45
PERANCANGAN
Bab ini membahas perancangan alat pengukur jarak berdasarkan gelombang elektromagnetik yang diterima dengan menggunakan Microcontroller
Open Source Wemos. Microcontroller tersebut digunakan untuk mengolah
informasi yang telah didapatkan oleh module ESP8266 dan mengatur operasi kerja dari LCD untuk menampilkan hasilnya pada LCD tersebut. Pembuatan sistem dibagi dalam beberapa blok perangkat yang mempunyai fungsi sendiri-sendiri. Pembuatan sistem meliputi perencanaan perangkat keras dan perencanaan perangkat lunak.
3.1 Prinsip Kerja Sistem
Sistem yang telah dibangun, secara garis besar terdiri dari blok rangkaian seperti terlihat pada gambar dibawah ini:
Gambar 3.1 Blok Rangkaian
Wifi Infrastructure /Access Point
Power Supply
Microcontroller
Secara garis besar, cara kerja sistem ini adalah:
Access point akan menghasilkan jaringan WiFi dengan system DHCP, yang
akan memudahkan sebuah perangkat baru terhubung dengan pengaturan IP otomatis.
Power Supply akan memberikan energi kepada system, sehingga seluruh
peralatan dapat berkerja dan berfungsi dengan baik.
Gelombang elektromagnetik akan diubah oleh antenna microstrip menjadi sinyal-sinyal listrik. Kemudian module ESP8266 akan memberikan atribut terhadap sinyal tersebut dan kemudian disimpan kedalam register tertentu. Microcontroller Wemos akan membaca atribut tertentu dari sebuah
sinyal-sinyal listrik, kemudian akan mengeluarkan output berupa sinyal-sinyal digital kepada LCD.
LCD akan mengubah data digital mengenai atribut sebuah sinyal menjadi sebuah objek, dimana objek tersebut merupakan sesuatu yang dapat dimengerti oleh manusia yang menerangkan tentang keadaan sebuah sinyal.
3.2 Perancangan Perangkat Keras
Dalam pemilihan komponen pada sistem-sistem ini maka sangatlah penting untuk memperhatikan beberapa hal berikut ini:
1. Menggunakan Microcontroller dengan platform Open Source sehingga untuk pengembangannya dapat didukung oleh komunitas pengguna
Microcontroller ini.
2. Menggunakan komponen-komponen yang tersedia di pasaran, sehingga harganya murah dan mudah di dapat.
3. Rangkaian yang sederhana sehingga mudah untuk dilakukan penambahan untuk pengembangan lebih lanjut.
3.2.1. Rangkaian LCD I2C
Hitachi HD44780 LCD controller adalah salah satu matriks layar kristal cair yang paling umum dot (LCD) layar controller yang tersedia. Hitachi mengembangkan Microcontroller khusus untuk drive layar LCD alfanumeric dengan antarmuka yang sederhana yang dapat terhubung ke Microcontroller atau
Microprocessor umum.
Gambar 3.2 Rangkaian LCD
Rangkaian di atas ini merupakan pengendali kecerahan cahaya untuk mengatur kuat-lemah arus listrik yang akan melewati modul display LCD. Dengan rangkaian ini kecerahan dari layar akan dapat dikendalikan dengan mudahnya. Tegangan operasi nominal untuk lampu latar LED adalah 5 Volt pada kecerahan penuh, Pada tegangan yang lebih rendah LCD akan lebih redup hal ini tergantung pada LED. Berikut adalah Pin-pin yang digunakan pada LCD yang terhubung dengan Pin dari Microcontroller Wemos, antara lain:
a. LCD SDA pin menuju Microcontroller digital I/O pin 3. b. LCD SCL pin menuju Microcontroller digital I/O 4. c. VCC pin menuju Microcontroller +5 Volt.
d. GND pin menuju Microcontroller Ground.
3.2.2. Minimum System Microcontroller Wemos
Rangkaian microcontroller berfungsi untuk mengolah informasi yang didapatkan dari antenna transducer. Kemudian memproses data analog tersebut menjadi data digital, dan mengeluarkan hasilnya dalam bentuk informasi digital yang dapat dengan mudah di akses seperti tulisan.
