RANCANG BANGUN SISTEM PEMANTAUAN PADA BAND ISM. Syaifullah Agus Setyo Nugroho

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN SISTEM PEMANTAUAN PADA BAND ISM Syaifullah Agus Setyo Nugroho Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Fakultas Teknologi Industri, Jurusan Teknik Elektro Kampus ITS Sukolilo, Surabaya s_agus_sn@yahoo.com Abstrak : Pelaku di industri telekomunikasi harus lebih effisien dalam menggunakan frekuensi karena persediaan frekuensi sangat terbatas. Adanya frekuensi bebas lisensi untuk keperluan Industrial Scientific and Medical (ISM) bertujuan mempermudah penggunaan frekuensi tanpa harus membeli lisensi. Pada tugas akhir ini, dibangun sebuah surveillance system dengan memanfaatkan frekuensi band ISM sebagai media transmisi. Sistem ini memiliki sensor yang memberikan informasi tentang posisi dan suhu suatu lokasi. Informasi yang didapatkan dari sensor, diolah oleh sebuah mikrokontroler ATMega8535 dan ATMega16. Data hasil pengolahan tersebut akan ditransmisikan melalui sepasang Radio Frequency (RF) Transceiver pada frekuensi 434,025 MHz. Komunikasi antara RF Transceiver menggunakan protokol serial secara asynchronous. Dari sistem yang telah dibangun, dihasilkan suatu surveillance system yang memiliki jangkauan sejauh ±344,21 meter pada kondisi line of sight dan jangkauan sejauh ±241,95 meter pada kondisi no line of sight, sehingga implementasinya hanya untuk entitas yang kecil. Kata kunci : RF Transceiver, ISM, Surveillance System, Line of Sight 1. PENDAHULUAN Dewasa ini, teknologi komunikasi nirkabel telah berkembang pesat sehingga memungkinkan kita berkomunikasi di hampir setiap tempat di muka bumi ini. Radio Frequency (RF) sebagai media transmisi karena jangkauannya jauh, dapat menembus tembok, mendukung teknik handoff, mendukung mobilitas yang tinggi, mengcover daerah jauh lebih baik dari Infrared (IR) dan dapat digunakan di luar ruangan. Implementasi RF selalu dihadapkan oleh masalah spektrum yang terbatas, sehingga harus dipertimbangkan cara memanfaatkan spektrum secara efisien. Salah satu pemanfaatan teknologi nirkabel adalah untuk sistem pemantauan, dimana data yang didapatkan akan ditransmisikan melalui gelombang radio. Permasalahan yang timbul dalam penggunaan teknologi nirkabel ini adalah terbatasnya slot frekuensi berlisensi, sehingga kita harus menggunakan frekuensi yang tanpa lisensi. Dalam hal ini frekuensi yang digunakan adalah frekuensi yang bebas lisensi dari ISM (Industrial Scientific Medical) sehingga tidak perlu mengajukan lisensi terlebih dahulu. Dalam sistem yang akan kita bangun, masalah sinkronisasi antar perangkat dan validasi data yang dalam komunikasi nirkabel juga sangat penting, dimana kita harus bisa menjaga data yang kita transmisikan akan sama saat diterima. Surveillance system ini diharapkan dapat diimplementasikan dalam entitas entitas yang lebih kecil, seperti home industri maupun kampus untuk mendapatkan informasi di sekitarnya. 2. TEORI PENUNJANG 2.1 Surveillance System Surveillance system adalah sistem monitoring terhadap object yang dilakukan sepanjang waktu. Pengertian object disini dapat dikatakan sembarang bentuk. Surveillance system sangat bermanfaat dalam kehidupan kita, hampir semua aspek memanfaatkan surveillance system sesuai dengan kebutuhan informasi yang diinginkan. Saat ini surveillance system yang sering kita temukan adalah CCTV. Perkembangan yang lebih canggih lagi adalah surveillance system melalui telepon selular. Dimana, kita dapat mengetahui kondisi suatu wilayah melalui telepon selular. 