I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   8 ,   No .   1 Feb r u ar y   201 8 ,   p p .   4 0 0 ~4 1 1   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v8 i 1 . p p 4 0 0 - 4 1 1          400       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e . co m/ jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JE C E   Perf o r m a nce  Ev a lua tion o S m a rt   H o m e Sys te m   usi ng     Interne o Thi ng s       T eddy   Su ry a   G un a w a n 1 I nta n Ra h m it hu l H u s na   Ya ldi 2 M ira   K a r t iw i 3 ,   H a s m a h M a ns o r 4   1, 2, 4 De p a rtm e n o f   El e c tri c a a n d   Co m p u ter E n g in e e rin g ,   I n tern a ti o n a Isla m ic Un iv e rsit y   M a la y sia ,   M a l a y sia   3 De p a rtme n o f   In f o rm a ti o n   S y ste m s,  In tern a ti o n a Isla m ic Un iv e rs it y   M a la y sia ,   M a la y sia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   9 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   No v   2 1 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   Dec   1 3 ,   2 0 1 7     No w a d a y s,  m a n y   re se a rc h e h a v e   b e e n   c o n d u c ted   o n   sm a rt   h o m e .   S m a rt   h o m e   c o n tro sy ste m   (S HCS)  c a n   b e   in teg ra ted   in to   a n   e x isti n g   h o m e   a p p li a n c e to   re d u c e   th e   n e e d   f o h u m a n   in terv e n ti o n ,   in c re a se   se c u rit y   a n d   e n e rg y   e ff icie n c y .   W e   h a v e   p ro p o se d   a   sm a rt  h o m e   s y ste m   u sin g   in tern e o f   th in g a n d   f o u ty p e o f   s e n so rs,  in c lu d in g   P IR ,   tem p e ra tu re ,   u lt ra so n ic,  a n d   s m o k e   g a s   se n so f o a u to m a ti c   e n v iro n m e n tal  c o n tro a n d   in tru sti o n   d e tec ti o n .   I n   th is  p a p e r,   t h e   p e rf o r m a n c e   o f   th e   p re v io u sly   d e v e lo p e d   p ro t o ty p e   o f   s m a rt  h o m e   s y ste m   w il b e   e v a lu a ted .   F irst,   e x p e rime n ts  o n   v a rio u se n so rs  w il b e   c o n d u c te d .   Ne x t,   th e   c o m m u n ica to n   c h a n n e u sin g   w irele ss   a n d   Et h e rn e m o d u les   w il b e   d isc u ss e d .   M o re o v e r,   th e   o v e ra ll   S HCS  w il b e   e v a lu a ted   in   ter m o f   h a rd w a r e   a n d   so f twa re   p e rf o r m a n c e .   A d d it io n a ly ,   so lar  c h a rg e e n h a n c e t h e   a v a il a b il it y   o f   o u p r o t o ty p e   sy ste m .   Re su lt sh o w e d   t h e   e f fe c ti v e n e ss   o f   o u p ro p o se d   sm a rt  h o m e   s y s tem   in   th e   p ro t o ty p e   a n d   re a li f e   e x p e ri m e n ts.   K ey w o r d :   A r d u i n o   I n ter n et  o f   t h i n g s   Sen s o r s   S m ar h o m e   So lar   ch ar g er   Co p y rig h ©   2 0 1 8   In stit u te o f   A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   T ed d y   S u r y G u n a w an ,     Dep ar t m en t o f   E lectr ical  an d   C o m p u ter   E n g in ee r i n g ,   I n ter n atio n al  I s la m ic  U n iv er s it y   Ma la y s ia,   J alan   Go m b ak ,   5 3 1 0 0   Ku ala  L u m p u r ,   Ma la y s ia .   E m ail: t s g u n a w an @ i iu m . ed u . m y       1.   I NT RO D UCT I O N   I n   th e   p ast  f e w   y ea r s ,   t h er is   g r o w in g   i n ter es o n   s m ar t   h o m s y s te m .   T h au to m ated   ap p lian ce   co n tr o en ab le  u s er s   to   e x ec u t tas k s   b ef o r ar r iv i n g   h o m e.   S m ar h o m co n tr o s y s te m   p r o v id s o lu t io n   f o r   ass is tiv e   tech n o lo g ie s   e s p ec iall y   to   th d i s ab led   an d   eld er l y   p er s o n   u s in g   t h m o b ile  r e m o te  co n tr o ap p s .   A cc o r d in g   to   th r ep o r in   [ 1 ] ,   ar o u n d   7 2 r esp o n d en ts   s aid   th at  s el f - ad j u s ti n g   t h er m o s tat   an d   7 1 s aid   th at   d o o r s   th at  ca n   b lo ck ed   f r o m   r em o te  lo ca tio n ,   w er t h m o s i m p o r tan f ea t u r es  w h e n   it   co m e s   to   th m o s t   d esire d   s m ar t h o m d ev ices.   S m ar h o m e   s y s te m   is   t h e   co n tr o an d   m a n ag e m e n o f   i n te g r ated   o f   m a n y   s m all  s y s te m s   at  h o m e.   T h s m all   s y s te m   ca n   b la m p   s w i tch ,   te m p er at u r m o n i to r in g ,   m o tio n   d etec tio n ,   h o m s u r v eilla n ce   a n d   o th er   s en s o r s .   T h s en s o r s   i n   t h ese  s y s te m s   w il b co n tr o lled   b y   u s er s   u s i n g   i n ter f ac d ev i ce s   s u c h   a s   r e m o te   co n tr o l,  co m p u ter ,   an d   s m ar tp h o n e.   