Publication Repository 7.Felisia Karina
DINAMIKA TEKNOLOGI April 2016 Vol. 8; No. 1; Hal. 26-35
REMOTE SENSING PARAMETER POWER SUPPLY MELALUI
JARINGAN INTERNET
Felisia Karina(1), Budhy Sutanto(2), Tjwanda Putera Gunawan(3)
e-mail: Felisia.karina@gmail.com(1), budhy@stts.edu(2), tjwanda@stts.edu(3).
ABSTRAK
Remote sensing parameter power supply melalui jaringan internet menggunakan ATMega168 sebagai
prosesor. Dilakukan pengukuran tiga parameter yaitu tegangan, arus, dan suhu ruangan. Sensor suhu
menggunakan DS1621 produksi Dallas semi-konduktor dengan memanfaatkan sistem komunikasi I2C.
sensor arus menggunakan ACS712 dengan komunikasi SPI, diproduksi oleh Allegro Microsystem yang
merupakan hall-effect sensor yang mendeteksi arus melalui medan magnet yang mengalir. Sensor
tegangan memanfaatkan ADC dari ATMega 168 dengan menggunakan pembagi tegangan. Parameter
yang diukur, dikirim ke Internet lewat jaringan Ethernet melalui Arduino Ethershield. Stream data bisa
dipantau lewat web page maupun pengumpulan data (Data Logging) yang dapat ditampilkan secara
grafik.
Kata kunci: ethershield, Arduino, ACS712
ABSTRACT
Power supply parameter remote sensing through the Internet network using ATMega168 processor.
Performed measurements of three parameters: voltage, current, and temperature of the room.
Temperature sensing using DS1621 Dallas production of semiconductors by utilizing the I2C
communication system. Current sensor using ACS712 with SPI communication, manufactured by Allegro
Microsystem which is a hall-effect sensor that detects the current flowing through a magnetic field.
Voltage sensor harness from the ATMega168 ADC by using voltage divider. Parameter to be measured,
was sent to the Internet via an Ethernet network through the Arduino Ethershield. Data stream can be
monitored via a web page or collection of data (Data Logging) that can be displayed graphically.
Keyword: Job vacancy website, PHP, jQuery
PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi menuntut untuk adanya
pemanfaatan sebuah peralatan yang multifungsi
demi menghemat tempat, waktu, serta yang
terutama adalah biaya. Banyak dijumpai sekarang
ini adalah peralatan seperti thermometer dan
avometer baik secara analog maupun digital yang
sudah beredar di masyarakat luas. Tetapi dalam
pembacaannya memerlukan pembacaan secara
aktual, dan menjadi suatu permasalahan apabila
peralatan tersebut berada diluar kota.
Maka dari itu, diperlukannya alat pengukur sensor
dimana alat ini dibangun dengan memanfaatkan
pemantauan jarak jauh yang menggunakan
Jaringan Internet. Penggunaan teknologi Internet
26
digunakan karena dapat diakses dari manapun
sesuai dengan kebutuhan. Alat ini dikembangkan
dengan menggunakan Arduino Ethershield.
Arduino Ethershield merupakan modul yang dibuat
untuk digunakan pada board Arduino yang mampu
mengirim data langsung menuju Ethernet dan
begitu pula sebaliknya. Didalam Arduino
Ethershield terdapat chip ENC28J60 yang
merupakan Ethernet Kontroler dengan Interface
SPI. ENC28J60 dibuat sebagai interface jaringan
Ethernet untuk seluruh peralatan yang didukung
oleh SPI. Komunikasi dengan perangkat utama
diimplementasikan dengan pin interrupt dan SPI,
dengan clock rata-rata hingga 20 MHz. Dua pin
digunakan sebagai lampu link dan indikasi
aktivitas jaringan.
Dinamika Teknologi
Jurnal Ilmiah Teknologi dan Rekayasa, ISSN: 1907-7327
DINAMIKA TEKNOLOGI April 2016 Vol. 8; No. 1; Hal. 26-35
ENC28J60
Arduino Ethershield memakai ENC28J60 sebagai
controller Ethernet, yang terhubung dengan PC
melalui SPI (Serial Peripheral Interface).
ENC28J60 merupakan produksi dari Microchip
USA, memiliki berbagai kemampuan Ethernet,
Buffer, dan MAC (Medium Access Controller).
ENC28J60 bekerja pada tegangan 3.1 V hingga 3.6
V dengan tegangan tipikal 3.3 V, toleransi input
hingga 5V. Temperatur kerja dari ENC28J60
berada pada kisaran -40º C hingga +85º C,
memiliki 6 input interup dan 1 interup output.
Berikut akan dibahas secara detail mengenai blok
diagram, deskripsi kaki pin, beserta dengan
komunikasi baik secara hardware maupun software
pada Arduino Ethershield.
Pengenalan Perangkat
ENC28J60 dirancang untuk menghubungkan
jaringan Ethernet dengan SPI. Didalam ENC28J60
terdapat modul DMA untuk pengiriman data yang
cepat serta untuk melakukan penghitungan, yang
bisa digunakan untuk berbagai protokol jaringan.
Komunikasi dengan PC diimplementasikan melalui
pin interup dan SPI, dengan clock hingga 20 MHz.
Dua pin khusus digunakan sebagai Link LED dan
indikasi jaringan. Blok diagram dari ENC28J60
dapat dilihat dari gambar 1. Hanya dengan
beberapa komponen pasif, cukup untuk
menghubungkan mikrokontroller ke jaringan
Ethernet.
Arduino Ethershield juga me-miliki beberapa
komponen pendukung yang terdapat didalamnya,
seperti oscillator, voltage regulator, pengubah
tegangan pada pin I/O untuk mendukung toleransi
5V dan logika sistem kontrol.
menyalin data diantara dua lokasi melalui 8Kbyte
buffer memory. Juga dapat digunakan untuk
mengkalkulasi checksum 16 bit yang sesuai
dengan berbagai protokol standart industri,
termasuk TCP dan IP.
Ketika operasi dari DMA di-mulai, pasangan
register EDMAST disalin ke pointer sumber
internal. DMA akan menjalankan satu byte setiap
kali dan kemudian menambahkan pointer sumber
internal. Bagaimanapun, ketika satu byte sedang
diproses dan pointer sumber internal sama dengan
pointer akhir buffer penerima, ERXND, maka
pointer sumber tidak akan bertambah. Justru,
pointer sumber internal akan diisi dengan pointer
awal buffer penerima, ERXST. Dengan cara ini,
maka DMA akan mengikuti lingkaran struktur
FIFO dari buffer penerima dan menerima paket
dapat diproses dengan menggunakan satu operasi
saja. Operasi dari DMA akan berhenti ketika
pointer sumber internal cocok dengan pointer
EDMAND.
Sementara operasi DMA apa saja sedang berjalan,
pointer DMA dan bit ECON1.CSUMEN tidak
boleh diubah. Operasi DMA dapat dibatalkan
kapanpun dengan cara mengosongkan bit
ECON1.DMAST. Tidak ada register apapun yang
akan berubah; bagaimanapun, beberapa byte
memory mungkin sudah disalin apabila
pemindahan DMA sudah berjalan.
Komponen Eksternal
Untuk melengkapi interface Ethernet, ENC28J60
memerlukan beberapa komponen standar yang
ditambahkan secara internal.
Penambahan
komponen dapat dilihat seperti pada gambar 2.
Sirkuit analog internal pada modul PHY
memerlukan resistor eksternal 2.32 kΩ, 1% resistor
akan ditambahkan dari RBIAS ke ground. Resistor
mempengaruhi TPOUT+/- dari amplitude sinyal.
Gambar 1. Blok Diagram ENC28J60
Direct MAC
ENC28J60 menggabungkan dua tujuan ganda
kontroler DMA yang dapat digunakan untuk
Gambar 2. Terminasi Ethernet dan Koneksi
Eksternal ENC28J60
Dinamika Teknologi
Jurnal Ilmiah Teknologi dan Rekayasa, ISSN: 1907-7327
27
DINAMIKA TEKNOLOGI April 2016 Vol. 8; No. 1; Hal. 26-35
Resistor harus diletakkan se-dekat mungkin pada
chip dengan tidak ada sinyal yang berdekatan
untuk mencegah terjadinya noise kapasitif ke pin
dan mempengaruhi pengiriman data. Beberapa
logika pada komponen beroperasi pada 2.5 V.
Regulator tegangan pada chip dimanfaatkan untuk
menghasilkan tegangan tersebut. Satu-satunya
komponen eksternal yang dibutuhkan adalah filter
kapasitor eksternal, yang dihubungkan dari VCAP
menuju ground.
I/O Level
Chip ENC28J60 merupakan komponen dengan
tegangan kerja 3.3 V, namun peralatan ini dibuat
dengan tujuan agar lebih mudah digabungkan
dengan sistem 5Volt. Pin SPI CS, SCK dan input
SI, sama seperti pin RESET, memiliki toleransi
5V. Dilain sisi, apabila perangkat utama beroperasi
pada tegangan 5V maka ada kemungkinan tidak
sesuai dengan spesifikasi ketika SPI dan input
interupsi diberikan tegangan 3.3V oleh output dari
CMOS pada ENC28J60 tersebut. Maka diperlukan
adanya pengubah tegangan. Untuk mengatasi
pengubah tegangan tersebut cukup digunakan
74HCT08 (gerbang AND).
