IMPLEMENTASI DAN EVALUASI
Pada bab ini akan dijelaskan mengenai langkah-langkah implementasi serta evaluasi dari sistem yang telah dibuat dan dijelaskan pada Bab 3.
4.1 Spesifikasi Sistem
Pada spesifikasi sistem berikut ini akan dijelaskan seluruh perangkat keras dan perangkat lunak yang digunakan untuk menjalankan sistem.
4.1.1 Perangkat Keras yang digunakan:
• Modul RFID yang digunakan berupa Low Frequency Micro RFID Evaluation Kit (134,2KHz) dari Texas Instruments (Series 2000 Reader System, Micro-Reader RI-STU-M RD1)
• Modul FPGA D2 (Digilab 2) dari Digilent Inc. dengan tipe Xilinx Spartan 2 XC2S200-PQ208
• PC AMD Athlon XP 2600+ dengan memori sebesar 512 MB dan sistem operasi Windows 2000 Professional
• Modul pengendali motor langkah sebagai penguat tegangan dari FPGA • Modul mekanika beserta satu buah motor langkah tipe unipolar yang
didapat dari printer dot matrix tipe LQ1170
• Modul Belt conveyor beserta 1 buah motor DC tipe MM5475B dari Nisca Corp
• Satu buah power supply 12V - 1.5A sebagai sumber tegangan untuk modul pengendali motor langkah
• Satu buah power supply ATX 5V - 5A sebagai sumber tegangan untuk motor DC
• Satu buah diode ‘vast diode’ tipe 31DQ sebagai penghambat arus balik dari motor DC ke power supply
• Kabel paralel (DB-25) male-male untuk menghubungkan PC dengan modul D2
• Kabel serial (RS-232) male-female untuk menghubungkan PC dengan modul D2
• Sebuah kabel empat pin untuk menghubungkan modul Micro-Reader dengan FPGA
4.1.2 Perangkat Lunak yang digunakan:
• Software Xilinx ISE WebPack seri 6.1i untuk melakukan perancangan, sintesis, implementasi, dan evaluasi file .vhd, serta mengkonfigurasi FPGA sesuai dengan yang dibutuhkan oleh sistem
• Software ModelSim XE II/Starter 5.7c untuk melakukan simulasi dari perancangan sistem yang telah dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui apakah perancangan yang dilakukan telah sesuai dengan apa yang diharapkan
• Software Microsoft Visual Basic 6.0 untuk melakukan perancangan interface antar database, Micro-Reader, dan FPGA
• Software Microsoft Access 2002 untuk melakukan perancangan dan pembuatan database
4.2 Implementasi
Untuk melaksanakan implementasi, terlebih dahulu perlu dilakukan persiapan-persiapan dengan cara menghubungkan semua modul yang diperlukan, berikut memberikan sumber tegangan pada antar modul dengan cara menghubungkan power supply kepada tiap modul yang sesuai.
4.2.1 Persiapan Implementasi 4.2.1.1 Persiapan Perangkat Keras
Persiapan implemenatasi FPGA ke RFID dan PC:
• Hubungkan modul Micro-Reader RFID dengan FPGA, dengan mengghubungkan pin 5, 6 dan 15 dari Micro-Reader dengan pin Tx, Rx dan Gnd yang terdapat pada FPGA.
• Hubungkan port serial pada FPGA dengan port serial pada PC denagn menggunakan kabel RS232, dimana komunikasi ini akan melanjutkan data yang diterima FPGA dari modul RFID ke PC.
• Hubungkan port paralel pada modul FPGA dengan port paralel pada PC menggunakan kabel paralel (DB-25).
• Hubungkan pin 1, 7,8,9,10 pada port expansi C yang terdapat pada FPGA dengan pin gnd, data0, data1, data2 dan data3 yang terdapat pada rangkaian driver motor langkah.
• Hubungkan pin 1, 3, 5, 7 pada port expansi D yang terdapat pada FPGA dengan rangkaian LED.
• Hubungkan modul RFID ke listrik menggunakan adaptor yang telah diberikan bersama dengan paket RFID.
• Hubungkan modul FPGA ke listrik menggunakan adaptor yang telah diberikan bersama dengan paket FPGA.
