Realisasi Sistem Keyless Car Entry Berbasis Direct Sequence Spread Spectrum.

(1)

REALISASI SISTEM KEYLESS CAR ENTRY BERBASIS

DIRECT SEQUENCE SPREAD SPECTRUM

Nama : Aditya Nugraha Pradana Nrp : 0622039

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha Jl. Prof. Drg. Suria Sumantri, MPH. no. 65, Bandung, Indonesia

E mail : [email protected]

ABSTRAK

Teknologi yang diimplementasikan pada mobil terus dikembangkan untuk

semakin memberikan kepraktisan bagi penggunanya. Salah satu teknologi yang

sudah ada adalah sistem Central Lock yang dilengkapi sebuah Remote dengan

tombol untuk mengunci dan membuka kunci.

Dalam Tugas Akhir ini direalisasikan pengembangan dari sistem Central

Lock, yaitu sistem Keyless Car Entry. Sistem Keyless Car Entry ini menggantikan

fungsi Remote (untuk mengunci dan membuka kunci) dengan sebuah modul tanpa

tombol (keyless). Pengiriman data dari sistem ini menggunakan modul RF dan

data yang dikirimkan dienkripsi menggunakan teknik Direct Sequence Spread

Spectrum. Pendeteksian dilakukan berdasarkan ada atau tidaknya resonansi pada

perangkat Receiver. Data yang diterima pada Receiver diterjemahkan oleh

mikrokontroler ATMega16 sebagai intruksi BUKA / TUTUP bagi motor Central

Lock.

Dari 15 kali pengujian membuka kunci dan 15 kali pengujian mengunci,

sistem Keyless Car Entry ini dapat berfungsi dengan baik. Dari hasil pengujian,

jarak rata-rata untuk membuka kunci adalah sejauh 2.2 meter dan jarak rata-rata

untuk mengunci adalah sejauh 1.2 meter.

Kata kunci : Radio Frequency (RF), Central Lock, Keyless Car Entry, Direct

(2)

REALIZATION OF KEYLESS CAR ENTRY SYSTEM BASED ON

DIRECT SEQUENCE SPREAD SPECTRUM

Name : Aditya Nugraha Pradana

Nrp : 0622039

Department of Electrical Engineering, Maranatha Christian University Jl. Prof. Drg. Suria Sumantri, MPH. no. 65, Bandung, Indonesia

E mail : [email protected]

ABSTRACT

Technology implemented on the cars continues to be developed to provide

more convenience for the user. One existing technology is Central Lock system,

equipped with a remote button to lock and unlock the door.

In this Final Project, the development of Central Lock system is realized,

that is Keyless Car Entry system. Keyless Car Entry system replaces the Remote

function (for locking and unlocking the door) with a device without button

(keyless). This system using the RF module for data transmission and the

transmitted data are encrypted using Direct Sequence Spread Spectrum technique.

The detection is based on exist or no exist of resonance in the receiver device. The

received data in Receiver are translated by ATMega16 microcontroller, as OPEN /

CLOSE instruction for the Central Lock motor.

From 15 times unlocking test and 15 times locking test, this Keyless Car

Entry system can work properly. From the result of the test, the average distance

for unlocking is 2.2 meter and the average distance for locking is 1.2 meter.

Keywords : Radio Frequency (RF), Central Lock, Keyless Car Entry, Direct

(3)

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ... i

ABSTRACT ... ii

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... xii

DAFTAR RUMUS ... xiii

BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Masalah ... 1

I.2. Identifikasi Masalah ... 2

I.3. Perumusan Masalah ... 2

I.4. Tujuan ... 2

I.5. Batasan Masalah ... 2

I.6. Sistematika Penulisan ... 3

BAB II LANDASAN TEORI II.1. Spread Spectrum ... 4

II.1.1. Konsep Dasar Spread Spectrum ... 4

II.1.2. Narrowband dan Wideband ... 5

II.1.3. Karakteristik Sinyal Spread Spectrum ... 7

II.1.4. Klasifikasi Spread Spectrum ... 7

II.1.4.1. Direct-Sequence Spread Spectrum (DSSS) ... 8

II.1.4.2. Frequency-Hopping Spread Spectrum (FHSS) ... 10

(4)

