7
LANDASAN TEORI
2.1 Teknologi Modulasi
Modulasi adalah sebuah proses mentransformasikan sinyal Sinusoida audio berfrekuensi rendah sehingga memiliki karakteristik sinyal sinusoida frekuensi tinggi. Sinyal sinusoida berfrekuensi tinggi itu sering dinamakan dengan Carrier wave ( gelombang pembawa ). Dalam bahasa sederhananya modulasi adalah proses untuk memasukan sebuah pesan kedalam sinyal lain sehingga dapat ditranmisikan. ada banyak tipe-tipe modulasi yang sudah dikembangkan namun pada kali ini hanya modulasi berbasis frekuensi saja yang akan dibahas.
2.1.1 Modulasi FM
Pada teknologi telekomunikasi dan teknologi pengolahan signal, Modulasi frekuensi adalah memasukan informasi kedalam gelombang pembawa ( Carrier Wave ) dengan memvariasikan frekuensi Gelombang pembawa sesuai dengan informasi aslinya. Hal ini berlawanan dengan Modulasi Amplitudo, Gelombang pembawa memiliki amplitude yang berubah-ubah namun memiliki frekuensi yang tetap. Pada aplikasi analog, perbedaan antara sinyal utama dengan perubahan sinyal secara langsung merupakan hasil pengubahan dari nilai proporsi dari amplitude sinyal input. Frekuensi modulasi dapat menjadi modulasi Fasa, dengan cara mengintegral waktu dari signal modulasi FM sehingga menjadi gelombang pembawa dari modulasi fasa. Pada modulasi digital data digital dapat dikirim dengan cara mengeser frekuensi dari gelombang pembawa sesuai dengan
pengaturannya, hal ini dikenal dengan nama teknik Frequency Shift Keying (FSK). Teknik FM digital atau FSK banyak digunakan untuk Modem data dan Modem Fax dan juga kode Morse. Modulasi dengan teknik FM banyak digunakan untuk Telemetry, Radar, perkiraan Seismic dan lain-lain. Teknik Modulasi phasa merupakan pengembangan dari teknik modulasi FM dengan pengintegralan terhadap waktu.
Gambar 2.1 Modulasi Sinyal Informasi dengan metode FM dan AM
Apabila kita jabarkan maka sinyal informasi yang akan dikirim memiliki bentuk Xm(t) dan sinyal pembawa memiliki bentuk :
( Persamaan 2.2 )
Dimana :
• Fc adalah frekuensi dari gelombang pembawa tersebut • Ac adalah amplitudo dari gelombang pembawa tersebut
Dengan modulator menggabungkan kedua frekuensi tersebut, antara frekuensi sinyal dan frekuensi gelombang pembawa sehingga didapat sinyal yang ditransmisikan :
( Persamaan 2.3 )
Dimana :
• adalah frekuensi yang dihasilkan oleh osillator
• adalah simpangan frekuensi yang menggambarkan adanya pergeseran terbesar dari frekuensi gelombang pembawa pada satu arah
Sinyal FM dapat dihasilkan dengan metode langsung maupun tidak langsung. Untuk metode langsung sinyal FM dapat dicapai dengan cara memasukan sinyal informasi langsung kepada input dari VCO ( Voltage Controlled Osillator ). Sedangkan untuk metode tidak langsung sinyal informasi dibuat sebagai penghasil sinyal fasa yang termodulasi. Hal ini menggunakan oscillator Kristal, sehingga akan menghasilkan kelipatan frekuensi yang menghasilkan gelombang pembawa FM dengan sinyal informasi yang telah termodulasi didalamnya.
