Sistem akuisisi data kincir angin propeler berbahan kayu.

(1)

viii

INTISARI

Kincir angin propeler berbahan kayu merupakan salah satu jenis pembangkit listrik energi terbarukan yang dapat dikembangkan di Indonesia. Untuk dapat memantau kinerja kincir angin dibutuhkan suatu sistem akuisisi data yang dapat mengumpulkan data-data yang terkait dengan karakteristik pada kincir angin yang direkam oleh sistem data logger. Oleh karena itu, dibuat sistem yang dapat mengirimkan data dari setiap sensor sistem data logger secara nirkabel (wireless) pada sebuah aplikasi akuisisi data.

Sistem ini menggunakan papan Arduino Uno Rev3 sebagai pengirim data sensor yang diterima dari sistem data logger. Data dikirimkan secara nirkabel dengan menggunakan modul radio XBee-PRO (S2B). Kemudian, data akan diterima oleh sistem penerima dan diolah menggunakan program aplikasi akuisisi data. Data sensor yang dikirimkan adalah sensor tegangan, sensor arus, sensor kecepatan poros kincir, sensor kecepatan angin, dan sensor arah angin. Pengiriman data dilakukan setiap 10 detik, dan data akan di tampilkan dalam bentuk teks, animasi alat ukur, tabel, dan grafik secara real-time pada aplikasi akuisisi data.

Sistem akuisisi data kincir angin propeler berbahan kayu ini sudah dapat diimplementasikan pada kincir angin tersebut. Sistem ini sudah diuji dengan menggunakan kecepatan transfer data 9600 bps. Dari hasil pengujian tersebut menunjukkan bahwa pengiriman data dalam ruang dapat mencapai jarak 50 meter dengan tingkat keberhasilan 92%, sedangkan untuk pengiriman luar ruang dapat mencapai jarak 100 meter dengan tingkat keberhasilan 100%. Data yang diterima dari sistem pengirim ditampilkan secara real-time dan disimpan sebagai basis data menggunakan program aplikasi akuisisi data.

(2)

ABSTRACT

Propeller windmill made of wood is one kind of renewable energy power plants which can be developed in Indonesia. In monitoring the wildmill’s performance, it needs data acquisition system which can collect the data related to the windmill’s characteristic which is recorded by data logger. Hence, it was made a system which sent the data of each sensor of data logger system wirelessly in the application of acquisition data.

This system uses Arduino Uno Rev3 as the sensor data transmitter which received from the data logger system. The data was transmitted wirelessly by using XBee-PRO (S2B) radio module. Then, the data was received by the receiver system and processed by using application of data acquisition. The sensor data which is transmitted is voltage sensor, blades rotation speeds sensor, wind speed sensor, and speed direction sensor. The data transmission is done in every 10 seconds, and the data would be presented in form of text, animation instrument, table, and graphic through real time in the application of data acquisition system.

Data acquisition system of propeller windmill made of wood can be implemented on it. This system has been assessed by using 9600 bps baud rate. After assessing the system, it showed that the data transmission which was done inside the room reached 50 meters and the success level was 92%. While, the data transmission which was done outside the room reached 100 meters and the success level was 100%. Finally, the data which was received from the transmission system was presented in real time and saved as basis data by using application of acquisition data.

(3)

TUGAS AKHIR

SISTEM AKUISISI DATA KINCIR ANGIN

PROPELER BERBAHAN KAYU

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi

Teknik Elektro

disusun oleh:

FRANSISCUS FIRGIA I WAYAN SAMBU RESPATIA NIM : 125114008

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

(4)

FINAL PROJECT

DATA ACQUISITION SYSTEM OF PROPELLER

WINDMILL MADE OF WOOD

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements For the degree of Sarjana Teknik in Electrical

Engineering Study Program

FRANSISCUS FIRGIA I WAYAN SAMBU RESPATIA NIM : 125114008

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTEMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

(5)

(6)

(7)

(8)

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP

Motto:

Jika ya, hendaklah kamu katakan: ya, jika tidak, hendaklah kamu katakan tidak. Apa yang lebih dari pada itu berasal dari

si jahat - Matius 5:37

Skripsi ini kupersembahkan untuk: Tuhan Yesus Kristus juruselamat dan sahabatku Bapak Petrus I Nyoman Werna, Ibu Beatrix Erni Adik ku Lintang dan Niken Elizabet Afreilyanti Teman-teman Teknik Elektro USD 2012 Dan Keluarga Lamrus

(9)

(10)

viii

INTISARI

(11)

ABSTRACT

(12)

KATA

PENGANTAR

Syukur dan terimakasih kepada Tuhan Yesus Kristus karena dengan segala rahmat dan penyertaan-Nya, maka tugas akhir dengan judul “Sistem Akuisisi Data Kincir Angin

Propeler Berbahan Kayu” dapat diselesaikan dengan baik. Selama menulis tugas akhir ini,

penulis menyadari bahwa ada begitu banyak pihak yang telah memberikan bantuan dengan cara masing-masing, sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan. Oleh karena itu penulis ingin mengucakpan terima kasih kepada:

1. Bapak Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

2. Bapak Petrus Setyo Prabowo, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma.

3. Bapak Dr. Iswanjono, selaku dosen pembimbing yang dengan penuh kesabaran membimbing, memberikan kritik dan saran yang membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

4. Bapak Ir. Tjendro, M.Kom. dan Bapak Martanto, S.T., M.T., selaku dosen penguji. 5. Semua dosen dan laboran program studi Teknik Elektro yang telah memberikan ilmu

pengetahuan selama masa perkuliahan.

6. Bapak dan Ibu yang saya kasihi, yang selalu mendukung saya secara rohani dan jasmani.

7. Elizabet Afreilyanti, yang memberikan motovasi dan semangat untuk menyelesaikan tugas akhir ini.

8. Teman-teman program studi Teknik Elektro angkatan 2012, atas kebersamaan dan kerjasamanya selama masa perkuliahan.

9. Teman-teman lamrus yang secara langsung maupun tidak langsung memberikan motivasi untuk menyelesaikan tugas akhir ini.

10. Semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu atas bantuan, bimbingan, kritik, dan saran dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

(13)

(14)

xii

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL (Bahasa Indonesia) ... i

HALAMAN JUDUL (Bahasa Inggris) ... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP ... vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... vii

INTISARI ... xiii

ABSTRACT ... ix

KATA PENGANTAR ... x

DAFTAR ISI ... xii

DAFTAR GAMBAR ... xvi

DAFTAR TABEL ... xxi

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Tujuan dan Manfaat Penelitian ... 3

1.3. Batasan Masalah... 3

1.4. Metodologi Penelitian ... 4

BAB II DASAR TEORI ... 6

2.1. Kincir Angin Propeler Berbahan Kayu ... 6

2.2. Sistem Telemetri ... .7

2.3. Sistem Akuisisi Data ... .8

2.3.1. One Way DAS ... 8

2.3.2. Elemen-elemen Penujang DAS ... .9

2.4. Jaringan ZigBee IEEE 802.15.4 ... .10

2.5. Komunikasi Serial ... 9

2.5.1. Kelebihan Komunikasi Kanal Serial ... 11

2.5.2. Universal Asynchronous Receiver Transmitter (UART) ... .11

2.6. Arduino Uno Rev3 ... 12

(15)

xiii

2.6.2. Pemograman Arduiono IDE ... .14

2.7. XBee-PRO (S2B) ... 16

2.7.1. Spesifikasi XBee-PRO (S2B) ... 16

2.7.2. Komunikasi Serial XBee-PRO (S2B) ... .20

2.7.3. Protokol Jaringan XBee-PRO (S2B) ... .21

2.7.4. Pengaturan XBee-PRO (S2B) ... .22

2.8. XBee Shield V1.1 ... 23

2.9. XBee USB Adapter ... 25

2.10. Kartu SD (Secure Digital) ... 26

2.11. Light Emitting Diode (LED) ... 28

2.12. MATLAB Graphical User Interface (GUI) ... 30

2.12.1.Graphical User Interface (GUI) ... .30

2.12.2.MATLAB Compiler ... .32

BAB III PERANCANGAN PENELITIAN ... 33

3.1. Perancangan Sistem Pengirim ... 35

3.1.1. Perancangan Perangkat Keras ... .35

3.1.1.1. Rangkaian Sistem Pengirim ... .36

3.1.1.2. Kotak Sistem Pengirim ... .36

3.1.2. Perancangan Perangkat Lunak ... 46

3.1.2.1. Diagram Alir Program Utama Sistem Pengirim ... . 46

3.1.2.2. Diagram Alir Subrutin Ping ... . 47

3.2. Perancangan Sistem Penerima ... 49

3.2.1. Rangkaian Sistem Penerima ... . 49

3.2.2. Kotak Sistem Penerima ... 49

3.3. Konfigurasi Modul Radio XBee-PRO (S2B) ... 51

3.4. Format Paket Data ... 53

3.5. Perancangan Aplikasi Antarmuka Sistem Akuisisi Data ... 56

3.5.1. Gambar Aplikasi ... . 56

3.5.1.1. Ikon Alikasi ... 56

3.5.1.2. Splash Screen Aplikasi ... 56

3.5.1.3. Petunjuk Aplikasi (Prosedur) ... 57

3.5.1.4. Informasi Tentang Aplikasi... 58

(16)

xiv

3.5.2. Perangkat Lunak Aplikasi Antarmuka ... . 59

3.5.2.1. Diagram Alir Program Utama ... 61

3.5.2.2. Diagram Alir Subrutin Keterangan ... 63

3.5.2.3. Diagram Alir Subrutin Penerimaan Data ... 64

3.5.2.4. Diagram Alir Subrutin Simpan Data ... 67

3.6. Data Dummy ... 63

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 71

4.1. Perangkat Keras Sistem ... 71

4.1.1. Perangkat Keras Sistem Pengirim ... 71

4.1.1.1. Rangkaian Catu Daya DC ... 71

4.1.1.2. Rangkaian Reset Eksternal ... 72

4.1.1.3. Rangkaian Kartu SD ... 72

4.1.1.4. Rangkaian Indikator LED ... 72

4.1.2. Perangkat Keras Sistem Penerima ... 74

4.2. Perangkat Lunak Sistem ... 75

4.2.1. Sistem Pengirim ... 75

4.2.1.1. Inisialisasi ... 75

4.2.1.2. Program Utama ... 75

4.2.1.3. Subrutin Hapus File Temporary ... 77

4.2.1.4. Subrutin Penerimaan Paket Data ... 77

4.2.1.5. Subrutin Ping ... 78

4.2.1.6. Subrutin Konfirmasi ... 79

4.2.1.7. Subrutin Pengiriman Paket Data ... 79

4.2.2. Sistem Penerima ... 80

4.2.2.1. Inisialisasi ... 80

4.2.2.2. Program Utama ... 82

4.2.2.3. Subrutin Keterangan... 82

4.2.2.4. Subrutin Komunikasi ... 84

4.2.2.5. Subrutin Refresh Ports ... 85

4.2.2.6. Subrutin Penerimaan Data ... 86

4.2.2.7. Subrutin Pemrosesan Data ... 86

4.2.2.8. Subrutin Akhiri Proses Data... 93

(17)

