BAB 2 LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1 Mikrokontroler Mikrokontroller merupakan sebuah sistem komputer yang seluruh atau sebagian besar ele menya dikemas dalam satu chip IC, sehingga sering disebut Single Chip Microcomputer. Mikrokontroller merupakan sebuah sistem komputer yang mempunyai satu atau beberapa tugas yang sangat spesifik, berbeda dengan PC (personal computer) yang memiliki beragam fungsi. Perbedaan yang lainnya adalah perbandingan RAM dan ROM yang sangat berbeda antara komputer dengan mikrokontroller. Dalam mikrokontroller ROM jauh lebih besar dibandingkan RAM, sedangkan dalam komputer atau PC, RAM jauh lebih besar dibanding ROM. Contoh- contoh keluarga mikrokontroller: 1. Keluarga MCS Keluarga MC68HC05 3. Keluarga MC68HC11 4. Keluarga AVR 5. Keluarga PIC 8 Dalam perancangan alat ini, digunakan salah satu dari jenis mikrokontroller jenis AVR, karena mikrokontroller ini pemrogramannya relativ mudah dan harganya lebih murah Mikrokontroler ATMega 8535 Secara umum deskripsi mikrokontroler ATMega 8535 adalah sebagai berikut: VCC (power supply) GND (ground) Port A (PA7..PA0)

2 Port A berfungsi sebagai input analog pada A/D Konverter. Port A juga berfungsi sebagai suatu Port I/O 8-bit dua arah, jika A/DKonverter tidak digunakan. Pin - pin Port dapat menyediakanresistor internal pull-up (yang dipilih untuk masing-masing bit).port A output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetrisdengan keduanya sink tinggi dan kemampuan sumber. Ketika pinpa0 ke PA7 digunakan sebagai input dan secara eksternal ditarikrendah, pin pin akan memungkinkan arus sumber jika resistor internal pull-up diaktifkan. Pin Port A adalah tri-stated manakalasuatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis. Port B (PB7..PB0) Port B adalah suatu Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor internalpull-up (yang dipilih untuk beberapa bit). Port B output buffermempunyai karakteristik gerakan simetris dengan keduanya sinktinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, pin port B yangsecara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pullupdiaktifkan. Pin Port B adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis. Port C (PC7..PC0) Port C adalah suatu Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor internalpull-up (yang dipilih untuk beberapa bit). Port C output buffermempunyai karakteristik gerakan simetris dengan keduanya sinktinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, pin port C yangsecara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pullupdiaktifkan. Pin Port C adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis. Port D (PD7..PD0) Port D adalah suatu Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor internalpull-up (yang dipilih untuk beberapa bit). Port D output buffermempunyai karakteristik gerakan simetris dengan keduanya sinktinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, pin port D yangsecara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pullupdiaktifkan. Pin Port D adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis.

3 RESET (Reset input) XTAL1 (Input Oscillator) XTAL2 (Output Oscillator) AVCC adalah pin penyedia tegangan untuk port A dan A/D Konverter AREF adalah pin referensi analog untuk A/D konverter. Gambar 2.1 Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATMega 8535

4 2.1.2 Arsitektur Mikrokontroler ATMega 8535 Gambar 2.2 Arsitektur mikrokontroler ATMega SISTEM CLOCK Mikrokontroler, mempunyai sistem pewaktuan CPU, 12 siklus clock. Artinya setiap 12 siklus yang dihasilkan oleh ceramic resonator maka akan menghasilkan satu siklus mesin. Nilai ini yang akan menjadi acuan waktu operasi CPU. Untuk mendesain sistem mikrokontroler kita memerlukan sistem clock, sistem ini bisa di bangun dari clock eksternal maupun clock internal. Untuk clock internal, kita tinggal memasang komponen seperti di bawah ini:

5 Gambar 2.3 Sistem Clock 2.1.4Organisasi memori AVR ATMega8535 AVR ATMega8535 memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori program yang terpisah. Sebagai tambahan, ATmega8535memiliki fitur suatu EEPROM Memori untuk penyimpanan data. Semuatiga ruang memori adalah reguler dan linier. A. Memori Data Memori data terbagi menjadi 3 bagian, yaitu 32 register umum,64 buah register I/O,dan 512 byte SRAM Internal.Register keperluan umum menempati space data pada alamatterbawah, yaitu $00 sampai $1F. Sementara itu, register khusus unutk menangani I/O dan kontrol terhadap mikrokontroler menempati 64alamat berikutnya, yaitu mulai dari $20 hingga $5F. Register tersebutmerupakan register yang khusus digunakan untuk mengatur fungsiterhadap berbagai peripheral mikrokontroler, seperti kontrol register,timer/counter, fungsi fungsi I/O, dan sebagainya. Register khususalamat memori secara lengkap dapat dilihat pada Tabel 2.2. Alamatmemori berikurnya digunakan untuk SRAM 512 byte, yaitu pada lokasi$60 sampai dengan $25F. Konfigurasi memori data ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