Penggunaan dari buffer 3-state memungkinkan
integrasi yang mudah pada sistem dimana SPI
dapat digunakan juga oleh perangkat lainnya.
Mengubah tegangan menjadi tegangan kerja 3.3 V
pada level TTL pada Arduino Ethershield ini
menggunakan 78HCT08, yaitu gerbang AND.
Pada level TTL memiliki arti bahwa chip
ENC28J60 ini memiliki toleransi hingga 5 V, yang
menjamin bahwa apabila di-berikan tegangan 5 V
tidak akan mengalami kerusakan sekalipun
ENC28J60 memiliki tegangan kerja 3.3V.
Gambar 3. Pengubah Tegangan Dengan
Menggunakan Gerbang AND
SPI ( Serial Peripheral Interface )
ENC28J60 dirancang dengan interface langsung
pada port SPI (Serial Peripheral Interface) yang
disediakan oleh Arduino Serverino, dimana terjadi
komunikasi antara mikro dan Ethershield.
Implementasi yang digunakan pada ENC28J60 ini
28
hanya mendukung mode 0 saja. Selain itu, port SPI
memerlukan SCK pada posisi Idle level Low.
Perintah dan data dikirimkan melalui pin SI,
dengan data yang dikirimkan sesuai clock pada
rising edge dari SCK. Data diberikan oleh
ENC28J60 pada line SO, pada falling edge dari
SCK. Pin CS harus ditahan pada posisi low ketika
terdapat proses apapun dan kembali pada posisi
high ketika selesai proses.
Komunikasi pada SPI bus Ethershield dan Arduino
menggunakan pin CS yang terhubung dengan pin
I/O pada ATMega168, SCK yang terhubung
dengan SCK pada ATMega168, SI dengan SO dari
ATMega168, SO dengan SI, CLKOUT terhubung
dengan OSC1, dan INT dengan INT0.
Gambar 4. Timing Diagram Input SPI
Gambar 5. Timing Diagram Output SPI
Komunikasi Secara Software
Komunikasi Ethershield dan Arduino secara
software diatur melalui library yang digunakan
pada program. Pada Arduino Ethershield
digunakan library ethershield.h yang merupakan
library standart dari ethershield, tetapi pada
penelitian ini menggunakan library dengan nama
ETHER_28J60.h sebagai library tambahan.
ETHER_28J60
merupakan
library
yang
memanfaatkan library standart dari ethershield,
yang dibuat dengan lebih sederhana agar pada
penggunaannya lebih mudah dan dapat dimengerti.
Seperti pada program lainnya, pada library ini juga
dilakukan inisialisasi dan pendefinisian dari
prosedur dalam library.
Pada proses inisialisasi terse-but didefinisikan
dalam class mengenai prosedur yang digunakan,
supaya prosedur yang digunakan dapat dikenali
dan pada akhir dari inisialisasi tersebut adalah
#endif. Pendeklarasian dari prosedur tersebut
Dinamika Teknologi
Jurnal Ilmiah Teknologi dan Rekayasa, ISSN: 1907-7327
DINAMIKA TEKNOLOGI April 2016 Vol. 8; No. 1; Hal. 26-35
disimpan dalam bentuk ETHER_28J60.h, dimana
program utama akan dituliskan dalam format .cpp.
Berikut diperlukan untuk memanggil library lain
yang akan digunakan oleh library ini agar dapat
melakukan pekerjaan untuk mengirim data dan
sebaliknya. Dan pada cara ini juga memanggil
library yang sudah dibuat sebelumnya, yaitu
ETHER_28J60.h.
Pada pendefinisian atau pen-deklarasian ini juga
disertai dengan penentuan dari variebel masingmasing prosedur yang sudah didefinisikan
sebelumnya pada library yang dipanggil.
Penentuan dari nilai dari masing-masing parameter
tersebut dapat diketahui dengan melihat isi dari
library yang digunakan. Setelah melakukan
pendeklarasian dari masing – masing library yang
digu-nakan, maka selanjutnya harus dilaku-kan
pengaturan pada register yang dilakukan dengan
terlebih dahulu mendeklarasikan variabel port.
Pengaturan mengenai register tersebut sudah
langsung dilakukan oleh library langsung dan
sudah tidak perlu diatur lagi secara manual, cukup
dengan memanggil class yang sudah ditentukan.
Pada bagian pengaturan atau setup tersebut juga
terdapat cara untuk mengubah clockout dari 6.25
MHz menjadi 12.5 MHz. Pengubahan clock
tersebut berguna untuk mempercepat proses
pengiriman data. Pada bagian setup tersebut juga
memanggil
prosedur
lain,
yaitu
es.ES_init_ip_arp_udp_tcp.
Terdapat bagian dimana variabel yang digunakan
dideklarasikan dengan nama yang baru agar dapat
lebih mudah dalam pemanggilan variabelnya.
Selain itu, pada bagian tersebut juga memanggil
nilai dari parameter yang sudah didefinisikan
sebelumnya pada bagian setup. Nilai dari masingmasing memory diatur melalui prosedur service
request, dengan tujuan untuk menunggu apabila
terdapat request baik itu ping maupun data.
Broadcast arp, pengecekan paket IP yang diterima,
dan pengecekan apakah terdapat data untuk dikirim
juga dilakukan pada bagian ini. Yang paling
penting adalah untuk mengirimkan umpan balik
apabila terdapat data pada memory yang akan
ditulis ulang. Berikut merupakan cara pemanggilan
dari prosedur service request dalam program.
Prosedur yang paling sering dipanggil adalah
prosedur print. Prosedur ini terdiri atas dua
parameter yang menentukan jenis data yang
dikirim, kedua parameter tersebut adalah text dan
number. Pada prosedur text, digunakan jenis data
char atau dapat disebut juga character. Didalamnya
hanya dilakukan pengecekan dengan memanggil
procedure lain yaitu checksum, yang kemudian
membaca data, dan disimpan dalam variabel
tertentu.
Prosedur print lainnya adalah dalam bentuk angka,
yang diambil dalam bentuk string, dengan
menentukan panjang dari data yang akan diambil,
yang disimpan dalam bentuk array dalam sebuah
variabel. Pada saat prosedur print dipanggil, data
masih diambil dan disimpan pada memory
sementara dan baru dikirimkan setelah prosedur
respond dipanggil.
Pada penulisannya didalam program, prosedur
respon ini diletakkan pada akhir program utama
dengan tujuan untuk melaksanakan program
perintah yang sudah dituliskan pada program
utama tersebut. Apabila prosedur respon ini tidak
ada, maka program yang sudah dituliskan
diatasnya yang membu-tuhkan respon balik dari
mikro tidak akan menjawab.
ACS712
Pengukuran arus biasanya membutuhkan sebuah
resistor yang dihubungkan secara seri pada beban
dan mengubah arus menjadi tegangan. Untuk
pengukuran arus AC, tegangan tersebut biasanya
diumpankan ke transformator arus sebelum masuk
ke pengkondisi sinyal. ACS712 merupakan sensor
arus yang diproduksi oleh Allegro, yang memiliki
kelebihan untuk mengukur arus baik itu arus DC
maupun arus AC. Teknologi Hall Effect yang
diterapkan oleh Allegro ini menggantikan fungsi
dari resistor seri dan transformator arus menjadi
sebuah sensor yang jauh lebih kecil. ACS 712
banyak digunakan dalam kehidupan sehari – hari
karena dalam penggunaannya yang cukup mudah.
Sensor ini memiliki pembacaan dengan ketepatan
yang tinggi, karena didalamnya terdapat rangkaian
low-offset linear Hall dengan satu lintasan yang
terbuat dari tembaga. cara kerja sensor ini adalah
arus yang dibaca mengalir melalui kabel tembaga
yang terdapat didalamnya yang menghasilkan
medan magnet yang di tangkap oleh Integrated
Hall IC dan diubah menjadi tegangan yang
proporsional. Ketelitian dalam pembacaan sensor
dioptimalkan dengan cara pemasangan komponen
yang ada didalamnya antara penghantar yang
menghasilkan medan magnet dengan sensor secara
berdekatan. Persisnya, tegangan proporsional yang
rendah akan menstabilkan Bi CMOS Hall IC yang
Dinamika Teknologi
Jurnal Ilmiah Teknologi dan Rekayasa, ISSN: 1907-7327
29
DINAMIKA TEKNOLOGI April 2016 Vol. 8; No. 1; Hal. 26-35
didalamnya yang telah dibuat dengan ketelitian
yang tinggi oleh Allegro.
Hal Penting Pada ACS712
Berikut merupakan tabel karakteristik dari
ACS712 yang dapat dilihat pada tabel 1. Tabel ini
menjelaskan mengenai karakteristik ACS712
secara elektrik, yang berlaku untuk seluruh tipe
dari ACS712. Perbedaan dari masing-masing tipe
ACS712 hanya terdapat pada kemampuan
mengukur arus dan sensitivitasnya. Pada Penelitian
ini
digunakan
ACS712
dengan
tipe
ACS712ELCTR-05B-T, dengan tujuan agar
ketelitian yang diberikan memadai. Dan pada
gambar 6 merupakan gambar dari ACS712.
