1
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Sebagian besar pengguna sumber energi listrik di kalangan rumah tangga di Indonesia di layani oleh perusahaan listrik negara (PLN). Pelayanan sumber energi listrik dilakukan dengan memasang sebuah kWh meter di setiap rumah pelanggan sebagai mesin pencatat pemakaian sumber energi listrik yang sekaligus dilengkapi dengan pembatas besar daya maksimal yang digunakan. PLN menerapkan dua sistem tagihan listrik yaitu sistem prabayar dan sistem paska bayar. Sistem prabayar diterapkan pada pelanggan yang meminta sambungan listrik baru atau pada pelanggan lama yang meminta migrasi ke sistem prabayar. Metode konvensional yaitu sistem paska bayar masih diterapkan pada pelanggan lama yang belum melakukan migrasi ke sistem yang baru. Sistem administrasi pembayaran jasa listrik untuk sistem prabayar menawarkan kelebihan dalam hal fleksibilitas karena pelanggan dapat membeli energi listrik sesuai dengan kemampuannya seperti halnya pada pembelian pulsa prabayar pada telepon seluler. Sebaliknya, administrasi sistem paska bayar melalui proses yang cukup panjang yang dimulai dengan kedatangan petugas pencatat dari rumah ke rumah untuk mencatat besarnya penggunaan energi listrik (kWh meter) setiap bulannya. Proses penagihan rekening listrik ke pelanggan setiap bulan dengan mengalikan besar penggunaan energi listrik dan harga
2
setiap kWh sesuai dengan yang telah ditetapkan berdasarkan tipe pengguna jasa listrik.
Kedua sistem tersebut memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing. Kelebihan pada sistem prabayar terletak pada fleksibilitasnya karena pelanggan dapat membeli energi listrik sesuai dengan kemampuannya dan efisiensi pada pihak PLN karena tidak membutuhkan sistem pencatatan secara manual. Kelebihan pada sistem paska bayar terletak pada kepraktisan bagi sisi pelanggan dan masih diterimanya sistem ini pada masyarakat luas karena merupakan sistem yang konvensional. Namun, karena sistem pencatatan yang masih dilakukan secara manual sehingga rentan terjadi kesalahan dalam pencatatan pengukuran daya listrik oleh petugas pencatat yang berakibat pada kerugian pada pihak konsumen. Jika hal ini terus dibiarkan, tingkat kepercayaan konsumen terhadap penyedia jasa listrik akan semakin menurun. Dalam beberapa kasus juga ditemukan kesulitan dalam melakukan pencatatan karena kondisi rumah kosong dengan pagar terkunci sehingga tidak memungkinkan dilakukan pencatatan oleh petugas. Akibatnya, pelaporan penggunaan energi listrik pada kasus tersebut dilakukan dengan cara perhitungan estimasi atau pendekatan sehingga mengakibatkan rendahnya tingkat akurasi pengukuran penggunaan daya listrik.
Untuk mengatasi kekurangan yang ditimbulkan oleh kedua sistem tersebut maka perlu adanya pencatatan pengukuran daya listrik secara
3
elektronis, yang mempunyai beberapa keuntungan seperti: ketelitian, efisien, praktis dan hemat biaya. Dalam hal ini perlu adanya pengukuran daya listrik secara digital pada tiap rumah pelanggan menggunakan sensor-sensor pengukur dan ditampilkan di LCD 2x16. Hasil pengukuran tersebut kemudian dikirimkan secara nirkabel ke suatu Coordinator yang kemudian diteruskan ke PC untuk ditampilkan datanya supaya konsumsi energi bisa dimonitor. Hasil pencatatan secara elektronis akan memudahkan pihak penyedia energi listrik dan pelanggan dalam mengetahui pemakaian energi listrik di rumah pelanggan.