2.2 Band ISM Dari peraturan internasional yang di atur oleh International Telecommunication Union (ITU), mereka mengembangkan konsep pembebasan lisensi band untuk keperluan industri, kesehatan & ilmiah. Berdasarkan rekomendasi ITU R, band ISM di definisikan sbb : Tabel 2.1 Range frekuensi ISM Frequency Range Center Frequency MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz 915 MHz GHz GHz GHz GHz Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS 1

2 Frequency Range Center Frequency GHz GHz GHz GHz GHz GHz GHz 245 GHz Dari sisi ITU, penggunaan band ISM sebetulnya dibebaskan dari ijin frekuensi dengan beberapa persyaratan misalnya peralatan ISM harus tahan terhadap interferensi dari peralatan ISM lainnya, peralatan ISM tidak boleh menghasilkan interferensi diluar band ISM dan peralatan ISM biasanya dibatasi daya pancarnya. Keuntungan lain yang bisa di peroleh adalah murah-nya peralatan komunikasi yang menggunakan ISM band ini karena biasanya dibuat secara masal di luar negeri. 2.3 GPS (Global Positioning System) GPS (Global Positioning System) adalah sistem satelit navigasi dan penentuan posisi yang dimiliki dan dikelola oleh Amerika Serikat. Sistem ini didesain untuk memberikan posisi dan kecepatan tiga-dimensi serta informasi mengenai waktu, secara kontinyu di seluruh dunia tanpa bergantung waktu dan cuaca, bagi banyak orang secara simultan. Saat ini GPS sudah banyak digunakan orang di seluruh dunia dalam berbagai bidang aplikasi yang menuntut informasi tentang posisi, kecepatan, percepatan ataupun waktu yang teliti. GPS dapat memberikan informasi posisi dengan ketelitian bervariasi dari beberapa millimeter (orde nol) sampai dengan puluhan meter. Beberapa kemampuan GPS antara lain dapat memberikan informasi tentang posisi, kecepatan, dan waktu secara cepat, akurat, murah, dimana saja di bumi ini tanpa tergantung cuaca. Hal yang perlu dicatat bahwa GPS adalah satu-satunya sistem navigasi ataupun sistem penentuan posisi dalam beberapa abad ini yang memiliki kemampuan handal seperti itu. Ketelitian dari GPS dapat mencapai beberapa mm untuk ketelitian posisinya, beberapa cm/s untuk ketelitian kecepatannya dan beberapa nanodetik untuk ketelitian waktunya. Ketelitian posisi yang diperoleh akan tergantung pada beberapa faktor yaitu metode penentuan posisi, geometri satelit, tingkat ketelitian data, dan metode pengolahan datanya. Prinsip penentuan posisi dengan GPS yaitu menggunakan metode reseksi jarak, dimana pengukuran jarak dilakukan secara simultan ke beberapa satelit yang telah diketahui koordinatnya. 2.4 NMEA 0183 NMEA-0183 adalah standar kalimat laporan yang dikeluarkan oleh GPS receiver. Standar NMEA memiliki banyak jenis bentuk kalimat laporan, di antaranya yang paling penting adalah koordinat lintang (latitude), bujur (longitude), ketinggian (altitude), waktu sekarang standar UTC (UTC time), dan kecepatan (speed over ground). NMEA (National Marine Electronics Association)-0183 dikembangkan secara spesifik untuk standar industri sebagai antar-muka bermacam-macam alat kelautan yang diperkenalkan sejak tahun Untuk menampilkan informasi yang lebih dimengerti oleh user data NMEA-0183 perlu diolah lebih lanjut. Standar NMEA-0183 menggunakan format ASCII sederhana, masing-masing kalimat mendefinisikan isi masing-masing tipe pesan yang dapat dipilah-pilah. Lima karakter pertama berupa setelah tanda $ disebut field alamat. Dua karakter pertama