Peran Instrumentasi Advance Smart Card Berbasis RFID Dalam Industri 4.0 - Part 1 RFID : Paper

Peran Instrumentasi Advance Smart Card

 Berbasis RFID Dalam Industri 4.0

Penulis : I M - www.kolektormateri.blogspot.com

Abstrak : Pada paper ini dibuat suatu informasi mengenai peran instrumentasi advance yaitu smart card berbasis RFID dalam industri 4.0. Dimulai dari halaman 1 sebagai pendahulan mengenai Revolusi Industri 4.0 dan Internet of Things. Dihalaman 2 dijelaskan mengenai RFID, komponen, dan cara kerjanya. Dihalaman 3 dijelaskan mengenai Smart Card berbasis RFID fungsi dan cara kerjanya yang dijelaskan melalui diagram blok. Dihalaman 4 merupakan penjelasan Smart Card Berbasis RFID dengan menggunakan skema dan algoritma.

Keywords : Smart Card, RFID, Radio Frequency, Instrumentasi Advance, Industri 4.0.

  I.     Pendahuluan

          Saat ini negara Indonesia telah memasuki suatu revolusi industri yang dinamakan dengan revolusi industri 4.0. Bermacam – macam teknologi mulai dikembangkan dan digunakan untuk mempermudah masyarakat mencapai kebutuhannya seperti teknologi Belanja Online, internet banking, Smart manufacture, dll. Salah satu yang juga mengalami pengembangan adalah teknologi dalam bidang keamanan seperti penggunaan RFID, Smartlock, CCTV Infrared, dll.

          RFID adalah teknologi dengan menggunakan frekuensi radio yang sedang bekembang di industri 4.0. Kelebihan dari RFID adalah dalam penggunaanya antara tag dan reader tidak perlu saling menghadap seperti pada barcode,dll. Selain itu RFID memiliki jangkauan yang cukup jauh dikarenakan RFID menggunakan gelombang Radio. RFID juga dapat dibagi menjadi beberapa kelas dari yang rendah sampai yang tinggi. Sehingga biaya dan penggunaanya dapat disesuaikan sesuai kebutuhan.      

          Di revolusi industri 4.0 diperlukan suatu kemudahan dan kecepatan dalam pengaksesan sesuatu dikarenakan perkembangan di segala bidang yang semakin cepat. Selain itu keamanan dan kenyamanan juga menjadi hal penting dengan berkembangnya teknologi juga kejahatan semakin bervariasi.

          Oleh karena itu pentingnya suatu teknologi instrumentasi advance yang dapat memberikan kemudahan kenyamanan, keamanan dalam akses suatu tempat .

II. Revolusi Industri 4.0

Gambar 1. Bidang Revolusi Industri 4.0

Saat ini perkembangan yang pesat dari teknologi sensor, interkoneksim dan analisis data memunvulkan gagasan untuk mengintegrasikan seluruh teknologi tersebut ke dalam berbagai bidang industri. Gagasan inilah yang diprediksikan akan menjadi revolusi industri yang berikutnya yaitu industri 4.0. Istilah Industri 4.0 secara resmi lahir di Jerman tepatnya saat diadakan Hannoven fair tahun 2011. Negara jerman memiliki kepentingan yang besar terkait hal ini karena Industri 4.0 menjadi bagian dari kebijakan rencana pembangunannya yang disebut High-Tech Strategy 2020. Negara lain juga turut serta dalam mewujudkan konsep Industri 4.0 namun menggunakan istrilah yang berbeda seperti Smart Factories, Industrial Internet of Things, Smart Industry,dll. Meski memiliki penyebut istilah yang berbeda, semuanya memiliki tujuan yang sama yaitu untuk meningkatkan daya saing indsutri tiap negara dalam menghadapi pasar global yang sangat dinamis.

Sebagian besar pendapat mengenai potensi manfaat industri 4.0 adalah mengenai perbaikan, kecepatan-fleksibilitas produksi, peningkatan layanan kepada pelanggan dan peninkatan pendapatan. Terwujudnya potensi manfaat tersebut akan memberi dampak positif terhdap perekonomian suatu negara. Sedangkan tantangan yang harus dihadapi dari Industri 4.0 adalah munculnya resistansi terhadap perubahan demografi dan aspek social, ketidakstabilan kondisi politik, keterbatasan sumber daya, risiko bencana alam, dan tuntuan penerapan teknologi yang ramah lingkungan.
       Menurut Kagerman dkk(2013) dalam Prasetyo(2018), pengertian yang lebih teknis tentang industri 4.0 adalah integrase dari Cyber Physical System  (CPS) dan Internet of Things and Services (IoT dan IoS) ke dalam proses industri meliputi manufaktur dan logistic serta proses lainnya. CPS adalah teknologi untuk menggabungkan antara dunia nyata dengan dunia maya. Penggabungan ini dapat terwujud melalui integrase antara proses fisik dan komputasi (teknologi embedded computers dan jaringan) secara close loop (Lee, 2008 dalam Prasetyo,2018).