1.2. Perumusan Masalah
Pengukuran energi listrik secara digital menggunakan sensor-sensor nirkabel yang diletakkan di tiap-tiap kWhmeter pelanggan dapat mengatasi keterbatasan dalam pencatatan daya listrik secara manual. Permasalahannya adalah bagaimana mengukur energi listrik pelanggan rumah tangga menggunakan mikrokontroler Arduino Uno dan protokol komunikasi nirkabel menggunakan piranti Zigbee untuk memonitor penggunaan energi listrik secara realtime yang terintegrasi dengan sistem informasi untuk memudahkan pihak penyedia energi listrik dan pelanggan dalam mengetahui pemakaian energi listrik.
4 1.3. Manfaat Penelitian
Pembahasan dan perancangan mengenai monitor energi listrik dengan jaringan sensor nirkabel dan menggunakan Arduino dan zigbee pada pelanggan rumah memiliki beberapa manfaat diantaranya sebagai berikut: 1. Dari sisi penyedia sumber energi listrik:
a. Penelitian ini akan menjadi solusi untuk mengatasi batasan fisik dari sistem pencatatan manual pada metode konvensional (paska bayar) karena tidak lagi dibutuhkan pencatatan manual oleh petugas pencatat kWh meter. Pembacaan besarnya energi listrik yang digunakan akan dilakukan oleh sensor-sensor nirkabel.
b. Sistem yang akan dirancang memanfaatkan sensor pengukuran yang dilakukan secara realtime dan berkomunikasi secara nirkabel sehingga dapat meningkatkan efisiensi penggunaan.
c. Untuk penggunaan metode prabayar, sistem yang dirancang dapat memberikan informasi penggunaan energi listrik tiap pelanggan kepada pihak penyedia sumber energi listrik (PLN) sehingga besarnya kebutuhan energi listrik dapat selalu dipantau.
2. Dari sisi Pelanggan:
a. Pelanggan dapat selalu memonitor energi listrik yang telah dikonsumsi secara realtime yang tertampil di LCD 2x16.
b. Dengan adanya sistem informasi penggunaan daya listrik dan tagihan listrik yang akurat, tingkat kepercayaan pelanggan kepada penyedia energi listrik akan semakin kuat.
5 1.4. Tujuan Penelitian
Selanjutnya penelitian tentang monitor energi listrik pelanggan rumah dilakukan dengan tujuan sebagai berikut:
a. Rancang bangun prototipe menggunakan mikrokontroler Arduino Uno dengan dengan display LCD 2x16 untuk memonitor pemakaian energi listrik pelanggan rumah tangga.
b. Untuk menerapkan teori elektronika daya dan elektronis khususnya sistem berbasis mikrokontroler menjadi suatu sistem perangkat bantu elektronis sebagai sebuah alternatif pemecahan beberapa masalah yang timbul dalam masyarakat sehubungan dengan pelayanan PLN.
c. Memonitor pemakaian energi listrik pelanggan rumah tangga dengan menampilkan informasi tegangan, arus, faktor daya, jumlah pemakaian daya pada pada komputer yang letaknya jauh dari sensor dengan protokol komunikasi nirkabel berbasis IEEE 802.15.4.
1.5. Batasan Masalah
Dalam pengerjaan laporan tugas akhir ini, agar pembahasan menjadi terarah, maka perlu membatasi kajian mengenai masalah yang dibahas. Adapun pembatasan pembahasan tersebut adalah fokus ke analisis konsep mengukur tegangan, arus, daya semu, daya aktif, faktor daya dan energi listrik dengan menggunakan mikrokontroler Arduino Uno yang tidak mengacu pada kelas meter (standart) tertentu dan hanya sekedar pengaturan
6
modul komunikasi XBee sebagai Router dan Coordinator supaya dapat mengirim secara nirkabel data-data tersebut dan ditampilkan pada PC ditempat lain. Permasalahan dibatasi dengan asumsi sebagai berikut:
1. Tegangan pada pelanggan tidak lebih dari Vrms = 350 V. 2. Arus pada pelanggan tidak lebih dari Irms = 50 A.
3. Total Harmonic Distortion yang tidak besar / tidak ada daya yang signifikan dalam harmonik di atas 10.
4. Tegangan masukkan Arduino tidak mati.
5. Tegangan masukkan Arduino menggunakan adaptor 12 V. 6. Perhitungan Energi atau kWh tidak lebih dari 50 hari. 7. Beban lebih dari 30 W.