4.2.2.10.Subrutin Buka File Akuisisi Data ... 97

4.2.2.11.Subrutin Menutup Aplikasi ... 99

4.3. Pengujian Sistem Telemetri ... 100

4.3.1. Pengujian Dalam Ruang ... 100

4.3.1.1. Komunikasi Satu Arah ... 101

4.3.1.2. Komunikasi Dua Arah... 102

4.3.1.3. Pengiriman Paket Data ... 103

4.3.2. Pengujian Luar Ruang ... 104

4.3.2.1. Komunikasi Satu Arah ... 104

4.3.2.2. Komunikasi Dua Arah... 105

4.3.2.3. Pengiriman Paket Data ... 106

4.3.3. Pengujian Komunikasi dengan Metode Handshaking ... 107

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 109

5.1. Kesimpulan ... 109

5.2. Saran ... 109

DAFTAR PUSTAKA ... 110

(18)

xvi

DAFTAR

GAMBAR

Halaman

Gambar 1.1. Blok Diagram Sistem Keseluruhan Kincir Angin Berbahan Kayu ... 2

Gambar 1.2. Blok Diagram Perancangan... 4

Gambar 2.1. Kincir Angin Petani Garam TIM KKAI 2013 USD ... 6

Gambar 2.2. Skema Sistem Telemetri ... 7

Gambar 2.3. Elemen-elemen Sistem Akuisisi Data Berbasis PC ... 9

Gambar 2.4. Papan Sistem Minimum Mikrokontroler Arduino Uno R3 ... 12

Gambar 2.5. Pin Mapping ATmega168/328 ... 14

Gambar 2.6. Perangkat Lunak Arduino IDE versi 1.6.6 ... 14

Gambar 2.7. Modul XBee-PRO (S2B) ... 17

Gambar 2.8. Komunikasi UART XBee-PRO (S2B) ... 20

Gambar 2.9. Pola Bit Serial yang Melewati XBee-PRO (S2B) ... 20

Gambar 2.10. Protokol Jaringan ZigBee ... 22

Gambar 2.11. Program X-CTU versi 5.2.7.5 ... 22

Gambar 2.12. Modul XBee Shiled V1.1 ... 24

Gambar 2.13. Skematik Modul XBee Shiled V1.1 ... 24

Gambar 2.14. Instalasi Komunikasi Serial Modul XBee Shiled V1.1 ... 25

2.14.(a). Komunikasi dengan Arduino ... 25

2.14.(b). Komunikasi dengan FTD1232 ... 25

Gambar 2.15. XBee USB Adapter-Funduino ... 26

Gambar 2.16. Standar Penomoran Terminal Kartu SD ... 27

Gambar 2.17. Rangkaian Pembagi Tegangan ... 28

Gambar 2.18. Persambungan Kartu SD dengan Mikrokontroler ... 28

Gambar 2.19. Konfigurasi LED ... 29

Gambar 2.20. Rangkaian LED ... 29

Gambar 2.21. Tampilan Guide Editor MATLAB ... 30

Gambar 2.22. Jendela Property Inspector ... 31

Gambar 2.23. Jendela MATLAB Compiler versi 6.0 ... 32

Gambar 3.1. Perancangan Sistem. ... 34

Gambar 3.2. Rangkaian Sistem Pengirim ... 36

Gambar 3.3. Rangkaian Sistem Minimum Arduino Uno Rev3 ... 39

(19)

xvii

Gambar 3.5. Rangkaian Catu Daya DC ... 41

Gambar 3.6. Rangkaian Reset Eksternal. ... 42

Gambar 3.7. Rangkaian Kartu SD. ... 42

Gambar 3.8. Rangkaian Indikator LED ... 43

Gambar 3.9. Perancangan Kotak Sistem Pengirim ... 45

3.9.(a). Bagian Luar Tampak Atas ... 45

3.9.(b). Bagian Luar Tampak Bawah ... 45

3.9.(c). Bagian Luar Tampak Samping Kiri ... 45

3.9.(d). Bagian Luar Tampak Samping Kanan ... 45

3.9.(e). Bagian Dalam Tampak Samping Kiri... 45

3.9.(f). Bagian Dalam Tampak Samping Kanan ... 45

Gambar 3.10. Diagram Alir Program Utama Sistem Pengirim ... 50

Gambar 3.11. Diagram Alir Subrutin Ping ... 47

Gambar 3.12. Diagram Alir Subrutin Pengiriman Paket Data ... 48

Gambar 3.13. Perancangan Kotak Sistem Penerima... 50

3.13.(a). Bagian Luar Tampak Atas ... 50

3.13.(b). Bagian Luar Tampak Bawah ... 50

3.13.(c). Bagian Luar Tampak Samping Kiri ... 50

3.13.(d). Bagian Luar Tampak Samping Kanan ... 50

3.13.(e). Bagian Dalam Tampak Samping Kiri ... 50

3.13.(f). Bagian Dalam Tampak Samping Kanan ... 50

Gambar 3.14. Parameter Uji Modul XBee-PRO (S2B) ... 51

3.14.(a). Parameter Uji Modul XBee Pengirim ... 51

3.14.(b). Parameter Uji Modul XBee Penerima ... 51

Gambar 3.15. Ikon Aplikasi ... 56

Gambar 3.16. Splash Screen Aplikasi ... 57

Gambar 3.17. Prosedur Menjalankan Aplikasi ... 58

Gambar 3.18. Informasi Tentang Aplikasi... 58

Gambar 3.19. Latar Belakang Aplikasi ... 59

Gambar 3.20. Jendela Aplikasi Sistem Akuisisi Data ... 61

Gambar 3.21. Kotak Dialog Error - Tidak Ada Koneksi Serial ... 61

Gambar 3.22. Kotak Dialog Pernyataan-Keluar ... 62

(20)

xviii

Gambar 3.24. Diagram Alir Subrutin Keterangan ... 63

Gambar 3.25. Jendela Prosedur Aplikasi ... 63

Gambar 3.26. Jendela Tentang Aplikasi ... 64

Gambar 3.27. Kotak Dialog Error - Port Tidak Terhubung ... 64

Gambar 3.28. Kotak Dialog Error - Komunikasi Terputus ... 64

Gambar 3.29. Kotak Dialog-Selesai ... 65

Gambar 3.30. Diagram Alir Subrutin Penerima Data ... 66

Gambar 3.31. Kotak Dialog Peringatan-Folder Belum Dipilih ... 67

Gambar 3.32. Kotak Dialog - Folder Simpan ... 67

Gambar 3.33. Kotak Dialog Peringatan - Folder Kosong ... 68

Gambar 3.34. Kotak Dialog Peringatan - Nama File Kosong ... 68

Gambar 3.35. Kotak Dialog Peringatan - Belum Ada Data ... 68

Gambar 3.36. Diagram Alir Subrutin Simpan Data ... 69

Gambar 4.1. Rangkaian Sistem Pengirim ... 71

4.1.(a). Rangkaian Catu Daya DC, Reset Eksternal, dan Indikator LED ... 71

4.1.(b). Rangkaian Kartu SD ... 71

Gambar 4.2. Perangkat Keras Sistem Pengirim ... 73

4.2.(a). Bagian Luar Tampak Atas ... 73

4.2.(b). Bagian Luar Tampak Bawah ... 73

4.2.(c). Bagian Luar Tampak Samping Kiri ... 73

4.2.(d). Bagian Luar Tampak Samping Kanan ... 73

4.2.(e). Bagian Dalam Tampak Samping Kiri... 73

4.2.(f). Bagian Dalam Tampak Samping Kanan ... 73

Gambar 4.3. Perangkat Keras Sistem Penerima ... 74

4.3.(a). Bagian Luar Tampak Atas ... 74

4.3.(b). Bagian Luar Tampak Bawah ... 74

4.3.(c). Bagian Luar Tampak Samping Kiri ... 74

4.3.(d). Bagian Luar Tampak Samping Kanan ... 74

4.3.(e). Bagian Dalam Tampak Samping Kiri... 74

4.3.(f). Bagian Dalam Tampak Samping Kanan ... 74

Gambar 4.4. Indikator Kartu SD Tidak Siap ... 76

Gambar 4.5. Indikator LED Terima Data Menyala ... 77

(21)

xix

Gambar 4.7. File Temp.txt. Pada Kartu SD ... 78

Gambar 4.8. Indikator LED Kirim Data Menyala ... 80

Gambar 4.9. Kotak Dialog Error - Perangkat Tidak Terdeteksi ... 81

Gambar 4.10. Tampilan Jendela Aplikasi Sistem Akuisisi Data ... 82

Gambar 4.11. Tampilan Properti Keterangan Pada Jendela Aplikasi ... 83

Gambar 4.12. Tampilan Jendela Prosedur Aplikasi ... 83

Gambar 4.13. Tampilan Jendela Tentang Aplikasi ... 83

Gambar 4.14. Tampilan Properti Komunikasi Pada Jendela Aplikasi ... 84

Gambar 4.15. Kotak Dialog Peringatan - Masukkan Baud Rate Salah ... 84

Gambar 4.16. Kotak Dialog Error - Perangkat Tidak Berhasil Terhubung ... 85

Gambar 4.17. Kotak Dialog Peringatan - Ada Data Tabel ... 85

Gambar 4.18. Tampilam Refresh Ports Pada Pop-up Menu Aplikasi ... 86

Gambar 4.19. Tampilan Properti Proses Data Pada Jendela Aplikasi ... 86

Gambar 4.20. Tampilan Data Pada Gauges Dan Static Text Aplikasi ... 87

Gambar 4.21. Tampilan Data Pada Tabel dan Grafik Aplikasi ... 88

Gambar 4.22. File Backup Pada Folder Backup ... 88

Gambar 4.23. Data Pengujian Batas Sensor Pada Aplikasi ... 90

Gambar 4.24. Data Sensor Lebih Kecil Dari Batas Bawah ... 92

Gambar 4.25. Data Sensor Sesuai Batas ... 92

Gambar 4.26. Data Sensor Lebih Besar Dari Batas Atas... 92

Gambar 4.27. Kemampuan Program Aplikasi Mengolah Paket Data ... 93

Gambar 4.28. Tamplian Properti Simpan Data Pada Jendela Aplikasi ... 94

Gambar 4.29. Kotak Dialog Peringatan - Masukkan Karakter Salah ... 95

Gambar 4.30. Kotak Dialog Peringatan - Masukkan Nama File Salah ... 95

Gambar 4.31. Kotak Dialog Peringatan - Ganti Nama File ... 95

Gambar 4.32. File Excel Akuisisi Data.xlsx ... 96

Gambar 4.33. Kotak Dialog Pertanyaan - Hapus Data ... 97

Gambar 4.34. Properti Buka File Pada Jendela Aplikasi ... 97

Gambar 4.35. Kotak Dialog Peringatan - File Belum Dipilih ... 98

Gambar 4.36. Kotak Dialog Peringatan - Jumlah Kolom Salah ... 99

Gambar 4.37. Kotak Dialog Peringatan - Tipe Data Salah ... 99

Gambar 4.38. Kotak Dialog Peringatan - Data Tanggal Atau Waktu Salah ... 99

(22)

Gambar 4.40. Ilustrasi Pengujian Sistem Telemetri Dalam Ruang ... 100 Gambar 4.41. Ilustrasi Pengujian Sistem Telemetri Luar Ruang ... 104