B y   in cr ea s in g   t h t y p o f   s en s o r   to   b co n tr o lled ,   th m ain   s y s te m   n ee d s   to   b m o r s p ec ialized   to   i n t eg r ate  t h s u b - s y s te m s   to   b ec o m e   t h s m ar h o m e   s y s te m .   T h n et w o r k i n g   o f   s y s te m   ca n   b w ir e d   o r   w ir el ess   d ep en d in g   o n   ap p licatio n .   Fig u r 1   s h o w s   t h r elatio n   b et w ee n   in tell ig e n t   b u ild in g s ,   h o m a u to m at io n ,   a n d   s m ar h o m e s .   T h er ar e   f o u r   m o d es  th at  ca n   b u s ed   f o r   co m m u n icatio n ,   s u ch   as  p o w er   lin s y s te m s ,   w ir eless   s y s te m s ,   h ar d w ir ed   s y s te m s ,   a n d   in ter n et   p r o to co s y s te m s   [ 2 ] .   T h s m ar h o m e   co m m u n ica tio n   p r o to co co u ld   b d iv id ed   in to   w ir ed   ( X1 0 ,   KNX,   I NST E ON)   an d   w ir ele s s   ( I n f r ar ed ,   Z i g B ee ,   W iFi ,   A P C 2 2 0 )   m o d es   [3 ] [ 4] I n   th co m m u n icatio n   d o m ai n   f o r   s m ar h o m e,   t w o   r eq u ir e m en ts   ar n ee d ed .   T h f ir s o n is   h o w   to   m ak p o s s ib le  t h co m m u n ica tio n   o f   th eq u ip m en i n s id t h h o u s e.   T h s ec o n d   o n is   to   co n n ec th s m ar Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       P erfo r ma n ce   E va lu a tio n   o f S ma r t H o me  S ystem  u s in g   I n tern et  o f Th in g s   ( Ted d S u r ya   G u n a w a n )   401   h o u s e   to   t h o u ts id in ter n et  w o r ld .   I n ter n et  o f   T h in g s   r ef er s   to   n et w o r k   o f   o b j ec ts ,   w h er all   th in g s   ar e   u n iq u el y   a n d   u n iv er s a ll y   ad d r ess ab le,   id en ti f ied   an d   m an a g ed   b y   co m p u ter s .   I is   co llectio n   o f   tech n o lo g ies   th at  m ak e s   it p o s s ib le  to   co n n ec t th i n g s   li k s en s o r s   an d   ac t u ato r s   to   th I n ter n et  [ 5 ] .           Fig u r 1 .   R elatio n s h ip   b et w ee n   I n tell ig e n t B u ild i n g s ,   Ho m Au to m a tio n ,   an d   S m ar t H o m e s       Fro m   th in v e n tio n   o f   e m b ed d ed   s m ar h o m m a n y   d ec ad es  ag o   u n ti to d a y ,   n u m er o u s   r esear ch er s   an d   d ev elo p er s   en v i s io n ed ,   d esig n ed   an d   d ev elo p ed   u b iq u ito u s   ap p licatio n s ,   to   tr an s f o r m   p h y s ical   en v ir o n m e n t s   in to   s m ar s p ac es.  T h p u r p o s o f   s m ar h o m p r o j ec t   in clu d es  HV AC   ( Hea te r ,   Ven tilatio n ,   an d   A ir   C o n d itio n i n g ) ,   lig h ti n g ,   en er g y   m o n i to r ,   an d   s ec u r it y   [6 ] [ 7] .   Ma n y   r esear ch er s   u s ed   Z i g B ee   an d   S AA Net  p r o to co to   d ev elo p   th eir   s m ar h o m p r o j ec [4 ] [ 8 ] [ 9] .   Me an w h ile,   t h a u t h o r s   in   [ 1 0 ]   d esig n ed   s m ar t   h o m b y   u s i n g   O SG tech n o lo g y   a s   h o m e   n et wo r k   s u b s y s te m .   O SGi  tech n o lo g y   i s   a   s et   o f   s p ec if icatio n s   t h at  d ef i n e s   d y n a m ic  co m p o n en s y s te m   f o r   J av a.   A lt h o u g h   m a n y   r e s ea r ch es  h av b ee n   co n d u cted   o n   s m ar t   h o m s y s te m ,   b u it  s ti ll  n e ed s   f u r t h er   i m p r o v e m en t   o n   th e   u s er   f r ie n d l y   an d   r ed u ce   it s   co m p le x i t y   f o r   t h w id e   i m p le m e n tati o n .   I n   [ 2 ] ,   w h a v e   d esig n ed   p r o t o ty p o f   s m a r h o m s y s te m ,   w h ile  i n   [ 1 1 ]   w h a v ad d ed   th s ec u r i t y   f ea t u r b y   f ac in d en ti f ica tio n .   I n   t h i s   p ap er   t h p er f o r m an ce   o f   th e   p r o to t y p s y s te m   w i ll  b e v al u ated   i n   m o r d etail s .   F ir s t,  ex p er i m e n ts   o n   v ar io u s   s e n s o r s   w il b co n d u cted .   Ne x t,   th co m m u n icato n   ch a n n el  u s i n g   w ir eles s   a n d   E th er n et  m o d u le s   w i ll  b d is c u s s ed .   Mo r eo v er ,   th o v er all  s m ar h o m s y s te m   u s i n g   I o T   w il b ev al u ated   i n   ter m s   o f   h ar d w ar an d   s o f t w ar p er f o r m a n ce .         2.   P RO T O T YP E   DE SI G AN I M P L E M E NT AT I O O F   SM ART H O M E   CO NT RO L   SYS T E M   Fig u r 2 ( a)   s h o w s   o u r   p r o p o s ed   s m ar t   h o m co n tr o s y s te m   ( SHC S)  as   h a v e   b ee n   d i s cu s s ed   in   [ 2 ] T h p r o p o s ed   s y s te m   co n s i s ts   o f   w eb s ite  p lat f o r m   an d   a n   E th er n et  b ased   m icr o   w eb - s e r v er .   