III. Internet of Things (IOT)

Internet of Things (IOT) adalah jaringan infrastruktur global yang menghubungkan objek fisik dan virtual melalui eksploitasi dari pengambilan data dan kemampuan komunikasi. Hal tersebut akan memberikan identifikasi dari objek spesifik, dan kemampuan koneksi dan sensor sebagai dasar dari pengembangan pelayanan dan aplikasi yang bersifat independent kooperatif. Hal ini akan ditandai dengan tingginya tingkat pengambilan data otonom, transfer event, konektifitas jaringan, dan interoperabilitas.
Arsitektur dari Sistem IOT secara umum dibagi menjadi 3 lapisan, yaitu : Lapisan persepsi, Lapisan jaringan, dan Lapisan layanan/aplikasi. (Jia dkk, 2012)

IV. Radio Frequency Identification (RFID)

Slave

Sistem RFID terdiri dari 3 komponen,  yaitu : RFID tags, RFID reader, dan sistem aplikasi.

a)  RFID Tags

RFID tags yang juga biasa disebut sebagai transponders atau responder atau transmitter adalah benda yang berfungsi sebagai identifikasi. Terdapat dua jenis tags yaitu aktif dan pasif. Tags aktif adalah yang memiliki baterai penuh sendiri, dan mempunya kemampuan untuk berkomnikasi dengan tags lainnya, dan juga bisa memupai percakapan sendiri dengan tag reader. Sebaliknya, tag pasif tidak memerlukan sumber tegangan internal, namun ditenagai oleh tag reader. Tags terdiri dari kumparan antenna dan mikrochip yang berfungsi untuk menyimpan data.

                RFID tags memiliki banyak jenis bentuk, ukuran, dan fungsi. Seorang insinyur atau ilmuwan harus mengetahui tujuan dari pembuatan instrument RFID terlebih dahulu sebelum memilih jenis RFID tags yang akan digunakan. Semua RFID tags umumnya memiliki komponen - komponen umum yang sama yaitu : antena, IC, dan PCB.

                Fungsi utama dari antena adalah untuk mengirim dan menerima gelombang radio agar dapat berkomunikasi. Antena bekerja dengan mekanisme kopling, yang dapat mengubah energi listrik menjadi gelombang elektromagnetik dan sebaliknya. Dengan begitu tags dan reader dapat saling berkomunikasi. Pada lingkungan yang cocok dan saling berdekatan antara tags dan readernya. Antena dapat menerima energi gelombang elektromagnetik yang cukup untuk memberikan daya pada tag tanpa adanya baterai internal.

                IC adalah sekumpulan algoritma rangkaian dan komponen elektronika yang berfungsi sebagai otak dari RFID tags. Tidak seperti pada IC di perangkat lainnya, IC RFID tags hanya berfungsi mengirmkan unique identifier (ID) yang masing – masing dimiliki oleh tags dan berbeda dengan yang lain. Jika tag memiliki komponen tambahan, IC ini juga berfungsi untuk mengirimkan informasi ekstra dari komponen tersebut bersaaman dengan ID tag.

                PCB atau papan rangkaian adalah bahan yang memegang keseluruhan komponen tags bersamaan dan terangkai sesuai dengan fungsi dari tags. PCB dapat bersifat kaku ataupun fleksibel dan tersusun dari bahan yang berbeda tergantung pada tipe, bentuk,ukuran, dan fungsi dari tag yang digunakan.

                RFID tags dibagi menjadi beberapa kategori kelas. Dimana semakin tinggi kelasnya semakin besar fungsinya. EPC Global mendefinisika 6 klasifikasi dari RFID tags (0 sampai 5). Berikut adalah fungsi dan deskripsi dari masing – masing kelas, yaitu :

1)       Kelas 0/Kelas 1 : Kelas ini menghasilkan gelombang radio dasar yang bersifat pasif. Kelas 0 diprogram oleh pabrik. Diatas kelas 0, yaitu kelas 1 keatas tags deprogram oleh pengguna.

2)       Kelas 2: Terdapat fungsi tambahan, yaitu pengenkripsian dan memori RF yang dapat di tulis baca (read-write).

