BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Definisi Sistem Kendali Menurut Katsuhiko Ogata, 1993, dalam bukunya yang berjudul Teknik Kontrol Automatik : Sistem adalah kombinasi dari beberapa komponen yang bekerja bersama-sama dan melakukan suatu sasaran tertentu. Sehingga sistem kendali dapat didefinisikan sebagai kumpulan komponen fisik yang tersusun sedemikian rupa dan saling bekerja sama untuk mencapai suatu kondisi yang diharapkan. Sistem kendali secara umum terbagi dua menurut jenisnya yaitu bersifat terbuka (open loop) dan tertutup (close loop). (Norman S Nise. Control System Engineering 4th Edition., 2004). Gambar diagram blok sistem kendali terbuka dan tertutup dapat dilihat pada Gambar 2.1 dibawah ini. Set-Point Controller Actuator Process (a) Set-Point Controller Actuator Process Sensor (b) Gambar 2.1 Diagram blok sistem kendali secara umum, (a) sistem kendali terbuka, (b) sistem kendali tertutup. Sumber : Sistem Kendali Umpan Balik - Kuliah 1, ( Pada sistem kendali terbuka, pengendali (controller) harus memberikan sinyal ke aktuator sesuai nilai masukan (set-point). Kelemahan dari sistem kendali terbuka adalah pengendali tidak mengetahui sebenarnya apakah aktuator telah melaksanakan apa yang harus dilaksanaan sehingga apabila terjadi sesuatu gangguan pada proses maka sistem tidak memperbaiki proses secara otomatis. Pada sistem kendali tertutup, pengendali mengetahui kondisi sebenarnya dari HMI Sistem Kendali dan Pengumpul Data Wireless I I.1

2 proses dari perbedaan kondisi proses (yang diberi tahu oleh sensor) dengan nilai set-point sehingga apabila dalam proses terjadi gangguan maka pengendali akan memperbaiki proses dengan memberi sinyal ke aktuator yang sesuai perhitungan. Sistem kendali dapat diterapkan pada suatu sistem yang berfungsi mengambil data-data terukur dari lapangan yang dimasukkan kedalam pusat pemroses data-data masukan lalu pusat pemroses data tersebut menghasilkan nilai keluaran untuk kendali di lapangan sehingga diharapkan nilai keluaran sistem dapat ideal atau sesuai harapan. Sistem kendali dapat berupa komputer sebagai pusat pengolah data dan penampil data sehingga data-data di lapangan dapat lebih mudah dimengerti oleh manusia dan dapat dikendalikan jarak jauh melalui saluran komunikasi jarak jauh. 2.2 Mikrokontroler ATmega64 dan ATmega16 Mikrokontroler merupakan sebuah IC (Integrated Circuit) sistem komputer yang seluruh atau sebagian elemen komputer di masukkan dalam sebuah IC sehingga dapat disebut single chip microcomputer. Mikrokontroler dibuat oleh banyak perusahaan pembuat IC seperti Atmel, Microchip, PIC, dan Intel yang masing-masing mempunyai spesifikasi dan kompatibilitas yang berbeda-beda baik dari segi pemogrammannya dan perangkat keras yang tertanam didalamnya. Mikrokontroler ATmega64 dan ATmega16 termasuk keluarga AVR-Mega (Alf and vegard s Risc Processor) buatan Atmel yang berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). RISC adalah suatu jenis arsitektur prosessor yang melakukan hampir semua instruksi dalam satu pulsa (clock) sehingga waktu untuk mengeksekusi satu instruksi program sangat cepat dan tergantung frekuensi clock yang diberikan. Mikrokontroler ATmega64 dan ATmega16 termasuk dalam keluarga mikrokontroler AVR-Mega buatan Atmel. Gambar 2.2 adalah bagian-bagian dalam mikrokontroler keluarga ATmega. HMI Sistem Kendali dan Pengumpul Data Wireless I I.2

3 CPU Clock RAM ROM Mikrokontroler I/O ADC Gambar 2.2 Bagian-bagian dalam mikrokontroler keluarga AVR-Mega Spesifikasi Umum ATmega64 a) Mikrokontroler 8 bit yang mempunyai arsitektur RISC. b) Mempunyai dua buah USART (Universal Synchronous and Asynchronous Serial Receiver Transmitter) full duplex yaitu Tx0, Rx0, Tx1, dan Rx1. c) Mempunyai jalur komunikasi SPI (Serial Peripheral Interface). d) Mempunyai 8 buah ADC yang terintegrasi dengan resolusi 10 bit. e) Memiliki Two-Wire Interface yaitu SDA dan SCL. f) Maksimum kecepatan frekuensi clock-nya adalah 16MHz. g) Memiliki memori program (Flash memory) sebesar 64Kbyte. h) Memiliki memori EEPROM internal sebesar 2Kbyte. i) Memiliki memori SRAM sebesar 4Kbyte. j) Menggunakan tegangan kerja 4,5 5,5V Spesifikasi Umum ATmega16 a) Mikrokontroler 8 bit yang mempunyai arsitektur RISC. b) Mempunyai satu buah USART (Universal Synchronous and Asynchronous Serial Receiver Transmitter) full duplex yaitu Tx0, Rx0, Tx1, dan Rx1. c) Mempunyai jalur komunikasi SPI (Serial Peripheral Interface) d) Mempunyai 8 buah ADC yang terintegrasi dengan resolusi 10 bit. e) Memiliki Two-Wire Interface yaitu SDA dan SCL. f) Maksismum kecepatan frekuensi clock-nya adalah 16MHz. HMI Sistem Kendali dan Pengumpul Data Wireless I I.3

