Politeknik Elektronika Negeri Surabaya - PENS 1
Modul 1
Komunikasi Nirkabel Menggunakan Modul RF X-Bee : Untuk
Implementasi Wireless Sensor Network (WSN)
1.
TUJUAN
a.
Membangun infrastruktur komunikasi wireless menggunakan modul RF Xbee
b.
Menguji koneksi client-sever pada komuniaksi wireless menggunakan teknologi DSSS
c.
Menguji keberhasilan pengiriman data menggunakan modul RF Xbee
2.
DASAR TEORI
Komunikasi nirkabel (wireless) sebagai media komunikasi pada jaringan komputer banyak
digunakan untuk beberapa aplikasi saat ini. Sehingga proses pengiriman data menjadi lebih
mudah dan lebih efisien.
Xbee Pro adalah salah satu perangkat komunikasi data wireless yang bekerja pada
frekuensi 2,4 GHz dengan menggunakan protokol standart IEEE 802.15.4. Xbee Pro sudah
banyak digunakan untuk beberapa aplikasi diantaranya Wireless Sensor Network (WSN) untuk
monitoring kelembaban, temperature, kecepatan dan angin. Selain itu digunakan untuk
komunikasi robot.
2.1
DSSS
Karakteristik dari sistem spread spectrum seperti terlihat pada gambar 1.
Gambar 1.
Model umum sistem komunikasi digital spread spectrum
Deretan data melalui blok channel encoder untuk menghasilkan sinyal analog dengan
bandwidth relatif sempit disekitar center frequency. Sinyal ini dimodulasi menggunakan
sederetan bit yang dikenal sebagai spreading code atau spreading squence. Speadingcode
dihasilkan oleh pseudonoise. Pengaruh dari modulasi ini adalah meningkat bandwidth
(penyebaran spectrum) secara signifikann dari sinyal yang dikirim. Pada sisi penerima deretan
digit yang sama digunakan untuk proses demodulasi dari sinyal spread spectrum. Akhirnya
sinyal melalui blok channel decoder untuk mendapatkan data kembali. Terdapat beberapa
kelebihan pada sistem spread spectrum diantaranya :
Sinyal tahan terhadap beberapa jenis noise dan pengaruh multipath. Awalnya aplikasi spread
spectrum digunakan pada dunia militer untuk kekebalan terhadap jamming
Dapat juga digunakan untuk menyembunyikan dan enkripsi sinyal. Hanya pengguna yang
mengetahui spreading code yang dapat meng-decode data informasi
Beberapa pengguna dapat menggunakan bandwith yang lebih tinggi dengan inteferensi yang
sangat sedikit. Seperti digunakan pada aplikasi telepon selular, dengan sebuah teknik yang
dikenal sebagai code division multiplexing (CDM) atau code division multiple access (CDMA)
Dengan menggunakan Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS), masing-masing bit pada
sinyal asli direpresentasikan oleh multiple bits pada sinyal yang dikirim menggunakan sebuah
spreading code. Salah satu teknik pada direct sequence spread spectrum adalah
mengkombinasikan deretan informasi digital dengan deretan bit spreading code menggunakan
sebuah exclusive-OR (XOR). Salah satu contoh sinyal DSSS seperti terlihat di bawah ini.
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya - PENS 2
Gambar 2.
Contoh dari Direct Squence Spread Spectrum
2.2
Modul RF Xbee Pro
Salah satu contoh modul RF yang bekerja menggunakan teknologi DSSS adalah modul RF
Xbee Pro. Modul RF ini merupakan radio frequency transceiver yaitu mendukung komunikasi
secara full duplex. Xbee Pro bekerja pada frekuensi 2.4 GHz dengan menggunakan standart IEEE
802.15.4. Radio frequency transceiver ini merupakan sebuah modul yang terdiri dari RF receiver
dan RF transmitter dengan interface serial UART asynchronous. Pada percobaan ini digunakan
modul XB Starter Kit. XB Starter Kit merupakan modul komunikasi RF berbasis Xbee. Modul ini
menggunakan standar IEEE 802.15.4 yang beroperasi di frekuensi 2,4 GHz. Pengaturan
beberapa parameter modul dapat dilakukan dengan menggunakan program X-CTU. Modul ini
dapat digunakan untuk beberapa aplikasi pengiriman data sensor. Spesifikasi modul XB Starter
Kit yang digunakan seperti di bawah ini :
Berbasis Xbee OEM RF Module
Memiliki 1 pin jalur input dan 8 pin jalur input/output yang dapat dikonfigurasi (7
diantaranya dapat juga digunakan sebagai analog input)
Memiliki 2 pin jalur PWM output yang juga dapat dikonfigurasi
Tersedia jalur komunikasi UART TTL atau RS-232
Tersedia tactile switch Reset (untuk melakukan reset pada modul) dan LED indikator
Catu data 5 volt DC
Xbee Pro s1
XBee PRO merupakan modul radio Frekuensi yang beroperasi pada frekuensi 2.4 GHz.