Langkah-langkah pemasangan modul motor langkah (Stepper Motor) dengan driver motor langkah (Stepper Motor Driver) :
• Hubungkan modul pengendali motor langkah (Stepper Motor Driver), seperti pada gambar 4.1, dengan sebuah power supply 12V – 1,5 A sebagai sumber tegangan
• Hubungkan 5 buah kabel yang terdapat pada motor langkah (Stepper Motor) dengan pengendali motor langkah (Stepper Motor Driver), sesuai urutan berikut, hitam, oranye, kuning, biru dan merah
• Kabel berwarna oranye, kuning, biru dan merah berfungsi sebagai 4 bit direct pin out (data), sedangkan kabel berwarna hitam sebagai VCC
Langkah-langkah menjalankan belt Conveyor :
• Hubungkan sebuah power supply ATX 5V - 5A dengan sebuah dioda bertipe ‘Vast Diode’ 31DQ
• Hubungkan kabel berwarna merah yang terdapat pada motor DC dengan dioda, kemudian dihubungkan dengan power supply ATX 5V - 5A
• Sedangkan hubungkan kabel berwarna biru yang terdapat pada motor DC, langsung dengan power supply ATX 5V - 5A diatas
4.2.1.2 Persiapan Perangkat Lunak
Langkah-langkah melakukan instalasi software Xilinx ISE WebPack seri 6.1i adalah sebagai berikut :
1. Double click file WebPACK_61_fcfull_i.exe untuk instalasi seri 6.1i
2. Tunggu hingga data selesai di extract
3. Baca lisensi dan check pada kolom “I accept the terms of this software license”. Dan click “Next”
5. Berikan tanda check pada “Set/Update XILINX variable” dan “Set/Update PATH variable”. Kemudian click “Next”
6. Click “Install”
Konfigurasi software Xilinx ISE untuk membuat project adalah sebagai berikut :
1. Jalankan “Project Navigator” dengan nama file ise.exe
2. Buat proyek baru melalui menu bar “File” kemudian pilih “New Project...” 3. Isi nama proyek pada “Project Name” dan lokasi pada “Project Location”
dengan Top-Level Model Type adalah “HDL” kemudian click “Next” 4. Isikan informasi lainnya seperti pada Gambar 4.2 kemudian click “Next”
5. Jika mau membuat file baru, klik New Source pada Create a New Source setelah selesai klik “Next”
6. Selanjutnya click tombol “Add Source” pada Add Exsisting Sources jika ingin menambahkan file yang telah ada. Setelah project masuk ke Add Existing Sources click “Next”
7. Pada form New Project Information click “Finish”
Untuk persiapan software yang akan digunakan pada sistem ini, lakukan konfigurasi software Xilinx ISE mengikuti tujuh langkah diatas. Kemudian : • Klik menu “Project” kemudian pilih “New Source…” pilih file dengan nama
StepLedMot.vhd kemudian klik “Open” pada form Choose Source type pilih
VHDL Desig File kemudian klik “OK”
• Selanjutnya klik dua kali file StepLedMot.vhd yang baru dimasukkan untuk
melihat isi programnya.
• Lakukan sintesis dengan mengklik “Synthesize – XST” pada tab Process View.
• Pada tab Process View pilih User Constrait dan klik dua kali Assign Packet Pins. Pada window Xilinx PACE, pilih “File” kemudian “Open” pada pilihan Constrait File tekan “Browse” dan pilih file stepledmot.ucf. Kemudian
klik “Open” dan selanjutnya klik “OK”. Klik “File” kemudian “Save” dan tutup window Xilinx PACE.
• Pada tab Process View pilih Generate Programing File kemudian klik dua kali Configure Device (iMPACT)
• Pada Window Configure Device klik “Next” selanjutnya klik “Finish” • Pilih file steppermotorports.bit kemudian klik “Open”
• Pada Window iMPACT klik kanan device spartan2 kemudian pilih “Program Device”.
Gambar 4.3 Tampilan Xilinx ISE pada Implementasi
Langkah-langkah persiapan PC umtuk melakukan implementasi adalah sebagai berikut :
• Hubungkan port paralel pada FPGA dengan port paralel yang terdapat pada PC dengan menggunakan kabel DB-25 male-male. Sambungan kedua port
ini digunakan untuk memprogram FPGA dengan sourcecode vhdl yang terdapat di PC, serta untuk komunikasi pengendalian motor langkah.
