BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Perancangan Sistem Pengukur Jarak Antara 2 Titik Wireless Xbee Pro Berdasarkan Nilai Rssi

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Received Signal Strength Indicator (RSSI)

Dalam telekomunikasi, Received Signal Strength Indicator (RSSI) adalah sebuah ukuran kekuatan sinyal radio yang diterima oleh receiver. Teknologi

localization node of wireless sensor network(WSN) biasanya menggunakan nilai RSSI untuk melakukan pengukuran jarak [2]

Dengan mengumpulkan nilai RSSI, maka dapat ditentukan jarak antara

transmitter dan receiver. 2.1.1 Model Shadowing

Persamaan 2.1 adalah model shadowing yang banyak digunakan dalam

tranmisi sinyal wireless.[3]

= − 10 lg + (2.1)

Keterangan, d adalah jarak dari pemancar dan penerima demgan satuan

dalam meter, do adalah jarak referensi yang biasa bernilai sama dengan 1 meter,

Pr(d) adalah kekuatan sinyal yang diterima oleh penerima (dBm), XdBm adalah

variabel acak Gaussian yang nilai rata-ratanya adalah 0, nilai ini menggambarkan

perubahan kekuatan sinyal yang diterima dalam jarak tertentu, n adalah indeks

path loss.

Sehingga diperoleh persamaan model shadowing yang disederhanakan

yang ditunjukkan pada persamaan 2.2.

6 Dengan do= 1m, sehingga diperoleh persamaan pengukuran jarak

berdasarkan pada nilai RSSI yang digunakan dalam praktek ditunjukkan dalam

persamaan dibawah ini.

= = − 10 lg (2.3)

= 10 !""#$%& (2.4)

Dengan A adalah kekuatan sinyal yang diterima dalam jarak 1m dengan

satuan dBm.[4]

Tabel 1. Indeks path loss untuk lingkungan yang berbeda-beda

Lingkungan Indeks path loss, n

Free Space 2

Urban area cellular radio 2,7 – 3.5

Shadowed urban cellular radio 3 – 5

Line of Sight 1,6 – 1,8

Terhalang gedung-gedung 4 -6

Terhalang pabrik-pabrik 2 – 3

2.2 Gelombang Radio

Gelombang radio adalah satu bentuk dari radiasi elektromagnetik, dan

terbentuk ketika objek bermuatan listrik dari gelombang osilator (gelombang

pembawa) dimodulasi(ditumpangkan frekuensinya) dengan frekuensi yang

terdapat dalam frekuensi gelombang radio (RF; "radio frequency")) pada suatu

spektrum elektromagnetik, dan radiasi elektromagnetiknya bergerak dengan cara

osilasi elektrik maupun magnetik. Frekuensi radio adalah tingkat osilasi dalam

kisaran 3 kHz sampai 300 GHz, yang sesuai dengan frekuensi gelombang radio,

dan arus bolak yang membawa sinyal radio.

Gelombang elektromagnetik lain yang memiliki frekuensi di atas

gelombang radio meliputi sinar gamma, sinar-X, inframerah, ultraviolet, dan

Ketika gelo

antena, osilasi dar

arus bolak-balik d

kemudian dapat di

atau lainnya yang

radio dipakai seba

genggam pada um

Tabel 2. Nama-na

elombang radio dikirim melalui kabel kemudia

ari medan listrik dan magnetik tersebut dinyat

k dan voltase di dalam kabel. Dari pancaran ge

t diubah oleh radio penerima (pesawat radio) m

ng membawa siaran dan informasi. Aplikasi tr

ebagai dasar gelombang pada televisi, radio,

mumnya.

nama band yang terdapat dalam spectrum freku

7 dian dipancarkan oleh

yatakan dalam bentuk

gelombang radio ini

menjadi signal audio

i tranmisi gelombang

o, radar, dan telepon

8 2.3 Spread Spectrum

Sistem komunikasi spread spectrum dilatarbelakangi oleh kebutuhan akan

sistem komunikasi yang dapat mengatasi masalah interferensi, dapat menjamin

kerahasiaan informasi yang dikirim dan dapat beroperasi pada tingkat signal to

noise ratio (S/N) yang rendah atau tahan terhadap derau yang besar. Dalam sistem

komunkasi sekarang ini, dimana penggunaan frekuensi sudah cukup padat sehingga

interferensi dan noise dari transceiver lain cukup besar. Pengembangan selanjutnya,

digunakan pada sistem penentuan lokasi dengan ketetapan tinggi (high-resolution

ranging), sistem anti lintasan jamak (anti multipath) dan sistem akses jamak

(multiple access).

