BAB II
LANDASAN TEORI 2.1 Modul GSM (Global System Mobile)
Modul GSM adalah peralatan yang didesain supaya dapat digunakan untuk aplikasi komunikasi dari mesin ke mesin atau dari manusia ke mesin. Modul GSM merupakan peralatan yang digunakan sebagai mesin dalam suatu aplikasi. Dalam aplikasi yang dibuat harus terdapat mikrokontroler yang akan mengirimkan perintah kepada modul GSM berupa AT command melalui RS232 sebagai komponen penghubung (communication links). Rangkaian Modul GSM ditunjukkan pada gambar 2.1 berikut :
Gambar 2.1 Modul GSM
Gambar 2.2 Diagram blok rangkain modul GSM
2.2 Jaringan GSM
Jaringan GSM terdiri dari beberapa subsystem yang memiliki fungsi dan interface-nya masing-masing. Jaringan GSM dibagi menjadi tiga bagian besar subsystem, yaitu:
1. Mobile Station Subsystem (MSS) Mobile station (MS) terdiri dari mobile equipment (telepon seluler) dan kartu pintar yang disebut subcriber identity module card (SIM). Mobile equipment secara unik diidentifikasikan oleh international mobile equipment identity (IMEI).
3. Network Switching Subsystem (NSS) Komponen utama dari network switchinf subsystem (NSS) adalah mobile switching center (MSC). MSC melakukan switching hubungan antar sesama pemakai telepon seluler, dan antara pemakai telepon seluler dengan pemakain telepon tetap (PSTN atau ISDN).
2.3 Layanan SMS Pada Sistem GSM
SMS dikembangkan terutama sebagai alat pengirim informasi data konfigurasi dari handset GSM sebagai bagian dari protokol jaringan dan tidak lebih dari sekedar layanan tambahan daripada layanan utama sistem GSM yaitu layanan voice dan switched data. Namun pada akhirnya SMS menjadi sukses sebagai layanan messaging paling populer di dunia. Berdasarkan mekanisme distribusi pesan SMS oleh aplikasi SMS, terdapat empat macam mekanisme pengiriman pesan, yaitu:
A. Pull, yaitu pesan yang dikirimkan ke pengguna berdasarkan permintaan pengguna.
B. Push – event based, yaitu pesan yang diaktivasi oleh aplikasi berdasarkan kejadian yang berlangsung.
C. Push – scheduled, yaitu pesan yang diaktivasi oleh aplikasi berdasarkan waktu yang telah terjadwal.
D. Push – personal profile, yaitu pesan yang diaktivasi oleh aplikasi berdasarkan profil dan preferensi dari pengguna.
SMS dikembangkan terutama sebagai alat pengirim informasi data konfigurasi dari handset GSM sebagai bagian dari protokol jaringan dan tidak lebih dari sekedar layanan tambahan daripada layanan utama sistem GSM yaitu layanan voice dan switched data. Namun pada akhirnya SMS menjadi sukses sebagai layanan messaging paling populer di dunia. Berdasarkan mekanisme distribusi pesan SMS oleh aplikasi SMS, terdapat empat macam mekanisme pengiriman pesan, yaitu:
B. Push – event based, yaitu pesan yang diaktivasi oleh aplikasi berdasarkan kejadian yang berlangsung.
C. Push – scheduled, yaitu pesan yang diaktivasi oleh aplikasi berdasarkan waktu yang telah terjadwal.
D. Push – personal profile, yaitu pesan yang diaktivasi oleh aplikasi berdasarkan profil dan preferensi dari pengguna.
SMS adalah data tipe asynchronous message yang pengiriman datanya dilakukan dengan mekanisme protocol store and forward. Hal ini berarti bahwa pengirim dan penerima SMS tidak perlu berada dalam status berhubungan (connected/online) satu sama lain ketika akan saling bertukar pesan SMS. Pengiriman pesan SMS secara store and forward berarti pengiriman pesan SMS menuliskan pesan dan nomor telepon tujuan dan kemudian mengirimkannya (store) ke server SMS (SMS-Center) yang kemudian bertanggung jawab untuk mengirimkan pesan tersebut (forward) ke nomor tujuan. Keuntungan dari mekanisme store and forward pada SMS adalah, penerima tidak perlu dalam status online ketika ada pengirim yang bermaksud mengirimkan pesan kepadanya.
