BAB II
LANDASAN TEORI
Bab ini berisi teori dasar yang melandasi RANCANGAN SISTEM PENERANGAN DAN PENGAMANAN PINTU RUMAH MENGGUNAKAN GSM BERBASIS ATMEGA 8535. Teori-teori pada bab ini mencakup hal-hal yang mendukung dan menjadi dasar rujukan dalam Tugas Akhir. Dalam perancangan ini banyak hal yang harus kita ketahui dasar pembuatan dari perancangan ini, oleh sebab itu penulis akan menguraikan secara jelas sensor yang digunakan, peralatan dan komponen sebagai berikut :
2.1 Mikrokontroller
Mikrokontroler adalah teknologi baru yaitu teknologi semikonduktor dan kehadiranya sangat membantu perkembangan dunia elektronika. Dengan arsitektur yang praktis tetapi memuat banyak kandungan transistor yang terintegrasi, sehingga mendukung dibuatnya rangkaian elektronika yang lebih portable . Mikrokontroler memiliki perbandingan ROM dan RAM-nya yang besar, artinya program kontrol disimpan dalam ROM (bisa Masked ROM atau Flash PEROM) yang ukurannya relatif lebih besar, sedangkan RAM digunakan sebagai tempat penyimpan sementara, termasuk register-register yang digunakan pada mikrokontroler yang bersangkutan.
mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. Sekedar contoh, bayangkan diri Anda saat mulai belajar membaca dan menulis, ketika Anda sudah bisa melakukan hal itu Anda bisa membaca tulisan apapun baik buku, cerpen, artikel dan sebagainya, dan Andapun bisa pula menulis hal-hal sebaliknya.
bisa disebut "pengendali kecil" dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen-komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini.
Dengan penggunaan mikrokontroler ini maka : 1. Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas.
2. Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi.
3. Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena sistemnya yang kompak.
Namun demikian tidak sepenuhnya mikrokontroler bisa mereduksi komponen IC TTL dan CMOS yang seringkali masih diperlukan untuk aplikasi kecepatan tinggi atau sekedar menambah jumlah saluran masukan dan keluaran (I/O). Dengan kata lain, mikrokontroler adalah versi mini atau mikro dari sebuah komputer karena mikrokontroler sudah mengandung beberapa periferal yang langsung bisa dimanfaatkan, misalnya port paralel, port serial, komparator, konversi digital ke analog (DAC), konversi analog ke digital dan sebagainya hanya menggunakan sistem minimum yang tidak rumit atau kompleks.
Secara teknis hanya ada 2 yaitu RISC dan CISC dan masing-masing mempunyai keturunan/keluarga sendiri-sendiri. RISC kependekan dari Reduced
Instruction Set Computer : instruksi terbatas tapi memiliki fasilitas yang lebih
Tentang jenisnya banyak sekali ada keluarga Motorola dengan seri 68xx, keluarga MCS51 yang diproduksi Atmel, Philip, Dallas, keluarga PIC dari Microchip, Renesas, Zilog. Masing-masing keluarga juga masih terbagi lagi dalam beberapa tipe. Jadi sulit sekali untuk menghitung jumlah mikrokontroler.
2.1.1 Mikrokontroller Atmega 8535
AVR ATMEGA 8535 adalah mikrokontroler yang memiliki arsitektur RISC 8 bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16 bit word dan sebagian instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock.
AVR berteknologi RISC (Reduced Instruction Set Computing) sedangkan seri MCS51 berteknologi CISC (Complex Instruction Set Computing) AVR dapat dkelompokkan menjadi empat kelas, yaitu keluarga ATtiny, keluarga AT90xx, keluarga ATMega dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, pheriperal dan fungsinya.
Untuk Mikrokontroler AVR yang berukuran kecil, dapat mencoba AT90S2313 dengan ukuran flash memori 2k dengan dua input analog.
2.1.2 Arsitektur Atmega 8535
Didalam Mikrokontroler Atmega 8535 sudah terdiri dari :
1. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D. 2. ADC (Analog to Digital Converter) 10 bit sebanyak 8 channel.
3. Tiga buah timer/counter dengan kemampuan perbandingan 4. CPU yang terdiri dari 32 buah register.
7. Memori Flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read While Write. 8. Unit interupsi internal dan eksternal.
