Perangkat Lunak Protokol Komunikasi

3. Frequency Setting Command Instruksi ini berfungsi memberikan frekuensi awal. Frekuensi akan diubah lagi di bagian lain program. Oleh karena itu frekuensi awal cukup diatur sama dengan frekuensi kanal menurut saklar pemilih kanal. 4. Data Rate Command Instruksi ini mengatur kecepatan transfer data. Kecepatan transfer data diatur pada nilai tertinggi, yaitu 115,2 kbps. 5. Power Setting Command Instruksi ini mengatur VDI Valid Data Indicator, baseband bandwidth, LNA gain, dan RSSI detector threshold. VDI berhubungan dengan respons penerima terhadap validitas data; pada perancangan ini diatur pada fast. Baseband bandwidth adalah lebar pita data, diatur pada nilai tertinggi yaitu 400 kHz. Nilai ini juga akan menjadi dasar bagi pembagian kanal. LNA Low Noise Amplifier merupakan penguat gelombang radio pada penerima; pada perancangan ini diatur senilai 0 dB. RSSI Relative Signal Strength Indicator adalah indikator kekuatan sinyal; ambang bawahnya diatur senilai -103 dBm. 6. Data Filter Command Instruksi ini mengatur mengenai tapis data dimana pada perancangan ini jenis tapis data yang digunakan adalah tapis digital. 7. FIFO and Reset Mode command Instruksi ini mengatur pengaktifan dan pemakaian FIFO. 8. AFC Command Instruksi ini berisi berbagai pengaturan mengenai AFC Automatic Frequency Control. 9. TX Configuration Control Command Instruksi ini mengatur polaritas FSK Frequency Shift Keying, frekuensi yang digunakan FSK, dan daya keluaran pemancar. Frekuensi untuk representasi logika pada FSK diatur senilai +- 60 kHz dari frekuensi tengah kanal. Jadi logika 0 dan 1 akan berbeda 120 kHz. Daya pemancar diatur senilai 0 dB. 25 3.4.2.2. Pengaturan Frekuensi Pengaturan frekuensi kerja RFM12 baik pancar maupun terima menggunakan perintah Frequency Setting Command. Instruksi ini memiliki format : Bit 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Data 1 1 F, menyatakan frekuensi Nilai F ditentukan melalui persamaan : F=4000 f 10 ⋅C 1 −C 2 . Tabel 3.1. Pembagian Kanal. Kanal Frekuensi MHz F Kombinasi Saklar FS Keterangan Desimal Heksadesimal 430,4 160 0x00A0 - frekuensi pancar radio induk 1 430,8 320 0x0140 0001 frekuensi pancar radio anak 2 431,2 480 0x01E0 0010 3 431,6 640 0x0280 0011 4 432,0 800 0x0320 0100 5 432,4 960 0x03C0 0101 6 432,8 1120 0x0460 0110 7 433,2 1280 0x0500 0111 8 433,6 1440 0x05A0 1000 9 434,0 1600 0x0640 1001 10 434,4 1760 0x06E0 1010 11 434,8 1920 0x0780 1011 12 435,2 2080 0x0820 1100 13 435,6 2240 0x08C0 1101 14 436,0 2400 0x0960 1110 15 436,4 2560 0x0A00 1111 16 436,8 2720 0x0AA0 0000 26 f adalah frekuensi dalam satuan MHz. Nilai C1 dan C2 untuk RFM12 pita 433 MHz adalah 1 dan 43, sehingga persamaan menjadi : F =400f −430 . Sebagai catatan, nilai F minimal adalah 96 dan maksimal 3903. RFM12 dengan pita frekuensi 433 MHz dapat memakai frekuensi antara 430,24 – 439,7575 MHz. Berdasarkan jangkauan frekuensi tersebut, dapat dibuat pembagian kanal untuk sistem radio komunikasi yang dirancang dengan perincian sebagaimana tertera pada Tabel 3.1. Tersedia tujuh belas kanal dimana masing – masing memiliki lebar 400 kHz. Berdasarkan tabel di atas, dapat dibuat hubungan antara nilai F dan nomor kanal : F =160∗KANAL+1 . No. kanal untuk frekuensi pancar radio anak didapat dari kombinasi saklar pemilih kanal dimana kanal 1 – 15 dilambangkan dengan bilangan biner yang bersesuaian sedangkan kanal 16 menggunakan bilangan biner 0. Kanal 0 tidak berhubungan dengan kombinasi saklar pemilih kanal karena sudah ditentukan pemakaiannya untuk frekuensi pancar radio induk. Nilai F yang sudah didapatkan kemudian dilewatkan operasi OR dengan bilangan heksadesimal 0xA000 sesuai format Frequency Setting Command dan selanjutnya dikirimkan ke RFM12. 