Kini SMS tidak terbatas untuk komunikasi antar manusia pengguna saja, namun juga bisa dibuat otomatis dikirim/diterima oleh peralatan (komputer, mikrokontroler, dsb) untuk mencapai suatu tujuan tertentu. Namun untuk melakukannya, kita harus memahami dulu cara kerja SMS itu sendiri.
Sebenarnya, di dalam kebanyakan handphone dan GSM/CDMA modem terdapat suatu komponen wireless modem/engine yang dapat diperintah antara lain untuk mengirim suatu pesan SMS dengan protokol tertentu. Standar perintah tersebut dikenal sebagai AT-Command, sedangkan protokolnya disebut sebagai PDU (Protokol Data Unit). Melalui AT-Command dan PDU inilah kita dapat membuat komputer/mikrokontroler mengirim/menerima SMS secara otomatis berdasarkan program yang kita buat.
2.4 AT-Command
AT-Command merupakan perintah standar yang dapat diterima oleh modem. Perintah AT (Hayes AT-Command) digunakan untuk berkomunikasi dengan terminal (modem) melalui gerbang serial pada computer. AT-Command ini dipakai untuk memerintahkan telephon selular mengirim dan menerima pesan sms. Selain itu, AT-Command juga dapat dipakai untuk mengetahui atau membaca kondisi dari terminal seperti mengetahui kondisi sinyal, kondisi baterai, nama operator, lokasi, menambah item pada daftar telephone, mengetahui model telephone selular yang dipakai, nomor IMEI (Internasional Mobile Statition Equiqment Identity) dan informasi – informasi lainnya yang berhubungan dengan telephone selular tersebut. Perintah – perintah AT-Command dikirimkan ke telephone selular dalam bentuk string (teks). Komunikasi data antara telephone selular dengan peripheral lainnya seperti mikrokontroler dilakukan secara serial menggunakan perintah – perintah AT (Hayes AT Command) melalui komunikasi serial RS-232.
Tabel 2.1 berikut adalah beberapa jenis perintah AT-Command.
Perintah Fungsi
AT+CPBF Mencari nomor telephone yang tersimpan AT+CPBR Membaca buku telephone
AT+CPBW Menulis nomor telephone di buku telephone AT+CMGF Menyeting mode SMS teks atau PDU AT+CMGF=0 Menyeting mode PDU
AT+CMGF=1 Menyeting mode SMS teks AT+CMGS Mengirim sebuah perintah SMS AT+CMGR Membaca sebuah pesan
AT+CMG Melihat semua daftar sms yag ada AT+CMGD Menghapus sebuah SMS
AT+CMNS Menyeting sebuah lokasi penyimpanan SMS
AT+COPS? Untuk mengetahui sebuah nama provider kartu GSM AT+CSCA Untuk mengetahui alamat SMS Center
AT+CGMI Untuk mengetahui nama dan jenis ponsel AT+CGMM Untuk mengetahui jenis ponsel
AT+CBC Untuk mengetahui level baterai
Tabel 2.1 jenis perintah AT-Command
2.5 Sensor Suhu dan Kelembapan
SHT11 Module merupakan modul sensor suhu dan kelembaban relatif dari Sensirion. Modul ini dapat digunakan sebagai alat pengindra suhu dan kelembaban dalam aplikasi pengendali suhu dan kelembaban ruangan maupun aplikasi pemantau suhu dan kelembaban relatif ruangan.
Spesifikasi dari SHT11 ini adalah sebagai berikut:
1. Berbasis sensor suhu dan kelembaban relatif Sensirion SHT11.
2. Mengukur suhu dari -40C hingga +123,8C, atau dari -40F hingga +254,9F dan kelembaban relatif dari 0%RH hingga 1%RH.
3. Memiliki ketetapan (akurasi) pengukuran suhu hingga 0,5C pada suhu 25C dan ketepatan (akurasi) pengukuran kelembaban relatif hingga 3,5%RH.
