SISTEM KEAMANAN AKSES MASUK MENGGUNAKAN RFID DAN SENSOR ULTRASONIK BERBASIS RASPBERRY PICO

 

SISTEM KEAMANAN AKSES MASUK MENGGUNAKAN

RFID DAN SENSOR ULTRASONIK

 

KELAS RE3C KELOMPOK 5 SISTEM TERBENAM

Danu Prabowo¹, Gusti Muhammad Hairul A.², Prima Aji Setyawan³, Wahyu Fradika⁴

Program Studi Teknologi Rekayasa Elektronika Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Semarang 2025/2026 Jl. Prof. Soedarto, Tembalang, Kota Semarang, Jawa Tengah 50275

 

ABSTRAK

Perkembangan teknologi sistem terbenam telah mendorong penerapan sistem otomatis pada berbagai bidang, salah satunya sistem keamanan akses masuk. Sistem keamanan konvensional yang masih menggunakan pencatatan manual sering menimbulkan antrean, membutuhkan waktu yang lama, serta memiliki tingkat keamanan yang relatif rendah. Oleh karena itu, diperlukan sistem yang mampu melakukan proses identifikasi pengguna secara otomatis, cepat, dan akurat. Pada proyek ini dirancang sebuah sistem keamanan akses masuk menggunakan Raspberry Pi Pico sebagai pengendali utama yang diintegrasikan dengan modul RFID, sensor ultrasonik, motor servo, dan LCD. RFID digunakan untuk melakukan identifikasi pengguna melalui kartu yang telah terdaftar, sedangkan sensor ultrasonik berfungsi mendeteksi keberadaan objek di depan gerbang. Raspberry Pi Pico memproses seluruh data masukan kemudian mengendalikan motor servo sebagai penggerak palang gerbang serta menampilkan informasi status pada LCD. Sistem bekerja secara otomatis mulai dari pendeteksian objek, proses autentikasi kartu, hingga pembukaan dan penutupan gerbang. Implementasi sistem menunjukkan bahwa seluruh komponen mampu bekerja secara terintegrasi sehingga proses akses masuk menjadi lebih cepat, aman, dan mudah dipantau.

Kata Kunci: Raspberry Pi Pico, RFID, Sensor Ultrasonik, Motor Servo, LCD, Sistem Terbenam.

 

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Keamanan akses masuk merupakan salah satu aspek penting dalam pengelolaan area terbatas, baik pada lingkungan perkantoran, kawasan industri, perumahan, maupun institusi pendidikan. Sistem keamanan yang masih mengandalkan pencatatan manual memiliki beberapa kelemahan, seperti proses verifikasi yang membutuhkan waktu lebih lama, potensi terjadinya antrean kendaraan, serta tingginya risiko kesalahan pencatatan. Selain itu, sistem manual juga kurang efektif dalam melakukan pengawasan terhadap pengguna yang memiliki hak akses.

Perkembangan teknologi sistem terbenam memungkinkan proses pengendalian akses dilakukan secara otomatis menggunakan mikrokontroler dan berbagai sensor pendukung. Salah satu teknologi yang banyak diterapkan adalah Radio Frequency Identification (RFID). Teknologi ini memungkinkan proses identifikasi pengguna dilakukan tanpa kontak fisik melalui gelombang radio sehingga proses autentikasi menjadi lebih cepat dan praktis. Untuk meningkatkan keamanan, sistem juga dapat dipadukan dengan sensor ultrasonik yang berfungsi mendeteksi keberadaan kendaraan atau objek di depan gerbang sebelum proses verifikasi dilakukan.

Pada proyek ini digunakan Raspberry Pi Pico sebagai pengendali utama yang mengintegrasikan RFID, sensor ultrasonik, motor servo, dan LCD. Raspberry Pi Pico bertugas mengolah data dari seluruh perangkat masukan, menentukan status akses pengguna, kemudian mengendalikan motor servo sebagai pembuka dan penutup palang gerbang. Informasi mengenai kondisi sistem ditampilkan melalui LCD sehingga pengguna dapat mengetahui status akses secara langsung. Dengan adanya integrasi tersebut diharapkan sistem mampu meningkatkan efisiensi proses akses masuk sekaligus meningkatkan tingkat keamanan area yang dijaga.