2.1.2 Demodulasi FM
Demodulasi adalah sebuah proses mentransformasikan sinyal Sinusoida berfrekuensi tinggi menjadi sinyal sinusoida audio berfrekuensi rendah. Sinyal sinusoida berfrekuensi rendah tersebut adalah sinyal informasi yang sebelumnya telah ditumpangkan ke dalam gelombang pembawa sehingga bisa dikirimkan oleh pemancara radio melalui media tanpa kabel. Banyak rangkaian detector FM yang dikembangkan, metode yang sering digunakan untuk mengembalikan informasi yang telah di modulasikan adalah dengan teknik Foster-Seeley Discriminator. Teknik Phase Lock Loop ( PLL ) juga dapat digunakan sebagai FM demodulator, yaitu dengan mendeteksi lereng dari fasa yang berubah dengan rangkaian yang telah di tunning sehingga memiliki frekuensi resonansi yang bereda sedikit offsetnya dari frekuensi gelombang pembawa informasi, sehingga ketika frekuensi naik dan turun akan menyebabkan respon amplitude menjadi berubah sehingga mengubah teknik FM menjadi teknik AM. Memang beberapa Penerima radio Am bisa menerima transmisi FM namun sangat tidak efisien untuk menerima semua siaran FM
Pada awalnya radio penerima FM sangatlah sederhana sehingga hanya memiliki beberapa blok saja, yaitu Blok antenna, blok RF amplifier, blok demodulator FM, dan blok penguat audio. Radio FM jenis ini disebut dengan jenis radio Straight. Namun dalam pengembangannya demodulasi FM dengan jenis radio straight dirasakan kurang sensitive sehingga menuntut adanya pengembangan kembali. Pada tahun 1918 seorang engineer yang bernama Edwin Howard Armstrong menemukan sistem yang disebut Radio penerima Super Heterodyne.
Gambar 2.2 Demodulasi Signal FM dengan metode Superheterodyne
Pada gambar diatas menunjukan blok dasar dari radio penerima superheterodyne. Elemen-elemen terpenting adalah sebuah osilator local dan sebuah mixer dan diikuti oleh filter dan penguat IF.
Untuk menekan harga perancangan dari local osilator dan mixer dijadikan 1 buah system yang sering dinamakan dengan tahapan konversi. Keuntungan dengan menggunakan metode ini adalah penguat sinyal radio harus peka hanya terhadap lebar frekuensi tertentu saja, sehingga Hanya “ Front End “ yang harus peka terhadap semua frekuensi. Sebagai contoh “ Front End ” harus peka terhadap spectrum frekuensi dengan lebar 88.00 Mhz – 108.00 Mhz namun keseluruhan blok dari radio penerima lainnya hanya memerlukan kepekaan kepada satu frekuensi IF yaitu 10.7 Mhz. sehingga bisa dikatakan hanya satu atau dua blok saja yang harus di atur untuk mendapatkan frekuensi yang diinginkan sedangkan semua blok IF beroperasi pada frekuensi yang tetap sehingga tidak memerlukan pengaturan kembali.
“ RF Front End “ adalah sesuatu yang umum pada radio penerima yang berfungsi menguatkan sinyal RF dan mengeluarkan sinyal IF. Kebanyakan dari arsitektur Radio penerima superheterodyne bagian ini memiliki sebuah rangkaian pencocok impedansi dengan sinyal RF yang di terima oleh antenna, sebuah bandpass filter untuk menghilangkan gangguan frekuensi lainnya, dan sebuah rangkaian pencocok impedansi lainnya untuk input penguat dengan noise rendah ( LNA ). LNA sendiri bertanggung jawab untuk mengatur sensitifitas dari penerima, dengan menawarkan penguatan yang besar dan noise yang sangat kecil. Kemudian setelah LNA kembali ada rangkaian pencocok impedansi antara output LNA dan output dari oscillator lokal. Mixer berfungsi untuk mencampur frekuensi yang dikeluarkan oleh LNA dan dari osillator lokal. Dengan cara ini maka frekuensi IF akan dihasilkan yaitu penjumlahan frekuensi dari LNA dan osilator atau selisih dari frekuensi LNA dan Osilator.
FM detector berfungsi untuk mengubah sinyal IF kembali menjadi Sinyal informasi dengan cara menterjemahkan frekuensi yang ada menjadi amplitude dari sinyal informasi.
2.2 Sistem Komunikasi Radio Broadcasting
Sistem komunikasi broadcasting adalah sistem komunikasi satu arah yang mendistribusikan suara, gambar, maupun data digital untuk dikirimkan secara merata kepada para penerimanya, baik dengan menggunakan radio, televise, maupun media transmisi digital lainnya. Sebuah sistem “ broadcast “ dapat didistribusikan melalui banyak cara. Jika menggunakan radio atau televisi maka harus menggunakan antenna untuk memancarkan sinyal informasi tersebut,
namun ada juga “ broadcasting ” yang menggunakan kabel seperti sistem IP ( Internet Protocol ) pada computer dan sistem TV Kabel.
Gambar 2.3 Sistem broadcast dengan menggunakan satelit
Arah komunikasi Radio Broadcasting adalah satu arah. Dalam radio broadcasting sistem akan mentransmisikan sinyal informasi ke segala arah dari sebuah antenna radio pemancar menuju ke banyak antenna radio penerima dengan tujuan agar sinyal informasi dapat mencapai banyak penggunanya. Teknologi radio broadcasting memiliki banyak tipe salah satunya adalah dengan teknologi modulasi AM dan FM.