6 Tabel 2.1 Konfigurasi Data AVR AT Mega 8535 B.Memori Program ATmega8535 berisi 8K bytes On-Chip di dalam sistem Memoriflash Reprogrammable untuk penyimpanan program. Karena semuaavr instruksi adalah 16 atau 32 bits lebar, Flash adalah berbentuk 4K x16. Untuk keamanan perangkat lunak, Flash Ruang program memori adalah dibagi menjadi dua bagian, bagian boot program dan bagian aplikasi program dengan alamat mulai dari $000 sampai $FFF.Flash Memori mempunyai suatu daya tahan sedikitnya 10,000write/erase Cycles. ATmega8535 Program Counter (PC) adalah 12 bitlebar, alamat ini 4K lokasi program memori.

7 Gambar 2.4 Memori Program AT Mega 8535 C. Port Sebagai Input / Output Digital ATmega8535 mempunyai empat buah port yang bernama PortA, PortB, PortC, dan PortD. Keempat port tersebut merupakan jalur bi-directional dengan pilihan internal pull-up. Tiap port mempunyai tiga buah register bit, yaitu DDxn, PORTxn, dan PINxn. Huruf x mewakili nama huruf dari port sedangkan huruf n mewakili nomor bit. Bit DDxn terdapat pada I/O address DDRx, bit PORTxn terdapat pada I/O address PORTx, dan bit PINxn terdapat pada I/O address PINx. Bit DDxn dalam regiter DDRx (Data Direction Register) menentukan arah pin. Bila DDxn diset 1 maka Px berfungsi sebagai pin output. Bila DDxn diset 0 maka Px berfungsi sebagai pin input. Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin input, maka resistor pull-up akan diaktifkan. Untuk mematikan resistor pullup, PORTxn harus diset 0 atau pin dikonfigurasi sebagai pin output. Pin port adalah tristate setelah kondisi reset. Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port akan berlogika 1. Dan bila PORTxn diset 0 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port akan berlogika 0. Saat mengubah kondisi port dari kondisi tri-state (DDxn=0, PORTxn=0) ke kondisi output high (DDxn=1, PORTxn=1) maka harus ada kondisi peralihan apakah itu kondisi pull-up enabled (DDxn=0, PORTxn=1)atau kondisi output low (DDxn=1, PORTxn=0). Biasanya, kondisi

8 pull-up enabled dapat diterima sepenuhnya, selama lingkungan impedansi tinggi tidak memperhatikan perbedaan antara sebuah strong high driver dengan sebuah pull-up. Jika ini bukan suatu masalah, maka bit PUD pada register SFIOR dapat diset 1 untuk mematikan semua pull-up dalam semua port. Peralihan dari kondisi input dengan pull-up ke kondisi output low juga menimbulkan masalah yang sama. Maka harus menggunakan kondisi tri-state (DDxn=0, PORTxn=0) atau kondisi output high (DDxn=1, PORTxn=0) sebagai kondisi transisi. Lebih detil mengenai port ini dapat dilihat pada manual datasheet dari IC ATmega SENSOR Penegertian Umum sensor Secara umum sensor didefenisikan sebagai alat yang mampu menangkap fenomena fisika atau kimia kemudian mengubahnya menjadi sinyal elektrik baik arus listrik ataupun tegangan. Fenomena fisik yang mampu menstimulus sensor untuk menghasilkan sinyal elektrik meliputi temperature, tekanan, gaya, medan magnet, cahaya dan sebagainya. Secara garis besar sensor dibagi menjadi dua bagian, yaitu: a. Sensor kimia b. Sensor fisika Sensor kimia adalah sensor yang mendeteksi jumlah suatu zat kimia dengan cara mengubah besaran kimi menjadi besaran listrik. Biasanya ini melibatkan beberapa reaksi kimia. Yang termasuk kedalam jenis sensor kimia yaitu : - Sensor PH - Sensor Gas - Sensor oksigen - Sensor Ledakan Sensor Fisika adalah alat yang mampu mendeteksi besaran suatu besaran berdasarkan hukum- hukum fisika. Ada beberapa jenis sensor fisika yang kita kenal seperti sensor suhu, sensor cahaya, sensor magnet,dan lain sebagainya.