3)       Kelas 3 : Terdapat baterai pada papan PCB yang dapat memberikan daya ke rangkaian komputernya. Juga jangkauan komunikasi yang lebih panjang dan broadband yang lebih besar.

4)       Kelas 4 : Jenis tags aktif adalah tags yang masuk ke kelas 4. Komunikasi peer to peer dan sensor tambahan juga dimasukan.

5)       Kelas 5 : Tags kelas 5 menghasilkan daya yang cukup untuk menyalakan tags lainnya dan bisa diklasifikasikan juga sebagai reader.

Tags pasif yang tidak memiliki sumber daya internal, mendapatkan daya dari reader yang berupak frekuensi gelombang radio yang dihasilkan reader dan diklasifikasikan sebagai kelas 0 -3. Sedangkan kelas 4 adalah tags aktif yang memiliki sumber daya internal. Kelas 5 dapat diklasifikasikan sebagai tags aktif dan reader yang dapat membaca informasi dari tags lainnya.

b)  RFID Readers

RFID Readers atau pembaca RFID adalah perangkat yang berfungsi untuk membaca informasi yang dikirimkan oleh RFID tags ketika tags memasuki jangkauan RFID. Readers bertanggungjawab untuk memulai komunikasi dengan bermacam – macam tags dalam jangkaunnya dan mengirimkan data tags ke aplikasi dimana data yang didapatkan dapat digunakan untuk tujuan tertentu.

Readers di semua jenis sistem dapat dibagi menjadi dua blok dasar yaitu sistem kontrol dan antarmuka frekuensi tinggi, yang terdiri dari perangkat transmitter dan receiver. Seperti yang terlihat pada gambar dibawah ini :

Gambar 2. Sistem kontrol dan Antarmuka frekuensi tinggi

Keseluruhan sistem dikontrol oleh aplikasi eksternal melalui perintah control.

Ø  Fungsi dari antarmuka frekuensi tinggi adalah :

1.       Untuk menghasilkan daya transmisi berfrekuensi tinggi yang dapat menyalakan transponder atau tags.

2.       Modulasi sinyal transmisi untuk mengirim data ke transponder.

3.       Penerima dan demodulasi sinyal Frequensi tinggi yang dikirimkan balik oleh tags dan transponder

Ø  Fungsi dari unit sistem kontrol reader adalah :

1.       Komunikasi dengan software aplikasi dan sebagai pengeksekusi perintah dari software aplikasi tersebut.

2.       Kontrol komunikasi dengan transponder atau tags(prinsip master-slave).

3.       Koding dan decoding sinyal dan ekesekusi algoritma anti-collision.

4.       Enkripsi dan dekripsi data untuk dikirimkan antara tags dan reader.

5.       Kinerja otentikasi antara tags dan reader.

(Jia, 2012)

V. Smart Card Berbasis RFID

Teknologi RFID berperan aktif dalam industri 4.0 di Indonesia. Teknologi RFID ini sedang dikembangkan, dan sering ditemui digunakan di bidang perhotelan dan mulai diterapkan di Universitas di Indonesia seperti di Departemen Teknik Fisika Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. RFID tags memiliki banyak bentuk seperti kartu, gantungan kunci,dll. Pada paper ini lebih difokuskan pada RFID tags dengan bentuk kartu dan bersifat pasif. Dengan level 3, sehingga kartunya harus berjarak menengah dengan readernya untuk mengakses reader. RFID Readernya adalah RFID biasa yang memiliki antarmuka frekuensi tinggi dan sistem kontrol. Aplikasi menggunakan mikrokontroler yang disambungkan dengan wifi module yang dapat terhubung secara IOT.

Kartu RFID memiliki bermacam - macam fungsi. Tujuan dari Smart Card adalah sebagai kartu yang memiliki banyak fungsi dan dapat terhubung dengan database secara IOT. Contohnya karyawan yang memiliki Smart Card yang berfungsi sebagai keamanan dan akses tempat parkir, otentikasi absensi, akses tempat – tempat penting, dll.