pada address disebut Talker-ID. Setelah Talker-ID mengikuti dibelakangnya 3 karakter yang menjelaskan tipe kalimat. Sedangkan tiap data dipisahkan dengan koma, jika ada field kosong maka tidak terisi apapun diantara dua koma dan diakhiri oleh Carriage Return + Line Feed (CR+LF).NMEA-0183 memiliki bermacam-macam tipe kalimat, salah satunya adalah RMC (RMC - Recommended Minimum Navigation Information. Contoh: $GPRMC, ,A, ,S, ,E,0.00,89.68,211200,,*25 Tabel 2.2 Keterangan Format NMEA 0183 Field Contoh isi Deskripsi Sentence ID $GPRMC UTC Time hhmmss.sss Status A A = Valid, V = Invalid Latitude ddmm.mmmm N/S Indicator S N = North, S = South Longitude dddmm.mmmm E/W Indicator E E = East, W = West Speed over 0.00 Knots ground Course over 0.00 Degrees ground UTC Date DDMMYY Magnetic Degrees variation Checksum *25 Terminator CR/LF 2.5 Mikrokontroler Mikrokontroler sebagai sebuah one chip solution pada dasarnya adalah rangkaian terintregrasi (Integrated Circuit-IC) yang telah mengandung secara lengkap berbagai komponen pembentuk sebuah komputer. Berbeda dengan penggunaan microprocessor yang masih memerlukan komponen luar tambahan, dalam sistem mikrokontroler, tambahan komponen secara praktis hampir tidak dibutuhkan lagi. Hal ini disebabkan semua komponen penting tersebut telah ditanam bersama dengan sistem prosesor ke dalam IC tunggal mikrokontroler bersangkutan. Dengan alasan itu sistem mikrokontroler Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS 2

3 dikenal juga dengan istilah populer the real Computer On a Chip-komputer utuh dalam keping tunggal, sedangkan sistem microprocessor dikenal dengan istilah yang lebih terbatas yaitu Computer On a Chip-komputer dalam keping tunggal. Berdasarkan fungsinya, mikrokontroler secara umum digunakan untuk menjalankan program yang bersifat permanen pada sebuah aplikasi yang spesifik (misal aplikasi yang berkaitan dengan pengontrolan dan monitoring). Sedangkan program aplikasi yang dijalankan pada sistem microprosesor biasanya bersifat sementara dan berorientasi pada pengolahan data. Perbedaan fungsi kedua sistem diatas secara praktis mengakibatkan kebutuhan minimal yang harus dipenuhi juga akan berbeda (misal ditinjau dari kecepatan detak operasi, jumlah RAM, panjang register, dan lain sebagainya) Mikrokontroler AVR Secara histories mikrokontroler seri AVR (Alf and Vegard s Risc Processor) pertama kali diperkenalkan ke pasaran sekitar tahun 1997 oleh perusahaan Atmel, yaitu sebuah perusahaan yang sangat terkenal dengan produk mikrokontroler seri AT89S51/52-nya yang sampai sekarang masih banyak digunakan di lapangan. Tidak seperti mikrokontroler seri AT89S51/52 yang masih mempertahankan arsitektur dan set instruksi dasar mikrokontroler 8031 dari perusahaan INTEL. Mikrokontroler AVR ini diklaim memiliki arsitektur dan set instruksi yang benar-benar baru dan berbeda dengan arsitektur mikrokontroler sebelumnya yang diproduksi oleh perusahaan tersebut. Untuk memenuhi kebutuhan dan aplikasi industri yang sangat beragam, mikrokontroler keluarga AVR ini muncul di pasaran dengan tiga seri utama: tinyavr, ClasicAVR (AVR), megaavr. Berikut ini beberapa seri yang dapat anda jumpai di pasaran: ATtiny13 AT90S2313 ATmega103 ATtiny22 AT90S2323 ATmega128 ATtiny22L AT90S2333 ATmega16 ATtiny2313 AT90S4414 ATmega162 ATtiny2313V AT90S4433 ATmega168 ATtiny26 AT90S8515 ATmega8535 Keseluruhan seri AVR ini pada dasarnya memiliki organisasi memori dan set instruksi yang sama (sehingga dengan demikian jika kita telah mahir menggunakan salah satu seri AVR, untuk beralih ke seri yang lain akan relative mudah). Perbedaan antara tinyavr, AVR dan megaavr pada kenyataannya hanya merefleksikan tambahan-tambahan fitur yang ditawarkannya saja (misal adanya tambahan ADC internal pada seri AVR tertentu, jumlah Port I/O serta memori yang berbeda, dan sebagainya). Diantara ketiganya, megaavr umumnya memiliki fitur yang paling lengkap, disusul oleh AVR, dan terakhir tinyavr. 