3.4.2.3. Prosedur Pengiriman Data Prosedur pengiriman data melibatkan instruksi Power Management Command dan Transmitter Register Write Command. Power Management Command berfungsi menghidupkan dan mematikan komponen – komponen pemancar RF pada RFM12. Transmitter Register Write Command berfungsi mengirimkan satu byte data ke register data pemancar pada RFM12. Untai prosedur pengiriman data dimulai dengan menghidupkan bagian pemancar menggunakan instruksi Power Management Command dengan nilai 0x8238. Instruksi dengan nilai tersebut akan menghidupkan penguat daya RF Radio Frequency, synthesizer dan osilator. Selanjutnya, lima paket data pembuka dikirim secara urut : 0xB8AA, 0xB8AA, 0xB8AA, 0xB82D dan 0xB8D4. Kemudian satu byte data dikirim menggunakan perintah Transmitter Register Write Command yaitu dengan melakukan operasi OR antara bilangan heksadesimal 0xB800 dengan data yang bersangkutan. Langkah ini dapat diulangi jika data yang dikirim berjumlah lebih dari satu byte. Jika data sudah dikirim semuanya, prosedur ditutup dengan mematikan pemancar 27 menggunakan perintah Power Management Command dengan nilai 0x8208. Instruksi dengan nilai tersebut akan mematikan penguat daya RF, synthesizer dan osilator. Diagram alir prosedur pengiriman data ditampilkan pada Gambar 3.8. Gambar 3.8. Diagram alir prosedur pengiriman data. 3.4.2.4. Prosedur Penerimaan Data Prosedur penerimaan data melibatkan tiga instruksi. Power Management Command berfungsi menghidupkan dan mematikan komponen – komponen penerima RF dari RFM12. FIFO and Reset Mode Command berfungsi mengatur pemakaian register 28 data FIFO. Receiver FIFO Read Command berfungsi menerima satu byte data yang ditampung pada register FIFO. untai prosedur penerimaan data dimulai dengan menghidupkan komponen – komponen penerima meliputi RF front end, baseband, synthesizer dan osilator. Hal ini dilakukan menggunakan instruksi Power Management Command dengan nilai 0x82C8. Kemudian mode FIFO diatur dan FIFO diaktifkan menggunakan perintah FIFO and Reset Mode Command dengan nilai 0xCA81 dan 0xCA83. Selanjutnya dilakukan pengambilan data pada register FIFO menggunakan instruksi Receiver FIFO Read Command. Hal ini dilakukan dengan mengirimkan nilai 0xB000 dan menampung data kembalian dari RFM12. Langkah ini dapat diulangi jika data yang hendak diterima berjumlah lebih dari satu byte. Terakhir, setelah data selesai dikirimkan, prosedur diakhiri dengan mematikan komponen – komponen penerima menggunakan instruksi Power Management Command dengan nilai 0x8208. Diagram alir prosedur penerimaan data tampak pada Gambar 3.9. 3.4.3. Konversi Sinyal Informasi Menjadi Data Konversi sinyal diperlukan untuk mengubah sinyal informasi keluaran perangkat audio output yang masih berbentuk sinyal listrik – suara menjadi data digital. Proses konversi ini membutuhkan pencuplikan yang melibatkan ADC internal mikrokontroler. ADC mikrokontroler Atmega168A digunakan pada resolusi 8 bit dan menggunakan tegangan referensi internal. Data hasil pencuplikan dengan demikian memiliki lebar 8 bit, sesuai dengan lebar register data RFM12. Tegangan referensi internal yang digunakan memiliki nilai 1,1 V. Jadi nilai data tertinggi, yaitu 255, merupakan representasi dari nilai tegangan 1,1 V. Jumlah konversi ditetapkan 8000 kali per detik atau dengan kata lain frekuensi pencuplikan adalah 8 kHz. Nilai ini direalisasikan menggunakan sebuah pewaktu pada mikrokontroler Atmega168 dimana pada perancangan ini dipakai Timer 2A. Timer ini memiliki resolusi 8 bit. Nilai pembanding untuk register timer ditentukan menggunakan persamaan : OCR2A =f CLK N⋅f TIMER −1 dimana N adalah faktor pembagi. Maka register OCR2A diisi dengan nilai : OCR2A =12⋅10 6 8⋅8⋅10 3 −1=187,5−1≈186 . 