4 g) Memiliki memori program (Flash memory) sebesar 16Kbyte. h) Memiliki memori EEPROM internal sebesar 512 byte. i) Memiliki memori SRAM sebesar 1Kbyte. j) Menggunakan tegangan operasi 4,5 5,5V. ADC (Analog to Digital Converter) pada ATmega16 dibangun dari successive approximation ADC yang mempunyai resolusi 10 bit. Didalam ATmega16 terdapat 8 jalur masukan untuk ADC yang dapat diaktifkan semuanya. ADC tersebut dapat dikonfigurasi secara single ended input atau differential input. Selain itu, ADC ATmega16 mempunyai keakurasian pembacaan mencapai +/- 2 LSB, maksimum kecepatan pengambilan sampel yaitu 15kSPS (15000 sampel per detik), rentang kecepatan konversi satu jalur masukan ADC yaitu us dan rentang tegangan masukan adalah 0V sampai VCC (5V). Pada ADC modus single ended input nilai desimal hasil dari konversi analog ke digital adalah : Vref Vin ADC ADC = Vin.1023 Vref = Tegangan referensi (5V) = Tegangan masukan = Nilai desimal hasil konversi ADC USART (Universal Synchronous and Asynchronous Serial Receiver Transmitter) pada mikrokontroler merupakan salah satu perangkat komunikasi mikrokontroler tersebut ke perangkat luar seperti mikrokontroler lain dan komputer dengan parameter-parameter USART yang telah disamakan antara pengirim dan penerima seperti baud rate, stop bit, dan parity. USART pada ATmega16 dapat digunakan secara synchronous maupun asynchronous dan dapat digunakan secara half-duplex maupun full-duplex. USART tersebut dapat dikonfigurasi banyak data bit yang digunakan (6,7, atau 8), stop bit (1 atau 2 stop bit), parity (even, odd, atau tidak menggunakan parity). digunakan adalah dari 2400 bps sampai 2 Mbps. Kecepatan transfer data yang dapat HMI Sistem Kendali dan Pengumpul Data Wireless I I.4

5 TWI (Two-Wire Interface) pada mikrokontroler merupakan salah satu perangakat komunikasi mikrokontroler tersebut ke perangkat luar yang mendukung komunikasi TWI juga seperti serial EEPROM dan IC real time clock DS1307. Maksimum kecepatan pulsa yaitu sampai 400 khz. Komunikasi TWI ini merupakan komunikasi dua arah (bi-directional) antara master dan slave pada satu jalur (SDA) dan jalur SCL sebagai jalur pulsanya. TWI dapat digunakan dalam sistem bus interconnection seperti pada Gambar 2.3 yaitu beberapa perangkat yang mendukung TWI dapat dihubungkan bersama-sama, satu perangkat harus menjadi master dan perangkat lainnya harus menjadi slave. Gambar 2.3 Interkoneksi komunikasi TWI Sumber : AVR315 Using the TWI module as I2C master, ( Komunikasi Sinkron dan Asinkron Diperlukan suatu standar komunikasi antar perangkat elektronik untuk dapat mengirim dan menerima data atau memindahkan data dari perangkat satu ke perangkat lainnya agar setiap produsen elektronik mempunyai kesamaan cara berkomunikasi dengan produk elektronik dari perusahaan lain. Standar komunikasi serial ada dua jenis yaitu komunikasi sinkron dan asinkron. Keduannya dibedakan oleh cara pengiriman data digital dari pengirim ke penerima. Komunikasi sinkron digunakan pada TWI (Two-Wire Interface) dan Ethernet, komunikasi sinkron ini membutuhkan minimal dua jalur yaitu satu HMI Sistem Kendali dan Pengumpul Data Wireless I I.5

6 untuk jalur data dan satunya lagi untuk pulsa (clock). Data dikirimkan bersamaan dengan pulsa, penerima akan mengetahui dan menyimpan data ketika menerima pulsa. Berikut Gambar 2.4 adalah gambaran sederhana komunikasi sinkron. Data Pulsa Ket: Waktu pengambilan sampel bagi penerima Gambar 2.4 Sinyal komunikasi sinkron Sumber : RS232 Communication The Basics, ( Komunikasi asinkron atau komunikasi tak sinkron yaitu pengirim mengirimkan data tanpa sinyal pulsa tetapi menggunakan sinyal start bit dan stop bit untuk mengawali dan mengakhiri blok data. Start bit selalu berlogika rendah dan stop bit selalu berlogika tinggi. Diawali oleh start bit lalu diikuti oleh blok data 8 bit, dikirim bit terkecil dahulu (Last Significant Bit) lalu diikuti oleh bit yang lebih besar lalu ditambahakan parity bit dan stop bit, gambar komunikasi asinkron dapat dilihat pada Gambar 2.5. Komunikasi asinkron digunakan pada sistem komunikasi RS232, RS485, dan komunikasi Tx/Rx di mikrokontroler. Agar pengirim dan penerima dapat menerima data pada pemwaktuan yang tepat maka ditentukanlah beberapa parameter dibawah ini: 1. Kecepatan pengiriman data (Baud rate) 2. Stop bit (1 atau 2 bit) 3. Parity (genap atau ganjil) 4. Data bits (6/7/8 bit) Sebelum memulai komunikasi serial asinkron perlu untuk mengatur empat parameter-parameter diatas sesuai kebutuhan dan perlu menyamakan parameterparameter tersebut pada pengirim dan penerima agar terjadi kesamaan presepsi antara pengirim dan penerima. Waktu untuk kirim 1 byte merupakan waktu yang diperlukan untuk mengirim data satu byte atau 8 bit ditambah dengan start bit, parity bit, dan stop bit sehingga total keseluruhan bit adalah 11 bit. Perhitungan HMI Sistem Kendali dan Pengumpul Data Wireless I I.6