• Kemudian hubungkan juga port serial pada FPGA dengan port serial pada PC dengan menggunakan kabel RS-232 male-female. Sambungan ini digunakan untuk mengirimkan data dari-ke RFID melalui FPGA.
• Install terlebih dahulu software Microsoft Visual Basic 6 yang terdapat pada M icrosoft Visual Studio 6.0 untuk dapat melihat dan menjalankan sourcecode skripsi2.vbp, kemudian install juga M icrosoft Access 2002
yang terdapat pada M icrosoft Office 2002 untuk dapat menjalankan database
DB7.MDB yang akan digunakan pada sistem.
4.2.2 Pelaksanaan Implementasi
Implementasi dilakukan dengan menggunakan belt conveyor sepanjang 67 cm dan lebar 20 cm dan untuk memisahkan produk digunakan tiga buah rak dengan lebar masing-masing rak adalah 16,5 cm dan panjang 23 cm. Belt conveyor akan digerakkan oleh motor DC sedangkan rak pemisah akan digerakkan oleh motor langkah.
Di ujung depan belt conveyor akan dipasang antena RFID yang berfungsi untuk membaca data produk. Data dari RFID akan dikirimkan ke FPGA yang selanjutnya akan dikirimkan ke PC. PC akan memberikan output dari data yang diterima, output dari PC ini kemudian akan diolah oleh FPGA yang selanjutnya FPGA akan memberikan output ke rangkaian penyangga motor langkah yang akan menggerakkan motor langkah.
Detail pelaksanaan implementasi pada secara keseluruhan adalah sebagai berikut:
1. Nyalakan M otor DC untuk menggerakkan belt, yang telah terhubung dengan sebuah dioda bertipe ‘Vast Diode’ 31DQ dan sebuah power supply ATX 5V - 5A sebagai sumber tegangan
2. Nyalakan M otor Langkah (Stepper Motor) untuk menggerakkan rak pemisah, yang telah terhubung dengan modul pengendali motor langkah (Stepper Motor Driver) dan sebuah power supply 12V - 1.5A sebagai sumber tegangan
3. M asukkan produk-produk yang telah diberikan tag RFID dan yang akan dipisahkan, ke atas belt, seperti pada gambar 4.4
4. Saat produk diletakkan di atas belt, maka RFID Reader akan membaca / mendeteksi produk-produk tersebut dan akan mengirimkan datanya melalui FPGA ke PC
5. Data yang dikirim akan dibandingkan dengan database yang terdapat pada PC. Selanjutnya data ini akan diolah oleh Visual Basic seperti yang dijelaskan pada bab 3 sub bab 3.2.2.2. Setelah data diproses, maka PC akan memberikan output yang sesuai dengan jenis barang ke FPGA.
6. Data yang dikirimkan dari PC melalui kabel paralel akan diterima FPGA, selanjutnya data ini akan diproses oleh FPGA seperti yang dijelaskan pada bab 3 subbab 3.3. setelah data diproses, FPGA akan memberikan output ke rangkaian driver motor langkah, dimana output inilah yang akan digunakan untuk menggerakkan motor langkah.
7. Output dari FPGA akan diterima dan diperkuat oleh rangkaian driver sebelum dikirimkan ke motor langkah, hal ini dilakukan karena FPGA hanya mampu mengeluarkan tegangan output sebesar 3V sedangkan untuk menggerakkan motor langkah diperlukan tegangan sebesar 5V.
8. Produk yang akan dipisahkan terbagi dalam tiga kategori yaitu produk I, II dan III. Rak pemisah yang digunakan akan bergerak kedua arah yang berbeda, yaitu kiri dan kanan.
Dalam pelaksanaan implementasi, produk pertama akan dibaca dan rak pemisah akan bergerak sesuai dengan jenis produk yang terbaca. Setelah produk pertama masuk ke rak pemisah, maka produk kedua akan dibaca dan dimasukkan ke belt, selanjutnya produk ketiga, keempat dan seterusnya.