Ada beberapa metode dari sistem spread spectrum yang didasarkan

pada teknik modulasi, diantaranya.

a. Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)

b. Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS)

Kode yang digunakan spread spectrum memiliki sifat random (acak) tetapi

berulang secara periodal sehingga dinamakan acak semu (Pseudorandom) atau

sering juga disebut noise semu (Pseudonoise). Pembangkit sinyal kode pseudonoise

disebut Pseudo Random Generator (PRG) atau Pseudo Noise Generator (PNG)

yang dapat direalisasikan dengan susunan shift register dengan umpan balik

tertentu dan sering disebut Shift Register Generator (SRG).

Sinyal informasi akan memodulasi sinyal pembawa dan menghasilkan

sinyal pembawa yang dimodulasi data. Sinyal pembawa yang telah dimodulasi data

akan ditebarkan pada bandwidth frekuensi yang lebih besar. Proses penebaran

diakukan dengan cara mengkorelasikan dengan kode Pseudonoise (PN) yang

dihasilkan oleh Pseudo Random Generator (PRG). Hasil proses penebaran adalah

berupa sinyal spread spectrum.

Pada penerima spread spectrum terjadi proses despreading dilakukan

dengan cara mengalikan sinyal yang diterima (sinyal spread spectrum) dengan

kode PN yang terdapat pada sistem penerima. Proses despreading akan mengubah

9 2.3.1 Sistem Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)

DSSS dipilih karena adanya kemudahan dalam mengacak data yang akan di

spreading. Dalam DSSS spreading hanya menggunakan sebuah generator noise

yang periodik yang disebut Pseudo Noise Generator (PNG). Kode yang digunakan

pada sistem spread spectrum memiliki sifat acak tetapi periodik sehingga disebut

sinyal acak semu disebut Pseudo Random Generator (PRG). Kode tersebut bersifat

sebagai noise tapi deterministik sehingga disebut juga noise semu (Pseudo Noise).

Kode PN merupakan rangkaian bit yang berkecepatan tinggi yang bernilai polar (1

dan -1) atau non polar (1 dan 0). Pembangkit sinyal kode ini disebut Pseudo

Random Generator (PRG) atau Pseudo Noise Generator (PNG). PRG inilah yang

akan melebarkan (sehingga memiliki frekuensi yang lebih tinggi) dan sekaligus

mengacak sinyal data yang akan dikirimkan. Dalam skema ini, masing masing bit

pada sinyal yang asli ditampilkan oleh bit-bit multipel pada sinyal yang

ditransmisikan, yang disebut kode tipis (chipping). Kode tipis yang menyebarkan

secara langsung sepanjang band frekuensi yang lebih luas sebanding dengan

jumlah bit yang dipergunakan. Oleh karena itu, kode tipis 10-bit menyebarkan

sinyal sepanjang band frekuensi yang 10 kali lebih besar dibandingkan kode tipis

1-bit.

Patut dicatat bahwa bit informasi dari satu(logika 1) mengalikan bit-bit

pseudorandom dalam kombinasi tersebut sehingga sinyal keluaran memiliki nilai

yang sama dengan kode PN, sementara bit informasi 0 menyebabkan bit-bit

pseudorandom ditransmisikan dengan mengalami inversi. Kombinasi bit stream

memiliki data rate yang sama dengan deretan pseudorandom yang asli, sehingga

memiliki bandwidth yang lebih lebar dibandingkan dengan stream informasi. Pada

10 Gambar 2.1a DSSS Pada Pemancar

Gambar 2.1b DSSS Pada Penerima

Gambar 2.1 menunjukkan implementasi deretan langsung yang khusus.

Dalam hal ini, stream informasi dan stream pseudorandom bahkan dikonversi ke

sinyal-sinyal analog lalu dikombinasikan, bukannya menunjukkan OR-eksklusif

dari dua stream dan kemudian memodulasikannya. Penyebaran spektrum dapat

dicapai melalui teknik deretan langsung yang ditentukan dengan mudah. Sebagai

contoh, anggap saja sinyal informasi memiliki lebar bit sebesar tb yang ekuivalen

terhadap rate data = 1/tb. Dalam hal ini, bandwidth sinyal tergantung pada teknik

pengkodean, kira-kira 2/tb. Hampir sama dengan itu, bandwidth sinyal

pseudorandom adalah 2/Tc dimana Tc adalah lebar bit pseudorandom input.