7 mendapatkan waktu untuk kirim 1 byte adalah Tpb dikali dengan total keseluruhan bit yang dikirimkan yaitu 11 bit. Hasil perhitungan waktu untuk mengirim 1 byte data dapat dilihat pada Tabel 2.1. Data Start Bit Parity Bit Stop Bit tpb Ket: Mulai pengambilan sampel Titik pengambilan sampel Akhir pengambilan sampel 8 bit data tpb (Time per bit) Gambar 2.5 Komunikasi Asinkron (8 bit data, 1 stop bit, even parity) Sumber : RS232 Communication The Basics, ( Tabel 2.1 Kecepatan pengiriman data serial dengan waktu per bit Baud rate (bit per detik) Tpb (Time per bit) Waktu untuk kirim 1 byte ,3 us 9,16 ms ,6 us 4,59 ms ,3 us 2,29 ms ,2 us 1,15 ms ,4 us 0,71 ms ,1 us 0,57 ms ,0 us 0,29 ms ,4 us 0,19 ms ,7 us 0,10 ms Kecepatan pengiriman data (Baud rate) antara pengirim dan penerima haruslah mempunyai kecepatan pengiriman data yang sama. Sehingga ketika pengirim mengirimkan sinyal start maka bagian penerima memulai pulsa pengambilan data (sampling clock) pada kecepatan yang sama bagi pengirim maupun penerima. Pada komunikasi asinkron terdapat opsi pengecekan data yang telah dikirim melalui fasilitas parity, fasilitas parity ini dapat digunakan atau tidak tergantung kebutuhan pengguna. Tujuan pemberian bit parity ini adalah untuk memastikan bahwa bit-bit yang dikirimkan tidak mengalami perubahan nilai setelah sampai di penerima dikarenakan oleh gangguan luar (noise). Parity mempunyai dua jenis HMI Sistem Kendali dan Pengumpul Data Wireless I I.7

8 yaitu parity even (genap) dan parity odd (ganjil). Jenis Parity even dapat diketahui dari jumlah bit 1 pada bit-bit data dan bit parity berjumlah genap. Sementara jenis parity ganjil dapat diketahui dari jumlah bit 1 pada bit-bit data dan bit parity berjumlah ganjil. Pada Tabel 2.2 adalah contoh jenis parity genap dan ganjil. Berikut adalah cara menetukan nilai bit parity genap dan ganjil; 1. Parity genap yaitu menjumlahkan total bit-bit data (6/7/8 bit) yang berlogika tinggi 1 jika hasilnya ganjil maka nilai parity bit adalah 1 agar total bit 1 yang dikirimkan menjadi genap. Sebaliknya jika total bit-bit data yang berlogika tinggi jumlahnya genap maka nilai parity bit adalah 0 agar total bit 1 yang dikirimkan tetap genap. 2. Parity ganjil yaitu menjumlahkan total bit-bit data yang berlogika tinggi jika hasilnya ganjil maka nilai parity bit adalah 0 agar total bit 1 yang dikirimkan tetap ganjil. Sebaliknya jika total bit-bit data yang berlogika tinggi jumlahnya genap maka nilai parity bit adalah 1 agar total bit 1 yang dikirimkan menjadi ganjil. Tabel 2.2 Contoh jenis parity genap dan ganjil Parity Genap (Even) 8 Bit Data Bit Parity Total Bit Berlogika Tinggi Parity Ganjil (Odd) 8 Bit Data Bit Parity Total Bit Berlogika Tinggi Zigbee Zigbee adalah salah satu jenis tekonologi komunikasi tanpa kabel seperti Wi-fi dan Bluetooth. Zigbee merupakan standar komunikasi internasional yaitu IEEE untuk aplikasi tertentu. Zigbee termasuk personal area network (PAN) yaitu bisa digunakan untuk membangun jaringan sendiri yang tidak HMI Sistem Kendali dan Pengumpul Data Wireless I I.8

