Rancang bangun penentu arah kiblat portable berbasis mikrokontroler

HALAMAN PERNYATAAN

  Yang bertanda tangan dibawah ini: Nama : Feri Moch. Suandi Nim : 10809008

  Menyatakan bahwa Tugas Akhir ini adalah hasil karya sendiri dan bukan merupakan duplikasi sebagian atau seluruhnya dari hasil karya orang lain yang pernah dipublikasikan atau yang sudah pernah dipakai untuk mendapatkan gelar di Universitas lain, kecuali pada bagian dimana sumber informasi dicantumkan dengan cara referensi yang semestinya. Pernyataan ini dibuat dengan sebenar-benarnya secara sadar dan bertanggung jawab dan saya bersedia menerima sanksi berupa pembatalan Tugas Akhir saya apabila terbukti melakukan duplikasi terhadap Tugas Akhir yang sudah ada.

  Bandung, Februari 2013 (Feri Moch. Suandi)

  DATA PRIBADI Nama Lengkap : Feri Moch. Suandi Tempat, Tanggal Lahir : Cianjur, 24 Agustus 1990 Agama : Islam Jenis Kelamin : Laki - laki Kewarganegaraan : Indonesia

Alamat : Kp. Karamat RT/RW 01/09 Desa Sukamulya

Kecamatan Cugenang Kabupaten Cianjur 43252 No. Telepon : 087725501857 DATA PENDIDIKAN SD Negeri Karamat : 1997-2003 SMP Negeri 1 Cugenang : 2003-2006 SMA Pasundan 2 Cianjur : 2006-2009 Universitas Komputer Indonesia : 2009-2013

  

RANCANG BANGUN PENENTU ARAH KIBLAT PORTABLE

BERBASIS MIKROKONTROLER

TUGAS AKHIR

Disusun untuk memenuhi syarat kelulusan pada Program Studi Diploma

Tiga Teknik Komputer

  

Oleh

Feri Moch. Suandi

(10809008)

  

Pembimbing

Hidayat, M.T.

  

JURUSAN TEKNIK KOMPUTER

FAKULTAS TEKNIK DAN ILMU KOMPUTER

UNIVERSITAS KOMPUTER INDONESIA

BANDUNG

2013

KATA PENGANTAR

  Segala puji bagi Allah SWT., Pencipta dan Pemelihara alam semesta, shalawat serta salam semoga terlimpah bagi Muhammad SAW., keluarga dan para pengikutnya yang setia hingga akhir masa.

  Atas rahmat Allah SWT., akhirnya Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini, meskipun proses belajar sesungguhnya tak akan pernah berhenti. Tugas Akhir ini sesungguhnya bukanlah sebuah kerja individual dan akan sulit terlaksana tanpa bantuan banyak pihak yang tak mungkin Penulis sebutkan satu persatu, namun dengan segala kerendahan hati, Penulis mengucapkan terima kasih kepada seleruh Dosen Teknik Komputer selama melaksanakan studi dan menyelesaikan Tugas Akhir ini.

  Penyusunan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak sehingga pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada:

  1. Ibu, Bapak, Teteh, Ade dan seluruh keluarga yang sudah memberikan dukungan dengan sabar, baik dengan do’a maupun ikhtiar. Semoga Allah SWT., memberikan kemuliaan kepada semuanya di dunia dan kelak di akhirat, aamiin.

  2. Bapak Wendi Zarman, M.Si., selaku Ketua Jurusan Teknik Komputer.

  3. Bapak Hidayat, M.T., selaku pembimbing yang telah banyak memberikan arahan, saran dan bimbingan kepada Penulis.

  4. Bapak Agus Mulyana, M.T., selaku dosen wali yang telah memberikan bimbingan dan bantuan dalam proses belajar dari awal kuliah.

  5. Bapak dan Ibu Dosen di Jurusan Teknik Komputer Universitas Komputer Indonesia, yang telah banyak memberikan ilmu, wawasan motivasi serta bimbingannya, baik secara akademik maupun non akademik.

  6. Seluruh staff administrasi dan bagian kebersihan di jurusan Teknik Komputer, terima kasih atas segala pelayanan akademiknya.

  7. Teman-teman seperjuangan di Jurusan Teknik Komputer, kelas 09 TK 4 terima kasih atas kebersamaannya, semoga kita dapat menjaga tali silaturahmi yang telah terjalin ini.

  8. Teman-teman asisten LAB. Elektronika terimakasih atas segala bantuannya, terutama diskusi dan peminjaman alatnya.

  9. Teman-teman di Kubang selatan no. 124 Bandung.

  10. Semua orang yang telah membantu Penulis dalam mengerjakan tugas akhir ini yang tidak bisa disebutkan satu persatu.

  Akhirnya, Penulis berharap semoga penelitian ini menjadi sumbangsih yang bermanfaat bagi ilmu pengetahuan dan teknologi di Indonesia, khususnya disiplin keilmuan yang Penulis dalami.