4. Memiliki atarmuka serial synchronous 2-wire, bukan I2C.
5. Jalur antarmuka telah dilengkapi dengan rangkaian pencegah kondisi sensor lock-up.
7. Modul ini memiliki faktor bentuk 8 pin DIP 0,6sehingga memudahkan pemasangannya.
Gambar 2.3 Sensor SHT 11
2.6 Prinsip Kerja SHT11
Gambar 2.4 Diagram Blok SHT11
Sistem sensor yang digunakan untuk mengukur suhu dan kelembaban adalah SHT11 dengan sumber tegangan 5 Volt dan komunikasi bidirectonal 2-wire. Sistem sensor ini mempunyai 1 jalur data yang digunakan untuk perintah pengalamatan dan pembacaan data. Pengambilan data untuk masing-masing pengukuran dilakukan dengan memberikan perintah pengalamatan oleh mikrokontroler. Kaki serial Data yang terhubung dengan mikrokontroler memberikan perintah pengalamatan pada pin Data SHT11 “00000101” untuk mengukur kelembaban relatif dan “00000011” untuk pengukuran temperatur. SHT11 memberikan keluaran data kelembaban dan temperatur pada pin Data secara bergantian sesuai dengan clock yang diberikan mikrokontroler agar sensor dapat bekerja. Sensor SHT11 memiliki ADC (Analog to Digital Converter) di dalamnya sehingga keluaran data SHT11 sudah terkonversi dalam bentuk data digital dan tidak memerlukan ADC eksternal dalam pengolahan data pada mikrokontroler.
*pin ini tidak mutlak dan dapat diganti dengan pin lain tetapi program juga harus disesuaikan
PA.0 digunakan untuk membaca dan menulis data dari/ke modul SHT11. Sedangkan PA.1 digunakan untuk menghasilkan pulsa (clock) untuk sinkronisasi proses komunikasi 2-wire . Dalam permintaan pengukuran temperatur dan kelembapan secara teknis sama hanya perbedaannya terletak nilai byte permintaan pengukuran yaitu nilai byte=0x03 untuk temperatur dan nilai byte=0x05 untuk kelembapan.
2.7 Mikrokontroler AVR ATMega8535
2.8 Arsitektur Mikrokontroler AVR ATMega 8535
Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur RISC 8 bit, dimana semua intruksi dikemas dalam kode 16-bit dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock, berbeda dengan instruksi MCS51 yang membutuhkan 12 siklus clock. Selain itu AVR berteknologi RISC (Reduced Instruction Set Computing).
Secara garis besar arsitektur mikrokontroler ATMega8535 memiliki bagian sebagai berikut :
1. Saluran I/O sebanyak 32 buah ysng terdiri dari 4 port yakni (port A, port B, port C, port D)
2. ADC 10 bit (8 pin di port A.0 s/d port A.7)
3. 3 buah timer/counter dengan kemampuan pembandingan. 4. SRAM sebesar 512 byte.
5. Memori flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read While Write 6. EEPROM 512 byte yang dapat deprogram saat operasi.
7. Antarmuka komparator analog.
8. Port USART antar komunikasi serial dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps. 9. Unit interupsi internal dan eksternal.
10.4 channel PWM
11.Watchdog Timer dengan osilator internal. 12.Port antarmuka SPI8535
13.6 sleep modes (Idle, ADC Noise Reduction, Power-Save, Power-Down, Standby and Extended Standby) untuk penghematan daya listrik.
2.9 Rangkaian Display LCD
Rangkaian display LCD ini berfungsi untuk menampilkan status relay (ON atau OFF). Rangkaian display LCD ditunjukkan pada gambar 2.6 berikut ini :
Gambar 2.6 Rangkaian Display LCD
LCD terdiri dari sejumlah memory yang digunakan untuk display. Semua teks yang kita tuliskan ke LCD adalah disimpan didalam memory ini, dan LCD secara berturutan membaca memory ini untuk menampilkan teks ke LCD itu sendiri.
Gambar 2.7 Peta Memori LCD
2.10 Komunikasi Serial RS 232
Perangkat yag menggunakan kabel serial untuk komunikasi di bagi menjadi dua kategori. Yaitu DCE (Data Communications Equipment) dan DTE (Data Terminal Equipment). Peralatan komunikasi adalah perangkat seperti modem, adaptor, dll.
Komunikasi serial merupakan hal yang penting dalam system embedded, karena dengan komunikasi serial kita dapat dengan mudah menghubungkan mikrokontroler dengan devais lainnya. Port serial pada mikrokontroler terdiri atas dua pin yaitu RXD dan TXD. RXD berfungsi untuk mengirim data dari komputer atau perangkat lainnya, standard komunikasi serial untuk computer adalah RS-232, RS-232 mempunyai standard tegangan yang berbeda dengan serial port mikrokontroler, sehingga agar sesuai dengan RS-232 maka dibutuhkan suatu rangkaian level converter, IC yang digunakan bermacam-macam, tapi yang paling mudah dan sering digunakan ialah IC MAX232/HIN232. Pada mikrokontroler AVR ATmega 16, pin PD0 dan PD1 digunakan untuk komunikasi serial USART (Universal Syncronous and Asyncronous Seial Receiver and Transmitter) yang mendukung komunikasi full duplex komunikasi 2 arah.