9 terpengaruh terhadap jenis komunikasi lainnya maupun jaringan zigbee lainnya. Komunikasi zigbee termasuk kedalam tipe komunikasi nirkabel untuk kecepatan data rendah yang dikhusukan untuk transfer data-data kontrol dan monitoring pada industri, sebagai perbandingan zigbee dengan teknologi wireless lainnya dapat dilihat pada Tabel 2.3 dibawah ini. Tabel 2.3 Perbandingan teknologi wireless Kegunaan khusus Ketahanan baterai (hari) Maksimum banyak jaringan Maksimum kecepatan transfer data Jarak jangkauan (meter) Kelebihan Zigbee Monitoring dan Kontrol GPRS/ GSM Pengiriman data suara dan data Wi-Fi b Web, , File, dan Video Bluetooth Pengganti kabel , Kbps 128 KBps 54 Mbps 720 KBps Realibity, daya rendah, dan harga murah Kualitas dan jangkauan Sumber : Zigbee alliance Kecepatan dan fleksibel Murah dan kemudahan Zigbee berasal dari kata Zig dan Bee menyatakan lintasan komunikasi dalam menyampaikan informasi adalah berbentuk seperti sarang lebah yang bisa membentuk sebuah jaringan yaitu satu perangkat zigbee dapat berkomunikasi dengan banyak perangkat zigbee lainnya. Berikut Gambar 2.6 adalah simbol Zigbee. HMI Sistem Kendali dan Pengumpul Data Wireless I I.9

10 Gambar 2.6 Simbol teknologi komunikasi Zigbee Sumber : Zigbee alliance, 2010 Ada dua konfigurasi Zigbee yaitu Peer to peer dan Nonbeacon. Kofigurasi peer to peer (Gambar 2.7) berarti sebuah perangkat zigbee mempunyai status yang sama (sejenis) dengan yang lainnya dan tiap perangkat zigbee dapat berkomunikasi antara satu dengan yang lainnya dalam area yang masih dapat dijangkau. Peer to peer ini merupakan konfigurasi yang cukup sederhana sama seperti jalur bus dalam komputer yaitu masing-masing perangkat mempunyai alamat yang berbeda sehingga untuk berkomunikasi diperlukan alamat tujuan agar data dapat terkirim ke prangkat yang dituju. Sementara konfigurasi jaringan nonbeacon (Gambar 2.8) yaitu dalam suatu jaringan minimal terdapat coodinator sebagai pusatnya dan end-device sebagai ujung jaringannya, satu lagi jika dibutuhkan yaitu router yaitu sebagai perpanjangan tangan untuk coordinator dan end-device-nya. Gambar 2.7 Konfigurasi Peer to Peer Sumber : Datasheet XBEE, 2010 HMI Sistem Kendali dan Pengumpul Data Wireless I I.10

11 2.5 Modul Wireless XBee 2.4GHz Gambar 2.8 Konfigurasi jaringan nonbeacon Sumber : Datasheet XBEE, 2010 Modul wireless XBee 2.4 (Gambar 2.9) adalah modul radio frekuensi transciever menggunakan teknologi komunikasi Zigbee dan bekerja pada frekuensi UHF (Ultra High Frequency) yaitu 2.4GHz dengan panjang gelombang sekitar 124mm. Dalam satu modul XBee ini terdapat pengirim sekaligus penerima dengan antarmuka sistem UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter). Jalur pengirim dan penerima yang terpisah jadi memungkinkan modul untuk mengirim data sekaligus menerima data pada waktu yang hampir bersamaan. Berikut Gambar 2.10 diagram blok modul wireless XBee 2.4GHz. Gambar 2.9 Modul XBee 2.4GHz Sumber : Datasheet XBEE, 2010 Gambar 2.10 Diagram blok modul wireless XBee 2.4GHz Sumber : Datasheet XBEE, 2010 HMI Sistem Kendali dan Pengumpul Data Wireless I I.11

12 Gambar 2.11 Konfigurasi koneksi modul XBee ke mikrokontroler Sumber : Datasheet XBEE, 2010 XBee dapat digunakan sebagai transceiver tipe serial asinkron menggunakan jalur Din (Data In) dan Dout (Data Out). XBee mempunyai tegangan kerja (2,8-3,4V) seperti pada Gambar 2.11, Sementara konfigurasi pin XBee dapat dilihat pada Tabel 2.5. XBee ini merupakan modul transceiver yang dapat digunakan bermacam-macam topologi jaringan diantarannya : 1. Point to point 2. Point to multipoint 3. Peer to peer Frekuensi XBee untuk negara Kanada, Amerika, Australia, Jepang, dan negara-negara di Eropa adalah 900MHz, sementara untuk negara lainnya (XBee International Standard Frequency) adalah 2.4GHz. Berikut Tabel 2.4 adalah spesifikasi modul wireless XBee 2.4Ghz 1mW. HMI Sistem Kendali dan Pengumpul Data Wireless I I.12

13 Performa Spesifikasi Jarak jangkauan (dalam ruangan/indoor) Jarak jangkauan (luar ruangan/outdoor) Daya keluaran RF Kecepatan transfer data serial Sensitifitas penerima (Receiver Sensitivity) Suplai yang dibutuhkan Tegangan kerja Arus pada saat mengirim data (Transmit Current) Arus pada saat menerima data (Receiver Current) Power-down current Spesifikasi umum Frekuensi kerja Dimensi Suhu kerja Jaringan dan Keamanan Topologi yang didukung Banyak Channel Opsi pengalamatan Tabel 2.4 Spesifikasi XBee 2.4Ghz 1mW 90 meter 30 meter XBee 1mW 1200 bps - 250kbps -92dBm 2,8-3,4 V 45mA (Vcc = 3,3 V) 50mA (Vcc = 3,3 V) < 10uA ISM 2,4GHz Sumber : Datasheet XBEE, ,438cm x 2,761cm -40 sampai 85 O C (industrial) Point to point, Point to multipoint & Peer to peer 16 (11 sampai 26) Channel PAN ID, Channel dan Address HMI Sistem Kendali dan Pengumpul Data Wireless I I.13