B. Rumusan Masalah

1. Bagaimana merancang sistem keamanan akses masuk berbasis Raspberry Pi Pico?
2. Bagaimana mengintegrasikan RFID, sensor ultrasonik, motor servo, dan LCD dalam satu sistem?
3. Bagaimana mekanisme verifikasi kartu RFID untuk mengendalikan akses gerbang secara otomatis?
4. Bagaimana sistem memberikan informasi status kepada pengguna selama proses autentikasi berlangsung?

C. Tujuan

1. Merancang sistem keamanan akses masuk berbasis Raspberry Pi Pico.
2. Mengintegrasikan RFID, sensor ultrasonik, motor servo, dan LCD dalam satu sistem otomatis.
3. Mengimplementasikan proses autentikasi menggunakan kartu RFID sebagai syarat pembukaan gerbang.
4. Menampilkan informasi status sistem secara langsung melalui LCD sehingga memudahkan pengguna dalam mengetahui hasil proses verifikasi.

 

II. METODOLOGI

Metode yang digunakan dalam perancangan sistem keamanan akses masuk ini meliputi tahap perancangan perangkat keras, perancangan perangkat lunak, integrasi sistem, serta implementasi. Perangkat keras yang digunakan terdiri atas Raspberry Pi Pico sebagai pengendali utama, modul RFID sebagai pembaca kartu identitas, sensor ultrasonik sebagai pendeteksi keberadaan objek, motor servo sebagai penggerak palang gerbang, dan LCD sebagai media penampil informasi. Seluruh komponen dirangkai sesuai dengan diagram blok dan skematik yang telah dirancang sehingga dapat saling berkomunikasi melalui Raspberry Pi Pico.

Perangkat lunak dikembangkan menggunakan bahasa pemrograman MicroPython. Program dirancang untuk membaca data dari sensor ultrasonik dan RFID, memproses hasil pembacaan, kemudian mengendalikan motor servo serta menampilkan informasi pada LCD. Sistem bekerja secara berurutan mulai dari mendeteksi keberadaan objek, melakukan proses autentikasi kartu RFID, menentukan status akses, mengendalikan gerbang, kemudian kembali ke kondisi awal untuk menunggu pengguna berikutnya.

Setelah seluruh perangkat keras dan perangkat lunak selesai dirancang, dilakukan proses integrasi sistem untuk memastikan seluruh komponen dapat bekerja secara sinkron. Hasil implementasi kemudian dianalisis berdasarkan kesesuaian fungsi setiap komponen terhadap rancangan sistem yang telah dibuat.

III. TINJAUAN PUSTAKA

A. Raspberry Pi Pico

Raspberry Pi Pico merupakan papan mikrokontroler yang dikembangkan oleh Raspberry Pi Foundation dengan menggunakan mikrokontroler RP2040. Perangkat ini dirancang untuk aplikasi sistem terbenam karena memiliki ukuran yang ringkas, konsumsi daya yang rendah, serta dilengkapi pin General Purpose Input Output (GPIO) yang dapat digunakan untuk menghubungkan berbagai sensor dan aktuator. Pada sistem ini, Raspberry Pi Pico berfungsi sebagai pusat pengendali yang menerima data dari RFID dan sensor ultrasonik, kemudian memproses data tersebut untuk mengendalikan motor servo serta menampilkan informasi pada LCD.

Gambar 3.1 Raspberry Pi Pico

B. RFID

Radio Frequency Identification (RFID) merupakan teknologi identifikasi otomatis yang memanfaatkan gelombang radio untuk membaca informasi yang tersimpan pada sebuah kartu atau tag. Setiap kartu RFID memiliki nomor identitas unik atau Unique Identifier (UID) yang digunakan sebagai identitas pengguna. Pada sistem ini, RFID Reader membaca UID dari kartu yang ditempelkan oleh pengguna, kemudian mengirimkan data tersebut ke Raspberry Pi Pico untuk dilakukan proses verifikasi. Apabila UID sesuai dengan data yang telah didaftarkan, sistem akan memberikan izin akses dan membuka gerbang.