User   n ee d   to   co n f i g u r th e   I P   ad d r es  o f   t h e   SHC a n d   s u b s eq u e n tl y   ac ce s s   t h s er v er   at   t h w eb   b r o w s er .   P I is   r eq u ir ed   to   ac ce s s   t h m a in   p a g e.   T h w eb s ite  i s   k ep in   id le  m o d a n d   w ill  b r ef r e s h ed   in   e v er y   1   s ec o n d   ( co n f i g u r ab le)   s o   th at  i ca n   b u p d ated   w it h   th c u r r en s en s o r   r ea d in g .   A   co m m an d   s tr i n g   is   d ec o d ed   if   th e   u s er   en ter   co m m a n d   k e y   w h ich   is   in ter p r eted   b y   m icr o co n tr o ller   an d   HI GH  o r   L OW   o u tp u is   p r o d u ce d   t o   th r ela y   cir cu it.  T h is   in   tu r n s   en ab les  lo w   v o lta g A r d u in o   to   co n tr o h ig h   v o lta g h o m ap p lian ce s .   Fig u r 2 ( b )   s h o w s   t h p r i m ar y   tes f ield   o f   S HC th a h a s   b ee n   d ev elo p ed   to   m o n ito r   t h te m p er atu r e,   u s er   lo ca tio n ,   an d   s w i th   elec tr ical   ap p lian ce s .   I n   ad d itio n ,   F ig u r 3 ( a)   s h o w s   t h to p   v ie w   o f   test   f ield   d esi g n   cr ea ted   u s in g   So lid w o r k s ,   w h i le  Fig u r 3 ( b )   s h o w s   t h ac t u a l p r o to ty p e.   As  d is cu s s ed   in   [ 2 ] ,   w h a v d esig n ed   w eb s ite  Gr ap h i ca User   I n ter f ac ( GUI )   to   in ter f ac b et w ee n   u s er ,   s en s o r s ,   an d   el ec tr o n ic  ap p lian ce s   u s i n g   A r d u in o   I DE .   User   ca n   co n tr o t h h o m ap p lian ce s   eith er   to   tu r n   it  o n   o r   o f f   a t   an y   ti m e.   T h w eb s ite  also   d is p la y s   c u r r en g a s   an d   te m p er at u r r ea d in g .   No tif icatio n   is   s h o w n   w h e n   t h P I R   s en s o r   d etec ts   h u m a n   m o tio n   i n   t h r o o m   a n d   u ltra s o n ic  s e n s o r   d etec ts   ca r   at  m ai n   g ate.   U s er s   c an   u s e   th e   GUI   w i th o u a n y   co m p lex it y   o n   u n d er s tan d i n g   a n d   lear n i n g   t h e   co m m a n d   lan g u ag e.   E x c h an g o f   d ata  b et w ee n   ap p licatio n s   o n   t h I n ter n et  is   ac h ie v ed   b y   u s in g   w eb s er v er   w it h   s i m p le  HT ML .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                       I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   1 Feb r u ar y   2 0 1 8   :   4 0 0     4 1 1   402       ( a)   B lo ck   Diag r a m   o f   t h P r o p o s ed   SHC S       ( b )   A ctu al  Har d w ar I m p le m e n tatio n     Fig u r 2 .   P r o p o s ed   Sm ar t H o m C o n tr o l S y s te m   [ 2 ]           ( a)   T h T o p   View   o f   T est Field   Desig n       ( b )   A ctu al  P r o to ty p e     Fig u r 3 .   P r o t o ty p Desi g n   an d   I m p le m en tatio n   [ 2 ]       3.   E XP E R I M E NT S O VAR I O US SE N SO RS A ND  D AT CO M M UNICAT I O N   I n   th is   s ec tio n ,   v ar io u s   ex p er i m en ts   w er co n d u cted   to   e v a lu ate  v ar io u s   s e n s o r s   u s ed   a n d   w ir eles s   co m m u n icatio n .   T h ex p er i m en ts   w er d esig n ed   in   o r d er   to   v er if y   t h p er f o r m a n ce   o f   th s el ec ted   s en s o r s   an d   d ata  co m m u n icatio n   i n   d ail y   li f e.   E ac h   ex p er i m en t s   w er r ep ea ted   th r ee   o r   f iv e   ti m es  to   o b tain   a n   ac cu r ate  m ea s u r e m en t.     3 . 1 .   E x peri m e nts o n t he  Ult ra s o nic,  P I R,   G a s ,   a nd   T e m p er a t ure  Sens o rs   Fo r   th is   ex p er i m en t,  t h u l tr as o n ic  s en s o r   w ill   r ea d   d is tan ce   o f   an   o b j ec w it h i n   th ec h o   r an g an d   d is p la y   t h d is ta n ce   in   ce n ti m eter   at  th s er ial  m o n ito r   as  ill u s tr ated   i n   Fi g u r 4 .   T h u ltra s o n ic  co n ta in ed   o n e   tr ig g er   p in   as  in p u a n d   o n e   ec h o   p in   as   o u tp u t.  Firs t,  t h e   tr ig g er   p in   n ee d   to   b i n iti al ized   as  HI GH   an d   d elay ed   f o r   1 0   m icr o s ec o n d .   T h ec h o   p in   w il r ea d   th p u ls p r o d u ce d   b y   th tr i g g er   p in .   Sin ce   t h an alo g   v alu i s   i n   P W M,   th d is tan ce   ca n   b ca lcu lated   as  f o llo w s   [ 12 ] :                                     ( 1 )     w h er is   t h d it s ta n ce   in   ce n ti m eter ,   W   is   t h p u ls e   w id th ,   a n d   K   i s   co n s ta n t,  i.e .   2 9 . 1   p u ls e/c m .   W r ep ea ted   ea ch   ex p er i m e n f o r   th r ee   t i m e,   th er r o r   p er ce n tag is   ca lc u lated   as  f o llo w s :                     (         ̅     )                         ( 2 )     w h er d n   is   th m ea s u r ed   d is ta n ce   f o r   tr ial   n   an d     ̅   is   th a v er a g d is ta n ce ,   an d   N   is   t h n u m b er   o f   tr ials .   