  Bandung, Februari 2013 Penulis

  

DAFTAR ISI

  2.1.1 Hukum Arah Kiblat .................................................................................4

  2.3.3 Protokol NMEA 0183 ...........................................................................11

  2.3.2 Segmen Sistem GPS..............................................................................11

  2.3.1 Penentuan Posisi dengan GPS...............................................................10

  2.3 GPS ................................................................................................................9

  2.2 Trigonometri ..................................................................................................8

  2.1.3 Pengukuran Arah Kiblat Dengan Cara Modern ......................................7

  2.1.2 Pengukuran Arah Kiblat Dengan Cara Tradisional ................................5

  2.1 Arah Kiblat .....................................................................................................4

  LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................... ii HALAMAN PERNYATAAN ............................................................................... iii KATA PENGANTAR ........................................................................................... iv ABSTRAK ............................................................................................................. vi DAFTAR ISI ......................................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR ...............................................................................................x DAFTAR TABEL .................................................................................................. xi

  BAB II TINJAUAN PUSTAKA..............................................................................4

  1.5 Sistematika Penulisan ....................................................................................2

  1.4 Batasan Masalah ............................................................................................2

  1.3 Rumusan Masalah ..........................................................................................2

  1.2 Maksud dan Tujuan ........................................................................................1

  1.1 Latar Belakang ...............................................................................................1

  BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................1

  2.3.4 Format Data GPS ..................................................................................12

  2.4 Kompas Dan Sensor Kompas ......................................................................13

  2.5 Mikrokontroler Basic Stamp BS240 ............................................................16

  2.6 Motor Servo .................................................................................................17

  2.7 LCD ..............................................................................................................18

  2.7.1 Fitur dan Konfigurasi Pin LCD .............................................................18

  2.7.2 Cara kerja LCD secara umum ...............................................................19

  BAB III PERANCANGAN SISTEM ....................................................................21

  3.1 Perancangan Secara Umum .........................................................................21

  3.1.1 Diagram Blok Sistem ............................................................................21

  3.1.2 Penjelasan Diagram Blok ......................................................................21

  3.2 Perancangan Perangkat Keras ......................................................................22

  3.2.1 Mikrokontroler ......................................................................................22

  3.2.2 Sensor ....................................................................................................23

  3.2.3 Motor Servo ..........................................................................................25

  3.2.4 LCD .......................................................................................................25

  3.2.5 Perancangan Mekanik ...........................................................................26

  3.3 Perancangan Perangkat Lunak .....................................................................27

  3.3.1 Algoritma Secara Umum ......................................................................27

  3.3.1 Algoritma pengolahan data GPS ...........................................................28

  3.3.2 Algoritma Pengolahan data kompas digital ..........................................30

  3.3.3 Algoritma pengiriman data ke aktuator ................................................31

  BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ...............................................................33

  4.1 Tujuan Pengujian .........................................................................................33

  4.2 Pengujian Perangkat Keras ..........................................................................33

  4.2.1 Pengujian GPS ......................................................................................33

  4.2.2 Pengujian Kompas HM55B ..................................................................33

  4.2.3 Pengujian Alat Terintegrasi ..................................................................34

  4.3 Analisa .........................................................................................................35

  4.3.1 Analisa data sensor................................................................................35

  4.3.2 Analisa Data Pengujian Alat terintegrasi ..............................................36

  4.3.3 Analisa perhitungan sudut arah kiblat ...................................................36

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN.................................................................39

  5.1 Kesimpulan ..................................................................................................39

  5.2 Saran.............................................................................................................39 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................40

   DAFTAR PUSTAKA [1] El-Moeid, I. Z. (2009). Menghitung Arah Kiblat dan Menentukannya.

  Diakses tanggal

  13 Maret 2012, dari Hisab dan Falak: http://moeidzahid.site90.net/ [2] Fraden, J. (2004). Handbook of Modern Sensors. New York: Springer. [3] Krismanto, A. (2008). Pembelajaran Trigonometri SMA. Yogyakarta: Pusat

  Pengembangan dan Pemberdayaan Pendidik dan Tenaga Kependidikan Matematika.

  [4] Parallax Inc. (2004). What’s a Microcontroller: Student Guide. Parallax.Inc. [5] PT. Telkom Indonesia. (2004). GPS : Satelit Penentu Posisi Di Belahan

  Bumi. Diakses tanggal 21 Maret 2012, dari Telkom RDC Media:

  http://www.telkomrdc- media.com/index.php?ch=8&lang=&s=13bcd64d48bb98570fea194626ab84 bd&n=247

  [6] RobotIndonesia.Com. (2006). Jenis-Jenis Motor. Diakses tanggal 22 Maret 2012, dari Delta Robotics Division: http://www.robotindonesia.com/articles.php

  [7] Sadeli, Z. (2009). Menentukan Arah Kiblat. Diakses tanggal 12 Maret 2012, dari Multiply: http://zanikhan.multiply.com/journal/item/4944 SiRF Technology, Inc. (2008). NMEA Reference Manual. California: SiRF Technology, Inc.

BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Latar Belakang

  Bagi seorang muslim, penting sekali untuk mengetahui arah kiblat. Masalah penentuan arah kiblat dalam pelaksanaan shalat sekarang ini masih memerlukan perhatian serius, tidak hanya oleh ulama, pemuka masyarakat, pemerintah, tetapi juga oleh masyarakat muslim pada umumnya. Saat ini, banyak dari umat islam Indonesia berpatokan pada arah tenggelamnya matahari atau arah barat dalam menentukan arah kibat. Selain itu, sebagian besar alat yang digunakan dalam menentukan arah kiblat masih bertumpu pada banyaknya database posisi garis lintang dan garis bujur sehingga tidak bisa diaplikasikan untuk lokasi-lokasi di luar database.

  Ketika sedang bepergian jauh, tidak mengetahui arah mata angin, jalanan sepi, tidak ada mushola atau mesjid serta ketika berada dalam perjalanan laut akan sulit sekali untuk mengetahui arah kiblat.

  Pembuatan alat penentu arah kiblat portable berbasis mikrokontroler akan menjadi solusi dalam menentukan arah kiblat dan mengetahui arah mata angin. Permasalahan yang akan dibahas dalam pembuatan alat ini adalah penentuan arah kiblat serta deteksi arah mata angin berdasarkan sensor kompas dan Global

  

Positioning System (GPS) yang kemudian datanya diproses oleh mikrokontroler

  dan hasilnya akan ditunjukan pada motor servo dengan jarum sebagai penunjuk arah dan divisualisasikan pada Liquid Crystal Display (LCD).