Tabel 1. Karakteristik ACS712
Gambar 7. Blok Diagram ACS712
Komunikasi Secara Hardware
Pada komunikasi secara hardware ini dilakukan
dengan menghubungkan pin output yaitu pin 7 dari
ACS712 pada pin ADC 0 dari ATMega168.
Output dari ACS712 dalam bentuk tegangan,
dimana penyesuaian dari perhitungan kalibrasi
yang diberikan oleh Allegro dapat dilakukan secara
software. Secara hardware, ACS712 dipasang pada
board yang memang sesuai dengan Arduino. Pin
lain yang perlu dihubungkan pada Arduino adalah
pin Vcc dan ground yang dapat dihubungkan pada
5 V dan ground dari Arduino. Vcc dari Arduino
Serverino dapat langsung dihubungkan karena
tegangan kerja dari ACS712 adalah 5 Volt.
Komunikasi Secara Hardware
Komunikasi secara software pada ACS712
dilakukan dari penentuan nilai kalibrasi yang dapat
diketahui pada saat ujicoba. Penentuan nilai
kalibrasi dari pabrik biasanya pada titik terbesar,
sehingga dapat ditentukan sesuai kebutuhan. Pada
penelitian ini ditentukan bahwa kalibrasi dari
ACS712 ini adalah 835.
Gambar 6. ACS712
Hambatan dalam penghantar sensor sebesar 1,2
mΩ dengan daya yang rendah. Jalur terminal
konduktif secara kelistrikan diisolasi dari sensor
mengarah (pin 5 sampai pin 8). Hal ini menjadikan
sensor arus ACS712 dapat digunakan pada
aplikasi-aplikasi yang membutuhkan isolasi listrik
tanpa perlu menggunakan opto-isolator atau teknik
isolasi lainnya yang mahal. Ketebalan penghantar
arus didalam sensor sebesar 3x kondisi kelebihan
beban. Sensor ini telah dikalibrasi oleh Allegro.
30
Dinamika Teknologi
Jurnal Ilmiah Teknologi dan Rekayasa, ISSN: 1907-7327
Gambar 8. Blok Diagram Rangkaian
DINAMIKA TEKNOLOGI April 2016 Vol. 8; No. 1; Hal. 26-35
DESAIN PERANGKAT LUNAK
Gambar 8 menunjukkan blok diagram perangkat
keras yang akan dibuat.
Komunikasi Secara Hardware
Masing - masing dari sensor terhubung dengan
ADC dari ATMega168, dimana ATMega8
berfungsi sebagai sebagai prosessor yang
digunakan untuk mengolah data, serta membaca
data ADC dari masing - masing sensor.
software melalui ATMega168. Pin PC4 dan PC 5
pada nomer kaki 27 dan 28 merupakan pin dengan
device ID Analog 4 dan Analog 5, pada kedua pin
ini digunakan sebagai komunikasi I2C pada
DS1621.
Rangkaian Arduino Ethershield
Berikut ini merupakan schematic dari Ethershield
yang digunakan, dengan menggunakan chip
ENC28J60 didalamnya.
Rangkaian ATmega168
Rangkaian
ATMega168
yang
dibutuhkan
merupakan rangkaian minimum system biasa, yang
memanfaatkan pin ADC dari ATMega168. Maka
dari itu digunakan rangkaian dasar dari Arduino
Serverino sebagai rangkaian dasar, dimana
memiliki fungsi dan kegunaan yang sama. Blok
diagram dari rangkaian dapat dilihat seperti
Gambar 9.
Pada rangkaian ini, merupakan rangkaian utama
yang menjalankan semua aspek dari rangkaian
remote sensing parameter power supply.
Rangkaian ini memiliki banyak kaki input maupun
output yang dapat digunakan. Pada alat ini,
beberapa kaki input dari ATmega168 digunakan
untuk disambungkan dengan beberapa rangkaian
sensor. Kaki input yang digunakan adalah kaki
pada port C, dimana merupakan kaki ADC dari
ATMega168.
Gambar 9. Blok Diagram Rangkaian
Dari Gambar 9, pada pin 2 dan 3 yaitu RXD dan
TXD disambung dengan LED, digunakan sebagai
penanda apabila terjadi pengiriman data pada
ATMega168. Pada pin 1 merupakan tombol reset
yang disambungkan dengan resistor dan capasitor
100nF, berfungsi untuk melakukan manual reset
apabila perangkat mengalami gangguan. Untuk
saat ini, pada port input lainnya tidak digunakan,
tetapi apabila diperlukan dapat diakses secara
Gambar 10. Rangkaian Arduino Ethershield
Arduino Ethershield merupakan rangkaian
Ethernet Interface yang diproduksi oleh Arduino
dengan chip ENC28J60. Ethershield ini merupakan
serangkaian dari Arduino, memiliki kelebihan
yaitu dapat langsung dihubungkan dengan
rangkaian minimum sistem dari mikroprosessor
dengan cara disusun. Rangkaian Ethershield ini
menggunakan SPI untuk langsung terhubung
dengan microkontroler, oleh karena itu Ethersield
tersebut tidak menghabiskan kaki dari Arduino
Serverino itu sendiri. Pada gambar 10 merupakan
schematic dari Arduino Ethershield yang
digunakan.
Rangkaian Sensor Arus
Salah satu sensor yang digunakan pada rangkaian
remote sensing parameter adalah sensor arus.
Sensor yang digunakan adalah ACS 712.
Rangkaian sensor arus dapat dilihat pada gambar
11. Pada rangkaian ini, sensor arus yang digunakan
dihubungkan pada port 0 analog dari ATMega8.
Selain itu digunakan power supply sebagai sumber
tegangan beban, serta beban berupa 10 buah
resistor 10 Watt, dengan resistansi 100 Ω yang
disusun secara paralel.
Pada rangkaian ini digunakan sensor ACS712
sebagai sensor arus karena ACS712 merupakan
sensor arus yang dapat mengukur tegangan secara
AC maupun DC dengan tingkat kesttabilan yang
memadai. Pada rangkaian ini digunakan ACS 712
Dinamika Teknologi
Jurnal Ilmiah Teknologi dan Rekayasa, ISSN: 1907-7327
31
DINAMIKA TEKNOLOGI April 2016 Vol. 8; No. 1; Hal. 26-35
dengan range 5A dengan tujuan untuk
mendapatkan tingkat keakuratan yang cukup.
ACS712 dengan range maksimum 5A digunakan
karena rangkaian yang diukur saat ini tidak
membutuhkan tingkat range yang terlalu besar
tetapi membutuhkan keakurasian cukup.
Gambar 11. Rangkaian ACS712
Dalam pembuatan alat ini, rangkaian dari sensor
arus digabungkan dalam 1 PCB yang diletakkan
pada bagian atas dari Ethershield. Berikut adalah
hasil jadinya pada gambar 11.
10K.
Pemilihan
dari
nilai
tersebut
mempertimbangkan perhitungan nilai
dari
tegangan yang diukur, serta mengambil nilai
resistor yang lebih besar agar arus yang dihasilkan
dalam pengukuran tidak besar. Pengukuran
tegangan adalah dengan range 0 – 250 Volt,
dengan tegangan output 5 Volt menuju ADC dari
mikroprocessor. Pada sensor tegangan ini, terdapat
sebuah selektor yang digunakan untuk memilih
range tegangan yang akan diukur.
Rangkaian Sensor Suhu
Pada rangkaian ini menggunakan sensor suhu
DS1621 yang bertugas untuk menangkap
perubahan suhu ruangan. Pada DS1621 memiliki 2
pin yang digunakan untuk membaca data, tetapi
disini, digunakan sebagai komunikasi I2C antara
DS1621 dan ATMega168. Kedua pin tersebut
terhubung dengan pin 27 dan 28 dari ATMega168
yang ekuivalen dengan Analog 4 dan 5. Pada
Gambar 13 merupakan schematic dari DS1621.
Rangkaian Sensor Tegangan
Gambar 12 menunjukkan rangkaian sensor
tegangan yang digunakan pada Remote Sensing
Parameter Power Supply. Rangkaian sensor
tegangan yang digunakan merupakan rangkaian
pembagi tegangan biasa yang terdiri dari resistor,
trimpod, dan LM324. Berikut adalah schematic
dari sensor tegangan tersebut.
Gambar 13. Hasil Pemasangan Encoder pada Tuas
Motor
Gambar 12. Rangkaian Sensor Tegangan
DS1621 dapat mengubah data analog yang
diterima menjadi data digital dengan durasi waktu
1 detik, tanpa membutuhkan adanya tambahan
komponen pada penggunaannya. Berikut ini
merupakan digram rangkaian pengukur dari
DS1621 pada gambar 14 yang menjelaskan cara
pengambilan data temperatur dari DS1621.
Dari gambar dapat dilihat bahwa terdapat beberapa
resistor dan resistor variabel sebagai pembagi
tegangan, serta ditambahkan LM324 sebagai opamp yang dirangkai secara non-inverting.