Gambar 3.3 Minimum system Microcontroller Wemos
Rangkaian microcontroller ini menggunakan minimum system yang pada awalnya digunakan untuk meng-compile dan men-download listing program dari komputer ke chipset microcontroller. Diharapkan dengan minimum system ini akan dapat menghemat biaya yang dikeluarkan untuk membangun sistem otomatis ini. Berikut adalah minimum system hardware dari microcontroller Wemos:
Tabel 3.1 Minimum System Hardware
Microcontroller ESP-8266EX
Operating Voltage 3.3V
Digital I/O Pins 11
Analog Input Pins 1(Max input: 3.2V)
Clock Speed 80MHz/160MHz Flash 4M bytes Length 68.6mm Width 53.4mm Weight 25g Microcontroller ESP-8266EX Operating Voltage 3.3V
3.2.3. Rangkaian Power Supply
Pada sistem ini menggunakan baterai 9 Volt yang terhubung dengan sakelar untuk on-off peralatan. Baterai 9 Volt biasanya digunakan untuk aplikasi peralatan elektronika yang bersifat mobile (mudah di bawa), sehingga dengan menggunakan baterai 9 Volt ini sangat cocok digunakan untuk aplikasi ini.
Gambar 3.5 Rangkaian Power Supply
3.3 Perancangan Perangkat Lunak
Perancangan perangkat lunak dibuat dengan menggunakan flowchart. Flowchart atau diagram alir merupakan sebuah diagram dengan simbol-simbol grafis yang menyatakan aliran algoritma atau proses yang menampilkan langkah-langkah yang disimbolkan dalam bentuk kotak, beserta urutannya dengan menghubungkan masing masing langkah tersebut menggunakan tanda panah. Diagram ini bisa memberi solusi selangkah demi selangkah untuk penyelesaian
masalah yang ada di dalam proses atau algoritma tersebut. Berikut adalah
Mulai Inisialisasi Apakah Sinyal Gelombang Electromagnetic yang diinginkan Tidak Ya Simpan Sinyal Gelombang
Elektromagnetik Setiap akses point
Baca Sinyal Gelombang Electromagnetic (dBm)
Konversi daya sinyal menjadi jarak (m) dengan Pathloss
Model Green-Obaidat
Tampilkan Atribut sinyal, kuat sinyal, hasil jarak, pada
LCD Selesai Loop Kembali Ke awal Pemindaian Selesai? Ya Tidak
Gambar 3.6 Cara Kerja
Secara garis besar Microcontroller Wemos akan membaca kuat lemah energi dari sebuah sinyal yang berbentuk gelombang electromagnetic. Kemudian sinyal tersebut berserta level energinya akan di simpan pada sebuah register.
dengan model Pathloss Green-Obaidat maka kuat lemah sinyal tersebut dijadikan besaran lain dengan satuan jarak. Hasil dari konversi, atribut sinyal, dan kuat sinyal kemudian akan ditampilkan pada LCD.
3.3.1. Program untuk cek WiFi dan simpan SSID RSSI
Berikut ini adalah program untuk menyiapkan Microcontroller Wemos (inisialisasi). Baik secara software dengan memasukkan adanya library yang dibutuhkan ke dalam script serta untuk menyiapkan hardware seperti komunikasi data antara LCD 16x2 dengan microcontroller Wemos.
#include <Wire.h> #include "ESP8266WiFi.h" void setup() { Serial.begin(115200); } void loop() { int n = WiFi.scanNetworks(); if (n == 0) {
Serial.println("no networks found"); lcd.print("No Network Found"); }
{
for (int i = 0; i < n; ++i) {
}
3.3.2. Program untuk membaca SSID & sinyal gelombang Electromagnetic
Pada subroutine Void Loop () fungsi WiFi. SSID() dan fungsi WiFi.RSSI() di panggil untuk membaca hasil pindai access point yang aktif di lingkungan sekitar, yang telah disimpan kedalam register di dalam memory.