  1.2 Maksud dan Tujuan

  Maksud dari pembuatan alat ini adalah : Merancang alat penentu arah kiblat portable berbasis mikrokontroler.

  Memudahkan umat Islam dalam menentukan arah kiblat ketika sedang bepergian ke tempat yang tidak diketahui arah kiblatnya atau dalam perjalanan laut serta di tempat yang tidak ada masjid ataupun musholla.

1.3 Rumusan Masalah

  Rumusan masalah yang akan dibahas adalah :

  1. Bagaimana merancang sistem penentu arah kiblat portable berbasis mikrokontroler?

  2. Bagaimana pemanfaatan GPS untuk mencari koordinat user berada?

  3. Bagaimana sensor kompas membaca arah mata angin?

  4. Bagaimana menghubungkan data dari sensor kompas dan GPS ke mikrokontroler?

  5. Bagaimana menggerakan motor servo sebagai motor penggerak jarum penunjuk arah kiblat berdasarkan data dari mikrokontroler?

  6. Bagaimana menampilkan data dari mikrokontroler ke LCD?

1.4 Batasan Masalah

  Pada perancangan sistem yang akan dibuat ini terdapat beberapa batasan masalah, yaitu:

  1. Penentuan arah kiblat dengan menggunakan sensor kompas dan GPS sebagai input data mikrokontroler.

  2. Pemrograman mikrokontroler Basic Stamp BS2P40 dengan bahasa pemrograman Basic.

  3. Motor Servo dan Jarum sebagai output dan penunjuk arah kiblat.

  4. LCD sebagai output visual.

1.5 Sistematika Penulisan

  Agar mempermudah penulisan dalam menyusun laporan akhir secara lebih jelas dan sistematis, maka dilakukan pembagian dalam sistematika penulisan yang terdiri dari beberapa bab pembahasan. Urutan bab pembahasan sebagai berikut :

  Bab ini mengemukakan latar belakang pemilihan judul, tujuan dan manfaat, perumusan masalah, metode penulisan, serta sistematika penulisan.

  BAB II TINJAUAN PUSTAKA Bab ini akan menjelaskan tentang semua landasan teori yang berhubungan dengan hardware yang akan dibuat. BAB III PERANCANGAN SISTEM Bab ini menjelaskan perancangan hardware, mulai dari tujuan, komponen yang digunakan, perancangan desain hardware, pembuatan program, dan cara menggunakan/ menjalankan hardware..

  BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA Bab ini berisi bahasan yang ditekankan pada perumusan masalah, yaitu tentang pengujian lapangan, serta prinsip kerja dari hardware. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisikan kesimpulan dari hasil pembahasan serta saran yang diberikan penulis kepada mahasiswa yang akan mengembangkan Tugas Akhir ini.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Arah Kiblat

  Kiblat berasal dari bahasa arab yang artinya arah. Yang dimaksud

  ( ΔϠΑϗ )

  dengan kiblat adalah arah mata angin yang menuju ke Ka'bah di Makkah Al- Mukarraomah. Arah yang dimaksud adalah arah dengan jarak terdekat menuju ke Ka’bah.

  Ketika melaksanakan sholat, baik sholat sunnah maupun fardhu diharuskan menghadap ke arah kiblat. Dari empat mazhab, Hanafi, Maliki, Syafi'i dan Hambali sepakat bahwa salah satu syarat sahnya sholat adalah menghadap ke arah kiblat, yakni ke Ka'bah di Makkah Al-Mukarromah dan tidak ke yang lainnya. Karena menghadap ke arah kiblat adalah menjadi syarat syahnya sholat, maka hukum untuk mengetahui arah kiblat adalah wajib.[1]

2.1.1 Hukum Arah Kiblat

  Kiblat sebagai pusat tumpuan umat Islam dalam mengerjakan ibadah dalam konsep arah terdapat beberapa hukum yang berkaitan yang telah ditentukan secara syariat yaitu:

  a. Hukum Wajib

  1. Ketika shalat fardhu ataupun shalat sunat menghadap kiblat merupakan syarat sahnya shalat

  2. Ketika melakukan tawaf di Baitullah.

  3. Ketika menguburkan jenazah maka harus diletakkan miring bahu kanan menyentuh liang lahat dan muka menghadap kiblat.

  b. Hukum Sunat

  Bagi yang ingin membaca Al-Quran, berdoa, berzikir, tidur (bahu kanan dibawah) dan lain-lain yang berkaitan.

  Ketika membuang air besar atau kecil di tanah lapang tanpa ada dinding penghalang.

d. Hukum Makruh

  Membelakangi arah kiblat dalam setiap perbuatan seperti membuang air besar atau kecil dalam keadaan berdinding, tidur menelentang sedang kaki selunjur ke arah kiblat dan sebagainya.

2.1.2 Pengukuran Arah Kiblat Dengan Cara Tradisional Ŷ Istiwa A'zam - Matahari Istiwa di Atas Ka'bah

  Kejadian saat posisi matahari istiwa (kulminasi) tepat di atas Ka'bah terjadi dua kali setahun yaitu pada setiap tanggal 28 Mei sekitar pukul 16.18 WIB dan pada 16 Juli sekitar jam 16.28 WIB. Ketika matahari istiwa di atas Ka'bah, bayang-bayang objek tegak di seluruh dunia akan lurus ke arah kiblat.[7]

Gambar 2.1. Kedudukan matahari di atas Ka'bah.

