BAB II
DASAR TEORI
Perancangan sistem yang akan dibuat memerlukan beberapa informasi yang dijadikan sebagai dasar acuan. Pada bab ini, akan dibahas beberapa teori yang berkaitan dengan sistem yang akan dirancang.
2.1. Barcode
Barcode merupakan salah satu bentuk representasi informasi dengan memberikan penyandian berupa gambar ke permukaan suatu benda, sehingga ketika gambar tersebut mendapat cahaya maka akan terpantul bentuk penyandian dari informasi pada gambar tersebut. Pengertian barcode ini merupakan pengertian secara umum, hal ini disebabkan teknologi barcode saat ini tidak hanya menggunakan bentuk baris dan spasi.
Secara umum terdapat dua bentuk barcode, yaitu barcode 1 dimensi dan 2 dimensi.
Barcode 1 dimensi merupakan tipe barcode dengan bentuk berupa bar yaitu garis berwarna hitam dan space yaitu garis berwarna putih yang disusun berjajar dengan lebar bervariasi, sedangkan pada barcode 2 dimensi gambar memiliki bentuk yang bermacam – macam.
2.1.1. Barcode 1 Dimensi
Gambar 2.1. Struktur barcode 1 dimensi.
Beberapa bagian yang ada pada barcode 1 dimensi, antara lain: 1. Start character
Start character merupakan karakter yang dicetak pertama kali pada sebuah label barcode, yang digunakan sebagai penanda dimulainya suatu pembacaan barcode. Karakter ini bersifat unik, artinya tidak boleh digunakan untuk merepresentasikan informasi.
2. Stop character
Stop character merupakan karakter yang dicetak pada bagian akhir dari label barcode, fungsinya untuk menandakan akhir dari pembacaan
barcode. Karakter ini bersifat unik, artinya tidak boleh digunakan pada informasi yang direpresentasikan. Stop character bisa sama atau berbeda dengan start character.
3. Data characters
4. Checksum
Checksum digunakan untuk melakukan pemeriksaan terhadap hasil pembacaan informasi pada label barcode. Pada barcode 1 dimensi, tidak semua tipe encoding memiliki checksum.
5. X - dimension
X-dimension adalah lebar dari bar atau space yang terkecil. Fungsi dari X-dimension yaitu sebagai faktor pengali dari lebar space atau bar
yang lebih besar. 6. Quiet zone
Quiet zone ialah daerah yang membatasi pencetakan antara label barcode yang satu dengan yang lain. Daerah ini memiliki lebar minimal 10 kali X-dimension.
2.1.2. Encoding Code 39
Barcode 1 dimensi memiliki beberapa encoding yang digunakan untuk mengubah setiap karakter menjadi gambar dengan susunan garis hitam dan putih. Beberapa jenis encoding yang sering digunakan dalam pembuatan labelbarcode yaitu
interleaved 2 of 5, code 39, code 128 dan UPC.
Gambar 2.2. Encoding angka pada code 39.
Code 39 terdiri dari start character, stop character, data characters, quiet zone. Start character dan stop character menggunakan karakter asterik ( ‘*’ ). Satu buah karakter terdiri dari 5 bar dan 4 space disusun secara bergantian, dimulai dengan bar dan diakhiri dengan bar. Enam dari jumlah bar dan space memiliki lebar yang sama, sedangkan sisanya berupa bar atau space dengan ukuran yang sama tetapi lebih besar. Pencetakan antar karakter diselingi dengan sebuah gap, dimana gap ini setara dengan satu buah space.
2.1.3. Label Barcode KTM
Pada perancangan sistem akan digunakan KTM dari mahasiswa UKSW, sebagai sumber data untuk mengisi daftar presensi. Label barcode pada KTM yang digunakan merupakan labelbarcode 1 dimensi dengan informasi di dalamnya berupa NIM ( Nomor Induk Mahasiswa ). Jenis encoding yang digunakan pada labelbarcode
2.1.4. Barcode scanner
Barcode scanner atau disebut juga dengan barcode reader merupakan alat yang dirancang secara khusus dengan fungsi membaca label barcode. Meskipun semua barcode scanner memiliki fungsi yang sama, tetapi metode yang digunakan dalam proses pembacaan label barcode tidak selalu sama. Perbedaan metode menyebabkan tipe barcode scanner bervariasi.