Pada prinsipnya, komunikasi serial ialah komunikasi dimana pengiriman data dilakukan per bit, sehingga lebih lambat dibandingkan komunikasi parallel seperti pada port printer yang mampu mengirim 8 bit sekaligus dalam sekali detak. Beberapa contoh komunikasi serial ialah mouse, scanner, dan system akuisisi data yang terhubung ke port COM1/COM2, berikut adalah konektor RS-232 ditunjukkan pada gambar 2.8.
Gambar 2.8 Konektor RS-232
– computer dengan alat – alat pelengkap computer. Perangkat lainnya itu seperti modem, mouse, cash register dan lain sebagainya. Serial port RS-232 pada konektor DB9 memiliki 9 buah dan pada konektor DB25 memiliki pin 25 buah. Pasangan dari masing – masing pin antara lain :
Pin DB9 Pin DB25 Singkatan Keterangan
Pin 3 Pin 2 TD Transmit Data
Pin 2 Pin 3 RD Receive Data
Pin 7 Pin 4 RTS Request To Send
Pin 8 Pin 5 CTS Clear To Send
Pin 6 Pin 6 DSR Data Set Ready
Pin 5 Pin 7 SG Signal Ground
Pin 1 Pin 8 CD Carrier Detect
Pin 4 Pin 20 DTR Data Terminal Ready
Pin 9 Pin 22 RI Ring Indikator
Tabel 2.2 Fungsi PIN DB9 dan DB25 Berikut keterangan fungsi masing – masing pin.
Singkatan Keterangan Fungsi
TD Transmit Data Untuk Pengiriman data serial (TDX) RD Receive Data Untuk Penerimaan data serial (RDX)
RTS Request To Send Sinyal untuk menginformasikan perangkat bahwa UART siap melakukan pertukaran data CTS Clear To Send Digunakan untuk memberitahukan bahwa
perangkat siap untuk melakukan pertukaran data DSR Data Set Ready Memberitahukan UART bahwa perangkat siap
untuk melakukan pertukaran data SG Signal Ground Dihubungkan ke ground
CD Carrier Detect Saat perangkat mendekati suatu carier, dari perangkat lain, maka sinyal ini akan di aktifkan DTR Data Terminal Ready Untuk memberitahukan bahwa UART siap
RI Ring Indikator Akan aktif jika ada sinyal masuk Tabel 2.3 Fungsi Masing – Masing PIN
2.10 ANEMOMETER
Anemometer yang digunakan pada stasiun pengamatan cuaca adalah anemometer jenis cup counter yang menerapkan metode mekanik dalam pengukurannya. Karena mahalnya peralatan yang biasa digunakan, sehingga membuat masyarakat kebanyakan tidak dapat memiliki alat tersebut. Sebagaimana kita ketahui bahwa prinsip kerja dari alat pengukur kecepatan angin yang biasa digunakan, cukup sederhana yaitu cup yang berjumlah tiga buah berputar pada suatu tiang yang dihubungkan dengan counter. Dengan mengetahui prinsip yang sederhana tersebut kita dapat mengembangkan alat ini, yaitu dengan merancang alat pengukur kecepatan angin dari bahan-bahan yang mudah didapat dan terjangkau harganya akan tetapi dapat bekerja secara optimal.
Sangatlah penting untuk diingat bahwa kecepatan angin merupakan suatu kuantitas vektor yang mempunyai besaran. Kecepatan angin adalah perpindahan udara tiap satu satuan waktu dengan satuan meter/detik atau meter/menit. Kecepatan angin pada dasarnya ditentukan oleh perbedaan tekanan udara antara tempat asal dan tujuan angin (sebagai faktor pendorong) dan resistensi medan yang dilaluinya. Kecepatan angin berbanding lurus dengan tekanan udara. Sebagian besar anemometer umumnya tidak dapat merekam kecepatan angin dibawah 1 sampai 2 mil/jam karena ada faktor gesekan pada awal putaran.