T ab le  1   s h o w s   th e   u l tr aso n i c   d is tan ce   m ea s u r e m en r es u lt  b y   v ar y i n g   t h d is ta n ce   p ar a m e ter   f r o m   5   to   1 0 0   cm .   Fro m   th tab le,   it  is   s h o w n   t h at  t h n ea r er   o b j ec to   th u ltra s o n ic  s e n s o r ,   th lo w er   th d is ta n ce   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       P erfo r ma n ce   E va lu a tio n   o f S ma r t H o me  S ystem  u s in g   I n tern et  o f Th in g s   ( Ted d S u r ya   G u n a w a n )   403   er r o r   r ea d in g .   I is   o b s er v ed   th at  th u ltra s o n ic  h a s   h i g h   s en s itiv it y   at  d is ta n ce   r an g in g   f r o m   0   to   7 0 cm .   Af ter   7 0 cm ,   t h d is ta n ce   ac c u r ac y   i s   lo w   a n d   p r o d u ce   m o r th a n   1 0 % e r r o r   r ea d in g .   Fro m   th i s   e x p er i m e n t,  it c a n   b co n clu d ed   th at  o u r   u ltra s o n ic   s en s o r   is   ab le  to   d etec th o b j ec ts   less   th a n   7 0   c m   d is ta n ce .   T h u ltra s o n i c   s en s o r   w it h   h ig h er   ac cu r ac ies  co u ld   b u tili ze d   if   t h p r o p o s ed   s y s te m   is   r eq u ir ed   to   d etec t lo n g er   d is ta n ce .               ( a)   C ir cu it C o n n ec t io n     ( b )   Ser ial  Mo n ito r   R ea d in g     ( c)   E x p er im e n tal  Se tu p     Fig u r 4 .   Ultr aso n ic  Se n s o r   E x p er i m e n t       T ab le  1 .   E x p er im e n t al  R e s u l ts   o f   Ultr aso n ic  Se n s o r   f o r   Var io u s   Dis tan ce s   D i st a n c e   ( c m)   U l t r a so n i c   R e a d i n g   ( c m)   Er r o r     1 st   t r i a l   2 nd   t r i a l   3 rd   t r i a l   A v e r a g e   5   5   6   5   5 . 3   6 . 7   10   10   10   10   1 0 . 0   0 . 0   15   15   16   17   1 6 . 0   6 . 7   20   21   20   23   2 1 . 3   6 . 7   30   31   32   30   3 1 . 0   3 . 3   40   40   40   40   4 0 . 0   0 . 0   50   52   52   51   5 1 . 7   3 . 3   60   61   64   62   6 2 . 3   3 . 9   70   72   73   68   7 1 . 0   1 . 4   80   85   1 0 0   80   8 8 . 3   1 0 . 4   90   1 2 0   1 0 0   1 0 0   1 0 6 . 7   1 8 . 5   1 0 0   1 5 0   1 2 0   1 2 2   1 3 0 . 7   3 0 . 7       P ass iv i n f r ar ed   ( P I R )   s en s o r   is   m ad o f   a   p y r o - elec tr ic  s e n s o r   w h ich   ca n   d etec t   lev e ls   o f   in f r ar ed   e m is s io n .   P I R   s en s o r   p r o d u ce   HI GH  o u tp u w h en   h u m a n   p r esen ce   is   d etec ted .   T h ex p er i m e n is   co n d u cted   in   t w o   s ce n ar io s tat ic  an d   m o v in g   o b j ec t.  W h en   th P I R   s en s o r   d etec ts   h u m a n   p r esen ce ,   it  w ill  t u r n   o n   th e   la m p   an d   d is p la y   R o o m :   ( y es)  in   th L C s cr ee n ,   as s h o w n   i n   Fi g u r 5 .             Fig u r 5 .   P I R   Sen s o r   E x p er i m en t       T ab le   2   s h o w s   t h ex p er i m e n tal  r esu lts   o f   P I R   s en s o r   f o r   ea ch   m o v i n g   an d   s tatic  o b j e cts  f o r   1 0   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                       I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   1 Feb r u ar y   2 0 1 8   :   4 0 0     4 1 1   404   tr ials .   I co u ld   b e   co n clu d ed   t h at  th P I R   s en s o r   ca n   o n l y   d etec th h u m a n   p r esen ce   w h en   i is   i n   m o tio n .   Static  h u m a n   p r esen ce   w ill  p r o d u ce   f alse  r ea d in g   w it h   9 0 o f   er r o r .   I n   r ea lif s itu ati o n ,   th is   s i m p le  an d   ch ea p   P I R   s en s o r   co u ld   b r ep lace d   b y   m o r ad v a n ce d   b u m o r e x p en s iv O m r o n   D6 T   ME MS  T h er m al  I R   s en s o r .   T h D6 T   s en s o r   is   ca p ab le  o f   m o n ito r in g   a n   ar ea   f o r   v ar iet y   o f   h ea s o u r ce s   f o r   en er g y   s av in g ,   s ec u r it y   o r   s af et y   m o n ito r in g .       T ab le  2 .   E x p er im e n tal  R e s u l ts   o f   P I R   Sen s o r     S c e n a r i o   N o   o f   T r i a l s   S u c c e ss  t r i a l s   ( N o t i f i c a t i o n )   F a i l e d   t r i a l s   ( N o   si g n a l s)   Er r o r   ( F a i l e d / T o t a l   t r i a l )   M o v i n g   o b j e c t s   10   6   4   4 0 . 0   S t a t i c   o b j e c t s   10   1   9   9 0 . 0       T h g as  s e n s o r   is   s e n s i tiv e   to   f la m m ab le  an d   co m b u s tib le  g ass es.   