BAB 3 RANCANGAN PENELITIAN
3.2. Rancangan Perangkat Keras
3.2.1. Komponen Elektronik
Berdasarkan blok diagram sistem terlihat seperti pada Gambar 3.1, komponen elektronik yang terdapat pada sistem GCS dapat dibagi kembali menjadi 3 bagian, yaitu: masukan, proses, dan keluaran. Seperti terlihat pada Gambar 3.3, bagian masukan terdiri dari komponen keypad 4x4 dan perangkat navigasi. Keypad 4x4 digunakan dengan alasan mudah ditemukan di pasaran dan memiliki dimensi yang cukup tipis.
Bagian proses terdiri dari mikrokontroler, modul transceiver, dan modul transmitter. Mikrokontroler yang digunakan adalah IC ATmega 2560 dengan shield Arduino karena memilki dua buah port komunikasi SPI yang bisa dihubungkan dengan modul transceiver dan transmitter. Modul RFM12 dan modul RFM02 akan digunakan sebagai modul transceiver dan transmitter karena menyediakan antarmuka SPI untuk berkomunikasi dan memiliki kecepatan transmisi data digital sampai 115.2 kbps.
Bagian keluaran hanya terdiri dari layar penampil. Layar LCD dengan resolusi 16x2 akan digunakan sebagai media penampil karena jumlah karakter pada layar LCD sudah cukup untuk menampilkan data-data yang berhubungan dengan wahana.
Gambar 3.3 Pembagian Komponen Elektronik
1. Bagian Masukan
Pada bagian masukan terdapat dua buah komponen elektronik, yaitu: keypad dan perangkat navigasi. Keypad 4x4 mempunyai delapan buah kaki, dimana empat buah kaki mewakili tombol secara baris dan 4 buah lainnya mewakili tombol secara kolom. Gambar 3.4 memperlihatkan jalur rangkaian keypad 4 x 4. Kedelapan keluaran tersebut akan dihubungkan ke port D ATmega 2560, karena pada port ini tidak digunakan untuk fitur yang lain.
Gambar 3.4 Rangkaian Keypad 4 x 4 [16]
Perangkat navigasi terdiri dari dua buah tuas, dengan spesifikasi masing-masing tuas memiliki 4 DOF. Perangkat navigasi yang digunakan dalam penelitian ini memanfaatkan kedua buah tuas pada modul joystick Universal Serial Bus (USB). Keluaran data pada modul tersebut akan dihubungkan ke masukan ADC pada mikrokontroler. Gambar 3.6 memperlihatkan gambar rangkaian perangkat navigasi dimana potensiometer-potensiometer tersebut dimanfaatkan dari tuas yang terdapat pada joystick seperti terlihat pada Gambar 3.5
Keluaran LCD 16x2 Proses Mikrokontroler MEGA 2560 Modul Transceiver RFM12 Masukan Keypad 4x4 Perangkat Navigasi Modul Transmitter RFM02
Gambar 3.5 Tuas pada Joystick USB [17]
Sinyal ADC dirancang pada rentang 0 – 255 atau 8 bit karena nantinya sinyal ADC ini akan diolah sebagai sinyal PWM yang juga beresolusi 8 bit untuk menggerakkan masing-masing motor pada wahana. Nilai ADC tersebut dapat diperoleh dengan mengaktifkan fitur prescaler pada arduino sebagai mikrokontroler. Prescaler pada fitur ADC perlu diaktifkan untuk mendapatkan nilai ADC 8 bit, hal ini dikarenakan resolusi awal ADC pada arduino adalah 10 bit. Dengan melihat persamaan 3.1, maka nilai tegangan yang perlu dihasilkan oleh masing-masing potensiometer pada perangkat navigasi bisa dicari berdasarkan nilai ADC yang telah dirancang.
� = �� �.
