Sub Judul
Pengukuran Tekanan Udara dan Komunikasi Zigbee
Tugas Akhir
Disusun dan Diajukan untuk Melengkapi Syarat-Syarat Memperoleh Diploma III Politeknik
Oleh
Hilman Hadi
NIM 1311010019
Program Studi Teknik Elektronika Industri
Jurusan Teknik Elektro
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
DEPOK
ii
Yang bertanda tangan dibawah ini adalah Pembimbing Tugas Akhir :
Nama Mahasiswa : Hilman Hadi
NIM : 1311010019
Program Studi : Teknik Elektronika Industri
Judul Tugas Akhir : Pengukuran Tekanan Udara dan Komunikasi Zigbee
Sesuai dengan persyaratan yang diatur dalam Pedoman Tugas Akhir Jurusan
Teknik Elektro Tahun 2012, maka dengan ini menyetujui mahasiswa tersebut di
atas untuk mengikuti ujian tugas akhir pada periode kedua Tahun Akademik
2013/2014.
Depok, juli 2014
Pembimbing,
Benny, ST, MT.
iii Tugas Akhir diajukan oleh :
Nama : HILMAN HADI
NIM : 1311010019
Program Studi : TEKNIK ELEKTRONIKA INDUSTRI
Judul Tugas Akhir : Rancang Bangun Sistem Monitoring Kecepatan
Angin,
Arah Angin dan Tekanan Udara Berbasis Arduino
Telah diuji oleh tim penguji dalam Sidang Tugas Akhir padaJum’at, 08 Agustus
2014 dan dinyatakan LULUS
Pembimbing I : (Benny S.T, M.T.) ( )
NIP. 19570108 198601 1002
Depok, Agustus 2014
Disahkan oleh
Ketua Jurusan Teknik Elektro
iv
yang senantiasa melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan judul, “Rancang Bangun Sistem Monitoring
Kecepatan Angin, Arah Angin dan Tekanan Udara Berbasis Arduino”. Dengan sub judul. “Pengukuran Tekanan Udara dan Komunikasi Zigbee”.
yang merupakan penerapan ilmu yang diperoleh selama mengikuti perkuliahan dan menjadi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Diploma III di Politeknik Negeri Jakarta.
Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Iwa sudradjat, S.T., M.T selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro.
2. Rika Novita, S.T., M.T selaku Kepala Program Studi Teknik Elektronika
Industri yang senantiasa memberikan dukungan dan berbagi ilmu kepada
penulis.
3. Benny, S.T., M.T selaku pembimbing yang senantiasa memberikan dukungan
dan berbagi ilmu kepada penulis.
4. Orang tua, yang tak hentinya memberikan dukungan baik doa, moril maupun
materil.
5. Rekan satu tim Azis Priantoro, dan Arief Satriyo Sulistiyanto, yang
senantiasa memberikan dukungan dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
Terima kasih atas kerja sama dan bantuannya.
6. Teman terbaik Rita Aprilia yang selalu memberikan semangat dan doa.
Penulis menyadari bahwa hasil yang dicapai belum sempurna. Oleh
karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi
sempurnanya Tugas Akhir ini. semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi
semua pihak, khususnya bagi rekan-rekan mahasiswa dan umumnya bagi para
pembaca.
Depok, Agustus 2014
v
karena itu, dalam tugas akhir ini dibuat perangkat keras untuk mengukur tekanan udara. Pengukuran tekanan udara didapat dari sensor MPX4115AP . Data pengukuran tersebut diolah oleh mikrokontroler ATMega 328p lalu ditrasmisikan melalui modul Xbee. Tujuan pada pengukuran tekanan udara dan komunikasi Zigbee adalah untuk membuat suatu rancangan alat ukur elektronik yang dapat digunakan untuk mengukur tekanan udara yang ada di daerah sekitar penempatan alat ukur menggunakan komunikasi zigbee 2,4 GHz melalui media wireless sebagai pengganti penggunan kabel. Kinerja dari sistem komunikasi zigbee pada proses transmisi data dijelaskan sebagai berikut, data dari sensor dikirim ke mikrokontroler ATMega328p kemudian diolah, hasil pengolahan dikirim dengan modul Xbee transmitter dan diterima oleh modul receiver selanjutnya dikirim ke netbook melalui port serial dengan kecepatan 115200 bps dan ditampilkan dalam bentuk grafik dan text pada aplikasi labview . Modul Xbee ini mampu berkomunikasi dengan benar pada jarak maksimum 91 meter pada saat kondisi line of sight dan 30 meter pada saat kondisi penerimaan indor. Alat yang dibuat dapat menampilkan nilai hasil pengukuran pada labview dan akan menampilkan satuan tekanan dalam satuan miliBar dan meter.
ABSTRAK... v
DAFTAR ISI... vi
DAFTAR TABEL... ix
DAFTAR GAMBAR... xi
BAB I PENDAHULUAN... 1
1.1 Latar Belakang... 1
1.2 Perumusan Masalah... 2
1.3 Batasan Masalah... 3
1.4 Tujuan... 3
1.5 Metode Penyelesaian Masalah... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 5
2.1 Tekanan Udara... 5
2.1.1 Variasi Tekanan Udara... 5
2.1.2 MPX4115AP... 6
2.2 Sejarah Zigbee Secara Umum... 7
2.2.1 Pengenalan Zigbee... 7
2.2.2 Modul Xbee ... 8
2.2.3 Spesifikasi Xbee... 8
2.2.4 Pin-pin Sinyal... 9
2.2.5 Pengoperasian Xbee... 10
2.2.6 Pengalamatan (Addressing)... 11
2.3 Xbee USB Adapter... 12
2.4 Regulator AZ1117T... 13
2.5 Definisi USB... 14
2.5.1 Antarmuka USB... 15
2.6 Arduino UNO Atmega328p... 16
2.6.1 Bagian-Bagian Papan Arduino... 18
2.6.2 Mikrokontroler ATMega328P... 19
2.6.3 Konfigurasi Pin Atmega328P... 21
BAB III PERENCANAAN DAN REALISASI... 24
3.1 Perancangan Alat dan Program Aplikasi... 24
3.1.1 Nama Sistem... 24
3.1.2 Fungsi Sistem... 24
3.1.3 Cara kerja... 24
3.1 SpesifikasiAlat... 27
3.2.1 Sumber tegangan ... 27
3.2.2 Input sistem ... 28
3.2.3 Output system... 28
3.2.4 Sistem control... 28
3.2.5 Interface... 28
3.2.6 Dimensi Alat... 28
3.2.7 Dimensi Tekanan udara... 28
3.2.8 Dimensi Transmiter... 28
3.2.9 Dimensi Receiver... 28
3.2.10 Spesifikasi computer... 29
3.3 Diagram blok... 29
3.3.1 Blok diagram Tekanan Udara... 29
3.3.2 Rancang Bangun Subsistem... 30
3.3.3 Pembuatan konstruksi mekanik tekanan udara... 31
3.3.4 Prinsip kerja tekanan udara... 31
3.3.5 Flowchart sistem tekanan udara... 32
3.3.6 Perancangan dan Pembuatan PCB... 33
3.3.7 Prinsip kerja rangkaian tekanan udara... 34
3.4 Modul Transmitter ... 34
3.4.1 Prinsip kerja rangkaian modul Transmitter... 36
3.5 Modul Receiver (Xbee USB Adapter)... 38
3.5.1 Pengaturan bagian transmisi Xbee... 40
3.5.2 Flowchart sistem komunikasi Zigbee... 40
3.5.3 Mengkonfigurasikan XBee... 41
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALIS DATA... 44
4.1 Pengujian... 44
4.1.1 Deskripsi Pengujian... 44
4.2 Pengujian AZ1117T pada Modul Trasmitter... 45
4.2.1 Deskripsi Pengujian... 45
4.2.2 Tujuan pengujian... 45
4.2.3 Prosedur pengujian sistem... 45
4.2.4 Langkah Pengujian ... 45
4.2.5 Data hasil pengukuran... 46
4.3.5 Langkah Pengujian ... 58
4.3.6 Data hasil pengukuran... 49
4.3.7 Analisa data hasil pengujian... 50
4.4 Prosedur pengujian sistem tekanan udara... 51
4.4.1 Deskripsi Pengujian... 51
4.4.1.1 Tujuan pengujian ... 51
4.4.1.2 Konfigurasi pengujian... 51
4.4.2 Langkah – langkah pengujian tekanan udara pada alat kalibrasi BMKG... 51 4.4.3 Daftar alat dan bahan pengujian serta mengkalibrasi ... 52
4.4.4 Data Hasil Pengujian Tekanan Udara di BMKG... 54
4.5 Prosedur pengujian ketinggian daerah stasiun... 56
4.5.1 Deskripsi pengujian... 56
4.5.1.1 Tujuan pengujian... 56
4.5.1.2 Konfigurasi pengujian... 56
4.5.2 Langkah-langkah pengujian daerah stasiun... 57
4.5.3 Daftar alat dan bahan pengujian... 57
4.5.4 Data hasil pengujian ketinggian daerah stasiun... 58
4.5.5 Analisa data hasil pengujian tekanan udara dan ketinggian... 58