               

VI.    Diagram block Advanced Instrumentasi smart Card Berbasis RFID

Gambar 3. Diagram block Smart Card RFID untuk akses parkiran berbasis IOT

                Pada Diagram blok untuk parkiran berfungsi dengan cara memasukan nilai alamat ID yang diperbolehkan masuk dan informasi personal dari alamat ID tersebut yang dapat dimasukan kedalam database terlebih dahulu secara IOT. Setelah itu RFID Readers akan membaca alamat ID dan Webcam akan membaca plat nomor motornya ketika tag Kartu didekatkan kepada reader. Kemudian akan dibandingkan dengan melalui komparator nilai ID dan Plat Nomornya. Setelah itu Kontroler akan bekerja apakah ID dan Platnya sesuai atau tidak dengan mengendalikan servo palang pintu yang menghsilkan output berupa posisi atau kondisi dari palang  pintu tersebut (c)

Gambar 4. Diagram Block Smart Card RFID untuk Sistem Absensi/Kehadiran

                Pada diagram blok untuk sistem absensi/kehadiran dibuat dengan sederhana yaitu dengan open-loop. Yaitu dengan RFID Reader membaca RFID tag kemudian pada kontroler disesuaikan dengan informasi yang didapatkan dari database berupa informasi nama dari alamat ID tersebut. Setelah itu output berupa informasi kehadiran yang disimpan di dalam database. Informasi dibuat seakurat mungkin dengan kontroler yang terintegrasi dengan perangkat Real Time Clock.

Gambar 5. Diagram Block Smart Card RFID untuk Akses Ruangan

                Pada diagram block untuk mengakses ruangan, yaitu dengan informasi yang didapatkan dari database dapat ditentukan alamat ID siapa saja yang dapat mengakses ruangan. Setelah itu informasi personal dari pengguna RFID tag akan dimasukan ke Database akses Ruangan dan informasi waktu secara real time akses ruangan tersebut. Setelah itu Electric Doorlock akan bekerja atau tidak sesuai dengan informasi alamat ID siapa saja yang boleh mengakses. Output berupa kondisi dari electric doorlock apakah 0 atau 1.

VII.     Skema Sistem Instrumentasi Smart Card Berbasis RFID

Gambar 6. Skema Smart Card RFID berbasis IOT

                Pada gambar 4 adalah skema dari instrumentasi smart card berbasis RFID untuk bermacam -macam fungsi. Pada akses tempat parkir maka aktuatornya adalah palang pintu dan infomasi pengakses dimasukan kedalam database. Begitu juga dengan akses ruangan actuatornya adalah electric doorlock dan informasi pengaksesnya juga dimasukan kedalam database. Untuk sistem absensi, tidak diperlukan actuator dikarenakan yang diperlukan hanya informasi kehadiran saja yang juga dimasukan ke dalam database

 VIII.     Algoritma Instrumentasi Smart Card Berbasis RFID

Gambar 7. Algoritma Smart Card berbasis RFID untuk tempat parkir

Untuk tempat parkir selain RFID reader juga digunakan webcam untuk membaca plat nomor yang kemudian akan dimasukan kedalam database sebagai informasi keamanan.

Gambar 8. Algoritma Smart Card berbasis RFID untuk Absensi

Pada sistem absensi algoritma lebih sederhana karena hanya bertujuan untuk mendapatkan informasi kehadiran.

Gambar 9. Algoritma Smart Card berbasis RFID untuk akses ruangan

Untuk akses ruangan sistem algoritmanya mirip dengan akses tempat parkir namun tidak mernggunakan webcam.

IX. Kesimpulan

RFID memiliki banyak manfaat dan sangat mendukung industri 4.0. Smart Card berbasis RFID merupakan teknoogi baru yang memiliki banyak manfaat jika diterapkan bersamaan dengan kartu karyawan atau kartu mahasiswa karena memiliki banyak keuntungan berupa kemudahan, kecepatan, dan keamanan.

X. Daftar Pustaka

H. Prasetyo, and W. Sutopo, "INDUSTRI 4.0: TELAAH KLASIFIKASI ASPEK DAN ARAH PERKEMBANGAN RISET," J@ti Undip : Jurnal Teknik Industri, vol. 13, no. 1, pp. 17-26, Mar. 2018.

X. Jia, Q. Feng, T. Fan and Q. Lei, "RFID technology and its applications in Internet of Things (IoT)," 2012 2nd International Conference on Consumer Electronics, Communications and Networks (CECNet), Yichang, 2012, pp. 1282-1285.

Caroline C, Ellyas M.C.S, Loga G A, Ardian S, Hermawati H, Ike B,” APLIKASI SMART CARD BERBASIS RFID UNTUK SISTEM KEAMANAN PARKIR” Jurusan Teknik Elektro Universitas Sriwijaya, Mikrotiga, Vol 1, No. 2Mei 2014

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Untuk selanjutnya kita akan belajar tentang membuat prototype elektronika RFID sederhana dengan menggunakan kontroler Arduino di Part 2 RFID.

Terima kasih.