II.2. Frekuensi Gelombang Radio (RF/Radio Frequency) ... 12

II.2.1. Komunikasi Gelombang Radio ... 13

II.2.2. Spektrum Gelombang Radio ... 13

II.3. Rangkaian Timer ... 15

II.3.1. Operasi Monostable ... 15

II.3.2. Operasi Astable ... 17

II.4. Operator XOR ... 19

II.5. Mikrokontroler ... 20

II.5.1. Fitur ATMega16 ... 21

II.5.2. Konfogurasi Pin ATMega16 ... 22

II.5.3. Blok Diagram ATMega16 ... 24

BAB III PERANCANGAN ALAT DAN PROGRAM III.1. Diagram Blok dan Cara Kerja ... 25

III.2. Input Clock ... 28

III.3. Pembangkit Pseudo-Noise Code pada Transmitter ... 30

III.4. Pengiriman dan Penerimaan Data Melalui RF ... 32

III.5. Pembangkit Pseudo-Noise Code pada Receiver ... 35

III.6. Proses Buka Tutup Kunci ... 37

III.7. Skematik Rangkaian ... 40

III.8. Rangkaian Relay ... 42

III.9. Instalasi ... 44

BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISA IV.1. Pengamatan Input Clock ... 47

IV.2. Pengamatan Sinyal PNCode yang Dihasilkan Mikrokontroler pada Perangkat Transmitter ... 48

(5)

IV.4. Pengamatan pada Sinyal yang Diterima oleh Receiver ... 51

IV.5. Pengamatan Sinyal PNCode yang Dihasilkan Mikrokontroler pada

Perangkat Receiver ... 53

IV.6. Pengamatan Sinyal Hasil Dekripsi ... 54

IV.7. Percobaan Menjauhi Mobil untuk Penguncian Pintu Mobil ... 55

IV.8. Percobaan Mendekati Mobil untuk Membuka Kunci Pintu Mobil .... 56

IV.9. Analisis ... 58

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

V.1. Kesimpulan ... 60

V.2. Saran ... 60

DAFTAR PUSTAKA ... 61

(6)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Pembagian Spektrum Gelombang Radio ... 14

Tabel 2.2. Tabel Kebenaran XOR ... 19

Tabel 2.3. Konversi Plaintext menjadi Chipertext dengan XOR ... 20

Tabel 2.4. Konversi Chipertext menjadi Plaintext dengan XOR ... 20

Tabel 2.5. Fungsi Khusus Port B ... 23

Tabel 2.6. Fungsi Khusus Port C ... 23

Tabel 2.7. Fungsi Khusus Port D ... 23

Tabel 4.1. Hasil Pengujian Penguncian Pintu Mobil ... 55

(7)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1. Sistem Komunikasi Spread Spectrum ... 4

Gambar 2.2. Proses spreading dari sinyal asli menjadi Spread Signal ... 5

Gambar 2.3. Proses despreading untuk mendapatkan sinyal asli kembali 5

Gambar 2.4. Perbandingan spektrum antara Narrowband dan Spread Spectrum (sebagai Wideband) ... 6

Gambar 2.5. Energi sinyal yang termodulasi oleh Spread Spectrum menjadi berada di bawah level noise ... 6

Gambar 2.6.a. Direct-Sequence Spread Spectrum pada Transmitter ... 9

Gambar 2.6.b. Direct-Sequence Spread Spectrum pada Receiver ... 9

Gambar 2.7. Contoh proses Direct-Sequence Spread Spectrum ... 10

Gambar 2.8. Sinyal Frequency-Hopping ... 10

Gambar 2.9.a. Sistem Frequency Hopping Spread Spectrum pada Transmitter ... 11

Gambar 2.9.b. Sistem Frequency Hopping Spread Spectrum pada Receiver ... 11

Gambar 2.10. Susunan kaki IC timer 555 ... 15

Gambar 2.11. Rangkaian Monostable ... 16

Gambar 2.12. Grafik hubungan antara R1 ( ), C ( ), dan nilai yang dihasilkan ... 17

(8)

Gambar 2.14. Grafik hubungan antara R1 ( ), R2 ( ), C ( ), dan nilai

yang dihasilkan ... 19

Gambar 2.15. Gerbang XOR ... 19

Gambar 2.16. Konfigurasi Pin ATmega16 ... 22

Gambar 2.17. Blok Diagram ATmega16 ... 24

Gambar 3.1. Blok Diagram Keseluruhan Sistem Keyless Car Entry ... 25

Gambar 3.2. Diagram Alir Keseluruhan Sistem Keyless Car Entry ... 26

Gambar 3.3. Perangkat Keseluruhan Sistem Keyless Car Entry ... 27

Gambar 3.4. IC NE 555 yang digunakan ... 28

Gambar 3.5. Gambar rangkaian clock operasi Astable ... 29

Gambar 3.6. Rangkaian Clock yang terintegrasi pada Transmitter ... 30

Gambar 3.7. Proses XOR pada Transmitter ... 30

Gambar 3.8. Gerbang XOR yang menghubungkan Input Clock dan PNCode ... 31

Gambar 3.9. Diagram alir program pembangkit PNCode pada Transmitter dengan PNCode bernilai 1 0 1 ... 32