Dalam melakukan implementasi, produk akan dimasukkan secara acak, dengan tujuan agar dipisahkan menurut jenisnya masing-masing. Jika suatu produk dibaca pertama kali, maka produk akan ditandai sebagi barang masuk. Jika produk dibaca untuk yang kedua kalinya, makan produk akan ditandai sebagai barang keluar.
Berikut ini adalah gambaran dari sistem secara keseluruhan:
4.3 Evaluasi Hasil Percobaan 4.3.1 Evaluasi Sub Modul RFID
Jika Micro-Reader sedang beroperasi, maka Micro-Reader akan memancarkan gelombang elektromagnetik di sekitar antena. Jika suatu tag berada pada area ini, maka tag akan menerima energi yang akan mengisi kapasitor yang terdapat pada tag. Dari databook diperoleh waktu yang diperlukan untuk mengisi kapasitor adalah 50 ms, sedangkan waktu yang diperlukan tag untuk merespon data adalah 20 ms, sehingga total waktu yang diperlukan untuk melakukan suatu proses adalah 70 ms.
Gambar 4.6 Tag RO
Pada gambar (a), menurut databook memiliki jarak baca ≤ 120 cm, pada saat dilakukan percobaan jarak baca yang diperoleh adalah 14,7 cm.
Pada gambar (b), menurut databook memiliki jarak baca ≤ 200 cm, pada saat dilakukan percobaan jarak baca yang diperoleh adalah 37 cm.
Pada gambar (c), menurut databook memiliki jarak baca ≤ 60 cm, pada saat dilakukan percobaan jarak baca yang diperoleh adalah 19 cm.
Pada gambar (d), menurut databook memiliki jarak baca ≤ 60 cm, pada saat dilakukan percobaan jarak baca yang diperoleh adalah 12,9 cm.
Pada gambar (e), menurut databook memiliki jarak baca ≤ 20 cm, pada saat dilakukan percobaan jarak baca yang diperoleh adalah 9,2 cm.
Gambar 4.7 Tag RW
Pada gambar (a), menurut databook memiliki jarak baca ≤ 60 cm, pada saat dilakukan percobaan jarak baca yang diperoleh adalah 13,2 cm.
Pada gambar (b), menurut databook memiliki jarak baca ≤ 100 cm, pada saat dilakukan percobaan jarak baca yang diperoleh adalah 21,5 cm.
Pada gambar (c), menurut databook memiliki jarak baca ≤ 150 cm, pada saat dilakukan percobaan jarak baca yang diperoleh adalah 31,3 cm.
Pada percobaan yang dilakukan, jarak baca masing-masing tag berbeda-beda, hal ini disebabkan oleh beberapa faktor-faktor yaitu tipe tag (transponder), tipe tag yang digunakan adalah berupa kartu, gelas, kunci, mount on metal, dll. Dan tipe antena yang digunakan, semakin bagus kualitas antena yang digunakan, maka jarak baca akan menjadi semakin jauh.
4.3.2 Evaluasi Sub Modul FPGA
Pada FPGA digunakan VHDL sebagai bahasa pemrograman FPGA, dimana bahasa tersebut merupakan bahasa yang standar digunakan untuk pemrograman FPGA.
Pada saat file stepledmod.vhd selesai di synthesize, maka dapat dilihat
suatu report dimana sebagaian isinya adalah sebagai berikut:
Number of Slices : 104 out of 192 54% Number of Slice Flip Flops : 45 out of 384 11% Number of 4 input LUTs : 197 out of 384 51% Number of bonded IOBs : 9 out of 90 10% Number of GCLKs : 1 out of 4 25%
Perancangan FPGA untuk menggerakkan motor langkah memungkinkan motor langkah untuk digerakkan kedua arah dengan jumlah putaran yang ditentukan.
Karena FPGA memiliki frekuensi kerja 50 M Hz, maka agar motor langkah dapat menerima input dari FPGA diperlukan suatu bilangan pembagi (clock divider). Bilangan yang dipakai disini adalah sebesar 188.415 (00101101111111111111b). Sehingga frekuensi yang digunakan dari FPGA adalah sebesar 265,371653 Hz.
Frekuensi ini didasarkan pada kecepatan pergerakan motor untuk menggerakkan rak pemisah produk. Semakin tinggi clock divider, maka pergerakan motor akan menjadi semakin pelan, hal ini meningkatkan presisi pergerakan dan torsi yang dihasilkan. Tetapi bilangan merupakan nilai ideal dimana pergerakan rak akan sebanding torsi yang dihasilkan.