Rangkaian non inverting tersebut digunakan untuk
menjaga agar data yang terbaca pada sensor tidak
terkena noise yang diakibatkan dari adanya arus
yang ikut mengalir pada kabel apabila kabel yang
digunakan kurang bagus, atau apabila jarak yang
jauh.
Resistor yang digunakan adalah resistor dengan
nilai 330 K, dan nilai dari resistor variabel adalah
32
Dinamika Teknologi
Jurnal Ilmiah Teknologi dan Rekayasa, ISSN: 1907-7327
Gambar 14. Diagram Rangkaian Pengukur DS1621
DINAMIKA TEKNOLOGI April 2016 Vol. 8; No. 1; Hal. 26-35
Sejak data dikirimkan melalui komunikasi I2C
tersebut dengan MSB terlebih dahulu, maka data
suhu dapat diisi pada DS1621 ataupun dari
DS1621 masing-masing sebagai byte tunggal
(dengan resolusi suhu 1ºC) atau dalam dua byte,
dimana byte kedua dapat berisi nilai LSB (0.5ºC)
dari bacaan suhu seperti yang ditunjukkan pada
tabel 4.1. Dan untuk diingat, bahwa 7 bit dari byte
ini di set dengan nilai ‘0’.
pengaturan nilai parameter program. Pada Gambar
15 ditunjukkan flowchart untuk program pengolah
sensor ini dan akan dibahas mengenai program
masing-masing pengolah sensor dan pengaturan
nilai awalnya.
DESAIN PERANGKAT LUNAK
Pengaturan Awal
Pada pengaturan awal meliputi pemanggilan
library yang akan digunakan, pendefinisian
komponen yang digunakan, serta setup class yang
digunakan.
Program Pada Arduino
Perangkat keras maupun perangkat lunak telah
berkembang begitu banyak seiring semakin
banyaknya teknologi baru yang muncul setiap hari,
namun sebagian besar hubungan timbal balik dan
saling ketergantungan diantara keduanya semakin
berkurang. Di satu sisi, kita sering melihat sebuah
sistem dengan arsitektur perangkat keras baik yang
baru tapi desain softwarenya terlalu mahal untuk
arsitektur tersebut.
Sensor Suhu
Sensor suhu yang digunakan adalah sensor
DS1621 dan menggunakan library wire.h yang
merupakan library langsung dari Arduino. Pada
inisialisasi DS1621 membutuhkan library Wire.h
karena pada library tersebut mendefinisikan
komunikasi I2C dari DS1621. Pada library wire.h
merupakan pendeklarasian dari class yang
digunakan, serta tipe dari variabel yang terkait
dengan library tersebut.
Di sisi lain, hampir semua alat mekanis di seluruh
dunia modern mengarah ke penggunaan sistem
komputer terintegrasi. Dalam situasi dimana biaya
merupakan pertimbangan, sistem komputer
terintegrasi dengan perangkat lunak yang efisien
dapat mengurangi biaya desain secara signifikan.
Maka digunkanlah program Arduino yang
langsung memiliki compilernya sendiri.
Sensor Arus
Pada sensor arus digunakan sensor ACS 712,
dimana output dari sensor disambungkan pada pin
Analog 0 dari Arduino. Perhitungan pada sensor
Arus meliputi inisialisasi variabel local yang
digunakan
hanya
pada
class
arus
saja,pendeskripsian tipe data, serta menyimpan
data perhitungan akhir pada variabel tertentu.
Sensor Tegangan
Start
Pada sensor tegangan, digunakan pembagi
tegangan biasa yang memanfaatkan LM324
sebagai opamp untuk menjaga agar data tetap utuh
selama pengirimannya.
Inisialisasi
Program Utama
Pada bagian ini merupakan program utama, yang
digunakan untuk memanggil hasil dari class
sebelumnya yang telah digunakan untuk
memproses data. Program penghitungan yang
dilakukan hanya dilakukan satu kali, dan kemudian
data tersebut akan disimpan pada data storage agar
waktu yang digunakan untuk perhitungan tidak
menjadi panjang.
Ambil data sensor
Ada
permintaan
cetak?
No
Yes
Tampilkan
Gambar 15. Flowchart Program Pengolah Sensor
Program Pengolah Sensor
Pada program pengolah sensor ini meliputi
program pengaturan library yang diperlukan serta
Program Pengolah Menggunakan Delphi
Di program utama ini dilakukan pengaturan awal
untuk nilai-nilai parameter pada program,
inisialisasi komponen-komponen yang digunakan
pada program, serta penanganan terhadap
penekanan tombol. Pada gambar 16 ditunjukkan
flowchart untuk program utama dari alat ini.
Dinamika Teknologi
Jurnal Ilmiah Teknologi dan Rekayasa, ISSN: 1907-7327
33
DINAMIKA TEKNOLOGI April 2016 Vol. 8; No. 1; Hal. 26-35
UJI COBA ALAT
Start
Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan
power supply DC sebagai sumber tegangan dan
beban untuk arus yang akan diukur. Hasil
pengujian ini akan dibandingkan dengan Avometer
sebagai patokan pembanding.
Inisialisasi
Penekanan
Tombol?
No
Yes
Tambahkan data pada datalogger
Untuk tampilannya dapat dilihat melalui web
browser, dan pengumpulan data dilakukan melalui
Delphi. Pada web browser data dari sensor hanya
ditampilkan saja, tetapi apabila ingin melakukan
pengumpulan data, harus menggunakan Delphi
yang juga ditampilkan secara grafik.
Tampilkan pada Grafik
Gambar 16. Flowchart Program Pengolah Delphi
Pengambilan Data dari Web
Data sensor yang sudah dikirimkan pada web
browser, diambil dengan cara mengambil source
dan di search data tersebut. Didalam proses
pengambilan data juga termasuk penentuan dari
alamat Arduino yang sudah harus diketahui.
Pengolahan Data Menjadi Grafik.
Program berikut digunakan untuk mengolah data
yang ditampilkan dari web yang kemudian akan
diinputkan ke Delphi dan ditampilkan dalam
bentuk grafik. Pada pembuatan grafik tersebut,
menggunakan cara sql text, yaitu mengambil file
data dengan format file Data.mdb dimana data
tersebut telah tersimpan dalam bentuk data logger.
Penggunaan grafik yang berbeda dengan tujuan
untuk memudahkan pengaturan satuan yang
digunakan terutama pada arus, agar tampilan dari
range data dapat lebih jelas.
Gambar 17.Rangkaian Uji Coba Alat
34
Gambar 18. Tampilan Pada Web Browser
Hasil Uji Coba
Dalam hasil uji coba ini dilakukan perbandingan
antara data yang terukur menggunakan sensor dan
hasil yang diukur dengan menggunakan avometer.
Berikut ini merupakan hasil pengukuran tersebut,
dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Hasil Perbandingan Pengukuran
Avometer
Arus Teg
0.32 3.5
0.53 5.8
0.84 9.2
1.10 12
1.32 14.5
1.56 17
Sensor Terbaca
Arus Suhu Teg
0.31 28
3.39
0.52 28
5.67
0.83 27
9.16
1.09 27
11.7
1.31 28
14.2
1.55 29
16.9
Tabel berikut menunjukkan perbedaan yang terjadi
pada pengukuran tegangan antara power suppy,
avometer, serta pada data terbaca dari sensor.
Penggunaan dari avometer tersebut karena
penunjuk angka pada power supply merupakan
tegangan
yang
diinginkan,
tetapi
pada
kenyataannya tegangan tersebut mengalami drop
akibat pembebanan yang terjadi. Perbandingan
yang digunakan menggunakan avometer agar
didapatkan nilai perbandingan yang benar.
Dinamika Teknologi
Jurnal Ilmiah Teknologi dan Rekayasa, ISSN: 1907-7327
DINAMIKA TEKNOLOGI April 2016 Vol. 8; No. 1; Hal. 26-35
Gambar 19. Tampilan Pada Delphi
KESIMPULAN
Dari hasil uji coba, dapat disimpulkan bahwa :
Pengiriman data menuju jaringan Ethernet tidak
dapat dilakukan dengan jarak waktu yang
berdekatan. Karena mikro perlu persiapan
pengiriman ke Ethernet, oleh karena itu
Arduino melakukan pengambilan data baru
dapat melakukan persiapan untuk pengiriman
data ke Ethernet.
Penulisan pada web browser tidak dapat
menggunakan perintah penulisan yang terlalu
banyak. Hal tersebut karena keterbatasan RAM
dari prosessor yang digunakan saat ini, yaitu
ATMega168.
Pada proses pengambilan data dan menampilkan
pada Delphi tidak dapat terlalu cepat, karena dapat
mengakibatkan Arduino Serverino mengalami
gangguan. Batas waktu antara pengambilan data
sekarang dan pengambilan data berikutnya adalah
minimal 2 detik.
DAFTAR PUSTAKA
1. http://www.tuxgraphics.org/common/src2/articl
e06061/eth-remote-device.pdf.
2. http://www.tuxgraphics.org/electronics/200606/
article06061.shtml
3. Microsystems, Allegro, ACS712, 2010,
Worchester: Massachusett.
4. Technology, Microchip, ENC28J60, 2008,
USA.
5. Technology, Microchip, 3V Tips ‘n Trick,
2008, USA.