BAB V PENUTUP... 60
5.1 Simpulan ... 60
5.2 Saran... 61
x
Gambar 2.2 Modul Xbee... 8
Gambar 2.3 Diagram Aliran Data X-Bee ... 10
Gambar 2.4 Contoh Pola Bit Data Serial... 11
Gambar 2.5 Xbee USB Adapter... 13
Gambar 2.6 Bentuk fisik AZ1117T... 13
Gambar 2.7 AZ1117T dalam rangkaian catu daya... 14
Gambar 2.8 Macam type konektor type A dan type B... 15
Gambar 2.9 Arduino UNO Atmega328p... 16
Gambar 2.10 Blok mikrokontroler ATmega328p... 17
Gambar 2.11 Bagian-Bagian Papan Arduino... 18
Gambar 2.12 konfigurasi Pin Atmega 328p... 21
Gambar 3.1 Desain tampak depan... 25
Gambar 3.2 Desain tampak samping... 25
Gambar 3.3 Desain tampak atas... 26
Gambar 3.4 Diagram Blok Sistem... 26
Gambar 3.5 Diagram Blok Tekanan Udara... 29
Gambar 3.6 Desain Rancang Bangun Tekanan Udara... 30
Gambar 3.7 Desain Atas Rancang Bangun Tekanan Udara... 31
Gambar 3.8 Flowchart sistem kerja tekanan udara... 32
Gambar 3.9 Skematik Rangkaian Modul Tekanan Udara... 33
Gambar 3.10 Layout Rangkaian Modul Tekanan Udara... 33
Gambar 3.11 Modul tekanan udara... 34
Gambar 3.12 Skematik Rangkaian Modul Transmitter... 35
Gambar 3.13 Layout Rangkaian ModulTransmitter... 35
Gambar 3.14 Modul Transmitter ... 36
Gambar 3.15 Rangkaian reset... 36
Gambar 3.16 Rangkaian Level Konverter 3,3 V ke 5 V... 37
Gambar 3.17 Rangkaian Level Konverter 5 V ke 3,3 V... 37
Gambar 3.18 Modul Xbee USB Adapter... 38
Gambar 3.19 Skematik Rangkaian Modul Xbee USB Adapter... 39
Gambar 3.20 Skematik Rangkaian Serial RS232... 39
Gambar 3.21 Flowchart sistem kerja Zigbee... 40
x
Gambar 4.2 konfigurasi pengujian Modul Komunikasi Xbee... 47 Gambar 4.3 (a) pengujian komunikasi zigbee (b) Kontrol Panel pada PC di
X-CTU... 49 Gambar 4.4 konfigurasi pengujian Modul Tekanan Udara... 51 Gambar 4.5 (a) Tunnel menaruh alat tekanan angin; (b) Kontrol Panel
BMKG; (c) Kontrol Panel pada PC di X-CTU... 53 Gambar 4.6 Grafik hasil Perbandingan pengujian alat TA dengan alat ukur
Standar ... 56
Gambar 4.7 konfigurasi pengujian Modul ketinggian... 56 Gambar 4.8 (a) papan nama stasiun Univ. Pancasila; (b) Kontrol Panel pada
xi
Tabel 2.3 Konfigurasi Pin-pin Sinyal untuk Modul Xbee... 9
Tabel 2.4 Standar USB 1.x/2.0... 16
Tabel 2.5 USB mini/Micro 1.x/2.0... 16
Tabel 2.6 Keterangan Konfigurasi pin ATMega 328P... 22
Table 3.1 Daftar keterangan diagram blok tekanan udara... 29
Tabel 4.1 Hasil Pengujian AZ1117T pada Modul Transmitter... 46
Tabel 4.2 Peralatan pendukung pengujian komunikasi data Xbee... 47
Tabel 4.3 Konfigurasi Parameter Xbee... 48
Tabel 4.4 Hasil pengujian komunikasi data Xbee pada saat kondisi LOS (Line of Sight)... 49 Tabel 4.5 Hasil pengujian komunikasi data Xbee saat penerima di dalam ruangan (indoor)... 50 Tabel 4.6 Alat dan Bahan Pengujian... 52
Tabel 4.7 Hasil Pengujian tekanan udara di BMKG... 54
Tabel 4.8 Alat dan Bahan Pengujian... 57
Tabel 4.9 Hasil Pengujian ketinggian udara di Stasiun... 58
1
Dunia elektronika mempunyai ikatan kuat dengan perkembangan
teknologi yang ada. Pesatnya kemajuan dalam dunia elektronika adalah bukti
berkembangnya teknologi. Dengan meningkatnya perkembangan teknologi,
maka akan menghadirkan kemudahan– kemudahan bagi manusia. Salah satu faktor penting dalam kehidupan manusia adalah keadaan alam, dimana
beberapa aktivitas alamnya adalah cuaca dan iklim. Cuaca dan iklim adalah
suatu keadaan yang terjadi di permukaan bumi yang dipengaruhi oleh kondisi
udara, yaitu kecepatan angin, arah angin dan tekanan udara. (Robert J. Dan
Roestam Syarief, 2010).
Pengukuran tekanan udara merupakan salah satu upaya untuk
memperoleh informasi kondisi cuaca sebagai data pendukung untuk
memprediksi kondisi udara yang akan datang. Kondisi tekanan udara
mempengaruhi keadaan cuaca lingkungan tersebut. Ada beberapa besaran
fisis yang mempengaruhi kondisi cuaca, diantaranya adalah kecepatan angin,
arah angin dan tekanan udara. Sistem pemantau cuaca yang dilakukan dengan
berbagai metode yang ada, yaitu secara real time dan telemetri. Telemetri
tersebut dapat dikembangkan sehingga pengiriman data-data dapat lebih
fleksibel dalam pengiriman.
Perkembangan teknologi yang pesat sekarang ini menuntut adanya
sebuah efisiensi dalam sebuah proses penyampaian informasi. Dalam hal ini
diperkenalkan sebuah teknologi baru yang dinamakan Zigbee. Zigbee
termasuk dalam standar keluarga IEEE 802.15 bersama Bluetooth (802.15.1)
dan Ultra Wide Band (UWB) dengan kode standar (802.15.3). Zigbee
mempunyai kode standar tersendiri, yaitu IEEE 802.15.4. Dibandingkan
dengan Bluetooth dan UWB, Zigbee memiliki kecepatan komunikasi
maksimal 250 kbps. Jarak maksimal komunikasinya pun pendek
sangat mudah, bentuknya kecil, murah dan membutuhkan daya yang sangat
rendah (low power consumption) dibandingkan dengan Bluetooth dan UWB.
Jika dilihat sepintas, Zigbee hanya memiliki kecepatan komunikasi
250kbps, sementara Bluetooth sanggup melakukan komunikasi dengan
kecepatan maksimal sampai 3Mbps dan terlebih UWB yang memiliki
kecepatan komunkasi 480Mbps. Memang benar, Zigbee tidak mungkin
digunakan untuk komunikasi-komunikasi yang membutuhkan kecepatan
tinggi seperti untuk transmisi multimedia suara, video atau data-data yang
besar. Akan tetapi, di sisi lain manusia justru lebih sering bersentuhan pada
hal-hal yang sifatnya pengontrolan informasi-informasi sensor yang tidak
membutuhkan kecepatan pengiriman data yang tinggi, seperti aplikasi
sensor-sensor yang umumnya digunakan saat ini. Misalnya sensor-sensor arah angin,
kecepatan angin,dan tekanan.
Berdasarkan hal di atas, penulis tertarik untuk mengangkat permasalah
tersebut untuk proyek tugas akhir dengan judul “Rancang bangun sistem monitoring kecepatan angin, arah angin dan tekanan udara berbasis
arduino” dan dalam laporan tugas akhir ini hanya akan dibahas tentang sub
judul“Pengukurantekanan udara dan komunikasi zigbee”.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas, maka permasalahan yang timbul dalam
memonitor tekanan udara menggunakan Zigbee adalah sebagai berikut:
a. Merancang bangun modul tekanan udara, transmitter dan receiver agar
dapat berkomunikasi menggunakan standar zigbee.
b. Pengukuran tekanan udara menggunakan dua buah Zigbee yaitu Zigbee
Transmitter yang berfungsi sebagai pengirim data dan Zigbee Receiver
yang berfungsi sebagai penerima data.
c. Pada Zigbee Transmitter diprogram menggunakan Mikrokontroler
ATMEGA328p.
d. Pada Zigbee Receiver akan diterima data output berupa Tekanan udara
1.3 Batasan Masalah
Dalam penulisan laporan Tugas Akhir ini pembahasan masalah
dibatasi pada:
a. Sensor Tekanan Udara yang digunakan adalah MPX4115AP
b. Mikrokontroler yang digunakan adalah mikrokontroler ATMega328P.
c. Sebagai komunikasi wireless 2,4 GHz digunakan X-Bee.
d. Data sensor dikirimkan ke transmitter melalui mikrokontroler
ATMega328P.
e. Batasan sensor ini mampu mendeteksi tekanan sebesar 150 hPa sampai
dengan 1150 hPa.
f. Sistem melakukan monitoring takanan udara tanpa adanya pengendalian
atau kontrol.
g. Satuan pengukuran takanan udara berupa miliBar dan ketinggian (meter).
h. Pengiriman data berupa takanan udara dari Zigbee Transmitter ke Zigbee
Receiver.