11 tersebut. Jumlah penyebaran yang dicapai adalah hasil langsung dari rate data

pseudorandom. Semakin besar data rate pseudorandom input, semakin besar

jumlah penyebarannya. [16]

Gambar 2.2 Contoh DSSS Menggunakan BPSK

2.4 Modul Wireless Radio frekuensi 2.4Ghz XBee PRO

Radio Frequency Tranciever atau pengirim dan penerima frequensi radio ini berfungsi untuk komunikasi secara nirkabel (wireless). Salah satu modul komunikasi wireless dengan frekuensi 2.4Ghz adalah Xbee-PRO ZB ZigBee/IEEE

802.15.4 2.4GHz. Radio frequency tranciever ini merupakan sebuah modul yang terdiri dari RF receiver dan RF transmiter. Modul RF interface XBee/XBee-PRO ZB ini berhubungan dengan melalui logic-level asynchronous serial port. Melalui

serial port ini, modul dapat berkomunikasi dengan logic dan voltage kompatibel

Universal Asynchronous Receiver-Transmitter (UART) atau melalui level

translator ke semua serial device contohnya pada RS-232 atau USB interface

board. UART atau Universal Asynchronous Receiver-Transmitter adalah bagian

perangkat keras komputer yang menerjemahkan bit-bit paralel data dan bit-bit

serial. UART biasanya berupa sirkuit terintegrasi yang digunakan untuk

12 yang memiliki interface UART dapat terhubung langsung pada pin modul RF.

Sistem data flow diagram pada UART dapat dilihat pada Gambar 2.3.[6]

Gambar 2.3 Sistem data flow diagram pada lingkungan UART.

Gambar 2.4 modul XBee PRO

Pada dasarnya, XBee memiliki 2 mode beroperasi yakni mode

Transparant dan API. Akan tetapi, apabila mode API digunakan, dibutuhkan

pemaketan data RF. Untuk itu, data akan di-buffer terlebih dahulu sebelum

dikirim atau diterima. Flow data serial menjadi paket RF. Pada XBee apabila

ada data input (DI), data akan masuk ke DI buffer. Setelah itu, input data akan

diteruskan ke RF TX buffer, kemudian untuk mentransmisikan input data,

posisi RF switch menjadi transmitter. Begitu juga sebaliknya, apabila ada data

yang diterima, posisi RF switch menjadi receiver lalu data akan masuk RF RX

13 kemudian DO diteruskan dari XBee ke host. Diagram data flow internal XBee

dapat dilihat pada Gambar 2.5.[6]

Gambar 2.5 Diagram data flow internal

2.5 Setting Alamat Modul XBee PRO (AT command)

Langkah pertama yang harus dilakukan dalam menggunakan Xbee-PRO

agar dapat melakukan komunikasi point to point adalah melakukan setting konfigurasi alamat (address). Proses konfigurasi ini dapat dilakukan melalui

perangkat lunak X-CTU yang merupakan perangkat lunak aplikasi khusus untuk

Xbee-PRO. Cara lain untuk melakukan setting dapat dilakukan melaui

hyperterminal. Untuk melakukan seting konfigurasi address melalui

hyperterminal ada dua metode. Metode pertama disebut one line per command

dan metode kedua disebut multiple command on one line.

Metode 1 (One line per command)

Send AT Command Sistem Response

+++ OK <CR> (Enter into Command Mode)

ATDL <Enter> {current value}<CR> (Read Destination Address Low)

ATDL1A0D <Enter> OK <CR> (Modify Destination Address Low)

14 ATCN <Enter> OK <CR> (Exit Command Mode)

Metode 2 (Multiple commands on one line)

Send AT Command Sistem Response

+++ OK <CR> (Enter into Command Mode)

ATDL <Enter> {current value}<CR> (Read Destination Address Low)

ATDL1A0D,WR,CN<Enter> OK<CR> OK<CR> OK <CR>

Setelah Command diatas selesai, maka Xbee kembali ke mode transparent.

Xbee radio memiliki 64-bit nomor serial yang dicetak pada dibelakangnya.

Alamat bagian awalnya (high) 0013A200. Alamat bagian terakhirnya (low) akan

selalu berbeda disetiap modul RF. Semua merk Xbee memiliki alamat awalnya

adalah 0013A200.[7]

2.6 API mode

Pada mode operasi XBee Application Programming Interface (API), data

yang masuk diurutkan pada frame sesuai dengan urutan yang telah ditentukan.

Data frame yang berurutan ini akan membantu dalam proses membedakan

command, command response, dan status pengiriman. API frame dapat dilihat

pada Gambar 2.6.[6]

Gambar 2.6 struktur UART data frame

• Frame Delimiter: merupakan suatu byte (0x7E) yang membatasi antara satu API frame dan API frame yang lain atau menandakan bahwa API frame

15

• Length terdiri dari 2 byte (MSB dan LSB) yang menspesifikasi jumlah byte yang terkandung dalam kotak frame data. Namun tidak termasuk checksum.

• Frame data: frame yang berisikan data utama dari API.

