Cara Baru Meningkatkan Keamanan Alat Rumah Tangga dari Microchip Technology

Hitekno.com - Keamanan pada alat rumah tangga menjadi konser tersendiri. Untuk itu, kini ditawarkan solusi dari Microchip Technology untuk memastikan keamanan peralatan rumah tangga.

Berbagai peralatan rumah tangga mempermudah kegiatan sehari-hari di rumah dan mengurangi stres. Saat peralatan berfungsi sebagaimana mestinya, hasilnya tentu memuaskan. Namun, jika terjadi kerusakan, peralatan rumah tangga tersebut dapat menjadi tidak aman dan menyebabkan masalah serius seperti kebakaran.

Untuk memastikan bahwa peralatan rumah tangga dirancang untuk keamanan maksimal, International Electrotechnical Commission (IEC) membuat standar IEC 60730 Kelas B untuk keamanan fungsional untuk desain mekanis dan listrik.

Standar ini juga telah disetujui oleh perusahaan sertifikasi standar keselamatan Underwriters Laboratories. Untuk memberikan pengalaman yang lebih aman untuk kompor, peralatan binatu dan banyak lagi, integrated circuit (IC) layar sentuh baru telah dirancang dengan keselamatan fungsional tertanam yang disahkan untuk memenuhi standar ini.

Mencegah Masalah Peralatan Rumah Tangga Serius

National Fire Prevention Association (NFPA), suatu organisasi non-laba internasional, menyatakan dalam laporan penelitiannya bahwa kompor terlibat dalam 62% dari kebakaran saat memasak di rumah yang dilaporkan. Laporan ini mengidentifikasi bahwa memasak tanpa pengawasan merupakan penyebab utama dari kebakaran saat memasak.

Selain itu, penelitian NFPA menemukan bahwa kompor merupakan penyebab utama (46%) dari kematian yang disebabkan oleh peralatan memasak dari tahun 2013 sampai 2017. U.S. Fire Administration (USFA), bagian dari Federal Emergency Management Agency/Lembaga Pengelolaan Darurat Federal (FEMA) dari Departemen Keamanan Dalam Negeri Amerika Serikat, juga melaporkan data terbaru sejak 2018 (hanya untuk Amerika Serikat) yang menunjukkan bahwa memasak adalah penyebab utama dari kebakaran di rumah.

Sejak National Fire Incident Reporting System (NFIRS) USFA diperkenalkan pada tahun 1999, pelaporan kebakaran saat memasak di rumah telah meningkat secara konsisten meskipun terdapat kemajuan teknis yang signifikan di berbagai bidang lain. Menangani aspek keamanan kompor harus menjadi prioritas bagi pabrikan peralatan rumah tangga untuk membantu mengurangi jumlah ini.

Peraturan Keamanan untuk Keamanan Fungsional pada Peralatan Rumah Tangga

Mengakui perlunya keamanan tertanam pada peralatan rumah tangga, International Electrotechnical Commission (IEC) mengembangkan IEC 60730-1 yang berlaku untuk kendali listrik otomatis “untuk penggunaan di, pada, atau sehubungan dengan peralatan untuk rumah tangga dan penggunaan sejenisnya.”

Walaupun diterbitkan pada tahun 1986, dokumen ini terus diperbarui secara berkala, dan perubahan terbaru diterapkan pada bulan April 2020. Underwriters Laboratories (UL) juga telah memberikan cap persetujuannya terhadap standar tersebut.

Keamanan fungsional sangat diperlukan karena semua sistem elektronik dan mekanik pada akhirnya akan rusak. Karena kerusakan tidak dapat dipetakan, kita harus memastikan bahwa saat sesuatu rusak, kerusakan tersebut terjadi dengan cara yang aman.

IEC/UL 60730 Kelas A ditujukan untuk produk-produk yang tidak dimaksudkan untuk diandalkan untuk aspek keamanannya dan Kelas C ditujukan untuk produk yang dimaksudkan untuk mencegah bahaya khusus. IEC/UL 60730 Kelas B mencakup peralatan rumah tangga utama, seperti panci
/kompor, mesin cuci, alat pengering, pencuci piring, kulkas, dan freezer.

Kelas B mencakup fungsi software dan kendali yang dimaksudkan untuk mencegah bahaya jika terjadi kerusakan pada peralatan rumah tangga tersebut. Kelas B berlaku untuk cut off termal, kunci pintu otomatis dan fungsi lain yang menghentikan pengoperasian peralatan masak dan binatu jika terdapat keadaan yang tidak aman.

Di Amerika Serikat dan Eropa, sertifikasi Kelas B saat ini diwajibkan untuk semua peralatan masak dengan fungsi self-cleaning dan peralatan binatu untuk kontrol yang terkait dengan mekanisme door auto-locking.