1.4 Tujuan
Tujuan dari pembuatan Rancang Bangun Sistem Monitoring
Kecepatan Angin, Arah Angin dan Tekanan Udara Berbasis Arduino
khususnya pada pengukuran tekanan udara dan komunikasi Zigbee adalah
untuk membuat suatu rancangan alat ukur elektronik yang dapat digunakan
untuk mengukur tekanan udara yang ada di daerah sekitar penempatan alat
ukur menggunakan komunikasi zigbee 2,4 GHz melalui media wireless
sebagai pengganti penggunan kabel.
1.5 Metode Penyelesaian Masalah
Untuk menyelesaikan masalah di atas, dilakukan langkah-langkah
sebagai berikut :
Mempelajari literatur, dokumen, catatan kuliah, katalog, dan mencari
data-data di internet sebagai referensi yang berkaitan dengan
permasalahan.
b. Konsultasi
Berkonsultasi atau berdiskusi dengan dosen pembimbing untuk
mendapatkan solusi / penyelesaian masalah yang tidak atau belum dapat
penulis selesaikan.
c. Perancangan dan Pembuatan Hardware
Perancangan sistem hardware pada sisi transmitter yang dibuat meliputi
perancangan desain layout PCB modul RF (Radio Frequency) X-Bee dan
pembuatan PCB itu sendiri sampai pemasangan komponen dan
perancangan mekanik tekanan udara.
d. Pengujian X-Bee
Pada tahap ini dilakukan pengujian terhadap modul X-Bee yang telah
dibuat dengan cara mengkonfigurasi chip Bee melalui software
X-CTU atau hyperterminal.
e. Pemrograman Mikrokontroler ATmega328p
Pada tahap ini mikrokontroler Atmega328p diprogram agar dapat
berkomunikasi dengan modul RF X-Bee pada sisi transmitter dalam
menyampaikan data sensor.
f. Pengujian Transmisi Data
Pengujian pengiriman data yang diperoleh sensor agar dapat mengetahui
kinerja transmitter pada saat proses transmisi data dan menghimpun,
mengolah, dan menganalisis data yang diperoleh dari pengujian.
g. Pembuatan Laporan
5
Tekanan udara adalah suatu gaya yang timbul akibat berat dari lapisan
udara atau merupakan tenaga yang bekerja untuk menggerakkan massa udara
dalam setiap satuan luas tertentu. Satuan tekanan udara adalah milibar (mb).
2.2.1. Variasi Tekanan Udara
Tekanan udara dibatasi oleh ruang dan waktu. Artinya pada tempat
dan waktu yang berbeda, besarnya juga berbeda. Tekanan udara secara
vertikal yaitu makin ke atas semakin menurun. Hal ini dipengaruhi oleh:
Komposisi gas penyusunnya makin ke atas makin berkurang.
Sifat udara yang dapat dimampatkan, kekuatan gravitasi makin ke atas
makin lemah.
Adanya variasi suhu secara vertikal di atas troposfer (>32 km) sehingga
makin tinggi tempat suhu makin naik.
Tekanan udara secara horizontal yaitu variasi tekanan udara
dipengaruhi suhu udara, bahwa daerah yang suhu udaranya tinggi akan
bertekanan rendah dan daerah yang bersuhu udara rendah tekanannya tinggi.
Pola penyebaran tekanan udara horizontal dipengaruhi: Lintang tempat,
Penyebaran daratan dan lautan, Pergeseran posisi matahari tahunan.
Tekanan udara normal adalah tekanan kolom udara setinggi lapisan
atmosfer bumi pada garis lintang 450 dan suhu 00C. besarnya tekanan udara
tersebut dinyatakan sebagai 1 atm. Tekanan sebesar 1 atm ini setara dengan
tekanan yang diberikan oleh kolom air raksa setinggi 760 mm. satuan tekanan
selain dengan atm atau mmHg juga dapat dan sering dinyatakan dalam satuan
kg/m2. Konversi antara satuan tekanan udara tersebut adalah sebagai berikut 1
atm = 760 mmHg = 14,7 Psi = 1,013 mbar.
Alat untuk mengukur tekanan udara disebut barometer. Tekanan udara
Hubungan antara tekanan udara dengan ketinggian dapat dilihat pada
persamaan laplace sebagai berikut :
H = k(1+¥t)log(β 0/β h)
H= (18.400 + 6,7528 t) log (101,325 kPa/Hasil Pengukuran Sensor)
H= (18501,292) log(101,325/x) 0,0063
Keterangan :
H = ketinggian tempat
k = konstanta (18.400)
¥ = koefisien pemuaian udara (0,000367)
t = suhu rata–rata antara permukaan laut sampai pada ketinggian h
β 0 = tekanan udara pada permukaan laut
β h= tekanan udara pada permukaan ketinggian h
Hubungan antara tekanan udara dengan ketinggian tempat itu
dimanfaatkan dalam merancang alat untuk pengukuran ketinggian tempat
yang disebut altimeter. Tekanan udara dipengaruhi oleh suhu.
Kepadatan udara tidak sepadat tanah dan air. Namun udara pun
mempunyai berat dan tekanan. Berat atau kecilnya tekanan udara, dapat
diukur dengan menggunakan barometer. Orang yang pertama kali mengukur
tekanan udara adalah Torri Celli (1643). Alat yang digunakan adalah
barometer raksa.
2.1.2 MPX4115AP
Tabel 2.1 Spesifikasi MPX4115AP Spesifikasi MPX4115AP
Tekanan Type Absolut
Tekanan operasi 15 kpa–115 kpa
Port Ukuran Laki-laki, 0.194 "(4.9276mm) Tabung Keluaran 0,2 V ~ 4,8 V
Ketepatan ± 1,5% FSS Tegangan - Pasokan 4.85 V ~ 5,35 V
Pemutusan Style PCB
Suhu Operasional -40 ° C ~ 125 ° C Paket / Case Modul 6-SIP Pengaturan Pabrik
-2.1 Sejarah Zigbee Secara Umum 2.1.1 Pengenalan Zigbee
Zigbee merupakan padanan dari kata Zig, yang berarti gerakan
zig-zag, dan Bee, yang berarti lebah madu. Hal ini dikarenakan Zigbee memiliki
sifat komunikasi yang mirip dengan lebah madu, yakni melakukan
gerakan-gerakan tidak menentu dalam menyampaikan informasi dari lebah madu
yang satu kepada lebah madu yang lainnya (Nico J.M, 2009).
Zigbee adalah spesifikasi untuk jaringan protokol komunikasi
tingkat tinggi, menggunakan radio digital berukuran kecil dengan daya
rendah, dan berbasis pada standar IEEE 802.15.4-2003 untuk jaringan
personal nirkabel tingkat rendah, seperti saklar lampu nirkabel dengan
lampu, alat pengukur listrik dengan inovasi In-Home Display (IHD), serta
perangkat-perangkat elektronik konsumen lainnya yang menggunakan
jaringan radio jarak dekat dengan daya transfer data tingkat rendah (Frans
Ferdinand, 2009).
Teknologi yang memenuhi spesifikasi dari Zigbee dikarenakan
perangkat ini pengoperasiannya yang mudah, sederhana, membutuhkan
daya sangat rendah serta biaya yang murah jika dibandingkan dengan
WPANs lainnya, yakni Bluetooth. Zigbee fokus pada aplikasi Radio
Frequency (RF) yang membutuhkan data tingkat rendah, baterai tahan lama,
Hubungan antara IEEE 802.15.4 dengan Zigbee adalah serupa
dengan antara IEEE 802.11 dengan aliansi Wi-Fi. Zigbee 1.0 telah disahkan
pada tanggal 14 Desember 2004 dan telah tersedia untuk para anggota dari
ZigBee. Tiga tahun setelah itu, hadir Zigbee 2007 yang diposting tepatnya
pada tanggal 30 Desember 2007. Profil Aplikasi Zigbee yang pertama, yakni
home-automation, diperkenalkan pada tanggal 2 November 2007.
Sebagaimana telah diberlakukan oleh NIST, spesifikasi Smart Energy
Profile 2.0 akan menghapus ketergantungannya dengan IEEE 802.15.4.
2.1.2 Modul Xbee
.
Gambar 2.2 Modul Xbee
2.1.3 Spesifikasi Xbee
Tabel 2.2 Spesifikasi Xbee
Specification Xbee
Performance
Indoor/Urban Range Up to 100 ft (30 m) Outdoor RF line-of-sight range Up to 300 ft (100 m) Transmit Power Output 1mW (0 dBm)
RF data rate 250,000 bps
Interface data rate 1200–115200 bps
Receiver sensitivity -92 bBm (1% packet error rate) Power Requirements
Supply Voltage 2.8-3.4V
2.1.4 Pin-pin Sinyal
Xbee juga memiliki pin-pin yang berfungsi untuk menghubungkan
fungsi yang satu ke fungsi lainnya. Konfigurasi pin-pin sinyal tersebut dapat
dilihat pada tabel 2.3 dibawah ini.