Frame data dari uart data frame membentuk struktur API-specific sebagai

berikut:

Gambar 2.7 Frame data UART dan Struktur API-spesifik

cmdID frame (API-identifier) menandakan bahwa pesan API

terkandung dalam cmdData frame. Modul Xbee mendukung API frame

berikut:

Tabel 3. Nama API frame dan Nilainya

API Frame Names API ID

AT Command Request 0x08

AT Command- Queue Parameter Value 0x09

ZigBee Transmit Request 0x10

Explicit Addressing ZigBee Command Frame 0x11

Remote Command Request 0x17

Create Source Route 0x21

AT Command Response 0x88

Modem Status 0x8A

ZigBee Transmit Status 0x8B

ZigBee Receive Packet (AO=0) 0x90

ZigBee Explicit Rx Indicator (AO=1) 0x91

ZigBee IO Data Sample Rx Indicator 0x92

XBee Sensor Read Indicator (AO=0) 0x94

Node Identification Indicator (AO=0) 0x95

16

Over-the-Air Firmware Update Status 0xA0

Route Record Indicator 0xA1

Frame data yang digunakan pada penelitian ini terdapat tiga jenis yaitu

Zigbee Receive Packet, AT Command dan AT Command Response.

2.6.1 Zigbee Receive Pakcet

Frame Type : 0x90

Ketika modul menerima RF data, data dikirim keluar secara UART

menggunakan jenis pesan ini.

Tabel 4. Urutan jenis frame untuk Zigbee RX Packet

Frame Fields Offset Example Description

Start

Delimiter

0 0x7E

Length MSB 1 0x00 Number of bytes between the

17

0x7D 16-bit address of sender

LSB 13 0x84

from offset 3 to this byte.

2.6.2 AT Command Request

Frame type : 0x08

Jenis frame ini digunakan untuk menanyakan atau men-setting

parameter-parameter modul pada perangkat local. Penerapan API command

ini berubah setelah pengeksekusian command. Contoh API berikut

18 Dalam hal ini, tidak perlu mengirim “AT” karena jenis frame Api yang

digunakan adalah AT command request.

Tabel 5. Urutan Frame AT Command Request

A

Frame Fields Offset Example Description

Start

Delimiter

0 0x7E

Length MSB 1 0x00 Number of bytes between

the length and the

to set the given register. If

no characters present,

register is queried.

Checksum

9 0x0D 0xFF - the 8 bit sum of

bytes from offset 3 to this

19 Contoh diatas menggambarkan sebuah AT command ketika menanyakan nilai

NJ.

2.6.3 AT Command Response

Frame Type : 0x88

Dalam response sebuah pesan AT command, modul Xbee akan

mengirim sebuah pesan AT Command Response. Sebagai contoh, perintah

BD(Baud rate).

Tabel 6. Urutan AT Command Response

A

Frame Fields Offset Example Description

Start

Delimiter

0 0x7E

Length MSB 1 0x00 Number of bytes between

20 Command

Data

Register data in binary

format. If the register was

set, then this field is not

returned, as in this

example.

Checksum

8 0x0D 0xFF - the 8 bit sum of

bytes from offset 3 to this

byte.

Contoh : jika parameter BD diubah pada perangkat local dengan frame ID

0x01. Jika sukses (parameter valid) maka respon seperti diatas akan diterima. [6]

2.7. Deskripsi Command

Modul Xbee Pro ZB memperkirakan nilai numerik dalam heksadesimal.

Nilai heksadesimal ditunjukkan dengan awalan “0x”. Setiap perintah terkandung

dalam katagori perintah.

2.7.1 DB (Receive Signal Strength) Command

Parameter DB digunakan untuk membaca kekuatan sinyal yang diterima

dalam dBm dari paket RF yang diterima terakhir. Nilai yang dilaporkan akurat

antara - 40 dBm dan sensitivitas modul RF penerima. Nilai absolut dilaporkan

dari modul sebagai contoh: 0x58 = - 88 dBm (desimal). Jika tidak ada paket RF

yang diterima (setelah reset terakhir, power cycle atau sleep event) , maka “0”

yang akan dilaporkan.

AT Command : ATDB

Parameter Range [read-only]:

0x17-0x5C (XBee), 0x24-0x64 (XBee-PRO)

Perintah ATDB dapat dilakukan langsung melalui hyperterminal, dengan terlebih

21 2.8 Mikrokontroler

Mikrokontroller merupakan sebuah processor yang digunakan untuk

kepentingan kontrol. Meskipun mempunyai bentuk yang jauh lebih kecil dari

suatu komputer pribadi dan computer mainframe, mikrokontroller dibangun dari

elemen – elemen dasar yang sama. Seperti umumnya komputer, mikrokontroller

adalah alat yang mengerjakan instruksi – instruksi yang diberikan kepadanya.