(23)

xxi

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 2.1. Keterangan Bagian Arduino Uno Rev3 ... 13 Tabel 2.2. Spesifikasi XBee-PRO (S2B) ... 18 Tabel 2.3. Konfigurasi Pin XBee-PRO (S2B)... 19 Tabel 2.4. Spesifikasi Modul XBee Shield V1.1 ... 25 Tabel 2.5. Keterangan Bagian XBee USB Adapter ... 26 Tabel 2.6. Keterangan Terminal Kartu SD. ... 27 Tabel 3.1. Format Paket Data ... 54 Tabel 4.1. Variabel Global Pada Memori EEPROM ... 76 Tabel 4.2. Simbol ASCII Setiap Karakter Paket Data ... 80 Tabel 4.3. Variabel Global Pada Program Aplikasi Akuisisi Data ... 81 Tabel 4.4. Parsing Data Dari Paket Data Yang Diterima ... 89 Tabel 4.5. Hasil Pengujian Batas Sensor Pada Aplikasi ... 91 Tabel 4.6. Spesifikasi Tipe Data File Akuisisi Data ... 98 Tabel 4.7. Hasil Pengujian Komunikasi Satu Arah Dalam Ruang... 101 Tabel 4.8. Hasil Pengujian Komunikasi Dua Arah Dalam Ruang ... 102 Tabel 4.9. Hasil Pengujian Pengiriman Paket Data Dalam Ruang ... 103 Tabel 4.10. Hasil Pengujian Komunikasi Satu Arah Luar Ruang ... 105 Tabel 4.11. Hasil Pengujian Komunikasi Dua Arah Luar Ruang ... 105 Tabel 4.12. Hasil Pengujian Pengiriman Paket Data Luar Ruang. ... 106 Tabel 4.13. Hasil Percobaan Komunikasi Handshaking ... 107

(24)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Indonesia merupakan kepulauan yang terletak di wilayah khatulistiwa dan diapit oleh dua benua yaitu Asia dan Australia. Kurang lebih dua per tiga wilayah Indonesia adalah lautan dan mempunyai garis pantai terpanjang di dunia, yaitu kurang lebih 80791,42 Km. Itulah mengapa Indonesia merupakan wilayah potensial untuk pengembangan pembangkit energi bertenaga angin. Rata-rata kecepatan angin di daerah pantai Indonesia adalah 5 m/detik. Di beberapa daerah, misalnya Laktutus, Atambua, NTT kecepatan angin dapat mencapai hingga 12 m/detik [1].

Di Laktutus sudah pernah dibagun beberapa kincir angin dengan propeler berbahan logam. Akan tetapi, karena desain tidak memperhatikan kondisi riil daerah tersebut menyebabkan kincir angin tersebut tidak dapat bertahan lama. Telah dilakukan studi perbandingan di Rembang untuk melihat kincir angin petani garam. Sebagian besar kincir garam menggunakan propeler dari bahan kayu dan dapat bertahan lama. Telah dilakukan desain dan implementasi awal kincir garam dan diuji coba di daerah pantai selatan Yogyakarta. Dengan kecepatan angin 4-7 m/detik, kincir dapat bekerja dengan baik dan kinerja kincir masih dapat ditingkatkan. Akan tetapi, dengan kecepatan angin yang ada belum diperoleh energi listrik yang optimal dengan generator yang digunakan [1].

Berdasarkan hal-hal tersebut, tim peneliti dari Universitas Sanata Dharma yang diketuai oleh Dr. Ir. Iswanjono, M.T. melakukan penelitian desain dan implementasi kincir angin propeler berbahan kayu dengan variasi bentuk sudu, sudut belok, dan sudut putar. Kincir ini akan digunakan untuk menggerakan generator listrik 1 kVA. Kecepatan putar poros kincir dan pemilihan beban listrik akan dikontrol secara otomatis untuk mendapatkan energi yang optimal [1]. Sistem secara keseluruhan dibagi menjadi empat bagian. Bagian pertama terdiri dari kincir angin propeler berbahan kayu, bagian kedua terdiri dari sensor dan sistem data logger, bagian ketiga terdiri dari sistem pengirim radio telemetri, dan bagian keempat terdiri dari sistem penerima dan sistem akuisisi data seperti yang ditunjukkan pada gambar 1.1.

(25)

Generator AC

Rect ifier

Poros Kincir Angi n

Angin Sensor Tegangan Sensor Arus Sensor Kecepatan Poros Sensor Kecepatan Angin Sensor Kompas

Catu Daya DC Pus h

But ton

RTC & SD Shiel d

RTC DS1307 SD Card

XBee PRO Shield V1.1

SD Card

XBee USB Adapter

Ardui no Uno Rev3

Lapt op/PC XBee-PRO (S2B) XBee-PRO (S2B) Kincir Angin Propeler

Berbahan Kayu Sistem Data Logger Sistem Pengirim Sistem Penerima

Ardui no Uno Rev3

Beban

LCD Catu Daya DC Pus h

But ton

LED

Gambar 1.1. Blok Diagram Sistem Keseluruhan Kincir Angin Propeler Berbahan Kayu Meningkatnya kebutuhan pemantauan sistem secara real-time, membutuhkan sebuah model atau sistem yang lebih dari sekedar portable dan lebih fleksibel yaitu sistem telemetri. Sistem telemetri merupakan model metode pengukuran jarak jauh yang memanfaatkan gelombang radio sebagai media pengiriman data [2]. Untuk menunjang optimalisasi perolehan energi pada kincir angin propeler berbahan kayu oleh tim, dibuat sebuah sistem radio telemetri dan akuisisi data ditunjukkan pada blok sistem pengirim dan sistem penerima pada gambar 1.1.

Alat yang dirancang berfungsi mengirim data pengukuran (instrumentasi) yang diterima melalui media penghantar kabel dari sistem data logger stasiun pengukur atau pengamat berupa data nomer perekamam, tanggal, jam, tegangan, arus, perolehan energi, kecepatan kincir, kecepatan angin, dan arah angin secara nirkabel (wireless) sampai ke stasiun penerima. Data yang diterima akan ditampilkan dalam aplikasi mandiri (standalone apllication) secara grafis (GUI) oleh sistem penerima yang memiliki fasilitas pemantauan data (data monitoring), penyimpanan dalam bentuk basis data (data base), dan pengolahan data (data processing) dalam waktu 24 jam.

Program aplikasi akuisisi data dirancang dengan tampilan yang menarik, seperti program akuisisi data dan kontrol kincir angin yang pernah dibuat oleh Windmill Software Limited, spesialis akuisisi data dan program kontrol untuk sistem operasi windows [3].

(26)

Namun, perancangan tersebut tidak mengabaikan keakuratan data (validasi data) yang diterima melalui sistem radio telemetri.

Komunikasi nirkabel (wireless) memiliki kelemahan terhadap gangguan sinyal (disturbance) dari luar, contohnya jangkauan yang luas, cuaca yang buruk, bagunan bertingkat, dan lain sebagainya. Berdasarkan hal tersebut dilakukan pengujian jarak pancar sistem telemetri terhadap medan yang dilalui dalam transmisi data secara nirkabel, guna mendapatkan data hasil transmisi yang optimal dan akurat.

1.2. Tujuan dan Manfaat Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah:

1. Membuat sistem radio telemetri dari data instrumentasi sistem data logger kincir angin propeler berbahan kayu ke sistem akuisisi data kincir angin propeler berbahan kayu.

2. Membuat aplikasi antarmuka sistem akuisisi data kincir angin propeler berbahan kayu dengan basis data dalam bentuk file excel (Microsoft Excel 97-2003 Worksheet). Manfaat penelitian ini adalah untuk menunjang optimalisasi perolehan energi kincir angin propeler berbahan kayu dengan cara menampilkan antarmuka pemantauan data (data monitoring), penyimpanan dalam bentuk basis data (data base), dan pengolahan data (data processing) yang diterima melalui perangkat radio pengirim dari sistem data logger kincir angin secara real-time (waktu nyata).

1.3. Pembatasan Masalah

Batasan masalah ditentukan untuk mengarah pada tujuan dan untuk menghindari terlalu kompleksnya permasalahan yang muncul, adapun batasan masalah adalah:

1. Menggunakan Arduino Uno Rev3 sebagai media kontrol komunikasi data pada sistem pengirim (Tx).

2. Menggunakan perangkat radio telemetri XBee-PRO (S2B).

3. Modul XBee shield sebagai penghubung Arduino Uno dengan XBee-PRO (S2B). 4. Modul XBee USB Adapter sebagai board perangkat XBee sistem penerima (Rx) yang

dapat terhubung langsung ke laptop/PC.

5. Kartu memori (memory card) sebagai penyimpanan paket data yang diterima sistem pengirim untuk proses handshaking.

(27)

Pengirim Penerima Laptop/PC

6. Perangkat lunak (software) MATLAB sebagai pembuatan aplikasi antarmuka sistem akuisisi data.

7. Menerima data pengukuran dari sistem data logger berupa data *, nomer perekaman, tanggal, jam, tegangan, arus, energi, kecepatan poros, kecepatan angin, arah angin, dan #.

8. Rentang data yang diterima diantaranya nomer perekaman (0 - 8639), tegangan (0 - 60 volt), arus (0 - 25 ampere), energi (0 - 24000 watt/jam), kecepatan poros (0 - 500 rpm), kecepatan angin (0 - 20 m/s), dan arah angin (0 - 359,99 derajat).

9. Menampilkan data pengukuran dalam bentuk teks, animasi alat ukur, tabel, dan grafik. 10. Data disimpan dalam bentuk file excel (Microsoft Excel 97-2003 Worksheet).

11. Pengujian dilakukan di dalam ruangan dengan penghalang dinding atau sekat ruangan, dengan batas jarak 10 meter, 25 meter, dan 50 meter, dan batas kecepatan transfer data 9600 bps, 38400 bps, dan 115200 bps.

12. Pengujian dilakukan di luar ruangan secara Line of Sight (LOS) tanpa penghalang, dengan batas jarak 100 meter, 500 meter, 1000 meter.

13. Pengujian dilakukan dengan membandingkan data yang diterima dengan data yang disimpan sistem data logger per 30 paket data dengan waktu pengiriman per 10 detik.

1.4. Metodologi Penelitian

Berdasarkan pada tujuan yang ingin dicapai, metode-metode yang digunakan dalam penyusunan tugas akhir ini adalah:

1. Studi literatur, yaitu dengan cara mendapatkan data dengan membaca buku-buku, jurnal-jurnal, dan sumber internet yang terpercaya yang berkaitan dengan permasalahan yang dibahas dalam tugas akhir ini.

2. Eksperimen, yaitu dengan langsung melakukan praktek maupun pengujian terhadap hasil pembuatan alat dalam tugas akhir ini.

3. Perancangan subsistem hardware. Tahap ini bertujuan untuk mencari bentuk model yang optimal dari sistem yang akan dibuat dengan mempertimbangkan berbagai faktor-faktor permasalahan dan kebutuhan yang ditentukan. Gambar 1.2. menunjukkan gambar blok diagram sistem yang akan dirancang.

(28)

4. Pembuatan subsistem hardware. Berdasarkan gambar 1.2. sistem pengirim akan mengirimkan data serial, diterima oleh sistem penerima, dan selanjutnya data akan ditampilkan secara grafis antarmuka pada laptop/PC untuk pengolahan data.

5. Proses pengambilan data. Pengambilan data dengan cara mengamati data yang diterima dengan data yang dikirimkan sistem data logger per 30 paket data, dengan waktu pengiriman data per 10 detik. Pengambilan data dilakukan di dalam ruangan yang terhalang dinding/sekat ruangan dengan batas jarak 10 meter, 25 meter, dan 50 meter, dengan variasi kecepatan transfer data 9600 bps, 38400 bps, dan 115200 bps. Pengambilan data dilakukan di luar ruangan (tempat yang tidak terhalang) Line of Sight (LOS) dengan batas jarak 100 meter, 500 meter, dan 1000 meter.