9. Port Antarmuka PPI.
10. Antarmuka komparator analog. 11. Port USART untuk komunikasi serial.
2.1.3 Konfigurasi Pin Atmega 8535
Berikut ini ialah susunan pin/kaki dari Atmega 8535:
1. VCC merupakan pin masukan positif catu daya, untuk catu daya yang dibutuhkan yaitu sebesar 5 volt.
2. GND sebagai pin Ground.
3. Port A (PA0 – PA7) merupakan I/O dua arah yang dapat deprogram sebagai pin masukan ADC.
4. Port B (PB0 – PB7) merupakan I/O dua arah dan pin fungsi khusus yaitu timer/counter, komparator analog, dan SPI.
5. Port C (PC0 – PC7) merupakan I/O dua arah dan pin fungsi khusus yaitu TWI, Komparator analog dan Timer Osilator.
6. Port D (PD0 – PD7) merupakan I/O dua arah dan pin fungsi khusus yaitu Komparator analog, interupsi eksternal dan komunikasi serial.
7. Reset merupakan pin yang digunakan untuk me-reset Mikrokontroler.
8. XTAL 1 dan XTAL 2 sebagai pin masukan clock eksternal. Suatu Mikrokontroler membutuhkan sumber detak (clock) agar dapat mengeksekuis instruksi yang ada di memori.
10. AREF sebagai pin masukan tegangan
Gambar 2.1 Konfigurasi pin IC Mikrokontroller ATMega8535
2.2 Transistor
Transistor merupakan alat dengan tiga terminal seperti yang diperlihatkan oleh simbol sirkit. Setelah bahan semikonduktor dasar diolah, terbentuklah bahan semikonduktor jenis P dan N. Walaupun proses pembuatannya banyak, pada dasarnya transistor merupakan tiga lapis gabungan kedua jenis bahan tadi, yaitu NPN atau PNP.
Simbol sirkit kedua jenis transistor itu hampir sama. Perbedaannya terletak pada arah tanda panah di ujung emitter, seperti yang telah diketahui, arah tanda panah ini menunjukkan arah aliran arus konversional yang berlawanan arah dalam kedua jenis tadi tetapi selalu dari jenis P ke jenis N dalam sirkit emitter dasar.
2.2.1 Transistor NPN
Kolektor dan emitter merupakan bahan N dan lapisan diantara mereka merupakan jenis P. Pada mulanya diperkirakan bahwa transistor seharusnya bekerja dalam salah satu arah, ialah dengan saling menghubungkan ujung-ujung kolektor dan emitter karena mereka terbuat dari jenis bahan yang sama. Namun, hal ini tidaklah mungkin karena mereka tidak berukuran sama. Kolektor berukuran lebih besar dan kebanyakan dihubungan secara langsung ke kotaknya untuk penyerapan panas. Ketika transistor digunakan hampir semua panas yang terbentuk berada pada sambungan basis kolektor yang harus mampu menghilangkan panas ini. Sambungan basis emitter hanya mampu menahan tegangan yang rendah.
1. Untuk arus basis nol, arus kolektor turun sampai tingkat arus kebocoran yaitu kurang dari 1 mF dalam kondisi normal (untuk transistor silikon). 2. Untuk arus basis tertentu, arus kolektor yang mengalir akan jauh lebih besar
daripada arus basis itu. Arus yang dicapai ini disebut hFE, dengan
dimana, iC = perubahan arus kolektor
iB = perubahan arus basis
hFE = arus yang dicapai
2.2.2 Transistor PNP
dalam basis (elektron) dan hilang. Hilangnya elektron basis harus diganti dari rangkaian luar yang menimbulkan komponen kedua arus basis iB2. lubang-lubang yang berhasil mencapai batas daerah pengosongan persambungan basis kolektor akan tarik oleh tegangan negatif pada kolektor. Jadi lubang-lubang ini akan disapu melintasi daerah pengosongan ke dalam kolektor dan timbul sebagai arus kolektor.
2.2.3 Transistor Sebagai Saklar
Jika arus basis IB nol, arus kolektor IC akan menjadi arus kebocoran yang rendah dan tegangan yang melalui resistor muatan RL akan sia-sia. Oleh karena itu:
VCE≈ VCC tegangan suplai
Kalau jumlah nominal IB kecil, IC akan sama dengan hFE IB dan tegangan yang melalui RL, akan menjadi:
VR = ICRL
dan VCE = VCC - ICRL
Naiknya IB akan menyebabkan IC naik terus hingga mencapai titik ICRL ≈ VCC, yaitu ketika IC tidak dapat naik lagi, meski IB tetap naik.