T h MQ 2   g a s   s en s o r   was  s elec ted   in   o u r   r esear ch   d u to   its   ab il it y   to   d etec g as  lea k a g e,   s u c h   as   L P G,   i - b u ta n e,   m eth a n e,   alco h o l,  h y d r o g e n ,   s m o k e,   etc.   T h s en s o r   s e n s it iv it y   ca n   b ad j u s ted   b y   th p o ten tio m eter   attac h ed   to   th e   m o d u le.   Fi g u r 6   s h o w s   t h MQ 2   g as  s e n s o r   ex p er im e n t.  Fro m   MQ 2   d atash e et,   it  w a s   f o u n d   t h at  t h h i g h e r   th an alo g   v o lta g e   r ea d in g   ( V in   v o lt),   t h h i g h er   th g a s   co n ce n tr atio n   ( C   i n   p p m )   as f o llo w s :                                        ( 3 )     T h u n it  o f   g as  co n ce n tr atio n   is   m ea s u r ed   in   p p m ,   w h ic h   i s   th m o s co m m o n   u n i o f   m ea s u r e m en t   f o r   to x ic   g a s es.  1 0 , 0 0 0   p ar ts   p er   m i llio n   g a s   co n ce n t r atio n   le v el  eq u a ls   a   1 b y   v o lu m e x p o s u r e.   T ab le  3   p r esen ts   th g as   s e n s o r   test   r esu lts   f o r   f i v tr ial s   th a t   h av b ee n   co n d u c ted   in   t h n o r m al  s u r r o u n d i n g ,   f la m g as  a n d   p er f u m e n v ir o n m e n t.  I ca n   b co n c lu d ed   th at  t h m ea s u r ed   r es u lts   is   i n   t h r an g o f   p p m   s tan d ar d   f o r   n o r m al  s u r r o u n d i n g ,   ca r b o n   m o n o x id g a s   an d   eth an o l a lco h o l g as.            ( a)   C ir cu it C o n n ec t io n       ( b )   p p m   Ser ial  Mo n ito r   R ea d i n g       ( c)   E x p er im e n tal  Se tu p     Fig u r 6 .   MQ 2   Gas Sen s o r   E x p er im e n t       T ab le  3 .   E x p er im e n tal  R e s u l ts   o f   MQ 2   Gas Sen s o r   S c e n a r i o   G a s Se n so r   R e a d i n g   ( p p m)   p p m   S t a n d a r d   1 st   t r i a l   2 nd   t r i a l   3 rd   t r i a l   4 th   t r i a l   5 th   t r i a l   A v e r a g e   N o r mal   S u r r o u n d i n g   0 . 0 7   0 . 0 7   0 . 0 7   0 . 0 6   0 . 0 6   0 . 0 7   0 - 8   F l a me   g a s   2 1 1 . 2 9   1 2 2 . 9 5   1 0 3 . 9 1   1 6 4 . 6 4   1 8 6 . 7 2   1 5 7 . 9   1 0 0 - 300   A l c o h o l   f r o m p e r f u me   2 3 1 4 . 8 9   1 0 3 8 . 5 3   2 2 2 9 . 5 5   2 2 8 6 . 1   1 2 6 0 . 6 8   1 8 2 5 . 9 5   1 0 0 0 - 2 0 0 0       DHT - 2 2   h u m id it y   a n d   te m p er atu r s e n s o r   w as  s e lecte d   in   t h is   r esear ch   d u to   its   lo w   er r o r   an d   h i g h   p r ec is io n   w it h   o v er   2 0   m   m ea s u r ed   d is tan ce ,   a s   s h o w n   i n   F ig u r 7 .   Fo r   th te m p er at u r s en s o r ,   th v alu o f   te m p er atu r w a s   g e f r o m   t h lib r ar y   i m p o r ted   to   th A r d u in o   an d   th v al u is   in   o C .   T h t e m p er atu r s e n s o r   is   test ed   in   r o o m   te m p er at u r e,   b o d y   s e n s o r   b y   p lacin g   f i n g er   at  th te m p er at u r s en s o r   an d   f la m te m p er at u r e   b y   p laci n g   li g h ter   n ea r   to   th te m p er atu r s en s o r   as  d is cu s s ed   in   T ab le  4 .   Fr o m   t h is   e x p er im e n t,  it  ca n   b e   c o n clu d ed   th at  t h s elec ted   t e m p er atu r s e n s o r   is   s u i tab le  to   m ea s u r th r o o m   te m p e r atu r o n   n o r m a co n d itio n   o r   in   th ca s o f   e m er g en c y .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       P erfo r ma n ce   E va lu a tio n   o f S ma r t H o me  S ystem  u s in g   I n tern et  o f Th in g s   ( Ted d S u r ya   G u n a w a n )   405       ( a)   DHT - 2 2   T em p er atu r Se n s o r       ( b )   Hu m id it y   a n d   T em p er atu r Ser ial  Mo n ito r   R ea d in g     Fig u r 7 .   DHT - 2 2   T em p er at r an d   Hu m id it y   Sen s o r   E x p er im en t       T ab le  4 .   E x p er im e n tal  R e s u l ts   o f   DHT - 2 2   T em p er atu r Se n s o r   S c e n a r i o   T e mp e r a t u r e   R e a d i n g   ( o C)   S t a n d a r d   T e mp e r a t u r e   ( o C)   1 st   t r i a l   2 nd   t r i a l   3 rd   t r i a l   4 th   t r i a l   5 th   t r i a l   A v e r a g e   R o o m t e mp e r a t u r e     2 4 . 2 1   2 4 . 1 0   2 4 . 1 0   2 4 . 10   2 4 . 1 0   2 4 . 1 0   24 - 30   B o d y   t e mp e r a t u r e   3 5 . 2 1   3 5 . 2 2   3 5 . 2 2   3 5 . 2 3   3 5 . 2 2   3 5 . 2 2   37   F l a me   t e mp e r a t u r e   4 0 . 0 1   4 1 . 0 2   4 3 . 5 6   4 4 . 2 3   4 5 . 6 6   4 2 . 9 0   1 0 0 0       3 . 2 .   E x peri m e nts o n Wire les s   a n d E t hernet   Da t a   Co mm un ic a t io n   Ser ial  co m m u n icatio n   b et wee n   A P C 2 2 0   w ir ele s s   m o d u le  an d   A r d u in o   is   ac co m p lis h ed   b y   co n n ec ti n g   th R x   p in   o f   A P C   2 2 0   to   T x   p in   o f   A r d u i n o .   