Jenis – jenis barcode scanner, antara lain: 1. CCD Barcode Scanner
Barcode scanner tipe ini menggunakan CCD ( Charge Coupled Device ), yaitu sensor yang digunakan untuk mengubah cahaya pantulan objek menjadi sinyal listrik. Proses pangambilan data dilakukan dengan menyinari gambar dengan cahaya, lalu pantulan diarahkan kepada CCD.
Cahaya pantulan label barcode yang terbaca oleh CCD akan diteruskan oleh chip pengolah data, kemudian akan diolah sampai gambar yang terambil terurai menjadi karakter – karakter yang bersesuaian dengan
encodingbarcode yang digunakan.
2. WandBarcode Scanner
Wand barcode scanner berbentuk seperti pena dengan bola kecil di ujungnya dan ada sedikit celah untuk menerima cahaya pantulan dari label barcode.
3. BarcodeSlot Reader
Barcode slot reader merupakan barcode scanner yang dirancang untuk membaca label barcode pada sebuah kartu. Tipe ini memiliki cara kerja yang sama dengan wandbarcode scanner, hanya cara pemindaiannya berbeda. Pada barcode scanner tipe ini, label barcode yang dibaca digerakkan kepada celah yang terdapat pada alat ini.
2.1.5. Cipherlab 1000
Cipherlab 1000 merupakan barcode scanner dengan teknologi CCD. Barcode scanner tipe ini termasuk scanner yang sering digunakan, karena mampu membaca beberapa jenis label barcode 1 dimensi yang umum digunakan, sehingga sangat mudah dimanfaatkan, selain itu harganya termasuk relatif murah. Konsumsi arus dari Cipherlab 1000 cukup rendah, yaitu 15 – 110 mA dan ditunjang dengan kebutuhan catu daya sebesar 5 volt dengan toleransi 5%.
Walaupun memiliki banyak keunggulan, barcode scanner ini memiliki kelemahan. Kelemahan dari cipherlab 1000 yaitu jarak baca terhadap label maksimal 1 cm, sehingga pemakaiannya harus cukup dekat dengan labelbarcode.
2.2. Mikrokontroler
Mikrokontroler merupakan sebuah IC yang memiliki kinerja seperti sebuah sistem komputer dengan piranti – piranti pendukung seperti CPU, memory, I/O port, dan timer
yang dikemas di dalam sebuah chip. Mikrokontroler berbeda dengan PC, dikarenakan mikrokontroler diaplikasikan kepada suatu sistem yang spesifik, sedangkan PC dapat menangani sistem yang lebih kompleks.
2.2.1. Mikrokontroler AVR
AVR merupakan mikrokontroler 8 bit yang dikembangkan oleh Atmel pada tahun 1996. Mikrokontroler ini menerapkan konsep RISC (Reduced Instruction Set Computer), sehingga instruksi – instruksi yang ada pada AVR lebih sederhana namun memiliki waktu eksekusi yang cepat. Kecepatan eksekusi per instruksi inilah yang dijadikan keunggulan dari AVR.
Mikrokontroler AVR memiliki dua memori utama, yaitu memori program dan memori data. Memori program merupakan memori untuk menempatkan kode program, sedangkan memori data digunakan untuk menyimpan data. AVR dilengkapi dengan
2.2.2. Mikrokontroler ATmega32
ATmega32 merupakan mikrokontroler keluarga AVR yang sering digunakan, mikrokontroler tipe ini sering digunakan untuk aplikasi yang kompleks dengan kebutuhan memori cukup besar. Memori yang dimiliki AVR tipe cukup besar yakni, 32 kBytes flash memory, 2 kBytes RAM, dan 1 kBytes EEPROM.
