TUGAS AKHIR - Pemantau perjalanan kereta api menggunakan sistem komunikasi radio dengan frekuensi 2,4 GHz - USD Repository

  TUGAS AKHIR PEMANTAU PERJALANAN KERETA API MENGGUNAKAN SISTEM KOMUNIKASI RADIO DENGAN FREKUENSI 2,4 GHZ

  Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  Program Studi Teknik Elektro Oleh:

  TATANG ONY PRASETYAWAN NIM : 055114009

  PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2011

  FINAL PROJECT TRAIN OPERATIONS MONITORING USING A 2,4 GHZ

FREQUENCY SIGNAL RADIO COMMUNICATIONS SYSTEM

  Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree

  In Electrical Engineering Study Program By :

  TATANG ONY PRASETYAWAN NIM : 055114009

  ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2011

  HALAMAN PERSEMBAHAN MOTTO HIDUP

  Demikian juga kamu sekarang diliputi dukacita, tetapi Aku akan melihat kamu

  lagi dan hatimu akan bergembira dan tidak ada seorangpun yang dapat merampas kegembiraanmu itu dari padamu. (Bible :Yohanes 16:22) Sampai sekarang kamu belum meminta sesuatupun dalam nama-Ku. Mintalah maka kamu akan menerima, supaya penuhlah sukacitamu. (Bible :Yohanes 16:23)

  Skripsi ini kupersembahkan untuk… Yesus Kristus ”Papiku” yang setia Bapak dan Ibu tercinta yang tak Pernah lelah berdoa dan memberikan semangat untuk aku Marita Wulan Dari

  Yang pernah memberikan ”warna” di hari hariku Fajar Dwi Riyanto, Esther dan Yusuf adikku tersayang

  

INTISARI

  Seiring berkembangnya teknologi telekomunikasi, hampir semua teknologi terkini berbasis wireless. Hal ini dikarenakan keefektifan dan kemudahan dalam penggunaanya. Sistem ini akan membantu petugas teknis kereta api untuk menentukan posisi keberadaan,kecepatan, dan waktu tiba suatu kereta api.

  Teknologi wireless 802.15.4 (Xbee) menggunakan frekuensi 2,4 GHz yang mempunyai jarak jangkauan maksimal sekitar 1,5km. Teknologi penggunaan transmiter yang memanfaatkan frekuensi 2,4GHz dapat digunakan secara bebas, gratis, dan tanpa lisensi ataupun ijin apapun. Sistem ini telah diintegrasikan dengan mikrokontroller sebagai minimum sistem. Hardware yang digunakan untuk komunikasi wireless 802.15.4 adalah Xbee PRO, serta menggunakan mikrokontroller Atmega 8535 sebagai sistem minimum.

  Hasil dari Tugas akhir ini yaitu sebuah alat pemantau perjalanan kereta api menggunakan sistem komunikasi radio dengan frekuensi 2,4 GHz. Proses pemantauan kereta api telah bekerja dengan baik dan nilai kecepatan kereta api dikirimkan oleh Xbee PRO. sistem minimum sukses mengolah data dari Xbee pro penerima, sehingga tingkat keakurasian kecepatan kereta api sudah sesuai. Data yang telah sesuai kemudian di tampilkan di LCD. Kata kunci : pemantauan, wireless 802.15.4, mikrokontroller Atmega 8535

  

ABSTRACT

  Along the development of telecommunication technology, almost all wireless- technology. This is because the effectiveness and ease of use. This system will

  based help train technical staff to determine position, velocity, and time of arrival of a train.

  802.15.4 wireless technology (Xbee) using a frequency of 2.4 GHz which has a maximum range of about 1.5 km. Technology use transmitters that utilize a frequency of 2.4 GHz can be used freely, free, and without any license or permit. This system has been integrated with a microcontroller as a minimum system. Hardware for 802.15.4 wireless communication is Xbee PRO, as well as using the Atmega 8535 microcontroller as a minimum system.

  Results of this final project is a train operations monitoring using a 2,4 GHz frequency signal radio communication system has been successfully made. Monitoring process train has been working well and the velocity of the train sent by Xbee PRO. The minimum system successfully process the data from the Xbee pro receiver, so the level of accuracy of the train velocity was appropriate.. The data have been fit then displayed on the LCD. Key words: monitoring, wireless 802.15.4, microcontroller Atmega 8535.

  

KATA PENGANTAR

  Puji syukur dan terima kasih kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala karunia- Nya sehingga tugas akhir dengan judul

  “Pemantau Perjalanan Kereta Api Menggunakan Sistem Komunikasi Radio Dengan Frekuensi 2,4 GHZ ” ini dapat diselesaikan dengan baik.

  Penelitian yang berupa tugas akhir ini merupakan salah satu syarat bagi mahasiswa Program Studi Teknik Elektro untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Penelitian ini dapat diselesaikan dengan baik atas bantuan, gagasan dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, peneliti ingin mengucapkan terima kasih kepada:

  1. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Bapak Damar Wijaya, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan, pengetahuan, diskusi, arahan, kritik dan saran kepada peneliti sehingga penulisan tugas akhir ini dapat diselesaikan.

  3. Bapak dan Ibu Dosen Teknik Elektro yang telah memberikan semangat, pengetahuan dan bimbingan kepada peneliti selama kuliah.

  4. Bapak dan Ibuku tercinta, addiku, serta semua keluarga yang telah memberikan semangat dan dukungan dalam penyelesaian tugas akhir ini.

