DASAR TEORI
22 SCLK, SDCLK 23 MISO, SDD0
2.8. WiFi ESP8266
WiFi ESP8266 merupakan System on Chip (SOC), dengan stack protokol yang terintegrasi, sehingga mudah diakses menggunakan mikrokontroler melalui komunikasi serial 801.11 b/g/n WiFi Direct (P2P) dengan konektivias antarmuka SPI/SDIO atau I2C/UART. WiFi ESP8266 dapat berfungsi sebagai host maupun sebagai modul transfer data dalam jaringan WiFi. ESP8266 dirancang untuk keperluan mobile, dalam dunia elektronik, dan aplikasi Internet of Things (IoT) dengan arsitektur konsumsi daya yang rendah. Arsitektur hemat daya terutama beroperasi dalam 3 mode, yaitu mode aktif, mode sleep, dan mode deep sleep. Blok diagram ESP8266 dapat dilihat pada Gambar 2.12.
Gambar 2.12. Blok Diagram ESP8266 [14] ESP8266 memiliki beberapa fitur sebagai berikut [14]: 1. 802.11 b/g/n
2. Terintegrasi daya rendah 32-bit Multipoint Control Unit (MCU) 3. Terintegrasi 10-bit Analog Digital Convertion (ADC)
4. Terintegrasi stack protokol Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) 5. Terintegrasi TR Switch, balun, LNA, Power Amplifier dan jaringan
6. Terintegrasi PLL, Regulator, dan Pengelola daya terpadu 7. Mendukung berbagai macam antena
8. WiFi 2,4 GHz, Mendukung WPA/WPA2 9. Mendukung mode operasi STA/AP/STA+AP
10. Antarmuka SDIO 2.0, (H)SPI, UART, I2C, I2S, IR Remote Control, PWM, GPIO 11. Temperatur -40oC sampai dengan 125oC
2.8.1.Spesifikasi ESP8266
ESP8266 adalah modul WiFi yang dapat berdiri sendiri (stand alone) atau dihubungkan dengan mikrokontroler dalam koneksinya. Saat modem-sleep, diperlukan CPU untuk bekerja, sebagaimana dalam PWM atau aplikasi I2S. Berdasarkan standar 802.11 (seperti U-APSD), CPU menyimpan daya untuk shut down rangkaian modem WiFi sambil mempertahankan koneksi WiFi saat tidak ada data yang dikirim, besarnya 15 mA. Selama light-sleep, CPU dihentikan dalam aplikasi, tanpa transmisi data, rangkaian modem WiFi dapat dimatikan dan CPU ditangguhkan untuk menyimpan daya berdasarkan standar 802.11 (U-APSD), besarnya 0,9 mA. Deep-sleep tidak memerlukan koneksi WiFi untuk dipertahankan, besarnya arus rata-rata kurang dari 1 Ma [14]. Modul ESP8266 memiliki banyak kelebihan, disamping SoC, modul ini dapat bekerja sebagai mikrokontroler sendiri dalam suatu sistem tanpa perlu mikrokontroler tambahan. Dengan adanya fitur pin GPIO memungkinkan ESP8266 ini dapat mengatur dan mengontrol input dan output secara langsung. Untuk board modul WiFi ESP8266 Seri 01 dapat dilihat pada Gambar 2.13. di bawah ini dan keterangan bagian-bagian modul pada Tabel 2.8. Untuk spesifikasi modul WiFi ESP8266 dapat dilihat pada Tabel 2.9.