8. Resolusi ADC pada Arduino 10 bit.
1.6. Sistematika Penulisan
Dalam penulisan laporan tugas akhir menggunakan sistematika untuk memperjelas pemahaman terhadap materi yang dijadikan objek penelitian tugas akhir. Adapun sistematika penulisan sebagai berikut.
BAB I PENDAHULUAN
Berisi latar belakang masalah, maksud dan tujuan penulisan, pembatasan masalah, waktu dan tempat pelaksanaan, metode pengumpulan data, sistematika penulisan laporan.
7
BAB II DASAR TEORI
Berisi dasar-dasar teori dari penelitian yang dilakukan penulis, yaitu mengenai energi, daya listrik AC, faktor daya, mikrokontroler Arduino dan modul komunikasi XBee.
BAB III METODE PENELITIAN
Berisi alur pekerjaan, sumber data, alat yang digunakan dan diagram alir dari pengerjaan tugas akhir ini.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Berisi mengenai analisa dan pengujian alat hasil perancangan yang telah dilakukan menggunakan metode bab ketiga.
BAB V PENUTUP
Berisi mengenai kesimpulan secara keseluruhan dari perancangan tugas akhir mengenai monitor energi listrik menggunakan Arduino dan modul komunikasi XBee.
8
2
BAB II
DASAR TEORI
2.1. Daya dan Energi 2.1.1. Daya sesaat
Daya sesaat untuk sebuah piranti dikalkulasikan dari tegangan dan arus yang melewati piranti tersebut. Persamaannya adalah:
p(t) = v(t) · i(t). (2.1)
p(t) = Fungsi daya sesaat / daya aktif v(t) = Fungsi tegangan
i(t) = Fungsi arus
(Daniel W. Hart,1997:17).
2.1.2. Energi
Energi atau usaha adalah integral dari daya sesaat. Energi diserap oleh sebuah komponen dalam interval waktu dari t1 ke t2 . Persamaannya adalah:
. (2.2)
Jika v(t) dalam volt dan i(t) dalam ampere maka daya mempunyai satuan watt dan energi (W) mempunyai satuan joule (Daniel W. Hart,1997:18).
9
2.1.3. Daya Rata–Rata
Daya rata–rata adalah rata–rata waktu dari p(t) melewati 1 atau lebih siklus. Daya rata–rata (P) dikalkulasikan dari:
∙ . (2.3)
Dimana T adalah periode dari gelombang daya. Persamaan daya juga dapat dihitung dari energi per periode.
. (2.4)
Daya rata–rata kadang disebut daya nyata atau daya aktif, khususnya dalam rangkaian AC. Istilah daya (power) biasanya berarti daya rata–rata. Total daya rata–rata yang diserap dalam sebuah rangkaian sama dengan total daya rata–rata yang disuplai (Daniel W. Hart,1997:18).
2.1.4. Nilai Efektif Root Mean Square
Nilai efektif dari sebuah tegangan atau arus biasa disebut root mean
square atau nilai rms. Untuk tegangan DC yang melewati sebuah resistor
mempunyai persamaan:
. (2.5)
Untuk tegangan AC yang melewati sebuah resistor, tegangan efektif didefinisikan sebagai tegangan yang sama efektifnya dengan tegangan DC dalam memasok daya rata-rata. Tegangan efektif dapat dikalkulasikan menggunakan persamaan:
10
Daya rata–rata resistor dapat dirumuskan sebagai berikut:
∙ , (2.7)
ekspresi persamaan untuk daya rata–rata:
, (2.8)
atau
!"## , (2.9)
menghasilkan persamaan untuk tegangan efektif atau rms:
!"## !$%& ' . (2.10) Nilai efektif adalah akar kuadrat dari tegangan maka disebut dengan istilah rms. Demikian pula arus rms dikembangkan dari P = ($%&R sebagai:
($%& ' . (2.11)
Nilai rms tegangan dan arus akan berguna untuk menghitung daya yang diserap oleh resistansi (Daniel W. Hart,1997:29).