  5. Bapak Mathew dan ibu Selvy yang tak pernah lelah memberikan semangat dan dukungan dalam penyelesaian Tuhas Akhir ini

  6. Teman-teman seperjuangan: Mas Ari Sugiyono, Christian Novianto, Valentinus Very Wijayanto, Adhi dan Arie atas diskusi selama ini; dan teman-teman angkatan 2005 untuk kebersamaan dan dukungannya.

  7. Semua pihak yang tidak bisa peneliti sebutkan satu-persatu atas bantuan, bimbingan, kritik dan saran.

  

DAFTAR ISI

  Halaman Sampul (Bahasa Indonesia) .............................................................. i Halaman Sampul (Bahasa Inggris) .................................................................. ii Halaman Persetujuan ....................................................................................... iii Halaman Pengesahan ...................................................................................... . iv Pernyataan Keaslian Karya............................................................................... v Halaman Persembahan dan Moto Hidup.......................................................... vi Lembar Pernyataan Persetujuan Publikasi Karya Ilmiah untuk Kepentingan Akademis .................................................................................... vii Intisari............................................................................................................... viii Abstract............................................................................................................ ix Kata Pengatar................................................................................................... x Daftar Isi .......................................................................................................... xii Daftar Gambar ................................................................................................. xv Daftar Tabel ..................................................................................................... xvii

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

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

  1.2.Tujuan dan Manfaat Penelitian ...................................................... 2

  1.3.Batasan Masalah ............................................................................ 2

  1.4.Metodologi Penelitian .................................................................... 3

  BAB II: DASAR TEORI .................................................................................. 5

  2.1.Frequency Band 2,4 GHz .............................................................. 5

  2.2.Xbee PRO ...................................................................................... 6

  2.3.LASER.......................................................................... ................... 9

  2.4.Photo Transistor............................................................................. 9

  2.5.LCD..................................................................................................11

  2.6.Mikrokontroler ATMega 8535 ....................................................... 13

  2.6.1.Konfigurasi Pin .................................................................... 14

  4.4. Pengujian Rangkaian Sensor dan Pengkondisi Sinyal .................. 47

  3.2.3. Rangkaian Regulator Tegangan....................................... 28

  4.3 Pengujian data Timer mikrokontroler, Kecepatan dan Waktu tiba di stasiun penerima .............................................................. 44

  4.2. Pengujian Rangkaian Xbee Pengirim dan Xbee Penerima ........... 42

  4.1. Implementasi Alat ......................................................................... 40

  BAB IV: HASIL DAN PEMBAHASAN ......................................................... 40

  3.3.4 Diagram Alir Sub Rutin Tampilkan Data ........................ 38

  3.3.3. Diagram Alir Sub Rutin Kirim Data ............................... 38

  3.3.2. Diagram Alir Sub Rutin Baca Sensor .............................. 37

  3.3.1. Perancangan Program Pada Mikrokontroler.................... 35

  3.3. Perancangan Perangkat Lunak ...................................................... 35

  3.2.6. Rangkaian Sistem Minimum Mikrokontroler.................. 32

  3.2.5. Rangkaian Modul Komunikasi Wireless ......................... 30

  3.2.4. Rangkaian LCD ............................................................... 29

  3.2.2. Sensor

  2.6.4.Timer ATMEGA 8535 ....................................................... 16

  3.2.1. Prototype Kereta Api dan Letak Sensor - Sensor ........... 25

  3.2. Perancangan Perangkat Keras ....................................................... 25

  3.1. Diagram Blok ................................................................................ 23

  BAB III: RANCANGAN PENELITIAN ......................................................... 23

  Keypad……………….…………………………………………..21

  2.9. LED ............................................................................................... 19 2.10.

  2.8. Komparator .................................................................................... 18

  2.7. Operational Amplifier .................................................................... 18

  2.6.6. Osilator Mikrokontroler ................................................... 17

  2.6.5. Interupsi .......................................................................... 17

  2.6.4.2. Timer/counter1 ........................................................ 16

  2.6.4.1. Timer/Counter0 ....................................................... 16

• – Sensor Pemantau .............................................. 26

  BAB V: KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 52 DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 53 LAMPIRAN

  

DAFTAR GAMBAR

  Halaman

Gambar 1.1. Blok Model Perancangan ......................................................... 3Gambar 2.1. Konfigurasi Pin XBee PRO ...................................................... 6Gambar 2.2. Komunikasi Xbee PRO ........................................................... 8Gambar 2.3. Teknik Modulasi O-QPSK ....................................................... 8Gambar 2.4. Fototransistor ............................................................................ 10Gambar 2.5. Transistor NPN ......................................................................... 10Gambar 2.6. Konstruksi LCD ........................................................................ 11Gambar 2.7. LCD 2 x 16 ............................................................................... 12Gambar 2.8. Konfigurasi Pin ATmega 8535 ................................................. 14Gambar 2.9. Peta Memori Program ............................................................... 15Gambar 2.10. Peta Memori Data ..................................................................... 15Gambar 2.11. Op-amp ..................................................................................... 18

  (a) Simbol op-amp ................................................................... 18 (b) Rangkaian Pengganti op-amp ............................................. 18