9 2.2.2 Sensor Magnet ( UGN 3503) Sensor Magnet merupakan sensor yang digunakan untuk mendeteksi medan magnet. Sensor Magnet akan menghasilkan sebuah tegangan yang proporsional dengan kekuatan medan magnet yang diterima oleh sensor tersebut.sensor magnet ini hanya terdiri dari sebuah lapisan silikon dan dua buah elektroda pada masing-masing sisi silikon. Pada saat tanpa ada pengaruh dari medan magnet maka beda potensial antar kedua elektroda tersebut 0 Volt karena arus listrik mengalir ditengah kedua elektroda. Ketika terdapat medan magnet mempengaruhi sensor ini maka arus yang mengalir akan berbelok mendekati/menjauhi sisi yang dipengaruhi oleh medan magnet. Hal ini menghasilkan beda potensial diantara kedua elektroda dari Sensor Magnet, dimana beda potensial tersebut sebanding dengan kuat medan magnet yang diterima oleh Sensor Magnet ini. Gambar 2. 5 Sensor Magnet UGN 3503 Salah satu jenis dari Sensor Magnet adalah Sensor magnet UGN Sensor ini membutuhkan supply daya 4,5 Volt sampai dengan 6 Volt. Sensor ini dapat berfungsi sebagai saklar, caranya sederhana, hanya dengan menggerakan magnet mendekat atau menjauh dari sensor tersebut. Keunggulan saklar yang dibuat dari sensor ini dibandingkan saklar mekanik ialah lebih cepat dan tidak memerlukan gaya yang besar untuk mengaktifkan saklar. Sensor ini bisa digunakan untuk untuk kecapatan tinggi untuk switching on off selama ribuan kali dalam satu detik.

10 2.2.3 prinsip Kerja Sensor Magnet UGN 3503 Sensor magnet dapat merespon medan magnet yang terdapat disekitarnya. Sensor ini mempunya 3 pin. Apabila tidak ada magnet disekitar (dekat) sensor tersebut, maka tegangan outputnya sama dengan setengan tegangan supply. Jika ada kutub selatan sebuah magnet berada di dekat sensor tersebut, maka tegangan output naik. Jadi, besarnya kenaikan tegangan output secara proporsional tergantung dari pada kekuatan medan magnet yang ada. Jika ada kutub utara sebuah magnet berada di sekitar sensor tersebut, maka tegangan output akan turun. Gambar 2.6 Ilustrasi Prinsip Kerja Sensor Magnet UGN MODUL GSM Modul GSM adalah sebuah perangkat yang menawarkan layanan transit SMS, mentransformasikan pesan ke jaringan selular dari media lain, atau sebaliknya, sehingga memungkinkan pengiriman atau penerimaan pesan SMS dengan atau tanpa menggunakan ponsel. Sebagaimana penjelasan diatas, modul GSM dapat terhubung ke media lain seperti perangkat SMSC dan server milik Content Provider melalui link IP untuk memproses suatu layanan SMS.

11 2.3.1 Modul GSM SIM 300C EVB SIMCOM menawarkan informasi ini sebagai layanan kepada pelanggan, untuk mendukung upaya aplikasi dan rekayasa yang menggunakan produk SIMCOM. Informasi yang diberikan didasarkan pada kebutuhan khusus disediakan untuk SIMCOM oleh pelanggan. SIMCOM belum dilakukan setiap pencarian independen untuk informasi tambahan yang relevan, termasuk informasi yang mungkin dimiliki pelanggan. Selanjutnya, sistem validasi produk ini SIMCOM dalam sistem elektronik yang lebih besar tetap menjadi tanggung jawab dari pelanggan atau system integrator pelanggan. Semua spesifikasi yang diberikan di sini dapat berubah. Dirancang untuk pasar global, SIM300C adalah Tri-band GSM / GPRS mesin yang bekerja pada frekuensi jaringan EGSM 900 MHz, DCS 1800 MHz dan PCS1900 MHz.SIM300C menyediakan GPRS multi-slot kelas 10 / class8 (opsional) kemampuan dan mendukung pengkodean GPRS skema CS-1, CS-2, CS-3 dan CS-4. Dengan konfigurasi kecil 50mm x 33mm x 6.2mm, SIM300C dapat cocok hampir semua kebutuhan ruang dalam aplikasi industri, seperti M2M, dan mobile data dll. Gambar 2.7 Tampilan SIM 300C

12 Adapun keterangan dari gambar 2.7 adalah sebagai berikut: A: port serial UTAMA untuk men-download, perintah AT transmiting, data bertukar data B: Interface kartu SIM C: Interface headset D: beralih Download, mengaktifkan atau mematikan fungsi download E: beralih VBAT, switch sumber tegangann dari adaptor atau baterai eksternal F: VCHG ON / OFF control (shifter S3) G: PWRKEY kunci, menghidupkan atau mematikan SIM300C H: memperluas pelabuhan, seperti port tombol, port serial utama dan debug, tampilan port J: serial port DEBUG K: lubang untuk memperbaikii antena L: sumber adaptor antarmuka M: LED sebagai lampu indikator N: Buzzer O: Interface Headphone P: lubang untuk memperbaiki SIM300C Gambar 2.8 Rangkaian SIM300C