  Ŷ Menggunakan Rasi Bintang (Konstelasi)

  Rasi Bintang ialah sekumpulan bintang yang berada di suatu kawasan langit serta mempunyai bentuk yang hampir sama dan kelihatan berdekatan antara satu sama lain. Menurut International Astronomical Union ( IAU ), kubah langit dibagi menjadi delapan puluh delapan (88) kawasan rasi bintang. Bintang-bintang yang berada disuatu kawasan yang sama adalah dalam satu rasi. Masyarakat dahulu telah menetapkan sesuatu rasi bintang mengikuti bentuk yang mudah mereka kenal pasti seperti bentuk-bentuk binatang dan benda-benda. Dengan tempat dapat ditentukan.[7]

  Ŷ Rasi Orion (Al-Babudur)

  Pada rasi ini terdapat tiga bintang yang berderet yaitu Mintaka, Alnilam dan Alnitak. Arah Kiblat dapat diketahui dengan mengunjurkan arah tiga bintang berderet tersebut ke arah Barat. Rasi Orion akan berada di langit Indonesia ketika waktu subuh pada Juli dan kemudian akan kelihatan lebih awal pada bulan Desember. Pada bulan Maret Rasi Orion akan berada ditengah-tengah langit pada waktu Maghrib.[7]

Gambar 2.2. Bentuk Rasi Orion dan Penentuan Arah Kiblat.

  Ŷ 0HQJJXQDNDQ NHGXGXNDQ %LQWDQJ $O-Qutbi / Kutub (Polaris)

  Bintang-bintang akan kelihatan mengelilingi pusat kutub yang ditunjukkan oleh bintang kutub (Polaris). Oleh itu bintang ini menunjukkan arah Utara benar dari manapun di muka bumi ini. Bintang kutub terletak dalam buruj al-judah ( Rasi Bajak / Ursa Minoris ) dan rasi ini hanya dapat dilihat oleh masyarakat di bagian Utara katulistiwa pada tengah malam pada bulan Juli hingga Desember setiap tahun. Kedudukan bintang kutub bisa dikenali berdasarkan bentuk rasi bintang ini.[7]

Gambar 2.3. Rasi Al-Judah (Bajak / Ursa Minoris)

  Arah kiblat yang sesusai ditentukan berdasarkan perbedaan sudut sekitar 65°' ( Jawa/Sumatra ) ke kiri dari kedudukan bintang kutub seperti yang ditunjukkan dalam gambar. Gunakanlah petunjuk sudut dengan jari untuk menentukan nilai bukaan sudut.[7] Gambar 2.4. Panduan jari untuk perkiraan nilai sudut.

2.1.3 Pengukuran Arah Kiblat Dengan Cara Modern Ŷ Menggunakan Kompas

  Penandaan arah kiblat dengan kompas banyak diamalkan di kalangan masyarakat Islam masa kini. Arah yang ditunjukkan oleh kompas adalah arah yang merujuk kepada arah utara magnet. Arah utara magnet ternyata tidak mesti sama dengan arah utara sebenarnya. Perbedaan arah utara ini disebut sebagai sudut serong magnet atau deklinasi yang juga berbeda diseiap tempat dan selalu berubah sepanjang tahun. Satu lagi masalah yang bisa timbul dari menggunakan kompas ialah tarikan gravitasi setempat dimana ia terpengaruh oleh bahan-bahan logam atau arus listrik di sekeliling kompas yang digunakan. Namun ia dapat digunakan sebagai alat alternatif sekiranya alat yang lebih teliti tidak ada.[7]

Gambar 2.5. Kompas

  Ŷ Menggunakan Theodolit

  Teodolit merupakan antara alat termoden yang dapat digunakan oleh kebanyakaan pihak yang melakukan kerja menentukan arah kiblat. Theodolit dapat digunakan untuk mengukur sudut secara mendatar dan tegak, dan juga memberi memiliki akurasi atau ketelitian yang cukup tinggi dan tepat. Untuk mengendalikan alat ini diperlukan operator yang terlatih dan menguasai teknik penggunaan theodolit secara benar.[7]

Gambar 2.6. Theodolit

2.2 Trigonometri

  Trigonometri berasal dari bahasa yunani yaitu trigonon yang artinya tiga sudut dan metro yang artinya mengukur. Jadi, trigonometri adalah cabang ilmu matematika yang mempelajari perhitungan tiga sudut. Fungsi dasar trigonometri yaitu sinus (sin), kosinus (cos) dan tangen (tan). Dengan menggunakan fungsi dasar trigonometri dapat diketahui besar sudut terkecil dalam segitiga siku-siku. Arcsin, arccos dan arctan adalah kebalikan/invers dari fungsi sin cos dan tan.

Gambar 2.7. Trigonometri

  Fungsi dasar : Sin

  Į &RV Į

  =

  7DQ Į

2.3 GPS

  Global Positioning System (GPS) adalah suatu sistem radio navigasi

penentuan posisi dengan menggunakan satelit. GPS dapat memberikan posisi

suatu objek di muka bumi dengan akurat dan cepat (tiga dimensi koordinat x, y, z)

dan memberikan informasi waktu serta kecepatan bergerak secara kontinyu di

seluruh dunia. Satelit GPS mempunyai konstelasi 24 satelit dalam enam orbit

yang mendekati lingkaran. Setiap orbit ditempati oleh 4 buah satelit dengan

interval antara yang tidak sama.

  Dengan adanya 24 satelit di angkasa, 4 sampai dengan 10 satelit GPS setiap

saat akan selalu dapat diamati di seluruh permukaan bumi. Sinyal satelit GPS

dipancarkan secara broadcast oleh satelit GPS secara kontinyu. Dengan

mengamati sinyal satelit menggunakan receiver GPS seseorang dapat menentukan

posisi (lintang, bujur) di permukaan bumi. Informasi lainnya yang didapat dari

satelit GPS selain posisi adalah kecepatan, arah, jarak, dan waktu.[5]

  Penggunaan satelit untuk penentuan posisi (dalam pengertian lokasi ataupun

ruang) memudahkan para pengguna sistem informasi memperoleh informasi yang

diinginkannya.