Pada titik ini transistor dikatakan mendapat aliran secara keras, sampai ke
dasar atau sarat, dan tegangan VCE disebut VCE sarat tegangan output yang sarat.
Gambar 2.3 Transistor sebagai saklar 2.3 Limit Switch
Limit switch merupakan jenis saklar yang dilengkapi dengan katup yang berfungsi menggantikan tombol. Prinsip kerja limit switch sama seperti saklar push ON yaitu hanya akan menghubung pada saat katupnya ditekan pada batas penekanan tertentu yang telah ditentukan dan akan memutuskan saat saat katup tidak ditekan. Limit switch termasuk dalam kategori sensor mekanis yaitu sensor yang akan emberikan perubahan elektrik saat terjadi perubahan mekanik pada sensor tersebut. Penerapan dari limit switch adalah sebagai sensor posisi suatu benda ( objek ) yang bergerak.
Limit switch umumnya digunakan untuk :
1. Memutuskan dan menyambungkan rangkaian menggunakan objek atau benda lain.
Prinsip kerja limit switch diaktifkan dengan penekanan pada tombolnya yang ada pada batas / daerah yang telah ditentukan sebelumnya sehingga terjadi pemutusan atau penghubungan rangkaian dari rangkaian tersebut. Limit switch memiliki 2 kontak yaitu NO ( normally Open ) dan kontak NC ( normally Close ) dimana salah satu kontak akan aktif jika tombolnya tertekan.
2.4 Motor Stepper
Motor stepper adalah perangkat elektromekanis yang bekerja dengan mengubah pulsa elektronis menjadi gerakan mekanis diskrit. Motor stepper bergerak berdasarkan urutan pulsa yang diberikan kepada motor. Karena itu, untuk menggerakkan motor stepper diperlukan pengendali motor stepper yang membangkitkan pulsa-pulsa periodik. Penggunaan motor stepper memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan penggunaan motor DC biasa. Keunggulannya antara lain adalah :
1. Sudut rotasi motor proporsional dengan pulsa masukan sehingga lebih mudah diatur.
2. Motor dapat langsung memberikan torsi penuh pada saat mulai bergerak 3. Posisi dan pergerakan repetisinya dapat ditentukan secara presisi
4. Memiliki respon yang sangat baik terhadap mulai, stop dan berbalik (perputaran)
5. Sangat realibel karena tidak adanya sikat yang bersentuhan dengan rotor seperti pada motor DC
7. Frekuensi perputaran dapat ditentukan secara bebas dan mudah pada range yang luas.
Pada dasaranya terdapat 3 tipe motor stepper yaitu: 1. Motor stepper tipe Variable reluctance (VR)
Motor stepper jenis ini telah lama ada dan merupakan jenis motor yang secara struktural paling mudah untuk dipahami. Motor ini terdiri atas sebuah rotor besi lunak dengan beberapa gerigi dan sebuah lilitan stator. Ketika lilitan stator diberi energi dengan arus DC, kutub-kutubnya menjadi termagnetasi. Perputaran terjadi ketika gigi-gigi rotor tertarik oleh kutub-kutub stator. Berikut ini adalah penampang melintang dari motor stepper tipe variable reluctance (VR):
Gambar 2.4 Penampang melintang dari motor stepper tipe variable reluctance (VR)
2. Motor stepper tipe Permanent Magnet (PM)
dengan kutub yang berlawanan. Dengan adanya magnet permanen, maka intensitas fluks magnet dalam motor ini akan meningkat sehingga dapat menghasilkan torsi yang lebih besar. Motor jenis ini biasanya memiliki resolusi langkah (step) yang rendah yaitu antara 7,50 hingga 150 per langkah atau 48 hingga 24 langkah setiap putarannya. Berikut ini adalah ilustrasi sederhana dari motor stepper tipepermanent magnet:
Gambar 2.5 Ilustrasi sederhana dari motor stepper tipe permanent magnet (PM)
3. Motor stepper tipe Hybrid (HB)
Gambar 2.6 Penampang melintang dari motor stepper tipe hybrid
Berdasarkan metode perancangan rangkain pengendalinya, motor stepper dapat dibagi menjadi jenis unipolar dan bipolar. Rangkaian pengendali motor stepper unipolar lebih mudah dirancang karena hanya memerlukan satu switch / transistor setiap lilitannya. Untuk menjalankan dan menghentikan motor ini cukup dengan menerapkan pulsa digital yang hanya terdiri atas tegangan positif dan nol (ground) pada salah satu terminal lilitan (wound) motor sementara terminal lainnya dicatu dengan tegangan positif konstan (VM) pada bagian tengah (center
tap) dari lilitan.