Gambar 3.10. Modul RF TLP 315 ... 33

Gambar 3.11. Modul RF RLP 315 ... 33

Gambar 3.12. Skema pengiriman data menggunakan Transmitter RF dan HT-12E ... 33

(9)

Gambar 3.14. Rangkaian TLP 315 dan HT-12E pada Transmitter ... 34

Gambar 3.15. Rangkaian RLP 315 dan HT-12D pada Receiver ... 35

Gambar 3.16. Diagram Blok Proses XOR pada Transmitter ... 35

Gambar 3.17. Diagram alir program pembangkit PNCode pada Receiver dengan PNCode bernilai 1 0 1 ... 36

Gambar 3.18. Gerbang XOR yang menghubungkan output HT-12D dan PNCode ... 37

Gambar 3.19. Mikrokontroler eksekusi program buka tutup kunci ... 38

Gambar 3.20. Diagram alir program buka tutup kunci ... 39

Gambar 3.21. Skematik Perangkat Transmitter ... 40

Gambar 3.22. Skematik Perangkat Receiver ... 41

Gambar 3.23. Rangkaian Relay pada motor Central Lock ... 43

Gambar 3.24. Rangkaian Relay yang Disambungkan pada motor door lock ... 44

Gambar 3.25. Motor door lock yang dipasang pada pintu pengemudi ... 45

Gambar 3.26. Batang dari motor door lock yang disangkutkan pada Tuas door lock ... 45

Gambar 3.27. Perangkat Receiver yang diletakkan pada mobil ... 46

Gambar 3.28. Sambungan pada aki mobil ... 46

Gambar 4.1. Bagian-bagian yang akan diamati ... 47

(10)

Gambar 4.3. Sinyal clock (atas) dan sinyal PNCode (bawah) ... 49

Gambar 4.4. Sinyal clock (atas) dan sinyal hasil XOR (bawah) ... 50

Gambar 4.5. Perbandingan antara sinyal yang diterima (atas) dan sinyal

yang dikirimkan (bawah) ... 52

Gambar 4.6. Perbandingan antara sinyal PNCode yang dihasilkan di

Receiver (atas) dan sinyal PNCode yang dihasilkan di

Transmitter (bawah) ... 53

Gambar 4.7. Perbandingan antara sinyal hasil dekripsi (atas) dan sinyal

(11)

DAFTAR RUMUS

Halaman

Rumus II.1. Rumus Panjang Gelombang ... 13

Rumus II.2. Rumus Periode ( ) untuk tiap pulsa Rangkaian Monostable . 16 Rumus II.3. Rumus untuk Rangkaian Astable ... 18

Rumus II.4. Rumus untuk Rangkaian Astable ... 18

Rumus II.5. Rumus Periode Total ( ) untuk Rangkaian Astable ... 18

Rumus II.6. Rumus Frekuensi ( ) untuk Rangkaian Astable ... 18

(12)

LAMPIRAN A

(13)

PROGRAM Pembangkit PNCode pada

Transmitter

#include <mega16.h> #include <delay.h>

void main(void) {

// Declare your local variables here

// Input/Output Ports initialization // Port A initialization

// Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In

// State7=P State6=P State5=P State4=P State3=P State2=P State1=P State0=P

PORTA=0xFF; DDRA=0x00;

// Port B initialization

// State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T

PORTB=0x00; DDRB=0x00;

// Port C initialization

PORTC=0x00; DDRC=0x00;

// Port D initialization

// Func7=Out Func6=Out Func5=Out Func4=Out Func3=Out Func2=Out Func1=Out Func0=Out

// State7=0 State6=0 State5=0 State4=0 State3=0 State2=0 State1=0 State0=0

PORTD=0x00; DDRD=0xFF;

(14)

// Mode: Normal top=FFFFh // OC1A output: Discon. // OC1B output: Discon. // Noise Canceler: Off