2.1.5. Daya Semu
Daya semu adalah hasil dari besaran tegangan rms dan arus rms. Daya semu diekspresikan dengan persamaan sebagai berikut:
11
2.1.6. Faktor Daya
Faktor daya sebuah beban didefinisikan sebagai rasio daya rata–rata ke daya semu:
) *+ ,-.∙ 0,-.* . (2.13)
2.1.7. Perhitungan daya untuk rangkaian AC sinusoidal
Umumnya tegangan dan arus dalam rangkaian elektronika daya tidak sinusoidal. Namun, sebuah gelombang periodik tidak sinusoidal dapat direpresentasikan oleh Fourier. Ini penting untuk memahami perhitungan daya dalam kasus sinusoidal. Untuk rangkaian linear yang mempunyai sumber sinusoidal, daya sesaat dan daya rata–rata untuk rangkaian AC dihitung menggunakan persamaan:
v(t) = Vm · cos (ωt+θ), (2.14)
i(t) = im · cos (ωt+ϕ). (2.15)
Lalu daya sesaat adalah:
∙ 1!%∙ 234 5 6 7 81(%∙ 234 5 6 9 8. (2.16) Menggunakan identitas trigonometri:
cos = ∙ cos > 1cos = 6 > 6 cos = ? > 8, (2.17)
@ -∙0-A 1cos 25 6 7 6 9 6 cos 7 6 9 8, (2.18) daya rata–rata:
12
Karena kondisi pertama dalam integrasi adalah fungsi cosinus, integral selama satu periode adalah nol karena luas area atas dan di bawah sama. Kondisi kedua dalam integrasi adalah cos (θ-ϕ) konstan, yang mempunyai nilai rata–rata cos (θ-ϕ). Oleh karena itu daya rata–rata dalam beberapa elemen rangkaian AC adalah:
@ -∙0-A ∙ cos 7 ? 9 , (2.20) persamaan ini seringkali diekpresikan sebagai:
!$%&∙ ($%&∙ cos 7 ? 9 , (2.21) dimana Vrms = Vm/√2, Irms = Im/√2, dan θ-ϕ adalah sudut fase antara
tegangan dan arus. Faktor daya ditentukan oleh cos (θ-ϕ).
Daya reaktif dikarakteristikkan sebagai penyimpanan energi selama setengah siklus dan energi pengambilan selama setengah siklus lainnya. Daya reaktif dihitung dengan hubungan:
D !$%&∙ ($%&∙ sin 7 ? 9 . (2.22) Secara konvensi, induktor menyerap daya reaktif positif dan kapasitor menyerap daya reaktif negatif (Daniel W. Hart,1997:37).
2.1.8. Daya kompleks
Mengkombinasikan daya aktif dan reaktif untuk rangkaian AC: G 6 jD !$%& ∙ ($%& . (2.23) Dalam persamaan di atas, Vrms dan Irms adalah kuantitas kompleks sering diekpresikan sebagai fasor (Magnitude dan sudut) dan (Irms) adalah konjugat
13
kompleks arus fasor yang memberikan hasil yang konsisten dengan konvensi bahwa induktansi atau arus lagging, menyerap daya reaktif. Daya semu dalam rangkaian AC adalah magnitude daya kompleks:
G |J| K 6 D . (2.24)
Penting untuk dicatat bahwa daya kompleks dalam persamaan diatas dan faktor daya cos (θ-ϕ) untuk sinusoidal rangkaian AC adalah kasus spesial dan tidak dapat diaplikasikan ke tegangan dan arus nonsinusoidal (Daniel W. Hart,1997:38).