2.3 Arduino
Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source yang di dalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel. Mikrokontroler itu sendiri adalah chip atau IC (integrated circuit) yang bisa diprogram menggunakan komputer. Tujuan menanamkan program pada mikrokontroler adalah agar rangkaian elektronik dapat membaca input, memproses input tersebut dan kemudian menghasilkan output sesuai yang diinginkan. Jadi mikrokontroler bertugas sebagai ‘otak’ yang mengendalikan input, proses dan output sebuah rangkaian elektronik.
Arduino merupakan inovasi di bidang elektronika yang telah membuat perubahan besar dalam dunia mikrokontroler sehingga seorang yang awam atau amatiran bisa membuat proyek-proyek elektronika atau robotika dengan relatif mudah dan cepat. Arduino lahir dari lingkungan mahasiswa dan dosen yang merasakan sulitnya mempelajari mikrokontroler. Kemudian mereka mengembangkan sebuah sistem minimum berbasis AVR yang dilengkapi dengan bootloader dan software yang user friendly. Hasilnya adalah sebuah board mikrokontroler yang bersifat open source yang bisa dipelajari atau dikembangkan oleh mahasiswa, professional atau penggemar mikrokontroler di seluruh dunia. Konon Arduino sudah lebih populer dibandingkan Basic Stamp yang lahir lebih awal yang harganya relatif mahal dan close source. Penjualan board Arduino bisa menghasilkan milyaran Rupiah pada penjual kit online seperti Sparkfun.
Mikrokontroler ada pada perangkat elektronik di sekeliling kita. Misalnya handphone, MP3 player, DVD, televisi, AC, dll. Mikrokontroler juga dipakai untuk keperluan mengendalikan robot. Baik robot mainan, maupun robot industri.
Karena komponen utama Arduino adalah mikrokontroler, maka Arduino pun dapat diprogram menggunakan komputer sesuai kebutuhan kita. Adapun data teknis board Arduino UNO adalah sebagai berikut :
• Mikrokontroler : ATMEGA328 • Tegangan Operasi : 5V
• Tegangan Input (recommended) : 7 - 12 V • Tegangan Input (limit) : 6-20 V
• Pin digital I/O : 14 (6 diantaranya pin PWM) • Pin Analog input : 6
• Arus DC per pin I/O : 40 mA • Arus DC untuk pin 3.3 V : 150 mA
• Flash Memory : 32 KB dengan 0.5KB digunakan untuk bootloader • SRAM : 2 KB
• EEPROM : 1 KB
Gambar 2.4 Bentuk fisik Arduino Uno
Kegunaan Arduino tergantung kepada kita yang membuat program. Arduino bisa digunakan untuk mengontrol LED, bisa juga digunakan untuk mengontrol helikopter. Contoh yang sudah pernah dibuat adalah MP3 player, pengontrol motor, mesin CNC, monitor kelembaban tanah, pengukur jarak, penggerak servo, balon udara, pengontrol suhu, monitor energi, stasiun cuaca, pembaca RFID, drum elektronik, GPS logger, monitoring bensin dan masih banyak lagi. Chip pada Arduino sudah dilengkapi dengan bootloader yang akan menangani proses upload dari komputer. Dengan adanya bootloader ini kita tidak memerlukan chip programmer lagi, kecuali untuk menanamkan bootloader pada chip yang masih blank.
Arduino menggunakan chip AVR ATmega 168/328 yang memiliki fasilitas PWM, komunikasi serial, ADC, timer, interupt, SPI dan I2C. Sehingga Arduino bisa digabungkan bersama modul atau alat lain dengan protokol yang berbeda-beda. Ukuran board Arduino cukup kecil, mudah di bawah kemana-mana
bersama laptop atau dimasukan ke dalam saku.Walaupun bahasa pemrograman Arduino adalah bahasa C/C++, tetapi dengan penambahan library dan fungsi-fungsi standar membuat pemrograman Arduino lebih mudah dipelajari dan lebih manusiawi. Contoh, untuk mengirimkan nilai HIGH pada pin 10 pada Arduino, cukup menggunakan fungsi digitalWrite(10, HIGH); Sedangkan kalau menggunakan bahasa C aslinya adalah PORTB |=(1<<2);
Tersedia library yang sangat banyak untuk menghubungkan Arduino dengan macam-macam sensor, aktuator maupun modul komunikasi. Misalnya library untuk mouse, keyboard, servo, GPS, dsb. Berhubung Arduino adalah open source, maka library-library ini juga open source dan dapat di download gratis di website Arduino. Dengan bahasa yang lebih mudah dan adanya library dasar yang lengkap, maka mengembangkan aplikasi elektronik relatif lebih mudah. Contoh, kalau kita ingin membuat sensor suhu. Cukup membeli sebuah IC sensor suhu (misalnya LM35) dan menyambungkan ke Arduino. Kalau suhu tersebut ingin ditampilkan pada LCD, tinggal membeli sebuah LCD dan menambahkan library LCD pada program yang sama, dan seterusnya.