Gambar 2.12. Op-amp Komparator dan Karakteristik Tegangan output( Vo) 19Gambar 2.13. Grafik Vout dan Vin yang sudah dibandingkan dengan Vref .... 19Gambar 2.14. Konstruksi LED ........................................................................ 20Gambar 2.15. Rangkaian LED ........................................................................ 20

  Gambar 2.16 Tampilan Fisik Keypad dan Konfigurasi tombol…………….. 21

  Gambar 2.17 Kombinasi Penekanan dua pin Keypad……………………….22

Gambar 3.1. Diagram blok modul pemancar ............................................... 23Gambar 3.2. Diagram blok modul penerima ................................................. 24Gambar 3.3. Model kereta api dan letak sensor

• – sensor……………………25

Gambar 3.4. Model rel kereta api dan letak pemicu sensor .......................... 25Gambar 3.5. Tampak Depan Model Kereta Api,rel,dan letak pemicu sensor ........................................................................................ 26Gambar 3.7. Rangkaian sensor pemantau dan rangkaian pembanding ......... 28Gambar 3.8. Rangkaian Regulator Tegangan 5 V ......................................... 28Gambar 3.9. Rangkaian Regulator Tegangan 3,3 V ...................................... 29Gambar 3.10. Interface LCD mode 4 bit...........................................................30Gambar 3.11. Rangkaian minimum dari XBee PRO dan Regulator tegangan..32Gambar 3.12. Rangkaian sistem minimum pemancar ..................................... 33Gambar 3.13. Rangkaian sistem minimum penerima ..................................... 34Gambar 3.14. Diagram alir pemrograman utama pengirim pada sistem ........ 36Gambar 3.15. Diagram alir pemrograman utama penerima pada sistem ....... 36Gambar 3.16. Diagram alir sub rutin baca sensor ........................................... 37Gambar 3.17. Diagram alir sub rutin kirim data ............................................. 38Gambar 3.18. Diagram alir sub rutin tampilkan data ...................................... 39

  Gambar 4.1 Hardware Sistem Pengirim…………………………………... 40

  Gambar 4.2 Hardware Sistem Penerima…………………………………... 41

  Gambar 4.3 Diagram pengujian Transmisi data Xbee pro………………... 42

Gambar 4.4 Tampilan 2.7 GHz Spectrum Analyzer Gw Instek GSP untuk spectrum frekuensi dari modul Xbee pro …………….. 44

  Gambar 4.5 Tampilan LCD pengirim……………………………………… 45

  Gambar 4.6 Tampilan Osiloskop Digital…………………………………… 45

  Gambar 4.7 Tampilan LCD Penerima……………………………………… 45

  

DAFTAR TABEL

  Halaman

Tabel 2.1. Pembagian Frekuensi Band ISM Menurut ITU-R.......................6Tabel 2.2. Lebar Frekuensi Xbee PRO........................................................ .7 Tabel 2.3.

  Spesifikasi Xbee PRO………...……….......................................12

Tabel 2.4. Fungsi Pin- pin LCD…………………………........................... .15Tabel 2.5 Deskripsi Pin............................................................................... 14Tabel 2.6 Sumber Interupsi......................................................................... 17Tabel 3.1. Kondisi keluaran LM 324 Terhadap Permukaan Hitam dan Putih..............................................................

  ……....................... 28

Tabel 4.1. Pengujian Transmisi data Xbee pro ............................................. 42Tabel 4.2 Pengujian data timer mikrokontroler dan Kecepatan………….. 46

  Tabel 4.3 Tabel Pengujian Rangkaian Sensor dan Pengkondisi Sinyal…...48

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Kemajuan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi (IPTEK) membawa perkembangan

  teknologi di semua bidang termasuk sistem transportasi sebagai alat mobilitas. Kereta api merupakan moda transportasi dengan multi keunggulan. Kereta api menjadi urat nadi perpindahan penduduk dari satu tempat ke tempat lain di perkotaan, juga antarkota karena daya angkutnya yang besar. Kereta api seharusnya mengikuti perkembangan teknologi ini dengan meningkatkan kualitas pelayanan yang meliputi keamanan dan kenyaman penumpang.

  Hampir setiap tahun terjadi kecelakaan kereta api di Tanah Air. Penyebabnya beragam, mulai dari faktor alam, human error, hingga kesalahan teknik [1]. Direktorat Jenderal Perkeretaapian, Departemen Perhubungan, mencatat setidaknya ada 117 kejadian kecelakaan kereta api pada tahun 2008. Kecelakaan kereta api menyebabkan gangguan jadwal perjalanan kereta api yang mengalami kecelakaan, ataupun kereta api lainnya yang melewati jalur rel tersebut.

  Direktorat Jenderal Perkeretaapian Indonesia memiliki suatu standar sistem peraturan teknis perkeretaapian yang dijadikan sebagai bahan acuan bidang perkeretaapian. Terdapat 25 peraturan teknis (reglemen) perkeretaapian yang mengatur secara keseluruhan. Reglemen 19 Jilid I Bab IV Pasal 35, ayat 3 menyebutkan bahwa tiap keterlambatan kereta api lebih dari 10 menit harus dikabarkan dengan telegram oleh pengatur perjalanan kereta api stasiun tempat awal kereta api mengalami keterlambatan, yang dialamatkan kepada semua stasiun sepanjang lintasan kereta api yang terlambat. Sebagian reglemen-reglemen ini sudah tidak sesuai dengan perkembangan teknologi kereta api, sehingga diganti / diubah / ditambah oleh peraturan-peraturan lain misalnya Peraturan Pemerintah, Peraturan Dinas, Keputusan Direksi, Maklumat Direksi, atau peraturan lainnya. Penggantian / perubahan / penambahan tersebut saat ini sudah terlalu banyak, menimbulkan perbedaan persepsi dan tindakan dalam pelaksanaannya. Petugas teknis kereta api di suatu stasiun tidak mendapatkan informasi apapun tentang keterlambatan suatu kereta api, karena pengatur perjalanan kereta api jarang mewartakan telegram keterlambatan kereta api.