Mikrokontroler ini memiliki beberapa fasilitas yang dapat menunjang sistem dengan aplikasi yang kompleks, yaitu 32 buah port I/O yang dapat memiliki fungsi lain diantaranya sebagai 8 saluran ADC (Analog to Digital Converter) dengan resolusi sampai 10 bit, 4 buah saluran PWM (Pulse Width Modulation), Timer, interupsi internal dan eksternal, Watchdog Timer, dan USART.
2.3. Ethernet
Ethernet merupakan teknologi jaringan yang menangani hal – hal mengenai pengiriman dan penerimaan paket – paket data pada LAN, yang meliputi jenis perkabelan, dan transmisi data. Penemu teknologi ini adalah Robert Meltcafe dan David Boggs di tahun 1976 dan dikembangkan oleh Xerox Corporation yang bekerjasama dengan DEC dan Intel. Pertama kali ditemukan, kecepatan awal dari ethernet hanya sebesar 3 Mbps dengan menggunakan kabel coaxial.
Kategori – kategori umum yang dimiliki oleh ethernet dibagi menjadi tiga jenis berdasarkan kecepatan transmisi datanya, jenis - jenis tersebut yakni:
1. Ethernet, memiliki kecepatan 10 Mbps. 2. Fast Ethernet, memiliki kecepatan 100 Mbps. 3. GigabitEthernet, memiliki kecepatan 1000 Mbps
Media transmisi data yang digunakan terdiri beberapa jenis, yaitu kabel coaxial, UTP (Unshielded Twisted Pair), STP (Shielded Twisted Pair), dan fiber optik. Jenis kabel UTP lebih sering digunakan dibandingkan dengan yang lain, karena harganya relatif murah, mudah didapat, dan memiliki banyak pilihan kategori, selain itu perangkat – perangkat ethernet umumnya dilengkapi konektor RJ-45, sehingga penggunaan kabel UTP sangat direkomendasikan.
Gambar 2.4. Ethernet pada OSI layer.
Ethernet merupakan bagian dari 7 layer OSI pada posisi Data Link Layer, dan
Physical Layer. Posisi terbawah pada OSI menjadikan paket – paket data yang akan dikirimkan menjadi sangat kompleks, karena setiap level pada layer sebelumnya memberikan header kepada data yang akan dikirim. Paket – paket data tersebut dinamakan ethernetframe.
Jaringan ethernet menggunakan metode CSMA (Carrier Sense Multiple Access) , dimana piranti ethernet yang hendak mengirimkan data memastikan terlebih dahulu keadaan jaringan. Apabila jaringan berada pada kondisi terpakai, maka data tidak akan dikirimkan.
Ethernet dapat menggunakan semua topologi jaringan komputer, tetapi topologi
2.3.1. CSMA
CSMA (Carrier Sense Multiple Access) merupakan metode yang digunakan dalam pengiriman data di jaringan ethernet. Konsep dasar dari metode ini adalah melihat kondisi jaringan terlebih dahulu sebelum pengiriman data. Pengiriman data terjadi jika jaringan berada pada kondisi idle, hal tersebut dilakukan collision data dapat dikurangi. CSMA memiliki tiga tipe, yaitu:
1. 1 – Presistent CSMA
1 – Presistent CSMA merupakan tipe yang paling sederhana dalam melakukan proses pengiriman data jaringan ethernet. Data langsung dikirimkan ketika sebuah host mendeteksi kondisi idle. Ketika sibuk maka pengiriman data ditunda terlebih dahulu sampai terjadi kondisi idle. Tipe ini memiliki peluang tertinggi terjadinya collision data. Hal ini dikarenakan ada kemungkinan dimana dua pengirim atau lebih mendeteksi kondisi idle pada waktu yang sama. Akibat dari deteksi idle di waktu yang sama adalah pengiriman data secara serentak, sehingga pasti terjadi collision data. Ketika
collision terjadi maka pengirim akan dilakukan pengiriman ulang dengan penundaan menggunakan waktu yang acak.
2. Non – Presistent CSMA
Non – presistent CSMA memanfaatkan waktu tunda acak dalam mendeteksi sibuk atau idle. Ketika saluran sibuk, maka waktu tunda acak akan digunakan untuk jeda pendeteksian kondisi saluran. Apabila kondisi saluran
terjadi data collision maka metode yang digunakan sama dengan 1 – presistent
CSMA.
