BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Sensor Ultrasonik - Perancangan Monitoring Jarak Jauh Ketinggian air Pada Waduk Menggunakan Sensor Ultrasonik Berbasis PC

BAB II LANDASAN TEORI

2.1 Sensor Ultrasonik

  Sensor ultrasonik adalah sensor yang bekerja memancarkan dan menerima gelombang dengan besar frekuensi diatas gelombang frekuensi suara yaitu lebih dari 20 KHz. Rangkaian sensor ultrasonik terdiri dari rangkaian pemancar ultrasonik yang disebut transmitter dan rangkaian penerima ultrasonik disebut dengan receiver. Sinyal ultrasonik yang dibangkitkan akan dipancarkan dari transmitter ultrasonik. Ketika sinyal mengenai benda penghalang maka sinyal ini dipantulkan dan diterima oleh receiver ultrasonik. Sinyal yang diterima oleh rangkaian receiver dikirimkan ke rangkaian mikrokontroler untuk selanjutnya diolah untuk menghitung jarak terhadap benda didepannya (bidang pantul). Sensor ultrasonik bekerja berdasarkan sistem kerja gelombang, dimana gelombang yang digunakan adalah gelombang suara. Waktu untuk pada saat gelombang suara itu dibangkitkan dan dipantulkan kembali oleh receiver akan membutuhkan waktu.Waktu itulah yang akan menjadi data untuk menghitung jarak yang akan kita ukur karena besaran kecepatan telah ada yaitu kecepatan suara. Dengan kata lain sensor ultrasonik bekerja berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara. Berikut adalah spesifikasi sensor ultrasonik :

  a. Power Suply : 5 Volt

  b. Frekuensi Ultrasonik : 40 KHz

  c. Jarak maksimal : 400 cm

  d. Jarak minimal : 2 cm

  e. Trigger Pulse Width : 10 µs

  f. Dimensi : 43 x 20 x 15 Sensor ultrasonik bekerja dengan mengirimkan gelombang suara menuju target dan mengukur waktu yang diperlukan untuk pulsa melenting kembali. Waktu yang diperlukan gaung untuk kembali ke sensor berbanding lurus dengan jarak atau tinggi dari objek, sebab suara mempunyai kecepatan konstan. Sinyal gaung yang kembali secara elektronis diubah menjadi output 4mA sampai dengan 20mA, yang mensuplai kecepatan aliran yang dimonitor ke alat kontrol eksternal. Objek padat, cair, butiran dan tekstil dapat dideteksi dengan sensor ultrasonik. Reflektifitas suara dari permukaan cairan sama dengan objek padat. Tekstil dan buih menyerap gelombang suara dan mengurangi rentang pensensoran.

2.1.1 Prinsip kerja sensor ultrasonik

  Ketika gelombang ultrasonik melewati suatu objek, sebagian dipantulkan, sebagian diteruskan dan sebagian lagi diserap. Sensor itu menghasilkan gelombang suara dan memancarkannya sehingga mengenai objek yang berada didepannya kemudian pantulan gelombang suara dari objek yang berada didepannya ditangkap dengan perbedaan waktu yang digunakan sebagai dasar perhitungan jarak objek. Perbedaan waktu pancaran dan waktu pantulan berbanding lurus dengan jarak objek yang memantulkannya. Jenis objek yang di indranya dapat berupa zat padat, cair dan butiran.

Gambar 2.1 Prinsip kerja sensor ultrasonik

2.1.2 Timing Diagram sensor Ultrasonik

  Timing diagram sensor ultrasonik ditunjukkan pada gambar 2.2 dibawah ini. Kita hanya perlu menyediakan pulsa 10 µs untuk memicu masukan atau masukan

  trigger untuk memulai dan kemudian modul akan mengirim 8 siklus gelombang

  ultrasonik 40 KHz dan meningkatkan gaungnya (echo). Echo adalah jarak objek yang merupakan lebar pulsa dan jarak pada setiap bagiannya. Rentang melalui interval waktu antara pengiriman sinyal pemicu dan penerima sinyal echo dapat dihitung. Persamaannya adalah level waktu paling tinggi dikalikan dengan kecepatan (340m/s) dibagi dua.

Gambar 2.2 Timing diagram sensor ultrasonik

2.2 Mikrokontroler ATmega 8535

  Mikrokontroler Atmega 8535 merupakan mikrokontroler 8-bit teknologi CMOS dengan konsumsi daya rendah yang berbasis arsitektur enhanced RISC AVR. Dengan eksekusi instruksi yang sebagian besar hanya menggunakan satu siklus

  , Atmega 8535 mencapai throughput sekitar 1 MIPS per MHz yang

  clock

  mengizinkan perancangan sistem melakukan optimasi konsumsi daya versus kecepatan pemrosesan.