6. Analisis dan penyimpulan hasil percobaan. Analisis yang dilakukan dengan membandingkan data yang diterima dengan data yang disimpan sistem data logger. Pengecekan dilakukan dengan membaca data pada memori yang menyimpan data instrumentasi oleh sistem data logger dengan hasil penyimpanan sistem akuisisi data berupa file excel (Microsoft Excel 97-2003 Worksheet) yang disimpan pada hard drive laptop/PC. Penyimpulan data dilakukan dengan menghitung presentasi error data yang terjadi.

(29)

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Kincir Angin Propeler Berbahan Kayu

Kincir angin propeler merupakan jenis kincir angin sumbu horisontal yang memiliki jumlah sudu yang lebih sedikit dari kincir angin lainnya. Kincir angin jenis propeler memiliki penampang airfoil, dimana perputaran sudu kincir angin ini disebabkan oleh adanya gaya aerodinamika yang bekerja pada kincir angin [4]. Kincir angin propeler akan berputar jika letak bidang rotasinya tegak lurus dengan arah angin untuk tipe kincir angin upwind dan downwind.

Pada daerah tertentu kincir angin jenis ini biasa digunakan oleh masyarakat untuk membantu pekerjaan mereka. Di daerah pesisir Rembang dan sekitarnya, juga di pulau Madura, masyarakat petani garam mempergunakan kincir angin untuk menggerakan pompa air, guna menaikkan air laut dari selokan-selokan ke tambak garam [1]. Model kincir angin petani garam juga telah didesain oleh tim mahasiswa USD untuk mengikuti Kompetisi Kincir Angin Indonesia (KKAI) 2013 di Pantai Baru, Bantul, Yogyakarta. Gambar 2.1. menunjukkan gambar kincir angin petani garam oleh tim KKAI 2013 USD.

Gambar 2.1. Kincir Angin Petani Garam Tim KKAI 2013 USD [1]

Belajar dari kearifan lokal masyarakat pesisir, potensi angin ternyata dapat dimanfaatkan untuk kesejahteraan masyarakatnya dengan mempergunakan bahan-bahan yang dapat diperoleh dari daerah tersebut. Kincir angin yang didesain oleh tim peneliti kincir angin Universitas Sanata Dharma adalah kincir angin propeler berbahan kayu poros horisontal untuk menggerakan generator pembangkit listrik 1 kVA. Untuk mendapatkan energi yang lebih baik, maka dalam penelitiannya akan dilakukan tahapan meliputi desain

(30)

kincir angin propeler berbahan kayu, kontrol kecepatan angin otomatis, dan sistem pengontrolan beban sehingga diperoleh energi listrik yang lebih optimal sesuai dengan karakteristik potensi angin dilokasi pemasangan [1].

2.2. Sistem Telemetri

Tujuan dari sebuah sistem telemetri adalah untuk mengumpulkan data di tempat yang jauh ataupun tidak dan untuk menyampaikan data ke titik dimana data dapat dievaluasi [5]. Secara khas, sistem telemetri digunakan dalam menguji kendaraan bergerak seperti mobil, pesawat terbang, dan misil. Sistem telemetri merupakan kumpulan sistem komunikasi yang istimewa, ketika sistem telemetri digunakan untuk kontrol dan koleksi data. Gambar 2.2. menunjukkan skema sistem telemetri.

Gambar 2.2. Skema Sistem Telemetri [5]

Subsistem pertama adalah sistem pendataan, yang terdiri dari sensor atau transduser yang mengubah variabel fisik ke sinyal elektrik. Sinyal yang dihasilkan biasanya kecil dan harus diberikan penyangga atau penguat sebelum dikirim ke blok multiplexing. Susbsistem ini dapat juga berupa sebuah komputer yang mengeluarkan data.

Keluaran data dari subsistem pendataan diberikan ke sistem multiplex. Jika data dari sistem pendataan dipisahkan dan disimpan kedalam frekuensi yang berbeda, prosesnya

(31)

disebut sistem Frequency Division Multiplexing (FDM). Jika data dipisahkan berdasarkan domain waktu, prosesnya disebut sistem Time Division Multiplexing (TDM). Jika sistem terdiri dari kedua subsistem FDM dan TDM, prosesnya disebut sistem hybrid.

Subsistem yang ketiga adalah modulator, transmitter, dan antena. Data yang telah melalui proses multiplexing dipisahkan dalam domain frekuensi atau domain waktu dimodulasi diatas sinyal pembawa pada pengirim, yang akan ditransmisikan dengan antena. Frekuensi transmisi yang biasanya digunakan adalah 1435 - 1535 MHz atau 2200 - 2290 MHz. Blok selanjutnya adalah kanal bentuk gelombang. Sinyal pembawa yang dimodulasi dipancarkan antena melalui medium seperti udara.

Susbsistem kelima adalah antena penerima, penguat Radio Frequency (RF), penguat Intermediate Frequency (IF), dan demodulator sinyal pembawa. Sinyal pembawa yang diterima antena dikirim ke penerima. Sinyal RF dikuatkan pada frekuensi RF diubah ke IF carrier dan kemudian dikuatkan kembali. Sinyal modulasi atau data telah dilepaskan dari IF carrier sebagai sinyal demodulator pembawa. Tipe dari penerima ini disebut sebagai superheterodyne receiver.

Subsistem selanjutnya adalah demultiplexing. Pada bagian ini data harus dipisahkan menggunakan teknik FDM atau TDM, atau keduanya, untuk mengirimkan data dari sensor ke kanal yang tepat. Setelah data dari berbagai sensor telah dipisahkan dan dimasukkan kedalam kanal yang benar, data siap untuk ditampilkan, direkam, dan diproses. Seringkali, sinyal direkam pada pencatat alat ukur analog sebelum dimodulasi.

2.3. Sistem Akuisisi Data

Sistem akuisisi data atau Data-Acquisition System (DAS) secara aktual berupa interface antara lingkungan analog dengan lingkungan digital [6]. Lingkungan analog meliputi transduser dan pengkondisi sinyal dengan segala kelengkapannya, sedangkan lingkungan digital meliputi Analog to Digital Converter (ADC) dan selanjutnya digital processing atau command unit yang dilakukan oleh mikroprosesor atau sistem berbasis mikroprosesor.

2.3.1. One Way DAS

Sistem dengan one-way mempunyai struktur yang sederhana. Sistem dengan struktur one-way ini dapat berupa open-loop, dimana fungsi dari sistem ini terbatas yaitu hanya untuk pembacaan besaran fisik yang diukur secara digital untuk selanjutnya ditampilkan pada

(32)

LCD, CRT, dan sebagainya serta merekamnya sebagai off-line processing (berupa file pada disk) atau mencetaknya pada printer [6].

2.3.2. Elemen-elemen Penunjang DAS

Sistem akuisisi data terdiri dari sejumlah elemen atau komponen yang saling berhubungan satu dengan yang lain melakukan suatu kerja sehingga tujuan atau fungsi sistem dapat tercapai. Elemen-elemen Data Acquisition System yang saling berhubungan satu dengan lain adalah transduser, penguat operasional, instrumentasi amplifier, isolator, rangkaian fungsi analog, multiplexer analog, rangkaian sample/hold, Analog to Digital Converter (ADC), Digital to Analog Converter (DAC), filter, dan prosesor data digital (perangkat komputer).

Perangkat komputer merupakan salah satu pengolah data hasil konversi ADC. Komputer yang digunakan juga dapat mempengaruhi kecepatan akuisisi data. Tipe-tipe transfer data yang tersedia pada komputer yang bersangkutan juga secara signifikan mempengaruhi unjuk kerja dari sistem akuisisi data secara keseluruhan [7]. Penggunaan DMA mampu meningkatkan unjuk kerja melalui penggunaan perangkat keras terdedikasi untuk mengirimkan data langsung ke memori, sehingga prosesor bisa bebas mengerjakan tugas lain.

Faktor yang mempengaruhi jumlah data yang dapat disimpan dan kecepatan penyimpanan adalah kapasitas dan waktu akases hard disk. Dengan demikian, untuk sistem akuisisi data kontinyu dengan frekuensi sinyal yang diamati cukup tinggi akan dibutuhkan hard disk dengan waktu akses yang cepat dan kapasitas yang besar. Aplikasi-aplikasi akuisisi data secara real-time (waktu nyata) membutuhkan prosesor yang cepat dan akurat atau menggunakan suatu prosesor terdedikasi seperti prosesor khusus untuk memproses sinyal digital (DSP-Digital Signal Processing). Gambar 2.3. menunjukkan elemen-elemen sistem akuisisi data berbasis PC.

(33)

2.4. Jaringan ZigBee IEEE 802.15.4

Keputusan Menteri No. 2 tahun 2005 adalah tentang penggunaan pita frekuensi 2400-2483,5 MHz yang ditandatangani pada tanggal 5 Januari 2005 oleh Menteri Perhubungan M. Hatta Rajasa [8]. Ijin stasiun radio dari pemerintah untuk menjalankan internet pada frekuensi 2,4 GHz memiliki batasan sebagai berikut:

1. Maksimum daya pancar adalah 100 mW (20 dBm).

2. Maximum Effective Isotropic Radiated Power (EIRP) diantena adalah 36 dBm. 3. Semua peralatan yang digunakan harus di-approve/disertifikasi oleh POSTEL.

Sistem wireless sangat terkenal untuk jaringan data tingkat lokal dan komunikasi antara beberapa alat komunikasi dengan jarak 10 meter (komunikasi Bluetooth) yang disebut dengan Wireless Local Area Network (WLAN) dan Wireless Personal Area Network (WPAN) [9]. Sampai saat ini frequency band Industrial, Scientific and Medical (ISM) 2,4 GHz IEEE 802.11 dan Bluetooth sering digunakan.

IEEE 802.15.4 merupakan standar jaringan WPAN, bekerja pada low rate sekitar 250 kbps sehingga IEEE 802.15.4 dikenal juga sebagai low rate WPAN. Dengan fitur low rate ini, konsumsi daya juga menjadi lebih kecil dan jangkauannya sangat pendek 1 samapi 30 meter. Standar IEEE 802.15.4 didesain mendukung komunikasi digital saja. Pada bagian Physical Layer (PHY) protokol ini merupakan Direct Sequence Spred Spectrum (DSSS) yang salah satu kegunaannya adalah meningkatkan lebar pita dan sinyal yang dikirim.

ZigBee adalah standar dari IEEE 802.15.4 untuk komunikasi data pada alat konsumen pribadi maupun untuk skala bisnis. ZigBee didesain dengan konsumsi daya yang rendah dan bekerja untuk jaringan personal tingkat rendah [10]. Standar ZigBee lebih banyak diaplikasikan kepada sistem tertanam (embedded application) seperti pengendalian industri, pengendali alat secara nirkabel, data logging, dan sensor wireless. Jarak atau rentang kerja dari ZigBee adalah sekitar 76 meter. Beberpa karakteristik jaringan ZigBee adalah:

1. Bekerja pada frekuensi 2,4 GHz, 868 MHz, dan 915 MHz yang merupakan pita frekuensi gratis. Tiap lebar frekuensi tersebut dibagi menjadi 16 kanal.

2. Mempunyai konsumsi daya rendah.

3. Memiliki kecepatan transfer masing-masing 250 Kbps untuk frekuensi 2,4 GHz, 40 Kbps untuk frekuensi 915 MHz, dan 20 Kbps untuk frekuensi 868 MHz.