  Sebagian sistem informasi kereta api di dunia, khususnya negara berkembang masih mengandalkan metode analog yang sudah kuno. Alhasil saat ini dibutuhkan sistem teknologi informasi yang lebih modern dan mengacu pada konsep digital[2]. Berdasarkan hal di atas, penulis ingin membuat suatu sistem pemantau perjalanan kereta api yang menggunakan sistem teknologi informasi yang lebih modern dibandingkan yang sudah ada pada saat ini . Sistem ini memanfaatkan suatu frekuensi bebas 2,4 Ghz untuk mengirimkan data. Mikrokontroler memproses hasil keluaran dari sensor

• – sensor dan melanjutkan kepada transmitter 2,4 GHz untuk dikirimkan kepada receiver 2,4 GHz yang ada di stasiun pengawas. Petugas stasiun kereta api mendapatkan informasi tentang kereta api yang lewat dengan memanfaatkan data yang dikirim.

  1.2. Tujuan dan Manfaat Penelitian

  Tujuan dari penelitian ini adalah menghasilkan suatu sistem yang dapat memantau posisi keberadaan dan kecepatan dari suatu kereta api. Manfaat dari penelitian ini adalah :

  1. Sebagai alat bantu bagi petugas teknis kereta api supaya mendapatkan informasi keberadaan dan kecepatan kereta api.

  2. Membantu PT. Kereta Api Indonesia (PT. KAI) menyediakan layanan informasi dalam upaya peningkatan pelayanan pada masyarakat khususnya para pengguna layanan perkeretaapian.

  1.3. Batasan Masalah

  Batasan masalah pada penelitian ini adalah : 1. Jalur dan kereta api yang akan digunakan berupa model.

  2. Transmisi data menggunakan frekuensi 2,4 GHz

  3. Sensor yang digunakan adalah pemancar cahaya (laser diode) dan

1.4. Metedologi Penelitian

  Penulisan skripsi ini menggunakan metode:

  1. Pengumpulan bahan-bahan referensi berupa buku-buku, jurnal-jurnal dan sumber internet.

  2. Perancangan hardware.

  Tahap ini bertujuan untuk menentukan model yang sesuai dan optimal dari sistem yang akan dibuat. Gambar 1.1 memperlihatkan blok model sistem.

  Penampil sensor data

  Pengolah Pengolah pemancar penerima data data

Gambar 1.1. Blok Model Perancangan

  Sistem yang dibuat akan selalu bekerja. Sensor di dalam kereta api akan selalu aktif. Sensor akan aktif oleh penghalang yang berada di bawah di rel kereta api. Setelah melewati penghalang yang berada di rel kereta api, pengolah data di sisi pemancar akan mengolah keluaran dari sensor dan mengirimkan ke pemancar. Penerima akan menerima data yang dikirimkan. Pengolah data di sisi penerima akan mengolah data dari penerima dan meneruskan untuk ditampilkan.

  3. Implementasi hasil perancangan ke bentuk perangkat keras (hardware).

  4. Menguji dan mengambil data dari hasil perancangan.

  Pengujian alat dan pengambilan data dilakukan di setiap bagian Pengambilan data juga dilakukan pada keluaran modul penerima dan dicek apakah data yang dikirim sesuai dengan data yang diterima.

  5. Analisa data dilakukan dengan mengecek keakuratan data yang ada dan membandingkan dengan dasar teori serta perancangan. Analisa hasil percobaan dilakukan dengan menghitung persentase error yang terjadi selama pengambilan data. Error akan dianalisis apakah masih bisa ditoleransi atau sudah mengganggu sistem. Jika sudah mengganggu sistem, akan dicari penyebab error dan solusinya.

  6. Memberi kesimpulan berdasarkan hasil analisis.

BAB II DASAR TEORI

2.1. Frequency Band 2,4 GHz

  Sistem Wireless sangat terkenal untuk jaringan data di tingkat lokal dan komunikasi antara beberapa alat komunikasi dengan jarak 10 meter (komunikasi telepon seluler dengan computer menggunakan Bluetooth) , yang disebut

   (WLAN) dan (WPAN) [3]. Namun,

  Personal Area Network

  sebagian besar sistem yang ada merupakan sistem bebas lisensi, baik perencanaan sumber daya atau alokasi bandwidth. Sampai saat ini, sistem yang paling sering digunakan dalam frequency band industrial, scientific and medical (ISM) 2,4 GHz adalah IEEE802.11 dan Bluetooth.

  ZigBee dan IEEE802.15.4 adalah dua standar mendatang untuk jaringan nirkabel jarak pendek yang menggunakan frequency band ISM . Aplikasi keduanya diterapkan dalam otomatisasi rumah, industri, dan medis. Aplikasi medis memerlukan keandalan tertinggi di media transmisi.