29 Gambar 3.9. Diagram alir prosedur penerimaan data. 3.4.4. Konversi Data Menjadi Sinyal PWM Pembangkit sinyal PWM pada mikrokontroler Atmega168A memerlukan sebuah timer untuk bekerja dimana pada perancangan ini dipakai Timer 1A. Timer ini dipakai untuk membangkitkan PWM beresolusi 8 bit dengan tipe operasi Fast PWM. Tipe dan resolusi tersebut memungkinkan digunakannya sinyal PWM dengan frekuensi tertinggi. Frekuensi sinyal PWM ditentukan melalui persamaan f OC1APWM = f CLK N ⋅1+TOP dimana N adalah faktor pembagi dan TOP adalah nilai data PWM tertinggi berkenaan dengan 30 resolusi. Jika N bernilai 1 dan PWM beresolusi 8 bit, maka frekuensi sinyal PWM bernilai f OC1APWM = 12 ⋅10 6 1 ⋅1+255 =46.875 Hz . Konversi data ke sinyal PWM harus sinkron dengan proses pencuplikan sehingga sinyal informasi dapat direkonstruksi dengan pewaktuan yang tepat. Oleh karena itu pembaruan data sinyal PWM dilakukan juga 8000 kali per detik. Proses ini dapat menggunakan pewaktuan yang dibuat oleh Timer 2A untuk proses pencuplikan. Dengan demikian Timer 2A digunakan sebagai acuan pewaktuan bagi proses konversi sinyal informasi ke data dan data ke sinyal informasi. 3.4.5. Penerapan Konsep Radio Induk dan Radio Anak pada Program Berdasarkan posisi saklar pemilih mode, radio komunikasi dapat dipilih untuk berperan sebagai radio induk atau radio anak. Sedangkan berdasarkan penekanan tombol PTT, masing – masing peran dapat dibagi lagi menjadi dua keadan : memancar atau menerima. Dengan demikian dapat dibuat empat fungsi kondisi radio komunikasi sebagai berikut. 1. Radio anak memancarkan informasi Frekuensi pancar diatur sesuai pilihan kanal. Pengambilan data ADC dilakukan dan data ditampung pada suatu variabel 8 bit. Kemudian dilakukan prosedur pengiriman data. Data juga dikeluarkan ke register OCR1A untuk membangkitkan sinyal PWM sesuai nilai data, sehingga pengguna juga dapat mendengar informasi yang dikirimkannya. 2. Radio anak menerima informasi Frekuensi terima diatur pada kanal 0. Setelah dilakukan prosedur penerimaan data, data ditampung pada suatu variabel 8 bit. Kemudian data dikeluarkan ke register OCR1A untuk membangkitkan sinyal PWM sesuai nilai data. 3. Radio induk memancarkan informasi Frekuensi pancar diatur pada kanal 0. Pengambilan data ADC dilakukan dan data ditampung pada suatu variabel 8 bit. Kemudian dilakukan prosedur pengiriman data. Data juga dikeluarkan ke register OCR1A untuk membangkitkan sinyal PWM sesuai nilai data, sehingga pengguna juga dapat mendengar informasi yang dikirimkannya. 31 4. Radio induk menerima informasi Frekuensi terima diatur pada kanal 1 yang merupakan kanal pertama yang dipindai. Kemudian prosedur penerimaan data dijalankan. Jika tidak ada data yang diterima maka pemindaian dilanjutkan ke kanal berikutnya. Jika ada data yang diterima, maka frekuensi pancar diatur pada kanal 0 dan prosedur pengiriman data dilakukan. Kemudian radio induk menunggu apakah radio anak yang bersangkutan mengirim data lagi. Apabila setelah dua detik menunggu tidak ada data yang diterima, pemindaian dilanjutkan pada kanal berikutnya. Gambar 3.10 menampilkan diagram alir ketika radio induk menerima informasi. Gambar 3.10. Diagram alir radio induk saat menerima informasi. Namun prosedur pengiriman data oleh radio induk setelah menerima data dari radio anak belum dapat direalisasikan. Ketika memasuki bagian rutin program tersebut, RFM12 tidak mampu mengganti fungsi penerima menjadi pemancar dan mengubah frekuensi ke kanal 0. 32