�
(3.1)
Dimana nilai �� merupakan nilai tegangan keluaran dari masing-masing
potensiometer pada perangkat navigasi, ADC merupakan besaran 8 bit data yang merepresentasikan besaran PWM yang nantinya akan dikirimkan ke wahana, dan untuk �� peneliti menggunakan tegangan referensi sebesar 3,3 volt yang terdapat pada fitur bawaan arduino. Jika nilai ADC dan �� telah ditentukan maka nilai �� bisa dicari dengan memasukan parameter-parameter yang ada pada persamaan 3.2. Hasil perhitungan tegangan masukan telah dirangkum ke dalam Tabel 3.2 dengan contoh perhitungannya sebagai berikut:
=�� .,
8 , = �� . �� = ,8 �
Tabel 3.2 Nilai �� dan ADC pada Perangkat GCS
No ADC Vin (volt)
1 0 0
2 50 0,161 3 100 0,323 4 255 0,823
Gambar 3.6 Rangkaian pada Perangkat Navigasi
2. Bagian Proses
Pada bagian proses, komponen elektronik dibagi menjadi tiga, yaitu: mikrokontroler, modul transceiver, dan modul transmitter. IC mikrokontroler yang digunakan adalah ATmega 2560 dengan shield arduino revisi yang ketiga. Gambar 3.7 memperlihatkan rangkaian sistem Arduino MEGA 2560 R3 dimana IC ATmega 16 ditambahkan untuk memperbanyak saluran komunikasi yang disediakan. Salah satu saluran komunikasi yang ditambahkan adalah satu buah sambungan komunikasi SPI pada Arduino MEGA 2560 R3. Total sambungan komunikasi SPI pada Arduino MEGA 2560 R3 adalah dua buah, dimana kedua sambungan komunikasi SPI ini akan dibutuhkan untuk sambungan modul transceiver RFM12 dan modul transmitter RFM02.
Untuk dapat berkomunikasi, baik modul transceiver RFM12 maupun modul transmitter RFM02 harus melewati proses pengaturan frekuensi kerja menggunakan perintah “Frequency Setting Command”. Instruksi ini memiliki total 16 bit sama halnya dengan instruksi lain yang terdapat pada masing-masing modul, dengan 4 bit awal nilainya selalu tetap yaitu 1010 diikuti dengan 12 bit yang menyatakan besaran frekuensi yang akan digunakan modul transceiver RFM12 saat beroperasi.
Gambar 3.7 Rangkaian Sistem Arduino Mega 2560 R3 [15]
Tabel 3.3 memperlihatkan format pengaturan frekuensi pada modul transceiver RFM12 menggunakan perintah “Frequency Setting Command”. Bit 11 sampai bit 0 merepresentasikan nilai F yang dapat dihitung menggunakan persamaan 3.2 yang didapat dari datasheet modul transceiver RFM12.
Tabel 3.3 Format Pengaturan Frekuensi [14]
Bit 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Data 1 0 1 0 f11 f10 f9 f8 f7 f6 f5 f4 f3 f2 f1 f0
� = ∗ ∗ +4 �� (3.2)
Peneliti memilih menggunakan frekuensi f=432 MHz sebagai frekuensi kerja dari modul transceiver RFM12. Hal ini ditujukan untuk membedakan frekuensi kerja modul transceiver dengan modul transmitter. Pada modul transmitter, frekuensi kerja akan diatur selain frekuensi 432 MHz. Sedangkan nilai C1 dan C2 didapatkan dengan melihat Tabel 3.4.
Tabel 3.4 Parameter Kapasitor untuk Masing-masing Pita Frekuensi [14] Pita Frekuensi (MHz) C1 C2
315 1 31
433 1 43
868 2 43
915 3 30
Karena frekuensi yang peneliti pakai masuk kedalam pita frekuensi 433 MHz maka nilai parameter C1 dan C2 adalah 1 dan 43. Untuk itu nilai F menjadi:
� = ∗ ∗ ( + ) ��
� = 8 ��
Nilai 800 MHz perlu dikonversi kedalam bentuk biner, yang selanjutnya dimasukan kedalam perintah frequency setting command untuk mengaktifkan modul transceiver RFM12 yang bekerja pada frekuensi 432 MHz.
Untuk dapat melaksanakan tugasnya, modul transceiver RFM12 maupun modul transmitter RFM02 telah terintegrasi dengan beberapa komponen pendukung. Gambar 3.8 dan 3.9 memperlihatkan jalur rangkaian pada modul transceiver RFM12 dan modul transmitter RFM02.
Pin-pin masukan dan keluaran yang terdapat pada modul transceiver RFM12 akan dihubungkan pada port B Arduino MEGA 2560, dengan spesifikasi: pin SDI terhubung dengan pin MOSI (PB2), pin SCK terhubung dengan pin SCK (PB1), pin nSEL terhubung dengan pin SS (PB0), pin SDO terhubung dengan pin MISO (PB3), dan pin nIRQ terhubung dengan pin PB4 sebagai keluaran untuk perintah interupsi.
Gambar 3.8 Rangkaian RFM12 [14] Gambar 3.9 Rangkaian RFM02 [13]
3. Bagian Keluaran
Layar penampil beresolusi 16x2 merupakan komponen elektronik keluaran dari perangkat GCS. Pada umumya rangkaian layar penampil dapat dilihat pada Gambar 3.10. Konektor J2 akan dihubungkan ke PORT A pada mikrokontroler sebagai masukan data pada layar penampil.
Gambar 3.10 Rangkaian LCD 16x2