A P C 2 2 0   R x   p i n   is   co n n ec ted   b ec au s A P C 2 2 0   is   r ea d in g   d ata  f r o m   A r d u in o .   T h s er ial  b au d   o f   A r d u i n o   an d   A P C 2 2 0   s h o u ld   b th s a m to   en ab le  th s er ial   co m m u n icatio n .   T h A r d u in o   m u s b s u p p lied   b y   ex ter n al  p o w er   s u p p l y   ( n o f r o m   lap to p   USB )   to   av o id   th C OM   p o r co n f lict  w it h   t h A P C   2 2 0 .   Ho w e v er ,   t h is   p r o b le m   ca n   b o v er co m b y   ap p l y in g   s o f t w ar s er ial   lib r ar y   th at   allo w s   A P C 2 2 0   t o   b co n n ec ted   to   d ig i tal  p in   6   an d   7   in s tea d   o f   p i n   0   an d   1   f o r   T R s er ial   co m m u n icatio n .   I n   th e x p er i m en t,  u s er   in p u f r o m   s er ial  m o n ito r   is   tr an s m it ted   th r o u g h   w ir eles s   A P C 2 2 0   m o d u le  to   A r d u i n o .   C h ar ac te r   g   i s   tr an s m itted   f r o m   t h e   m o n i to r   an d   if   t h g   c h ar ac ter   is   r ec eiv ed   at  A r d u i n o ,   it   w ill   t u r n s   ON   t h f an   as   s h o w n   i n   F ig u r 8 .   Fro m   t h e   ex p er i m en t,   th e   d ata  ca n   b tr a n s m itted   u p   to   1 0 0 0 m   r an g lin e   o f   s i g h t.  T h A P C 2 2 0   also   m a n ag ed   t o   p en etr ates  w al w it h   v er y   l o w   o b s er v ed   d ela y .   T h is   is   s h o w n   i n   T ab le  5 ,   in   w h ic h   th p er ce n tag er r o r   is   0 d u r in g   tr an s m is s io n   o f   1 0   m eter s   b et w ee n   li n e   o f   s i g h t a n d   ac r o s s   b u ild i n g .           Fig u r 8 .   E x p er i m en t u s in g   AP C 2 2 0   W ir eless   Mo d u le       T ab le  5 .   E x p er im e n tal  R e s u l ts   o f   A P C 2 2 0   W ir eless   C o m m u n icatio n   Mo d u le   S c e n a r i o   N o   o f   t r i a l s   S u c c e ss  t r i a l s   ( r e c e i v e d   g   c h a r a c t e r )   F a i l e d   t r i a l   ( N o   si g n a l s re c e i v e d )   Er r o r     ( F a i l e d / T o t a l   T r i a l )   L i n e   o f   si g h t   10   10   0   0 . 0 0   A c r o ss b u i l d i n g   10   10   0   0 . 0 0   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                       I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   1 Feb r u ar y   2 0 1 8   :   4 0 0     4 1 1   406   I n   th n e x ex p er i m en t,  W 5 1 0 0   E th er n et  s h ield   i s   p lu g g ed   i n to   th A r d u in o   b o ar d   to   k ee p   th USB   f ea t u r es  an d   A r d u i n o   g en er al  p u r p o s b o ar d ,   an d   ad d s   E th er n et  n et w o r k   co n n ec tiv it y   as  s h o w n   in   Fi g u r 9 .   s tan d ar d   in   t h f ir m w ar is   r eq u ir ed   to   allo w   A r d u i n o   co m m u n icate s   o v er   th e   E th er n e ca b le,   an d   m o r g en er all y   o v er   a n   E th er n et  n et w o r k .   T h s h ield   t h en   i s   co n n ec ted   to   t h r o u ter   u s in g   s tan d ar d   eth er n et  ca b le   R J 4 5   co n n ec to r s .   T h s h iel d   m u s b ass i g n ed   MA C   ad d r ess   an d   f ix ed   I ad d r ess   u s in g   th e   Ethernet.begin()   f u n ct io n .   A   M AC   ad d r ess   is   g l o b ally   u n iq u id en tifie r   h ar d w ar ad d r ess   o f   th e   s h ield .   Fo r   th i s   e x p er i m e n t,   th e   M A C   ad d r ess   i s   ta k e n   f r o m   th e   A r d u i n o   lib r ar y ,   w h ic h   is   b y te          [ ]   {                                                     }   As  an   ex a m p le,   th ac q u ir ed   I P   a d d r ess   o f   th p r o p o s ed   SHC i s   1 9 2 . 1 6 8 . 1 3 7 . 2 .   T h en ,   th I P   ad d r ess   is   u s ed   to   i m p le m e n s i m p le  w eb   s er v er   b ased   o n   HT ML   p ag e.   T h r eq u ests   s e n b y   a   clien t,  s u c h   as  w eb   b r o w s er   ca n   b p ar s ed   to   p r o v id o u tp u f r o m   t h ar d u in o .   I n   th i s   ex p er i m en t,  L E is   tu r n   o n   o r   o f f   b y   e n ter i n g   d i f f er en u r ls .   T o   tu r n   o n ,   u s h ttp : //1 9 2 . 1 6 8 . 1 3 7 . 2 / $ 1   w h ile  t o   tu r n   o f f   u s e   h ttp ://1 9 2 . 1 6 8 . 1 3 7 . 2 /$ 2 .   T h L E is   t u r n ed   o n   af ter   t h w e b p ag is   r ef r esh ed .   L o w er i n g   th r ef r es h   ti m ca n   r ed u ce   th tr an s m is s io n   d ela y   to   th A r d u in o .           Fig u r 9 .   E x p er i m en t u s in g   W 5 1 0 0   E th er n et  S h ield       4.   