2.2. Sensor Tegangan
Transformator tegangan adalah trafo yang menurunkan tegangan tinggi menjadi tegangan rendah yang dapat diukur dengan voltmeter yang berguna untuk pengukuran, rele proteksi dan alat sinkronisasi.
Gambar 2.1. Prinsip kerja Trafo Tegangan (PT).
Prinsip kerja Trafo Tegangan (PT) berdasarkan rumusan sebagai berikut: L L M M N. (2.25) a = Perbandingan transformasi E1 N1 N2 E2
14
N1 = Jumlah belitan primer N2 = Jumlah belitan sekunder E1 = Tegangan Primer
E2 = Tegangan Sekunder
(Pusat Pendidikan dan Pelatihan PT PLN (Persero) P3B Jawa Bali, Edisi Pertama).
2.3. Sensor Arus
Trafo arus digunakan untuk pengukuran arus yang besarnya ratusan bahkan ribuan amper yang mengalir pada jaringan tegangan tinggi. Jika arus hendak diukur mengalir pada tegangan rendah dan besarnya dibawah 5 ampere, maka pengukuran dapat dilakukan secara langsung sedangkan arus yang besarnya ratusan sampai ribuan tadi harus dilakukan secara tidak langsung dengan menggunakan trafo arus khusus untuk pengukuran arus yang besar.
Disamping untuk pengukuran arus, trafo arus juga dibutuhkan untuk pengukuran daya dan energi, pengukuran jarak jauh dan rele proteksi. Kumparan primer trafo arus dihubungkan secara seri dengan jaringan atau peralatan yang akan diukur arusnya, sedangkan kumparan sekunder dihubungkan dengan peralatan meter dan rele proteksi.
Trafo arus bekerja sebagai trafo yang terhubung singkat. Kawasan kerja trafo arus yang digunakan untuk pengukuran biasanya 0,05 sampai 1,2
15
kali arus yang akan diukur. Trafo arus untuk tujuan proteksi biasanya harus mampu bekerja lebih dari 10 kali arus pengenalnya.
Gambar 2.2. Prinsip kerja Trafo Arus (CT).
Prinsip kerjanya sama dengan trafo daya satu fasa. Jika pada kumparan primer mengalir arus I1, maka pada kumparan primer akan timbul gaya gerak magnet sebesar N1I1. Gaya gerak magnet ini memproduksi fluks pada inti. Fluks ini membangkitkan gaya gerak listrik pada kumparan sekunder. Jika kumparan sekunder tertutup, maka pada kumparan sekunder mengalir arus I2. Arus ini menimbulkan gaya gerak magnet N2I2 pada kumparan sekunder (Pusat Pendidikan dan Pelatihan PT PLN (Persero) P3B Jawa Bali, Edisi Pertama).
16
2.4. Pembagi Tegangan AC dan Penguat Non-inverting
Gambar 2.3. Pembagi tegangan AC.
Dalam rangkaian sederhana ini, sumber tegangan AC yang ditandai dengan Vin dan dua resistor R1 dan R2. Fungsi pembagi tegangan ini adalah untuk mendapatkan tegangan yang lebih kecil dari Vin. Tegangan keluarannya dari rangkaian Gambar 2.3. dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut:
(2.26)
Penguat non-inverting amplifier merupakan kebalikan dari penguat
inverting, dimana input dimasukkan pada input non-inverting sehingga
polaritas output akan sama dengan polaritas input tapi memiliki penguatan yang tergantung dari besarnya hambatan feedback dan hambatan input. Rangkaiaan non-inverting dideskripsikan oleh Gambar 2.4.
17
Gambar 2.4. Rangkaian Non-inverting.