Artinya, bagian terpenting dan utama dari suatu sistem terkomputerisasi adalah

program itu sendiri yang dibuat oleh seorang programmer. Program ini

menginstruksikan komputer untuk melakukan tugas yang lebih kompleks yang

diinginkan oleh programmer. [8]

Beberapa fitur yang umumnya ada di dalam mikrokontroller adalah

sebagai berikut :

• RAM ( Random Access Memory )

RAM digunakan oleh mikrokontroller untuk tempat penyimpanan

variable. Memori ini bersifat volatile yang berarti akan kehilangan semua datanya

jika tidak mendapatkan catu daya.

• ROM ( Read Only Memory )

ROM seringkali disebut sebagai kode memori karena berfungsi untuk

tempat penyimpanan program yang akan diberikan oleh user.

• Register

Merupakan tempat penyimpanan nilai – nilai yang akan digunakandalam

proses yang telah disediakan oleh mikrokontroller.

• Special Function Register

Merupakan register khusus yang berfungsi untuk mengatur jalannya

mikrokontroller. Register ini terletak pada RAM.

22 Pin input adalah bagian yang berfungsi sebagai penerima signal dari luar,

pin ini dapat dihubungkan ke berbagai media inputan seperti keypad, sensor, dan

sebagainya. Pin output adalah bagian yang berfungsi untuk mengeluarkan signal

dari hasil proses algoritma mikrokontroller.

• Interrupt

Interrupt bagian dari mikrokontroller yang berfungsi sebagai bagian yang

dapat melakukan interupsi, sehingga ketika program utama sedang berjalan,

program utama tersebut dapat diinterupsi dan menjalankan program interupsi

terlebih dahulu.

Beberapa interrupt pada umumnya adalah sebagai berikut :

Interrupt Eksternal

Interrupt akan terjadi bila ada inputan dari pin interrupt

Interrupt timer

Interrupt akan terjadi bila waktu tertentu telah tercapai

Interrupt serial

Interupt yang terjadi ketika ada penerimaan data dari komunikasi serial[8]

2.8.1 Fitur AVR ATMega328

ATMega328 adalah mikrokontroller keluaran dari atmel yang

mempunyai arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) yang dimana

setiap proses eksekusi data lebih cepat dari pada arsitektur CISC (Completed

Instruction Set Computer).

Mikrokontroller ini memiliki beberapa fitur antara lain :

• 130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusidalam satu siklus clock.

• 32 x 8-bit register serba guna.

23

• 32 KB Flash memory dan pada arduino memiliki bootloader yang menggunakan 2 KB dari flash memori sebagai bootloader.

• Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 1KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanent karena

EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya dimatikan.

• Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2KB.

• Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse Width Modulation) output.

• Master / Slave SPI Serial interface.

Mikrokontroller ATmega 328 memiliki arsitektur Harvard, yaitu

memisahkan memori untuk kode program dan memori untuk data sehingga dapat

memaksimalkan kerja dan parallelism. Instruksi – instruksi dalam memori

program dieksekusi dalam satu alur tunggal, dimana pada saat satu instruksi

dikerjakan instruksi berikutnya sudah diambil dari memori program. Konsep inilah

yang memungkinkan instruksi – instruksi dapat dieksekusi dalam setiap satu siklus

clock.

32 x 8-bit register serba guna digunakan untuk mendukung operasi pada

ALU ( Arithmatic Logic unit ) yang dapat dilakukan dalam satu siklus. 6 dari

register serbaguna ini dapat digunakan sebagai 3 buah register pointer 16-bit pada

mode pengalamatan tak langsung untuk mengambil data pada ruang memori data.

Ketiga register pointer 16-bit ini disebut dengan register X ( gabungan R26 dan

R27 ), register Y ( gabungan R28 dan R29 ), dan register Z ( gabungan R30 dan

R31 ).

Hampir semua instruksi AVR memiliki format 16-bit. Setiap alamat

memori program terdiri dari instruksi 16-bit atau 32-bit. Selain register serba guna