Dinamika Teknologi
Jurnal Ilmiah Teknologi dan Rekayasa, ISSN: 1907-7327
35
REMOTE SENSING PARAMETER POWER SUPPLY MELALUI
JARINGAN INTERNET
Felisia Karina(1), Budhy Sutanto(2), Tjwanda Putera Gunawan(3)
e-mail: Felisia.karina@gmail.com(1), budhy@stts.edu(2), tjwanda@stts.edu(3).
ABSTRAK
Remote sensing parameter power supply melalui jaringan internet menggunakan ATMega168 sebagai
prosesor. Dilakukan pengukuran tiga parameter yaitu tegangan, arus, dan suhu ruangan. Sensor suhu
menggunakan DS1621 produksi Dallas semi-konduktor dengan memanfaatkan sistem komunikasi I2C.
sensor arus menggunakan ACS712 dengan komunikasi SPI, diproduksi oleh Allegro Microsystem yang
merupakan hall-effect sensor yang mendeteksi arus melalui medan magnet yang mengalir. Sensor
tegangan memanfaatkan ADC dari ATMega 168 dengan menggunakan pembagi tegangan. Parameter
yang diukur, dikirim ke Internet lewat jaringan Ethernet melalui Arduino Ethershield. Stream data bisa
dipantau lewat web page maupun pengumpulan data (Data Logging) yang dapat ditampilkan secara
grafik.
Kata kunci: ethershield, Arduino, ACS712
ABSTRACT
Power supply parameter remote sensing through the Internet network using ATMega168 processor.
Performed measurements of three parameters: voltage, current, and temperature of the room.
Temperature sensing using DS1621 Dallas production of semiconductors by utilizing the I2C
communication system. Current sensor using ACS712 with SPI communication, manufactured by Allegro
Microsystem which is a hall-effect sensor that detects the current flowing through a magnetic field.
Voltage sensor harness from the ATMega168 ADC by using voltage divider. Parameter to be measured,
was sent to the Internet via an Ethernet network through the Arduino Ethershield. Data stream can be
monitored via a web page or collection of data (Data Logging) that can be displayed graphically.
Keyword: Job vacancy website, PHP, jQuery
PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi menuntut untuk adanya
pemanfaatan sebuah peralatan yang multifungsi
demi menghemat tempat, waktu, serta yang
terutama adalah biaya. Banyak dijumpai sekarang
ini adalah peralatan seperti thermometer dan
avometer baik secara analog maupun digital yang
sudah beredar di masyarakat luas. Tetapi dalam
pembacaannya memerlukan pembacaan secara
aktual, dan menjadi suatu permasalahan apabila
peralatan tersebut berada diluar kota.
Maka dari itu, diperlukannya alat pengukur sensor
dimana alat ini dibangun dengan memanfaatkan
pemantauan jarak jauh yang menggunakan
Jaringan Internet. Penggunaan teknologi Internet
26
digunakan karena dapat diakses dari manapun
sesuai dengan kebutuhan. Alat ini dikembangkan
dengan menggunakan Arduino Ethershield.
Arduino Ethershield merupakan modul yang dibuat
untuk digunakan pada board Arduino yang mampu
mengirim data langsung menuju Ethernet dan
begitu pula sebaliknya. Didalam Arduino
Ethershield terdapat chip ENC28J60 yang
merupakan Ethernet Kontroler dengan Interface
SPI. ENC28J60 dibuat sebagai interface jaringan
Ethernet untuk seluruh peralatan yang didukung
oleh SPI. Komunikasi dengan perangkat utama
diimplementasikan dengan pin interrupt dan SPI,
dengan clock rata-rata hingga 20 MHz. Dua pin
digunakan sebagai lampu link dan indikasi
aktivitas jaringan.
Dinamika Teknologi
Jurnal Ilmiah Teknologi dan Rekayasa, ISSN: 1907-7327
DINAMIKA TEKNOLOGI April 2016 Vol. 8; No. 1; Hal. 26-35
ENC28J60
Arduino Ethershield memakai ENC28J60 sebagai
controller Ethernet, yang terhubung dengan PC
melalui SPI (Serial Peripheral Interface).
ENC28J60 merupakan produksi dari Microchip
USA, memiliki berbagai kemampuan Ethernet,
Buffer, dan MAC (Medium Access Controller).
ENC28J60 bekerja pada tegangan 3.1 V hingga 3.6
V dengan tegangan tipikal 3.3 V, toleransi input
hingga 5V. Temperatur kerja dari ENC28J60
berada pada kisaran -40º C hingga +85º C,
memiliki 6 input interup dan 1 interup output.
Berikut akan dibahas secara detail mengenai blok
diagram, deskripsi kaki pin, beserta dengan
komunikasi baik secara hardware maupun software
pada Arduino Ethershield.
Pengenalan Perangkat
ENC28J60 dirancang untuk menghubungkan
jaringan Ethernet dengan SPI. Didalam ENC28J60
terdapat modul DMA untuk pengiriman data yang
cepat serta untuk melakukan penghitungan, yang
bisa digunakan untuk berbagai protokol jaringan.
Komunikasi dengan PC diimplementasikan melalui
pin interup dan SPI, dengan clock hingga 20 MHz.
Dua pin khusus digunakan sebagai Link LED dan
indikasi jaringan. Blok diagram dari ENC28J60
dapat dilihat dari gambar 1. Hanya dengan
beberapa komponen pasif, cukup untuk
menghubungkan mikrokontroller ke jaringan
Ethernet.
Arduino Ethershield juga me-miliki beberapa
komponen pendukung yang terdapat didalamnya,
seperti oscillator, voltage regulator, pengubah
tegangan pada pin I/O untuk mendukung toleransi
5V dan logika sistem kontrol.
menyalin data diantara dua lokasi melalui 8Kbyte
buffer memory. Juga dapat digunakan untuk
mengkalkulasi checksum 16 bit yang sesuai
dengan berbagai protokol standart industri,
termasuk TCP dan IP.
Ketika operasi dari DMA di-mulai, pasangan
register EDMAST disalin ke pointer sumber
internal. DMA akan menjalankan satu byte setiap
kali dan kemudian menambahkan pointer sumber
internal. Bagaimanapun, ketika satu byte sedang
diproses dan pointer sumber internal sama dengan
pointer akhir buffer penerima, ERXND, maka
pointer sumber tidak akan bertambah. Justru,
pointer sumber internal akan diisi dengan pointer
awal buffer penerima, ERXST. Dengan cara ini,
maka DMA akan mengikuti lingkaran struktur
FIFO dari buffer penerima dan menerima paket
dapat diproses dengan menggunakan satu operasi
saja. Operasi dari DMA akan berhenti ketika
pointer sumber internal cocok dengan pointer
EDMAND.
Sementara operasi DMA apa saja sedang berjalan,
pointer DMA dan bit ECON1.CSUMEN tidak
boleh diubah. Operasi DMA dapat dibatalkan
kapanpun dengan cara mengosongkan bit
ECON1.DMAST. Tidak ada register apapun yang
akan berubah; bagaimanapun, beberapa byte
memory mungkin sudah disalin apabila
pemindahan DMA sudah berjalan.
Komponen Eksternal
Untuk melengkapi interface Ethernet, ENC28J60
memerlukan beberapa komponen standar yang
ditambahkan secara internal.
Penambahan
komponen dapat dilihat seperti pada gambar 2.
Sirkuit analog internal pada modul PHY
memerlukan resistor eksternal 2.32 kΩ, 1% resistor
akan ditambahkan dari RBIAS ke ground. Resistor
mempengaruhi TPOUT+/- dari amplitude sinyal.
Gambar 1. Blok Diagram ENC28J60
Direct MAC
ENC28J60 menggabungkan dua tujuan ganda
kontroler DMA yang dapat digunakan untuk
Gambar 2. Terminasi Ethernet dan Koneksi
Eksternal ENC28J60
Dinamika Teknologi
Jurnal Ilmiah Teknologi dan Rekayasa, ISSN: 1907-7327
27
DINAMIKA TEKNOLOGI April 2016 Vol. 8; No. 1; Hal. 26-35
Resistor harus diletakkan se-dekat mungkin pada
chip dengan tidak ada sinyal yang berdekatan
untuk mencegah terjadinya noise kapasitif ke pin
dan mempengaruhi pengiriman data. Beberapa
logika pada komponen beroperasi pada 2.5 V.
Regulator tegangan pada chip dimanfaatkan untuk
menghasilkan tegangan tersebut. Satu-satunya
komponen eksternal yang dibutuhkan adalah filter
kapasitor eksternal, yang dihubungkan dari VCAP
menuju ground.
I/O Level
Chip ENC28J60 merupakan komponen dengan
tegangan kerja 3.3 V, namun peralatan ini dibuat
dengan tujuan agar lebih mudah digabungkan
dengan sistem 5Volt. Pin SPI CS, SCK dan input
SI, sama seperti pin RESET, memiliki toleransi
5V. Dilain sisi, apabila perangkat utama beroperasi
pada tegangan 5V maka ada kemungkinan tidak
sesuai dengan spesifikasi ketika SPI dan input
interupsi diberikan tegangan 3.3V oleh output dari
CMOS pada ENC28J60 tersebut. Maka diperlukan
adanya pengubah tegangan. Untuk mengatasi
pengubah tegangan tersebut cukup digunakan
74HCT08 (gerbang AND).