4. Mempunyai throughput yang tinggi dan latency yang rendah untuk duty cycle yang kecil.

(34)

Penggunaan frekuensi radio diatur oleh beberapa organisasi yaitu Federal Communications Commisions (FCC) untuk Amerika Utara dan European Telecommunications Standards Institute (ETSI) untuk Eropa yang bertugas menentukan alokasi lebar pita dan aturan untuk masing-masing frekuensi radio. Aturan-aturan ini bervariasi tergantung pada tiap-tiap negara. FCC mengalokasikan baik 900 MHz dan 2,4 GHz band dengan daya maksimum 100 mW. Frequency band 2,4 GHz tersedia diseluruh dunia dengan peraturan yang sebagian besar kompatibel.

2.5. Komunikasi Serial

Antarmuka kanal serial lebih kompleks atau sulit dibandingkan dengan antarmuka melalui kanal paralel [11]. Hal ini disebabkan oleh beberapa hal berikut:

1. Adanya proses konversi data paralel menjadi data serial atau sebaliknya menggunakan piranti tambahan yang disebut UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter).

2. Lebih banyak menggunakan register.

2.5.1. Kelebihan Komunikasi Kanal Serial

Disisi lain, antarmuka kanal serial menawarkan beberapa kelebihan dibandingkan dengan komunikasi kanal paralel, antara lain:

1. Kabel untuk komunikasi serial bisa lebih panjang dibandingkan dengan paralel, sehingga gangguan kabel-kabel panjang lebih mudah diatasi pada komunikasi kanal serial.

2. Jumlah kabel serial lebih sedikit yaitu kabel utama saluran kirim (TxD), saluran terima (RxD), dan tegangan referensi (Ground).

3. Untuk teknologi embedded system, banyak mikrokontroler yang dilengkapi dengan komuniaksi serial (RISC maupun CISC) atau Serial Communication Interface (SCI).

2.5.2. Universal Ansynchronous Receiver Transmitter (UART)

UART merupakan piranti tambahan yang dapat mengkonversi data paralel menjadi serial atau sebaliknya [11]. Semua chip UART kompatibel dengan TTL, dengan demikian diperlukan converter (RS232 level converter) untuk berkomunikasi dengan laptop/PC. UART juga membutuhkan clock untuk operasionalnya yang mana biasanya dibutuhkan Kristal eksternal dengan frekuensi 1,8432 MHz atau 18,432 MHz.

UART menyediakan pencacah pembagi 16 (divide by 16) yang akan membagi frekuensi masukan dengan 16. Dengan demikian, jika frekuensi kristalnya 1,8432 MHz,

(35)

maka frekuensi kerjanya adalah 115,200 Hz mampu mengirim dan menerima dengan laju kecepatan 115,200 bps. Laju kecepatan ini tidak cocok untuk berbagai macam alat, dengan demikian digunakan pembangkit baudrate terprogram (terdiri dari 2 register). Misalnya diinginkan kecepatan 2,400 bps, maka 115,200 harus dibagi 48 supaya menghasilkan nilai 2,400 Hz. Angka 48 dianggap sebagai pembagi (divisor) disimpan dalam dua register yang dikontrol, karena menggunakan register (total) 16-bit maka angkanya antara 0 sampai 65.535.

2.6. Arduino Uno Rev3

Arduino merupakan sebuah platform elektronik yang open source, berbasis pada software dan hardware yang fleksibel dan mudah digunakan, yang ditunjukkan untuk para seniman, desainer, hobbies, dan setiap orang yang tertarik dalam membuat objek atau lingkungan yang interaktif [12]. Papan (board) Arduino Uno R3 ditunjukan gambar 2.4. dan keterangan bagian arduino ditunjukkan tabel 2.1.

Gambar 2.4. Papan Sistem Minimum Mikrokontroler Arduino Uno R3

2.6.1. Spesifikasi Arduino Uno Rev3

Arduino Uno Rev3 adalah board sistem minimum berbasis mikrokontroler ATmega328 keluarga AVR. Arduino Uno Rev3 memiliki 14 digital input/output (6 diantaranya digunakan untuk keluaran PWM), 6 masukan analog, 16 MHz Kristal osilator, koneksi USB, power jack, ICSP header, dan tombol reset. Beberapa pin Arduino Uno Rev3

6 7 5

8 9

10 11 12

1 2

3 4

19 13

14 15

17 16 18

(36)

memiliki keggunaan khusus, diantaranya adalah serial pin 0 dan 1, interupsi eksternal pin 2 dan 3, PWM pin 3, 5, 6, 9, dan 11, SPI pin 10, 11, 12 ,dan 13, LED pin 13, dan TWI pin A4 dan A5 [13].

Tabel 2.1. Keterangan Bagian Arduino Uno Rev3

No Keterangan

1 Pin SCL 2 Pin SDA

3 Referensi tegangan analog 4 Pin ground digital

5 I/O analog dan digital pin 2 - 13, pin PWM (3,5,6,9,10, dan 11) 6 Keluaran serial (Tx) pin 1

7 Masukan serial (Rx) pin 0 8 Tombol reset

9 Masukan USB

10 In-Circuit Serial Programer (ICSP) 11 Mikrokontroler ATmega328

12 Catu daya eksternal

13 Adaptasi tegangan pada papan shield 14 Pin reset

15 Pin 3,3 volt 16 Pin 5 volt 17 Pin ground

18 Tegangan masukan

19 Masukan analog (A0 - A5)

Karakteristik papan Arduino Uno Rev3 diantaranya adalah bekerja pada tegangan DC dengan beroperasi pada tegangan kerja 5 volt. Tegangan masukan yang direkomendasi adalah 7 - 12 volt, dengan batas minimum dan maksimum tegangan masukan adalah 6 - 20 volt, arus DC setiap pin I/O 20 mA, flash memory 32 Kb, SRAM 2 Kb, EEPROM 1 Kb, kristal osilator 16 MHz, dan dimensi fisik 68,6 mm x 53,4 mm [13].

Papan Arduino Uno Rev3 berbasis mikrokontoler ATmega328 keluarga AVR. Komponen ini merupakan bagian utama dari papan Arduino Uno Rev3, sehingga pengguna dapat menerapkan program kontrol untuk menjalankan perintah masukan dan keluaran

(37)

papan Arduino Uno Rev3. Selain ATmega328, mikrokontroler pada papan Arduino juga dapat diganti menggunakan mikrokontroler ATmega8/Atmega168 sesuai dengan kebutuhan pengguna. Gambar 2.5. menunjukkan deskripsi pin mapping ATmega168/328.

Gambar 2.5. Pin Mapping ATmega168/328 [13]

2.6.2. Pemrograman Arduino IDE

Lingkungan pemrograman Arduino disebut Integrated Development Environment (IDE). Perangkat lunak Arduino IDE adalah aplikasi cross-platform ditulis dengan bahasa pemrograman java dan berasal dari IDE untuk bahasa pemrograman wiring project. Hal ini dirancang untuk memudahkan pengguna yang baru mempelajari mikrokontroler dengan software development, termasuk di dalam perangkat lunak dengan kode editor dan fitur seperti sintaks, brace pencocokan, dan identasi otomatis, serta mampu compile dan upload program dengan sekali perintah klik [14]. Gambar 2.6. menunjukkan perangkat lunak Arduino IDE versi 1.6.6.

(38)

Perangkat lunak Arduino IDE dilengkapi dengan library C/C++, membuat operasi input/output jauh lebih mudah dipahami. Pengguna hanya perlu mendefinisikan dua fungsi untuk membuat program dapat dijalankan ketika dieksekusi pada papan Arduino Uno Rev3. Fungsi tersebut diantaranya:

1. Setup(), fungsi berjalan satu kali pada awal dari sebuah program yang dapat menginisialisasi masukan dan keluaran pada papan mikrokontroler Arduino Uno Rev3.

2. Loop(), fungsi yang dieksekusi berulangkali sampai papan Arduino Uno Rev3 di non-aktifkan.

Bahasa pemrogrman Arduino adalah bahasa C++ dengan dukungan berkas library yang dapat menyederhanakan proses coding. C++ mendefinisikan beberapa jenis data yang berbeda. Sign variable memungkinkan mengolah data negatif dan positif, sedangkan unsigned variable hanya memungkinkan data positif [16]. Tipe data string memungkinkan penggunaan untuk memanipulasi teks string dalam cara yang lebih kompleks seperti melakukan penggabungan string, penambahan string, dan mengganti substring [17].

Berkas SD memungkinkan pengguna untuk membaca dan menulis ke kartu SD [18]. Berkas SD mendukung FAT16 dan sistem file FAT32 pada kartu SD dan kartu SDHC. Komunikasi antara mikrokontroler dan kartu SD menggunakan SPI, melalui terminal pin digital 11, 12, dan 13, terminal hardware SS kartu SD pada pin digital 10 sebagai keluaran.

2.6.3. Komunikasi Serial Arduino

Komunikasi serial Arduino Uno Rev3 pada dasarnya terletak pada pin serial 0 (Rx) dan 1 (Tx) yang terhubung mikrokontroler ATmega328. Komunikasi yang disediakan adalah UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) TTL (5 volt). Papan Arduino Uno Rev3 dilengkapi mikrokontroler ATmega16U2 yang memungkinkan komunikasi serial melalui USB dan muncul sebagai COM Port Virtual (pada komputer), sehingga papan Arduino Uno Rev3 dapat berinteraksi dengan perangkat komputer (Personal Computer). Firmware ATmega16U2 menggunakan driver standar USB COM dan tidak membutuhkan driver eksternal. Fitur serial monitor pada perangkat lunak Arduino IDE memungkinkan data tekstual sederhana dikirimkan ke dan dari papan Arduino. LED Rx dan Tx yang tersedia pada papan akan berkedip ketika data sedang dikirim atau diterima melalui chip USB-to-serial. Berkas library SoftwareSerial memungkinkan komunikasi serial pada beberapa pin digital Arduino Uno Rev3. IC ATmega328 pada Arduino Uno Rev3 juga mendukung I2C

(39)

Two Wire Interface (TWI) menggunakan berkas library Wire dan komunikasi Serial Pheripheral Interface (SPI) menggunakan berkas library SPI [13].

Konsep byte pada Arduino adalah 1 byte adalah 8 bit, sekalipun sebenarnya jumlah data bisa diatur kurang dari 8 bit. Namun secara umum pengiriman data melalui komunikasi serial adalah 8 bit data setiap satu kali kirim. Pada pengaturan default komunikasi serial dituliskan 9600,8,n,1 artinya kecepatan pengiriman data (baudrate) sebesar 9600, 8 bit data, tanpa parity check (n), dan 1 stop bits [12].

2.7. XBee-PRO (S2B)

Modul XBee dan XBee-PRO dirancang untuk memenuhi standar ZigBee/IEEE 802.15.4, mendukung komunikasi nirkabel, kebutuhan biaya rendah, daya rendah, dan memungkinkan pengiriman data yang handal antar perangkat yang jauh [19]. Modul ini memerlukan daya minimal dan dapat diandalkan dalam pengiriman data kritis antar perangkat.

2.7.1. Spesifikasi XBee-PRO (S2B)

XBee-PRO (S2B) beroperasi dalam frequency ISM 2,4 GHz, dengan teknik modulasi Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) dalam saluran yang tetap, mendukung 14 kanal dari 16 kanal operasi pada pita frekuensi 2,4 GHz [19]. XBee-PRO (S2B) memiliki prosesor sekunder MC9SO8QE dengan 32 Kb flash dan 2 Kb RAM hal ini memungkinkan modul untuk diprogram sesuai kebutuhan. Selain prosesor MC9SO8QE radio XBee didukung oleh jaringan wireless generasi keempat yaitu EM250. Tabel 2.2. menunjukkan tabel spesifikasi Xbee-PRO (S2B). XBee-PRO (S2B) memiliki beberapa keunggulan diantaranya [19]: 1. Setiap kanal direct sequence memiliki 65.000 alamat yang berbeda.