Manfaat dari tipe CSMA ini adalah mengurangi jumlah data collision lebih baik daripada 1 – presistent CSMA karena jarang ditemui waktu tunda acak yang sama pada beberapa pengirim. Kerugian dari penggunan non – presistent
CSMA adalah kurang efisien karena ada kondisi idle yang dilewatkan, hal ini terjadi jika setiap pengirim sedang menunggu waktu untuk pendeteksian padahal jaringan dalam kondisi idle.
3. P – Presistent CSMA
Tipe CSMA ini merupakan yang paling optimal, karena mengurangi banyak data colllision dan memaksimalkan kondisi idle jaringan. P – Presisten CSMA memanfaatkan time slot yang besarnya sama atau lebih besar dari waktu pengiriman data. Ketika jaringan berada dalam kondisi idle maka data akan segera dikirimkan, kemudian pengirim akan mendeteksi kondisi jaringan. Apabila jaringan sibuk maka pengirim akan menunggu satu time slot, kemudian mendeteksi keadaan jaringan. Jika ditemui jaringan masih sibuk maka menunggu lagi satu time slot. Proses deteksi idle jaringan dilakukan secara terus – menerus tanpa memperhatikan keberadaan data yang dikirim, bila tidak ada data yang dikirimkan maka proses tunggu satu time slot
dilakukan lagi.
2.3.2. WIZ110SR
Modul ethernet ini berbasiskan mikrokontroler 8051 dan W5100, dilengkapi dengan konektor DB9 dan RJ-45.
Gambar 2.5. Modul jaringan ethernet WIZ110SR.
Modul dilengkapi dengan program PC, untuk mengatur mode yang digunakan, mengatur IP dan nomor port, dan konfigurasi serial, sehingga pengaturan dapat dilakukan pada satu jaringan dengan menggunakan sebuah PC. Pengaturan dapat dilakukan kepada beberapa modul WIZ110SR secara langsung, karena setiap WIZ110SR memiliki MAC address yang unik.
WIZ110SR menyediakan dua protokol sebagai pilihan untuk menggunakan modul pada jaringan ethernet, protokol – protokol tersebut adalah TCP/IP dan UDP. Kedua protokol tersebut membutuhkan nomor IP dan nomor port untuk melakukan komunikasi melalui jaringan ethernet.
Modul ethernet WIZ110SR menyediakan tiga buah mode yang dapat diaplikasikan pada jaringan, antara lain:
1. Server mode
2. Client mode
Client mode mengkondisikan WIZ110SR untuk meminta koneksi kepada server. Proses permintaan koneksi ke server dimulai pada saat catu daya modul dinyalakan.
3. Mixed mode
Mode ini merupakan mode yang lengkap, dimana WIZ110SR dapat menjadi server atau client.
Selain tiga buah mode tersebut, WIZ110SR didukung oleh fasilitas inactivity time. Inactivity time merupakan waktu yang menyatakan lamanya sebuah koneksi dapat berjalan tanpa ada transmisi data. Koneksi akan terputus apabila tidak ada transmisi data pada waku yang ditentukan. WIZ110SR memiliki jangkauan inactivity time 0 – 65535 detik.
WIZ110SR dilengkapi dengan data packing condition, yang digunakan untuk menentukan kapan data serial dikirimkan ke jaringan. Ada 3 metode untuk data packing condition, yaitu time condition, size condition, dan character condition.
Penjelasan mengenai data packing condition sebagai berikut: 1. Time condition
Pada data packing condition ini, data serial yang hendak dikirimkan ditampung ke dalam buffer serial. Apabila waktu yang ditentukan telah habis, maka data yang terkumpul pada buffer serial diteruskan ke paket
2. Size condition
Apabila panjang data serial yang telah terkumpul pada buffer
WZ110SR telah mencapai ukuran yang ditentukan, maka data akan diteruskan ke paket ethernet.