E XP E R I M E NT S O T H E   S M ART H O M E   SYST E M     T h is   s ec tio n   w i ll  ev a lu ate  t h p er f o r m a n ce   o f   th p r o p o s ed   s m ar h o m s y s te m ,   i n   ter m s   o f   s ec u r it y ,   ab ilit y   to   tu r n   o n /o f f   h o m a p p lian ce s ,   d is p la y   s e n s o r   r ea d in g s ,   in te g r atio n   w i th   e x is ti n g   h o m ap p lian ce s ,   an d   s o lar   ch ar g er .   Fi g u r 1 0   s h o w s   t h p r o p o s ed   o v er a ll SH C S c ir cu i t.             Fig u r 1 0 .   T h Ov er all  SH C C ir cu it s       4 . 1 .   Securing   S m a rt   H o m Sy s t e m   Secu r it y   is   th m ai n   co n ce r n   w h e n   d is cu s s in g   ab o u t I o T   s in ce   it is   ac ce s s ib le  ar o u n d   th w o r ld .   T h u s   p r o tectin g   th h o u s in   SH C w eb s i te  f r o m   u n a u t h o r ized   u s er s   is   v er y   i m p o r tan t.  I n   o u r   p r o p o s ed   s y s te m ,   w e   d o   s i m p le  P I p r o tectio n   o f   t h SH C w eb s ite.   Af ter   th e   I P   ad d r ess   is   e n ter ed   at  th b r o w s er ,   u s er   n ee d   to   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       P erfo r ma n ce   E va lu a tio n   o f S ma r t H o me  S ystem  u s in g   I n tern et  o f Th in g s   ( Ted d S u r ya   G u n a w a n )   407   en ter   co r r ec p ass w o r d   b y   p r ess in g   t h n u m er ic  b u tto n   as   s h o w n   in   Fig u r 1 1 .   E ac h   b u tto n   h a s   th e ir   o w n   n a m a n d   v a lu e.   T o   r ea d   th p r ess ed   b u tto n ,   t h UR L   n ee d   to   b p ar s ed   b ec au s th cl ien r ea d   th U R L   ch ar ac ter   b y   c h ar ac ter .   Fig u r 1 1   s h o w ed   th at  t h UR L   is   1 9 2 . 1 6 8 . 1 3 7 . 2 / ?b =5 .   T h is   m ea n s   b u tto n   5   is   cu r r en tl y   p r ess ed .   T h b u tto n   5   is   p r o g r am m ed   w i th   n a m e   b   an d   v alu 5 ,   as  s h o w n   in   th ap p en d ix   co d e.   I n co r r ec p ass w o r d ‖  m es s ag is   d is p la y ed   b ec au s e   th e   p r o g r am m ed   P I is   1 2 3 4 .   Af ter   t h u s er   i s   au th e n tica ted   an d   au t h o r ized ,   th SH C m ain   w eb p ag i s   d is p la y ed   an d   u s er   ca n   th e n   d o   co m m o n   h o u s eh o ld   ope r atio n s .           ( a)   PIN   k e y p ad   d is p la y       ( b )   I n co r r ec P I d is p lay     Fig u r 1 1 .   Si m p le  P I Secu r it y   f o r   S m ar t H o m S y s te m       T ab le  6   s h o w s   t h s u cc ess   r at f o r   th P I k e y p ad   i n   f o u r   ch ar ac ter   len g t h .   A s   ca n   b s ee n   in   th e   tab le,   th p er ce n ta g o f   s u cc e s s   f o r   P I w it h   d if f er en b u tto n   n u m b er   h a v th h i g h est  s u cc ess   r ate,   w h ich   i s   1 0 0 %.  P I th at  h av s a m b u tto n   n u m b er   h a s   lo w er   s u cc e s s   r ate.   Ho w ev er ,   t h is   r es u lt  w i ll  d ep en d   o n   o th er   v ar iab les  as  w ell  s u c h   as  t h s p ee d   o f   p r ess in g   t h b u tto n ,   th ti m d u r atio n   th b u t to n   b ei n g   h eld   d o w n   w h e n   b ein g   p r ess ed   an d   o th er s .   T h is   m ea n s   o th er   u s er   w ill h a v d i f f er en t s u cc es s   r ate.       T ab le  6 .   Su cc ess   R ate  o f   Var io u s   Sa m p le  P I N   P I N   t e st   T r i a l   S u c c e ss  t r i a l s (N o t i f i c a t i o n )   F a i l e d   t r i a l s (N o   si g n a l s)   P e r c e n t a g e   o f   Er r o r   ( % )   1 2 3 4   10   10   0   0 . 0 0   1 1 1 1   10   7   3   3 0 . 0 0   1 3 5 6   10   10   0   0 . 0 0   9 7 6 6   10   8   2   2 0 . 0 0   1 2 2 1   10   6   4   4 0 . 0 0       4 . 2 .   Co ntr o llin g   H o m Ap pli a nc es   T h b u tto n   in   SH C w eb s ite  en ab les  u s er   to   s w itch   o n   o r   o f f   t h ap p lian ce s   co n n ec ted   d ir ec tl y   to   A r d u i n o   o r   to   th r ela y .   T ab le  7   s h o w s   t h v al u as s ig n ed   to   th b u t to n   w h ic h   is   r ea d   b y   t h A r d u i n o   f r o m   t h e   w eb s er v er .   T h is   ch ar ac ter   is   u s ed   as  u s er   ca s co n d itio n   to   p r o d u ce   d esire d   o u tp u o f   th h o u s eh o ld   ap p lian ce s .   T h ex a m p le  o f   h o m ap p lian ce s   t h at  ca n   b s w it ch e d   o n /o f f   ( clo s e/o p en )   is   s h o w n   in   F ig u r 1 2 .       T ab le  7 .   