#include <Wire.h> #include "ESP8266WiFi.h" void setup() { Serial.println("scan start"); } void loop() { int n = WiFi.scanNetworks(); if (n == 0) {
Serial.println("no networks found"); }
else {
for (int i = 0; i < n; ++i) {
// Print SSID and RSSI for each network found Serial.print(i + 1); Serial.print(": "); Serial.print(WiFi.SSID(i)); Serial.print(" = "); Serial.print(WiFi.RSSI(i)); Serial.print(" dBm"); Serial.print((WiFi.encryptionType(i) == ENC_TYPE_NONE)?" ":""); // RSSI = 7.6 + 40 log d + 0 // RSSI + 7.6 = 40 log d
// invers logaritmik adalah pemangkatan // d = 10^((RSSI-7.6)/40) delay(10); } } delay(500); }
3.3.3. Program untuk Konversi dari level RSSI ke Jarak
Pada subroutine Void Loop () fungsi logaritma Log x(n) dipanggil untuk mengubah nilai tinggi antena menjadi nilai gain dari sebuah pemancar dan penerima gelombang radio, sedangkan fungsi eksponensial pow(n, x) dipanggil untuk mengubah nilai kuat level sinyal gelombang electromagnetic yang diterima (dBm) menjadi jarak antara 2 buah alat pemancar dan penerima radio dengan menerapkan persamaan matematika model Green dan Obaidat. Berikut ini adalah persamaan matematika dalam listing coding:
#include <math.h> void setup() { Serial.begin(115200); } void loop() {
// Rumus Green&Obaidat : 7.6 + 40 log d + 20 log Ht.Hr
// Ht.Hr ketinggian antenna saat pengukuran yaitu 1 meter
// maka 20 log Ht.Hr = 20 log 1.1
// maka 20 log 1
// maka 20 . 0 = 0
// Penurunan rumus
// RSSI = 7.6 + 40 log d + 0
// RSSI + 7.6 = 40 log d
// invers logaritmik adalah pemangkatan
// d = 10^((RSSI-7.6)/40)
float rssi, rssidbm;
double jarak;
rssi = WiFi.RSSI(i) + 30.6;
rssidbm = rssi / -40;
jarak = pow(10, rssidbm);
}
Pada subroutine Void Loop () fungsi lcd.print digunakan untuk menampilkan nama access point, kuat lemah sinyal dari gelombang
elektromagnetic dari sebuah access point, serta hasil dari konversi kuat lemah
sinyal dari gelombang elektromagnetic dari sebuah access point tersebut menjadi jarak antara 2 buah alat pemancar dan penerima radio. Berikut ini adalah listing
program untuk menampilkan hasil pada LCD:
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 2, 1, 0, 4, 5, 6, 7, 3, POSITIVE); // Set the LCD I2C address
void setup() {
lcd.begin(16,2); // initialize the lcd for 16 chars 2 lines, turn on backlight Serial.begin(115200); Serial.println("Setup done"); Serial.println("scan start"); } void loop() { int n = WiFi.scanNetworks(); if (n == 0) {
Serial.println("no networks found"); lcd.clear();
lcd.print("No Network Found"); }
else {
for (int i = 0; i < n; ++i) {
// Print SSID and RSSI for each network found Serial.print(i + 1); Serial.print(": "); Serial.print(WiFi.SSID(i)); Serial.print(" = "); Serial.print(WiFi.RSSI(i)); Serial.print(" dBm"); Serial.print((WiFi.encryptionType(i) == ENC_TYPE_NONE)?" ":"");
float rssi, rssidbm; double jarak;
rssi = WiFi.RSSI(i) + 30.6; rssidbm = rssi / -40; jarak = pow(10, rssidbm);
Serial.print(" RSSI = "); Serial.print(rssi);
Serial.print(" RSSIdbm = "); Serial.print(rssidbm);
Serial.print(jarak); Serial.println(" m "); if (WiFi.SSID(i) == "G-AP") { lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print(WiFi.SSID(i)); lcd.setCursor(0,1); lcd.print(WiFi.RSSI(i)); lcd.print(" dBm "); lcd.print(jarak); lcd.print(" m"); } delay(10); } } delay(500); }