  2.2.1 Arsitektur AVR ATmega8535

  AVR merupakan mikrokontroler dengan arsitektur Harvard dimana antara kode program dan data disimpan dalam memori secara terpisah. Umumnya jenis arsitektur Harvard ini menyimpan kode program dalam memori permanen atau semi permanen (non volatile) sedangkan data disimpan dalam memori tidak permanen (volatile). Prosesor AVR menggabungkan set instruksi yang kaya dengan 32 register umum (general purpose registers, GPRs). Semua 32 register tersebut dikoneksikan langsung dengan Arithmetic Logic Unit (ALU), mengizinkan dua register independen untuk diakses dalam satu instruksi yang dieksekusi dalam satu siklus clock. Arsitektur yang dihasilkan adalah arsitektur yang kode operasinya lebih efisien serta pencapaian throughtput nya hingga sepuluh kali lebih cepat daripada mikrokontroler CISC (Complex Instruction Set Computer) konvensional. Beberapa fitur utama yang tersedia pada ATmega 8535 adalah :

  a. Port I/O 32 bit, yang dikelompokkan dalam Port A, Port B, Port C dan Port D.

  b. Analog to Digital Converter 10-bit sebanyak 8 input.

  c. Timer/counter sebanyak 3 buah dengan compare mode.

  d. CPU 8 bit yang terdiri dari 32 register.

  e. SRAM sebesar 512 byte.

  f. Memory Flash sebesar 8 Kbyte dengan kemampuan read while write.

  g. Interupsi Internal maupun eksternal.

  h. Port Komunikasi SPI. i. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi. j. Analog Comparator. k. Komunikasi serial standar USART dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps. l. Frekuensi clock maksimum 16 MHz.

  2.2.2 Konfigurasi Pin ATmega 8535

  Konfigurasi pin mikrokontroler AVR ATmega 8535 untuk 40 pin DIP (dual in line package ) ditunjukkan pada gambar 2.2 berikut ini.

  Atmega 8535 ^{1 2 3 4 5 6}

   20 ^{19 18 17 16 15 14 9 11 12 13 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 22 23 24 25 26 27 28 29 7 8 10 PA0 (ADC0) PA1 (ADC1) PA2 (ADC2) PA3 (ADC03) PA4 (ADC4) PA5 (ADC5) PA6 (ADC6) PA7 (ADC7) AREF GND AVCC PC7 (TOSC 2) PC6 (TOSC 1) PC5 PC4 PC3 PC2 (XCK/T0) PB0} ₂₁ ^{PC1 (SDA) PC0 (SCL)} _{PD7 (OC2)} ^{(T1) PB1 INT 2/AIN0) PB2 (OCO/AIN1) PB3 (SS) PB4 (MOSI) PB5 (MISO) PB6 (SCK) PB7 RESET VCC GND XTAL 2 XTAL 1 (RXD) PD0 (TXD) PD1 (INTO) PD2 (INT1) PD3} _{(ICP1) PD6} ^{(OC1A) PD5 (OC1B) PD4}

Gambar 2.3 Konfigurasi Pin ATmega 8535

  Untuk dapat memahami lebih jauh tentang konfigurasi pin ATmega 8535 maka pada tabel 2.1 dijelaskan deskripsi kaki-kaki atau pin ATmega8535.

Tabel 2.1 Konfigurasi Pin ATmega 8535

  No.Pin Nama Pin Keterangan

  10 VCC Catu daya

  11 GND Ground 40 - 33 Port A : PA0- PA7 (ADC0- ADC7)

  Port I/O dua arah dilengkapi internal pull

  up resistor . Port ini juga dimultipleks

  dengan masukan analog ke ADC 8 kanal

• – 1-7 Port B : PB0 Port I/O dua arah dilengkapi internal pull

  PB7 up resistor. Fungsi lain dari port ini masing masing adalah : PB0 : To (timer/counter0 external counter input) PB1 : T1 (timer/counter1 external conter input) PB2 : AIN0 (analog comparator positive input) PB3 : AIN1 (analog comparator positive input) PB4 : SS (SPI slave select input) PB5 : MOSI (SPI bus master input/slave input) PB6 : MISO (SPI bus master input/slave input) PB7 : SCK (SPI bus serial clock)

• – 22 - 29 Port C : PC 0 Port I/O dua arah dilengkapi internal pull

  PC 7 up resistor. Dua pin yaitu PC6 dan PC7 berfungsi sebagai osilator eksternal untuk timer/counter 2.

• – 14-21 Port D : PD0 Port I/O dua arah dilengkapi internal pull

  PD7 up resistor. Fungsi lain dari port ini masing masing adalah : PD0 : RXD (UART input line) PD1 : TXD (UART input line) PD2 : INT0 (eksternal interrupt 0 input) PD3 : INT 1 (eksternal interrupt 1 input) PD4 : OC1B ( timer/counter 1 output compare B match input) PD5 : OC1A ( timer/counter 1 output compare A match input)

  PD6 : ICP (timer/counter1 input capture pin) PD7 : OC2 (timer/counter2 output compare match output)

  9 RESET Masukan reset. Sebuah reset terjadi jika pin ini diberi logika low melebihi periode minimum yang diperlukan.

  13 XTAL 1 Masukan ke inverting oscillator amplifier dan masukan ke rangkaian internal clock.

  12 XTAL 2 Keluaran dari inverting oscillator amplifier

  30 AVCC Catu daya untuk port A dan ADC

  31 AGND Analog Ground

  32 AREF Refrensi masukan analog untuk ADC

  2.2.3 Komunikasi serial dan USART ATmega8535

  Komunikasi serial merupakan salah satu alternatif yang relatif murah untuk menggantikan komunikasi paralel, karena transfer data parallel menggunakan 8 jalur konduktor/kawat untuk mentransfer 8-bit sekaligus. Dengan menggunakan komunikasi komunikasi serial, maka hal tersebut dapat dilakukan dengan hanya menggunakan satu kawat konduktor saja, tetapi ditransfer bit demi bit sebanyak 8 kali untuk dapat menyelesaikan transfer satu byte data.

  2.2.4 USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter)

  USART merupakan teknik komunikasi antara mikrokomputer (PC) dengan sistem lain seperti mikroprosesor atau mikrokontroler baik secara sinkron atau asinkron dengan pengiriman secara serial, yaitu pentransferan data bit demi bit sampai membentuk satu frame data yang diawali dengan start bit dan diakhiri dengan stop bit.