  Frequency band

  ISM untuk Eropa adalah 868 MHz , untuk Amerika adalah 915 MHz, dan untuk digunakan di seluruh dunia adalah 2,4 GHz [4]. Frekuensi 2,4 GHz menyediakan bandwidth tertinggi per saluran dan jumlah saluran terbesar. Frequency

  

band 2,4 GHz adalah band yang umum digunakan untuk chip RF IEEE802.15.4.

  Dengan demikian, dalam beberapa bulan atau tahun ke depan, akan ada tiga sistem nirkabel dalam satu frequency band dengan skema modulasi dan saluran akses yang berbeda.

  Di setiap negara, penggunaan spektrum radio diatur oleh beberapa organisasi.

  (FCC) untuk Amerika Utara dan European

  Federal Communications Commission

  (ETSI) untuk Eropa. Regulator ini menentukan

  Telecommunications Standards Institute

  alokasi bandwidth dan aturan

• – aturan untuk masing-masing frekuensi radio. Aturan- aturan ini dapat bervariasi, tergantung pada tiap
• – tiap negara: FCC mengalokasikan baik 900 MHz dan 2,4 GHz band dengan daya maksimum 1 W, sedangkan ETSI hanya

kompatibel. Pengecualian utama adalah Jepang yang memiliki beberapa kendala tambahan. Tabel 2.1 memperlihatkan pembagian frequency band ISM menurut ITU

• – R.

Tabel 2.1 Pembagian frequency band ISM menurut ITU

• – R [4]

  Frekuensi tengah Frekuensi (Hz) (Hz)

24 24.125 GHz

• –24.25 GHz

  61

  61.25 GHz

• –61.5 GHz

  122 122.5 GHz

• –123 GHz 244 245 GHz
• –246 GHz 6.765 6.780
• –6.795 MHz 13.553 13.560 MHz
• –13.567 MHz 26.957 27.120 MHz
• –27.283 MHz

  40.66

  40.68 MHz

• –40.70 MHz 433.05 433.92 MHz
• –434.79 MHz 902 915 MHz
• –928 MHz 2.400 2.450
• –2.500 GHz 5.725 5.800 GHz
• –5.875 GHz

2.2. XBee PRO

  Modul XBee dan XBee-PRO dirancang untuk memenuhi standar ZigBee / IEEE 802.15.4 dan mendukung untuk kebutuhan biaya rendah serta rendah daya jaringan sensor nirkabel [5]. Modul ini memerlukan daya minimal dan dapat diandalkan dalam pengiriman data kritis antar perangkat. XBee-PRO beroperasi dalam frequency band

  ISM 2,4 GHz. Gambar 2.1 memperlihatkan konfigurasi pin XBee PRO. Tabel 2.2 memperlihatkan lebar frekuensi XBee PRO. Tabel 2.3 memperlihatkan spesifikasi

  XBee PRO.

  XBee PRO mempunyai beberapa keunggulan dalam hal keamanan jaringan,yaitu :

  1. Setiap saluran urutan langsung mempunyai 65.000 alamat yang berbeda.

  2. Mendukung pelaksanaan komunikasi point-to-point, point-to-multipoint, dan topologi peer-to-peer.

  3. Enkripsi hingga 128 bit.

  4. Menggunakan arus yang rendah yaitu

  a) Arus Tx : 270 mA ( @ 3.3 v)

  b) Arus Rx : 55 mA (@ 3.3 v)

  5. Tidak memerlukan konfugurasi selain di dalam modul XBee PRO

Tabel 2.2 Lebar Frekuensi XBee PRO [5]

  Frequency Band Channel Numbering

  Spreading Parameters Data Paramaters Chip Rate Modulation

  Bit Rate Symbol Rate

  Modulation 2.4-2.4835 GHz 11 to 26

  2.0 Mchips O-QPSK 250 kb/s

  62,5 kbaud 16-ary Orthogonal

Tabel 2.3 Spesifikasi XBee PRO [5] Komunikasi secara serial digunakan untuk berkomunikasi dengan perangkat lain menggunakan media kabel serial. Komunikasi serial ini menggunakan metode asinkronus serial. Gambar 2.2 memperlihatkan komunikasi XBee PRO.

Gambar 2.2 Komunikasi XBee PRO [5]

  Penggunaan komunikasi secara wireless akan mempengaruhi terhadap data yang dikirimkan. Data yang dikirimkan melalui gelombang radio harus melalui tahap

• – tahap terlebih dahulu. Oleh karena itu perlu dilakukan proses modulasi terlebih dahulu. Di negara Indonesia rentang frekuensi yang bebas digunakan adalah pada frekuensi 2,4 GHz. Modul XBee PRO menggunakan O-QPSK sebagai teknik modulasi.

  O-QPSK ( Ofseet

• – Quadrature Phase Shift Keying ) adalah salah satu

  pengembangan dari PSK (Phase Shift Keying ). Teknik modulasi ini merupakan teknik modulasi digital yang memanfaatkan fase dari suatu sinyal. Teknik modulasi O-QPSK tidak jauh berbeda dengan QPSK (Quadrature Shift Keying) yang memiliki 4 fase berbeda dimana setiap fase melambangkansuatu nilai data. Setiap simbol tersebut

  o

  berbeda 90 . Pada O-QPSK sinyal QPSK diperlambat 1 periode bit terhadap

  o

  infasenya,sehingga tidak akan terjadi loncatan fase lebih dari 180 .perbedaan tiap fase

  o

  simbol tidak akan lebih dari 90 . Gambar 2.3 memperlihatkan teknik modulasi O- QPSK.