Untuk menggerakkan rak dari posisi satu ke posisi dua atau sebaliknya dan posisi dua ke tiga atau sebaliknya, motor langkah melakukan 800 step. Sedangkan untuk menggerakan rak dari posisi satu ke tiga atau sebaliknya, motor langkah melakukan 1600 step.
Program yang telah ditulis akan di-write ke dalam RAM FPGA, karena RAM bersifat volatile. M aka jika tegangan dari power supply hilang, program juga akan hilang, sehingga sistem tidak dapat berjalan dan perlu dilakukan write ulang program ke dalam FPGA agar sistem berjalan kembali.
4.3.3 Evaluasi Sub Modul Belt Conveyor dan Motor Langkah
Untuk mengevaluasi kecepatan belt, penulis telah mencoba melakukan dalam tiga kali pengukuran dengan menggunakan tiga kategori barang, seperti yang dapat dilihat pada Tabel 4.1 dibawah ini :
I II III
Tanpa barang 1,45 detik 1,55 detik 1,48 detik Barang ringan 1,49 detik 1,54 detik 1,58 detik Barang berat 1,59 detik 1,54 detik 1,59 detik
Tabel 4.1 Pengukuran Waktu Pergerakan Belt
Penjelasan dari tabel diatas adalah sebagai berikut:
Keadaan belt tanpa barang yaitu belt bergerak tanpa ada barang diatasnya. Barang ringan yaitu barang dengan berat < setengah kilogram, barang berat yaitu barang dengan berat > setengah kilogram.
Dari tabel diatas, didapat total hasil rata-rata dari tiga kali pengukuran belt, yaitu 1,534 detik, dengan panjang belt yang digunakan untuk melakukan pengukuran, yaitu 0,5 m. M aka kecepatan rata-rata dari belt dapat dicari dengan membagi panjang belt dengan waktu rata-rata, yaitu 0,5 m dibagi dengan 1,534 detik, didapat nilai kecepatan rata-rata sebesar 0,326 m/detik.
Jika belt yang dibuat penulis ditaruh benda beban, maka kecepatan belt akan berkurang. Hal ini bisa menyebabkan barang ringan akan bergerak cepat sehingga sebelum rak pemisah sampai pada posisinya, barang sudah masuk ke rak yang lain. M aka itu pada sistem ini penulis mengasumsikan barang telah terbaca sebelum masuk di belt, dan belt dioperasikan pada kecepatan yang cukup tinggi.
Pada percobaan untuk mengukur kecepatan pergerakan rak pemisah untuk memisahkan produk, dari lima kali hasil percobaan yang dilakukan secara berurutan, maka didapatkan data sebagai berikut :
Waktu / Pergerakan I II III IV V Rata-rata Rak 1 ke 2 3,12 3,12 3,30 3,39 3,42 3,27 Rak 1 ke 3 6,27 6,42 6,23 6,32 6,47 6,34 Rak 2 ke 1 3,32 3,26 3,27 3,23 3,35 3,29 Rak 2 ke 3 3,26 3,22 3,29 3,40 3,26 3,29 Rak 3 ke 1 6,11 6,30 6,20 6,34 6,30 6,25 Rak 3 ke 2 3,29 3,38 3,43 3,33 3,20 3,33
Dalam melakukan percobaan untuk mendapatkan nilai data pada tabel di atas, satuan waktu yang digunakan adalah satuan detik.
Untuk mengevaluasi keakuratan pergeseran rak pemisah yang digerakkan oleh motor langkah, penulis telah mencoba melakukan dalam lima kali pengukuran, seperti yang dapat dilihat pada Tabel 4.2 di atas.
Dari total 30 kali pengukuran pergerakan rak pemisah yang telah dilakukan, diketahui terjadi pergeseran pada rak pemisah sebesar 1 mm kearah posisi rak pertama. Pergeseran ini tidak akan mempengaruhi kinerja dari rak pemisah dan motor langkah secara keseluruhan. Penambahan feedback memungkinkan pengukuran ketepatan dari pergeseran rak, sehingga error dari pergerakan rak dapat dikurangkan.