14 Tabel 2.5 Konfigurasi pin modul wireless XBee 2.4GHz Pin Spesifikasi XBee 1 VCC Power Supply 2 DOUT UART Data Out 3 DIN/CONFIG UART Data In 4 DO8 Digital Output 8 5 RESET Reset modul 6 PWM0 / RSSI PWM output 0 / RX Signal Strength Indicator 7 PWM1 PWM output Tidak terhubung 9 DTR / SLEEP_RQ / DI8 Pin Sleep Control Line atau Digital Input pin ke-8 10 GND Ground 11 AD4 / DIO4 Analog Input 4 atau Digital I/O 4 12 CTS / DIO7 Clear-to-send Flow Control atau Digital I/O 7 13 ON / SLEEP Module Status Indicator 14 VREF Voltage Referance A/D Inputs 15 Associate / AD5 / DIO5 Associated Indicator, Analog Input 5 or Digital I/O 6 16 RTS / AD6 / DIO6 Request-to-send Flow Control, Analog Input 6 or Digital I/O 6 17 AD3 / DIO3 Analog Input 3 or Digital I/O 3 18 AD2 / DIO2 Analog Input 2 or Digital I/O 2 19 AD1 / DIO1 Analog Input 1 or Digital I/O 1 20 AD0 / DIO0 Analog Input 0 or Digital I/O IC Penyangga (Buffer) 74HC4050 Sumber : Datasheet XBEE, 2010 IC penyangga (buffer) adalah suatu rangkaian yang berfungsi untuk menyelaraskan sinyal keluaran dari suatu perangkat agar perangkat lain dapat menerima sinyal yang diterimanya. Ada dua jenis IC penyangga yaitu analog dan digital, sementara IC 74HC4050 adalah termasuk IC penyangga digital. Ada beberapa ciri rangkaian penyangga digital yaitu sebagai berikut; 1. Menetapkan Impedansi 2. Bersifat menguatkan arus 3. Menyesuaikan logika masukan dengan logika keluaran. HMI Sistem Kendali dan Pengumpul Data Wireless I I.14

15 Dibawah ini Gambar 2.12 adalah konfigurasi pin IC 74HC4050 dan 74HC4049. Jika IC 74HC4050 merupakan buffer tidak membalik (non-inverting) maka IC 74HC4049 merupakan buffer membalik (inverting). Gambar 2.12 Konfigurasi pin IC 74HC4050 dan 74HC4049 Sumber : Datasheet IC 74HC4050, 2009 IC 74HC4050 adalah IC penyangga digital high speed CMOS yaitu bekerja bisa sampai frekuensi sekitar 8MHz karena tunda waktu tanggapan maksimum (Propagation Delay) adalah 60ns pada tegangan Vcc = 3,3V. Berikut Tabel 2.6 adalah spesifikasi elektris IC 74HC4050. HMI Sistem Kendali dan Pengumpul Data Wireless I I.15

16 Tabel 2.6 Spesifikasi elektris IC 74HC4050 Parameter Simbol V CC (V) Min (V) Rentang tegangan operasi V CC Tegangan masukan logika tinggi Tegangan masukan logika rendah Tegangan keluaran logika tinggi Tegangan keluaran logika rendah 2.7 IC Real time Clock DS1307 V IH V IL V OH V OL Sumber : Datasheet IC 74HC4050, 2009 Max (V) 2 1,5-4,5 3,15-6 4, ,5 4,5-1,35 6-1,8 2 1,9-4,5 4,4-6 5, ,1 4,5-0,1 6-0,1 IC RTC DS1307 merupakan IC (Integrated Circuit) yang khusus menangani pemwaktuan detik, menit, jam, hari, bulan, dan tahun yang sangat presisi dan memiliki akurasi hingga tahun IC ini dapat menghasilkan nilai waktu satu detik yang presisi dan akurat sehingga IC ini banyak dipergunakan pada perangkat jam digital, telepon seluler, dan perangkat pemwaktuan lainnya. Dibawah ini Gambar 2.13 adalah gambar pin diagram IC DS1307 dan gambar penggunaan umumnya. HMI Sistem Kendali dan Pengumpul Data Wireless I I.16