  2.3. Laser

  (LASER) adalah

  Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

  sumber cahaya koheren yang monokromatik dan amat lurus dengan perbesaran intensitas cahaya oleh pancaran terangsang [6]. Semikonduktor ada 2 jenis, yaitu semikonduktor jenis N dan semikonduktor jenis P [7]. Laser semikonduktor biasa disebut laser injeksi, karena pemompaannya dilakukan dengan injeksi arus listrik lewat sambungan PN semikonduktornya. Laser ini adalah sebuah diode dengan prasikap tegangan maju biasa. Laser semikonduktor yang pertama diciptakan secara bersamaan oleh tiga kelompok pada tahun 1962. Diode diode yang digunakan adalah galiun arsenida-flosfida GaAsP (sinar-tampak merah).

  Prinsip kerja laser jenis ini mirip dengan prinsip kerja LED biasa. Pancaran fotonnya disebabkan oleh bergabungnya kembali dari lubang (hole) di daerah sambungan PN-nya. Bahan semikonduktor yang dipakai harus memiliki celah yang langsung, agar dapat melakukan radiasi foton tanpa melanggar kekekalan momentum. Oleh sebab itulah laser semikonduktor tidak pernah menggunakan bahan seperti germanium yang celah energinya tidak langsung.

  Laser semikonduktor masih mempunyai dua syarat tambahan jika dibandingkan dengan LED. Yang pertama, bahannya harus diberi doping banyak sekali sehingga tingkat ferminya melampaui tingkat pita konduksi di bagian N dan masuk ke bawah tingkat pita valensi di bagian P. Hal ini perlu agar keadaan populasi di daerah sambungan PN dapat dicapai. Yang kedua, rapat arus listrik maju yang digunakan haruslah besar, begitu besar sehingga melampaui harga ambangnya. Besarnya sekitar 50 ribu ampere/cm2 agar laser yang dihasilkan bersifat kontinu. Rapat arus ini luar biasa besar, sehingga diode laser harus ditaruh di dalam kriostat supaya suhunya tetap rendah (77 K). Arus yang besar dapat merusak daerah sambungan PN sehingga diode berhenti menghasilkan laser.

  2.4. Photo Transistor

  Sebuah photo transistor sama dengan transistor bipolar biasa, bedanya tidak terdapat terminal basis. Sebagai pengganti arus basis, input transistor diberikan dalam

Gambar 2.4 Gambar Fototransistor [8]

  Transistor bipolar memiliki 2 junction yang dapat disamakan dengan penggabungan 2 buah dioda. Emitter-base adalah satu junction dan collector-base adalah junction lainnya. Seperti pada dioda, arus hanya akan mengalir jika diberi prasikap tegangan positif, yaitu jika tegangan pada material P lebih positif daripada material N (forward bias). Ilustrasi transistor NPN ditunjukkan pada Gambar 2.5 ,

  

junction emitter-base diberi prasikap tegangan positif sedangkan collector-base

mendapat prasikap tegangan negatif (reverse bias).

Gambar 2.3 Transistor NPN [8]

  Transistor bipolar berbeda dengan photo transistor. Transistor mengalami kondisi cut off saat tidak ada arus yang mengalir melalui base ke emitter dan mengalami kondisi saturasi saat ada arus yang mengalir melalui base ke emitter. Photo transistor mengalami kondisi cut off saat tidak ada cahaya laser yang diterima dan kondisi saturasi saat ada cahaya laser yang diterima [9].

  Kondisi cut off adalah kondisi dengan photo transistor berada dalam keadaan off sehingga arus dari collector tidak mengalir ke emitter. Sehingga, I = 0 (2.1)

  b

  Kondisi saturasi adalah kondisi dengan photo transistor berada dalam keadaan ON

  Ic = Isat

  V _S

  I _sat Rc

  V _S Rc

  (2.2)

  I _sat

2.5. LCD

  LCD) adalah komponen yang berfungsi untuk

  Liquid Crystal Display (

  menampilkan suatu karakter pada suatu tampilan (display) dengan bahan utama yang digunakan berupa Liquid Crystal [10]. Apabila diberi arus listrik sesuai dengan jalur yang telah dirancang pada konstruksi LCD, Liquid Crystal akan berpendar menghasilkan suatu cahaya dan cahaya tersebut akan membentuk suatu karakter tertentu. Gambar konstruksi LCD disajikan pada Gambar 2.6

Gambar 2.6 Konstruksi LCD [10]

  LCD yang sering digunakan adalah jenis LCD M1632. M1632 merupakan modul LCD dengan tampilan 2 x 16 (2 baris, 16 kolom) dengan konsumsi daya rendah. Modul tersebut dilengkapi dengan mikrokontroler yang didesain khusus untuk mengendalikan LCD. Mikrokontroler HD44780 buatan Hitachi yang berfungsi sebagai pengendali LCD memiliki CGROM (Character General Read Only Memory), CGRAM (Character General Random Access Memory) , dan DDRAM (Display Data Random

  

Access Memory ). LCD bertipe ini memungkinkan pemrogram untuk mengoperasikan

  komunikasi data 8 bit atau 4 bit. Jika menggunakan jalur data 4 bit, maka akan ada 7 kontrol ke LCD ini adalah EN (Enable), RS (Register Select) dan R/W (Read/Write). LCD 2 x 16 disajikan pada Gambar 2.7.