Penggunaan dari buffer 3-state memungkinkan
integrasi yang mudah pada sistem dimana SPI
dapat digunakan juga oleh perangkat lainnya.
Mengubah tegangan menjadi tegangan kerja 3.3 V
pada level TTL pada Arduino Ethershield ini
menggunakan 78HCT08, yaitu gerbang AND.
Pada level TTL memiliki arti bahwa chip
ENC28J60 ini memiliki toleransi hingga 5 V, yang
menjamin bahwa apabila di-berikan tegangan 5 V
tidak akan mengalami kerusakan sekalipun
ENC28J60 memiliki tegangan kerja 3.3V.
Gambar 3. Pengubah Tegangan Dengan
Menggunakan Gerbang AND
SPI ( Serial Peripheral Interface )
ENC28J60 dirancang dengan interface langsung
pada port SPI (Serial Peripheral Interface) yang
disediakan oleh Arduino Serverino, dimana terjadi
komunikasi antara mikro dan Ethershield.
Implementasi yang digunakan pada ENC28J60 ini
28
hanya mendukung mode 0 saja. Selain itu, port SPI
memerlukan SCK pada posisi Idle level Low.
Perintah dan data dikirimkan melalui pin SI,
dengan data yang dikirimkan sesuai clock pada
rising edge dari SCK. Data diberikan oleh
ENC28J60 pada line SO, pada falling edge dari
SCK. Pin CS harus ditahan pada posisi low ketika
terdapat proses apapun dan kembali pada posisi
high ketika selesai proses.
Komunikasi pada SPI bus Ethershield dan Arduino
menggunakan pin CS yang terhubung dengan pin
I/O pada ATMega168, SCK yang terhubung
dengan SCK pada ATMega168, SI dengan SO dari
ATMega168, SO dengan SI, CLKOUT terhubung
dengan OSC1, dan INT dengan INT0.
Gambar 4. Timing Diagram Input SPI
Gambar 5. Timing Diagram Output SPI
Komunikasi Secara Software
Komunikasi Ethershield dan Arduino secara
software diatur melalui library yang digunakan
pada program. Pada Arduino Ethershield
digunakan library ethershield.h yang merupakan
library standart dari ethershield, tetapi pada
penelitian ini menggunakan library dengan nama
ETHER_28J60.h sebagai library tambahan.
ETHER_28J60
merupakan
library
yang
memanfaatkan library standart dari ethershield,
yang dibuat dengan lebih sederhana agar pada
penggunaannya lebih mudah dan dapat dimengerti.
Seperti pada program lainnya, pada library ini juga
dilakukan inisialisasi dan pendefinisian dari
prosedur dalam library.
Pada proses inisialisasi terse-but didefinisikan
dalam class mengenai prosedur yang digunakan,
supaya prosedur yang digunakan dapat dikenali
dan pada akhir dari inisialisasi tersebut adalah
#endif. Pendeklarasian dari prosedur tersebut
Dinamika Teknologi
Jurnal Ilmiah Teknologi dan Rekayasa, ISSN: 1907-7327
DINAMIKA TEKNOLOGI April 2016 Vol. 8; No. 1; Hal. 26-35
disimpan dalam bentuk ETHER_28J60.h, dimana
program utama akan dituliskan dalam format .cpp.
Berikut diperlukan untuk memanggil library lain
yang akan digunakan oleh library ini agar dapat
melakukan pekerjaan untuk mengirim data dan
sebaliknya. Dan pada cara ini juga memanggil
library yang sudah dibuat sebelumnya, yaitu
ETHER_28J60.h.
Pada pendefinisian atau pen-deklarasian ini juga
disertai dengan penentuan dari variebel masingmasing prosedur yang sudah didefinisikan
sebelumnya pada library yang dipanggil.
Penentuan dari nilai dari masing-masing parameter
tersebut dapat diketahui dengan melihat isi dari
library yang digunakan. Setelah melakukan
pendeklarasian dari masing – masing library yang
digu-nakan, maka selanjutnya harus dilaku-kan
pengaturan pada register yang dilakukan dengan
terlebih dahulu mendeklarasikan variabel port.
Pengaturan mengenai register tersebut sudah
langsung dilakukan oleh library langsung dan
sudah tidak perlu diatur lagi secara manual, cukup
dengan memanggil class yang sudah ditentukan.
Pada bagian pengaturan atau setup tersebut juga
terdapat cara untuk mengubah clockout dari 6.25
MHz menjadi 12.5 MHz. Pengubahan clock
tersebut berguna untuk mempercepat proses
pengiriman data. Pada bagian setup tersebut juga
memanggil
prosedur
lain,
yaitu
es.ES_init_ip_arp_udp_tcp.
Terdapat bagian dimana variabel yang digunakan
dideklarasikan dengan nama yang baru agar dapat
lebih mudah dalam pemanggilan variabelnya.
Selain itu, pada bagian tersebut juga memanggil
nilai dari parameter yang sudah didefinisikan
sebelumnya pada bagian setup. Nilai dari masingmasing memory diatur melalui prosedur service
request, dengan tujuan untuk menunggu apabila
terdapat request baik itu ping maupun data.
Broadcast arp, pengecekan paket IP yang diterima,
dan pengecekan apakah terdapat data untuk dikirim
juga dilakukan pada bagian ini. Yang paling
penting adalah untuk mengirimkan umpan balik
apabila terdapat data pada memory yang akan
ditulis ulang. Berikut merupakan cara pemanggilan
dari prosedur service request dalam program.
Prosedur yang paling sering dipanggil adalah
prosedur print. Prosedur ini terdiri atas dua
parameter yang menentukan jenis data yang
dikirim, kedua parameter tersebut adalah text dan
number. Pada prosedur text, digunakan jenis data
char atau dapat disebut juga character. Didalamnya
hanya dilakukan pengecekan dengan memanggil
procedure lain yaitu checksum, yang kemudian
membaca data, dan disimpan dalam variabel
tertentu.
Prosedur print lainnya adalah dalam bentuk angka,
yang diambil dalam bentuk string, dengan
menentukan panjang dari data yang akan diambil,
yang disimpan dalam bentuk array dalam sebuah
variabel. Pada saat prosedur print dipanggil, data
masih diambil dan disimpan pada memory
sementara dan baru dikirimkan setelah prosedur
respond dipanggil.
Pada penulisannya didalam program, prosedur
respon ini diletakkan pada akhir program utama
dengan tujuan untuk melaksanakan program
perintah yang sudah dituliskan pada program
utama tersebut. Apabila prosedur respon ini tidak
ada, maka program yang sudah dituliskan
diatasnya yang membu-tuhkan respon balik dari
mikro tidak akan menjawab.
ACS712
Pengukuran arus biasanya membutuhkan sebuah
resistor yang dihubungkan secara seri pada beban
dan mengubah arus menjadi tegangan. Untuk
pengukuran arus AC, tegangan tersebut biasanya
diumpankan ke transformator arus sebelum masuk
ke pengkondisi sinyal. ACS712 merupakan sensor
arus yang diproduksi oleh Allegro, yang memiliki
kelebihan untuk mengukur arus baik itu arus DC
maupun arus AC. Teknologi Hall Effect yang
diterapkan oleh Allegro ini menggantikan fungsi
dari resistor seri dan transformator arus menjadi
sebuah sensor yang jauh lebih kecil. ACS 712
banyak digunakan dalam kehidupan sehari – hari
karena dalam penggunaannya yang cukup mudah.
Sensor ini memiliki pembacaan dengan ketepatan
yang tinggi, karena didalamnya terdapat rangkaian
low-offset linear Hall dengan satu lintasan yang
terbuat dari tembaga. cara kerja sensor ini adalah
arus yang dibaca mengalir melalui kabel tembaga
yang terdapat didalamnya yang menghasilkan
medan magnet yang di tangkap oleh Integrated
Hall IC dan diubah menjadi tegangan yang
proporsional. Ketelitian dalam pembacaan sensor
dioptimalkan dengan cara pemasangan komponen
yang ada didalamnya antara penghantar yang
menghasilkan medan magnet dengan sensor secara
berdekatan. Persisnya, tegangan proporsional yang
rendah akan menstabilkan Bi CMOS Hall IC yang
Dinamika Teknologi
Jurnal Ilmiah Teknologi dan Rekayasa, ISSN: 1907-7327
29
DINAMIKA TEKNOLOGI April 2016 Vol. 8; No. 1; Hal. 26-35
didalamnya yang telah dibuat dengan ketelitian
yang tinggi oleh Allegro.
Hal Penting Pada ACS712
Berikut merupakan tabel karakteristik dari
ACS712 yang dapat dilihat pada tabel 1. Tabel ini
menjelaskan mengenai karakteristik ACS712
secara elektrik, yang berlaku untuk seluruh tipe
dari ACS712. Perbedaan dari masing-masing tipe
ACS712 hanya terdapat pada kemampuan
mengukur arus dan sensitivitasnya. Pada Penelitian
ini
digunakan
ACS712
dengan
tipe
ACS712ELCTR-05B-T, dengan tujuan agar
ketelitian yang diberikan memadai. Dan pada
gambar 6 merupakan gambar dari ACS712.