  Komunikasi data serial secara sinkron merupakan bentuk komunikasi data serial yang memerlukan sinyal clock untuk sinkronisasi, sinyal clock tersebut akan tersulut pada setiap bit pengiriman bit yang pertama dengan perubahan bit data yang dapat diketahui oleh penerima dengan singkronisasi melalui sinyal clock. Sedangkan komunikasi asinkron adalah suatu komunikasi data serial yang tidak memerlukan sinyal clock sebagai sinkronisasi. Namun pengiriman data ini harus diawali dengan start bit dan diakhiri dengan stop bit. Sinyal clock merupakan baud rate dari komunikasi data yang dibangkitkan oleh masing-masing baik penerima maupun pengirim data dengan frekwensi yang sama, jika nilai baud rate berbeda maka tidak akan pernah terjadi komunikasi.

  Prinsipnya yaitu bahwa penerima hanya perlu mendeteksi start bit sebagai awal pengiriman data, selanjutnya komunikasi data terjadi antar dua buah shift

  

register yang ada pada pengirim maupun penerima. Setelah 8 bit data diterima,

  penerima akan menunggu adanya stop bit sebagai tanda bahwa 1 byte data telah dikirim dan penerima dapat siap untuk menunggu pengiriman data berikutnya.

  Pengiriman data Asinkron

  Pada pengiriman data tak sinkron, setiap karakter dikirimkan sebagai satu kesatuan (entity) bebas, yang berarti bahwa waktu antara pengiriman bit terakhir dari sebuah karakter dan bit pertama dari karakter berikutnya tidak tetap. Pengiriman data asinkron lebih sederhana dibanding pengiriman sinkron, karena hanya isyarat data saja yang dikirimkan. Detak penerima dibangkitkan secara lokal didalam penerima dan tetap dijaga agar sesuai dengan detak pengirim yang menggunakan bit awal (start bit) dan bit akhir (stop bit) yang dikirimkan dengan setiap karakter. Pada keadaan tidak berfungsi, pengirim akan mempertahankan tegangan jalur pada aras biner 1, dan detak penerima dihentikan.

  Pada saat pengirim mempunyai karakter untuk dikirim, pertama kali pengirim akan mengubah tegangan jalur menjadi aras biner 0, disebut bit awal, selama periode waktu satu bit setelah itu bit dari karakter tersebut dikirimkan. Detak penerima akan diawali dengan mengubah kondisi bit awal menjadi 0 dan kemudian bekerja secara bebas untuk membangkitkan pulsa detak. Pulsa detak pertama harus terjadi setelah selang waktu kira kira 1,5 bit dan setelah itu setiap bit harus dicacah dengan interval waktu satu bit. Hal ini berarti detak penerima biasanya disesuaikan untuk meyakinkan bahwa waktu transisi detak terjadi kira- kira separuh dari waktu yang diperlukan untuk menerima sebuah bit. Dengan demikian, pencacahan setiap bit terjadi ditengah-tengah nya dan inilah yang diinginkan supaya kemungkinan terjadinya kesalahan dapat diperkecil. Pada akhir setiap karakter, bit akhir dikirimkan, tegangan pada aras biner adalah 1 untuk menghentikan detak penerima. Strategi metode ini adalah mencegah masalah pewaktuan dengan tidak mengirim aliran bit panjang yang tidak putus-putusnya, melainkan data ditransmisikan perkarakter pada suatu waktu, dimana tiap karakter adalah 5 sampai 8 bit panjang nya. Timing atau sinkronisasi harus dipertahankan diantara tiap karakter. Pesawat penerima mempunyai kesempatan untuk menyinkronkan awal dari tiap karakter baru.

  

Arah aliran Data

Start Bit Stop Bit

  1 1 1 1 1 1 1 0 1 1

Data

  Sender Receiver

  1

  1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1

Gambar 2.4 Transmisi Asinkron dan komunikasi Asinkron

  Pada aplikasi proses komunikasi asinkron ini selalu digunakan untuk mengakses komponen-komponen yang mempunyai fasilitas UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) seperti pada port serial PC atau port serial mikrokontroler lain. Efisiensi sistem tak sinkron tidak begitu tinggi, karena hanya 7 dari 10 bit yang dikirimkan berisi informasi yang sesungguhnya. Istilah asynchronous dipakai untuk menunjuk ke suatu kanal yang mempunyai kemampuan untuk mengirimkan data tetapi tidak dapat melakukan isyarat pewaktuan (timing sgnal).

  Jika detak penerima bekerja pada kecepatan yang berbeda dengan detak pengirim akan terjadi kemungkinan penerima tidak menerima setiap bit yang dikirim oleh pengirim. Jika detak penerima sedikit lebih cepat dari pengirim, penerima akan ambil sampel data yang datang lebih cepat. Setelah itu penerima akan mengambil sampel bit yang sama untuk kedua kalinya dan data yang diterima akan keluar dari sinkronisasi dengan data yang dikirim. Contoh perangkat berbasis transmisi asinkron adalah RS 232, USB.

2.2.5 Inisialisasi USART ATmega 8535 Sebelum dilakukan komunikasi maka USART harus terlebih dahulu di inisialisasi.

  Umumnya proses inisialisasi terdiri dari setting terhadap baud rate, setting pada format frame dan melakukan enable pada pemancar atau penerima tergantung penggunaanya. Pada operasi USART yang digerakkkan oleh interupsi, ketika dilakukan maka Global interrupt Flag harus di clear dan interupsi global harus di

  disable.