T h R elatio n   b et w ee n   Dev ice  an d   HT ML   B u tto n   Valu e   No   D e v i c e   N a me   B u t t o n   v a l u e   f o r   O N   B u t t o n   v a l u e   f o r   O F F   1   F r o n t   l i g h t   1   2   2   H a l l   l i g h t   3   4   3   K i t c h e n   l i g h t   5   6   4   G a t e   z   y   5   R o o m l i g h t   x   w   6   T o i l e t   l i g h t   v   u   7   B l i n d   t   s   8   F a n   r   m     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                       I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   1 Feb r u ar y   2 0 1 8   :   4 0 0     4 1 1   408       ( a)   Hall  L ig h t O n         ( b )   Fan   On         ( c)   B lin d   C lo s e         ( d )   Gate   Op en     Fig u r 1 2 .   E x a m p les o f   S w itc h in g   ON /OFF   ( Op e n /C lo s e)   o f   Var io u s   Ho m A p p lian ce s       4 . 3 .   Sens o rs Re a di ng   a nd   M o nit o ring   T h SHC n o ti f ica tio n   co n s is ts   o f   L C a n d   w eb s ite  to   d is p lay   th e   e m er g e n c y   o cc u r ,   s u ch   as  g a s   leak ag e,   f ir e,   o r   in tr u d er .   T h L C is   p lace d   at  th h o u s w all   to   ea s h o m m o n i to r in g   w h e n   u s er   is   i n   t h h o u s e.   As  s h o w n   in   Fig u r 1 3 ,   all  i m p o r tan d ata  o f   c u r r en s e n s o r ,   g a s   s e n s o r ,   te m p er a tu r e   s e n s o r   an d   P I R   s en s o r   ar co llected   an d   d is p l a y ed .   Fo r   P I R   s en s o r   an d   u ltr aso n ic  s e n s o r ,   n o ti f icatio n   R o o m :   Y   i s   d is p la y ed   at  L C w h e n   h u m a n   p r esen ce   is   d etec ted   o r   ca r   is   ap p r o ac h in g   at  t h m ain   g ate.             Fig u r 1 3 .   SHC S Se n s o r   R ea d in g   a n d   Mo n ito r in g       4 . 4 .   I nte g ra t io n w it h E x is t ing   H o m A pp lia nce s   T h is   ex p er i m en t   ai m s   to   co n tr o AC   l ig h ti n g   b y   u s i n g   r ela y   a n d   th e   u s er   p r o m p f r o m   SH C S   w eb s i te.   A   r ela y   i s   u s ed   to   co n tr o h ig h   p o w er   d ev ice   r an g i n g   f r o m   1 2   to   2 4 0   V,   as   s h o wn   i n   Fi g u r 1 4   a n d   Fig u r 1 5 .   Sev er al  p r ec au tio n   s h o u ld   b tak en   to   h a n d le  th i s   d an g er o u s   ex p er i m e n t   as  we  ar g o in g   to   d ea l   w it h   h ig h   v o lta g 2 2 0   V.   T h liv w ir o f   AC   la m p   is   co n n e cted   in   s er ies  w i th   t h NO  an d   C OM   p in   to   allo w   th r ela y   ac a s   s w itc h   b et wee n   th p l u g   s u p p l y   a n d   th la m p .   W h en   t h r ela y   i s   in   HI G s tate,   it  tu r n s   o n   th tr an s is to r ,   w h ich   i n   t u r n   en er g ize s   th r ela y s   co il.  T h en ,   th r ela y s   s w i tch   co n tact s   ar clo s ed .   T h is   co n n ec t s   th r ela y s   C O p in   to   th NO  ( No r m all y   Op en )   p in   an d   tu r n   ON   t h A C   la m p .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       P erfo r ma n ce   E va lu a tio n   o f S ma r t H o me  S ystem  u s in g   I n tern et  o f Th in g s   ( Ted d S u r ya   G u n a w a n )   409         Fig u r 1 4 .   E x a m p le  o f   S w i tch in g   ON/OF F a n   AC   L a m p           ( a)   C ir cu it C o n n ec t io n   o f   AC   L a m p       ( b )   R elay   Sch e m atic  D iag r a m     Fig u r 1 5 .   A C   L a m p   a n d   R ela y   C ir c u its       4 . 5 .   So la Cha rg er   Circ uit   T h s o lar   p an el  h ar v e s th e   s o lar   en er g y   an d   t h e   co llected   e n er g y   w i ll  b s to r ed   in to   th e   b atter ies  v ia   s o lar   ch ar g er   co n tr o ller   w h i ch   is   DC   to   D C   co n v er ter .   T h D C   to   A C   i n v er ter   allo w s   t h s to r ed   en er g y   t o   b g en er ate  to   th av ailab le  ap p licatio n s   u s a g e.   T h s o lar   c h ar g er   cir cu it,  as  s h o w n   i n   Fi g u r 1 6 ,   co n tr o ls   th e   h ar v e s tin g   o f   s o lar   en er g y   a n d   s to r in g   t h co llected   en er g y   to   th s to r ag b atter ies.   T h s o lar   ch ar g er   co n tr o ller   co n s is t s   o f   th r ee   c h ar g i n g   s ta g w h ic h   ar b u lk ,   ab s o r p tio n   an d   f lo at.   T h b atter y   is   r ec h ar g ed   w h e n   it  is   i n   t h b u l k   a n d   f l o at  s tag e.   B esid es  t h at,   th L C is   u s ed   as  b atter y   ch ar g i n g   i n d icato r   w h ic h   in d icate s   t h b atter y   v o lta g s tate.   Mo r eo v er ,   it  also   h a v e   b u ilt - in   p r o tectio n   cir c u it  w h ic h   p r o tects  th e   co n tr o ller   f r o m   o v er   ch ar g in g   an d   d is ch ar g in g   p lu s   r ev er s p r o tec tio n   f o r   th b atter y .             ( a)   1 2 s o lar   p an el       ( b ) T h r ee   s tag es o f   c h ar g i n g     Fig u r 1 6 .   So lar   P an el  Used   a n d   Stag e s   o f   C h ar g in g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.