3. METODOLOGI 3.1 Desain Sistem Dalam surveillance system ini, akan dirancang sebuah sistem yang dapat memberikan sebuah informasi di suatu tempat. Dalam hal ini, sistem tersebut akan memberikan informasi berupa nilai koordinat, suhu, dan besarnya tegangan. Sistem ini terdiri dari client dan server. Dimana server akan menerima data mentah dari client yang selanjutnya akan diolah. Dimana antara server dan client akan berkomunikasi dengan protokol serial. Gambar 3.1 Blok diagram sistem Sistem Server Sistem Operasi Windows XP Port Serial RS232 RF Transceiver Melalui GUI yang telah dibuat, server akan mengirimkan permintaan data ke client dan menerima hasilnya. Server akan mengirimkan permintaan ke client yang berisi parameter parameter. Parameter tersebut berisi data yang diinginkan dan posisi client. Permintaan tersebut akan ditindaklanjuti oleh client dengan mengirim data yang diharapkan. Data yang dikirim ke server masih berupa data mentah yang harus diolah kembali. Proses pengolahan data sudah diintegrasikan pada GUI Sistem Client RF Tranceiver Mikrokontroler AVR ATMega8535 Mikrokontroler AVR ATMega16 Global Positioning System LM35 Pada sistem ini, client dibangun dengan menggunakan mikrokontroler AVR ATMega8535 dan ATMega16. Kedua mikrokontroler ini diprogram dengan menggunakan bahasa C. Antara ATMega8535 dan ATMega16 berkomunikasi dengan memanfaatkan feature SPI. ATMega16 akan dihubungkan dengan 2 buah sensor yaitu suhu dan tegangan. Sensor suhu menggunakan LM 35 dimana dimana sinyal output yang dihasilkannya proporsional pada temperatur Celsius. Sensor ini tidak memerlukan kalibrasi eksternal dan 1 secara umum dapat memberikan akurasi antara ± o 4 C sampai ± 4 3 o C pada suhu ruangan dan jangkauan Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS 3

4 temperatur antara -55 o C sampai dengan +150 o C. Pada ATMega16 juga digunakan feature ADC (Analog Digital Converter), dimana berguna untuk memproses data analog yang dihasilkan oleh LM35 dan tegangan menjadi data digital. ATMega8535 pada sistem ini kan dihubungkan dengan GPS, dimana IC ini akan memilah-memilah data yang dihasilkan GPS yang sesuai dengan yang diinginkan. Pada sistem ini, data GPS yang disimpan adalah syntac $GPRMC. Data yang didapatkan akan dikirimkan ke ATMega16 terlebih dahulu, kemudian akan dikirimkan ke server. Data data tersebut adalah data yang masih belum jadi, sehingga server harus mengolahnya kembali. 4. PENGUJIAN DAN ANALISA Untuk mendapatkan informasi yang diinginkan, pada GUI dapat dipilih pada menu dengan memberikan tanda contreng untuk informasi yang diinginkan. Gambar 4.1 Tampilan Graphical User Interface Untuk melakukan percaobaan, kita harus merubah beberapa parameter, antara lain : 1. Untuk mengaktifkan RF Transceiver kita harus merubah paramete dengan memilih tombol setting, maka akan muncul gambar : Gambar 4.2 Tampilan setting COM Kita pilih parameter yang sesuai, kemudian tekan OK. 2. Ganti tegangan referensi pada menu V_referensi sesuai dengan tegangan referensi yang digunakan. 