Gambar 2.7 LCD 2 x 16 [10]

  12 DB5

  1. Vlcd merupakan pin yang digunakan untuk mengatur tebal tipisnya karakter yang tertampil dengan cara mengatur tegangan masukan.

  16 K Fungsi pin LCD pada Tabel 2.4 adalah :

  8 DB1

  15 A

  7 DB0

  14 DB7

  6 E

  13 DB6

  5 R/W

  4 RS

  LCD jenis M1623 memiliki jumlah pin sebanyak 16 yang memiliki fungsi berbeda-beda. Fungsi pin-pin tersebut disajikan pada Tabel 2.4.

  11 DB4

  3 Vlcd

  10 DB3

  (5V)

  CC

  2 V

  9 DB2

  1 GND

  Nomor Pin Simbol Nomor Pin Simbol

Tabel 2.4. Fungsi Pin-pin LCD [10]

  2. DB0 s/d DB7 merupakan jalur data yang dipakai untuk menyalurkan kode ASCII maupun perintah pengatur LCD. perintah untuk mengatur kerja LCD. Jika RS berlogika „1‟, maka data yang dikirimkan adalah kode ASCII yang ditampilkan.

  4. R/W (Read/Write) merupakan pin yang digunakan untuk mengaktifkan pengiriman dan pengembalian data ke dan dari LCD. Jika R/W berlogika „1‟, maka akan diadakan pengambilan data dari LCD. Jika R/W berlogika „0‟, maka akan diadakan pengiriman data ke LCD.

  5. E (Enable) merupakan sinyal singkronisasi. Saat E berubah dari logika „1‟ ke „0‟, data di DB0 s/d DB7 akan diterima atau diambil diambil dari port mikrokontroler.

  6. A (Anoda) dan K (Katoda) merupakan pin yang digunakan untuk menyalakan dari layar LCD.

  backlight

2.6 Mikrokontroler ATMega8535

  Mikrokontroler merupakam chip cerdas yang menjadi tren dalam pengendalian dan otomatisasi, terutama dikalangan mahasiswa [11]. Dengan banyak jenis keluarga, kapasitas memori, dan berbagai fitur, mikrokontroler menjadi pilihan dalam aplikasi prosesor mini untuk pengendalian skala kecil.

  Mikrokontroler AVR (

  Alf and vegard’s Risc processor) dari Atmel

  menggunakan arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer) yang artinya prosesor tersebut memiliki set instruksi program yang lebih sedikit dibandingkan dengan MCS-51 yang menerapkan arsitektur CISC (Complex Instruction Set Computer ).

  Hampir semua instruksi prosesor RISC adalah instruksi dasar (belum tentu sederhana), sehinggga instruksi-instruksi ini umumnya hanya memerlukan 1 siklus mesin untuk menjalankannya. Kecuali instruksi percabangan membutuhkan 2 siklus mesin. RISC biasanya dibuat dengan arsitektur Harvard, karena arsitektur ini memungkinkan untuk membuat eksekusi instruksi selesai dikerjakan dalam satu atau dua siklus mesin, sehingga semakin cepat dan handal. Proses downloading programnya relatif lebih mudah karena dapat dilakukan langsung pada sistemnya.

  Sekarang ini, AVR dapat dikelompokkan menjadi 6 kelas, yaitu keluarga ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATmega, keluarga AT90CAN, keluarga dan instruksi yang digunakan, mereka hampir sama. Sebagai pengendali utama dalam pembuatan sistem ini digunakan salah satu produk ATMEL dari keluarga ATMega yaitu ATMega8535 [11].

2.6.1 Konfigurasi Pin

  ATMega8535 terdiri atas 40 pin dengan konfigurasi seperti pada Tabel 2.5 dan Gambar 2.8.

Tabel 2.5. Deskripsi Pin [11]

2.6.2 Peta Memori

  Arsitektur AVR terdiri atas dua memori utama, yaitu Data Memori dan Program Memori. Sebagai tambahan fitur dari ATMega8535, terdapat EEPROM 512 byte sebagai memori data dan dapat diprogram saat operasi [11].

  ATMega8535 terdiri atas 8 Kbyte On-chip In-System Reprogrammable Flash untuk menyimpan program. Karena seluruh instruksi AVR dalam bentuk 16 bit

  Memory

  atau 36 bit, Flash dirancang dengan kompisisi 4K x 16. Untuk mendukung keamanan software atau program, Flash Program memori dibagi menjadi dua bagian yaitu bagian dan bagian Application Program. Gambar 2.9 mengilustrasikan susunan

  Boot Program Memori Program Flash ATMega8535.

Gambar 2.9. Peta Memori Program [11]

  Memori data terbagi menjadi 3 bagian, yaitu 32 buah register umum, 64 buah I/O, dan 512 byte SRAM Internal. Konfigurasi memori data ditunjukkan oleh

  register Gambar 2.10.

Gambar 2.10. Peta Memori Data [11]

  2.6.3 Stack Pointer Stack pointer

  d. Sebagai pembangkit frekuensi.

  c. Dua buah register pembanding.

  b. Dua buah unit pembanding.

  a. Desain 16 bit, sehingga memungkinkan untuk menghasilkan PWM 16 bit.