Tabel 1. Karakteristik ACS712
Gambar 7. Blok Diagram ACS712
Komunikasi Secara Hardware
Pada komunikasi secara hardware ini dilakukan
dengan menghubungkan pin output yaitu pin 7 dari
ACS712 pada pin ADC 0 dari ATMega168.
Output dari ACS712 dalam bentuk tegangan,
dimana penyesuaian dari perhitungan kalibrasi
yang diberikan oleh Allegro dapat dilakukan secara
software. Secara hardware, ACS712 dipasang pada
board yang memang sesuai dengan Arduino. Pin
lain yang perlu dihubungkan pada Arduino adalah
pin Vcc dan ground yang dapat dihubungkan pada
5 V dan ground dari Arduino. Vcc dari Arduino
Serverino dapat langsung dihubungkan karena
tegangan kerja dari ACS712 adalah 5 Volt.
Komunikasi Secara Hardware
Komunikasi secara software pada ACS712
dilakukan dari penentuan nilai kalibrasi yang dapat
diketahui pada saat ujicoba. Penentuan nilai
kalibrasi dari pabrik biasanya pada titik terbesar,
sehingga dapat ditentukan sesuai kebutuhan. Pada
penelitian ini ditentukan bahwa kalibrasi dari
ACS712 ini adalah 835.
Gambar 6. ACS712
Hambatan dalam penghantar sensor sebesar 1,2
mΩ dengan daya yang rendah. Jalur terminal
konduktif secara kelistrikan diisolasi dari sensor
mengarah (pin 5 sampai pin 8). Hal ini menjadikan
sensor arus ACS712 dapat digunakan pada
aplikasi-aplikasi yang membutuhkan isolasi listrik
tanpa perlu menggunakan opto-isolator atau teknik
isolasi lainnya yang mahal. Ketebalan penghantar
arus didalam sensor sebesar 3x kondisi kelebihan
beban. Sensor ini telah dikalibrasi oleh Allegro.
30
Dinamika Teknologi
Jurnal Ilmiah Teknologi dan Rekayasa, ISSN: 1907-7327
Gambar 8. Blok Diagram Rangkaian
DINAMIKA TEKNOLOGI April 2016 Vol. 8; No. 1; Hal. 26-35
DESAIN PERANGKAT LUNAK
Gambar 8 menunjukkan blok diagram perangkat
keras yang akan dibuat.
Komunikasi Secara Hardware
Masing - masing dari sensor terhubung dengan
ADC dari ATMega168, dimana ATMega8
berfungsi sebagai sebagai prosessor yang
digunakan untuk mengolah data, serta membaca
data ADC dari masing - masing sensor.
software melalui ATMega168. Pin PC4 dan PC 5
pada nomer kaki 27 dan 28 merupakan pin dengan
device ID Analog 4 dan Analog 5, pada kedua pin
ini digunakan sebagai komunikasi I2C pada
DS1621.
Rangkaian Arduino Ethershield
Berikut ini merupakan schematic dari Ethershield
yang digunakan, dengan menggunakan chip
ENC28J60 didalamnya.
Rangkaian ATmega168
Rangkaian
ATMega168
yang
dibutuhkan
merupakan rangkaian minimum system biasa, yang
memanfaatkan pin ADC dari ATMega168. Maka
dari itu digunakan rangkaian dasar dari Arduino
Serverino sebagai rangkaian dasar, dimana
memiliki fungsi dan kegunaan yang sama. Blok
diagram dari rangkaian dapat dilihat seperti
Gambar 9.
Pada rangkaian ini, merupakan rangkaian utama
yang menjalankan semua aspek dari rangkaian
remote sensing parameter power supply.
Rangkaian ini memiliki banyak kaki input maupun
output yang dapat digunakan. Pada alat ini,
beberapa kaki input dari ATmega168 digunakan
untuk disambungkan dengan beberapa rangkaian
sensor. Kaki input yang digunakan adalah kaki
pada port C, dimana merupakan kaki ADC dari
ATMega168.
Gambar 9. Blok Diagram Rangkaian
Dari Gambar 9, pada pin 2 dan 3 yaitu RXD dan
TXD disambung dengan LED, digunakan sebagai
penanda apabila terjadi pengiriman data pada
ATMega168. Pada pin 1 merupakan tombol reset
yang disambungkan dengan resistor dan capasitor
100nF, berfungsi untuk melakukan manual reset
apabila perangkat mengalami gangguan. Untuk
saat ini, pada port input lainnya tidak digunakan,
tetapi apabila diperlukan dapat diakses secara
Gambar 10. Rangkaian Arduino Ethershield
Arduino Ethershield merupakan rangkaian
Ethernet Interface yang diproduksi oleh Arduino
dengan chip ENC28J60. Ethershield ini merupakan
serangkaian dari Arduino, memiliki kelebihan
yaitu dapat langsung dihubungkan dengan
rangkaian minimum sistem dari mikroprosessor
dengan cara disusun. Rangkaian Ethershield ini
menggunakan SPI untuk langsung terhubung
dengan microkontroler, oleh karena itu Ethersield
tersebut tidak menghabiskan kaki dari Arduino
Serverino itu sendiri. Pada gambar 10 merupakan
schematic dari Arduino Ethershield yang
digunakan.
Rangkaian Sensor Arus
Salah satu sensor yang digunakan pada rangkaian
remote sensing parameter adalah sensor arus.
Sensor yang digunakan adalah ACS 712.
Rangkaian sensor arus dapat dilihat pada gambar
11. Pada rangkaian ini, sensor arus yang digunakan
dihubungkan pada port 0 analog dari ATMega8.
Selain itu digunakan power supply sebagai sumber
tegangan beban, serta beban berupa 10 buah
resistor 10 Watt, dengan resistansi 100 Ω yang
disusun secara paralel.
Pada rangkaian ini digunakan sensor ACS712
sebagai sensor arus karena ACS712 merupakan
sensor arus yang dapat mengukur tegangan secara
AC maupun DC dengan tingkat kesttabilan yang
memadai. Pada rangkaian ini digunakan ACS 712
Dinamika Teknologi
Jurnal Ilmiah Teknologi dan Rekayasa, ISSN: 1907-7327
31
DINAMIKA TEKNOLOGI April 2016 Vol. 8; No. 1; Hal. 26-35
dengan range 5A dengan tujuan untuk
mendapatkan tingkat keakuratan yang cukup.
ACS712 dengan range maksimum 5A digunakan
karena rangkaian yang diukur saat ini tidak
membutuhkan tingkat range yang terlalu besar
tetapi membutuhkan keakurasian cukup.
Gambar 11. Rangkaian ACS712
Dalam pembuatan alat ini, rangkaian dari sensor
arus digabungkan dalam 1 PCB yang diletakkan
pada bagian atas dari Ethershield. Berikut adalah
hasil jadinya pada gambar 11.
10K.
Pemilihan
dari
nilai
tersebut
mempertimbangkan perhitungan nilai
dari
tegangan yang diukur, serta mengambil nilai
resistor yang lebih besar agar arus yang dihasilkan
dalam pengukuran tidak besar. Pengukuran
tegangan adalah dengan range 0 – 250 Volt,
dengan tegangan output 5 Volt menuju ADC dari
mikroprocessor. Pada sensor tegangan ini, terdapat
sebuah selektor yang digunakan untuk memilih
range tegangan yang akan diukur.
Rangkaian Sensor Suhu
Pada rangkaian ini menggunakan sensor suhu
DS1621 yang bertugas untuk menangkap
perubahan suhu ruangan. Pada DS1621 memiliki 2
pin yang digunakan untuk membaca data, tetapi
disini, digunakan sebagai komunikasi I2C antara
DS1621 dan ATMega168. Kedua pin tersebut
terhubung dengan pin 27 dan 28 dari ATMega168
yang ekuivalen dengan Analog 4 dan 5. Pada
Gambar 13 merupakan schematic dari DS1621.
Rangkaian Sensor Tegangan
Gambar 12 menunjukkan rangkaian sensor
tegangan yang digunakan pada Remote Sensing
Parameter Power Supply. Rangkaian sensor
tegangan yang digunakan merupakan rangkaian
pembagi tegangan biasa yang terdiri dari resistor,
trimpod, dan LM324. Berikut adalah schematic
dari sensor tegangan tersebut.
Gambar 13. Hasil Pemasangan Encoder pada Tuas
Motor
Gambar 12. Rangkaian Sensor Tegangan
DS1621 dapat mengubah data analog yang
diterima menjadi data digital dengan durasi waktu
1 detik, tanpa membutuhkan adanya tambahan
komponen pada penggunaannya. Berikut ini
merupakan digram rangkaian pengukur dari
DS1621 pada gambar 14 yang menjelaskan cara
pengambilan data temperatur dari DS1621.
Dari gambar dapat dilihat bahwa terdapat beberapa
resistor dan resistor variabel sebagai pembagi
tegangan, serta ditambahkan LM324 sebagai opamp yang dirangkai secara non-inverting.
Rangkaian non inverting tersebut digunakan untuk
menjaga agar data yang terbaca pada sensor tidak
terkena noise yang diakibatkan dari adanya arus
yang ikut mengalir pada kabel apabila kabel yang
digunakan kurang bagus, atau apabila jarak yang
jauh.