Tabel 2.3 Konfigurasi Pin-pin Sinyal untuk Modul Xbee
in
# Name Direction Description
1 VCC - Power supply
2 DOUT Output UART Data Out
3 DIN / CONFIG Input UART Data in
4 CD*/DOUT_EN*/DO8* Output Carrer detect, TX_enable or digital Output 8
5 RESET Input Modul reset
6 PWMO/RSSI Output PWM output 0 or RX
signal Strength indicator
7 (reserved) - Do not connect
8 (reserved) - Do not connect
9 DTR/SLEEP_RQ/DI8 Input Pin sleep control line or digital input 8
10 GND - Ground
11 RF_TX*/AD4*/DIO4* Either Transmission indication, Analog input 4 or digital i/o 4
12 CTS*/DIO7* Either Clear-or send flow control or digital i/o 5
13 ON/SLEEP Output Modul status indicator
14 VREF Input Voltage reference for A/D
input
15 Associate/AD5*/DIO6* Either Associated indicator,
Receive Current 50 mA (@3.3 V)
Power-down current < 10 µA General
Operting Frequency ISM 2.4 GHz
Dimensions 0.960* X 1.087* (2.438cm x
2.761cm) Operating Temperature -40 to 85®c Networking & Security
Supported Network Topologies
Point-to-point, point-to-Multipoint
analog input 5 or digital i/o 5
16 RTS*/AD6*/DIO6* Either Request-to-send flow
control, analog input 6 or digital i/o 6
17 COORD_SEL*AD3*/DIO3* Either Analog input 3 or Digital I/O 3 or coordinator select 18 AD2*/DIO2* Either Analog input 2 or Digital
I/O 2
19 AD1*/DIO* Either Analog input 1 or Digital I/O 1
20 AD0*/DIO0* Either Analog input 0 or Digital I/O 0
2.1.5 Pengoperasian X-Bee
Modul XBee dapat dihubungkan dengan perangkat lain melalui port serial asinkron. Melalui port serial ini, modul XBee dapat berkomunikasi dengan logika dan tegangan yang kompatibel dengan UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) atau device serial, seperti RS-232/485/422 atau USB. Device yang mempunyai UART interface dapat langsung dihubungkan secara langsung dengan pin-pin modul XBee seperti di tunjukkan gambar 2.5.
Gambar 2.3 Diagram Aliran Data X-Bee
Data diterima oleh modul XBee melalui pin DIN (pin 3) sebagai
sinyal serial asinkron. Setiap byte data terdiri dari satu bit start (low), 8 bit
data (dengan LSB terlebih dahulu), dan satu bit stop (high). Contoh format
Gambar 2.4 Contoh Pola Bit Data Serial
2.1.6 Pengalamatan (Addressing)
Pengalamatan digunakan untuk membedakan antara XBee satu
dengan lainnya dan mencegah duplikasi paket data. Setiap modul Xbee
mempunyai source address (alamat asal) agar dapat mencegah pesan
non-duplikat dianggap sebagai pesan non-duplikat. X-Bee mempunyai dua bentuk
dasar pengalamatan, yaitu Broadcast dan Unicast. Pesan Broadcast adalah
sebuah pesan yang akan diterima oleh semua modul yang mempunyai
alamat PAN ID (Personal Area Network) yang sama. Pesan broadcast
dikirim hanya sekali dan tidak diulang, sehingga tidak ada jaminan bahwa
node-node yang dikirimi akan menerima pesan tersebut. Agar X-Bee bisa
mengirim pesan broadcast, set DH=0x0 dan DL=0xFFFF. Dengan settingan
tersebut, semua modul XBee yang berada dalam jangkauan jaringan akan
menerima pesan.
Pesan unicast merupakan metode yang lebih handal dalam
pengiriman data. Pesan unicast dikirim dari satu modul ke modul yang lain
berdasarkan pengalamatan modul-modul tersebut. Jika pesan diterima
dengan baik, Xbee penerima akan mengirim balik sebuah ACK
(acknowlegdement). Jika Xbee pengirim tidak menerima ACK, XBee
pengirim akan mengirim ulang data tersebut (maksimal 3 kali) sampai ACK
diterima. Hal ini akan meningkatkan kemungkinan pengiriman data sampai
Ada 2 metode pengiriman data pada pesan unicast, yaitu
menggunakan pengalamatan 16 bit dan pengalamatan 64 bit. Satu atau
kedua metode tersebut dapat digunakan untuk mengkomunikasikan X-Bee,
akan tetapi pengalamatan 16 bit bisa di-disable sedangkan pengalamatan 64
bit tidak bisa di-disable. Pengalamatan 16 bit lebih cocok digunakan untuk
jaringan yang kecil atau jaringan yang mempunyai jumlah node yang tetap.
Pengalamatan 16 bit menggunakan 16 bit bilangan heksa untuk menentukan
source address atau destination address dari setiap modul X-Bee. Ketika
membangun suatu jaringan, setiap modul X-Bee harus mempunyai source
address yang unik. Parameter MY (secara default di-set 0, maka ketika
menggunakan pengalamatan 16 bit, nilai tersebut harus diubah menjadi
alamat yang unik karena menggunakan pengalamatan 16 bit, maka jaringan
akan mempunyai 216 atau 65536 alamat unik. Pada pengalamatan 16 bit,
destination address (DL) X-Bee pengirim harus sesuai dengan source
address (MY) dari X-Bee penerima, sedangkan parameter DH harus di-set
0.
Pengalamatan 64 bit cocok digunakan untuk jaringan yang besar dan
openended dimana modul X-Bee dapat ditambahkan sewaktu-waktu.
Pengalamatan 64 bit mempunyai 264 atau 18,45 x 1018 alamat unik. Nilai
source address dapat ditentukan dengan membaca nilai SH dan SL dari
setiap modul XBee, agar dapat mengirim data ke modul X-Bee tertentu.
Nilai DH dan DL dari X-Bee pengirim harus di-set menjadi nilai SH dan SL
dari Xbee penerima (DH=SH dan DL=SL). Sementara itu, MY harus di-set
0xFFFF atau FFFE.
2.3 Xbee USB Adapter
Xbee USB adapter dirancang untuk parameter konfigurasi modul
XBee untuk memfasilitasi dengan mudah terhubung ke PC melalui kabel
USB yang diberikan. Adapter memungkinkan PC untuk mengkonfigurasi
XBee / Bluetooth modul dan controller / pengembangan board untuk
program melalui modul nirkabel controller, atau melakukan transmisi data
real-time nirkabel dengan pengaturan dukungan perangkat lunak X-CTU.
Adapter menggunakan FTDI232 USB-UART converter chip untuk
memastikan transmisi data yang stabil dan dapat digunakan sebagai adapter
USB-TTL.
Gambar 2.5 Xbee USB Adapter
2.4 Regulator AZ1117T
AZ1117T merupakan regulator tegangan 3 pin yang memiliki akurasi
tegangan output sebesar ±2%. IC regulator ini menyediakan tegangan output
+3.3V dan mampu menyediakan arus sebesar 1A dengan batasan tegangan
input sampai 12V.
Gambar 2.7 AZ1117T dalam rangkaian catu daya
Gambar 2.8 adalah bentuk fisik dari IC Regulator AZ1117T. Pada rangkaian
catu daya AZ1117T terpasang seri seperti pada gambar 2.9 untuk menjaga
stabilitas dan mencegah terjadinya osilasi maka ditambahkan kapasitor sebesar
1μ F pada sisi input dan 10μ F pada sisi output. AZ1117T sering digunakan sebagai regulator tegangan untuk CD-ROM Drivers, LAN Cards,
Mikroprosessor dan sistem komunikasi wireless.
2.5 Definisi USB
Universal Serial Bus (USB) adalah standar bus serial yang berfungsi
sebagai perangkat penghubung, biasanya kepada komputer namun juga
digunakan di peralatan lainnya seperti konsol permainan dan ponsel. Sistem
USB mempunyai desain asimetris, yang terdiri dari pengontrol host dan
beberapa peralatan terhubung yang berbentuk pohon dengan menggunakan
peralatan hub yang khusus. Desain USB ditujukan untuk menghilangkan
perlunya penambahan expansion card ke ISA komputer atau bus PCI dan
memperbaiki kemampuan plug-and-play dengan memperbolehkan
peralatan-peralatan ditukar atau ditambah ke sistem tanpa perlu mereboot komputer.
USB yang diproduksi sekarang ini dibagi menjadi tiga berdasarkan tahun
pembuatannya yaitu:
1. USB 1.0 (1996) dan 1.1 (1998)
- Kecepatan rendah berada pada 1,5 Mbits/sec
- Kecepatan penuh berada pada 12Mbits/sec
2. USB 2.0 (2000)
- “Hi-speed” dengan kecepatan 480 Mbits/sec
3. USB 3.0 (2008)
- Secara teori, kecepatan maksimum 5 Gbits/sec
2.5.1 Antarmuka USB
Konektor USB hanya ada 2 macam, yakni konektor type A dan
konektor type B. Konektor type A dipakai untuk menghubungkan kabel
USB ke terminal USB yang ada pada komputer, sedangkan konektor type
B dipakai untuk menghubungkan kabel USB ke terminal USB yang ada
pada peralatan. Dalam acuan baku ditentukan persyaratan yang sangat
ketat untuk kabel USB, tidak sembarang kabel bisa dipakai, terlebih untuk
USB dengan kecepatan transfer data penuh sampai 12Mbits/sec. Sehingga
kabel USB selalu dijual dalam bentuk sudah jadi, ujung yang satu
terpasang konektor type A dan ujung satunya terpasang konektor type B.