Setelah dilakukan evaluasi, maka ditemukan bahwa hal demikian dapat disebabkan karena pengaruh dari berat beban atau produk yang ditampung pada rak pemisah. Selain itu juga dapat disebabkan oleh kondisi dari mekanika rak pemisah yang sudah mulai rusak dan karatan, sehingga dapat menghambat pergeseran dari rak pemisah yang digerakkan oleh motor langkah.
4.3.4 Evaluasi Sub Modul PC dan Visual Basic
Evaluasi untuk software yang dibuat pada visual basic dengan nama
skripsi_final.exe adalah sebagai berikut:
Setelah di-compile dan dijalankan, terlihat melalui Windows Task M anager bahwa memori yang dibutuhkan untuk menjalankan software tersebut hanyalah 9.172K. Hal ini memperlihatkan bahwa memori dibutuhkan cukup kecil untuk menjalankan program tersebut dibandingkan dengan ukuran memori
standar yang digunakan oleh PC sekarang ini. Dengan kecilnya proses prosesor dan kapasitas memori utama (RAM ) yang dibutuhkan, maka tidak diperlukan komputer baru untuk menjalankan software ini. Kapasitas media penyimpanan yang dibutuhkan untuk software ini pun hanya berupa 502 Kb, sehingga hanya dengan menggunakan disket 1.44M b pun software ini akan dapat tersimpan. Jadi tidak dibutuhkan PC yang terlalu mewah untuk menjalankan software ini, sehingga mengakibatkan biaya untuk menjalankan sistem ini pun tidak terlalu mahal. Dan jika diimplementasikan dalam suatu sistem industri, maka juga tidak akan menaikkan biaya produksi hingga pada suatu nilai yang berarti.
Pada form utama software skripsi_final.exe, interface dibuat
seminimal dan sepraktis mungkin. Seperti terlihat pada gambar dibawah ini:
Pada tabel utama hanya terdapat tiga buah tombol yaitu: • Tampilkan Tabel Log
• Tampilkan Tabel LookUp • Tutup/Buka Kembali Port
Sehingga tidak dibutuhkan suatu kendali yang rumit dalam menjalankan software ini. Selain itu pada form utama juga terdapat semua informasi yang dibutuhkan dalam proses sistem, mulai dari Status Port hingga tampilan kode unik, kode barang dan lebar data yang terbaca oleh sistem. Pada form utama juga terdapat textbox ‘Data dari Reader’ yang dapat diisi manual, sehingga jika terdapat kesalahan pada pembacaan kode barang, user dapat memasukkan kode barang tersebut secara manual melalui textbox yang tersedia.
Informasi yang terdapat pada database tersimpan dalam tiga buah table: • Tabel Inventory
• Tabel Log • Table LookUp
Hal ini sudah mencakup semua data yang dibutuhkan untuk menjalankan sistem, dan jika user ingin memasukkan suatu informasi kode barang yang baru, user tinggal memasukkannya pada Table LookUp melalui software M icrosoft Access. Hal ini akan jauh lebih mempermudah user sehingga tidak dibutuhkan suatu keahlian yang benar-benar tinggi dalam menjalankan sistem ini.
Seperti dijelaskan sebelumnya, software ini dapat berjalan pada platform sistem operasi M icrosot Windows 2000/XP. Suatu software standar yang digunakan oleh industri saat ini, sehingga software ini memiliki kompabilitas
yang tinggi dan tidak akan dibutuhkan suatu biaya yang tinggi serta proses yang rumit untuk mengaplikasikan sistem ini.
Untuk kestabilan, software juga telah diuji lebih dari 200 kali, dengan total jam pengujian lebih dari 15 jam, dengan tidak terdapatnya suatu kesalahan yang berarti. Untuk itu jika diaplikasikan pada suatu sistem industri yang berjalan sekitar 12 jam sehari, sistem ini pun tidak akan menemui suatu kesulitan yang cukup besar.
Sistem yang penulis buat ini paling cocok diaplikasikan pada industri non logam (makanan, minuman, plastik, dll). Karena frekuensi RFID yang digunakan pada sistem ini akan terganggu oleh benda dengan unsur logam dan untuk benda lain tidak.