2. Mendukung topologi point-to-point, point-to-multipoint, dan peer-to-peer. 3. Beroperasi pada arus rendah yaitu:

a. Arus Tx adalah 117 mA pada tegangan 3,3 volt (international variant). b. Arus Rx adalah 47 mA pada tegangan 3,3 volt.

4. Kemananan (security) data dengan protokol ZigBee diantaranya: a. 128-bit kode enkripsi.

b. Dua kunci keamanan yang dapat dikonfigurasikan. c. Dukungan pusat keamanan (trust center).

(40)

5. Jangkauan pancar

a. Dalam ruangan (wilayah perkotaan) sampai 90 meter (international variant). b. Luar ruangan Line of Sight sampai 3200 meter (international variant). c. Daya transmisi 63 mW, 18 dBm (international variant).

d. Sensitivitas penerima adalah -102 dBm.

Gambar 2.7. menunjukkan modul XBee-PRO (S2B) tampak dari atas, beserta konfigurasi pin-pin pada modul XBee-PRO (S2B) ditunjukkan pada tabel 2.3.

Gambar 2.7. Modul XBee-PRO (S2B) 1

10 11

(41)

Tabel 2.2. Spesifikasi XBee-PRO (S2B) [19]

Spesification XBee-PRO (S2B)

Performance

Indoor/Urban Range Up to 300 ft. (90 m), up to 200 ft (60 m) international variant

Outdoor RF line-of-sight Range

Up to 2 miles (3200 m), up to 5000 ft (1500 m) international variant

Transmit Power Output 63 mW (+18 dBm)

10 mW (+10 dBm) for International variant

RF Data Rate 250,000 bps

Data Throughput up to 35000 bps Serial Interface Data Rate

(software selectable)

1200 bps-1 Mbps

(non-standard baud rates also supported) Receiver Sensitivity -102 dBm

Power Requirements

Supply Voltage 2.7-3.6 volt

General

Operating Frequency

Band ISM 2.4 GHz

Dimensions 0.960 x 1.297 (2.438cm x 3.294cm)

Antenna Options Integrated Whip,PCB Embedded Trace, RPSMA, or U.FL Connector

Networking & Security Supported Network Topologies

Point-to-point, Point-to-multipoint, Peer-to-peer, and Mesh

Number of Channels 15 Direct Sequence Channels

Channels 11 to 25

Addressing Options PAN ID and Addresses, Cluster IDs, and Endpoints (optional)

(42)

Tabel 2.3. Konfigurasi Pin XBee-PRO (S2B) [19]

Pin Name Direction Default State Description

1 VCC - - _{Power supply}

2 DOUT Output Output _{UART Data Out}

3 DIN/CONFIG Input Input _{UART Data In}

4 DIO12 Both Disabled _{Digital I/O 12}

5 RESET Both

Open-collector with pull-up

Module Reset (reset pulse must be at least 200

ns)

6 RSSI PWM/DIO10 Both Output RX Signal Strength Indicator/Digital IO

7 DIO11 Both Input _{Digital I/O 11}

8 [reserved] - Disabled _{Do not connect}

9 DTR/SLEEP_RQ/

DIO8 Both Input

Pin Sleep Control Line or Digital IO 8

10 GND - - _Ground

11 DIO4 Both Disabled _{Digital I/O 4}

12 CTS/DIO7 Both Output

Clear-to-Send Flow Control or Digital I/O 7. CTS, if enabled, is an output

13 ON/SLEEP Output _Output Module Status Indicator

or Digital I/O 9

14 VREF Input -

Not used for EM250. Used for programmable secondary processor. For compatibility with other XBEE modules, we

recommend connecting this pin voltage

reference

if Analog sampling is desired.

Otherwise, connect to GND

15 Associate/DIO5 Both Output Associated Indicator, Digital I/O 5

(43)

Tabel 2.3. (Lanjutan) Konfigurasi Pin XBee-PRO (S2B) [19]

Pin Name Direction Default State Description

16 RTS/DIO6 Both Input

Request-to-Send Flow Control, Digital I/O 6. RTS,

if enabled, is an input

17 AD3/DIO3 Both Disabled Analog Input 3 or

Digital I/O 3

18 AD2/DIO2 Both Disabled Analog Input 2 or

Digital I/O 2

19 AD1/DIO1 Both Disabled Analog Input 1 or

Digital I/O 1 20 AD0/DIO0/Commis

ioning Button Both Disabled

Analog Input 0, Digital IO 0, or Commissioning Button

2.7.2. Komunikasi Serial XBee-PRO (S2B)

Modul XBee-PRO (S2B) terhubung dengan perangkat utama melalui port serial level logika ansynchronous. Melalui port serial modul dapat berkomunikasi dengan logika dan tegangan level UART atau dengan menggunakan modul serial tambahan (shield), seperti RS-232 atau USB [19]. Gambar 2.8. menunjukkan diagram blok komunikasi UART XBee-PRO (S2B).

Gambar 2.8. Komunikasi UART XBee-PRO (S2B) [19]

Data memasuki UART modul melalui DIN pin 3 sebagai sinyal serial asynchronous. Sinyal harus siaga pada level high logic ketika tidak ada data yang dikirim. Setiap byte data yang terdiri dari start bit berlogika rendah, 8 bit data, dan stop bit berlogika tinggi. Gambar 2.9. menunjukkan pola bit serial yang melewati modul.

(44)

Komunikasi serial yang berlangsung tergantung pada dua UART mikrokontroler dan XBee-PRO (S2B), dengan pengaturan baud rate, paritas, start bit, stop bit, dan data bit yang sesuai.

2.7.3. Protokol Jaringan ZigBee XBee-PRO (S2B)

Protokol ZigBee mendefinisikan tiga jenis perangkat yaitu koordinator, router, dan perangkat akhir (end device). Protokol jaringan ZigBee ditunjukkan pada gambar 2.10. karakteristik masing-masing perangkat ZigBee adalah sebagai berikut [19]:

1. Perangkat koordinator memiliki karakteristik:

a. Memilih kanal dan PAN ID (64-bit dan 16-bit) untuk memulai jaringan. b. Memungkinkan untuk router dan perangkat akhir tergabung dalam jaringan. c. Membantu dalam routing data.

d. Tidak dapat dalam mode sleep (harus tetap aktif).

e. Dapat menyangga data paket ketika perangkat akhir dalam mode sleep. 2. Perangkat router memiliki karakteristrik:

a. Harus bergabung dengan protokol ZigBee sebelum dapat mengirimkan, menerima, atau route data.

b. Setelah bergabung memungkinkan router dan perangkat akhir untuk bergabung dalam jaringan.

c. Setelah bergabung, dapat membantu route data. d. Tidak dapat dalam mode sleep (harus tetap aktif).

e. Dapat menyangga paket data RF ketika perangkat akhir dalam mode sleep. 3. Sebagai perangkat akhir (end device) memiliki karakteristik:

a. Harus bergabung dengan protokol ZigBee sebelum dapat mengirimkan atau menerima data.

b. Tidak menginjinkan perangkat lainnya bergabung ke dalam jaringan. c. Harus selalu mengirim dan menerima data dari dan ke pusat modul RF. d. Tidak bisa route data.

(45)

Gambar 2.10. Protokol Jaringan ZigBee [19]

2.7.4. Pengaturan XBee-PRO (S2B)

Digi International menyediakan program konfigurasi X-CTU untuk konfigurasi parameter XBee-PRO (S2B) dan memperbaharui firmwire [19]. Gambar 2.11. menunjukkan program X-CTU versi 5.2.7.5. X-CTU memiliki kemampuan dalam melakukan hal berikut [19]:

1. Menemukan semua perangkat XBee pada jaringan.

2. Memperbaharui firmware pada modul lokal (membutuhkan USB atau koneksi serial). 3. Membaca atau menulis parameter konfigurasi pada perangkat XBee.

Gambar 2.11. Program X-CTU Versi 5.2.7.5 [20]

Dalam beroperasi menurut versi firmware XBee dapat diatur sebagai berikut [19]: 1. 20xx-Coordinator-AT/Transparent Operation.

2. 21xx-Coordinator-API Operation. 3. 22xx-Router-AT/Transparent Operation. 4. 23xx-Router-API Operation.

(46)

5. 28xx-End Device-AT/Transparent Operation. 6. 29xx-End Device-API Operation.

Mode operasi AT dan API memiliki tugas dan fungsi yang berbeda. Mode operasi AT merupakan mode yang sederhana, kompatibel dengan modul serial pada umumnya, dan bekerja baik pada komunikasi antara dua radio XBee. Kekurangan mode AT adalah jika radio XBee yang dioperasikan lebih dari dua diperlukan konfigurasi destinasi setiap pesan. Untuk mengatasi kelemahan mode AT disediakan mode Application Programing Interface (API), mode ini efektif digunakan dalam komunikasi radio XBee yang kompleks. Kelebihan mode API diantaranya adalah dapat mengelola transmisi data ke satu atau beberapa tujuan, mengidentifikasi status keberhasilan/kegagalan transmisi data, dan identifikasi alamat dari setiap paket yang diterima.

Agar XBee-PRO (S2B) dapat berkomunikasi, maka XBee-PRO (S2B) harus diatur pada perangkat ZigBee misalnya perangkat pengirim sebagai koordinator dan perangkat penerima sebagai router. Parameter yang penting harus diatur adalah PAN ID (Personal Area Network ID) yaitu parameter yang mengatur radio mana saja yang dapat berkomunikasi, PAN ID dalam satu jaringan harus sama. Dua XBee-PRO (S2B) dapat berkomunikasi point-to-point dengan pengaturan sebagai berikut:

1. Nilai parameter PAN ID XBee-PRO (S2B) Pengirim = Nilai parameter PAN ID XBee-PRO (S2B) Penerima.

2. Nilai parameter DL XBee-PRO (S2B) Pengirim = Nilai parameter MY XBee-PRO (S2B) Penerima.

3. Nilai parameter MY XBee-PRO (S2B) Pengirim = Nilai parameter DL XBee-PRO (S2B) Penerima.

4. Nilai parameter BD XBee-PRO (S2B) Pengirim = Nilai parameter BD XBee-PRO (S2B) Penerima.

2.8. XBee Shield V1.1

XBee Shield V1.1 adalah modul port serial radio XBee yang diproduksi oleh Itead Studio. Modul ini kompatibel dengan papan Arduino dan IFLAT-32 menggunakan pin sederhana untuk menghubungkan modul dengan port serial radio XBee [21]. Gambar 2.12. menunjukkan modul XBee Shield V1.1.

(47)

Gambar 2.12. Modul XBee Shield V1.1 Beberapa fitur yang dimiliki modul XBee Shield V1.1 diantaranya [21]: 1. Kompatibel dengan Arduino atau IFLAT-32.

2. Lima indikator led (ON/SLEEP, RSSI, ASS, DO, dan DI) untuk XBee. 3. Arus maksimal 500 mA pada tegangan 3,3 volt.

4. Pin berukuran 2,54 mm untuk XBee.

5. Komunikasi XBee dapat diganti melalui FTDI-USB atau Arduino dengan berkas library hardware serial atau software serial.