Terminal USB pada komputer dinamakan sebagai root hub.
Tabel 2.4 Standar USB 1.x/2.0
Pin Name Cable color Description
1 VBUS Red + 5 V
2 D- White Data
-3 D+ Green Data +
4 GND Black Ground
Tabel 2.5 USB mini/Micro 1.x/2.0
Pin Name Cable color Description
1 VBUS Red + 5 V
2 D- White Data
-3 D+ Green Data +
4 ID None Permit distinction of host
connection from slave connection
5 GND Black Signal Ground
2.6 Arduino UNO Atmega328p
Gambar 2.9 Arduino UNO Atmega328p
Arduino UNO (“2010”) adalah papan mikrokontroler berbasis
ATMega168 atau ATMega328p. Arduino UNO ini memiliki 14 pin digital
input / output (6 diantaranya dapat digunakan sebagai output PWM), 6 pin
analog input, crystal oscillator 16 MHz, koneksi USB, power jack, ICSP
mikrokontroler; mudah dikoneksikan dengan komputer menggunakan kabel
USB; menggunakan AC-to-DC adapter / baterai sebagai sumber tegangan.
Skema Arduino UNO ATMega328p didasarkan pada diagram blok
dari ATMega328p. Komponen utama di dalam papan Arduino adalah sebuah
mikrokontroler 8 bit dengan merk ATMega yang dibuat oleh perusahaan
Atmel Coorporation.
Untuk memberikan gambaran mengenai apa saja yang terdapat di
dalam sebuah mikrokontroler, pada gambar berikut diperlihatkan contoh
diagram blok sederhana dari mikrokontroler ATMega328p.
Blok-blok diatas dijelaskan sebagai berikut:
o Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART) adalah antar muka yang digunakan untuk komunikasi serial pada RS-232, RS-422 dan RS-485.
o 2KB RAM pada memory kerja bersifat volatile (hilang saat daya dimatikan), digunakan oleh variable-variable didalam program.
o 32KB RAM flash memory bersifat non-volatile, digunakan untuk menyimpan program yang dimuat dari komputer. Selain program, flash
memory juga menyimpan bootloader.
o Bootloader adalah program inisiasi yang ukurannya kecil, dijalankan oleh CPU saat daya dihidupan. Setelah bootloader selesai dijalankan, berikutnya
program didalam RAM akan di ekseskusi. Gambar2
Gambar 2.10 Blok mikrokontroler ATmega328p UART (antar muka serial)
o 1KB EEPROM bersifat non-volatile, digunakan untuk menyimpan data yang tidak boleh hilang saat daya dimatikan. Tidak digunakan pada papan
arduino.
o Central processing unit (CPU), bagian dari microcontroller untuk menjalankan setiap instruksi dari program.
o Port input/output, pin-pin untuk menerima data (input) digital atau analog dan mengeluarkan data (output) digital atau analog.
2.6.1 Bagian-Bagian Papan Arduino
Gambar 2.11 Bagian-Bagian Papan Arduino
Bagian-bagian Arduino dapat dijelaskan sebagai berikut:
• 14 Pin Input/Ouput Digital (0-13) : Berfungsi sebagai input atau output, dapat diatur oleh program. Khusus untuk 6 buath pin 3, 5, 6, 9, 10 dan
11, dapat juga berfungsi sebagai pin analog output dimana tegangan
outputnya dapat diatur. Nilai sebuat pin output analog dapat diprogram
antara 0-255, dimana hal itu mewakili nilai tegangan 0-5V.
• Universal Serial Bus (USB) Berfungsi untuk:
Memuat program dari komputer ke dalam papan Arduino. Komunikasi serial antara papan dengan komputer.
• Sambungan SV1 : Sambungan atau jumper untuk memilih sumber daya papan Arduino, apakah dari sumber eksternal atau menggunakan USB.
Sambungan ini tidak diperlukan lagi pada papan Arduino versi
Duemilanove karena pemilihan sumber daya eksternal atau USB
dilakukan secara otomatis.
• Q1 – Kristal (quartz crystal oscilator) : Jika mikrokontroler dianggap sebagai sebuah otak, maka kristal adalah jantungnya karena komponen
ini menghasilkan detak-detak yang dikirim kepada mikrokontroler agar
melakukan sebuah operasi untuk setiap detaknya. Kristal ini dipilih yang
memiliki detak (frekuensi) sebanyak 16 juta kali per detik (16MHz).
• S1–Tombol Reset : Untuk mereset papan sehingga program akan mulai lagi dari awal. Tombol reset ini bukan untuk menghapus program atau
mengosongkan mikrokontroler.
• In-Circuit Serial Programming (ICSP) : Port ICSP memungkinkan pengguna untuk memprogram mikrokontroler secara langsung tanpa
melalui bootloader. Umumnya pengguna Arduino tidak melakukan ini
sehingga ICSP tidak terlalu dipakai walaupun disediakan.
• IC1– Mikrokontroller ATMega : Komponen utama dari papan Arduino, di dalamnya terdapat CPU, ROM dan RAM.
• X1–Sumber Daya Eksternal : Jika hendak disuplai dengan sumber daya eksternal, papan Arduino dapat diberikan tegangan DC antara 9-12V.
• 6 Pin Input Analog (0-5) : Pin ini sangat berguna untuk membaca tegangan yang dihasilkan oleh sensor suhu. Program dapat membaca
nilai sebuah pin input antara 0-1023, dimana hal itu mewakili tegangan
0-5V.
2.6.2 Mikrokontroler ATMega328P
Komponen utama yang digunakan sebagai otak pada papan Arduino
Duemilanove adalah mikrokontroler ATMega328P. Mikrokontroler
ATMega328P adalah mikrokontroller produksi dari atmel yang mempunyai
Mikrokontroller ATMega328P memiliki fitur antara lain:
• Memiliki peforma tinggi serta merupakan AVR (Alf and Vegard’s Risc Processor) 8-bit berdaya rendah.
• Memiliki 131 macam instruksi yang hampir keseluruhan dapat dieksekusi dalam satu siklus clock.
• Memiliki 32x8-bit register serba guna.
• Memiliki 32KB flash memory bersifat non-volatile yang digunakan untuk menyimpan program dan bootloader.
• Memiliki 1KB EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebagai tempat penyimpanan data semipermanen yang
tetap tersimpan meski catu daya dimatikan.
• Memiliki 2KB SRAM (Static Random Access memory).
• Memiliki Serial USART (Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter) yang dapat diprogram sehingga ATMega328 dapat
berkomunikasi dengan komputer menggunakan port serial dari komputer
seperti RS-232.
• Memiliki SPI (Serial Peripheral Interface) sehingga memungkinkan untuk pertukaran data antar dua perangkat, dimana yang satu biasa disebut
Master sedangkan yang satu lagi disebut Slave.
Mikrokontroler ATMega328P merupakan mikrokontroler CMOS
(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 8-bit berdaya rendah berbasis
AVR dengan peningkatan arsitektur RISC. AVR menggunakan aritektur
Harvard yang berguna untuk memisahkan antara memori kode program
dengan memori data sehingga dapat memaksimalkan kerja dan sistem paralel.
Instruksi-instruksi dalam memori program dieksekusi dalam satu alur tunggal,
dimana pada saat satu instruksi dikerjakan instruksi berikutnya sudah diambil
dari memori program. Memori program tersebut berada pada dalam sistem
flash memory yang dapat di program (In-System Reprogrammable Flash
Memory). Konsep inilah yang memungkinkan instuksi-instruksi dapat
File register dengan akses cepat memiliki 32x8-bit register serbaguna
dengan 1 siklus kerja yang memungkinkan operasi ALU (Arithmetic Logic
Unit). Dalam operasi ALU yang khusus, dua operand merupakan output dari
file register dimana operasi yang dieksekusi dan hasil dari proses eksekusi
tadi dikembalikan dalam file register dalam 1 siklus kerja.
Enam dari register serbaguna diatas dapat digunakan sebagai tiga
buah register pointer 16-bit pada mode pengalamatan tidak langsung untuk
mengambil data pada ruang memori data. Ketiga register pointer 16-bit ini
disebut dengan register X (R26-R27), register Y(R28-R29) dan register Z
(R30-R31). Hampir seluruh instruksi AVR memiliki format 16-bit.
Selain register serbaguna, terdapat register lain yang disebut register
I/O dengan lebar 64-bit. Register I/O digunakan sebagai Control Registers,
SPI, dan fungsi I/O lainnya. I/O register dapat diakses secara langsung atau
sebagai Data Space mengikuti alamat 0x20-0x5F pada file register.
2.6.3 Konfigurasi Pin Atmega328P
Tabel 2.6 Keterangan Konfigurasi pin ATMega 328P
Pin Keterangan
VCC (pin 7) Sebagai pin input positif (+) catu daya GND (pin 8 & 22) Sebagai pin Ground.
AREF (pin 21) Sebagai pin input tegangan referensi. AVCC (pin 20) Sebagai pin input tegangan untuk ADC. PB0-5 (pin 14–19)
PB6-7(pin 9–10)
Sebagai pin untuk SS, SCK, ICP, CLKO, TOSC1-2, XTAL1-2, PCINT1-2, MISO-MOSI, OC1A-B dan PCINT0-7.