Penguat ini memiliki masukan yang dibuat melalui input non-inverting. Dengan demikian tegangan keluaran rangkaian ini akan satu fasa dengan tegangan inputnya. Rumus dari rangkaiaan non-inverting dideskripsikan oleh persamaan di bawah ini:
(2.27)
2.5. Arduino
Arduino adalah sebuah board mikrokontroler yang didasarkan pada IC Atmega328. Salah satu contohnya adalah Arduino Uno. Arduino Uno mempunyai 14 pin digital input/output (6 di antaranya dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, sebuah osilator Kristal 16 MHz, sebuah koneksi USB, sebuah power jack, sebuah ICSP header, dan sebuah tombol reset. Arduino Uno memuat semua yang dibutuhkan untuk menunjang mikrokontroler, mudah menghubungkannya ke sebuah computer dengan sebuah kabel USB atau mensuplainya dengan sebuah adaptor AC ke DC atau menggunakan baterai untuk memulainya.
18
Arduino Uno berbeda dari semua board Arduino sebelumnya, Arduino Uno tidak menggunakan chip driver FTDI USB-to-serial. Sebaliknya, fitur-fitur Atmega16U2 (Atmega8U2 sampai ke versi R2) diprogram sebagai sebuah pengubah USB ke serial.
“Uno” berarti satu dalam bahasa Italia dan dinamai untuk menandakan keluaran (produk) Arduino 1.0 selanjutnya. Arduino Uno dan versi 1.0 akan menjadi referensi untuk versi-versi Arduino selanjutnya. Arduino Uno adalah sebuah seri terakhir dari board Arduino USB dan model referensi untuk papan Arduino, untuk suatu perbandingan dengan versi sebelumnya (http://arduino.cc/).
Tabel 2.1. Ringkasan Arduino Uno.
Spesifikasi Keterangan
Mikrokontroler ATmega328
Tegangan pengoperasian 5V
Tegangan input yang disarankan
7-12V
Batas tegangan input 6-20V
Jumlah pin I/O digital 14 (6 di antaranya menyediakan keluaran PWM)
Jumlah pin input analog 6
Arus DC tiap pin I/O 40 mA
19 Memori Flash
32 KB (ATmega328), sekitar 0.5 KB digunakan oleh bootloader
SRAM 2 KB (ATmega328)
EEPROM 1 KB (ATmega328)
Clock Speed 16 MHz
2.6. Zigbee
Banyak orang berpikir bahwa Zigbee dan XBee adalah sama. Zigbee adalah standar prosedur komunikasi untuk daya rendah, topologi jala nirkabel. XBee adalah sebuah brand radio yang mendukung sebuah variasi prosedur komunikasi, termasuk Zigbee, 802.15.4 dan WiFi dll (Robert Faludi,2011:25).
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.
Teknologi yang memenuhi spesifikasi dari ZigBee adalah perangkat dengan pengoperasian yang mudah, sederhana, membutuhkan daya sangat rendah serta biaya yang murah jika dibandingkan dengan bluetooth. ZigBee
20
fokus pada aplikasi Radio Frequency (RF) yang membutuhkan data tingkat rendah, baterai tahan lama, serta jaringan yang aman.
ZigBee adalah standar jaringan mesh nirkabel dengan daya rendah dan biaya yang murah. Pertama, biayanya yang murah memungkinkan teknologi ini banyak digunakan sebagai pengendali jaringan nirkabel dan aplikasi pemantauan. Kedua, penggunaannya dengan daya yang rendah membuatnya dapat bertahan lama bahkan dengan baterai berukuran lebih kecil. Ketiga, jaringan mesh memberikan realibilitas yang tinggi serta jangkauan yang lebih luas.
Terdapat tiga jenis perangkat ZigBee: 1. ZigBee Coordinator (ZC)
Perangkat yang paling ulung, dimana Coordinatornya membentuk pangkal dari jaringan yang menjembataninya ke jaringan-jaringan lain. Tepatnya terdapat satu Coordinator ZigBee pada tiap jaringan, karena alat ini adalah alat yang menjalankan jaringan dari awal. Alat ini juga dapat menyimpan informasi mengenai jaringan, termasuk di antaranya pula bertindak sebagai trust center dan respositori untuk kunci keamanan.