Pendekatan Keamanan Peralatan Saat Ini

Untuk menangani masalah keamanan pada peralatan baik di dapur dan ruang binatu, solusi yang diterapkan dari tahun ke tahun adalah mikrokontroler (MCU) yang terhubung ke tombol, slider, dan roda, baik peralatan tersebut mekanis atau kapasitif.

MCU memiliki software library untuk memantau keamanan dan kesehatan tombol sentuh kapasitif. Kini, untuk memenuhi standar ini,
peralatan menggunakan layar sentuh kapasitif dengan tombol sentuh kapasitif terpisah yang dikendalikan oleh MCU terpisah dengan library keamanan.

Beberapa tombol yang merupakan bagian dari interface pengguna sangat penting untuk memungkinkan pengoperasian peralatan yang aman dan mencegah bahaya seperti kebakaran rumah. Misalnya, peralatan masak dengan fungsi pembersihan sendiri yang akan dikirimkan ke Amerika dan Eropa disyaratkan untuk mendukung pengoperasian dua touch on dan satu touch off dari pilihan self-cleaning. Perlu diingat bahwa oven dengan fitur self-cleaning mencapai suhu tinggi yang berbahaya yaitu 500 C (900 F).

Bahan yang disimpan dalam oven dapat terbakar selama pengoperasian fitur ini sehingga IEC/UL 60730 Kelas B mensyaratkan bahwa peralatan dengan fitur ini harus mendukung pengoperasian dua touch on dan satu touch off.

Hal ini dikarenakan sentuhan kedua untuk menghidupkan fitur self-cleaning mendorong pengguna untuk memeriksa dua kali sehingga fitur self-cleaning dapat dijalankan secara aman. Dengan sentuhan satu kali, misalnya setelah pengguna mencium asap, tombol stop atau cancel digunakan untuk memberhentikan fitur ini.

Pengoperasian yang aman dari tombol stop sangat penting untuk keamanan pengguna dan harus berfungsi secara andal dan akurat di semua lingkungan. Kebakaran yang berbahaya dapat dihindari dengan membantu untuk mengakhiri fitur self-cleaning secepat mungkin tanpa perlu interaksi multi sentuh.

Memantau periferal analog tunggal lebih mudah dan lebih gampang dilakukan oleh MCU. Periferal tersebut memantau beberapa tombol dalam sistem multipleks. Satu periferal dapat memindai serangkaian tombol. Walaupun fungsionalitas ini tertanam di dalam MCU, parbrikan peralatan
berkewajiban untuk mengembangkan dan memenuhi syarat fungsi keamanan ini.

Pendekatan Baru terhadap Keamanan Peralatan

Meskipun keamanan fungsional telah diterapkan dalam peralatan rumah tangga selama beberapa tahun, kini ada opsi untuk memenuhi persyaratan ini dengan menggunakan prinsip keamanan klasik ke interface layar sentuh modern.

Implementasi atau upgrade layar sentuh merupakan saat yang ideal untuk menerapkan sertifikasi Kelas B. Rangkaian kontroler ATMXT336UD-MAUHA1 maXTouch dengan fitur keamanannya yang unik menghilangkan kebutuhan untuk tombol terpisah sehingga shut off dapat diselesaikan dengan tombol “soft” di mana pun pada layar sentuh.

Sementara kemampuan untuk menghilangkan tombol, mengurangi biaya dan menjaga fungsionalitas yang diperlukan merupakan insentif yang cukup bagi para pabrikan peralatan rumah tangga, interface yang disederhanakan ini lebih menarik bagi para pengguna karena pendekatan terpadu ini sederhana dan lebih intuitif.

Pendekatan ini juga lebih nyaman karena menghilangkan ketidakrapihan dan biaya tombol terpisah. Lebih penting lagi, fungsi shutdown dapat diubah ke bahasa alami pengguna untuk kenyamanan pengguna.

Berbeda dari alat pendeteksi asap yang memprakarsai keamanan rumah beberapa dekade lalu, layar sentuh keamanan fungsional Kelas B dapat memberi peringatan dan mengambil tindakan. Layar sentuh menerapkan fungsi proaktif tersebut sebelum mendeteksi asap atau sesuatu di lingkungan tanpa memerlukan interaksi manusia.

Sebagai contoh, jika pot yang berat tanpa disengaja jatuh ke kompor panas dengan pembakar induktif, secara umum, kaca tebal akan melindungi burner tersebut. Namun, sensor sentuh indium tin oxide (ITO) tipis di bawah lebih rentan dan dapat pecah. Kerusakan ini dapat menyebabkan
hilangnya fungsionalitas sentuh terlokalisir di bagian tertentu dari layar sentuh atau lebih parah, seluruh sensor dapat rusak.