Gambar 3.2 Modul RFID RC522

C. Sensor Ultrasonik

Sensor ultrasonik merupakan perangkat elektronik yang digunakan untuk mengukur jarak berdasarkan waktu tempuh gelombang ultrasonik. Sensor bekerja dengan memancarkan gelombang suara berfrekuensi tinggi melalui pin Trigger, kemudian menerima pantulan gelombang melalui pin Echo. Selisih waktu antara gelombang yang dipancarkan dan diterima digunakan untuk menghitung jarak objek. Pada sistem ini, sensor ultrasonik digunakan untuk mendeteksi keberadaan kendaraan atau pengguna di depan gerbang. Apabila objek terdeteksi pada jarak kurang dari 10 cm, sistem akan meminta pengguna melakukan autentikasi menggunakan kartu RFID.

Gambar 3.3 Sensor Ultrasonik HC-SR04

D. Motor Servo

Motor servo merupakan aktuator yang mampu bergerak pada sudut tertentu dengan tingkat presisi yang tinggi. Motor ini bekerja berdasarkan sinyal Pulse Width Modulation (PWM) yang dikirimkan oleh mikrokontroler. Dalam sistem keamanan akses masuk, motor servo digunakan sebagai penggerak palang gerbang. Servo akan membuka gerbang ketika kartu RFID berhasil diverifikasi dan menutup kembali setelah waktu yang telah ditentukan berakhir.

Gambar 3.4 Motor Servo SG90

E. LCD

Liquid Crystal Display (LCD) merupakan perangkat keluaran yang digunakan untuk menampilkan informasi dalam bentuk karakter maupun teks. LCD berfungsi sebagai media komunikasi antara sistem dan pengguna dengan menampilkan berbagai status, seperti "Sistem Siap", "Tempel Kartu", "Akses Diterima", "Akses Ditolak", dan "Waktu Habis". Informasi tersebut membantu pengguna memahami kondisi sistem selama proses autentikasi berlangsung.

Gambar 3.5 LCD 16×2

 

F. Diagram Blok Sistem

Diagram blok sistem menggambarkan hubungan antar komponen yang digunakan pada sistem keamanan akses masuk. Raspberry Pi Pico berfungsi sebagai pusat pengendali yang menerima masukan dari sensor ultrasonik dan modul RFID. Sensor ultrasonik mendeteksi keberadaan objek di depan gerbang, sedangkan RFID Reader membaca identitas kartu pengguna. Berdasarkan hasil pembacaan tersebut, Raspberry Pi Pico menentukan status akses, kemudian mengendalikan motor servo untuk membuka atau menutup palang gerbang serta menampilkan informasi pada LCD.

Gambar 3.6 Diagram Blok Sistem

 

G. Skematik Rangkaian

Skematik rangkaian menunjukkan hubungan pin antara Raspberry Pi Pico dengan seluruh komponen yang digunakan. Modul RFID dihubungkan menggunakan antarmuka SPI, sensor ultrasonik menggunakan pin Trigger dan Echo, motor servo dikendalikan melalui sinyal PWM, sedangkan LCD dihubungkan sesuai konfigurasi pin yang telah ditentukan. Seluruh koneksi dirancang agar setiap perangkat dapat berkomunikasi dengan baik selama sistem beroperasi.