Gambar 2.13. Board Modul WiFi ESP8266 Seri 01 Tabel 2.8. Keterangan Bagian Modul WiFi ESP8266 Seri 01
No Fungsi Keterangan
1 Tx Transmit
2 CH-PD Chip Enable. Selalu logika 1 saat kondisi aktif. 0-Disable; 1-Enable
3 RST Reset Eksternal. 0-Reset; 1-Normal
4 VCC 3,3 Volt
5 GND Ground
6 GPIO2 Harus logika 1 saat boot
7 GPIO0 Harus logika 1 saat boot, 0 untuk flash update
8 Rx Receive
9 ESP8266EX Chip ESP8266EX
Tabel 2.9. Spesifikasi ESP8266EX [14]
Kategori Isi Keterangan
Parameter WiFi Sertifikat FCC/CE/TELEC/SRRC Protokol WiFi 802.11 b/g/n Rentang Frekuensi 2,4 GHz-2,5 GHz (2400M-2483,5M) Tx Power 802.11 b: +20dBm 802.11 g: +17dBm 802.11 n: +14 dBm Rx Power 802.11 b: -91 dBm (11 Mbps) 802.11 g: -75 dBm (54 Mbps) 802.11 n: -72 dBm (MCS7)
Tipe Antena PCB Trace, Eksternal, IPEX Connector, Chip Keramik
Parameter Hardware
Peripher Bus UART/SDIO/SPI/I2C/I2S/IR Remote Control
GPIO/PWM Tegangan Kerja 3,0 ~ 3,6 Volt
Arus Kerja Nilai Rata-rata: 80 mA Rentang Temperatur -40C ~ 125C
Rentang Suhu
Ruangan
Suhu Normal
Ukuran 5x5 mm
Antarmuka Eksternal N/A Parameter
Software
Mode WiFi Station/SoftAP/SoftAP+Station
Keamanan WPA/WPA2
Enkripsi WEP/TKIP/AES
Firmware Upgrade UART Download/OTA (Via Network) Pengenbangan
Software
Mendukung Pengembangan Cloud Server/SDK untuk pengembangan firmware Protokol Jaringan IPv4, TCP/UDP/HTTP/FTP
Konfigurasi User Perintah AT, Cloud Server, Android/Ios App 2.8.2.Memori ESP8266
Modul WiFi ESP8266EX telah dilengkapi dengan kontrol memori, seperti SRAM dan ROM. Multipoint Control Unit (MCU) dapat berinteraksi dengan memori melalui antarmuka iBus dan Advanced High Performance Bus (AHB). Semua unit memori dapat berkomunikasi sesuai dengan permintaan yang diterima oleh prosesor berdasarkan urutan waktu. Ruang SRAM yang tersedia sebagai berikut:
1. Ukuran SRAM < 36 kB, ketika ESP8266EX bekerja dalam mode station dan dikoneksikan sebagai router, ruang program oleh user sekitar 36 kB.
2. Tidak ada program ROM pada SoC, sehingga program user harus disimpan dalam flash SPI eksternal.
Flash SPI eksternal digunakan bersama-sama dengan ESP8266EX untuk menyimpan program user. Secara teoritis, kapasitas memori yang dapat didukung sekitar sampai dengan 16 Mbyte. Disarankan kapasitas flash memori SPI, saat Over-the-air programming (OTA) di non-aktifkan, memori yang dapat didukung adalah 512 kByte, dan saat OTA diaktifkan memori yang dapat didukung adalah 1 MByte. Beberapa mode SPI dapat didukung, termasuk standar SPI, Dual SPI, DIO SPI, QIO SPI, dan Quad SPI [14].
2.8.3.Konfigurasi Pin WiFi ESP8266EX
Pada Gambar 2.14. ditampilkan penempatan pin-pin untuk modul WiFi ESP8266EX. Terdapat 33 pin yang ada pada modul WiFi ESP8266EX. Untuk keterangan pin-pin dapat dilihat pada Tabel 2.10.