Jangkauan XBee PRO 100 meter untuk indoor dan 1500 meter untuk outdoor. Pada XBee PRO
ada 20 pin, namun yang sementara digunakan adalah 6 pin, yaitu VCC dan GND untuk tegangan
suplay, DOUT merupakan pin Transmit (TX), DIN merupakan pin Receiver (RX), RESET
merupakan pin reset XBee PRO dan yang terakhir adalah PWMO/RSSI merupakan indicator
bahwa ada penerimaan data yang biasanya dihubungkan ke led yang di drive oleh transistor.
Pada gambar 3 ditunjukkan bentuk fisik dari XBee PRO.
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya - PENS
XBee PRO juga merupakan salah
sekaligus atau dapat melakukan
ini sama dengan cara mengirim
Program X-CTU
Digi mengembangkan X-CTU
konfigurasi dan pengujian pada produk RF
untuk melakukan konfigurasi pada produk RF keluaran Digi salah satunya XBee
Support seluruh produk Digi.
Jendela terminal yang terintegrasi.
Mudah digunakan untuk tes jarak
Tampilan indikator sinyal yang diterima (RSSI).
Upgrade firmware modul RF.
Menampilkan ASCII dan
Menulis tes paket dalam ASCII atau
terminal.
Menyimpan dan mengambil
Secara otomatis mendeteksi
Mengembalikan parameter default pabrik.
Menampilkan bantuan
Program radio profil dalam
perintah.
Mengintegrasikan dengan
antar muka baris perintah.
Perangkat luna kini mudah digunakan
sebenarnya dengan menggunakan
modem radio.
Gambar
Gambar 3.
Modul XbeePro s1
salah satu modul telemetri yang dapat berfungsi
melakukan komunikasi dua arah. Komunikasi serial pada
mengirim dan menerima data seperti komunikasi serial biasa.
CTU yang merupakan perangkat lunak yang digunakan
pada produk RFDigi. Banyak fitur yang disediakan dalam
untuk melakukan konfigurasi pada produk RF keluaran Digi salah satunya XBee
Support seluruh produk Digi.
Jendela terminal yang terintegrasi.
Mudah digunakan untuk tes jarak loopback.
Tampilan indikator sinyal yang diterima (RSSI).
modul RF.
Menampilkan ASCII dan hexadecimal karakter di jendela terminal.
dalam ASCII atau hexadecimal untuk transmisi dalam
mengambil konfigurasi modul umum digunakan (profil).
mendeteksi jenis modul.
Mengembalikan parameter default pabrik.
tentang setiap parameter radio.
dalam lingkungan produksi menggunakan antarmuka
dengan Labview dan perangkat lunak uji produksi lainnya
perintah.
digunakan dan memungkinkan untuk menguji
menggunakan komputer dan barang-barang yang disertakan
Gambar 4
. Tampilan software X-CTU
3
berfungsi sebagai RX dan TX
pada modul XBee PRO
komunikasi serial biasa.
lunak yang digunakan untuk
Banyak fitur yang disediakan dalam software ini
untuk melakukan konfigurasi pada produk RF keluaran Digi salah satunya XBee-pro.
dalam antarmuka
digunakan (profil).
antarmuka baris
lainnya melalui
Xbee di lingkungan
barang yang disertakan dengan
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya - PENS 4
AT COMMAND
Terdapat beberapa perintah untuk melakukan konfigurasi pada RF Modules. Konfigurasi ini
dapat dilakukan dengan
software yang terhubung dengan pengiriman data serial pada RF
Modules seperti
Hyper Terminal, Visual Basic dan X-CTU (DigiSoftware) ataupun
hardware
seperti Mikrokontroler.