3. Character condition
Apabila data serial yang masuk ke buffer WIZ110SR merupakan karakter yang ditentukan, maka kumpulan data yang ada pada buffer serial akan diteruskan menjadi paket ethernet. Karakter penentu ditulis dengan format heksadesimal.
2.3.3. SWITCH
Switch merupakan terminal jaringan ethernet, yang digunakan untuk melewatkan paket – paket data antara satu host dengan host yang lain. Switch merupakan pengembangan dari Hub. Perangkat ini sering digunakan pada sebuah LAN, jumlah port yang umumnya disediakan bervariasi antara 5 port sampai 48 port.
Hub dan switch memiliki tugas yang sama, tetapi memiliki cara yang berbeda untuk mentransmisikan data. Hub menggunakan teknik broadcast, di mana paket data yang ada dikirimkan kepada semua host yang terkoneksi pada hub. Switch mengirimkan paket data hanya kepada host yang ditentukan oleh pengirim, hal ini dikarenakan switch mengirimkan paket data tersebut mengikuti MAC address yang dituju. Apabila transmisi data cukup banyak, maka pada hub akan terjadi banyak
2.4. RTC
RTC (Real Time Clock) merupakan teknologi yang digunakan untuk menyimpan tanggal dan waktu, di mana data tersebut sama dengan kondisi waktu real. Banyak aplikasi yang berkaitan dengan waktu real menggunakan Real Time Clock, oleh sebab itu RTC berupa IC dengan fungsi untuk menyimpan tanggal dan waktu, yang dilengkapi dengan sumber clock dan catu daya cadangan, sehingga saat catu daya utama padam, IC RTC tetap bekerja. Konsumsi daya dari IC RTC sangat kecil, sehingga catu daya yang digunakan pada IC RTC dapat bertahan pada jangka waktu yang sangat lama.
Salah satu IC RTC populer dan mudah dalam penggunaan yaitu DS1307. IC ini memiliki spesifikasi sebagai berikut:
1. Memiliki kemampuan menghitung jam, menit, detik, hari, tanggal, bulan dan tahun. Hal ini berlaku sampai batas waktu maksimal tahun 2100.
2. Dapat menggunakan baterai cadangan.
3. Konsumsi arus menggunakan baterai cadangan hanya 500nA. 4. Menggunakan antarmuka I2C.
5. Jangkauan temperatur antara – 40 C sampai 85 C. 6. Dapat menghasilkan gelombang kotak.
DS1307 memiliki 8 pin dengan konfigurasi sebagai berikut: 1. X1 dan X2 merupakan pin untuk kristal 32,768 kHz.
2. VBAT digunakan untuk catu daya cadangan menggunakan baterai CMOS 3V.
3. VCC sebagai catu daya utama
4. GND merupakan pin ground.
5. SDA adalah pin untuk input dan output data dengan antarmuka I2C. 6. SCL adalah pin untuk clock dengan antarmuka I2C.
7. SQW/OUT merupakan pin yang digunakan untuk keluaran gelombang kotak dengan frekuensi pilihan 1 kHz, 4 kHz, 8 kHz, dan 32 kHz.
2.5. LCD
LCD (Liquid Crystal Display) merupakan media penampil yang sering dijumpai pada alat – alat elektronika. Jenis LCD ada 2 macam, yaitu LCD karakter dan LCD grafik. Perancangan sistem menggunakan LCD karakter, dikarenakan tampilan hanya menggunakan karakter – karakter ASCII. Keunggulan dari LCD adalah konsumsi daya yang cukup kecil dan kemudahan dalam penggunaan.
Perancangan sistem menggunakan LCD karakter 16x4, dengan panjang 16 karakter per baris dan jumlah baris sebanyak 4 buah. Tipe LCD ini menggunakan HD44780 sebagai pengendali LCD, dan dilengkapi dengan CGROM (Character Generator Read Only Memory), CGRAM (Chcaracter Generator Random Access Memory) dan DDRAM (Display Data Random Access Memory).