  Sebelum dilakukan re-inisialisasi dengan mngubah baud rate atau format frame, dipastikan sedang terjadi transmisi selama periode perubahan register. TXC Flag dapat digunakan untuk mencek pemancar bahwa semua transfer telah selesai dan RXC Flag dapat digunakan untuk mencek bahwa tidak terjadi unread data pada

  receive buffer . Perlu dicatat bahwa TXC Flag harus di clear sebelum setiap transmisi (sebelum UDR ditulis) jika hal ini digunakan untuk tujuan tersebut.

  2.2.5.a Pengiriman Data – Pemancar USART ATmega 8535

  Pemancar USART di enable dengan melakukan setting bit TXEN (Transmit ) pada register UCSRB. Ketika pemancar di enable, operasi port normal

  Enable

  pin TXD dikesampingkan oleh USART dan melakukan fungsi sebagai output pemancar serial. Baud rate, mode operasi dan frame format harus di set up sebelum dilakukan transmisi. Jika digunakan operasi sinkron clock pada pin XCK akan dikesampingkan dan digunakan sebagai clock transmisi.

  2.2.5.b Penerimaan Data – Penerimaan USART ATmega 8535

  Penerima (receiver) USART di enable dengan cara menulisi bit Receive Enable (RXEN) dalam register UCSRB dengan satu. Ketika penerima di enable, operasi pin normal dari pin RxD dikesampingkan oleh USART dan memberikan fungsi masukan Receiver Serial.Baud rate, mode operasi dan format frame harus di set up pertama kali sebelum suatu penerimaan serial dapat dilakukan. Jika digunakan operasi sinkron, maka clock pada pin XCK akan digunakan sebagai clock transfer.

2.2.6 Arsitektur Internal USART ATmega 8535

  Komunikasi USART merupakan fasilitas komunikasi serial yang disediakan oleh mikrokontroler AVR ATmega8535 baik secara sinkron maupun asikron. Komunikasi serial sinkron adalah komunikasi antara mikrokontroler dengan

  peripheral lain dimana sinyal clock yang digunakan antara transmitter dan

  receiver berasal dari satu sumber clock. Sedangkan komunikasi serial asinkron masing masing mempunyai sumber clock sendiri. Komunikasi USART dilakukan dalam mode full duplex (dua arah) antara transmitter dan receiver (dua arah).

  Komunikasi serial yang banyak digunakan adalah teknik asikron, dimana untuk menjaga sinkronisasi antara transmitter dan receiver maka digunakan teknik pembingkaian data (framing) menggunakan bit start dan stop pada awal dan akhir setiap byte data dalam rangkaian transmisinya. Kecepatan data untuk komunikasi serial asinkron jauh lebih lambat daripada komunikasi serial sinkron, tetapi penggunaanya lebih sederhana dan hanya menggunakan kawat tunggal antara transmitter dan receiver.

  UBRR [H:L] BAUD RATE GENERATOR _{SYNC LOGIC CONTROL PIN XCK} TRANSMITTER UDR (TRANSMIT) TX CONTROL

  PARITY TANSMIT SHIFT GENERATOR PIN CONTROL REGISTER _{RECEIVER TxD} CLOCK RECOVERY RX CONTROL RECEIVE SHIFT REGISTER DATA PIN _RxD RECOVERY

  CONTROL UDR (RECEIVE) PARITY CHECKER

  UC&RA UC&RB UC&RC

Gambar 2.5 Diagram blok arsitektur USART mikrokontroler AVR ATmega 8535

2.2.7 Sistem memori ATmega 8535

  Kode program/instruksi disimpan dalam Flash memory, yaitu memori jenis non-

  volatile yang tak akan hilang datanya meskipun catu daya dimatikan. Hampir -

  semua instruksi berukuran 16-bit yang terdiri dari upcode dan data atau operand yang nantinya akan diolah oleh instruksi tersebut. Hal ini tentu berbeda dengan mikrokontroler pada umumnya dan sedikit membingungkan, karena mikrokontroler AVR 8-bit memiliki lebar memori program 16-bit tetapi memori data RAM 8-bit. Jadi setiap pengalamatan program akan mengambil data selebar 16 bit tetapi untuk pengalamatan data RAM hanya 8 bit.

  Meskipun tidak berlaku untuk semuanya tetapi pada umumnya ukuran kapasitas memori program keluarga AVR ditunjukkan dari namanya. Sebagai contoh ATmega64x berarti memiliki kapasitas memori program sebesar 64 kbyte. Dalam program ini bahasa pemrograman yang digunakan adalah bahasa pemrograman C.

2.3 Dasar Sistem Komunikasi Wireless

  Pada sepuluh tahun terakhir, dampak komunikasi wireless begitu terasa dalam aktivitas manusia sehari-hari, termasuk pada dunia bisnis, pendidikan, social dan lainnya. Penggunaan telepon seluler, pager, dan wireless Personal Digital Assistant (PDA) menjadi hal biasa dan begitu mudah melupakan kita pada sepuluh tahun lampau dimna semua itu bagaikan mimpi yang mustahil terwujud, yang nyatanya saat ini sudah begitu banyak orang yang dapat menikmati dan mengambil manfaatnya.

  Perspektif sejarah memberi kita pemahaman tentang evolusi substansial yang berlangsung selama ini. Jaringan wireless tidak lain merupakan buah dari banyak langkah evolusioner yang ditemukan manusia, terutama diawali dari konsep telegraf dan aplikasi radio. Meskipun penemuan itu terjadi pada decade 1800-an, sebagian besar evolusi komunikasi wireless modern lahir seiring berkembangnya teknologi elektrik dan ilmu fisika.