di atas, terdapat register lain yang terpetakan dengan teknik memory mapped I/O

selebar 64 byte. Beberapa register ini digunakan untuk fungsi khusus antara lain

sebagai register control Timer/ Counter, Interupsi, ADC, USART, SPI, EEPROM,

dan fungsi I/O lainnya. Register – register ini menempati memori pada alamat

24 Berikut ini adalah tampilan architecture ATmega 328 :

Gambar 2.8 Architecture ATmega328 2.6.2 Konfigurasi PIN ATMega328

25 Tabel 7. Konfigurasi Port B

26 Tabel 9. Konfigurasi Port D

2.8.2 Fitur Mikrokontroller ATmega16U2

Atmega16U2 memiliki fitur USB dan ISP Flash Controller. Fitur USB

controller pada Atmega16U2 adalah

- Complies fully with Universal Serial Bus Specification REV 2.0

- 48 MHz PLL for Full-speed Bus Operation : data transfer rates at 12 Mbit/s

USB kontroller menyediakan hardware untuk mengimplementasi sebuah

perangkat USB2.0 full-speed yang sesuai dalam Atmega16U2. Diagram blok

27 Gambar 2.10 Diagram blok USB kontroller

USB kontroller memerlukan sebuah referensi clock 48MHz ± 0.25%

untuk penyesuaian USB full-speed. Clock ini dibangkitkan oleh sebuah internal

PLL. Refereni clock untuk PLL harus disediakan oleh sebuah eksternal kristal

atau masukan eksternal clock. Hanya kedua opsi clock ini yang mampu

menyediakan referensi clock dalam kebutuhan akurasi dan jitter spesifikasi USB.

Untuk memenuhi spesifikasi karakteristik listrik USB, USB Pad (D + atau

D-) harus didukung pada tegangan 3.0V ke 3.6V. Mikrokontroller Atmega16U2

dapat diberi tegangan hingga 5.5V, suatu regulator internal tersedia agar

mendukung USB pad dengan benar.

a. Pilihan Powering Modul USB

Berdasarkan pada target aplikasi catu daya yang dipilih (Vcc),

Atmega16U2 USB kontroller membutuhkan skema powering yang berbeda,

28 Gambar 2.11 Mode pengoperasian versus frekuensi dan catu daya (Vcc)

ATmega16U2 tampil sebagai virtual com port untuk perangkat lunak

pada komputer. Firmware Atmega16U2 meneggunakan driver standar USB

COM. [15]

2.9 Liquid Crystal Display (LCD) 2x16

Kegunaan LCD banyak sekali dalam perancangan suatu system

dengan menggunakan mikrokontroler. LCD (Liquid Crystal Display) dapat berfungsi untuk menampilkan suatu nilai hasil sensor, menampilkan teks, atau

menampilkan menu pada aplikasi mikrokontroler. Pada praktek proyek ini, LCD

yang digunakan adalah LCD 16 x 2 yang artinya lebar display 2 baris 16 kolom

dengan 16 Pin konektor.[8]

Adapun konfigurasi dan deskripsi dari pin-pin LCD antara lain:

GND 0V (Pin 1) : Merupakan sumber tegangan +5V

VCC (Pin 2) : Merupakan sambungan ground.

VEE (Pin 3) : Merupakan input tegangan Kontras LCD.

29 Perintah, 1 = register data

R/W (Pin 5) : Merupakan read select, 1 = read, 0 = write.

Enable Clock LCD (Pin 6) : Merupakan masukan logika 1 setiap kali

pengiriman Atau pembacaan data

D0 – D7 (Pin 7 – Pin 14) : Merupakan Data Bus 1 -7

Anoda ( Pin 15) : Merupakan masukan tegangan positif

backlight

Katoda (Pin 16) : Merupakan masukan tegangan negatif

backlight

Gambar 2.12 LCD 2 x 16

Display karakter pada LCD diatur oleh pin EN, RS dan RW. Jalur EN

dinamakan Enable. Jalur ini digunakan untuk memberitahu LCD bahwa

sebuah data sedang dikirimkan. Untuk mengirimkan data ke LCD, maka

melalui program EN harus dibuat logika low “0” dan set pada dua jalur

kontrol yang lain RS dan RW. Ketika dua jalur yang lain telah siap, set

3.1 Metode Pene

l Strenght Indocator (RSSI) untuk mengetahui j sceiver 2. Untuk satu dimensi pengukuran

ang pertama dilakukan adalah melakukan

ilai RSSI pada jarak 1 meter yang dijadikan

an 2.3. Kemudian dilakukan pengujian dari j

ngan pengujian pada jarak 100m-200m(deng

tukan batas kemampuan alat dalam mengu

31 3.2 Perancangan Alat

3.2.1 Diagram Blok Rangkaian

Adapun diagram blok dari sistem yang dirancang, seperti yang

diperlihatkan pada gambar 3.2

Gambar 3.2 Diagram blok rangkaian

Dari blok diagram pada Gambar 3.2 menunjukkan skema perangkat

keras pendukung sistem. Pada rancangan alat ukur jarak yang terdiri dari dua

buah transceiver Xbee XBP24-Z7WIT-004 yaitu satu buah sebagai transmitter

(remote node) dan satu buah receiver (local noder). Kemudian data RSSI akan

dicatat dan disimpan pada database visual basic (PC) dan di analisa jarak

antara kedua titik wireless tersebut.