LCD 16x4 yang digunakan memiliki 16 pin, pin – pin tersebut dijelaskan sebagai berikut:
1. SS, digunakan sebagai ground.
3. VEE, merupakan pin yang digunakan untuk mengatur kontras dari LCD, Jika pin ini bernilai 5 volt, maka kontras akan bernilai minimal, sedangkan nilai
ground akan membuat kontras maksimal. Pemberian nilai di antara 0 – 5 volt akan membuat kontras yang bervariasi.
4. RS, register select digunakan untuk menentukan data yang dikirim sebagai instruksi LCD atau data text. Pin ini diberi logika ‘0’ untuk menyatakan bahwa data yang dikirim sebagai sebuah instruksi LCD, pada kondisi logika ‘1’, maka data yang dikirim akan dianggap data teks.
5. R/W, pin ini memiliki fungsi untuk masuk ke dalam write atau read mode pada memori LCD. Nilai logika ‘0’ akan diberikan, apabila hendak berada pada
write mode, sedangkan logika ‘1’ untuk mode sebaliknya.
6. E, pin enable memiliki fungsi untuk memberitahu LCD bahwa data telah siap untuk dibawa ke proses RS dan R/W. Enable harus bernilai ‘1’, jika tidak
Komunikasi pada RS-232 merupakan komunikasi asinkron, karena pengirim dan penerima tidak menggunakan sebuah jalur clock yang sama atau sinyal clock tidak dikirimkan bersamaan dengan data. Format bit – bit yang ditransmisikan terdiri dari
start bit, data 8 bit, stop bit. Start bit bernilai logika ‘0’, karena kondisi idle berada pada logika ‘1’. Stop bit bernilai logika ‘1’, karena kondisi idle harus berada pada kondisi logika ‘1’.
Gambar 2.7. Format data RS-232
Beberapa ketetapan untuk komunikasi serial RS-232, sebagai berikut: 1. logika ‘0’ berada pada level tegangan 3 sampai 25 volt
2. logika ‘1’ berada pada level tegangan -3 sampai -25 volt 3. daerah antara +3 hingga -3 volt tidak didefinisikan 4. tegangan rangkaian terbuka tidak lebih dari 25 volt 5. arus hubung singkat tidak boleh melebihi 500 mA
2.7. Komunikasi PS/2
Format data yang dikirmkan berupa start bit, stop bit, data 8 bit dan sebuah parity bit. Start bit berupa logika ‘0’ di awal pengiriman data, stop bit berupa logika ‘1’ di akhir pengiriman data. Pengirim mengirimkan setiap bit bersamaan dengan satu periode sinyal clock, sedangkan penerima menerima setiap bit setiap satu periode sinyal clock.
Gambar 2.8. Format data PS/2
2.8. Komunikasi I2C
I2C (Inter Integrated Circuit) merupakan komunikasi sinkron yang dibuat oleh Philips Semiconductor. Komunikasi data dilakukan dengan menggunakan dua buah jalur yang diberi nama SDA dan SCL. Pada penggunaan protokol I2C terdapat minimal dua buah piranti yang dinamakan master dan slave. Master merupakan piranti yang memulai transfer data dan membangkitkan clock pada SCL, sedangkan slave merupakan piranti yang diatur oleh master. Konsep master dan slave inilah yang menjadikan komunikasi I2C memiliki keunggulan, karena dengan hanya dua buah jalur dapat berkomunikasi dengan banyak piranti.
Pada saat idle, pin SDA dan SCL berada pada kondisi high. Master memulai proses pengiriman data dengan kondisi start dan mengakhiri setiap proses pengiriman data dengan kondisi stop. Kedua kondisi tersebut dapat dilihat pada gambar 2.10.
Gambar 2.10. Kondisi start dan stop pada I2C
Setelah kondisi start dan pengalamatan register terpenuhi, maka data sepanjang 1 byte siap dikirim melalui pin SDA.
Gambar 2.11. Format data I2C
Pengalamatan pada I2C terdiri dari 7 bit atau 10 bit, namun umumnya 7 bit. Pengiriman data alamat register terdiri dari 7 bit terdiri dari alamat register, mode baca atau tulis.