  2.6.4.2. Timer/Counter1 Timer/Counter1 adalah Timer/Counter 16 bit yang memungkinkan program pewaktu lebih akurat [11]. Fitur-fitur dari Timer/Counter1 ini adalah sebagai berikut.

  f. Sumber interupsi dari compare match (OCF0) dan overflow (TOV0).

  e. Clock prescaler 10 bit.

  c. Sebagai pembangkit gelombang PWM.

  merupakan suatu bagian dari AVR yang berguna untuk menyimpan data sementara, variabel lokal, dan alamat kembali dari suatu interupsi ataupun subrutin [11]. Stack pointer diwujudkan sebagai dua unit register, yaitu SPH dan SPL.

  b. Timer di-nol-kan saat proses pembanding tercapai (compare match).

  a. Counter 1 kanal.

  adalah Timer/Counter 8 bit yang multifungsi [11]. Fitur- fitur dari Timer/Counter0 pada ATMega8535 adalah sebagai berikut.

  2.6.4.1. Timer/Counter0 Timer/Counter0

  AVR ATMega8535 memiliki 3 buah timer, yaitu Timer/Counter0 (8 bit), Timer/Counter1 (16 bit), dan Timer/Counter2 (8 bit) [11].

  2.6.4 Timer ATMega8535

  Saat awal, SPH dan SPL akan bernilai 0, sehingga perlu diinisialisasi terlebih dahulu. SPH merupakan byte atas / Most Significant Bit (MSB), sedangkan SPL merupakan byte bawah / Least Significant Bit (LSB). Hal ini hanya berlaku untuk AVR dengan kapasitas SRAM lebih dari 256 byte.

  d. Satu buah input capture unit. g. Periode PWM yang dapat diubah-ubah.

  h. Sebagai pembangkit frekuensi. i. Empat buah sumber interupsi (TOV1, OCF1A, OCF1B, dan ICF1).

  2.6.5 Interupsi

  ATMega8535 memiliki 21 buah sumber interupsi [11]. Interupsi tersebut bekerja jika bit 1 pada Register status atau Status Register (SREG) dan bit pada masing-masing register bernilai 1. Penjelasan sumber interupsi terdapat pada Tabel 2.6.

Tabel 2.6. sumber interupsi [11]Tabel 2.6. Vektor Interupsi ATMega8535

  2.6.6 Osilator Mikrokontroler

  Rangkaian osilator adalah rangkaian pembangkit frekuensi untuk menentukan besarnya waktu untuk tiap siklus pada mikrokontroler [11]. Waktu yang dibutuhkan tiap satu siklus dapat dicari dengan persamaan :

  T = (2.4)

  Cycle

  2.7 Operational Amplifier

  (op-amp) pada dasarnya adalah sebuah differential

  Operational amplifier

  (penguat differential) yang memiliki 2 buah terminal input [12]. Terminal

  amplifier

input op-amp terdiri dari input inverting (-) dan input non-inverting (+). Gambar 2.11

  menunjukkan simbol dan rangkaian pengganti dari op-amp.

Gambar 2.11. Op-amp[12]

  (a). Simbol op-amp (b). Rangkaian pengganti op-amp Karakteristik dari op-amp ideal adalah sebagai berikut:

  a. Op-amp ideal memiliki open loop gain (penguatan loop terbuka) yang besarnya tak terhingga. Penguatan yang besar ini membuat op-amp menjadi tidak stabil dan penguatannya menjadi tidak terukur (infinite). Untuk membuat op-amp menjadi aplikasi yang memiliki nilai penguatan yang terukur (finite), op-amp memerlukan rangkaian umpan balik negatif (negative feedback).

  b. Besarnya impedansi input op-amp ideal adalah tak terhingga, sehingga tidak ada arus yang masuk pada kedua terminal input.

  2.8 Komparator

  Rangkaian dengan op-amp dapat digunakan sebagai pembanding tegangan yang akan membandingkan tegangan masukan (Vin) dengan tegangan referensi (Vref) [12]. Tegangan keluaran (Vo) tergantung besarnya Vin apakah lebih besar daripada Vref atau lebih kecil dari Vref

Gambar 2.12 Op-amp komparator dan karakteristik tegangan output (Vo) [12]Gambar 2.12 memperlihatkan jika tegangan masukan (Vin) lebih besar daripada tegangan referensi (Vref), maka tegangan keluaran (Vout) adalah positif jenuh tegangan

• V atau (+Vsat). Sebaliknya jika tegangan masukan (Vin) lebih kecil daripada tegangan
• referensi (Vref) maka nilai tegangan keluaran (Vout) adalah negatif jenuh tegangan V atau (-Vsat). Jadi Vout mempunyai nilai yang besarnya +Vsat dan
• –Vsat dan dapat pula

  bernilai 0V tergantung pemberian catu pada kaki V dan V . Gambar 2.13 menunjukkan grafik antara Vin, Vout, dan Vref.

Gambar 2.13. Grafik Vout dan Vin yang sudah dibandingkan dengan Vref [12]

2.9 LED

  (LED) secara konstruksi adalah sebuah dioda PN junction

  Light Emitting Dioda bahan tipe P dan tipe N [7] [13]. Perbedaannya terletak pada bahan yang digunakan.

  Dioda PN junction atau yang biasa disebut dioda saja terbuat dari bahan Silikon (Si) langsung ke jalur valensi untuk mengalirkan arus Kontruksi LED dapat dilihat pada Gambar 2.14.