17 VCC VCC VCC VCC VCC X1 Crystal X2 Microcontroller 4K7 4K7 DS1307 GND SDA SCL SDA SCL GND Vbat 3V (a) (b) Gambar 2.13 (a) Diagram pin DS1307, (b) Rangkaian umum RTC DS1307 Sumber : Datasheet IC DS1307, 2007 Sebuah IC DS1307 membutuhkan kristal kHz agar pemwaktuan bekerja presisi dan akurat IC ini juga mempunyai fasilitas supply cadangan menggunakan pin V BAT yang dihubungkan ke baterai 3V. Sehingga disaat supply tegangan utama tidak ada atau tegangan V CC kurang dari tegangan baterai maka IC ini otomatis mengalihkan sumber energinya ke baterai 3V dan mengkatifkan mode low-current battrey backup. Pada mode low-current battery backup ic ini tidak dapat diakses tetapi pemwaktuan masih tetap berjalan. RTC DS1307 membutuhkan arus 500nA pada mode low-current battery backup sehingga dengan baterai 3V/48mA dapat bertahan hingga 11 tahun, sedangkan pada mode aktif hanya membutuhkan 1,5mA. DS1307 dapat di akses oleh mikroprosessor atau mikrokontroler menggunakan komunikasi I2C (Inter Integrated Circuit). I2C ini merupakan komunikasi sinkron sehingga pada mikrokontroler dibutuhkan dua jalur komunikasi, satu jalur digunakan sebagai Serial Data (SDA) dan satunya lagi sebagai jalur Serial Clock (SCL). Berikut Gambar 2.14 adalah protokol penulisan data pada RTC dan Gambar 2.15 adalah protokol pembacaan data dari RTC. Pada protokol penulisan data, diawali dengan alamat slave lalu alamat memori dan dilanjutkan dengan urutan data. Sementara untuk membaca data, mikrokontroler harus menggunakan protokol penulisan data dahulu yaitu alamat slave dan alamat memori lalu dilanjutkan dengan protokol pembacaan data yaitu alamat slave lalu data yang dibaca. Pada pembacaan data diperlukan protokol penulisan data dahulu karena agar RTC mengetahui alamat memori yang akan dibaca. HMI Sistem Kendali dan Pengumpul Data Wireless I I.17

18 Gambar 2.14 Protokol penulisan data pada RTC DS1307 Sumber : Datasheet IC DS1307, 2007 Gambar 2.15 Protokol pembacaan data dari RTC DS1307 Sumber : Datasheet IC DS1307, 2007 Sebelum menggunakan RTC ini diperlukan pengaturan tanggal dan waktu yang dapat diatur dari komputer sebagai HMI (Human Machine Interface) dan mikrokontroler sebagai perantarannya. Pada proyek akhir ini RTC ditempatkan hanya pada perangkat master. 2.8 Serial EEPROM Serial EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) yaitu jenis memori non-volatile yang banyak digunakan pada perangkat elektronik seperti komputer, telepon seluler, oven elektronik, RTU (Remote Terminal Unit) sebagai penyimpan data-data konfigurasi, tabel kalibrasi, dan sampel data analog seperti suhu, level air, dan lain lain. Ada tiga jenis serial EEPROM dilihat dari tipe komunikasiinya, yaitu; a) TWI (Two-Wire Interface) TWI yaitu komunikasi menggunakan dua jalur yaitu satu sebagai jalur data dua arah (bi-directional) dan satu jalur lagi sebagai pulsa. Pada tipe TWI ini umum digunakan protokol I2C (Inter Integrated Circuit). Mempunyai kecepatan transfer data yang paling lambat dibanding 3WI dan SPI karena maksimum kecepatan pulsanya adalah 1MHz. Pada serial EEPROM HMI Sistem Kendali dan Pengumpul Data Wireless I I.18

19 menggunakan TWI maksimum perangkat dalam satu bus adalah 8 buah perangkat karena pengalamatannya hanya ditentukan oleh A0,A1, dan A2. Kelebihan TWI adalah paling mudah digunakan dan murah dalam pembuatan IC karena tidak begitu kompleks. IC serial EEPROM buatan atmel yang menggunakan TWI adalah jenis AT24Cxxxx. b) 3WI (Three-Wire Interface) 3WI yaitu komunikasi menggunakan tiga jalur yaitu jalur pulsa, data keluar, dan data masuk. Kecepatan pulsa 3WI mampu mencapai 2MHz. Kelebihan 3WI adalah perangkat yang tidak terbatas dalam satu bus. IC serial EEPROM buatan atmel yang menggunakan 3WI adalah jenis AT93Cxxxx. c) SPI (Serial Peripheral Interface) SPI yaitu komunikasi menggunakan empat jalur yaitu jalur pulsa, data keluar, data masuk, chip select (CS). Kecepatan pulsa SPI mampu mencapai 20MHz, tipe ini adalah yang paling cepat diantara TWI dan 3WI. Kelebihan SPI adalah perangkat tidak terbatas dalam satu bus dan dapat mengirim data dalam jumlah besar. Perangkat EEPROM yang menggunakan tipe SPI contohnya microsd. IC serial EEPROM buatan atmel yang menggunakan TWI adalah jenis AT25Cxxxx. Pada proyek akhir ini menggunakan serial eeprom jenis TWI yaitu AT24Cxxxx. Serial EEPROM AT24Cxxxx diakses menggunakan protokol I2C (Inter Integrated Circuit) sama seperti RTC DS1307. Dengan komunikasi I2C ini maka serial EEPROM dapat langsung dihubungkan dengan mikrokontroler sebagai master dan EERPOM tersebut menjadi slave. Pada umumnya serial EEPROM mempunyai banyak waktu tulis dan baca terbatas, tidak seperti RAM yang tidak terbatas. Serial EEPROM pada umumnya hanya dapat kali tulis dan baca. IC serial EEPROM yang umum digunakan adalah buatan atmel yaitu AT24Cxxxx. Tanda xxxx pada akhiran penamaan IC serial eeprom buatan atmel mengartikan total memori yang dipunyai IC tersebut. contoh IC AT24C64 maka total memori yang dimilikinya adalah 64Kbit atau 8KByte karena pada serial EEPROM tipe ini mempunyai 8 bit blok data tiap alamat. HMI Sistem Kendali dan Pengumpul Data Wireless I I.19