  Pada umumnya suatu sistem yang lengkap akan mengandung suatu pemancar (transmitter), suatu medium pentransmisi dimana informasi ditransmisi, dan suatu penerima (receiver) yang menghasilkan suatu replica (salinan) informasi masukan (input) di keluaran (output) nya. Dalam kebanyakan pesawat komunikasi, pentransmisian informasi sangat berhubungan dengan modulasi atau perubahan waktu suatu sinyal sinusoida tertentu, yang dinamakan pembawa (carrier). Suatu diagram sistem dapat digambarkan pada gambar berikut ini ;

  Rangkaian- Pemodulasi Medium Transmisi Pendemodulasi rangkaian pembawa

  Pemancar Penerima

Gambar 2.6 Dasar Sistem komunikasi

  Pada umumnya pemancar pemancar mengandung sumber informasi yang ditransmisi dalam kasus alat penyelidik ruang angkasa dapat berupa sinyal-sinyal suara, sinyal Televisi, cetak luaran (printout) komputer, data telemetri atau mungkin data telemetry yang ditransmisi dari suatu instalasi yang dioperasikan secara otomatis dari jauh ke stasiun control sentral. Ketika sinyal-sinyal melewati medium transmisi (atau yang sering disebut sebagai saluran/channel, sinyal didistorsi, bising dan sinyal-sinyal penginterferensi (pengganggu) ditambahkan dan ini menjadi salah satu tugas utama kita untuk menafsirkan secara betul sinyal- sinyal yang akhirnya diterima ditujuan yang diinginkan.

2.3.1 Data dan Sinyal

  Dalam penelitian ini data yang dikirimkan melalui media transmisi adalah berbentuk deretan bit. Namun di dalam media transmisi misalnya gelombang radio atau kabel bukanlah bit 1 dan bit 0 berderet-deret dari ujung kabel satu ke ujung kabel lain. Untuk dapat ditransmisikan, data harus ditransformasikan terlebih dahulu ke dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Bit 1 dan 0 akan mewakili oleh tegangan listrik dengan nilai amplitudo yang berbeda. Sebagai contoh bit 1 diwakili oleh tegangan 1 volt dan bit 0 diwakili oleh tegangan -1 volt. Dalam ilustrasi diatas bit 1 dan 0 adalah data, sedangkan tegangan listrik yang melewati media transmisi adalah sinyal. Jadi setiap data yang akan ditransmisikan harus ditransformasikan ke dalam bentuk sinyal terlebih dahulu. Perlu diingat bahwa bentuk sinyal tidak selalu tegangan +1 dan 1. Dalam komunikasi data, sinyal dapat direpresentasikan dengan level tegangan yang berbeda-beda tergantung pada spesifikasi perangkat keras.

  Berdasarkan bentuknya, data dan sinyal dapat dibedakan ke dalam data dan sinyal

  analog atau data dan sinyal digital. Suatu data atau sinyal dikatakan analog

  apabila amplitudo dari data atau sinyal tersebut terus-menerus ada dalam rentang waktu tertentu (kontinu) dan memiliki variasi nilai amplitudo tak terbatas. Misalnya, data yang berasal dari suara (Voice) tergolong sebagai data analog. Sebaliknya data atau sinyal dikatakan digital apabila amplitudo dari data atau sinyal tersebut tidak kontinu dan memiliki variasi nilai amplitudo yang terbatas (diskrit).

  2.3.2 Nirkabel (Jaringan tanpa kabel)

  Media komunikasi nirkabel dikenal dengan unguided media karena sinyal yang berupa gelombang elektromagnetik melintasi tanpa menggunakan kabel. Gelombang elektromagnetik tersebut ditransmisikan melalui melintasi udara terbuka dengan menggunakan antenna. Gelombang tersebut dapat membentur dan memantul tanah, gedung, pohon, tiang listrik dan apa pun yang berada diantara antenna pengirim dan penerima. Karena itu, gelombang elektromagnetik lebih rentan terhadap gangguan interferensi, atenuasi dan derau dari luar. Setiap benturan dan pantulan berpengaruh terhadap pelemahan energi gelombang. Bahkan akibat adanya pantulan, beberapa gelombang dapat datang bersamaan pada sisi penerima, model gelombang ini disebut dengan multipath propagation. Karena itu perangkat pada sisi penerima gelombang elektromagnetik membutuhkan kemampuan deteksi lebih kompleks jika dibandingkan dengan perangkat penerima pada komunikasi dengan media kabel.

  2.3.3 Transmisi sinyal radio

  Radio merupakan transmisi wireless, yang menangkap impuls elektrik atau sinyal melalui gelombang elektromagnetik (electromagnetic waves). Gelombang elektromagnetik hadir pada semua tingkatan frekuensi. Subset kecil dari tingkatan frekuensi yang umum adalah spektrum Radio Frequency (RF) dengan range 9 KHz sampai 300 GHz. Seorang ilmuwan Jerman, Heinrich Hertz, mendemonstrasikan energi elektrikal (tahun 1887) yang dapat ditransmisikan melalui ruang gelombang elektromagnetik. Menyusul kemudian, seorang ilmuwan italia, Guglielmo Marconi, terinspirasikan temuan Hertz, dan lahirlah radio pertama melalui kreasinya. Radio mentransmisi dan menerima sinyal melalui area luas dalam bentuk gelombang elektromagnetik, pada tingkat frekuensi tertentu yang berbeda dengan gelombang elektromagnetis lainnya, seperti spektrum inframerah dan sinar rontgen (x-rays).