Gambar 2.14. Penempatan Pin-Pin ESP8266EX [14] Tabel 2.10. Keterangan Pin-Pin ESP8266EX [14]
Pin Nama Fungsi Keterangan
1 VDDA P Analog Power 3,0~3,6 Volt
2 LNA I/O Antena RF Interface. Dengan output impedansi 50 ohm, tipe-n 3 VDD3P3 P Amplifier Power 3,0~3,6 Volt
4 VDD3P3 P Amplifier Power 3,0~3,6 Volt
5 VDD_RTC P NC (1.1V)
6 TOUT I Pin ADC
7 CHIP-EN I Chip Enable, High (on), Low (off) 8 XPD_DCDC I/O Mode Deep-Sleep Wakeup, GPIO16
9 MTMS I/O GPIO14, HSPI_CLK
10 MTDI I/O GPIO12, HSPI_MISO
11 VDDPST P Digital/IO Power Supply (1,8~3,3 Volt)
12 MTCK I/O GPIO13, HSPI_MOSI, UART0_CTS
13 MTDO I/O GPIO15, HSPI_CS, UART0_RTS
14 GPIO2 I/O UART Tx selama pemrograman, GPIO2
Tabel 2.10. (Lanjutan) Keterangan Pin-Pin ESP8266EX [14]
16 GPIO4 I/O GPIO4
17 VDDPST P Digital/IO Power Supply (1,8~3,3 Volt)
18 SDIO_DATA_2 I/O Koneksi ke SD_D2 (seri R:200 ohm), SPIHD, HSPIHD, GPIO9 19 SDIO_DATA_3 I/O Koneksi ke SD_D3 (seri R:200 ohm), SPIWP, HSPIWP,
GPIO10
20 SDIO_CMD I/O Koneksi ke SD_CMD (seri R:200 ohm), SPI_CS0, GPIO11 21 SDIO_CLK I/O Koneksi ke SD_CLK (seri:200 ohm), SPI_CLK, GPIO6 22 SDIO_DATA_0 I/O Koneksi ke SD_D0 (seri R:200 ohm), SPI_MISO, GPIO7 23 SDIO_DATA_1 I/O Koneksi ke SD_D1 (seri R:200 ohm), SPI_MOSI, GPIO8
24 GPIO5 I/O GPIO5
25 U0RXD I/O UART Rx saat flash program, GPIO3
26 U0TXD I/O UART Tx saat flash program, GPIO1, SPI_CS1 27 XTAL_IN I/O Koneksi ke output kristal osilator
28 XTAL_IN I/O Koneksi ke input kristal osilator 29 VDDD P Analog Power 3,0~3,6 Volt 30 VDDA P Analoga Power 3,0~3,6 Volt
31 RES12K I Koneksi serial dengan resistor 12k ohm, dan konek ground 32 EXT_RSTB I Sinyal eksternal reset (aktif:low)
33 GND P Ground
2.8.4.Protokol IEEE 802.11 b/g/n
WiFi merupakan teknologi yang digunakan untuk melakukan perpindahan data dari satu perangkan ke perangkat lainnya tanpa menggunakan kabel sebagai media transmisinya. WiFi atau disebut juga sebagai Wireless LAN (WLAN) memanfaatkan radiasi elektromagnetik atau disebut juga sebagai gelombang radio dalam proses transmisi. Pada jaringan WiFi terdapat suatu standarisasi yang digunakan untuk mengatur regulasi penggunaan jaringan nirkabel ini. IEEE adalah sebuah lembaga yang telah menetapkan dan menyetujui IEEE 802.11 sebagai standar regulasi untuk pengguna jaringan nirkabel secara global.
Dalam perkembangannya IEEE 802.11 telah beberapa kali mengalami perubahan. Perubahan pertama untuk standar jaringan nirkabel diawali oleh IEEE 802.11 a, diikuti dengan IEEE 802.11 b, IEEE 802.11 g, dan IEEE 802.11 n. Namun sampai dengan ditetapkannya IEEE 802.11 n sebagai standar, masih terdapat keterbatasan-keterbatasan pada standar tersebut. Pada awal 2014, IEEE menyetujui untuk menetapkan IEEE 802.11 ac sebagai standar terbaru untuk teknologi nirkabel yang menyediakan kecepatan data rate hingga 7 Gbps dengan pita frekuensi 5 GHz [15].
IEEE 802.11 b merupakan ekstensi untuk Higher-Speed Physical Layer yang beroperasi pada pita frekuensi 2,4 GHz. Metode penyebaran spektrum radio standar IEEE
802.11 b menggunakan HR/DSSS untuk mendukung peningkatan data rate sampai dengan 11 Mbps. Standar IEEE 802.11 g dinamakan dengan Further Higher Data Rate Extension in the 2,4 GHz band. Standar ini menetapkan metode penyebaran spektrum radio menggunakan OFDM yang dapat mendukung data rate sampai dengan 54 Mbps dan beroperasi pada pita frekuensi 2,4 GHz. Setelah adanya standar IEEE 802.11 g ini, berdampak signifikan terhadap kenaikan data rate dimana sebelumnya 802.11 b HR/DSSS hanya mendukung 1, 2, 5,5, dan 11 Mbps kemudian dapat mendukung penambahan data rate 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, dan 54 Mbps. Standar IEEE 802.11 n mampu mentrasmisikan data dengan kecepatan 600 Mbps. IEEE 802.11 n menggunakan HT-OFDM yang dapat beroperasi pada pita frekuensi 2,4 GHz dan 5 GHz [15].