Untuk masuk ke ATCommand ini terlebih dahulu memasukan karakter “+++” pada terminal xctu
kemudian tunggu beberapa detik sampai terminal merespon dengan OK jika respon OK sudah di
dapatkan
ATCommand bisa dimasukan. Untuk keluar dari
AT Command mode ketikan ATCN.
Berikut ini adalah beberapa
command yang umumnya digunakanuntukmensetting RF
Modulesdenganmenggunakansoftware X-CTU.
Tabel 1.
ATCommand untuk konfigurasi Xbee-pro
Command
Keterangan
Fungsi
+++
Respon harus (OK) Masuk ke mode AT Command
AT
Attention
Cek AT Command (respon harus OK)
ATDL
Destination
Melihat destination address di Xbee
ATMY
My ID
Melihat address milik sendiri
ATID
ID
Melihat dimana Personal Area
Network XBee
ATCH
Channel
Melihat channel XBee saat ini
ATSM
Sleep Mode
Mengaktifkan sleep mode
ATWR
Write
Write command/configurasi
ATCN
Command Null
Keluar dari mode ATCommand
Gambar di bawah ini adalah contoh dari penggunaan AT Command.
Gambar 1.
Contoh Penggunaan ATCommand pada X-CTU Terminal
3.
Peralatan yang Digunakan
-
2 modul XB Starter Kit
-
2 PC
-
Kabel serial
-
USB to DB-9 (bila diperlukan)
-
Volt meter
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya - PENS 5
4.
Rangkaian
Gambar 4.
Infrastruktur sistem komunikasi menggunakan modul RF Xbee
Pada pembuatan sistem ini digunakan dua modul RF Xbee. Bisa menggunakan versi 1 atau 2.
Modul Xbee terhubung dengan host (PC atau laptop) melalui port serial. Dijalankan program
aplikasi pada masing-masing host (client dan server). Kedua modul Xbee terkoneksi dan
pengiriman data dapat dilakukan.
4.
Langkah Percobaan
a.
Instalasi dan Update X-CTU
1.
Download
dan
install
driver
dan
Program
X-CTU
http://www.digi.com/support/supporttype?type=drivers. Jalankan XCTU setup.exe
dan ikuti petunjuk selanjutnya (proses instalasi digunakan pilihan default)
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya - PENS 6
3.
Jika instalasi sudah selesai maka Xbee akan terdeteksi pada COM port dan siap
untuk di konfigurasi pada terminal.
4.
Setelah instalasi selesai, jalankan program X-CTU, pilih tab “Modem Configuration”,
tekan tombol “Download new versions..”, dan tekan tombol “File...”
5.
Arahkan ke folder “update” pada CD/DVD dan pilih xb24_15_4_10ec.zip
b.
Penggunaan 1 Modul XB Starter Kit
1.
Pasang jumper J3, J4, dan J6 di posisi 2-3
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya - PENS 7
3.
Hubungkan terminal biru J2 ke sumber tegangan 5V
4.
Jalankan X-CTU untuk memprogram
5.
Pilih tab PC Setting lalu tekan Test / Query untuk melihat versi firmware
6.
Pilih tab Modem Configuration
7.
Pilih COM port di status bar kiri bawah
8.
Tekan Load
9.
Pilih file “default.pro”
10.
Ubah Version sesuai dengan versi yang sebelumnya terbaca di PC Settings
11.
Tekan Write
12.
Tekan Read pada X-CTU. Jika berhasil maka konfigurasi akan ditampilkan. Jika gagal,
maka akan muncul tampilan pemberitahuan. Pastikan hasilnya seperti di bawah ini :
Modem
: XB24
Function Set : XBEE 802.15.4
Version
: 10EC
Versi dapat berubah sesuai dengan firmware
13.
LED Power D2 dan ON/SLEEP D3 seharusnya akan menyala terus. LED ASSC D4 dan
LED bit 2 pada LED Logic Tester akan berkedip (nyala LED Logic Tester terbalik
dengan LED ASSC D4)
14.
Pilih Restore pada tab untuk penggunakan konfigurasi default
15.
Klik read untuk menampilkan konfigurasi default
c.
Penggunaan 2 Modul XB Starter Kit
1.
Konfigurasi Xbee
Menggunakan terminal X-CTU
Pada tahap ini dilakukan konfigurasi pada XBee menggunakan perangkat lunak X-CTU.
Untuk konfigurasi XBee menggunakan pengalamatan
manual (short 16-bit addresses).