Alat ini diharapkan memberikan dampak yang positif dalam perkembangan ilmu pengetahuan, khususnya sebagai bahan pembelajaran. Pada penelitian ini akan dirancang dan dibangun anemometer serta dilakukan optimasi kerjanya.
Wind velocity adalah suatu besaran vector tiga dimensi dengan fluktuasi acak dalam skala kecil di atmosfer dan dalam waktu yang bersamaan mengikuti pergerakan udara dalam skala yang lebih besar. Pengamatan angin permukaan umumnya di jabarkan dalam vector dua dimensi melalui dua parameter, yaitu arah dan kecepatan.
Umumnya pengamatan angin permukaaan (horizontal wind speed) adalah rata-rata pengamatan selama periode 10 s/d 60 menit sesuai dengan kebutuhan Forecast.
Statistik klimatologi biasanya memerlukan data rata-rata pengamatan untuk setiap jam, rata-rata periode siang hari dan periode malam hari. Untuk laporan synoptic pengamatan dilakukan dalam rata-rata 10 menit. Kebutuhan Penerbangan (Aeronautical applications) justru membutuhkan rata-rata pengamatan yang lebih singkat , yaitu rata-rata setiap menit, untuk mengetahui fluktuasi angin turbulensi dan gusty. Pengamatan wind speed di laporkan dalam 0.5 m/s atau dalam satuan lain seperti : Knots, km/jam, mil/jam, m/s atau satuan kecepatan lainnya yang relevan.
Beberapa macam alat ukur angin:
• Cup counter dan wind vane anemometer • Ultrasonic anemometer
• Pressure tube anemometer • Hot wire anemometer • Karman vortex devices
• Lidar (Light detection and ranging) • Sodar (sonic detection and ranging) • Radar (radio detection and ranging)
kecepatan angin dinyatakan dalam m/s, km/jam, mil/jam, knots hubungan antara masing-masing satuan ini adalah :
• 6.28 m/s = 22.08 km/jam = 2,25 mil/jam • 1 m/s = 3.6 km/jam = 2 knots
• 1 km/jam = 10/36 m/s = 0.62 mil/jam • 1 mil/jam = 0.447 m/s = 1.6 km/jam • 1 knots = 0.5 m/s = 1.8 km/jam
Agar dapat membandingkan peramatan angin yang dilakukan di berbagai tempat, maka pemasangan anemometer dan vane tidak boleh sesukanya. Alat ini di pasang tinggi yang sama di atas tanah terbuka. Tanah terbuka adalah lapangan dengan benda (Pohon, rumah, dll) yang berjarak 10 kali lebih tinggi benda itu dari tiang anemometer. Tinggi yang telah di setujui adalah 10 meter. Arah angin diukur dengan wind vane. Kecepatan angin diukur dengan wind speed anemometer.
Pada gambar dibawah ini adalah jenis – jenis anemometer yang sudah banyak digunakan.
2.11 Proses Pengukuran Anemometer
Berikut contoh perhitungan sederhana kecepatan angin yang diukur dengan anemometer tiga mangkok. Panjang lingkaran susunan mangkok-mangkok adalah 3 m dan susunan itu berputar pada suatu waktu berputar 20 kali dalam waktu 10 detik, maka kecepatan angin dapat dihitung [(20x3) / 10] = 6 m/s , untuk memudahkan menghitung putaran dari pada piringan anemometer maka salah satu mangkok di beri warna lain.
Sehubungan dengan karena adanya perbedaaan kecepatan angin dari berbagai ketinggian yang berbeda, maka tinggi pemasangan disesuaikan dengan tujuan dan kegunaanya. Untuk bidang agroklimatologi di pasang dengan ketinggian sensor (mangkok) 2 meter di atas permukaan tanah. Di lapangan terbang pemasangan umumnya setinggi 10 meter, dipasang di daerah terbuka pada pancang yang cukup kuat. Untuk keperluan navigasi alat harus di pasang pada jarak 10 x tinggi factor penghalang seperti adanya bangunan atau pohon. Sebagian besar anemometer ini umumnya tidak dapat merekam kecepatan angin di bawah 1-2 mil/jam karena ada faktor gesekan awal putaran.
2.12 Tipe Anemometer
Anemometer sendiri terdapat dua tipe secara umum.Tipe tersebut adalah: a. Anemometer dengan 3 atau 4 mangkok
b. Anemometer Termal