3. Pilihlah posisi client yang kita inginkan pada menu Address Slave. 4. Selanjutnya, pilihlah data yang kita inginkan dengan memberikan tanda contreng. Pemilihan data yang dipilih, diijinkan lebih dari 1 data. Untuk mengetahui, apakah sistem dapat bekerja dengan baik, maka dilakukan pengujian terhadap ketiga sensor tersebut 4.1 Pengujian Line of Sight Tujuan Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui sejauh mana sistem masih dapat berkomunikasi dengan bergerak dalam kondisi Line of Sight (LOS) Alat Yang Digunakan a. Mikrokontroller yang sudah dibuat. b. RF Transceiver c. GPS Garmin etrex d. Power Supply 5 Volt. e. Notebook f. Sepeda Motor Prosedur Pengujian 1. User dan Client berada di ruang terbuka. 2. Nilai suhu dan tegangan ditetapkan sebesar 30ºC dan 4V dengan cara memutar potentiometer pada mikrokontroller board. 3. User bergerak dengan sepeda motor menjauhi Client. 4. Kecepatan sepeda motor ±20 km/jam. 5. Pengambilan data secara terus menerus Hasil Pengujian No Koordinat Suhu ( ºC ) Tegangan ( Volt ) 1 07º16'33.81",S 112º47'44.49",E º16'33.89",S 112º47'44.48",E º16'43.25",S 112º47'51.62",E º16'43.59",S 112º47'51.96",E º16'43.92",S 112º47'52.26",E º16'44.84",S 112º47'52.25",E Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS 4

5 55 07º16'45.12",S 112º47'52.24",E º16'45.70",S 112º47'52.19",E º16'46.23",S 112º47'52.20",E º16'46.56",S 112º47'52.17",E Analisa Dari data hasil pengujian yang telah dilakukan, sistem mulai mengalami penurunan kemampuan komunikasi saat berada pada jarak udara ±344,21 meter di koordinat 07º16'42.78",S 112º47'51.21",E dan dapat berkomunikasi kembali pada jarak udara ±363,79 meter di koordinat 07º16'43.25",S 112º47'51.62",E. Kondisi kegagalan komunikasi terjadi kembali pada jarak udara ±392,16 meter di koordinat 07º16'43.92",S 112º47'52.26",E dan dapat berkomunikasi kembali pada jarak udara ±414,83 meter di koordinat 07º16'44.84",S 112º47'52.25",E. Kondisi putus-sambung tersebut menunjukkan bahwa kemampuan komunikasi yang ada pada RF Transceiver mengalami penurunan kualitas. Terputusnya komunikasi benar benar terjadi pada jarak udara ±457,05 meter di koordinat 07º16'46.56",S 112º47'52.17",E. 4.2 Pengujian No Line of Sight Tujuan Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui sejauh mana sistem masih dapat berkomunikasi dengan bergerak dalam kondisi No Line of Sight (NLOS) Alat Yang Digunakan a. Mikrokontroller yang sudah dibuat. b. RF Transceiver c. GPS Garmin etrex d. Power Supply 5 Volt. e. Notebook f. Sepeda Motor Prosedur Pengujian 1. User berada di ruang terbuka dan Client berada di dalam ruangan. 2. Nilai suhu dan tegangan ditetapkan sebesar 30ºC dan 4V dengan cara memutar potentiometer pada mikrokontroller board. 3. User bergerak dengan sepeda motor menjauhi Client. 4. Kecepatan sepeda motor ±20 km/jam. 5. Pengambilan data secara terus menerus Hasil Pengujian No Koordinat Suhu ( ºC ) Tegangan ( Volt ) 1 07º16'33.71",S 112º47'45.00",E º16'34.00",S 112º47'44.41",E º16'40.51",S 112º47'49.04",E º16'41.04",S 112º47'49.53",E º16'41.23",S 112º47'49.71",E º16'41.42",S 112º47'49.89",E º16'41.60",S 112º47'50.07",E º16'42.34",S 112º47'50.75",E º16'42.56",S 112º47'50.95",E º16'42.76",S 112º47'51.14",E º16'43.02",S 112º47'51.39",E º16'43.57",S 112º47'51.93",E º16'43.87",S 112º47'52.20",E º16'44.16",S 112º47'52.29",E Analisa Dari data hasil pengujian yang telah dilakukan, sistem mulai mengalami penurunan kemampuan komunikasi saat berada pada jarak udara ±241,95 meter di koordinat 07º16'40.51",S 112º47'49.04",E dan dapat berkomunikasi kembali pada jarak udara ±262,61 meter di Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS 5