20 Pada proyek akhir ini eeprom yang digunakan adalah AT24C512 dan AT24C64 buatan atmel. Serial EEPROM AT24C512 ditempatkan pada bagian Master dan AT24C64 ditempatkan pada RTU. Dibawah ini Gambar 2.16 adalah contoh gambar rangkaian umum serial eeprom. VCC VCC VCC VCC Microcontroller 4K7 4K7 VCC A0 A1 A2 ATMEL 24Cxxxx GND SDA SCL SDA SCL GND WP (a) (b) Gambar 2.16 (a) Diagram pin AT24Cxxxx, (b) Contoh rangkaian umum serial eeprom (alamat serial eeprom = 00H) Sumber : Datasheet IC AT24C USB to Serial Converter AVR309 USB to serial Converter AVR309 merupakan modul yang berfungsi untuk mengubah data USB menjadi data serial asinkron RS232 tetapi pada level 0-5V. Modul ini terdiri dari rangkaian dan program yang telah disediakan di situs secara gratis yang dapat dipergunakan bagi siapapun yang membutuhkan konversi komunikasi USB ke serial. Berikut Gambar 2.17 merupakan rangkaian USB to serial AVR309 yang telah disediakan oleh atmel. Rangkaian tersebut menggunakan mikrokontroler ATtiny2313 sebagai processornya. Cara kerja rangkaian USB to Serial AVR309 tidak dijelaskan pada laporan ini. HMI Sistem Kendali dan Pengumpul Data Wireless I I.20

21 Gambar 2.17 Rangkaian USB to Serial Converter Sumber : AVR309: Software Universal Serial Bus (USB), ( Rangkaian pada Gambar 2.17 mempunyai koneksi USB yang langsung dapat di koneksikan melalui port USB pada komputer, dengan instalasi driver AVR309 yang sudah tersedia maka komputer dapat mengenali perangkat USB to Serial ini sebagai virtual USB. Untuk mengirim data serial melalui perangkat AVR309 ini dapat menggunakan software Visual Basic dan Delphi dengan fungsi-fungsi komunikasi serial yang telah disediakan Transduser Suhu LM35 LM35 adalah transduser suhu yang berukuran kecil yang mudah digunakan dan murah untuk mendapatkan pembacaan suhu yang linear dan stabil. LM35 berbentuk seperti transistor pada umumnya dapat di lihat pada Gambar 2.18 yang mempunyai footprint (TO-92). Kemampuan transduser ini adalah dapat mengukur suhu dari -55 O C sampai +150 O C dan mempunyai keluaran analaog yaitu +10,0mV per derajat celcius dan 0V pada suhu 0 O C berarti jika suhu yang aktual 25 O C maka keluarannya adalah +250mV. LM35 mempunyai akurasi 0,5 O C pada suhu 25 O C. Pada Gambar 2.19 adalah gambar rangkaian penggunaan umum untuk LM35. HMI Sistem Kendali dan Pengumpul Data Wireless I I.21

22 Gambar 2.18 Transduser Suhu LM35 Sumber : Datasheet IC LM35 Gambar 2.19 Rangkaian penggunaan umum LM35 Sumber : Datasheet IC LM Selenoid valve Selenoid valve (kran listrik) berfungsi sebagai kran pada umumnya yaitu buka dan tutup tetapi dioprasikan oleh sinyal elektrik atau arus listrik. Arus listrik ini diubah menjadi gerakan mekanik yang dapat membuka dan menutup kran listrik tersebut. selenoid valve banyak digunakan di rumah-rumah maupun di industri sebagai bagian dari sistem otomasi aliran cairan. Selenoid valve dibedakan oleh ukuran pipa yang dihubungkannya seperti 1/8 inchi, 1/4 in, 1/5 in, dan sebagainya. Berikut Gambar 2.20 adalah selenoid valve 3/4 in. HMI Sistem Kendali dan Pengumpul Data Wireless I I.22

23 Gambar 2.20 Selenoid valve 3/4 in Kran elektrik mengubah arus listrik menjadi gerakan plunger yaitu plunger (besi tutup/buka) pada saat lilitan diberi arus listrik maka plunger akan tertarik ke atas hingga katup buka/tutup tidak tertekan plunger, akibatnya tekanan air yang masuk menekan katup buka/tutup hingga naik dan memberi lubang untuk air dapat lewat. Apabila lilitan tidak diberi arus listrik maka plunger akan menekan katup buka/tutup sehingga tekanan air yang masuk tidak cukup kuat untuk membuka katup tersebut Delphi Delphi adalah perangkat lunak yang khusus digunakan untuk membangun suatu aplikasi GUI pada komputer. Delphi dapat membangun aplikasi yang terintegrasi dengan hardware yaitu human machine interface (HMI). Keunggulan delphi yaitu : a) IDE (Integrated Development Environment) atau lingkungan pengembangan aplikasi sendiri. b) Proses kompilasi cepat, pada saat aplikasi yang dibuat dijalankan pada delphi maka secara otomatis akan di baca sebagai sebuah program tanpa dijalankan terpisah. c) Muda digunakan, source code delphi yang merupakan turunan pascal sehingga tidak diperlukan suatu penyesuaian lagi. HMI Sistem Kendali dan Pengumpul Data Wireless I I.23