Kontroler dengan Kelas B memantau kondisi sensor sentuh secara otomatis secara real time. Saat sensor tidak memindai sentuhan, IC memindai sensor sentuh untuk mencari jenis kerusakan lain.

Saat kerusakan seperti retaknya sensor layar sentuh terdeteksi, kontroler memberitahu host central processing unit (CPU) sehingga alat tersebut dapat mematikan burner secara otomatis. Ini akan terjadi tanpa memerlukan intervensi operasi fail-safe oleh manusia.

Walaupun jenis fungsionalitas ini telah ada sebelumnya, host harus memicu atau meminta IC layar sentuh untuk melakukan input. Kini, IC melaksanakan fungsi ini sendiri dan mengirimkan pesan ke host kapanpun masalah terjadi.

Bus message I2C khusus atau pin general-purpose IO (GPIO) pada IC terikat ke interrupt pin pada system host CPU secara otomatis dan memberikan peringatan untuk memulai shutdown. Fungsi built-in dan self-actuating safety memberikan cara untuk mencegah beberapa kondisi yang dapat mengarah pada kebakaran dapur.

Untuk lolos sertifikasi Kelas B, beberapa uji keamanan fungsional dilakukan oleh IC layar sentuh, dan salah satunya yang kunci adalah uji memori. IC layar sentuh memiliki RAM yang dan memori Flash yang kecil tetapi cukup untuk melaksanakan fungsi yang diperlukan dalam aplikasi.

Dalam lingkungan sekitar, sistem tertutup tidak menjalankan kode pelanggan. Untuk memenuhi sertifikasi Kelas B, ada aturan yang menentukan seberapa sering uji memori harus dijalankan, contohnya serangkaian walking 1s and walking 0s yang dijalankan di latar belakang sebagai uji pola untuk memeriksa apakah ada kerusakan RAM pada IC.

Proses dimulai dengan menguji RAM bebas dan memvalidasi bahwa memori tersebut baik. Karena sebagian besar dari memori yang kecil diisi dengan data, bagian dari kode aplikasi kemudian dipindahkan ke bagian yang diuji untuk membebaskan bagian lain dan mengujinya.

Proses ini berlanjut sampai semua RAM diuji. Pengaturan kembali kode aplikasi ini saat sedang berjalan memungkinkan semua memori untuk diuji dengan pengujian sekuensial.

Mengelola pengujian ini adalah proses yang kompleks dan merupakan bagian dari IC Kelas B yang melaporkan peristiwa sentuh multi-jari secara bersamaan dan real-time.

Dengan nilai yang lebih besar dari 60 Hz, 60 kali per detik, IC melaporkan sentuhan ke host saat sedang menguji RAM dan sensor di latar belakang. Pengujian yang sama dilakukan untuk menguji sel memori penyimpanan kode program flash yang non-volatile.

Register CPU di kontroler perlu diuji untuk memastikan alat tersebut beroperasi dengan benar. Hal ini dicapai dengan membaca dan menyimpan nilai terbaru dari register CPU dan menyimpan data di register lain yang tidak sedang diuji. Kemudian, register CPU beralih untuk memastikan setting stay yang baru.

Setelah ini, nilai awal dikembalikan. Pemeriksaan ini memastikan bahwa register CPU dapat diatur dan di reset ke nilai yang benar.
Selain itu, uji jam internal memastikan apakah jam berjalan sebagaimana mestinya. Ada berbagai pohon jam di dalam IC, dan pengujian menegaskan bahwa pohon jam tersebut dibagi dan berjalan sebagaimana mestinya.

Hal di atas bukan merupakan daftar pengujian lengkap namun memberikan gambaran jenis pengujian yang dilaksanakan oleh IC.
Aspek keamanan lain dari IC yang baru adalah bahwa I2C bus telah memiliki upgrade utama untuk komunikasi antara system host CPU dan kontroler sentuh.

Komunikasi I2C pada kontroler sentuh menggunakan dua mekanisme untuk memastikan integritas dari setiap data yang dikirim ke dan dari alat tersebut. Mekanisme pertama menggunakan nomor urut. Selain itu, untuk pertama kali, cyclic redundancy check (CRC) telah ditambahkan ke bus untuk memastikan bahwa kerusakan data (biterror) tidak terjadi. Karena peralatan dapat menimbulkan suara bising dari faktor kelistrikan, hal ini
memastikan bahwa koordinat yang diterima host andal dan tidak akan rusak dalam pengangkutan.