  Jaringan wireless menggunakan gelombang radio (Radio Frequency/RF) untuk melakukan komunikasi data antara transmitter dan receiver. Komunikasi data merupakan proses pentransmisian data secara elektronik melalui media berupa kabel maupun tanpa kabel (nirkabel). Transmisi data adalah proses yang terjadi antara transmitter dan receiver melalui suatu media transmisi yang diklasifikasikan menjadi dua bagian yaitu guided media dan unguided media. Apabila guided media mengacu pada media transmisi fisik berupa kabel sedangkan unguided media mengacu pada transmisi nirkabel. Tujuan dari sebuah sistem komunikasi data adalah pertukaran data secara elektronik antara dua belah pihak. Secara umum, model komunikasi data dapat diilustrasikan seperti pada

gambar 2.7 yang merupakan model komunikasi data yang disederhanakan.

  

Media

Sumber Transmitter Receiver Tujuan

Transmisi

Gambar 2.7 Model Komunikasi Data Nirkablel

  Sistem komunikasi wireless dengan frekuensi radio terdiri dari perangkat- perangkat yang diantaranya adalah :

  1. Data (input)

  2. Modem (modulator dan demodulator) 3. transmitter (pemancar)

  4. Receiver (penerima)

  1.Data (Input)

  Data dalam komunkasi wireless ini bisa berupa video, audio, dan data-data yang lain. Dalam penelitian ini data yang masuk ke transmitter adalah berupa data digital yaitu data ASCII dari mikrokontroler.

  2. Modem (modulator dan demodulator)

  Modulasi adalah proses perubahan (varying) suatu gelombang periodik sehingga menjadikan suatu sinyal mampu membawa suatu informasi. Dengan kata lain modulasi adalah proses modifikasi sinyal carrier terhadap sinyal input,Sinyal informasi (suara, gambar, data), agar dapat dikirim ke tempat lain, sinyal tersebut harus ditumpangkan pada sinyal lain. Dengan proses modulasi, suatu informasi (biasanya berfrekuensi rendah) bisa dimasukkan ke dalam suatu berfrekuensi tinggi. Terdapat tiga parameter kunci pada suatu gelombang sinusiuodal yaitu

  Ketiga parameter tersebut dapat dimodifikasi sesuai dengan sinyal informasi (berfrekuensi rendah) untuk membentuk sinyal yang termodulasi.Peralatan untuk melaksanakan proses modulasi disebut modulator, sedangkan peralatan untuk memperoleh informasi informasi awal (kebalikan dari dari proses modulasi) disebut demodulator dan peralatan yang melaksanakan kedua proses tersebut disebut Berikut beberapa tujuan dari Modulasi: 1. Transmisi menjadi efisien atau memudahkan pemancaran.

  2. Menekan derau atau interferensi.

  3. Untuk memudahkan pengaturan alokasi frekuensi radio.

  4. Untuk multiplexing: proses penggabungan beberapa sinyal informasi untuk disalurkan secara bersama-sama melalui satu kanal transmisi.

  3.Transmitter (Tx)

  Transmitter merupakan interface yang memodulasi bit stream digital ke dalam bentuk gelombang yang tepat, mampu mempropogasikan gelombang tersebut melalui saluran komunikasi.

  Transmitter adalah bagian dari sistem komunikasi wireles yang berfungi untuk mengirimkan data ke tempat lain berupa gelombang radio. Dalam perancangan alat ini, transmitter yang digunakan adalah Modul RF transmitter 1020U.

  4.Receiver (Rx)

  Receiver merupakan bagian yang berfungsi untuk menerima sinyal atau data yang dikirimkan oleh transmitter (pemancar). Pada dasarnya pada bagian penerima komponen yang digunakan adalah antenna, antenna inilah yang mengubah gelombang elektromagnetik dari media kabel ke ruang bebas dan sebaliknya dari ruang bebas ke media kabel.Dalam perancangan alat ini, receiver yang digunakan adalah Modul RF receiver 1020U.

2.3.4 Transmisi sinyal digital

  Proses transmisi data selalu dikonversi menjadi sinyal terlebih dahulu. Data tersebut bisa berbentuk data analog dan data digital. Dalam penelitian data yang akan ditransmisikan melalui gelombang radio adalah data ASCII yang merupakan data digital. Sinyal juga dapat berupa sinyal analog dan sinyal digital. Transmisi

  baseband adalah representasi data analog atau data digital menjadi sinyal digital

  pada proses transmisi. Sedangkan passband adalah representasi data analog atau data data digital menjadi sinyal analog pada proses transmisi. Transmisi passband ditandai dengan pergeseran frekuensi dari frekuensi data data yang umumnya rendah menjadi frekuensi sinyal yang tinggi sesuai dengan frekuensi gelombang pembawa (carrier frequency).

  2.3.4.a FSK (Frequency Shift Keying)

  Frequency Shift Keying atau pengiriman sinyal melalui pergeseran frekuensi. Metode ini merupakan suatu bentuk modulasi yang memungkinkan gelombang modulasi menggeser frekuensi output gelombang pembawa. Pergeseran ini terjadi antara harga harga yang telah ditentukan semula dengan gelombang output yang tidak mempunyai fasa terputus-putus. Dalam proses modulasi ini besarnya frekuensi gelombang pembawa berubah-ubah sesuai dengan perubahan ada atau tidak adanya sinyal informasi digital. FSK merupakan metoda modulasi yang paling populer. Dalam proses ini gelombang pembawa digeser keatas dan kebawah untuk memperoleh bit 1 dan bit 0. Kondisi ini masing masing disebut space dan mark. Keduanya merupakan standar transmisi data.