13 Untuk menghidupkan sistem SIM300C dapat dilakukan dengan cara: Hubungkan modul SIM300C ke konektor 60pins pada SIM300C EVB, memasukkan adaptor 5V sumber langsung saat ini, beralih saklar S1 pada keadaan off, saklar S2 pada keadaan ON Tekan PWRKEY sekitar 1 detik, dan kemudian modul SIM300C mulai berjalan. Anda dapat melihat lampu di EVB berkedip pada frekuensi tertentu. Oleh negara, Anda dapat menilai apakah EVB dan SIM300C dapat menjalankan atau tidak. Tidak ada fungsi dan pengujian dapat dijalankan ketika kita tidak terhubung aksesoris yang diperlukan. Untuk mematikan SIM300C dapat dilakukan dengan cara: Matikan modul SIM300C: tekan PWRKEY selama sekitar 1 detik, modul SIM300C akan dimatikan. RESET: ketika darurat terjadi, modul tidak dapat dimatikan dan dihidupkan oleh PWRKEY, kemudian tekan tombol RESET dan melepaskannya, SIM300C akan reset Interface RS232 Gambar 2.9 Tampilan Fisik RS232 RS232 biasanya merupakan saluran bebas yang dibuat untuk dua arah (full-duplex) komunikasi. RS232 memiliki garis atau jalur jalur yang banyak (terutama digunakan dengan modem), dan juga menetapkan protokol komunikasi.interface RS-232 yang mengandaikan kesamaan antara DTE dan DCE. Ini adalah asumsi yang masuk akal ketika sebuah kabel pendek menghubungkan DTE ke DCE, tapi dengan garis-garis panjang dan koneksi antar perangkat yang mungkin pada bus listrik yang berbeda dengan alasan yang

14 berbeda, ini tidak mungkin benar. UNTUK +12 volt menunjukkan "ON sedangkan A -3 hingga -12 volt menunjukkan "OFF". Peralatan komputer modern mengabaikan tingkat negatif dan menerima tingkat tegangan nol. Bahkan, keadaan "ON" dapat dicapai dengan potensi positif yang lebih rendah. Sirkuit Ini berarti didukung oleh 5 VDC mampu mengemudi sirkuit RS232 secara langsung, bagaimanapun, rentang keseluruhan bahwa sinyal RS232 dapat dikirim / diterima dapat dikurangi secara dramatis. Tabel 2.2 Tabel Main Interface RS232 PIN SIGNAL I/O DESCRIPTION 1 DCD O Data Carrier Descripition 2 TXD O Transmit Data 3 RXD I Receive Data 4 DTR I Data Terminal Ready 5 GND Ground 7 RTS I Repair to Send 8 CTS O Clear to Send 9 RI O Ring Indikator Catu daya SIM300C Gambar 2.10 Rangkaian Input VBAT Catu daya dari SIM300C adalah dari sumber tegangan tunggal VBAT = 3.4V 4.5V. Dalam beberapa kasus, riak dalam ledakan mengirimkan dapat menyebabkan tegangan

15 turun ketika konsumsi saat ini naik ke puncak khas 2A. Jadi catu daya harus mampu menyediakan arus yang cukup sampai 2A. Untuk input VBAT, kapasitor bypass lokal dianjurkan. Sebuah kapasitor (sekitar 100µF, ESR yang rendah) dianjurkan. Multi-lapisan keramik chip (MLCC) kapasitor dapat memberikan kombinasi terbaik ukuran ESR dan kecil rendah tetapi mungkin tidak efektif biaya. Sebuah pilihan biaya yang lebih rendah mungkin 100 µf kapasitor tantalum (ESR yang rendah) dengan (0,1 µf untuk 1µF) kecil keramik secara paralel, yang digambarkan sebagai gambar berikut. Dan kapasitor harus ditempatkan sebagai dekat mungkin ke pin VBAT SIM300C. SIM300C ini dirancang dengan teknik penghematan daya, konsumsi saat ini untuk serendah 2.5mA dalam mode SLEEP. SIM300C ini terintegrasi dengan protokol TCP / IP, diperpanjang TCP / IP perintah AT dikembangkan bagi pelanggan untuk menggunakan protokol TCP / IP dengan mudah, yang sangat berguna untuk aplikasi transfer data Antena Interface Gambar 2.11 Antena Interface Dalam hal ini Antena berfungsi sebagai penangkap maupun pemancar sinyal. Proses pengiriman data tergantung pada kualitas dari antena yang dipasang. Sehingga, diharapkan pemasangan Antena tepat dan juga menggunakan interface yang sesuai dengan antena tersebut.