PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI ALAT UKUR DAYA OPTIK BERBASIS MIKROKONTROLER AVR ATMEGA 8535 DENGAN TAMPILAN DI KOMPUTER
Rudi Sianipar¹, A. Hambali², Sarwoko³
¹Teknik Telekomunikasi, Fakultas Teknik Elektro, Universitas Telkom
Abstrak
Power meter optik merupakan suatu alat ukur yang digunakan untuk mengukur besar nilai daya sinyal optik pada suatu sistem komunikasi serat optik. Pengukuran daya sinyal optik memiliki peranan pada proses perancangan, pemantauan dan pengendalian suatu sistem jaringan
komunikasi serat optik. Power meter optik ini digunakan sebagai alat ukur pada saat praktikum sistem komunikasi serat optik apabila power meter optik yang telah ada mengalami kerusakan. Hal itu disebabkan oleh terbatasnya jumlah power meter optik yang tersedia di laboratorium. Power meter optik yang dirancang pada tugas akhir ini terdiri dari 5 blok yaitu blok penerima daya sinyal optik, blok sistem minimum mikrokontroler AVR ATMega 8535, blok serial to Universal Serial Bus (USB) converter, personal computer (PC) dan blok catu daya. Sumber optik yang digunakan yaitu programmable light source type AQ-4304 dengan panjang gelombang 600-1600 nm. Sinyal optik yang memiliki besar daya dan panjang gelombang yang berbeda akan ditrasmisikan dengan menggunakan serat optik ke blok penerima. Blok penerima sinyal optik terdiri dari rangkain photodetector dan rangkaian penguat. Photodetector berfungsi untuk mengubah sinyal optik yang diterima menjadi sinyal listrik. Sinyal listrik yang telah melemah akan dikuatkan oleh rangkaian penguat untuk mendapatkan keluaran berupa tegangan yang maksimal. Tegangan keluaran tersebut akan dihubungkan ke blok sistem minimum
mikrokontroler ATMega8535. Pada blok ini level tegangan yang masuk diubah menjadi data ADC dengan pemrograman bahasa C. Data ADC akan dikirimkan ke personal computer (PC) melalui serial to universal serial bus converter. Komputer akan mem-buffer data ADC dan akan
menampilkan nilai daya optik di monitor komputer.
Power meter optik yang telah dirancang dan diimplementasikan pada tugas akhir ini dapat mengukur daya sinyal optik dengan panjang gelombang 600-1000 nm pada saluran transmisi serat optik berjenis singlemode dengan tingkat keakurasian rata-rata 6% dan rata-rata keprecisian 81.067%. Data hasil pengukuran sinyal optik yang akan di-buffer dan ditampilkan oleh komputer berupa besar nilai daya sinyal optik (nw).
Kata Kunci : Photodetector, Mikrokontroler AVR ATMega8535, Analog to Digital Converter (ADC), Serial to USB Converter, dan Pesonal Computer (PC).
Abstract
Optical power meter is a measuring tool used to measure the value of the optical signal power in a fiber-optic communication systems. Measurement of the optical signal power has a role in the process of planning, monitoring and control of a system of fiber optic communications network. Optical power meter made up of several supporting electronic devices during the process of measuring: the optical receiver, the screen display, the buttons (keypad) and power supply (adapter). This measure using a fiber optic as the transmission medium of optical signals from an optical source at the time of the measurement process.
Optical power meter designed in this thesis consists of 5 blocks: the block receiving the optical signal power, the minimum system block AT Mega 8535 AVR microcontroller, serial to Universal Serial Bus (USB) converter, personal computer (PC) and the power supply block. Optical source used is a programmable light source type AQ-4304 with wavelength 600-1600 nm. Optical signals have different power and different wavelengths will be transmitted with fiber optics to block the receiver. Block consists of an optical signal receiver string of photo detector and amplifier circuits. Photo detector serves to convert the received optical signals into electrical signals. Electrical signal which has been weakened would be strengthened by the amplifier circuit to obtain the maximum output voltage form. The output voltage will be connected to the
microcontroller ATMEGA8535 minimum system block. In this block the incoming voltage level is converted into the ADC data with programming language C. ADC data will be sent to a personal computer (PC) via a universal serial bus to serial converter. The computer will buffer the ADC data and will display the value of optical power on the computer monitor.