  Pada dasarnya konsep dasar penentuan posisi dengan GPS adalah reseksi dengan jarak, yaitu dengan pengukuran jarak secara simultan ke beberapa satelit GPS yang koordinatnya telah diketahui. Operasi sistem ini memerlukan sinkronisasi yang presisi dari clock satelit dengan sistem waktu GPS. Hal ini dimungkinkan dengan digunakannya standar frekuensi atom pada masing-masing satelit dan dilengkapi parameter koreksi clock presisi yang disinkronisasikan dengan sistem waktu GPS.

  Dari beberapa satelit, akan diukur jarak ke satelit-satelit tersebut terhadap penerima. Maka akan didapatkan 4 variabel (x,y,z,t)sebagai fungsi koordinat posisi penerima dan koreksi clock dari penerima. Untuk hal tersebut maka diperlukan minimal 4 satelit sekaligus.

  Posisi yang diberikan GPS adalah posisi 3 dimensi (X,Y,Z). Dalam GPS titik yang akan ditentukan posisinya dapat dalam keadaan diam atau bergerak. Posisi titik dapat ditentukan dengan satu GPS terhadap pusat bumi atau

  receiver

  menggunakan metode absolut (point positioning) ataupun terhadap titik lainnya yang telah diketahui koordinatnya (monitor station) dengan menggunakan (relative positioning) yang minimal menggunakan

  differential 2 receiver GPS.

  Penentuan posisi secara diferensial adalah metode penentuan posisi yang harus digunakan untuk mendapatkan ketelitian posisi yang relatif tinggi. Setelah itu dilakukan pemrosesan data untuk menentukan koordinat dari titik-titik yang mencakup 3 tahap utama penghitungan, yaitu :

  1. Pengolahan data dari setiap baseline dalam jaringan.

  2. Perataan jaringan yang melibatkan semua baseline untuk menentukan koordinat dari titik-titik dalam jaringan.

  3. Transformasi koordinat titik-titik tersebut dari datum WGS84 ke datum yang diperlukan pengguna.

  Dengan melakukan pengamatan sinyal-sinyal dari satelit dalam jumlah dan waktu yang cukup, seseorang dapat memprosesnya untuk mendapatkan informasi mengenai posisi, kecepatan, dan waktu atau parameter turunannya.[5] a. Segmen Kontrol Segmen kontrol terdiri dari suatu sistem yang mengontrol kegiatan satelit

  GPS yang tersebar di seluruh dunia. Selain mengontrol dan memonitor satelit, segmen kontrol ini juga berfungsi menentukan orbit dari seluruh satelit GPS yang merupakan informasi paling penting untuk penentuan posisi dengan satelit GPS.

  Segmen kontrol ini terdiri dari Ground Control Stations (GCS), Monitor (MS), (PCS), dan

  

Stations Prelaunch Compatibility Station Master Control

Station (MCS). MS bertugas mengamati secara kontinyu seluruh satelit GPS.

  Seluruh data yang dikumpulkan oleh MS ini kemudian dikirimkan ke MCS untuk diproses guna memperoleh parameter-parameter penting lainnya. Hasil perhitungan tersebut dikirimkan ke GCS untuk selanjutnya dikirimkan ke satelit- satelit GPS.

  b. Segmen Satelit Segmen satelit terdiri dari satelit-satelit GPS. Konstelasi GPS terdiri dari 24 satelit yang menempati enam buah bidang orbit yang berbentuk mendekati lingkaran, dengan masing-masing bidang orbit ditempati empat buah satelit. Kedudukan masing-masing satelit dalam tiap orbitnya diatur sedemikian rupa dengan jarak interval diantaranya tidak sama. Hal ini dimaksudkan untuk meminimalkan pengaruh keadaan dimana ada satelit yang tidak berfungsi.

  c. Segmen Pengguna

  Segmen pengguna terdiri dari para pengguna yang tersebar di seluruh

permukaan bumi dan alat penerima GPS. Secara umum segmen pengguna ini

dibagi menjadi dua yaitu Pengguna GPS, dan Pengguna Sipil.[5]

2.3.3 Protokol NMEA 0183

  Protokol NMEA 0183 (National Marine Electronics Association) merupakan suatu badan yang menerbitkan spesifikasi yang mendeskripsikan berbagai perlengkapan navigasi agar dapat berkomunikasi satu sama lain melalui koneksi serial RS-232 atau emusinya (misalnya USB port). NMEA menggunakan

  

hardware yang berfungsi sebagai input dari posisi dan merupakan realtime untuk

  navigasi dibidang kelautan. Salah satu aplikasi protokol ini adalah pada komunikasi data GPS.

  Parameter yang digunakan oleh protokol ini adalah sebagai berikut :

  a. Baudrate : 4800

  b. Jumlah data : 8 bit

  c. Stop bit : 1

  d. Parity : None

2.3.4 Format Data GPS

  Data GPS terdiri dari kalimat teks yang mengandung lintang, bujur, dan informasi lainnya. Setiap kalimat terdiri dari awalan, ditambah satu atau lebih blok data, masing-masing dipisahkan oleh koma.[4]

  GPS menerima data dari satelit dan mengirimkannya ke bagian keluaran dengan format data yang beragam. Data yang dikirimkan oleh GPS mengacu pada standar NMEA 0183, yaitu standar kalimat laporan yang dikeluarkan oleh GPS

  

receiver. Standar NMEA memiliki banyak jenis bentuk kalimat laporan

  diantaranya yang paling penting adalah koordinat lintang (latitude), bujur (longitude), ketinggian (altitude), waktu sekarang standar UTC (UTC Time) dan kecepatan (speed over ground).