Untuk motor stepper dengan lilitan bipolar, diperlukan sinyal pulsa yang berubah-ubah dari positif ke negatif dan sebaliknya. Jadi pada setiap terminal lilitan (A & B) harus dihubungkan dengan sinyal yang mengayun dari positif ke negatif dan sebaliknya. Karena itu dibutuhkan rangkaian pengendali yang agak lebih kompleks daripada rangkaian pengendali untuk motor unipolar. Motor stepper bipolar memiliki keunggulan dibandingkan dengan motor stepper unipolar dalam hal torsi yang lebih besar untuk ukuran yang sama.
Gambar 2.8 Motor stepper dengan lilitan bipolar
2.5 Modem GSM
GSM adalah salah satu dari dua teknologi ponsel besar di AS lainnya adalah CDMA. AT & T dan T-Mobile menggunakan GSM. Sprint dan Verizon menggunakan CDMA. GSM juga umum digunakan oleh Operator seluler di Eropa.
Meskipun GSM dan CDMA menyediakan fitur dan layanan dasar yang sama, (seperti panggilan suara, pesan teks, dan layanan data) mereka beroperasi sangat berbeda di berbagai tingkatan teknis. Hal ini membuat ponsel GSM sepenuhnya kompatibel dengan jaringan CDMA, dan sebaliknya.
Fitur yang paling terlihat dari GSM adalah kartu SIM. Kartu SIM yang removable, berukuran smart card yang mengidentifikasi pengguna pada jaringan, dan juga dapat menyimpan informasi seperti entri buku telepon. Kartu SIM memungkinkan pengguna untuk beralih ponsel hanya dengan memindahkan kartu SIM mereka dari satu ponsel ke yang lain.
Di Indonesia teknologi GSM masih lebih banyak digunakan, ada beberapa Operator seluler yang menggunakan GSM sebagai teknologi seluler mereka, diantaranya Telkomsel, XL dan Indosat. Sementara Operator seluler Smartfren berjalan pada teknologi CDMA.
Satu perintah yaitu AT Command (Attention Command) digunakan untuk berkomunikasi atau berhubungan antara komputer dengan terminal modem. Diawali prefiks AT dan diakhiri dengan (=0x0D). AT Command untuk sms biasanya diikuti dengan masukan data I/O yang diwakili oleh unit-unit data PDU (Protocol Data Unit).
Dalam pembuatan sms gateway, kita biasanya menjalankan perintah At command untuk mengoperasikan modem, dalam pembuatan sms gateway ada beberapa perintah yang paling sering digunakan, berikut daftar perintah yang digunakan dalam pembuatan sms gateway.
Tabel 2.1 Daftar Perintah AT Command
NAMA PERINTAH FUNGSI
AT Cek koneksi modem dengan AT command
AT+CGMI Mendapatkan nama produsen modem
AT+CGMM Mendapatkan tipe model
AT+CGSN Mendapatkan nomor imei
AT+CGMR Mendapatkan software version
AT+CMGF
Menentukan format mode SMS status 0 : mode PDU status 1 :
mode teks
AT+CMGS Mengirim pesan sms contoh at+cmgs="<no tujuan>"
AT+CMGR Membaca pesansms berdasarkan indexs pesan sms
AT+CMGL Membaca daftar sms
AT+CMGD Menghapus pesan sms
AT+CNMI Mendeteksi jika ada pesan sms baru masuk
Gambar 2.9 Modem GSM SIM 800l
Mikrokontroller yang kita gunakan adalah jenis AVR, gunakan fungsi printf untuk mengirim At Command ke modem GSM. Adapun contoh perintah At Command ke dalam mikrokontoller adalah sebagai berikut:
printf("AT+CMGS=0811653010"); delay_ms(1000);
printf("%c",0x0D)