Optical power meter that had been designed and implemented in this thesis are expected to measure the optical signal with wavelength 600-1000 nm in the transmission line fiber-optic single mode type with a level of accuracy and precision ≤ 5%. Optical signal measurement result data will be buffered and displayed by the computer in the form of the optical signal power (nw). Keywords : Photo detector, ATMEGA8535 AVR Microcontroller, Analog to Digital Converter (ADC), Serial to USB Converter, and Personal Computer (PC).
14 BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Pengukuran daya sinyal optik memiliki peranan yang penting pada proses perancangan, pemantauan dan pengendalian sistem jaringan komunikasi optik. Pada Laboratorium sistem komunikasi serat optik telah tersedia power meter optik digital. Alat ukur ini dipergunakan untuk mengukur daya sinyal optik pada saat praktikum sistem komunikasi serat optik. Sinyal optik yang merambat pada serat optik mengalami perubahan daya sinyal yang diakibatkan oleh adanya redaman (loss). Sumber redaman dapat berasal dari komponen-komponen transmitter/receiver, serat optik, cahaya luar yang masuk, dan lain sebagainya. Redaman tersebut dapat mengakibatkan daya yang dikirimkan dari transmitter ke receiver akan mengalami degradasi sinyal (penurunan daya). Penurunan daya tersebut dapat diketahui dengan cara mengukur daya sinyal optik yang diterima dengan menggunakan power meter optik.
Alat ukur daya sinyal optik atau power meter optik digital yang dimiliki oleh laboratorim sistem komunikasi serat optik berjumlah dua buah. Pada saat praktikum kedua power meter dipergunakan dalam waktu bersamaan. Jika terjadi kerusakan maka hal itu akan menghambat berjalannya proses praktikum. Apabila alat ukur mengalami kerusakan maka untuk melakukan proses pengadaan barang diperlukan waktu yang cukup lama. Hal itu dikarenakan harga power meter optik yang cukup mahal dan waktu pengajuan pengandaan alat praktikum yang memerlukan waktu yang cukup lama, sehingga tidak ada power meter optik cadangan untuk menggantikan power meter optik yang telah rusak. Oleh karena itu, pada tugas akhir ini telah dirancang dan diimplementasikan suatu power meter optik yang ekonomis sebagai alat ukur cadangan agar proses praktikum di laboratorium sistem komunikasi serat optik dapat berjalan dengan baik dan lancar.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas, maka masalah-masalah yang ada dapat dirumuskan sebagai berikut:
1. Bagaimana cara mengubah sinyal optik (cahaya) menjadi sinyal elektrik (listrik). 2. Bagaimana cara menguatkan tegangan listrik keluaran photodetector untuk
mendapatkan level tegangan yang maksimal agar mendapatkan level data ADC yang maksimal.
3. Bagaimana cara kerja mikrokontroller dalam memperoses dan megirim data hasil pengukuran ke komputer.
4. Bagaimana cara menampilakan data yang dikirim oleh mikrokontroller ke komputer. 5. Bagaimana melihat tingkat kepresisian dan keakuratan power meter optik dalam
mengukur daya optik.
1.3 Batasan Masalah
Pembahasan Tugas Akhir ini dibatasi oleh beberapa hal, antara lain:
1. Optical transmitter atau sumber optik yang digunakan adalah programmable light source AQ 4304.
2. Fotodetektoryang digunakan jenis Siphotodiode S1337 Series 5.8 mm.
3. Mikrokontroller yang digunakan adalah AVR ATMega 8535 dengan bahasa pemrograman C.
4. Perangkat antarmuka atau interface yang digunakan adalah komputer dan Liquid Crystal Display (LCD) sebagai tempat menampilan data hasil pengukuran.
5. Saluran transmisi serat optik yang digunakan adalah singlemode step indeks dengan panjang 2 meter dengan FC connector.