 

Gambar 3.7 Skematik Rangkaian

 

H. Diagram Alir Sistem

Diagram alir menjelaskan urutan kerja sistem mulai dari proses inisialisasi hingga kembali ke kondisi awal. Setelah Raspberry Pi Pico aktif, sistem melakukan pembacaan sensor ultrasonik untuk mendeteksi keberadaan objek. Jika objek terdeteksi pada jarak yang telah ditentukan, LCD akan menampilkan perintah agar pengguna menempelkan kartu RFID. Selanjutnya RFID Reader membaca UID kartu dan mengirimkannya ke Raspberry Pi Pico untuk diverifikasi. Apabila UID sesuai dengan data yang tersimpan, motor servo membuka gerbang dan LCD menampilkan pesan bahwa akses diterima. Sebaliknya, apabila UID tidak dikenali, sistem menolak akses dan gerbang tetap tertutup. Setelah proses selesai, sistem kembali ke kondisi awal untuk menunggu pengguna berikutnya.

 

Gambar 3.8 Diagram Alir Sistem

 

I. Program

from machine import Pin, PWM, SPI, I2C from mfrc522 import MFRC522 from lcd_i2c import LCD import time   i2c = I2C(0, sda=Pin(0), scl=Pin(1), freq=100000) lcd = LCD(addr=0x27, cols=16, rows=2, i2c=i2c) lcd.begin()   trig = Pin(14, Pin.OUT) echo = Pin(15, Pin.IN) servo = PWM(Pin(13)) servo.freq(50)   spi = SPI(0, baudrate=100000, polarity=0, phase=0, sck=Pin(18), mosi=Pin(19), miso=Pin(16)) cs = Pin(17, Pin.OUT) rst = Pin(20, Pin.OUT) rfid = MFRC522(spi=spi, cs=cs, rst=rst)   UID_IJIN = 584188251026   def baca_uid(uid):     hasil = 0     for i in uid:         hasil = (hasil * 256) + i     return hasil   def set_servo(sudut):     duty = int(((sudut / 180) * 4500) + 1500)     servo.duty_u16(duty)   def ukur_jarak():     trig.low()     time.sleep_us(2)     trig.high()     time.sleep_us(10)     trig.low()         timeout = 30000     awal = time.ticks_us()         while echo.value() == 0:         if time.ticks_diff(time.ticks_us(), awal) > timeout:             return 999                 mulai_pulsa = time.ticks_us()     while echo.value() == 1:         if time.ticks_diff(time.ticks_us(), mulai_pulsa) > timeout:             return 999                 durasi = time.ticks_diff(time.ticks_us(), mulai_pulsa)     return (durasi * 0.0343) / 2   set_servo(0) print("Sistem gerbang menyala")   lcd.clear() lcd.print("Sistem Siap") time.sleep(2)   while True:       jarak = ukur_jarak()       # ===============================     # Tidak ada orang     # ===============================     if jarak > 10:           lcd.clear()         lcd.print("Pintu Tertutup")           set_servo(0)           time.sleep(0.2)         continue       # ===============================     # Ada orang     # ===============================     lcd.clear()     lcd.print("Tempel Kartu")       akses = False       while True:           status, tag = rfid.request(rfid.REQIDL)           if status == rfid.OK:               status, uid = rfid.anticoll()               if status == rfid.OK:                   uid_kartu = baca_uid(uid)                   print(uid_kartu)                   if uid_kartu == UID_IJIN:                       akses = True                       break                   else:                       lcd.clear()                     lcd.print("Akses Ditolak")                       set_servo(0)                       time.sleep(2)                       break           time.sleep(0.1)           if ukur_jarak() > 10:             break       # ==================================     # Jika akses diterima     # ==================================     if akses:           lcd.clear()         lcd.print("Akses Diterima")           set_servo(90)           print("Pintu Terbuka")           # Selama masih ada orang         while ukur_jarak() <= 10:               time.sleep(0.2)           # Orang sudah lewat         time.sleep(2)           set_servo(0)           lcd.clear()         lcd.print("Pintu Tertutup")           print("Pintu Ditutup")           time.sleep(1)

 

IV. CARA KERJA SISTEM

Sistem diawali dengan proses inisialisasi Raspberry Pi Pico sebagai pengendali utama yang mengaktifkan sensor ultrasonik, modul RFID, motor servo, dan LCD. Setelah seluruh perangkat siap digunakan, sensor ultrasonik secara terus-menerus mengukur jarak di depan gerbang. Ketika objek terdeteksi berada pada jarak yang telah ditentukan, LCD menampilkan informasi agar pengguna menempelkan kartu RFID pada modul pembaca.