24 d) Bersifat mulit purpose, artinya bahasa pemograman delphi dapat digunakan untuk mengembangkan berbagai keperluan pengembangan aplikasi dengan tujuan yang berbeda-beda. Pada proyek akhir ini delphi digunakan untuk membuat human machine interface software yang dapat berkomunikasi dengan master. Pada perancangannya software ini dirancangan sebagai SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) dalam bentuk yang sederhana Bascom-AVR Bascom adalah salah satu aplikasi komputer yang digunakan untuk pemrograman mikrokontroler keluarga AVR. Pada Gambar 2.21 adalah tampilan BASCOM-AVR. BASCOM-AVR ini menggunakan bahasa tingkat tinggi yang merupakan pengembangan dari bahasa Basic. Didalam software BASCOM ini terdapat fungsi khusus untuk mengubah format program bahasa basic kedalam format hexsadesimal agar program yang telah dibuat dapat dimengerti oleh mikrokontroler. Program yang disimpan oleh software ini berekstensi *.bas dan hasil kompilasinya adalah *.hex. File berekstensi *.hex inilah yang akan dimasukan (download) ke mikrokontroler. Diperlukan suatu perangkat dan software tambahan untuk memasukkan file.hex ke mikrokontroler yaitu salah satunya ExtrmeBurner-AVR. Pada Gambar 2.22 adalah tampilan Software Extrme Burner. ExtrmeBurner ini membutuhkan file hasil kompilasi yaitu.hex untuk di download ke mikrokontroler sementara perangkat keras tambahannya adalah USBasp sebagai alat untuk memasukan program ke mikrokontroler melalui USB, alat ini umum disebut downloader. Pada Gambar 2.23 adalah perangkat USBasp, perangkat USBasp ini dibuat sendiri oleh penulis, penulis hanya merancang PCB dan menyoldernya sedangkan skematik dan program internal (firmware) sudah ada. HMI Sistem Kendali dan Pengumpul Data Wireless I I.24

25 Gambar 2.21 Tampilan software BASCOM-AVR Gambar 2.22 Tampilan software Extreme Burner HMI Sistem Kendali dan Pengumpul Data Wireless I I.25

26 Gambar 2.23 Perangkat downloader (USBasp) BACOM-AVR telah menyediakan banyak rutin yang siap dipakai tergantung kebutuhannya. Dibawah ini adalah beberapa fungsi yang digunkan pada proyek akhir ini dalam mikrokontroler master dan slave; a) Komunikasi serial (Tx,Rx) Full duplex b) Komunikasi Two-Wire Interface c) Operasi Aritmatika dan logika d) Operasi pemindahan data dan perbandingan e) Timer dan operasi lompatan Pada laporan ini perintah yang digunakan pada pemogramman mikrokontroler di fokuskan pada perintah-perintah untuk komunikasi serial sedangkan perintah lainnya sudah umum digunakan. Berikut adalah beberapa penjelasan rutin untuk komunikasi serial : A. Waitkey Perintah waitkey ini berfungsi untuk mengambil dan menunggu data serial yang datang dari pin Rx. Program utama dihentikan sampai menerima sebuah karakter pada buffer masukan lalu program utama berjalan kembali. Cara penulisan perintahnya adalah sebagai berikut; Var = waitkey( ) Keterangan : Var, merupakan variabel yang sudah didefinisikan sebelumnya dapat berupa integer, word dan byte. Jika variabel berupa integer maka perintah waitkey akan menunggu 2 karakter (2 byte), jika word maka akan menunggu 4 karakter (4 byte), sedangkan jika variabel berupa byte maka perintah waitkey akan menunggu 1 karakter (1 byte). HMI Sistem Kendali dan Pengumpul Data Wireless I I.26

27 B. Inkey Perintah inkey ini berfungsi untuk mengambil data serial pada buffer masukan. Perintah ini tidak akan menunggu karakter yang datang, ada atau tidak ada data maka data pada buffer tetap diambil. Cara penulisan perintahnya adalah sebagai berikut; Var = inkey( ) Keterangan: Var, merupakan variabel yang sudah didefinisikan sebelumnya dapat berupa integer, word, dan byte sama seperti perintah waitkey. Perintah inkey ini akan memberikan nilai 0 pada variabel jika tidak ada data pada buffer atau data pada buffer adalah 0 juga. C. Inputbin Perintah inputbin ini berfungsi sama seperti waitkey yaitu mengambil dan menunggu data pada buffer serial. Tetapi perintah ini dapat dilakukan untuk banyak variabel masukan. Cara penulisan perintahnya adalah sebagai berikut; Inputbin var1,var2,var3 Keterangan : Var1,var2,var3 merupakan variabel yang sudah didefinisikan sebelumnya dapat berupa integer, word, dan byte. Perintah inputbin ini akan menghentikan program utama dan mengambil data lalu menghitung total karakter yang sudah masuk pada buffer serial. Jika total karakter sudah terpenuhi maka program utama akan dijalankan kembali. D. Print Perintah print ini berfungsi untuk mengirim data melalui port serial. Berikut Tabel 2.7 Cara penulisannya Tabel 2.7 Beberapa cara penulisan perintah print Perintah Hasil keluaran (desimal) Print Var (jika var = 20) (50) (48) Print Var; (jika var = 20) (50) (48) Print Andi (65) (110) (100) (105) (13) (10) Keterangan : Var merupakan variabel yang telah didefinisikan dan diisi dapat berupa integer, word, byte, dan string. HMI Sistem Kendali dan Pengumpul Data Wireless I I.27