6. Cahaya yang terukur memiliki panjang gelombang 600-1000 nm.
7. Power meter optik (AQ 2150) sebagai alat ukur power meter optik referensi.
8. Besarnya nilai daya sinyal optik yang dipancarkan oleh programmable light source yang terukur oleh power meter optik (AQ2150) adalah 42 nW sampai 98 nW.
9. Aplikasi interface pada komputer dibangun dengan bahasa pemrograman Visual Basic.
16 1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari tugas akhir ini antara lain :
1. Menghasilkan alat ukur daya sinyal optik dengan panjang gelombang 600-1000 nm yang dapat diimplementasikan dan memiliki tingkat kepresisian dan keakurasian yang baik yaitu ≤ 5%.
1.5 Metodologi Penelitian
Metode yang digunakan dalam pembuatan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Studi literatur
Pada tahap ini akan dilakukan studi terhadap materi-materi yang terkait dengan topik penelitian melalui referensi yang berhubungan dengan power meter optik. Dalam tugas akhir ini penulis mempelajari bagaimana cara kerja power meter optik yang tediri dari blok receiver (photodiode, front-end, dan penguat), blok pengolah dan pengubah data analog ke digital (Sistem Minimum AVR ATMega 8535), blok komunikasi serial antara mikrokontroler dengan komputer, dan aplikasi interface pada LCD dan komputer untuk menampilkan data hasil pengukuran dengan menggunakan bahasa pemograman C dan Visual Basic.
2. Konsultasi dan diskusi
Selain studi literatur, penulis juga berkonsultasi dan berdiskusi dengan pembimbing serta orang yang ahli dalam bidang sistem komunikasi optik dan mikrokontoler. Dalam hal ini, pembimbing memberi masukan tahapan-tahapan yang harus dilakukan dalam menyelesaikan tugas akhir.
3. Pembuatan desain sistem, pengujian, dan analisis. a. Desain Sistem
Dilakukan pembuatan desain sistem power meter optik baik secara hardware atau software berdasarkan spesifikasi perancangan yang akan dilakukan.
b. Pengujian
Parameter-parameter yang akan diuji pada tugas akhir ini diantaranya tegangan keluaran photodiode, receiver, catuan ke sistem minimum mikro, nilai ADC yang dihasilkan, keakuratan dan ketelitian dari power meter optik.
c. Analisis
Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah mendesain sistem power meter optik berbasis AVR ATmega 8535 dengan tampilan di komputer agar dalam pengolahan dan penyimpanan data hasil pengukuran lebih mudah. Oleh karena itu, pada tahap ini dilakukan analisis
terhadap implementasi power meter optik baik dari tingkat keakuratan dan ketelitian alat untuk mendapatkan hasil yang diinginkan.
1.6 Sistematika Penulisan
Sistematika yang digunakan dalam penyusunan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
BAB 1 PENDAHULUAN
Berisi tentang latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan, dan metode pembuatan dan sistematika penulisan.
BAB 2 LANDASAN TEORI
Bab ini mengemukakan dasar-dasar teori yang akan melandasi permasalahan yang akan dibahas, serta penjelasan tentang cara kerja sistem dan masing-masing komponen yang akan digunakan.
BAB 3 PERANCANGAN DAN REALISASI
Berisi pembahasan tentang langkah-langkah perancangan power meter optik berbasis mikrokontroller ATMega 8535 dengan tampilan di komputer..
BAB 4 ANALISA HASIL PENGUJIAN
Berisi pembahasan tentang hasil pengujian dan analisa dari desain dan implementasi power meter optik.
BAB 5 PENUTUP
Berisi kesimpulan dari uraian pada bab-bab yang telah dibahas sebelumnya dan saran yang diharapkan dapat membantu dalam hal perbaikan tugas akhir ini.
63 BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN
Berdasarkan data hasil pengukuran dan analisis dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:
1. Nilai tegangan dan level data ADC yang dihasilkan oleh rangkain receiver dan mikrokontroler memiliki range 2.93 – 3.11 V dan 669 – 709 pada sumber cahaya dengan panjang gelombang 600 – 1000 nm.
2. Daya yang terukur pada power meter rancangan menggunakan sumber optik dengan panjang gelombang 600 – 1000 nm adalah rata-rata sebesar 43.822 – 94.338 nW.