  Berikut ini adalah jenis kalimat NMEA 0183:

  a. $GPGGA (Global Positioning System Fixed Data)

  b. $GPGLL (Geographic –Latitude/Longitude)

  c. $GPGSA (GNSS DOP and Aktive Satelites)

  d. $GPGSV (GNSS Satelite In View)

  e. $GPRMC (Recommended Minimum Specific GNSS Data)

  f. $GPVTG (Course Over Ground and Ground Speed) Setiap data diawali dengan karakter “$” dan diakhiri dengan <CR><LF>. Pada prakteknya tidak semua data dengan header ini diambil, hanya yang menyangkut waktu, garis lintang dan garis bujur untuk posisi pengguna.[8]

  Kompas adalah alat untuk menentukan arah berupa sebuah panah penunjuk magnetis yang bebas menyelaraskan dirinya dengan medan magnet bumi secara akurat. Kompas memberikan rujukan arah tertentu, sehingga sangat membantu dalam bidang navigasi. Arah mata angin yang ditunjuknya adalah utara, selatan, timur, dan barat.

  Lokasi magnet di Kutub Utara selalu bergeser dari masa ke masa. Penelitian terakhir yang dilakukan oleh The Geological Survey of Canada melaporkan bahwa posisi magnet ini bergerak kira-kira 40 km per tahun ke arah barat laut.

  Berikut ini adalah arah mata angin yang dapat ditentukan kompas.

  a. Utara (disingkat U atau N)

  b. Barat (disingkat B atau W) c.

  Timur (disingkat T atau E) d. Selatan (disingkat S) e. Barat laut (antara barat dan utara, disingkat NW) f. Timur laut (antara timur dan utara, disingkat NE) g. Barat daya (antara barat dan selatan, disingkat SW)

  h. Tenggara (antara timur dan selatan, disingkat SE)

  Kompas dibedakan menjadi dua jenis, yaitu kompas analog dan kompas digital.

  A. Sensor Kompas Hitachi HM55B Kompas adalah alat yang menunjukan arah mata angin, yaitu utara, selatan, barat, dan timur. Kompas hitachi HM55B merupakan salah satu kompas digital yang dikembangkan oleh parallax yang mempunyai keluaran digital sebanyak 2 axis yaitu axis X dan axis Y. Kompas ini memiliki regulator internal yang mengubah tegangan menjadi 3V dan itu merupakan daerah kerja kompas ini. Pada saat program dijalankan, kecepatan sensitifitas 30-40 ms. Dengan menunjukan tampilan dan konfigurasi pin kompas hitachi HM55B.

Gambar 2.8. Tampilan dan konfigurasi pin kompas hitachi HM55B

  B. Cara kerja Modul kompas HITACHI HM55B adalah sebagai berikut: Modul kompas hitachi HM55B memiliki dua sumbu, x dan y. Setiap sumbu melaporkan kekuatan medan magnet yang sejajar dengan komponen itu. Sumbu x melaporkan (kekuatan medan) × cos (

  ș GDQ VXPEX \ melaporkan (kekuatan medan) × sin ( ș 8QWXN PHQHWDSNDQ ș NH VXGXW GDUL XWDUD GLJXQDNDQ DUFWDQ \ x), yang dalam PBASIC 2,5 adalah x ATN y. Perintah ATN mengubah satuan derajat ke radian, yang mengurai lingkaran penuh menjadi 256 segmen yang sama. Untuk mengkonversi kembali ke derajat (360 segmen yang sama) pada PBASIC, digunakan perintah * / 360.

Gambar 2.9. Cara kerja modul kompas HM55B

  Chip hitachi HM55B pada modul kompas hitachi HM55B melaporkan pengukuran sumbu x dan y dalam hal atau microteslas (µT) dalam 11-bit bilangan bertanda. HM55B ini dirancang untuk mengembalikan nilai 1 untuk medan magnet utara dari 1 µT paralel ke salah satu sumbunya. Jika medan magnet adalah selatan (utara di arah yang berlawanan), nilai akan -1. Perlu diingat bahwa ini adalah nilai nominal. Menurut datasheet HM55B, nilai µT aktual untuk pengukuran 1 bisa berkisar 1-1,6 µT. Juga perlu diingat bahwa nilai 11-bit negatif ketika bit-10 adalah 1, bit 11 sampai 15 juga berubah menjadi 1 dengan mask dalam program uji.

  Mikrokontroler yang terhubung ke HM55B harus mengontrol enable dan

  

clock input dan menggunakan komunikasi serial sinkron untuk mendapatkan

  pengukuran sumbu dari pin data input dan pin data output. Misalnya, BASIC Stamp 2 yang dapat diprogram untuk mengontrol enable modul kompas dengan

  

high / low dan mengirim nilai-nilai yang mengatur ulang perangkat dan memulai

  pengukuran dengan perintah SHIFTOUT. Perintah SHIFTOUT mengontrol clock

input karena mengirimkan nilai bit data untuk data input modul kompas.

Kebalikan dari SHIFTOUT adalah SHIFTIN, yang juga mengontrol clock input perangkat seperti mengumpulkan bit data yang dikirim oleh pin data output.