Parameter-parameter yang perlu diatur pada pengalamatan modul XBee adalah :
a)
CH (Channel)
b)
PAN ID (Personal Area Network Identifier)
c)
MY (Source Address)
d)
DL (Destination Address Low)
e)
SM (Sleep Mode)
Konfigurasi CH (channel) dilakukan untuk mengatur dan membaca
channel operator
antar Modul
Xbee, untuk dapat saling berhubungan konfigurasi channel ini harus sama
dengan Xbee yang akan saling berhubungan. Default dari konfigurasi channel ini adalah
0x0C atau bisa ditulis C langsung. Sedangkan range nilai channel adalah 0x0B - 0x1A
(XBee) dan 0x0C - 0x17 (XBee-PRO) pengaturan yang mempunyai fungsi yang sama dan
berhubungan dengan konfigurasi
channel adalah konfigurasi PAN ID. PAN ID ini
digunakan untuk xbee yang berada dalam satu jaringan agar bisa saling berkomunikasi.
Pengaturan parameter lain diatas dapat dilakukan melewati jendela “Modem
Configuration” maupun pada
terminal X-CTU menggunakan perintah AT
Command.
Untuk pengaturan menggunakan terminal X-CTU, hal pertama yang harus dilakukan
adalah masuk pada mode AT Command dengan mengetikkan tiga karakter “+++” secara
berurutan. Setelah modul XBee merespon “OK”, dilakukan pengaturan alamat. Berikut
ini contoh perintah yang digunakan untuk konfigurasi pengalamatan pada
terminal
X-CTU.
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya - PENS 8
Gambar 5.
Konfigurasi XBee pada Terminal X-CTU
Untuk dapat masukdalam mode AT
Command, diperlukan delay pada
terminal x-ctu
minimal selama satu detik. Sebelum mengetikkan tiga karakter “+++” dan menunggu
respon “OK”. Setelah respon “OK” muncul barulah
AT Command dapat dimasukan. Hal
ini perlu diperhatikan dalam konfigurasi XBee menggunakan perintah AT
Command,
adanya
guardtime
ini dibutuhkan agar
modul
XBee memberikan respon “OK” yang
mengartikan bahwa
mode AT
Command
dapat dijalankan. Setiap setelah mengetikkan
perintah AT
Command
harus diketikkan
ENTER agar perintah tersebut dijalankan.
Selanjutnya setelah selesai mengetikkan
command yang dibutuhkan, hal yang perlu
dilakukan adalah mengetikkan perintah ATWR kemudian
ENTER
dan dilanjutkan
dengan ATCN kemudia nENTER. Hal ini diperuntukkan agar setting yang telah dilakukan
menjadi permanen.
Konfigurasi alamat Xbee di PC A
CH
: C
PAN ID
: 1
Address ID
: 1111
Destination Address : 2222
Konfigurasi alamat Xbee di PC B
CH
: C
PAN ID
: 1
Address ID
: 2222
Destination Address : 1111
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya - PENS 9
Menggunakan Modem Configuration X-CTU
Masuk pada tab modem Konfiguration kemudian atur pada masing-masing Xbee seperti
parameter dibawah ini :
Konfigurasi alamat Xbee di PC A
CH
: C
PAN ID
: 1
Address ID
: 1111
Destination Address : 2222
Konfigurasi alamat Xbee di PC B
CH
: C
PAN ID
: 1
Address ID
: 2222
Destination Address : 1111
Yang perlu diperhatikan dari kedua konfigurasi pada masing-masing Xbee disini adalah
penggunaan PAN ID dan Channel, untuk menghubungkan 2 Xbee PAN ID dan Channel
Xbee yang digunakan harus sama, hal ini menunjukan bahwa 2 Xbee yang dipakai disini
berada dalam satu jaringan untuk bisa saling berkomunikasi. Hal lain yang perlu
diperhatikan adalah alamat sumber (MY) dan alamat tujuan harus sesuai dengan
pembagian. Dari konfigurasi diketahui bahwa Source ID Xbee A adalah 1111 dengan
Destination address adalah Source ID milik Xbee B. Begitu pula konfigurasi pada Xbee B
dengan source ID 2222 dan destination ID 1111. Dengan konfigurasi ini Xbee sudah
dapat digunakan untuk melakukan komunikasi serial.
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya - PENS 10