// Input Capture on Falling Edge // Timer 1 Overflow Interrupt: Off // Input Capture Interrupt: Off // Compare A Match Interrupt: Off // Compare B Match Interrupt: Off TCCR1A=0x00; // Clock source: System Clock // Clock value: Timer 2 Stopped // Mode: Normal top=FFh

// Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off ACSR=0x80;

(15)

(16)

PROGRAM Pembangkit PNCode pada

Receiver

void main(void) {

// State7=P State6=P State5=P State4=P State3=P State2=P State1=P State0=P

PORTA=0xFF; DDRA=0x00;

(17)

// OC1A output: Discon. // OC1B output: Discon. // Noise Canceler: Off

(18)

while (1) { code:

if(PINA.1==1) {

PORTD=0x00; delay_ms(500); PORTD=0xFF; delay_ms(500); PORTD=0x00; delay_ms(500);

PORTD=0xFF; delay_ms(500);

PORTD=0x00;

goto code; }

else {goto code;} };

(19)

PROGRAM Buka Tutup Kunci

// Declare your global variables here

void main(void) {

int input[5];

// State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=P State0=P

PORTA=0x03; DDRA=0x00;

// Timer/Counter 0 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer 0 Stopped // Mode: Normal top=FFh

// OC0 output: Disconnected TCCR0=0x00;

(20)

OCR0=0x00;

// Timer/Counter 1 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer 1 Stopped // Mode: Normal top=FFFFh

// OC1A output: Discon. // OC1B output: Discon. // Noise Canceler: Off

(21)

(22)

/*Proses Pengecekan isi Array*/

if (input[1]==1 && input[2]==0 && input[3]==1 && input[4]==0)

{

PORTD=0x02; /* Buka kunci */

delay_ms(200);

PORTD=0x04; delay_ms(2000);

goto ulang; }

else {

PORTD=0x04; goto ulang; }

(23)

Bab I Pendahuluan

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

Gaya hidup di masyarakat saat ini menjadikan mobil bukanlah sebagai

barang mewah lagi. Menjawab kondisi tersebut, para produsen mobil pun terus

menerus berusaha mengembangkan inovasi terkini untuk semakin meningkatkan

kualitas produk mobil yang ditawarkannya, baik dari segi mesin, perancangan

body mobil, maupun teknologi-teknologi yang diimplementasikan pada mobil

tersebut, sehingga dapat menjadi nilai tambah dibandingkan mobil lainnya.

Salah satu teknologi yang telah dikembangkan adalah sistem penguncian

central lock. Sistem penguncian central lock adalah sistem penguncian pintu

mobil yang dikendalikan cukup dari pintu pengemudi saja. Apabila kunci pintu

pengemudi membuka, maka kunci pintu lainnya pada mobil tersebut ikut

membuka, begitu pula jika kunci pintu pengemudi mengunci.

Dalam perkembangannya, sistem ini digabungkan dengan remote dan

sistem alarm. Remote ini berguna untuk mengendalikan kunci central lock,

sehingga untuk membuka atau menutupnya, tidak perlu dilakukan dari pintu

mobil, melainkan cukup menekan tombol buka tutup pada remote saja. Inovasi ini

memberikan kepraktisan tersendiri, oleh karena itu central lock, remote, dan alarm

menjadi bagian tak terpisahkan dari sebuah mobil modern.

Dalam tugas akhir ini, akan direalisasikan pengembangan dari sistem

central lock, yaitu sistem keyless car entry, yang tentunya semakin memberikan

kepraktisan dalam penggunaan kunci. Dalam sistem keyless car entry ini,

seseorang bahkan tidak perlu menekan tombol buka tutup dari remote untuk

mengunci dan membuka kunci mobil. Cukup membawa suatu alat yang disebut

modul mendekat pada mobil, maka secara otomatis kunci mobil akan terbuka,

(24)

Bab I Pendahuluan 2

1.2. Identifikasi Masalah

Berdasar latar belakang di atas, masalah yang akan diangkat pada tugas

akhir ini adalah pengiriman data digital melalui Frekuensi Gelombang Radio,

pemrograman otomatisasi buka tutup kunci berdasarkan ada tidaknya resonansi,

dan pengenkripsian data digital dengan teknik Direct Sequence Spread Spectrum.

1.3. Perumusan Masalah

Permasalahan yang akan dibahas dalam tugas akhir ini meliputi:

1. Bagaimana merancang sistem Keyless Car Entry menggunakan modul Radio

Frequency?

2. Bagaimana mengimplementasikan teknik Direct Sequence Spread Spectrum

ke dalam sistem Keyless Car Entry?