Gambar skematik dari hardware modul XBee Shield V1.1 ditunjukkan pada gambar 2.13. Pada gambar skematik dapat dilihat keterangan dari masing-masing komponen yang ditunjukkan pada tabel 2.4.

(48)

Tabel 2.4. Spesifikasi Modul XBee Shield V1.1 [21]

Pada zona 3 yang ditunjukkan gambar 2.13. dua jumper dihubungkan ke XBee DIN, XBee DOUT ke digital pin pada Arduino. Ketika modul dikomunikasikan ke pin serial papan Arduino, hubungkan jumper DIN ke D1 dan DOUT ke D0 seperti ditunjukkan gambar 2.14. (a). Ketika XBee dikomunikasikan ke pin serial FTDI232, hubungkan jumper DIN ke D0 dan DOUT ke D1 seperti ditunjukkan gambar 2.14. (b).

Gambar 2.14. Instalasi Komunikasi Serial Modul XBee Shield V1.1 [21], (a). Komunikasi dengan Arduino, (b). Komunikasi dengan FTDI232

2.9. XBee USB Adapter

XBee USB Adapter merupakan modul komunikasi radio XBee ke serial USB. XBee USB Adapter merupakan modul kompatibel dengan radio XBee yang beroperasi pada frekuensi ISM 2,4 GHz [19]. XBee USB Adapter ideal digunakan untuk konfigurasi radio XBee menggunakan perangkat lunak X-CTU dan dilengkapi dengan regulator tegangan 3,3 volt/500 mA untuk memberi sumber daya ke radio XBee.

Adapter ini menggunakan chip converter FTDI232 USB-UART untuk memastikan data stabil dan dapat diandalkan. Perlu dilakukan penambahan (install) driver chip FTDI232 terlebih dahulu pada laptop/PC sebelum menghubungkan adapter dan mengkomunikasikan radio XBee dengan laptop/PC. Radio XBee dapat terhubung langsung dengan laptop/PC menggunakan USB mini-B pada modul. Gambar 2.15. menunjukkan XBee USB Adpater produksi Funduino, dan dijelaskan pada tabel 2.5. Fitur XBee USB Adapter diantaranya:

Zone Description

1 XBee socket

2 Indication LED

3 Serial communication pin select

4 Wireless program Arduino jumper

5 3,3 volt operation voltage jumper (when operated in 3,3 volt, install the jumper)

(49)

4 1

1. Indikator LED (power, RSSI, Rx, dan Tx). 2. Soket pin untuk radio XBee.

3. Kompatibel dengan semua modul radio XBee termasuk seri 1, seri 2, dan PRO. 4. Dilengkapi dengan pin header untuk dapat berkomunikasi dengan mikrokontroler.

Gambar 2.15. XBee USB Adapter-Funduino Tabel 2.5. Keterangan Bagian XBee USB Adapter

2.10. Kartu SD (Secure Digital)

Kartu SD adalah kartu memori kecil yang digunakan untuk membuat penyimpanan portable diantara berbagai perangkat, seperti sistem navigasi mobil, telepon seluler, eBook, PDA, ponsel pintar, kamera digital, pemutar musik, camrecorder, dan komputer pribadi [22]. Kartu SD memiliki kecepatan transfer data yang tinggi, konsumsi daya yang rendah, dan tidak memerlukan sumber daya untuk mempertahankan data yang ada.

Kartu SD menyediakan kemampuan enkripsi konten-konten yang dilindungi untuk memastikan distribusi yang aman. Dalam perkembangannya kartu SD diproduksi juga dalam

No Keterangan

1 Regulator Tegangan 3,3 volt

2 Soket radio XBee pin 1 sampai 10

3 USB mini-B

4 Indikator LED (RSSI, Rx, Tx, dan Power) 5 Pin komunikasi mikrokontroler (Reset, Rx, Tx, GND, 5

volt)

6 Soket radio XBee pin 11 sampai 20

(50)

�� = _{� + � ��}�

dua ukuran yang lebih kecil yaitu MiniSD dan MicroSD. Gambar 2.16. menunjukkan bentuk kartu SD standar beserta standar penomerannya. Keterangan setiap standar terminal kartu SD ditunjukkan tabel 2.6.

Gambar 2.16. Standar Penomoran Terminal Kartu SD [23] Tabel 2.6. Keterangan Terminal Kartu SD [23]

Pin# Name Type Description

1 CD/DAT3 I/O/PP Card Detect/ Data Line [Bit 3]

2 CMD I/O/PP Command/Response

3 VSS1 S Supply voltage ground

4 VDD S Supply voltage

5 CLK I Clock

6 VSS2 S Supply voltage ground

7 DAT0 I/O/PP Data Line [Bit 0]

8 DAT1 I/O/PP Data Line [Bit 1]

9 DAT2 I/O/PP Data Line [Bit 2]

Kartu SD dapat bekerja dengan menggunakan catu daya dengan tegangan sebesar 2,7 volt hingga 3,6 volt. Mikrokontroler dicatu dengan tegangan 5 volt. Saat keluaran mikrokontroler 5 volt harus diterima oleh kartu SD sebesar 3,3 volt. Persambungan antara ATmega328 dengan kartu SD memerlukan penyesuaian level tegangan. Penyesuaian level tegangan menggunakan konsep pembagi tegangan [24]. Persambungan kartu SD dengan penyesuaian tegangan ditunjukkan pada gambar 2.18. Rangkaian pembagi tegangan ditunjukkan gambar 2.17. dan untuk menentukan nilai resistor pembagi tegangan digunakan persamaan:

(51)

Gambar 2.17. Rangkaian Pembagi Tegangan

Gambar 2.18. Persambungan Kartu SD Dengan Mikrokontroler [24]

2.11. Light Emitting Diode (LED)

LED adalah komponen elektronika yang terbuat dari bahan semikonduktor jenis dioda yang mampu memancarkan cahaya. LED mampu menghasilkan cahaya yang berbeda menurut semikonduktor yang digunakan dan jenis bahan semikonduktor tersebut akan menghasilkan panjang gelombang yang berbeda sehingga cahaya yang dihasilkan berbeda pula. LED memiliki dua kutub yaitu anoda dan katoda. Dalam hal ini berarti LED akan menyala bila ada arus listrik yang mengalir dari anoda ke katoda.

Pemasangan kutub LED tidak boleh terbalik karena apabila kutubnya terbalik maka LED tidak akan menyala. LED memiliki karakteristik berbeda-beda menurut warna yang dihasilkan. Semakin tinggi arus yang mengalir pada LED maka semakin terang pula cahaya yang dipancarkan. Namun hal yang perlu diperhatikan adalah arus yang diperbolehkan melewati LED adalah 10-20 mA dan pada tegangan 1,6-3,5 volt menurut karakter warna masing-masing LED. Untuk menjaga agar tegangan dan arus suplai LED sesuai dengan karakteristik LED maka perlu ditambahkan komponen resistor sebagai penghambat arus. Konfigurasi LED ditunjukkan gambar 2.19.

(52)

� = �� − ��_�

Gambar 2.19. Konfigurasi LED

Berdasarkan gambar 2.20. persamaan untuk mencari nilai tegangan menggunakan hokum ohm, sehingga persamaan mencari nilai resistansi adalah:

(2.2)

Gambar 2.20. Rangkaian LED Dimana:

V = Tegangan. I = Arus. R = Resistor.

Vcc = Tegangan sumber. VD = Tegangan LED.

Tegangan kerja pada sebuah LED menurut warna yang dihasilkan [25]: 1. Infra merah = 1,6 volt.

2. Merah = 1,8-2,1 volt. 3. Orange = 2,2 volt. 4. Kuning = 2,4 volt. 5. Hijau = 2,6 volt. 6. Biru = 3,0-3,5 volt. 7. Putih = 3,0-3,6 volt. 8. Ultraviolet = 3,5 volt.

Pada umumnya tegangan yang digunakan pada perancangan LED adalah tegangan minimal LED yaitu sebesar 1,5 volt.

(53)

2.12. MATLAB Graphical User Interface (GUI)

MATLAB adalah pemrograman level tinggi yang dikhususkan untuk komputasi teknis. MATLAB merupakan singkatan dari MATrix LABoratory. Bahasa ini mengintegrasikan kemampuan komputasi, visualisasi, dan pemrograman dalam lingkungan yang mudah digunakan [26].

2.12.1.Graphical User Interface (GUI)

Graphical User Interface (GUI) adalah media tampilan grafis sebagai pengganti perintah teks untuk pengguna (user). Untuk keperluan pemrograman window MATLAB menyediakan komponen-komponen standar seperti push button, edit, text, combo, checkbox, dan lain-lain yang digunakan sebagai media desain. Untuk memulai pemprograman menggunakan GUI, user dapat mengetikkan fungsi guide pada command window. Gambar 2.21. tampilan guide editor MATLAB.

Gambar 2.21. Tampilan Guide Editor MATLAB

Komponen-komponen yang pada umumnya digunakan pada guide editor dapat diatur dan dikontrol, dilakukan dengan cara klik ganda pada komponen yang digunakan maka akan muncul jendela property inspector. Pada bagian property inspector terdapat dua bagian yaitu property name (kolom 1) dan property value (kolom 2). Gambar 2.22. menunjukkan jendela property inspector pada komponen push button.

Komponen-komponen yang pada umumnya digunakan pada guide editor diantaranya: 1. Push buton (tombol tekan).

2. Edit text (masukan pengguna yang dapat diedit). 3. Static text (tampilan statis tidak dapat diedit).

(54)

4. Pop-up menu (menampilkan menu pilihan). 5. Table (menampilkan data tabel).

6. Axes (menampilkan data grafik).

7. ActiveX control (komponen perangkat lunak Microsoft Windows yang memiliki fungsi khusus seperti animasi).

Gambar 2.22. Jendela Property Inspector

Pengguna dapat langsung merancang antarmuka grafis yang dapat dimodifikasi dengan menggunakan guide editor. Guide akan secara otomatis membangun kode MATLAB yang dapat kembali dimodifikasi untuk mendefinisikan semua fungsi dan tugas dari komponen.

Salah satu keunggulan program berbasis grafis adalah menyediakan tampilan program yang menarik dan memudahkan pengguna (user fiendly). Guide pada MATLAB memungkinkan pengaturan ikon, splash screen (tampilan gambar yang muncul saat sebuah aplikasi atau program dalam proses loading), dan gambar latar (background image). Perangkat lunak pendukung berbasis grafis dapat digunakan untuk mendesain gambar atau tampilan yang sesuai dengan kebutuhan program dan komponen-komponen yang digunakan. Salah satunya adalah perangkat lunak Adobe Illustrator program editor grafis vector yang dikembangkan oleh Adobe Systems. Dengan menggunakan perangkat lunak pendukung tersebut pengguna dapat menyimpan ekstensi gambar sesuai dengan format yang didukung oleh guide MATLAB diantaranya Windows Bitmap (BMP), Graphics Interchange Format

(55)

(GIF), Joint Photographic Expert Group (JPEG), Portable Network Graphics (PNG), dan lainnya.

2.12.2.MATLAB Compiler

MATLAB compiler memungkinkan pengguna untuk berbagi program MATLAB sebagai aplikasi mandiri (standalone application). Pengguna juga dapat membuat file Microsoft Excel dan mengintegrasikan program kedalam spreadsheet Excel [27]. Semua aplikasi yang dibentuk dengan MATLAB compiler menggunakan MATLAB runtime, yang memungkinkan pendistribusian aplikasi kepada pengguna lain yang bebas royalti.