3. Tingkat presisi power meter rancangan pada saat proses pengukuran adalah rata-rata sebesar 81.067%, sedangkan jika menggunakan power meter referensi rata-rata sebesar 99.057% pada panjang gelombang pengukuran 600 – 1000 nm. Oleh karena itu, tingkat presisi power meter rancangan belum begitu baik karena tidak mendekati tingkat presisi power meter referensi.
4. Tingkat akurasi power meter rancangan pada saat proses pengukuran adalah rata-rata 6% dan akurasi total sebesar 38.628%. Oleh karena itu, tingkat akurasi power meter rancangan sudah cukup baik karena telah mendekati tingkat akurasi power meter referensi rata-rata sebesar 5%.
5.2 SARAN
Saran yang dapat diajukan untuk penelitian lebih lanjut mengenai topik ini adalah: 1. Power meter optik yang dirancang dapat mengukur daya dengan range panjang
gelombang lebih besar. Sehingga pemanfaatan fungsionalitas photodiode lebih optimal.
2. Power meter optik yang dirancang dapat mengatur panjang gelombang sesuai jenis sumber optik yang digunakan.
3. Power meter optik yang dirancang dapat menggunakan jenis mikrokontroler lain yang memiliki nilai adc (resolusi bit) yang lebih tinggi.
4. Power meter optik yang dirancang memiliki fitur untuk menampilkan, menyimpan dan menganalisis data hasil pengukuran.
5. Pengkalibrasian perangkat sebaiknya menggunakan power meter optik standar agar lebih presisi dan akurasi.
65 DAFTAR PUSTAKA
[1] Bejo Agus. 2008. C dan AVR Rahasia Kemudahan Bahasa C dalam Mikrokontroler ATMega8535. Yogyakarta : Graha Ilmu.
[2] Datasheet LM324A. Tersedia:
http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/L/M/3/2/LM324N.shtml. Diunduh pada tanggal 27 Desember 2011.
[3] Datasheet Mikrokontroler AVR ATMega8535. Tersedia: www.alldatasheet.com. Diunduh pada tanggal 27 Desember 2011.
[4] Datasheet SiPhotodiode S1337 Series 5.8 mm. Tersedia:
http://www.fot.bme.hu/letoltes/OPTOMECHATRONIKA%20II/S1337_series.pdf . Diunduh pada tanggal 27 Desember 2011.
[5] Datasheet Yokogawa / Ando AQ-4304 Programmable Wavelength White Light Source. Tersedia: http://www.artisan-scientific.com/70919.htm. Diunduh pada tanggal 27 Desember 2011.
[6] Fiber Optic Telecommunication. Tersedia:
http://spie.org/Documents/Publications/00%20STEP%20Module%2008.pdf. Diunduh pada tanggal 27 Desember 2011.
[7] Heryanto, M. Ary dan Wisnu Adi P. 2008. Pemrograman Bahasa C untuk Mikrokontroler ATMEGA8535. Yogyakarta : Andi.
[8] Serat Optik. Tersedia: http://www.unsri.ac.id/upload/arsip/Serat%20Optik.pdf. Diunduh pada tanggal 27 Desember 2011.
[9] Sistem Komunikasi Optik. Tersedia:
http://harryramza.zoomshare.com/files/Lecture_Note/SKSO/7Sumber_Optik.pdf. Diunduh pada tanggal 27 Desember 2011.
[10] Sumber Optik. Tersedia:
http://www.stttelkom.ac.id/staf/sio/PENGAJARAN/INSTRUMENTASI_OPTIK/HAN DOUT_1/H=SUMBERLED.pdf . Diunduh pada tanggal 27 Desember 2011.
[11] Teori Cahaya. Tersedia: http://id.wikipedia.org/wiki/Cahaya. Diunduh pada tanggal 27 Desember 2011.
[12] Wardhana Lingga. 2006. Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR Seri ATMega8535 Simulasi, Hardware dan Aplikasi. Yogyakarta: Andi.
[13] Winoto Ardi. 2010. Mikrokontroler AVR ATMega8/16/32/8535 dan Pemogramannya dengan Bahasa C pada WinAVR. Bandung : Informatika.
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