1.4. Tujuan

Tujuan yang hendak dicapai dalam pengerjaan tugas akhir ini adalah:

1. Merancang sistem Keyless Car Entry menggunakan modul Radio Frequency.

2. Mengimplementasikan teknik Direct Sequence Spread Spectrum ke dalam

sistem Keyless Car Entry.

1.5. Batasan Masalah

Pembatasan masalah pada tugas akhir ini meliputi:

1. Antara transmitter dan receiver diasumsikan tidak ada halangan dan dilakukan

pada daerah terbuka.

2. Ukuran Modul Transmitter yang besar tidak dipermasalahkan.

3. Sistem penguncian hanya dijalankan pada kondisi mesin mobil yang tidak

dihidupkan.

(25)

Bab I Pendahuluan 3

1.6. Sistematika Penulisan

Agar penulisan laporan Tugas Akhir ini dapat lebih terarah dan terstruktur

maka laporan ini akan dibagi dalam lima bab yaitu:

BAB I PENDAHULUAN

Berisi latar belakang, identifikasi masalah, perumusan masalah,

tujuan, batasan masalah, dan sistematika penulisan

BAB II LANDASAN TEORI

Berisi latar belakang, identifikasi masalah, perumusan masalah,

tujuan, batasan masalah, dan sistematika penulisan

BAB III PERANCANGAN ALAT DAN PROGRAM

Berisi pembahasan perancangan alat dan perangkat lunak secara

keseluruhan

BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISA

Berisi data hasil pengamatan setelah alat direalisasikan dan analisa

terhadap hasil pengamatan

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

(26)

Bab V Kesimpulan dan Saran

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1. Kesimpulan

1. Sistem Keyless Car Entry menggunakan modul Radio Frekuensi berbasis

Direct Sequence Spread Spectrum berhasil dirancang, direalisasikan, dan

berfungsi dengan baik.

2. Ditemukan masalah dalam pemanfaatan resonansi RF sebagai sensor yaitu

adanya “grey area” yaitu suatu daerah perbatasan yang bersifat tidak tentu antara daerah resonansi dan bukan daerah resonansi. Dengan

ketidaktentuan ini, terdeteksinya sinyal atau hilangnya sinyal menjadi

tidak jelas, mengakibatkan adanya kekacauan sesaat sebelum kunci

menutup atau membuka karena kesalahan dalam pengeksekusian program

dalam mikrokontroler.

3. Jarak yang dibutuhkan untuk membuka kunci lebih pendek dibandingkan

dengan menutup kunci.

V.2. Saran

1. Lebih didalami kembali masalah “grey area” agar sistem dapat berjalan

tanpa kekacauan sesaat.

2. Dapat dikembangkan agar PNCode dapat diubah-ubah misalnya dengan

menggunakan dipswitch.

3. Dapat dikembangkan agar pada saat mesin dihidupkan sistem penguncian

dari remote mati secara otomatis dan berpindah menjadi sistem

penguncian dari mobil (sensor kecepatan, rem, dan sebagainya).

4. Dapat dikembangkan agar sistem Keyless Car Entry dapat diintegrasikan

(27)

DAFTAR PUSTAKA

[1]. Dixon, Robert C. Spread Spectrum System – with Commercial

Application. 3rd Edition. New York: John Wiley & Sons, 1994.

[2]. Peterson, Roger L. and Rodger E. Ziemer. Introduction to

Spread-Spectrum Communication. New Jersey: Prentice Hall, 1995.

[3]. ---, ATmega16 – Atmega16L datasheet, Atmel Corporation, 2007

[4]. ---, DM7486 datasheet, Fairchild Semiconductor Corporation, 2000

[5]. ---, NE555 – SA555 – SE555 datasheet, STMicroelectronics, 1998

[6]. http://www.all4smartphone.com/screenshots/bluetooth/FHSSvDSSS.pdf

(Januari 2010)

[7]. http://tewe.wordpress.com/2008/05/29/spread-spectrum/(Januari 2010)

[8]. http://trensains.com/ne_555.htm(Januari 2010)

[9]. http://pdfserv.maxim-ic.com/en/an/AN1890.pdf(Februari 2010)

[10].

http://piratesandrevolutionaries.blogspot.com/2009/03/deleuze-wild-digital-computer-logic.html(Februari 2010)

[11].

http://www.seguridadmobile.com/bluetooth/bluetooth-security/building-your-own-Bluetooth-sniffer.html(Februari 2010)