  1

  1

  1

  1

  1

  1 Gambar 2.8 Modulasi FSK

  Selain penggunaan kekuatan sinyal yang tidak efisien, amplitudo sinyal termodulasi konvensional yang memiliki satu karakteristik yang tidak diinginkan lainnya. Menurut definisi, amplitudo sinyal termodulasi menggunakan beberapa level sinyal, yang berarti AM cukup rentan terhadap sinyal saturasi yang mempersempit jarak antara tingkat amplitudo dan menghasilkan spektrum menyebar. Sebuah sumber umum dari batas ketahanan dalam sistem radio terjadi pada power amplifier output pemancar. Dalam kebanyakan kasus amplifier output dioperasikan kurang dari daya maksimum untuk menghilangkan batas ketahanan dan nonlinier lainnya. Jadi mereka dapat mengakomodasi sinyal termodulasi amplitudo. Sudut sistem modulasi, modulasi frekuensi (FM) atau modulasi fase (PM) menggunakan sinyal amplitudo konstan tidak terpengaruh oleh sinyal saturasi.. Karena itu FM dan PM dapat ditransmisikan pada tingkat daya paling tinggi daripada kemampuan sistem AM. Kemampuan untuk menggunakan daya tahan power amplifier merupakan salah satu alasan mengapa FM awalnya dipilih untuk analog microwave radios. Bagian ini membahas modulasi frekuensi digital, sering disebut sebagai pergeseran frekuensi Keying (FSK). Bagian berikutnya membahas modulasi fase digital, sering disebut sebagai pergeseran fasa keying (PSK). Kedua sistem memberikan sinyal amplitudo konstan. Sistem menggunakan operator amplitudo konstan juga disebut sistem amplop sebagai konstan.

  2.3.4.b Demodulasi FSK (Frequency Shift Keying) Demodulasi adalah Proses konversi sinyal analog ke sinyal digital.

  Alatnya dinamakan demodulator. Demodulasi mempunyai fungsi kebalikan dari modulasi yaitu proses mendapatkan kembali data atau proses membaca data dari sinyal yang diterima dari pengirim. Dalam demodulasi, data digital dipisahkan dari sinyal pembawa frekuensi tinggi. Pada demodulasi digital (FSK) adalah proses mendapatkan kembali data digital dengan proses pemisahan data digital dengan sinyal pembawa (sinyal carrier) dengan tujuan agar data digital tersebut dapat terbaca dibagian penerima.

  2.3.4.c Modul RF Transceiver 1020U

  Peralatan jaringan wireless yang digunakan dalam Modul RF Transceiver KYL 1020U terintegrasi receiver dan transmitter dengan sistem modulasi

  

Frequency Shift Keying (FSK) dengan High anti interference dan Low BER (Bit

error rate ).

Gambar 2.9 Modul RF Transceiver KYL 1020U

  Modul ini dapat mengirimkan dan menerima data serial dengan frekuensi 433/450/868/915 MHz dan baud rate air sebesar 1200/2400/4800/9600/19200 bps. Penggunaan modul tersebut sangat praktis karena dari segi ukuran cukup kecil. Modul tersebut bekerja dengan power supply antara 3,3 sampai 5 VDC. Dalam satu modul bisa digunakan sebagai pengirim dan sekaligus penerima. Data serial yang akan dipancarkan melalui RF diumpankan ke modul KYL 1020U oleh mikrokontroler secara serial. Berikut deskripsi Interface RF KYL 1020U :

Tabel 2.2 Deskripsi interface RF KYL 1020U

  Pin Pin Name Description Level Connection with terminal

  1 GND Grounding of Power suply Ground

• 3,3 – 5,5 V

  2 Vcc Power Suply DC

  3 RXD/TTL Serial data Receive TTL TxD

  4 TXD/TTL Serial data transmitter TTL RxD

  5 DGND Digital Grounding

  6 A(TXD) A of RS-485 or TXD of RS-232 A(RxD)

  7 B(RXD) B of RS-485 or RXD of RS-232 B(TxD)

  8 Sleep Sleep Control (Input) TTL Sleep signal

  9 Test Ex-Factory Testing Dimensi ukuran RF KYL Transceiver 1020U

Gambar 2.10 Dimensi Ukuran RF

  Konfigurasi PIN KYL Transmitter 1020U dengan Mikroprosesor _{1 2 PB1 PA1 PB0 PA0 39 40 3 4 6 5 7 8 PB4 PA4 PB6 PA6 PB3 PA3 PB2 PA2 PB5 PA5 34 35 37 36}

  38 _{PIN KYL 1020U 9 GND 12 10 ATMEGA 8535 9 11 RESET GND VCC AREF PB7 PA7 AGND}

  33 ₃₂

₃₁

_{8 7 13 XTAL2 XTAL1}

₃₀

₆ RF _{RXD TXD 17 15 18 14 16 PD1 PC6 PD2 PC5 PD0 PC7 PD3 PC4 28 26 27 25 29 RXD TXD 5 KYL 1020U 4 3} TRANSMITTER _{20 21 19 PD7 PC0 PD6 PC1 PD5 PC2} PD4 PC3 _{22 23 24 1 2 MAX 232} GND

Gambar 2.11 Konfigurasi Pin KYL Transmitter Konfigurasi PIN KYLReceiver 1020U dengan Konektor DB 9 Untuk ke PC _{PIN KYL 1020U 9} KONEKTOR DB 9 _GND

  

5

_{7 8}

  9 _(TXD)

  

4

_{KONVERTER DB 9 6 RF RECEIVER}

  8 PC _{KE USB SERIAL 5 KYL 1020U}

  

3

  7 _{RXD 4}

  

2

₃

  6 _{GND 1 2 MAX 232}

  

1

Gambar 2.12 Konfigurasi Pin KYL Receiver

2.3.5 Full-Duplex dan Half-Duplex

  Hampir sebagian besar sistem komunikasi beroperasi dengan cara half-duplex atau

  full-duplex . Sistem komunikasi half-Duplex dapat mengirimkan data secara bolak

  balik (dua arah), tetapi pada satu saat hanya dapat mengirimkan data pada satu arah saja. Proses untu mengubah arah pengiriman memerlukan tambahan perangkat lunak, dan memerlukan waktu yang disebut turn around time. Dalam beberapa hal, turnaround time berkisar sampai beberapa milidetik, apabila sering terjadi akan menurunkan unjuk kerja rangkaian.