2. ZigBee Router (ZR)
Selain dari menjalankan fungsi aplikasi, Router juga dapat bertindak sebagai perantara, yang dapat menyampaikan data dari perangkat yang satu ke perangkat yang lain.
21
Memiliki fungsi untuk menyampaikan pada parent node (baik
Coordinator maupun Router), yang mana, alat ini tidak dapat merelay data
dari perangkat atau lainnya. Hubungan ini memungkinkan simpul untuk berada dalam keadaan padam dalam waktu yang cukup lama, sehingga menghasilkan daya baterai yang lebih tahan lama. ZED hanya membutuhkan memori dalam jumlah kecil, oleh karena itu produksinya dapat lebih murah dibandingkan dengan ZC dan ZR.
2.6.1. Spektrum Elektromagnetik
Radio adalah salah satu bagian dari spektrum elektromagnetik.
Gambar 2.5. Grafik Spektrum Elektromagnetik.
Spektrum elektromagnetik lainnya adalah sinar gamma, sinar-X, gelombang mikro, inframerah, dan cahaya tampak. Panjang gelombang radio lebih panjang dari gelombang cahaya dan dapat menembus zat buram seperti pakaian, perabotan, dan dinding bata. Energi radio tidak memerlukan media. Radio dapat merambat dengan baik dalam ruang hampa oleh karena itu
22
radio ideal untuk komunikasi. Ketika gelombang radio menabrak konduktor, seperti logam, gelombang radio tesebut diinduksi menjadi arus listrik. Ini berarti radio tidak dapat merambat dengan baik melalui dinding logam, tetapi ini dapat dimanfaatkan untuk membuat antena logam yang menginduksi gelombang radio menjadi sinyal listrik dan dapat dideteksi dan diproses oleh computer (Robert Faludi,2011:24).
2.6.2. Hukum Kuadrat Terbalik
Sinyal radio membutuhkan lebih banyak daya karena perambatannya nirkabel yang mengakibatkan konsumsi dayanya tinggi. Radio memancarkan sinyal lalu dengan cepat menyebar seperti sebuah riak di air semakin jauh dari sumber, maka riaknya akan mengecil. Seperti halnya suara, jika sumber suara dekat maka kita dapat mendengarnya dengan jelas dan sebaliknya. Suara dan radio melemah sesuai dengan hukum kuadrat terbalik. Setiap kali menjauh dua kali lipat jaraknya, maka memerlukan empat kali jumlah daya sehingga untuk jarak yang jauh memerlukan konsumsi daya yang tinggi dibandingkan dengan jarak yang pendek. Topologi jala Zigbee dirancang dengan hukum kuadrat terbalik. Alih-alih menggunakan baterai besar untuk menghasilkan daya yang dibutuhkan untuk mengirim sinyal melalui jarak yang sangat jauh, masing-masing radio cukup membutuhkan daya yang kecil untuk jarak pendek ke tetangga terdekat dalam jaringan (Robert Faludi,2011:24).
23
Gambar 2.6. Hukum Kuadrat Terbalik (Robert Faludi, 2011:22).
2.6.3. Pengalamatan Dasar (PAN, Channel)
Hampir setiap orang memiliki alamat yang bisa dihubungi. Ada alamat surat, alamat email, nomor telepon, nomor paspor, dan lain – lain. Setiap jenis alamat atau pengenal memiliki tujuan yang sedikit berbeda. Hal ini sama dengan radio. Jika ingin mengirim sebuah pesan ZigBee, maka perlu tahu alamat radio tujuan. Sama seperti dengan orang-orang, masing radio dikenal dengan beberapa alamat yang berbeda, yang masing-masing memiliki tujuan. Sebagai permulaan, masing-masing-masing-masing radio memiliki keunikan dan ditugaskan secara permanen 64-bit serial number. Setiap Zigbee antara satu dengan yang lainnya tidak ada yang sama serial number-nya. Lalu ada alamat yang lebih pendek 16-bit yang dinamis ditugaskan untuk masing-masing radio oleh Coordinator ketika menyiapkan sebuah jaringan. Alamat ini unik hanya dalam jaringan yang diberikan, tapi karena lebih pendek, lebih banyak dari mereka dapat dimanipulasi dalam memori yang sangat terbatas yang tersedia pada chip ZigBee. Akhirnya,
masing-24
masing radio XBee dapat diberikan serangkaian teks singkat disebut pengenal simpul.