MATLAB compiler versi 6.0 memungkinkan pengguna dapat memasukkan kode program, guide editor, ikon, gambar latar, splash screen, informasi program, dan komponen-komponen tambahan yang digunakan dalam membagun GUI. Gambar 2.23. menunjukkan jendela MATLAB compiler versi 6.0.

(56)

BAB III

PERANCANGAN PENELITIAN

Sistem akuisisi data kincir angin propeler berbahan kayu ini dibentuk oleh dua subsistem yaitu sistem telemetri data sensor dari sistem data logger dan sistem antarmuka akuisisi data. Sistem akuisisi yang dirancang adalah sistem akuisisi data one-way. Parameter-parameter data yang diterima dan dikirimkan telah disepakati dengan sistem data logger dari kincir angin dengan generator listrik 1 kVA dalam waktu 24 jam. Gambar 3.1. menunjukkan gambar perancangan sistem. Perancangan sistem akuisisi data kincir angin propeler berbahan kayu dibagi menjadi enam subbab perancangan diantaranya:

1. Perancangan sistem pengirim terdiri dari perangkat keras dan perangkat lunak sistem pengirim. Perancangan perangkat keras terdiri dari perancangan rangkaian dan perancangan kotak untuk komponen rangkaian sistem pengirim. Perancangan perangkat lunak sistem dirancang untuk menerima dan mengirimkan data pengukuran dari sistem data logger ke sistem penerima dengan metode handshaking.

2. Perancangan sistem penerima terdiri dari rangkaian sistem penerima dan perancangan kotak untuk komponen rangkaian sistem penerima. Sistem penerima dirancang untuk dapat langsung terhubung laptop/PC melalui perangkat XBee USB Adapter.

3. Konfigurasi modul radio XBee-PRO (S2B) menggunakan perangkat lunak X-CTU melalui media perantara XBee USB Adapter dengan mngatur modul radio XBee sistem pengirim sebagai koordinator dan modul radio XBee sistem penerima sebagai router pada jaringan ZigBee.

4. Format paket data dirancang dengan ketentuan jumlah data yang dikirimkan 11 data dalam satu paket data berjumlah 66 karakter dengan urutan data diawali karakter ‘*’ (bintang) dan diakhiri dengan karakter ‘#’ (pagar).

5. Perancangan aplikasi antarmuka sistem akuisisi data terdiri dari perancangan gambar (grafis) antarmuka dan perancangan perangkat lunak aplikasi antarmuka. Program dibentuk menjadi aplikasi mandiri (standalone application) untuk dapat menampilkan data sensor yang dikirimkan dari sistem data logger berupa animasi, teks, tabel dan grafik. Data yang diterima selanjutnya akan disimpan pada hard drive laptop/PC dalam bentuk data excel (Microsoft Excel 97-2003 Worksheet).

(57)

XBee PRO Shield V1.1

SD Card

XBee USB Adapter Lapt op/PC

XBee-PRO

(S2B)

XBee-PRO

(S2B)

Sistem Pengirim Sistem Penerima

Ardui no Uno Rev3

Catu Daya DC Pus h

But ton

LED

6. Data dummy adalah data yang menyerupai data aslinya tetapi tidak memiliki fungsi aslinya. Data ini digunakan untuk menggantikan data setiap sensor yang dikirim oleh sistem data logger.

Gambar 3.1. Perancangan Sistem

Berikut merupakan penjelasan cara kerja sistem yang ditunjukkan gambar 3.1.

1. Sistem pengirim merupakan sistem telemetri sebagai pengirim (transmitter) dengan komponen utama adalah papan Arduino Uno Rev3. Sistem ini menerima data serial yang dikirimkan secara langsung melalui media penghantar kabel dari pin Tx sistem data logger yang terhubung ke pin Rx sistem pengirim.

2. Catu daya DC merupakan sumber daya untuk rangkaian sistem pengirim dari accumulator 12 volt.

3. LED merupakan indikator untuk power, terima data, dan kirim data. Saat sistem pengirim diberi sumber daya, maka LED power akan menyala. LED terima data menyala jika ada data yang diterima dari sistem data logger. LED kirim data menyala jika data dikirimkan ke sistem penerima secara nirkabel.

4. Push button (tombol tekan), merupakan tombol untuk reset eksternal mikrokontroler papan Arduino Uno Rev3.

(1)

Komunikasi Pengirman Data

Data Pengujian Komunikasi Pengiriman Data Dalam Ruang

Terima Data (ke-) Jumlah Data Galat (%) Tanggal Terima Data (ke-) Jumlah Data Galat (%) Tanggal Terima Data (ke-) Jumlah Data Galat (%) Tanggal

1 1 0-29 30 01-06-2016 0-29 30 31-05-2016 0-29 30 31-05-2016

2 2 0-29 30 01-06-2016 0-29 30 31-05-2016 0-29 30 31-05-2016

3 3 0-29 30 01-06-2016 0-29 30 31-05-2016 0-29 30 31-05-2016

4 4 0-29 30 01-06-2016 0-29 30 31-05-2016 0-29 30 31-05-2016

5 5 0-29 30 01-06-2016 0-29 30 31-05-2016 0-29 30 31-05-2016

6 1 0-29 30 01-06-2016 0-29 30 31-05-2016 0-29 30 31-05-2016

7 2 0-29 30 01-06-2016 0-29 30 31-05-2016 0-29 30 31-05-2016

8 3 0-29 30 01-06-2016 0-29 30 31-05-2016 0-29 30 31-05-2016

9 4 0-29 30 01-06-2016 0-29 30 31-05-2016 0-29 30 31-05-2016

10 5 0-29 30 01-06-2016 0-29 30 31-05-2016 0-29 30 31-05-2016

11 1 0-26 27 01-06-2016 0-7 8 31-05-2016 - 0 31-05-2016

12 2 0-28 29 01-06-2016 - 0 31-05-2016 - 0 31-05-2016

13 3 0-29 30 01-06-2016 0 1 31-05-2016 - 0 31-05-2016

14 4 0-29 30 01-06-2016 0-1 2 31-05-2016 - 0 31-05-2016

15 5 0-21 22 01-06-2016 0-3 4 31-05-2016 - 0 31-05-2016

10 0 0 0

Jarak (m) Pengujian (ke-)

Baud Rate (bps)

9600 38400 115200

50 8 90 100

(2)

Pengujian Luar Ruang

Komunikasi Satu Arah

Data Hasil Pengujian Komunikasi Satu Arah Luar Ruang

Terima Data (ke-) Jumlah Data Galat (%) Tanggal

1 1 0-9 10 28-05-2016

2 2 0-9 10 28-05-2016

3 3 0-9 10 28-05-2016

4 4 0-9 10 28-05-2016

5 5 0-9 10 28-05-2016

6 1 0-9 10 28-05-2016

7 2 0-9 10 28-05-2016

8 3 0-9 10 28-05-2016

9 4 0-9 10 28-05-2016

10 5 0-9 10 28-05-2016

11 1 0-9 10 28-05-2016

12 2 0-9 10 28-05-2016

13 3 0-9 10 28-05-2016

14 4 0-9 10 28-05-2016

15 5 0-9 10 28-05-2016

16 1 0,5 2 28-05-2016

17 2 6 1 28-05-2016

18 3 2,6 2 28-05-2016

19 4 0,5,8 3 28-05-2016

20 5 0,1,2 3 28-05-2016

21 1 0,6,9 3 28-05-2016

22 2 0,8 2 28-05-2016

23 3 1,2,3 3 28-05-2016

24 4 0,3,4,5 4 28-05-2016

25 5 0,1,2,5 4 28-05-2016

26 1 - 0 28-05-2016

27 2 - 0 28-05-2016

28 3 2 1 28-05-2016

29 4 - 0 28-05-2016

30 5 - 0 28-05-2016

31 1 - 0 28-05-2016

32 2 - 0 28-05-2016

33 3 - 0 28-05-2016

34 4 - 0 28-05-2016

35 5 - 0 28-05-2016

No Jarak (m) Pengujian (ke-) 9600

100 0

Baud Rate (bps)

200 98 300 100 180 68 120 0 140 0 160 78

(3)

Komunikasi Dua Arah

Data Hasil Pengujian Komunikasi Dua Arah Luar Ruang

Terima Data (ke-) Jumlah Data Galat (%) Tanggal

1 1 0-9 10 28-05-2016

2 2 0-9 10 28-05-2016

3 3 0-9 10 28-05-2016

4 4 0-9 10 28-05-2016

5 5 0-9 10 28-05-2016

6 1 0-9 10 28-05-2016

7 2 0-9 10 28-05-2016

8 3 0-9 10 28-05-2016

9 4 0-9 10 28-05-2016

10 5 0-9 10 28-05-2016

11 1 0,1,2,5,6 5 28-05-2016

12 2 0,1,3,4,5,6,7,8,9 9 28-05-2016

13 3 0-9 10 28-05-2016

14 4 0-9 10 28-05-2016

15 5 0,1,3,4,5 5 28-05-2016

16 1 0 1 28-05-2016

17 2 0,1 2 28-05-2016

18 3 0 1 28-05-2016

19 4 0 1 28-05-2016

20 5 0 1 28-05-2016

21 1 1,3 2 28-05-2016

22 2 0,1 2 28-05-2016

23 3 0,1,4 3 28-05-2016

24 4 0 1 28-05-2016

25 5 0 1 28-05-2016

26 1 - 0 28-05-2016

27 2 - 0 28-05-2016

28 3 - 0 28-05-2016

29 4 - 0 28-05-2016

30 5 - 0 28-05-2016

100 0

No Jarak (m) Pengujian (ke-)

Baud Rate (bps) 9600

180 82

200 100

120 0

140 22

(4)

Komunikasi Pengiriman Paket Data

Data Hasil Pengujian Komunikasi Pengiriman Paket Data Luar Ruang

Terima Data (ke-) Jumlah Data Galat (%) Tanggal

1 1 0-29 30 29-05-2016

2 2 0-29 30 29-05-2016

3 3 0-29 30 29-05-2016

4 4 0-29 30 29-05-2016

5 5 0-29 30 29-05-2016

6 1 0-22 23 29-05-2016

7 2 0-28 29 29-05-2016

8 3 0-19 20 29-05-2016

9 4 0-18 19 29-05-2016

10 5 0-22 23 29-05-2016

11 1 - 0 29-05-2016

12 2 - 0 29-05-2016

13 3 - 0 29-05-2016

14 4 - 0 29-05-2016

15 5 - 0 29-05-2016

16 1 - 0 29-05-2016

17 2 - 0 29-05-2016

18 3 - 0 29-05-2016

19 4 - 0 29-05-2016

20 5 - 0 29-05-2016

21 1 - 0 29-05-2016

22 2 - 0 29-05-2016

23 3 - 0 29-05-2016

24 4 - 0 29-05-2016

25 5 - 0 29-05-2016

100 0

No Jarak (m) Pengujian (ke-)

Baud Rate (bps) 9600

500 100

1000 100

120 24

(5)

Dokumentasi Foto Pengujian Jarak Pancar Sistem Telemetri

Pengujian Dalam Ruang

Lokasi Pengujian Di Lorong

Laboratorium Kendali TE USD

Sistem Penerima Diletakkan Di Dalam

Ruang

Sistem Pengirim Menjauhi Sistem

Penerima

Data Yang Diterima Aplikasi Akuisisi

Data

Sistem Data Dummy dan Sistem

Pengirim dengan Catu Daya Accu 12

volt / 5Ah

Tampilan Data Yang Dikirimkan

Sistem Data Dummy

(6)