Arduino tidak membuat bahasa pemrograman khusus, melainkan menggunakan Bahasa C yang sudah ada, lebih tepatnya adalah Bahasa C yang menggunakan compiler AVR-GCC (AVR GNU C-Compiler). Bahasa C adalah bahasa yang sangat lazim dipakai sejak awal-awal komputer diciptakan dan sangat berperan dalam perkembangan software. Bahasa C telah membuat bermacam-macam sistem operasi dan compiler untuk banyak bahasa pemrograman – misalnya sistem operasi Unix, Linux, dsb. Bahasa C juga biasanya diajarkan di akademi dan perguruan tinggi selain bahasa pemrograman Basic atau Pascal.
Bahasa C adalah bahasa pemrograman yang sangat ampuh yang kekuatan nya mendekati bahasa assembler.
Bahasa C menghasilkan file kode objek yang sangat kecil dan dieksekusi dengan sangat cepat. Karena itu Bahasa C sering digunakan pada sistem operasi dan pemograman mikrokontroler. Bahasa C adalah multi-platform Bahasa C bisa diterapkan pada lingkungan Windows, Unix, Linux atau sistem operasi lain tanpa mengalami perubahan source code. ( Kalaupun ada perubahan, biasanya sangat minim ). Karena Arduino menggunakan Bahasa C yang multi-platform, maka software Arduino pun bias dijalankan pada semua sistem operasi yang umum, misalnya: Windows, Linux dan MacOS. Bahasa C mudah dipelajari Maksud kata ‘mudah’ disini adalah relatif. Tergantung kemampuan setiap user. Kalau anda sudah mengerti bahasa C, anda bisa melakukan pengembangan dengan board lain atau mikrokontroler lain dengan lebih mudah. Di Internet banyak Library Bahasa C untuk Arduino yang bisa di download dengan gratis. Setiap library Arduino biasanya disertai dengan contoh pemakaian nya. Keberadaan library-library ini bukan hanya membantu kita membuat proyek mikrokontroler, tetapi bisa dijadikan sarana untuk mendalami pemrograman Bahasa C pada mikrokontroler.
2.3.1 Soket USB
Soket USB adalah soket untuk kabel USB yang disambungkan ke komputer atau laptop. Berfungsi untuk mengirimkan program ke Arduino dan juga sebagai port komunikasi serial.
2.3.2 Input / Output Digital
Input/Output Digital atau digital pin adalah pin-pin untuk menghubungkan Arduino dengan komponen atau rangkaian digital. Misalnya kalau ingin membuat LED berkedip, LED tersebut bisa dipasang pada salah satu pin I/O digital dan ground. Komponen lain yang menghasilkan output digital atau menerima input digital bisa disambungkan ke pin-pin ini.
2.3.3 Input Analog
Input Analog atau analog pin adalah pin-pin yang berfungsi untuk menerima sinyal dari komponen atau rangkaian analog. Misalnya dari potensiometer, sensor suhu, sensor cahaya, dsb.
2.3.4 Catu Daya
Pin-pin catu daya adalah pin yang memberikan tegangan untuk komponen atau rangkaian yang dihubungkan dengan Arduino. Pada bagian catu daya ini terdapat juga pin Vin dan Reset. Vin digunakan untuk memberikan tegangan langsung kepada Arduino tanpa melalui tegangan USB atau adaptor. Reset adalah pin untuk memberikan sinyal reset melaui tombol atau rangkaian eksternal.
2.3.5 Baterai / Adaptor
Soket baterai atau adaptor digunakan untuk menyuplai Arduino dengan tegangan dari baterai/adaptor 9V pada saat Arduino sedang tidak disambungkan ke komputer. Kalau Arduino sedang disambungkan ke komputer melalui USB, Arduino mendapatkan suplai tegangan dari USB, jadi tidak perlu memasang baterai/adaptor saat memprogram Arduino.