3.5. Pengukuran Kebutuhan Daya

Pengukuran ini dibutuhkan sebagai bahan pertimbangan dalam perancangan bagian – bagian perangkat catu daya. Tabel 3.1 berikut ini berisi hasil pengukuran arus total radio komunikasi pada tiga keadaan : SB standby, RX menerima dan TX memancar. Pengukuran dilakukan pada keempat unit radio komunikasi yang masing – masing terdiri atas perangkat transceiver dan perangkat audio. Tabel 3.2 Pengukuran Kebutuhan Arus Listrik. Peng- ujian Konsumsi Arus mA Radio 1 Radio 2 Radio 3 Radio 4 SB RX TX SB RX TX SB RX TX SB RX TX 1 23,2 31,4 40,8 23,6 31,4 41,5 23,3 25,7 36,2 23,2 31,3 40,8 2 23,2 31,4 40,8 23,4 31,2 41,3 23,3 25,6 36,2 23,2 31,3 40,7 3 23,3 31,4 40,7 23,6 31,4 41,6 23,3 25,7 36,3 23,1 31,3 40,6 4 23,3 31,4 40,8 23,5 31,6 41,8 23,2 25,5 36,2 23,2 31,3 40,6 5 23,2 31,4 40,8 23,6 31,6 41,9 23,3 25,6 36,4 23,2 31,3 40,8 6 23,3 31,4 40,8 23,7 31,7 41,9 23,4 25,7 36,4 23,2 31,3 40,6 7 23,3 31,4 40,8 23,6 31,7 41,9 23,3 25,7 36,4 23,2 31,4 40,9 8 23,3 31,4 40,8 23,5 31,3 41,8 23,3 25,7 36,4 23,1 31,2 40,7 9 23,2 31,3 40,7 23,6 31,5 41,9 23,3 25,6 36,3 23,2 31,2 40,7 10 23,2 31,4 40,8 23,6 31,6 41,9 23,3 25,7 36,4 23,1 31,4 40,7 Jumlah 232,5 313,9 407,8 235,7 315 417,5 233,1 256,5 363,2 231,7 313 407,1 Berdasarkan tabel di atas dapat dihitung rata – rata konsumsi arus radio komunikasi. Radio komunikasi mengkonsumsi arus 23,33 mA saat standby, 29,96 mA saat menerima, dan 39,89 saat memancar. Dengan demikian konsumsi daya radio komunikasi adalah 86,30 miliwatt saat standby, 110,85 miliwatt saat menerima, dan 147,59 miliwatt saat memancar. Radio komunikasi diharapkan dapat bekerja minimal delapan jam dengan proporsi waktu 90 standby, 5 menerima, dan 5 memancar. Jadi kapasitas minimal baterai 33 yang diperlukan dapat dihitung sebagai berikut. Arus x waktu saat standby = 90 x 8 jam x 23,33 mA = 167,98 mAh. Arus x waktu saat menerima = 5 x 8 jam x 29,96 mA = 11,98 mAh. Arus x waktu saat memancar = 5 x 8 jam x 39,89 mA = 15,96 mAh. Maka kapasitas minimal baterai yang diperlukan adalah 167,98 mAh + 11,98 mAh + 15,96 mAh = 195,92 mAh.

3.6. Perangkat Catu Daya

Perangkat catu daya terdiri atas baterai, panel sel surya dan untai pengisi ulang baterai. Baterai berperan sebagai catu daya radio komunikasi. Baterai dapat diisi ulang menggunakan untai pengisi ulang baterai. 3.6.1. Baterai Catu daya radio komunikasi berupa baterai yang dapat diisi ulang.Baterai isi ulang yang banyak dipakai untuk perangkat portabel meliputi : baterai NiCd Nickel Cadmium, baterai NiMH Nickel Mangan Hydride serta baterai Litium yang mencakup Li-Po Litium Polymer dan Li-Ion Litium Ion. Tabel 3.3. Perbandingan Karakteristik Baterai [22, h.1934], [6, h.2-3], [26, h.4]. Jenis Baterai Tegangan Per Sel V Kerapatan Energi Self Discharge bulan Memory Effect Whkg WhL NiCd 1,2 40 100 15 – 20 Ada, besar NiMH 1,2 90 245 20 – 30 Ada, kecil Li-Po 3,6 3,7 180 380 10 Tidak ada Li-Ion 3,6 3,7 155 400 10 Tidak ada Perbandingan karakteristik antar baterai diterangkan secara ringkas pada tabel 1. Baterai – baterai Litium memiliki kemampuan penyimpanan daya yang lebih besar daripada baterai – baterai Nikel NiCd dan NiMH. Hal ini ditunjukkan pada kolom kerapatan energi. Kolom Self Discharge menyatakan penurunan muatan baterai ketika 34 baterai sedang tidak digunakan. Terlihat dalam tabel, baterai NiMH paling mudah mengalami penurunan muatan sedangkan baterai Litium memiliki nilai penurunan muatan terkecil. Kolom Memory Effect menyatakan penurunan batas tegangan pengisian baterai yang terjadi akibat baterai tidak dipakai sampai muatannya benar – benar habis. Kedua baterai Nikel memiliki Memory Effect sedangkan baterai Litium tidak memilikinya. Hal ini berarti baterai Litium dapat diisi ulang walaupun muatannya belum benar – benar habis. Perbandingan lain yang dapat dijadikan pertimbangan adalah teknik pengisian ulang baterai. Secara umum, semakin besar arus pengisian, semakin cepat baterai terisi penuh. Namun teknik pengisian baterai dapat berbeda satu sama lain. Berikut adalah beberapa catatan khusus mengenai teknik pengisian untuk masing – masing baterai. 