  Dibutuhkan 30 sampai 40 ms HM55B untuk menyelesaikan pengukuran tertentu. Mikrokontroler dapat melakukan tugas-tugas lain sampai pengukuran selesai. Polling ini merupakan kombinasi dari perintah SHIFTOUT yang meminta status. Ketika SHIFTIN menerima flag status yang menunjukkan bahwa pengukuran selesai, perintah SHIFTIN kedua kemudian dapat menyimpan 11-bit pengukuran sumbu x dan y dalam variable. [4] Modul kompas HITACHI HM55B memiliki fitur sebagai berikut:

  a. Sensitif hingga ukuran dalam kekuatan medan magnet

  b. Menyederhanakan arah dengan membagi pengukuran magnet menjadi 2 axis

  c. Baik untuk pengukuran resolusi 6-bit setelah mengkalibrasi software

  d. Mempunyai waktu 30 hingga 40 ms ketika pengukuran dimulai hingga data

  ready

  e. Breadboard yang compact dan mudah digunakan (0,3 inchi, paket 6 pin DIP)

  f. Membuat komunikasi dan perhitungan arah yang mudah khususnya dengan instruksi PBASIC (SHIFTIN, SHIFTOUT, dan ATN untuk mikrokontroler Basic Stamp Seri 2).

  Selain itu sensor ini telah digunakan untuk berbagai aplikasi seperti sensor arah mobile robot, kompas elektronik, dan lainnya.

  Basic Stamp adalah mikrokontroler yang dikembangkan oleh Parallax Inc. yang diprogram menggunakan bahasa pemrograman basic. Program yang dibuat di-download melalui port serial. Jumlah pin I/O yang terdapat di mikrokontroler ini adalah 32, sehingga akan cukup untuk mengoperasikan sensor GPS maupun kompas.[4]

Gambar 2.10. Mikrokontroler Basic Stamp BS2P40

  Spesifikasi Basic Stamp BS2P40:

  a. Chip PBASIC48W/P40

  b. 8 x 2 Kbyte EEPROM yang mampu menampung hingga 4000 instruksi

  c. Kecepatan prosesor 20 MHz Turbo dengan kecepatan eksekusi program hingga 12000 instruksi per detik d. RAM sebesar 38 byte (12 I/O, 26 variabel) dengan Scratch Pad sebesar 128 byte e. Jalur input/output sebanyak 32 pin

  f. Tegangan masukan 9-12 V DC dengan tegangan keluaran 5 V DC

Gambar 2.11. Alokasi Pin Basic Stamp BS2P40 Motor servo adalah sebuah motor dengan sistem closed feedback di mana posisi dari motor akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam motor servo. Motor ini terdiri dari sebuah motor, serangkaian gear, potensiometer dan rangkaian kontrol. Potensiometer berfungsi untuk menentukan batas sudut dari putaran servo. Sedangkan sudut dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor. Tampak pada gambar dengan pulsa 1.5 mS pada periode selebar 2 mS maka sudut dari sumbu motor akan berada pada posisi tengah. Semakin lebar pulsa off maka akan semakin besar gerakan sumbu ke arah jarum jam dan semakin kecil pulsa off maka akan semakin besar gerakan sumbu ke arah yang berlawanan dengan jarum jam.

  Motor servo biasanya hanya bergerak mencapai sudut tertentu saja dan tidak kontinyu seperti motor DC maupun motor stepper. Walau demikian, untuk beberapa keperluan tertentu, motor servo dapat dimodifikasi agar bergerak kontinyu. Pada robot, motor ini sering digunakan untuk bagian kaki, lengan atau bagianbagian lain yang mempunyai gerakan terbatas dan membutuhkan torsi cukup besar. [6]

  Motor servo adalah motor yang mampu bekerja dua arah (CW dan CCW) dimana arah dan sudut pergerakan rotornya dapat dikendalikan hanya dengan memberikan pengaturan duty cycle sinyal PWM pada bagian pin kontrolnya.

Gambar 2.12. Motor Servo elektronik dan internal gear untuk mengendalikan pergerakan dan sudut angularnya.

  Motor servo adalah motor yang berputar lambat, dimana biasanya ditunjukkan oleh rate putarannya yang lambat, namun demikian memiliki torsi yang kuat karena internal gearnya.

  Lebih dalam dapat digambarkan bahwa sebuah motor servo memiliki : Ø Tiga jalur kabel : power, ground, dan control Ø Sinyal control mengendalikan posisi Ø Operasional dari motor servo dikendalikan oleh sebuah pulsa selebar ± 20 ms, dimana lebar pulsa antara 0.5 ms dan 2 ms menyatakan akhir dari range sudut maksimum. Ø Konstruksi didalamnya meliputi internal gear, potensiometer, dan feedback control.

2.7 LCD

  Liquid Crystal Display (LCD) adalah suatu jenis media tampil yang

  menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. LCD sudah digunakan diberbagai bidang misalnya alal–alat elektronik seperti televisi, kalkulator, ataupun layar komputer. Aplikasi LCD yang digunakan ialah LCD dot matrik dengan jumlah karakter 2 x 16. LCD berfungsi sebagai penampil yang nantinya akan digunakan untuk menampilkan output.

2.7.1 Fitur dan Konfigurasi Pin LCD

  Adapun fitur yang disajikan dalam LCD ini adalah : a. Terdiri dari 16 karakter dan 2 baris.

  b. Mempunyai 192 karakter tersimpan.

  c. Terdapat karakter generator terprogram.

  d. Dapat dialamati dengan mode 4-bit dan 8-bit.

  e. Dilengkapi dengan back light.

