Development of An IoT-Based Smart Office Energy Management System with Authenticated MQTT Communication Using STM32-ESP8266 Embedded Prototype

Dinan Hifzhan Azizi, Dr. Bakhtiar Alldino Ardi S., S.Si., M.Cs.

2026 | Skripsi | ELEKTRONIKA DAN INSTRUMENTASI

Pengembangan sistem manajemen energi smart office berbasis IoT diperlukan untuk mengurangi penggunaan energi yang tidak perlu sekaligus mendukung komunikasi MQTT yang terenkripsi dan terautentikasi. Penelitian ini mengembangkan dan memvalidasi prototipe menggunakan mikrokontroler STM32F411 dan gateway komunikasi ESP8266. STM32 digunakan untuk menjalankan otomasi lokal berbasis okupansi dan suhu, sedangkan ESP8266 menangani Wi-Fi, MQTT over TLS, dan mutual TLS dengan AWS IoT Core. Prototipe menggunakan LED dan kipas 5 V DC sebagai beban simulasi pencahayaan dan pendinginan. Evaluasi mencakup akurasi sensor, otomasi edge, penghematan energi, estimasi biaya listrik, performa telemetri, pemulihan jaringan, offline fallback, dan validasi komunikasi MQTT. Hasil pengujian menunjukkan estimasi pengurangan energi berbasis skenario sebesar 32,03% yang diperoleh dari tiga pengujian satu jam dan diproyeksikan ke periode delapan jam, pengiriman 1.520 paket telemetri unik dengan tingkat keberhasilan 100%, serta latensi rata-rata gateway-ke-Node-RED sebesar 245 ms. Pada kondisi packet capture yang diuji, trafik MQTT over TLS ditampilkan sebagai TLS Application Data dan payload telemetri tidak dapat dibaca sebagai plaintext. Klien tanpa sertifikat ditolak, dan konfigurasi Root CA yang tidak valid mencegah terbentuknya sesi TLS. Hasil ini menunjukkan bahwa otomasi edge dan authenticated MQTT dapat diintegrasikan pada prototipe embedded berbiaya rendah.

The development of an IoT-based smart office energy management system is needed to reduce unnecessary energy use while supporting encrypted and authenticated MQTT communication. This study develops and validates a prototype using an STM32F411 microcontroller and an ESP8266 communication gateway. The STM32 performs local occupancy-based and temperature-based automation, while the ESP8266 handles Wi-Fi, MQTT over TLS, and mutual TLS communication with AWS IoT Core. The prototype uses a 5 V DC LED and fan as simulated lighting and cooling loads. System evaluation covers sensor accuracy, edge automation, energy saving, billing estimation, telemetry performance, network recovery, offline fallback, and MQTT communication validation. The results show a scenario-based mean energy-reduction estimate of 32.03%, derived from three scripted one-hour trials projected to an equivalent eight-hour period, together with 100?livery of 1,520 unique telemetry packets and a mean gateway-to-Node-RED latency of 245 ms. Under the tested Wireshark capture condition, MQTT over TLS traffic was displayed as TLS Application Data and the telemetry payload was not readable as plaintext. Certificate-less clients were rejected, and an invalid Root CA configuration prevented TLS session establishment.

Kata Kunci : IoT, kantor cerdas, STM32F411, MQTT melalui TLS, otomasi edge