Selain itu, karena nomor urut telah ditambahkan ke pesan I2C, kini setiap kali koordinat dikirim ke host, host tersebut dapat menentukan apakah host kehilangan paket data dan dapat mengambil tindakan yang sesuai. Dengan konektivitas internet, host bahkan dapat diprogram untuk
memberitahu telepon seluler atau smartwatch pengguna mengenai suatu masalah bahkan saat pengguna tidak di rumah.

Sebagaimana diketahui sebelumnya, dengan uji keamanan Kelas B standar, intelegensi tambahan telah ditambahkan ke kontroler sentuh untuk memungkinkan fungsi diagnostik sendiri dan diagnostik sensor berkala untuk terus memantau integritas dari sub-sistem sentuh. Fitur diagnosis
pintar ini mendukung keluaran sinyal heartbeat ("keep alive") yang dapat dikonfigurasi dan dapat dikirim ke host dengan menggunakan pemicu keluaran general-purpose IO (GPIO).

Sebagai item keamanan akhir, dengan keamanan fungsional yang telah dikualifikasi dalam chip keamanan layar sentuh, proses kualifikasi level sistem pengguna disederhanakan karena software tambahan tidak harus ditulis pada host CPU untuk mengelola keamanan layar sentuh. Hal ini harus memotivasi pabrikan peralatan rumah tangga untuk menyelidiki dan melaksanakan kemampuan baru ini.

Keamanan Ruang Binatu

Kontroler layar sentuh Kelas B dapat menangani situasi keamanan lain di luar dari dapur. Misalnya, NFPA menyatakan bahwa departemen pemadam kebakaran Amerika Serikat menanggapi sekitar 15,970 kebakaran bangunan rumah yang melibatkan pengering pakaian atau mesin cuci setiap tahunnya. Walaupun terdapat berbagai sebab dari kebakaran ini, desain keamanan peralatan harus mengurangi jumlah kecelakaan ini secara signifikan.

Dalam ruang binatu, ada persyaratan Kelas B untuk mesin cuci. Peralatan binatu dengan motor kecepatan tinggi, khususnya mesin muat depan, memiliki mekanisme penguncian sehingga pintu tidak terbuka secara tidak disengaja saat mesin sedang beroperasi. Mekanisme penguncian otomatis merupakan alat elektro-mekanis yang memastikan bahwa saat mesin dinyalakan, fitur keamanan dimulai juga.

Jika mekanisme penguncian dikontrol oleh layar sentuh, maka tombol, mikrokontroler dan sensor terpisah dapat ditiadakan. Pengesampingan pembukaan pintu manual memungkinkan pengguna untuk menambahkan atau mengeluarkan item setelah alat pencuci atau pengering telah berjalan, dan fitur ini juga harus patuh pada ketentuan keamanan.

Hal ini kini merupakan undang-undang untuk peralatan binatu di Amerika Serikat dan Eropa, di mana sertifikasi Kelas B diperlukan. Alternatif baru meletakkan segala sesuatu pada layar sentuh, dan ini diterapkan ke mesin cuci dan pengering karena aspek pemanasan.

Selain itu, pada mesin pencuci in front loading, sistem harus dikosongkan sebelum pintu dibuka untuk mencegah terjadinya genangan dan meningkatkan keamanan bagi pengguna.

Walaupun hanya wilayah tertentu mensyaratkan sertifikasi Kelas B terhadap produk khusus, pabrikan peralatan yang memenuhi persyaratan tersebut akan meningkatkan nilai jual produknya dengan kompetitif dari segi fungsionalitas/kemampuan keamanan layar sentuh ke seluruh dunia.

Pendekatan ini memungkinkan model global untuk Eropa, Amerika dan seluruh dunia sehingga pabrikan hanya harus membuat satu jenis dari kelas peralatan tersebut.

Menuju Peralatan yang Lebih Aman

Layar sentuh Kelas B adalah pilihan yang aman untuk oven, kompor, mesin cuci dan pengering serta alat pencuci piring, kulkas, microwave/oven kipas kombo, dan bahkan alat penghisap asap.

Berangkat dari masukan dari para pemasok peralatan terkemuka, desain dan pengembangan alat pengontrol layar sentuh Kelas B yang diprakarsai oleh pelanggan membutuhkan beberapa tahun untuk menjadi kenyataan.

Kemampuan Kelas B ditingkatkan berdasarkan umpan balik pelanggan selama proses pengembangan. Karena semakin banyak pemasok ingin menawarkan fitur ini dan semakin banyak pemasok ingin memiliki fitur ini dalam peralatan rumah tangga kelas atasnya, pabrikan peralatan rumah tangga harus mulai mempertimbangkan keamanan Kelas B untuk desain tingkat pemula karena semua pelanggan berhak untuk mendapatkan tingkat keamanan tertinggi.