6 koordinat 07º16'41.04",S 112º47'49.53",E. Kondisi kegagalan komunikasi terjadi kembali pada jarak udara ±286,27 meter di koordinat 07º16'41.60",S 112º47'50.07",E dan dapat berkomunikasi kembali pada jarak udara ±317,10,86 meter di koordinat 07º16'42.34",S 112º47'50.75",E. Kondisi putus-sambung tersebut menunjukkan bahwa kemampuan komunikasi yang ada pada RF Transceiver mengalami penurunan kualitas. Terputusnya komunikasi benar benar terjadi pada jarak udara ±390,07 meter di koordinat 07º16'44.16",S 112º47'52.29",E. 4.3 Laporan Pengujian Dari hasil yang diperoleh, informasi tersebut akan disimpan ke dalam sebuah database yang dapat lihat setiap saat. Gambar 4.8 Laporan informasi pada database. 5. KESIMPULAN Dari serangkaian pengujian yang telah dilakukan pada perangkat yang dipergunakan untuk tugas akhir ini maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Pada kondisi Line of Sight, sistem dapat berkomunikasi pada jarak udara ±344,21 meter sampai ±457,05 meter, sehingga jarak udara maksimal agar sistem dapat berkomunikasi dengan baik adalah ±344,21 meter. 2. Pada kondisi No Line of Sight, sistem dapat berkomunikasi pada jarak udara ±241,95 meter sampai ±390,07 meter sehingga jarak udara maksimal agar sistem dapat berkomunikasi dengan baik adalah ±241,95 meter. 3. Perbedaan data yang dikirim dan diterima, bisa disebabkan adanya noise pada alat maupun saat data ditransmisikan. DAFTAR PUSTAKA [1]. Surveillance <URL: [2]. Frekuensi Radio <URL: [3]. ISM band <URL: [4]. Global Positioning System Serving The World <URL: [5]. Penjelasan GPS NMEA 0183 <URL: asi-gps/penjelasan-gps-nmea-0183.html> [6]. Setiawan, Iwan, Tutorial Microcontroller AVR Part 1, UNDIP,2006. [7]. Atmel, 2006, 8-bit AVR Microcontroller with 8K Bytes In-System Programmable Flash, <URL: ts/doc2502.pdf> [8]. Atmel, 2003, 8-bit AVR Microcontroller with 16K Bytes In-System Programmable Flash <URL: ts/doc2466.pdf> [9]. Konsep Komunikasi Serial <URL: iles/gdr/leckk pdf> [10]. Nugraha, Dian, Mikrokontroler2 Tugas3, Bandung : Politeknik TEDC,2004. [11]. Winoto, Ardi., Mikrokontroler AVR Atmega8/32/16/8535 dan Pemrogrammannya dengan Bahasa C pada WinAVR, Bandung: Informatika,2008. [12]. Komputer, Wahana, Panduan Praktis Pemrograman Borland Delphi 6.0, Yogyakarta : ANDI, [13]. National Semiconductor, 1994, LM 35/LM35A/LM35C/LM35CA/LM35D Precision Centigrade Temperature Sensors, <URL: [14]. YS RF Transceiver Description, <URL : BIODATA PENULIS Syaifullah Agus Setyo Nugroho dilahirkan di Tuban pada tanggal 4 Agustus Anak ke-4 dari 4 bersaudara ini menyelesaikan seluruh pendidikan SD SMA di Tuban. Pada tahun 2002 hijrah ke Surabaya untuk melanjutkan pendidikan Diploma 3 di Politeknik Elektronika Negeri Surabaya ITS lulus tahun Setelah lulus Diploma 3, pria penyuka kuliner ini sempat bekerja di Jakarta selama 6 bulan sebelum pindah ke Surabaya. Merasa perlu untuk menambah kemampuan akademisnya, penulis melanjutkan ke program pendidikan S1 di Teknik Elektro ITS pada bidang studi Telekomunikasi Multimedia. Pria yang mengakhiri masa lajangnya pada tanggal 19 Juli 2008 ini, mengikuti seminar dan sidang tugas akhir pada bulan Januari 2010 sebagai syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik. Proceeding Seminar Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS 6