PC0-5 (pin 23–28) PC6 (pin 1)
Sebagai pin untuk SCL, SDC, RESET, ADC0-5 dan PCINT8-14.
PD0-4 (pin 2–6) PD5-7 (pin 11-13)
Sebagai pin untuk XCK, T0-1, AIN0-1,
OC0A-B, OC2OC0A-B, INT0-1, RXD-TXD, PCINT16-23.
Port B merupakan jalur data 8 bit yang dapat difungsikan
sebagai input/output. Selain itu PORTB juga dapat memiliki fungsi
alternatif seperti di bawah ini.
a. ICP1 (PB0), berfungsi sebagai TimerCounter 1 input capture pin.
b. OC1A (PB1), OC1B (PB2) dan OC2 (PB3) dapat difungsikan
sebagai keluaran PWM (Pulse Width Modulation).
c. MOSI (PB3), MISO (PB4), SCK (PB5), SS (PB2) merupakan jalur
komunikasi SPI. Selain itu pin ini juga berfungsi sebagai jalur
pemograman serial (ISP).
d. TOSC1 (PB6) dan TOSC2 (PB7) dapat difungsikan sebagai
sumber clock external untuk timer.
e. XTAL1 (PB6) dan XTAL2 (PB7) merupakan sumber clock utama
mikrokontroler.
Port C merupakan jalur data 7 bit yang dapat difungsikan sebagai
input/output digital. Fungsi alternatif PORTC antara lain sebagai berikut.
a. ADC6 channel (PC0,PC1,PC2,PC3,PC4,PC5) dengan
input yang berupa tegangan analog menjadi data digital.
b. I2C (SDA dan SDL) merupakan salah satu fitur yang terdapat
pada PORTC. I2C digunakan untuk komunikasi dengan sensor
atau device lain yang memiliki komunikasi data tipe I2C seperti
sensor kompas, accelerometer nunchuck.
Port D merupakan jalur data 8 bit yang masing-masing pin-nya
juga dapat difungsikan sebagai input/output. Sama seperti Port B dan
Port C, Port D juga memiliki fungsi alternatif dibawah ini.
a. USART (TXD dan RXD) merupakan jalur data komunikasi
serial dengan level sinyal TTL. Pin TXD berfungsi untuk
mengirimkan data serial, sedangkan RXD kebalikannya yaitu
sebagai pin yang berfungsi untuk menerima data serial.
b. Interrupt (INT0 dan INT1) merupakan pin dengan fungsi
khusus sebagai interupsi hardware. Interupsi biasanya digunakan
sebagai selaan dari program, misalkan pada saat program berjalan
kemudian terjadi interupsi hardware/software maka program
utama akan berhenti dan akan menjalankan program interupsi.
c. XCK dapat difungsikan sebagai sumber clock external untuk
USART, namun kita juga dapat memanfaatkan clock dari CPU,
sehingga tidak perlu membutuhkan external clock.
d. T0 dan T1 berfungsi sebagai masukan counter external untuk
timer 1 dan timer 0.
e. AIN0 dan AIN1 keduanya merupakan masukan input untuk analog
24 3.1 Perancangan Alat dan Program Aplikasi
3.1.1 Nama Sistem : Rancang Bangun Sistem Monitoring Kecepatan Angin, Arah Angin dan
Tekanan Udara Berbasis Arduino.
3.1.2 Fungsi Sistem : Alat ini berfungsi untuk mengukur dan menampilkan keadaan perubahan cuaca
dengan parameter kecepatan angin, arah
angin dan tekanan udara.
3.1.3 Cara kerja : Dalam sistem ini, sensor dari masing-masing parameter yaitu tekanan udara
dengan sensor MPX4115AP, arah angin
dan kecepatan angin dengan sensor
photodioda mendeteksi perubahan keadaan
cuaca, kemudian sinyal tegangan dalam
bentuk digital yang telah didapat diproses
oleh Arduino UNO dengan mikrokontrol
berupa ATMega328p yang memproses
sinyal digital tersebut kemudian
ditransmisikan menggunakan media
komunikasi zigbee. Data yang diterima
ditampilkan di PC dengan menggunakan
aplikasi LabVIEW yang akan
3.1.4 Desain sistem a. Tampak depan :
Gambar 3.1 Desain tampak depan
b. Tampak samping :
c . Tampak atas :
Gambar 3.3 Desain tampak atas
3.1.5 Konfigurasi Sistem
Kecepatan Angin (Sensor Photodioda )
Arah Angin (Sensor Photodioda )
Tekanan Udara (Sensor MPX 4115AP)
Arduino Uno
Konverter level tegangan xbee
Komputer sebagai media
penampil
Xbee Penerima Xbee Pengirim
Konverter level tegangan komputer
USB to Serial Converter
Gambar 3.4 Diagram Blok Sistem
“Pengukuran Tekanan Udara dan Komunikasi Zigbee“.
3.1.6 Nama Subsistem : Pengukuran Tekanan Udara dan Komunikasi Zigbee.
3.1.7 Fungsi Subsistem : Mengukur dan menentukan nilai tekanan udara menggunakan mikrokontroller
ATmega 328p dan mengirimkan data
secara wireless dengan menggunakan
protokol zigbee untuk dikirim ke
komputer melalui port serial.
3.1.8 Rancang Bangun : Membuat alat untuk mengukur besaran tekanan udara menggunakan sensor
MPX4115AP dan mengirim data secara
wireless menggunakan zigbee.
3.1.9 Realisasi Program : Aplikasi
Dalam merealisasikan rancang bangun
alat tekanan udara dan zigbee, maka
langkah pertama adalah membuat suatu
rancangan sebagai acuan dasar dalam
pembuatan alat. Pada perancangan
dilakukan desain rangkaian elektrik
maupun mekanik dan pemilihan
komponen serta melakukan perhitungan
sehingga dapat berkerja dengan baik
sesuai dengan spesifikasi yang
diharapkan.
3.2 Spesifikasi Alat
3.2.1 Sumber tegangan
a. Komputer : 220V AC, 60Hz
b. Minimum Sistem : +5V DC
c. Sensor : +5V DC
3.2.2 Input sistem
a. Tekanan udara : Sensor MPX4115AP
b. Kecepatan angin : Sensor Photodiode
c. Arah angin : Sensor Photodiode
3.2.3 Output sistem : Data cuaca (tekanan udara, arah angin dan kecepatan angin)
di monitoring pada komputer.
3.2.4 Sistem kontrol : Arduino UNO Atmega 328P 3.2.5 Interface : Komunikasi Zigbee
3.2.6 Dimensi Alat
a. Panjang : 15 cm
b. Lebar : 80 cm
c. Tinggi : 180 cm
d. Berat : 10 Kg
3.2.7 Dimensi Tekanan udara
3.2.10 Spesifikasi komputer
a. Processor : Intel Pentiun 4
b. RAM : 1 GB
c. Operating Sistem : Windows XP/Vista/Windows 7/8
d. Free Space Hardisk : 80 GB
3.3 Diagram blok
Blok diagram rangkaian merupakan salah satu bagian terpenting
dalam perancangan suatu alat, karena dari blok rangkaian ini dapat
diketahui cara kerja rangkaian keseluruhan. Sehingga blok diagram
rangkaian tersebut akan menghasilkan sistem yang dapat difungsikan
atau dapat bekerja sesuai perancangan.
3.3.1 Blok diagram Tekanan Udara
Untuk Blok diagram Tekanan Udara menggunakan sensor
MPX115AP dan mikrokontroler ATmega 328P
Gambar 3.5 Diagram Blok Tekanan Udara
Table 3.1 Daftar keterangan diagram blok tekanan udara
Blok Keterangan
o Sensor Tekanan udara (MPX4115AP)
o Mengubah fenomena tekanan udara menjadi sinyal elektronik.
(UNO328p) mikrokontroller yang telah diprogram
sehingga mengeluarkan output sesuai yang
terdeteksi oleh sensor.
o Modul arduino to PC o Sebagai antarmuka antara mikrokontroller dengan PC menggunakan USB.
o Zigbee Transmitter (Tx)
o berfungsi sebagai wireless pengirim data ke receiver. Di dalam Tx terdapat LD1117T
yang berfungsi sebagai peregulator tegangan
agar mendapat tegangan 3,3 V.
o Zigbee Receiver (Rx) o berfungsi penerima data yang akan dideteksi melalui software X-CTU. Di sinilah jenis dan
model Zigbee akan terbaca. Jika sudah
terbaca, maka data akan melakukan
komunikasi serial.
o Personal computer o Sebagai monitoring tekanan udara.
3.3.2 Rancang Bangun Subsistem
Rancang Desain mekanik Tekanan udara
Gambar 3.7 Desain Atas Rancang Bangun Tekanan Udara
3.3.3 Pembuatan konstruksi mekanik tekanan udara
Pembuatan bagian mekanik terdiri dari : pembuatan alas, poros
untuk udara,dan piringan.
3.3.4 Prinsip kerja tekanan udara
Prinsip kerja dari rangkaian sensor tekanan udara yaitu pada
saat angin memasuki susunan piringan yang didalamnya terdapat
sensor MPX4115AP. Kemudian sensor akan mendeteksi perubahan
gejala fisis (tekanan udara) berupa data analog sehingga harus
diumpankan terlebih dahulu ke ADC microkontroler agar menjadi
bentuk digital.