RFID Reader kemudian membaca UID dari kartu dan mengirimkan data tersebut ke Raspberry Pi Pico. Sistem membandingkan UID yang diterima dengan data pengguna yang telah tersimpan pada program. Jika UID sesuai, Raspberry Pi Pico mengirimkan sinyal PWM ke motor servo sehingga palang gerbang terbuka. LCD menampilkan pesan "Akses Diterima" sebagai tanda bahwa pengguna diizinkan masuk. Setelah beberapa detik, motor servo mengembalikan palang ke posisi semula sehingga gerbang kembali tertutup.

Apabila UID yang dibaca tidak sesuai dengan data yang tersimpan, Raspberry Pi Pico tidak memberikan perintah kepada motor servo sehingga gerbang tetap tertutup. LCD menampilkan pesan "Akses Ditolak" untuk memberikan informasi kepada pengguna bahwa kartu tidak dikenali. Setelah proses selesai, sistem kembali memantau sensor ultrasonik dan menunggu pengguna berikutnya.

V. Foto Prototype

 

V. KESIMPULAN

Sistem keamanan akses masuk berbasis Raspberry Pi Pico berhasil mengintegrasikan sensor ultrasonik, modul RFID, motor servo, dan LCD dalam satu sistem otomatis. Sensor ultrasonik berfungsi mendeteksi keberadaan objek di depan gerbang, sedangkan RFID digunakan untuk melakukan autentikasi pengguna berdasarkan UID kartu yang telah terdaftar. Raspberry Pi Pico memproses seluruh data masukan kemudian mengendalikan motor servo sebagai pembuka dan penutup palang gerbang serta menampilkan informasi status melalui LCD.

Integrasi seluruh komponen menghasilkan sistem yang mampu melakukan proses identifikasi pengguna secara otomatis sehingga akses masuk menjadi lebih cepat, praktis, dan aman. Sistem ini dapat dikembangkan lebih lanjut dengan menambahkan basis data pengguna, koneksi Internet of Things (IoT), notifikasi berbasis aplikasi, serta pencatatan riwayat akses secara otomatis untuk meningkatkan fungsionalitas dan keamanan sistem.

VI. REFERENSI

Banzi, M., & Shiloh, M. (2022). Getting Started with Arduino (4th ed.). Maker Media.

Horowitz, P., & Hill, W. (2015). The Art of Electronics (3rd ed.). Cambridge University Press.

MFRC522. (2024). MFRC522 RFID Reader Datasheet. NXP Semiconductors.

Monk, S. (2020). Programming Raspberry Pi Pico in MicroPython. McGraw-Hill Education.

NXP Semiconductors. (2024). MFRC522 Standard Performance MIFARE and NTAG Frontend Datasheet. https://www.nxp.com/

Raspberry Pi Foundation. (2024). Raspberry Pi Pico Documentation. https://www.raspberrypi.com/documentation/microcontrollers/

Raspberry Pi Foundation. (2024). RP2040 Datasheet. https://datasheets.raspberrypi.com/

Singh, R., & Sharma, A. (2022). Smart access control system using RFID technology and embedded systems. International Journal of Engineering Research and Technology, 11(5), 215-221.

SparkFun Electronics. (2024). HC-SR04 Ultrasonic Sensor Hookup Guide. https://learn.sparkfun.com/

Valvano, J. W. (2017). Embedded Systems: Real-Time Interfacing to ARM Cortex-M Microcontrollers. CreateSpace Independent Publishing Platform.

 

VII. LAMPIRAN

            LINK PPT                 :https://canva.link/prst6jrvl023uwe

            LINK YOUTUBE     :https://youtube.com/shorts/xRUzuNE21s4?si=aGXwfQcmbSLtfMir