Gambar 2.7. Tipe Alamat (Robert Faludi, 2011:29).
Setiap jaringan ZigBee seperti sebuah "kota" virtual, dan penamaannya dengan angka bukan dengan nama atau disebut Personal Area
Network (PAN) address. Ada 65.536 alamat PAN berbeda yang tersedia,
masing-masing memiliki kemampuan untuk menghasilkan alamat 65.536 radio 16-bit yang lain di bawahnya.
Jika semua pengalamatan sudah diatur dengan sempurna, selanjutnya kedua radio disetel ke frekuensi yang sama. Semua radio dalam satu jaringan harus menggunakan saluran yang sama. Secara default, radio XBee sudah mengeset pilihan saluran secara otomatis.
Jadi untuk sebuah pesan yang akan dikirim, radio harus berada di
channel yang sama dan memiliki informasi PAN yang sama, dan radio
pengirim harus tahu setidaknya satu dari alamat penerima radio (Robert Faludi,2011:28).
25
Gambar 2.8. Diagram untuk Channel, PAN dan Pengalamatan (Robert Faludi,
2011:30).
2.6.4. API Mode
Sebuah antarmuka pemrograman aplikasi (application programming interface, API) hanyalah sebuah set antarmuka standar yang diciptakan untuk memungkinkan satu program perangkat lunak untuk berinteraksi dengan yang lain. API memungkinkan satu permintaan layanan aplikasi komputer dari aplikasi lain dengan cara standar. Hal yang paling penting untuk dicatat adalah bahwa API secara khusus dirancang untuk memungkinkan komputer untuk berbicara secara efisien ke komputer lain. Dan umumnya tidak dirancang untuk berinteraksi dengan manusia secara langsung. Ketika interaksi dibuat mudah bagi manusia, mereka tidak kuat, tegas, dan efisien untuk komputer seperti pada AT mode apa yang diketik di keyboard pengirim maka apa yang diterima di penerima dan langsung ditampilkan dilayarnya. Komputer peduli terhadap hal-hal seperti koreksi kesalahan algoritmik, identifikasi modus kedap udara, dan transfer data
26
yang efisien untuk mendapatkan pekerjaan yang dilakukan dengan cepat, bisa ditebak, dan andal. Konsekuensinya pembacaannya datanya agak rumit. Komputer lebih mudah untuk berurusan dengan angka, dan dapat bekerja dengan maksimal ketika kumpulan angka-angka ini memberikan metode yang jelas dan sangat terstruktur untuk transfer. Hal ini dapat diatasi dengan API mode. Dengan menyediakan sebuah antarmuka untuk komunikasi program dengan XBee, API Mode memungkinkan radio untuk melayani manusia dan komputer sama baiknya, masing-masing sesuai dengan kebutuhannya (Robert Faludi,2011:111).
2.7. Teorema Nyquist
Untuk mengkonversi isyarat analog menjadi digital maka isyarat analog tersebut harus dicuplik.
Gambar 2.9. Pencuplikan (Sampling) Isyarat Kontinyu.
Isyarat tercuplik makin mewakili jika frekuensi atau pesat pencuplikan semakin tinggi. Isyarat analog 1 siklus = sekali naik + sekali turun maka
27
untuk isyarat tercupliknya juga minimal sekali naik dan sekali turun. Syarat teorema Nyquist adalah frekuensi cuplik minimal adalah dua kali komponen frekuensi tertinggi pada isyarat kontinu (analog) yang dicuplik.