Gambar 2.13. LCD 16x2Tabel 2.1. Konfigurasi Pin LCD

  Pin Deskripsi

  1 Ground

  2 Vcc

  3 Pengatur kontras 4 “RS” Instruction/Register Select 5 “R/W” Read/Write LCD Registers 6 “EN” Enable

  7-14 Data Bit 0 – 7

  15 Vcc

  16 Ground

2.7.2 Cara kerja LCD secara umum

  Pada aplikasi umumnya RW diberi logika rendah “0”. Bus data terdiri dari 4-bit atau 8-bit. Jika jalur data 4-bit maka yang digunakan ialah DB4 sampai dengan DB7. Sebagaimana terlihat pada tabel diskripsi, interface LCD merupakan sebuah parallel bus, dimana hal ini sangat memudahkan dan sangat cepat dalam pembacaan dan penulisan data dari atau ke LCD. Kode ASCII yang ditampilkan sepanjang 8-bit dikirim ke LCD secara 4-bit atau 8 bit pada satu waktu. Jika mode 4-bit yang digunakan, maka 2 nibble data dikirim untuk membuat sepenuhnya 8-bit (pertama dikirim 4-bit MSB lalu 4-bit LSB dengan pulsa clock EN setiap nibblenya). Jalur control EN digunakan untuk memberitahu LCD bahwa mikrokontroller mengirimkan data ke LCD. Untuk mengirim data ke jalur kontrol lainnya (RS dan R/W) atau juga mengirimkan data ke jalur data bus.

  Saat jalur lainnya sudah siap, EN harus diset ke “0” dan tunggu beberapa saat (tergantung pada datasheet LCD), dan set EN kembali ke high “1”. Ketika jalur RS berada dalam kondisi low “0”, data yang dikirimkan ke LCD dianggap sebagai sebuah perintah atau instruksi khusus (seperti bersihkan layar, posisi kursor). Ketika RS dalam kondisi high atau “1”, data yang dikirimkan adalah data ASCII yang akan ditampilkan dilayar. Misal, untuk menampilkan huruf “A” pada layar maka RS harus diset ke “1”. Jalur kontrol R/W harus berada dalam kondisi low (0) saat informasi pada data bus akan dituliskan ke LCD. Apabila R/W berada dalam kondisi high “1”, maka program akan melakukan query (pembacaan) data dari LCD. Instruksi pembacaan hanya satu, yaitu Get LCD status (membaca status LCD), lainnya merupakan instruksi penulisan. Jadi hampir setiap aplikasi yang menggunakan LCD, R/W selalu diset ke “0”. Jalur data dapat terdiri 4 atau 8 jalur (tergantung mode yang dipilih pengguna), DB0, DB1, DB2, DB3, DB4, DB5, DB6 dan DB7. Mengirim data secara parallel baik 4-bit atau 8- bit merupakan 2 mode operasi primer. Untuk membuat sebuah aplikasi

  interface LCD, menentukan mode operasi merupakan hal yang paling penting.

  Mode 8-bit sangat baik digunakan ketika kecepatan menjadi keutamaan dalam sebuah aplikasi dan setidaknya minimal tersedia 11 pin I/O (3 pin untuk kontrol, 8 pin untuk data). Sedangkan mode 4 bit minimal hanya membutuhkan 7-bit (3 pin untuk kontrol, 4 pin untuk data). Bit RS digunakan untuk memilih apakah data atau instruksi yang akan ditransfer antara mikrokontroller dan LCD. Jika bit ini di set (RS = 1), maka byte pada posisi kursor LCD saat itu dapat dibaca atau ditulis. Jika bit ini di reset (RS = 0), merupakan instruksi yang dikirim ke LCD atau status eksekusi dari instruksi terakhir yang dibaca.

BAB III PERANCANGAN SISTEM

3.1 Perancangan Secara Umum

  3.1.1 Diagram Blok Sistem Sensor Kompas

  JARUM MOTOR Mikrokontroler PENUNJUK SERVO

  ARAH LCD

Gambar 3.1. Diagram blok sistem

  3.1.2 Penjelasan Diagram Blok

  1. Mikrokontroler Basic Stamp BS2P40 berfungsi sebagai unit kontrol yang akan mengontrol semua perangkat pada sistem penentu arah kiblat.

  2. Global Positioning System (GPS) berfungsi sebagai sensor untuk mencari koordinat dimana user berada.

  3. Sensor Kompas berfungsi sebagai sensor untuk mencari arah mata angin yang akan dijadikan sebagai acuan dalam menentukan arah kiblat.

  4. Motor Servo berfungsi sebagai output penggerak jarum yang berfungsi sebagai penunjuk arah.

  5. Liquid Crystal Display (LCD) berfungsi sebagai output visual.

3.2 Perancangan Perangkat Keras

3.2.1 Mikrokontroler

  Basic Stamp adalah mikrokontroler yang dikembangkan oleh Parallax Inc yang deprogram menggunakan bahasa pemrograman basic. Program yang dibuat di-download melalui port serial. Jumlah pin I/O yang terdapat di mikrokontroler ini adalah 32, sehingga akan cukup untuk mengoperasikan sensor GPS maupun kompas. Spesifikasi Basic Stamp BS2P40:

  a. Chip PBASIC48W/P40

  b. 8 x 2 Kbyte EEPROM yang mampu menampung hingga 4000 instruksi

  c. Kecepatan prosesor 20 MHz Turbo dengan kecepatan eksekusi program hingga 12000 instruksi per detik d. RAM sebesar 38 byte (12 I/O, 26 variabel) dengan Scratch Pad sebesar 128 byte e. Jalur input/output sebanyak 32 pin

  DC dengan tegangan keluaran 5 V DC

  f. Tegangan masukan 9-12 V

Tabel 3.1. Tabel pin I/O mikrokontroler yang digunakan

  No. Pin Digunakan Untuk Din/Dout Kompas HM55B

  1 En LCD

  2 R/W LCD

  3 RS LCD 4-7 DB 4 – 7 LCD

  8 CLK Kompas HM55B

  9 En Kompas HM55B

  10 Serin GPS

  11 I/O Servo

3.2.2 Sensor

3.2.2.1. Global Positioning System (GPS)