simulasi menunjukkan bahwa mekanisme kunci pintu (servo) dapat merespons sesuai logika program, yaitu:

1.           Pintu terbuka apabila pengguna memasukkan kode yang benar.

2.           Pintu tetap terkunci apabila kode yang dimasukkan salah, disertai tampilan pesan kesalahan.

3.           LCD menampilkan state sistem mulai dari kondisi terkunci, proses input, verifikasi password, hingga status pintu terbuka.

Gambar berikut menunjukkan tampilan akhir hasil simulasi sistem yang telah berjalan:

(Gambar 2 rangkaian akhir simulasi arduino)

        4.2            Pembahasan

Berdasarkan hasil simulasi, sistem dapat menjalankan fungsinya sesuai kebutuhan proyek. Pembahasan sistem dijelaskan sebagai berikut:

 

4.2.1   Proses Autentikasi

Pengguna memasukkan empat digit kode melalui keypad. Setiap penekanan tombol ditampilkan pada LCD dalam bentuk karakter bintang (*) untuk menjaga privasi input. Setelah empat digit terkumpul, Arduino melakukan verifikasi dengan membandingkan input dengan kode yang ditetapkan dalam program.

 

Jika kode benar, program mengeksekusi fungsi untuk membuka pintu dengan mengubah sudut servo menjadi posisi terbuka. Jika salah, sistem menampilkan pesan “KODE SALAH” pada LCD.

4.2.2   Respons Aktuator (Servo Motor)

Servo berfungsi sebagai representasi mekanisme kunci pintu.

·              Posisi 90° → kondisi terkunci

·              Posisi 0° → kondisi terbuka

Perubahan posisi servo terjadi otomatis setelah verifikasi password, dan akan kembali ke posisi terkunci setelah jeda waktu tertentu.

 

4.2.3   Tampilan Status Melalui LCD

LCD bertindak sebagai antarmuka utama yang memberikan informasi kepada pengguna, seperti:

·             “SISTEM TERKUNCI” saat awal sistem dijalankan

·             “PASSWORD:” ketika pengguna mulai memasukkan kode

·             “AKSES DITERIMA” saat autentikasi berhasil

·             “KODE SALAH” ketika autentikasi gagal

Fungsi ini penting untuk memberikan feedback langsung kepada pengguna.

4.2.4   Evaluasi Kinerja Sistem

Secara keseluruhan, hasil simulasi menunjukkan bahwa:

·             Sistem berjalan stabil tanpa error pada proses input dan verifikasi.

·             Transisi tampilan LCD berjalan mulus dan informatif.

·             Mekanisme servo bekerja sesuai yang diharapkan.

·             Logika kontrol ringan sehingga tidak memberikan beban berlebih pada mikrokontroler.

Dengan demikian, implementasi dapat dikatakan berhasil memenuhi tujuan awal, yaitu merancang sistem keamanan pintu sederhana berbasis keypad.

BAB V 

PENUTUP

 

        5.1            Kesimpulan

Berdasarkan proses perancangan, implementasi, dan pengujian sistem Smart Door Lock

berbasis keypad menggunakan Arduino Uno, dapat disimpulkan bahwa:

1.           Sistem keamanan pintu berhasil dirancang dan berfungsi sesuai tujuan, yaitu memberikan mekanisme autentikasi sederhana melalui input kode akses dari keypad 4×4.

2.           Proses verifikasi password berjalan efektif, ditandai dengan kemampuan sistem membedakan antara input benar dan salah, serta memberikan umpan balik langsung melalui tampilan LCD.

3.           Aktuator servo mampu mensimulasikan mekanisme buka–tutup kunci pintu, di mana perubahan sudut servo menggambarkan kondisi “terkunci” dan “terbuka” secara jelas.

4.           LCD berperan penting sebagai media informasi kepada pengguna, menampilkan status sistem secara real-time mulai dari proses input, kesalahan kode, hingga akses diterima.

5.           Secara keseluruhan, sistem telah memenuhi tujuan pembelajaran mata kuliah Arsitektur dan Organisasi Komputer, yaitu memahami hubungan perangkat input, mikrokontroler, dan aktuator dalam satu rangkaian terintegrasi.

Dengan demikian, sistem ini dapat dijadikan contoh implementasi dasar konsep

embedded system dan integrasi komponen digital dalam aplikasi keamanan pintu sederhana.

 

        5.2            Saran

Agar sistem dapat dikembangkan lebih baik pada penelitian atau praktikum selanjutnya, beberapa saran yang dapat dipertimbangkan adalah sebagai berikut:

1.           Penambahan Modul Komunikasi

Sistem dapat dikembangkan dengan modul Wi-Fi (ESP8266) atau Bluetooth untuk membuat fitur kontrol jarak jauh seperti membuka pintu melalui aplikasi.

2.           Penyimpanan Riwayat Akses

Data waktu dan pengguna yang memasukkan password dapat disimpan pada SD card untuk meningkatkan aspek monitoring.

3.           Penggunaan Sensor Tambahan

Sensor sidik jari, RFID, atau keypad dengan proteksi input dapat meningkatkan keamanan sistem secara keseluruhan.

4.           Optimasi User Interface pada LCD

Tampilan LCD dapat dibuat lebih interaktif, misalnya menampilkan animasi singkat atau indikator loading agar lebih informatif.

5.           Penerapan pada Prototipe Fisik

Sistem sebaiknya diuji pada prototipe pintu nyata agar dapat menguji kekuatan mekanik servo dan stabilitas sistem dalam penggunaan jangka panjang.

DAFTAR PUSTAKA

Arduino.       (2023).       Arduino       Uno       Rev3       Documentation.       Diakses     dari https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno

Banzi, M., & Shiloh, M. (2022). Getting Started with Arduino: The Open Source Electronics Prototyping Platform (3rd ed.). Sebastopol, CA: Maker Media.

Malvino, A. P., & Brown, J. A. (2015). Digital Computer Electronics. New York: McGraw- Hill Education.

Margolis, M. (2011). Arduino Cookbook. Sebastopol, CA: O’Reilly Media.

Monk, S. (2017). Programming Arduino: Getting Started with Sketches (2nd ed.). New York: McGraw-Hill Education.

Tinkercad.        (2024).        Tinkercad        Circuits        Documentation.        Diakses         dari https://www.tinkercad.com

LAMPIRAN