Dengan demikian akan bisa didapatkan hasil output sensor dari
alat tekanan udara dengan melakukan perbandingan dengan alat
3.3.5 Flowchart sistem tekanan udara
3.3.6 Perancangan dan Pembuatan PCB
Rangkaian tekanan udara pada sensor MPX4115AP
Gambar 3.9 Skematik Rangkaian Modul Tekanan Udara
Gambar 3.11 Modul tekanan udara
3.3.7 Prinsip kerja rangkaian Tekanan Udara
Pada perancangan skematik rangkaian tekanan udara ini disebut
sebagai rangkaian decoupling. Pada sensor MPX4115AP yang
digunakan pada rangkaian diatas menggunakan 3 pin diantaranya pin 1
untuk VCC, pin 2 untuk Ground dan pin 3 untuk output. Pin 1 diberikan
tegangan 5V DC kemudian Output sensor diteruskan ke
mikrokontroler untuk di proses.
3.4 Modul Transmitter
Fungsi : Sebagai transmitter untuk mengirimkan data pengukuran.
Spesifikasi :
1. Fungsional
1. Dapat berfungsi sebagai level konverter .
2. Dapat memberikan indikator ketika Xbee sedang mengirim data.
3. Dapat berkomunikasi dengan mikrokontroler Atmega 328P.
4. Dapat mentransmisikan data ke Xbee USB Adapter.
2. Elektronik
1. Vin : 5 VDC (AZ1117T)
Skematik dari rangkaian Transmitter dapat dilihat pada gambar 3.12
IC AZ1117 T
IC AZ1117 T
IC AZ1117 T
Gambar 3.12 Skematik Rangkaian Modul Transmitter
Gambar 3.14 Modul Transmitter
3.4.1 Prinsip kerja rangkaian modul Transmitter
Pada perancangan ini Xbee disebut sebagai Transmitter dan
hanya 6 pin yang digunakan untuk sistem komunikasi yaitu Vcc, Gnd,
Din, Dout, RSSI dan Reset. Dimana Din dihubungkan ke pin Tx
dari mikrokontroler, Dout dihubungkan dengan pin Rx dari
mikrokontroler. Saat mengirim data modul Xbee ini akan membebani
dengan arus 270mA.
Pin riset pada Xbee adalah aktif low, jika sebuah sinyal low
diaplikasikan pada pin ini, maka xbee akan diriset. Sistem Reset pada
gambar 3.15 terdiri dari sebuah push button, sebuah resistor 10KΩ dan sebuah kapasitor 10µF. Prinsip kerja rangkaian reset adalah
proses pengisian kapasitor yang di tunda oleh sebuah resistor.
Sehingga menjaga pin reset untuk tetap High kecuali diilakukan reset.
IC AZ1117T
Gambar 3.16 Rangkaian Level Konverter 3,3 V ke 5 V
Gambar 3.17 Rangkaian Level Konverter 5 V ke 3,3 V
Karena Xbee bekerja pada level tegangan 3,3 V, sementara
itu mikrokontroler bekerja pada level tegangan 5 V maka jalur
data pengiriman dari mikrokontroler harus disesuaikan dengan
level tegangan Xbee. Untuk itu dibuat rangkaian level konverter
yang akan mengkonversi tegangan 5 V menjadi 3,3 V dan
sebaliknya. Rangkaian level konverter ditunjukan oleh gambar 3.16
3.5 Modul Receiver (Xbee USB Adapter)
Fungsi : Sebagai receiver untuk menerima data pengukuran
kemudian selanjutnya dikirimkan ke PC menggunakan
kabel serial.
Spesifikasi :
1. Fungsional
a. Dapat menerima data serial yang dikirim secara wireless
b. Dapat digunakan untuk men-setting parameter Xbee
c. Dapat berkomunikasi dengan PC
Gambar 3.18 Modul Xbee USB Adapter
Pada Modul Xbee USB Adapter disebut sebagai Receiver dan
didalam Xbee USB Adapter ini sudah terdapat perangkat komputer
yang menggunakan rangkaian serial IC Max232 sebagai interface
antara modul Receiver sehingga dapat berkomunikasi dengan
Gambar 3.19 Skematik Rangkaian Modul Xbee USB Adapter
Didalam Rangkaian Modul Xbee USB Adapter sudah terdapat
rangkaian max232 yang menghubungkan dengan rangkaian konverter
Xbee sebagai masukan data yang selanjutnya dikirim ke PC
menggunakan kabel serial type mini A. Skematik dari rangkaian RS232
dapat dilihat pada gambar 3.20.
3.5.1 Pengaturan bagian transmisi Xbee
Sebelum digunakan, XBee perlu untuk dikonfigurasikan
untuk memastikan ia beroperasi dengan benar. Rancang bangun ini
menggunakan 2 buah XBee yang membentuk point-to-point yang
sederhana, maka mode yang digunakan adalah mode transparent
(AT) dengan sistem pengalamatan 16 bit. Software yang dapat
digunakan untuk penyetingan Xbee antara lain adalah X-CTU.
Software X-CTU merupakan software khusus yang disediakan oleh
produsennya (Digi Internasional).
3.5.2 Flowchart sistem komunikasi Zigbee
3.5.3 Mengkonfigurasikan XBee
Berikut adalah cara menjalankan software X-CTU :
1. Jalankan software X-CTU. Tampilan awal software X-CTU.
Gambar 3.22 Tampilan awal software X-CTU
2. Sebelum melakukan koneksi dengan menekan tombol“Test/Query”
terlebih dahulu harus diperhatikan comunication port (com) berapa
dari komputer yang sedang terhubung dengan RF Module. Lalu
Gambar 3.23 Tekan Test/Query setelah setting
3. Apabila sukses maka akan muncul tulisan communication with moden
OK.
4. Untuk mengkonfigurasi parameter Xbee klik modem konfiguration
kemudian klik read untuk membaca pengaturan sebelumnya.
Tampilan software X-CTU pada saat setting parameter ditunjukkan
pada gambar 3.23.
a. Untuk Transmitter Channel ID di-set C
Konfigurasi parameter jaringan Xbee yang digunakan pada
perancangan alat ini adalah sebagai berikut.
PAN ID (Personal Area Network Identifier) adalah 1234
Source Address (MY) di-set33 artinya menggunakan sistem
pengalamatan 16-bit dengan alamat pengiriman yang dituju adalah
33.
DH (Destination Address High) = 0.
DL (Destination Address Low) = 11.
b. Untuk Receiver
Channel ID di-set C
PAN ID (Personal Area Network Identifier) adalah 1234
Source Address (MY) di-set 11 artinya menggunakan sistem
pengalamatan 16-bit dengan alamat pengiriman yang dituju adalah
11.
DH (Destination Address High) = 0.
DL (Destination Address Low) = 33.
Interface Data Rate di-set 115200.
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALIS DATA
4.1.Pengujian
4.1.1. Deskripsi Pengujian
1. Tujuan pengujian : Mengetahui alat yang dibuat bekerja sesuai
dengan keinginan.
2. Target pengujian : Alat bekerja sesuai dengan keinginan dan
hasilnya sesuai dengan alat yang dimiliki oleh
BMKG.
3. Lingkungan pengujian
a) Lokasi 1 : Laboratorium Kalibrasi BMKG, Jl. Angkasa
I No.2 Kemayoran.
b) Tanggal : 16 Juni 2014 dan 01 Juli 2014
c) Waktu : 10.00 - 15.00 WIB
d) Pelaksana : - Hilman Hadi
- Arief Satriyo S.
- Azis Priantoro
e) Pembimbing : - Anto Hirrawan S.Si (Staff Kalibrasi BMKG)
4. Data pengujian Xbee
a) Lokasi 2 :
b) Tanggal :
c) Waktu :
d) Pelaksana :
Laboratorium Teknik Elektronika Industri, PNJ
27 Juni 2014 dan 08 Juli 2014
7.00-10.00 WIB
- Hilman Hadi
- Arief Satriyo S.
4.2 Pengujian AZ1117T pada Modul Transmitter 4.2.1 Deskripsi Pengujian
Pengujian ini merupakan pengujian rangkaian modul Trasmitter,
khususnya terhadap komponen AZ1117T yang berfungsi men-supply
tegangan input X-Bee dalam berkomunikasi secara wireless.
4.2.2 Tujuan Pengujian
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui atau memastikan apakah
chip X-Bee sudah mendapatkan tegangan supply sebesar (±3,3V).
4.2.3 Prosedur Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap modul transmitter di titik yang
telah ditentukan (test point) seperti yang diperlihatkan pada Gambar 4.1
Berikut urutan test point yang dibuat.
1. Kaki 3 (Vout) IC1–AZ1117T
1. Menyiapkan alat ukur, yaitu multimeter digital, posisikan switch
untuk mengukur tegangan arus DC.
2. Menghubungkan kabel merah (+) ke port V,Ω , dan kabel hitam (-) ke port COM. (Pada sisi multimeter)
3. Menghubungkan kabel merah (+) multimeter dengan kaki 3 IC
5. Menghubungkan kabel merah (+) multimeter dengan kaki 3 (Din)
X-Bee, dan kabel hitam (-) dengan salah satu titik GND pada
6.