1. Baterai Nikel NiCd dan NiMH Teknik pengisian dapat dibedakan menjadi pengisian lambat dan pengisian cepat. Pengisian lambat untuk NiCd dan NiMH dapat berlangsung sampai belasan jam sedangkan pengisian cepat dapat berlangsung di bawah satu jam. Beberapa baterai NiCd bahkan hanya memerlukan belasan menit untuk pengisian cepat. Pengisian dilakukan dengan arus konstan. Rangkaian pengukur suhu diperlukan jika digunakan pengisian cepat. Baterai NiCd harus diisi sampai penuh dan digunakan sampai habis untuk menghindari Memory Effect. 2. Baterai Litium Li-Po dan Li-Ion Pada umumnya kedua baterai ini tidak memiliki pengisian lambat. Waktu pengisian berkisar di bawah empat jam. Pengisian dilakukan dengan tegangan konstan. Baterai Litium tidak boleh memiliki level tegangan lebih rendah dari nilai tertentu, yaitu 2,4 V. Jika hal ini diabaikan maka suatu proses kimia internal akan terjadi yang mengakibatkan baterai tidak dapat diisi ulang kembali. Menimbang dari berbagai uraian karakteristik di atas, baterai yang digunakan dalam perancangan adalah baterai Litium. Selain memiliki kerapatan energi tertinggi, baterai jenis ini juga relatif lebih cepat diisi ulang. Pengisian ulang menggunakan tegangan konstan sehingga cukup menggunakan regulator tegangan. Baterai ini juga tidak memiliki Memory Effect sehingga baterai dapat diisi ulang tanpa harus menunggu muatannya habis terlebih 35 dahulu. Sesuai perhitungan pada tahap pengukuran kebutuhan daya, kapasitas minimal baterai sekitar 196 mAh. Namun kapasitas terkecil yang tersedia adalah 600 mAh. Dengan demikian baterai yang digunakan untuk catu daya radio komunikasi ditetapkan memiliki kapasitas minimum 600 mAh. Dua buah baterai digunakan dalam satu unit radio komunikasi. Jika satu baterai sedang diisi ulang, baterai yang lain dapat dipakai sebagai catu daya. Pemilihan baterai menggunakan sebuah saklar geser. 3.6.2. Panel Sel Surya Panel sel surya yang digunakan menghasilkan tegangan 10 V dengan keluaran arus maksimal 30 mA. Dua buah panel surya digunakan dengan menyambung keduanya secara seri. Sehingga didapatkan tegangan keluaran tipikal 20 V dan daya keluaran maksimal sebesar 600 mW. Waktu pengisian baterai menggunakan panel sel surya diusahakan untuk memanfaatkan saat matahari bersinar paling terik, yaitu antara pukul 09.00 sampai dengan pukul 15.00 6 jam. 3.6.3. DC to DC Converter Tipe Step Down DC to DC Converter tipe Step Down atau biasa disebut Buck Converter berfungsi menurunkan tegangan keluaran dari panel surya menjadi tegangan yang sesuai untuk pengisian baterai Litium. Tegangan maksimal yang diperbolehkan untuk baterai Litium adalah 4,2 V. tegangan ini sekaligus dapat dijadikan nilai puncak untuk proses pengisian ulang baterai. IC MC34063A dapat digunakan untuk membangun sebuah untai Buck Converter. Skematiknya ditampilkan pada Gambar 3.11 sedangkan perhitungan yang diperlukan dijabarkan sebagai berikut. Besar tegangan keluaran ditentukan oleh nilai R 1 dan R 2 : ∣V OUT ∣=1.251+ R 2 R 1 =1.251+ 12 ×10 3 5,1 ×10 3 =4,19117647059 V . Nilai R SC mempengaruhi arus keluaran maksimum : I PK switch = 0,3 R SC = 0,3 1,2 =250 mA , 36