Modul Xbee 1 dan MCU 1 sebagai local MCU, modul Xbee 2 dan

32 3.2.2 Flowchart

tidak

ya

Gambar 3.3 Diagram alir data Apakah nilai

Kirim Nilai RSSI ke Visual basic 6.0 melalui ATMega

33 3.2.3 Rangkaian Mikrokontroller Atmega328P

Pada Gambar 3.4 menampilkan rangkaian sistem minimum

mikrokontroler Atmega328P, atau dengan kata lain rangkaian yang harus ada

untuk menjalankan suatu mikrokontroler

Gambar 3.4. Sistem mikrokontroller ATMega328P

Pada Gambar 3.4 menunjukkan rangkaian minimal yang diperlukan

agar mikrokontroler mampu bekerja. Sistem tersebut terdiri dari x-tal Q1

senilai 16 MHz, 2 buah kapasitor senilai 22pF. Komponen ini berfungsi

34 kapasitor 10uF/16V dan sebuah resistor senilai 10KΩ. Dengan pemasangan

kapasitor dan resitor ini, pada saat power supply dinyalakan maka

mikrokontroler akan reset secara otomatis, kemudian bekerja secara normal.

Hal ini disebabkan oleh proses pengisian dan pengosongan pada komponen

kapasitor. Pada kaki-kaki PB5, PB4 dan PB3 serta RST (Reset) dihubungkan

ke PC untuk jalur pemrograman secara langsung. Atau biasa disebut ISP (In

Sistem Programming).

3.2.4 Rangkaian ATMega16U2

Komunikasi serial merupakan hal yang penting dalam sistem

embedded, karena dengan komunikasi serial kita dapat dengan mudah

menghubungkan mikrokontroler dengan devais lainnya. Komunikasi 16U2

dengan 328P menggunakan Komunikasi serial UART, sehingga hanya

membutuhkan pin RX 16U2 yang dihubungkan ke pin TX 328P dan pin TX

16U2 dihubungkan ke pin RX 328P. Mikrokontroller Atmega16U2 berperan

sebagai jembatan antara port USB komputer dan port serial prosesor utama

(atmega328P) karena fitur USB Rev.2.0-nya . Atmega16U2 menjalankan

software yang disebut firmware (dinamakan demikian karena tidak bisa

mengubahnya setelah diprogram dalam chip) yang dapat diperbarui(updated)

melalui protokol usb khusus yang disebut DFU (Device Firmware Update).

Firmware tersebut yang berperan sebagai konverter USB ke Serial.

35 DFU (Device Firmware Update) adalah mekanisme yang diterapkan

untuk melakukan modifikasi perangkat firmware. Setiap perangkat yang

mendukung USB dapat memanfaatkan kemampuan ini. Suatu perangkat tidak

bisa secara bersamaan melakukan dua operasi yaitu DFU mode dan aktivitas

normalnya, aktifitas normal tersebut harus berhenti selama operasi DFU.[17]

3.2.5 Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display)

LCD adalah suatu display dari bahan cairan Kristal yang berfungsi

menampilkan suatu nilai hasil sensor, menampilkan teks, atau menampilkan

menu pada aplikasi mikrokontroler.

Gambar 3.6 Rangkaian Skematik dari LCD ke mikrokontroler

Pada gambar rangkaian di atas pin 2 dihubungkan ke Vcc (5V), pin 1

dan 16 dihubungkan ke Gnd (Ground), pin 3 merupakan pengaturan tegangan

Contrast dari LCD, pin 4 merupakan Register Select (RS), pin 5 merupakan

R/W (Read/Write) dihubungkan ke ground(0v) karena program yang akan

dibuat hanya memerintah untuk menulis ke LCD, pin 6 merupakan Enable, pin

11-14 merupakan data. Reset, Enable dan data dihubungkan ke

mikrokontroler Atmega328P. Fungsi dari potensiometer (R1) adalah untuk

36 Tabel 10. Koneksi hubungan antara Modul Lcd dengan Mikrokontroller

Pin Lcd Keterangan Pin

Mikrokontroller

Keterangan

1 GND 8 GND

2 +5V 7 Vcc

4 RS 18 Port B.4

5 RW 8 GND

6 EN 17 Port B.3

11 D4 13 Port D.7

12 D5 12 Port D.6

13 D6 11 Port D.5

14 D7 6 Port D.4

3.2.6 Rangkaian Power Supply

a. Power Supply 5 volt

Rangkaian power supply berfungsi untuk mensupplay arus dan

tegangan ke seluruh rangkaian yang ada. Rangkaian power supply ini terdiri

dari satu keluaran, yaitu 5 volt, keluaran 5 volt digunakan untuk

menghidupkan seluruh rangkaian termasuk rangkaian power supply 3,3 volt,

karena rangkaian power supply 3,3 volt tersebut memerlukan tegangan input

sebesar 5 volt agar tegangan keluarannya stabil sehingga tidak mengganggu

proses pengiriman dan penerimaan data melalui gelombang radio. Rangkaian

skematik power supply 5 volt dapat dilihat pada gambar 3.6 di bawah ini:

37 Gambar 3.7. Rangkaian power supply 5 Volt

Trafo stepdown yang berfungsi untuk menurunkan tegangan dari 220

volt AC menjadi 12 volt AC & 6 volt AC. Kemudian 12 volt AC akan

disearahkan dengan menggunakan dua buah dioda, selanjutnya 5 volt DC akan

diratakan oleh kapasitor 2200 µF. Regulator tegangan 5 volt (LM7805CT)

digunakan agar keluaran yang dihasilkan tetap 5 volt walaupun terjadi

perubahan pada tegangan masukannya. LED hanya sebagai indikator apabila

PSA dinyalakan. Transistor PNP TIP 32 disini berfungsi sebagai penguat arus

apabila terjadi kekurangan arus pada rangkaian, sehingga regulator tegangan

38 b. Power Supply 3,3 volt

Gambar 3.8 Rangkaian power supply 3,3 volt

LP2985-33DBVR digunakan untuk meregulasi tegangan masuk (5

volt) menjadi tegangan keluaran 3,3 volt. Kapasitor pada keluaran (pin 5)

digunakan untuk stabilitas tegangan keluaran. Pin ON/OFF dihubungkan ke

Vin jika fitur shutdown tidak digunakan.[13] 3.3 Perancangan Perangkat keras

3.3.1 Perancangan Xbee Pro Series 2 dengan Atmega328P

39 Dalam penelitian ini menggunakan 2 buah modul wireless, yaitu jenis

Xbee Pro Series 2. Setiap Xbee memiliki alamat masing-masing yakni

0013A200409EE10C (local node) dan 0013A200409EE0D2 (remote node).

Komunikasi Xbee dengan mikrokontroller menggunakan Komunikasi

serial UART, sehingga hanya membutuhkan pin RX Xbee yang dihubungkan

ke pin TX mikrokontroller dan pin TX Xbee dihubungkan ke pin RX

mikrokontroller.

3.4 Flowchart pada Mikrokontroller dan Visual Basic (PC)

3.4.1 Remote Mikrokontroller

Konsep pemrograman pada remote mikrokontroler dapat digambarkan dengan menggunakan diagram alir (flowchart) seperti berikut

Gambar 3.10 Flowchart program pada remote mikrokontroller

3.4.2 Local Mikrokontroller

Konsep pemrograman pada local mikrokontroler dapat digambarkan dengan menggunakan diagram alir (flowchart) seperti berikut

Mulai

Inisialisasi serial

Kirim Data serial melalui pin TX

40 tidak

ya

tidak

ya

41 Alur kerja diagram alir adalah sebagai berikut:

1. Start dimulainya program

2. Pertama-tama dilakukan untuk inisialisasi serial dan port, proses ini

berfungsi untuk mendefinisikan pin-pin I/O mikrokontroller yang akan

digunakan dalam rangkaian dan untuk menentukan baud rate yang

digunakan untuk mengirim data serial.

3. Melakukan proses pembacaan serial receive buffer, apakah receive

buffer menerima RF data ? Jika ada RF data packet yang diterima

maka mikrokontroller akan meminta AT command “ATDB”, jika tidak

ada maka mikrokontroller akan terus melakukan pengecekan pada

serial receive buffer.

4. Kemudian mikrokontroller akan melakukan delay selama 200ms untuk

menunggu respon dari Xbee.

5. Melakukan proses pembacaan serial receive buffer kembali, apakah

ada respon AT command dibalas oleh Xbee? Jika ada mulai melakukan

pembacaan setiap byte yang dikirim Xbee sebanyak 10 kali, jika tidak

ada maka mikrokontroller akan terus melakukan pengecekan pada

serial receive buffer.

6. Tampilkan nilai byte ke 8 ke LCD dan kirim nilai tersebut ke PC

42 3.4.3 Visual Basic (PC)

tidak

ya

Gambar 3.12 Flowchar Program pada Visual Basic 6.0 Mulai

Inisialisasi serial dan port

Jika ada/tidak data yang diterima pada

serial receive ?

Simpan data yang diterima ke “buffer"

Pisahkan string dengan angka, angka di simpan

ke “IntRssi”

Delay 1000 milisekon

Ambil nilai rata-rata Rssi dari 25 data, simpan ke “IntTotal”

jarak = 10 ^ ((IntTotal - 51.375) / 17.6)

Tampilkan jarak

Selesai Ambil nilai IntRssi