(a) (b)
Gambar 4.1 (a) Tampilan pada multimeter digital (Fluke 87) (b)Test
Point pada Rangkaian Modul Transmitter
4.2.5 Data Hasil pengujian
Dari pengukuran terhadap test point dari modul Transmitter
didapatkan data sebagai berikut:
Tabel 4.1. Hasil Pengujian AZ1117T pada Modul Transmitter
Nomor Test Point Komponen Hasil (volt)
TP1 Kaki 3, IC1 AZ1117T 3,32V
TP2 Kaki 3, IC2 AZ1117T 3,32V
TP3 Kaki 3, IC3 AZ1117T 3,32V
TP4 Pin 1 X-Bee 3,32V
TP5 Pin 3 X-Bee 3,32V
4.2.6 Analisis Data hasil pengujian
Hasil pengujian nilai tegangan output pada AZ1, AZ2, AZ3, pin 1
(VCC) dan Pin 3 (Din) menunjukkan nilai 3,32V. Nilai ini termasuk
dalam nilai yang ideal karena sesuai datasheet. Oleh karena itu,
4.3 Pengujian Komunikasi Data Xbee 4.3.1 Deskripsi Pengujian
Pengujian penerimaan data ini akan dilakukan dalam dua kondisi
yaitu saat penerimaan di luar ruangan dan penerimaan di dalam ruangan
(indoor). Inputan transmitter berasal dari mikrokontroler, yang diterima
oleh rangkaian receiver yang terkoneksi dengan netbook. Penerimaan data
pada netbook dilakukan menggunakan hyperterminal.
4.3.2 Tujuan pengujian
1. Memastikan data yang dikirim oleh transmitter dapat diterima dengan
baik dan benar oleh bagian receiver .
2. Mengetahui apakah indikator led hidup pada saat proses pengiriman dan
penerimaan data.
4.3.3 Prosedur Pengujian Sistem
Konfigurasi Pengujian
Gambar 4.2 konfigurasi pengujian Modul Komunikasi Xbee.
4.3.4 Daftar alat dan bahan pengujian komunikasi data Xbee
Tabel 4.2 Peralatan pendukung pengujian komunikasi data Xbee
No Nama alat dan bahan Fungsi
1 komputer Memonitoring output yang
dihasilkan dari sensor.
2 Mikrokontroler ATmega328P Membaca dan menulis data.
4 Modul Transmitter Pengirim
5 Modul Receiver Penerima
4.3.5 Langkah Pengujian
Langkah-langkah yang dilakukan adalah sebagai berikut : 1. Menyiapkan modul Tx dan Rx yang akan digunakan.
2. Siapkan netbook agar mudah dibawa.
3. Hidupkan notebook dan koneksikan Xbee adapter ke notebook dengan
kabel USB mini. Jangan lupa untuk menginisialisasi port terlebih
dahulu dan konfigurasikan Rx pada Software X-CTU sebagai tanda
modul siap digunakan dan mengatur konfigurasi parameter Xbee
(Transmitter dan Receiver) seperti pada tabel 4.2
4. Membuat listing program tekanan udara pada mikrokontoler
ATMega328P untuk mengirimkan data.
5. Catat seberapa panjang jarak komunikasi yang mampu dicapai, yaitu
pada saat data ditulis dan diterima sampai data yang sudah ditulis tidak
dapat diterima oleh netbook lain.
Tabel 4.3 Konfigurasi Parameter Xbee
No Transmitter Receiver
1 PAN ID 1234 1234
2 MY 33 11
3 DH 0 0
4 DL 11 33
1. Membuka program hyperterminal dengan pengaturan, Connect Using =
COM1; baudrate = 115200; Data bits = 8; Parity = None; Stop bits =
1; dan Flow Control = none.
2. Melakukan pengiriman data dengan dua kondisi penerimaan yang
berbeda.
(a) (b)
Gambar 4.3 (a) pengujian komunikasi zigbee (b) Kontrol Panel
pada PC
4.3.6 Data hasil pengukuran
Tabel 4.4 Hasil pengujian komunikasi data Xbee pada saat kondisi LOS (Line of Sight)
Jarak
(m) Data yang dikirim
Data yang
diterima Ind. Ket.
10 Ketinggian = 81.70 meter
Ketinggian = 81.70
meter ON
Delay 2
detik
20 Ketinggian = 81.70 meter dpl
Ketinggian = 81.70
meter dpl ON
Delay 2
detik
30 Ketinggian = 81.70 meter dpl
Ketinggian = 81.70
meter dpl ON
Delay 2
detik
40 Ketinggian = 81.70 meter dpl
Ketinggian = 81.70
meter dpl ON
Delay 2
detik
50 Ketinggian = 81.70 meter dpl
Ketinggian = 81.70
meter dpl ON
Delay 2
detik
60 Ketinggian = 81.70 meter dpl
Ketinggian = 81.70
meter dpl ON
Delay 2
detik
meter dpl meter dpl detik
80 Ketinggian = 81.70 meter dpl
Ketinggian = 81.70
meter dpl ON
Delay 2
detik
91 Ketinggian = 81.70 meter dpl
Ketinggian = 81.70
meter dpl ON
Delay 3
detik
Tabel 4.5 Hasil pengujian komunikasi data Xbee saat penerima di dalam ruangan (indoor)
Jarak
(m) Data yang dikirim
Data yang
diterima Ind. Ket.
1 Ketinggian = 81.70 meter dpl
Ketinggian = 81.70
meter dpl ON
Delay 2
detik
5 Ketinggian = 81.70 meter dpl
Ketinggian = 81.70
meter dpl ON
Delay 2
detik
10 Ketinggian = 81.70 meter dpl
Ketinggian = 81.70
meter dpl ON
Delay 2
detik
15 Ketinggian = 81.70 meter dpl
Ketinggian = 81.70
meter dpl ON
Delay 2
detik
20 Ketinggian = 81.70 meter dpl
Ketinggian = 81.70
meter dpl ON
Delay 2
detik
25 Ketinggian = 81.70 meter dpl
Ketinggian = 81.70
meter dpl ON
Delay 2
detik
30 Ketinggian = 81.70 meter dpl
Ketinggian = 81.70
meter dpl ON
Delay 2
detik
4.3.7 Analisa data hasil pengujian
Dari data yang diperoleh pada Tabel 4.4 dapat diketahui bahwa data
yang dikirim maupun yang diterima pada saat kondisi LOS telah sesuai
tanpa kehilangan satu karakter pun sampai dengan jarak 91 meter, namun
Dari data yang diperoleh pada Tabel 4.5 dapat diketahui bahwa data
yang dikirim maupun yang diterima pada saat kondisi indoor telah sesuai
tanpa kehilangan satu karakterpun sampai dengan jarak maksimal 30 m,
namun pada jarak ini dibutuhkan delay selama 2 detik sampai data
diterima.
4.4 Prosedur Pengujian Sistem tekanan udara 4.4.1 Deskripsi Pengujian
4.4.1.1 Tujuan pengujian
a. Untuk mengetahui nilai dari tekanan udara yang dibuat dan dibandingkan
pada alat milik BMKG.
b. Untuk mengetahui apakah Trasmitter bekerja dengan baik atau tidak.
c. Mengetahui alat yang dibuat bekerja sesuai dengan keinginan.
4.4.1.2 Konfigurasi pengujian
Gambar 4.4 konfigurasi pengujian Modul Tekanan Udara
4.4.2 Langkah–langkah pengujian tekanan udara pada alat kalibrasi BMKG
Langkah–langkah pengujian dan mengkalibrasi adalah sebagai berikut :
1. Mempersiapkan alat dan bahan yang akan digunakan.
2. Merangkai alat dan bahan seperti gambar diagram blok diatas.
3. Koneksikan Sensor dengan Arduino UNO.
4. Koneksikan Arduino UNO dengan komputer menggunakan
5. Letakkan netbook (monitor alat TA) berdampingan dengan alat ukur
pembanding.
6. Setting Set Point tekanan udara pada Alat Kalibrasi barometer BMKG.
7. Catat nilai tekanan udara yang terbaca oleh alat tugas akhir.
8. Catat nilai tekanan udara yang dikeluarkan oleh Alat Kalibrasi
barometer BMKG.
9. Ulangi langkah 4 sampai 6
4.4.3 Daftar alat dan bahan pengujian serta mengkalibrasi
Tabel 4.6 Alat dan Bahan Pengujian
No Nama alat dan bahan Fungsi
1 Kabel penghubung/ jumper Penghubung output
2 Modul arduino UNO Mengubah data analog menjadi digital
3 Display PC Memonitoring output yang
dihasilkan dari sensor.
(b) (c)
Gambar 4.5 (a) Tunnel menaruh alat tekanan udara; (b) Kontrol Panel BMKG; (c) Kontrol Panel pada PC di X-CTU
Dari hasil percobaan dapat disimpulkan bahwa data yang didapat
oleh sistem bernilai stabil, karena pada sistem ini penulis menggunakan
rumus:
- ADC = ((A0/1023.0)* 5.0)
- kPa = (((ADC/5.0)+ 0.095) /0.009)
- milibar = ((kPa/100.0)*1000.0)
Keterangan:
A0 = pin input analog sensor tekanan pada arduino
ADC = varabel penyimpanan sementara nilai konversi analog to digital
kPa = konversi nilai tegangan sensor tekanan udara kesatuan kPa