  Rangkaian full-duplex adalah rangkaian yang dapat mengirimkan data dalam dua arah pada waktu yang sama. Dalam beberapa hal, dua kanal yang terpisah digunakan untuk pengiriman pada masing masing arah. Seringkali, komunikasi full duplex digunakan untuk mengirimkan data meskipun sesungguhnya tidak perlu pengiriman data secara serentak pada kedua arah tersebut. Ini dilakukan untuk memperkecil turna-round time yang berakibat menurunnya waktu tanggapan dari computer yang digunakan. Jaringan-jaringan komputer yang menggunakan komputer mini, atau mikro, juga sering menggunakan operasi full-duplex agar biaya tetap rendah. Pada Modul Radio - Frequency KYL transceiver 1020U sistem komunikasi data yang digunakan bersifat half-duplex.

  2.4 Buzzer

  Buzzer adalah komponen yang berfungsi mengubah energi listrik menjadi energi suara/bunyi.Fungsi buzzer adalah sebagai komponen yang memberikan sinyal peringatan. Buzzer yang digunakan akan mengeluarkan suara sekitar 1 KHz dengan durasi tertentu. Buzzer dikendalikan oleh sebuah penguat arus dalam hal ini adalah transistor seperti pada gambar 3.7 dengan memberikan logika 1 pada basis transistor akan menjenuhkan transistor sehingga arus akan mengalir dari sumber ke buzzer dan sebaliknya logika 0 akan memutuskan arus buzzer.

Gambar 2.13 Skematik Buzzer

  2.5 Komunikasi serial DB 9

  Untuk mendapatkan keserbacocokan (compatibility) dari beberapa peralatan komunikasi data dari berbagai pabrik, diciptakanlah standar antar-muka (interfacing) yang dinamakan RS232. Standar ini dipublikasikan oleh EIA (Electronics Industries Association) pada 1960. Pada 1963 standar tersebut dimodi_kasi dengan nama RS232A. RS232B dan RS232C ditetapkan pada tahun masing-masing 1965 dan 1969. Pada buku ini kita akan mengacu pada standar RS232 paling dasar. Sekarang Standar RS232 masih menjadi standar dunia mengenai standar antar-muka I/O komunikasi serial. Bahkan standar ini masih dipakai dan digunakan pada komputer PC.

  Pada RS232, logika 1 (high) direpresentasikan dengan tegangan -3 s/d -25V, dan logika 0 (low) direpresentasikan sebagai +3 s/d +25V. Sedang diantara -3 dan

• 3V dianggap sebagai status mengambang dan tidak dianggap.

Gambar 2.14 Konektor Serial DB 9Tabel 2.3 Konfigurasi Konektor DB 9

  Nomor Pin

Nama Sinyal Direction Direction

  1 DCD In Data Carrier Direct

  2 RxD In Receive Data

  3 TxD Out Transmit Data

  4 DTR Out Data Terminal Ready

  5 GND - Ground

  6 DSR In Data Set Ready

  7 RTS Out Request to Send

  8 CTS In Clear to Send

  9 RI In Ring Indicator Perangkat yang menggunakan kabel serial untuk komunikasinya dibagi ke dalam dua kategori. Yaitu DCE (Data Communications Equipment) dan DTE (Data

  Terminal Equipment ). Data Communications Equipment adalah perangkat seperti

  modem, TA adapter, plotter dan lain-lain, sedangkan Data Terminal Equipment adalah Computer anda atau Terminal. Untuk menjamin terjadinya sebuah transfer data yang cepat dan Realible antara 2 peralatan, lalu lintas data harus dikoordinasi dengan baik. Tidak seperti printer yang selalu mencetak setiap karakter yang diterimanya. Namun dalam komunikasi serial, bisa saja peralatan tidak memiliki lagi tampungan data yang diterimanya. Sehingga dia harus memberitahukan PC untuk tidak lagi mengirim data. Hingga modem selesai mengerjakan semua tugasnya. Dan kembali memberitahukan PC untuk kembali mengirim data berikutnya setelah modem siap.

2.6 Personal Computer (PC)

  Personal Komputer adalah seperangkat komputer yang digunakan oleh satu orang saja/ pribadi. Fungsi utama dari PC adalah untuk mengolah data input dan menghasilkan output berupa data/informasi sesuai dengan keinginan user (pengguna).

  Dalam pengolahan data yang dimulai dari memasukkan data (input) sampai akhirnya menghasilkan informasi. Data inputan itu merupakan hasil pengukuran yang telah dideteksi oleh sensor dan dibaca oleh mokrokontroler dikirim melalui Modul RF Transceiver 1020U dan selanjutnya dikirim ke PC melalui konektor DB-9. Dalam penelitian ini PC sangat berperan penting untuk memonitoring level ketinggian air pada waduk dan akan divisualisasi dengan Program Visual Basic.