Resistor yang digunakan adalah resistor dengan
nilai 330 K, dan nilai dari resistor variabel adalah
32
Dinamika Teknologi
Jurnal Ilmiah Teknologi dan Rekayasa, ISSN: 1907-7327
Gambar 14. Diagram Rangkaian Pengukur DS1621
DINAMIKA TEKNOLOGI April 2016 Vol. 8; No. 1; Hal. 26-35
Sejak data dikirimkan melalui komunikasi I2C
tersebut dengan MSB terlebih dahulu, maka data
suhu dapat diisi pada DS1621 ataupun dari
DS1621 masing-masing sebagai byte tunggal
(dengan resolusi suhu 1ºC) atau dalam dua byte,
dimana byte kedua dapat berisi nilai LSB (0.5ºC)
dari bacaan suhu seperti yang ditunjukkan pada
tabel 4.1. Dan untuk diingat, bahwa 7 bit dari byte
ini di set dengan nilai ‘0’.
pengaturan nilai parameter program. Pada Gambar
15 ditunjukkan flowchart untuk program pengolah
sensor ini dan akan dibahas mengenai program
masing-masing pengolah sensor dan pengaturan
nilai awalnya.
DESAIN PERANGKAT LUNAK
Pengaturan Awal
Pada pengaturan awal meliputi pemanggilan
library yang akan digunakan, pendefinisian
komponen yang digunakan, serta setup class yang
digunakan.
Program Pada Arduino
Perangkat keras maupun perangkat lunak telah
berkembang begitu banyak seiring semakin
banyaknya teknologi baru yang muncul setiap hari,
namun sebagian besar hubungan timbal balik dan
saling ketergantungan diantara keduanya semakin
berkurang. Di satu sisi, kita sering melihat sebuah
sistem dengan arsitektur perangkat keras baik yang
baru tapi desain softwarenya terlalu mahal untuk
arsitektur tersebut.
Sensor Suhu
Sensor suhu yang digunakan adalah sensor
DS1621 dan menggunakan library wire.h yang
merupakan library langsung dari Arduino. Pada
inisialisasi DS1621 membutuhkan library Wire.h
karena pada library tersebut mendefinisikan
komunikasi I2C dari DS1621. Pada library wire.h
merupakan pendeklarasian dari class yang
digunakan, serta tipe dari variabel yang terkait
dengan library tersebut.
Di sisi lain, hampir semua alat mekanis di seluruh
dunia modern mengarah ke penggunaan sistem
komputer terintegrasi. Dalam situasi dimana biaya
merupakan pertimbangan, sistem komputer
terintegrasi dengan perangkat lunak yang efisien
dapat mengurangi biaya desain secara signifikan.
Maka digunkanlah program Arduino yang
langsung memiliki compilernya sendiri.
Sensor Arus
Pada sensor arus digunakan sensor ACS 712,
dimana output dari sensor disambungkan pada pin
Analog 0 dari Arduino. Perhitungan pada sensor
Arus meliputi inisialisasi variabel local yang
digunakan
hanya
pada
class
arus
saja,pendeskripsian tipe data, serta menyimpan
data perhitungan akhir pada variabel tertentu.
Sensor Tegangan
Start
Pada sensor tegangan, digunakan pembagi
tegangan biasa yang memanfaatkan LM324
sebagai opamp untuk menjaga agar data tetap utuh
selama pengirimannya.
Inisialisasi
Program Utama
Pada bagian ini merupakan program utama, yang
digunakan untuk memanggil hasil dari class
sebelumnya yang telah digunakan untuk
memproses data. Program penghitungan yang
dilakukan hanya dilakukan satu kali, dan kemudian
data tersebut akan disimpan pada data storage agar
waktu yang digunakan untuk perhitungan tidak
menjadi panjang.
Ambil data sensor
Ada
permintaan
cetak?
No
Yes
Tampilkan
Gambar 15. Flowchart Program Pengolah Sensor
Program Pengolah Sensor
Pada program pengolah sensor ini meliputi
program pengaturan library yang diperlukan serta
Program Pengolah Menggunakan Delphi
Di program utama ini dilakukan pengaturan awal
untuk nilai-nilai parameter pada program,
inisialisasi komponen-komponen yang digunakan
pada program, serta penanganan terhadap
penekanan tombol. Pada gambar 16 ditunjukkan
flowchart untuk program utama dari alat ini.
Dinamika Teknologi
Jurnal Ilmiah Teknologi dan Rekayasa, ISSN: 1907-7327
33
DINAMIKA TEKNOLOGI April 2016 Vol. 8; No. 1; Hal. 26-35
UJI COBA ALAT
Start
Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan
power supply DC sebagai sumber tegangan dan
beban untuk arus yang akan diukur. Hasil
pengujian ini akan dibandingkan dengan Avometer
sebagai patokan pembanding.
Inisialisasi
Penekanan
Tombol?
No
Yes
Tambahkan data pada datalogger
Untuk tampilannya dapat dilihat melalui web
browser, dan pengumpulan data dilakukan melalui
Delphi. Pada web browser data dari sensor hanya
ditampilkan saja, tetapi apabila ingin melakukan
pengumpulan data, harus menggunakan Delphi
yang juga ditampilkan secara grafik.
Tampilkan pada Grafik
Gambar 16. Flowchart Program Pengolah Delphi
Pengambilan Data dari Web
Data sensor yang sudah dikirimkan pada web
browser, diambil dengan cara mengambil source
dan di search data tersebut. Didalam proses
pengambilan data juga termasuk penentuan dari
alamat Arduino yang sudah harus diketahui.
Pengolahan Data Menjadi Grafik.
Program berikut digunakan untuk mengolah data
yang ditampilkan dari web yang kemudian akan
diinputkan ke Delphi dan ditampilkan dalam
bentuk grafik. Pada pembuatan grafik tersebut,
menggunakan cara sql text, yaitu mengambil file
data dengan format file Data.mdb dimana data
tersebut telah tersimpan dalam bentuk data logger.
Penggunaan grafik yang berbeda dengan tujuan
untuk memudahkan pengaturan satuan yang
digunakan terutama pada arus, agar tampilan dari
range data dapat lebih jelas.
Gambar 17.Rangkaian Uji Coba Alat
34
Gambar 18. Tampilan Pada Web Browser
Hasil Uji Coba
Dalam hasil uji coba ini dilakukan perbandingan
antara data yang terukur menggunakan sensor dan
hasil yang diukur dengan menggunakan avometer.
Berikut ini merupakan hasil pengukuran tersebut,
dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Hasil Perbandingan Pengukuran
Avometer
Arus Teg
0.32 3.5
0.53 5.8
0.84 9.2
1.10 12
1.32 14.5
1.56 17
Sensor Terbaca
Arus Suhu Teg
0.31 28
3.39
0.52 28
5.67
0.83 27
9.16
1.09 27
11.7
1.31 28
14.2
1.55 29
16.9
Tabel berikut menunjukkan perbedaan yang terjadi
pada pengukuran tegangan antara power suppy,
avometer, serta pada data terbaca dari sensor.
Penggunaan dari avometer tersebut karena
penunjuk angka pada power supply merupakan
tegangan
yang
diinginkan,
tetapi
pada
kenyataannya tegangan tersebut mengalami drop
akibat pembebanan yang terjadi. Perbandingan
yang digunakan menggunakan avometer agar
didapatkan nilai perbandingan yang benar.
Dinamika Teknologi
Jurnal Ilmiah Teknologi dan Rekayasa, ISSN: 1907-7327
DINAMIKA TEKNOLOGI April 2016 Vol. 8; No. 1; Hal. 26-35
Gambar 19. Tampilan Pada Delphi
KESIMPULAN
Dari hasil uji coba, dapat disimpulkan bahwa :
Pengiriman data menuju jaringan Ethernet tidak
dapat dilakukan dengan jarak waktu yang
berdekatan. Karena mikro perlu persiapan
pengiriman ke Ethernet, oleh karena itu
Arduino melakukan pengambilan data baru
dapat melakukan persiapan untuk pengiriman
data ke Ethernet.
Penulisan pada web browser tidak dapat
menggunakan perintah penulisan yang terlalu
banyak. Hal tersebut karena keterbatasan RAM
dari prosessor yang digunakan saat ini, yaitu
ATMega168.
Pada proses pengambilan data dan menampilkan
pada Delphi tidak dapat terlalu cepat, karena dapat
mengakibatkan Arduino Serverino mengalami
gangguan. Batas waktu antara pengambilan data
sekarang dan pengambilan data berikutnya adalah
minimal 2 detik.
DAFTAR PUSTAKA
1. http://www.tuxgraphics.org/common/src2/articl
e06061/eth-remote-device.pdf.
2. http://www.tuxgraphics.org/electronics/200606/
article06061.shtml
3. Microsystems, Allegro, ACS712, 2010,
Worchester: Massachusett.
4. Technology, Microchip, ENC28J60, 2008,
USA.
5. Technology, Microchip, 3V Tips ‘n Trick,
2008, USA.
Dinamika Teknologi
Jurnal Ilmiah Teknologi dan Rekayasa, ISSN: 1907-7327
35