PERANCANGAN SISTEM PENGUKUR JARAK ANTARA 2 TITIK WIRELESS XBEE PRO BERDASARKAN NILAI RSSI SKRIPSI AHMAD DENY ANDIKA

Transkripsi

1 PERANCANGAN SISTEM PENGUKUR JARAK ANTARA 2 TITIK WIRELESS XBEE PRO BERDASARKAN NILAI RSSI SKRIPSI AHMAD DENY ANDIKA DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

2 PERANCANGAN SISTEM PENGUKUR JARAK ANTARA 2 TITIK WIRELESS XBEE PRO BERDASARKAN NILAI RSSI SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains AHMAD DENY ANDIKA DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

3 PERSETUJUAN Judul : PERANCANGAN SISTEM PENGUKUR JARAK ANTARA 2 TITIK WIRELESS XBEE PRO BERDASARKAN NILAI RSSI Kategori : SKRIPSI Nama : AHMAD DENY ANDIKA Nomor Induk Mahasiswa : Program Studi : SARJANA (S1) FISIKA Departemen Fakultas : FISIKA : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Diluluskan di Medan, 20 Agustus 2013 Pembimbing II Pembimbing I Dr. Tulus Ikhsan Nasution, M.Sc Dr. Poltak Sihombing, M.Komp NIP NIP Medan, Agustus 2013 Diketahui/Disetujui oleh : Departemen Fisika FMIPA USU Ketua Dr. Marhaposan Situmorang NIP ii

4 PERNYATAAN PERANCANGAN SISTEM PENGUKUR JARAK ANTARA 2 TITIK WIRELESS XBEE PRO BERDASARKAN NILAI RSSI SKRIPSI Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya. Medan, 20 Agustus 2013 AHMAD DENY ANDIKA iii

5 PENGHARGAAN Alhamdulillahirobbil alamin, Segala puji dan syukur bagi Allah Subhanahuwata ala yang telah melimpahkan barokah, rahmat, hidayah-nya dan menganugerahkan kemudahan serta kelancaran sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan Skripsi ini sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan. Sholawat dan salam semoga senantiasa tercurahkan kepada Rasulullah Sallallahu alaihiwassalam sang pembawa petunjuk dan selalu menjadi inspirasi dan teladan bagi penulis. Skripsi ini disusun untuk melengkapi persyaratan dalam mencapai gelar sarjana pada Program Studi Fisika(S1) pada Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. Penulis menyadari bahwa tersusunnya Skripsi ini dari Do a, perhatian, bimbingan, motivasi dan dukungan berbagai pihak, sehingga dengan keikhlasan dan kerendahan hati pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada Yth.: 1. Bapak Dekan Dr. Sutarman Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara dan Pembantu Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. 2. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang, selaku Ketua Program Studi Fisika S1 Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam. 3. Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc, selaku Sekretaris Program Studi Fisika S1 Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam. 4. Bapak Dr. Polak Sihombing, M.Komp selaku dosen pembimbing 1 yang telah memberikan bimbingan, masukan, saran bahkan waktu yang senantiasa diberikan kepada penulis sampai pada akhir penyelesaian skripsi ini. iv

6 5. Bapak Dr. Tulus Ikhsan Nasution, M.Sc selaku dosen pembimbing 2 yang telah banyak membantu dan mendukung penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. 6. Seluruh Dosen dan Karyawan Program Studi Fisika SI Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. 7. Kedua orang tua penulis Ayahanda Dharmawi dan Ibunda Armah serta saudara kandung (Ahmad Suhairy & Yuska Aprila) atas dukungannya, doa, motivasi yang diberikan dari awal mulai perkuliahan sampai penulisan skripsi ini. 8. Sahabat terbaik saya Mutiara Sejati yang telah memberikan pikiran positif agar saya tetap semangat dalam mengerjakan skripsi ini. 9. Keluarga di Binjai yang telah memberikan tempat dan dukungan untuk melaksanakan skripsi ini. 10. Teman-teman seperjuangan dan Senior yang telah banyak membantu dalam proses pengerjaan skripsi ini (Bang Hendrik, Bang Oki, Ajir, Veros, Surya, Sahril, Adi) Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam pembuatan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari pembaca yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini menjadi ibadah yang baik bagi penulis dan menjadi ilmu yang bermanfaat bagi pembaca. Amin Yaa Rabbal alamin Medan, Agustus 2013 Hormat Saya, Penulis v

7 Perancangan Sistem Pengukur Jarak Antara 2 Titik Wireless Xbee Pro Berdasarkan Nilai RSSI ABSTRAK Pengukuran jarak berdasarkan nilai RSSI memberikan overhead komunikasi yang rendah dan kesulitan yang rendah dibandingkan berdasarkan nilai RTT karena nilai yang didapat akan selalu berubah dan tidak dapat ditentukan perubahannya. Dalam penelitian ini, pertama menganalisa teori tentang pengukuran jarak menggunakan RSSI dan pengaruhnya, kemudian menggunakan model nilai rata-rata untuk memproses data dari Xbee Pro ZB. Nilai RSSI yang didapat diproses oleh mikrokontroller ATMega328P dan kemudian dikirim ke Visual Basic pada PC untuk dianalisa ke jarak. Setelah penelitian dilakukan, diperoleh kesimpulan bahwa pengukuran kesalahan rata-rata adalah 2,35 meter dengan jarak sebenarnya 5-90 meter. Kata kunci : RSSI, Xbee Pro ZB, model rata-rata vi

8 Design of Distance Measurement System Between Two Nodes Wireless Xbee PRO Based on RSSI ABSTRACT Distance measurement based on RSSI provides low communication overhead and low complexity than based on RTT values because obtained values will always change and the change can t be determined. In this project, first analyze the theory of distance measurement using RSSI and the influence, and then use the mean value model to processing data from XBee Pro ZB platform. The RSSI value obtained is processed by a microcontroller ATMega328P and then sent to the Visual Basic on a PC to be analyzed into a distance. After the project is done, it is concluded that the average measurement error is 2.35 meters with the actual distance of 5-90 meters. Keywords: RSSI, Xbee Pro ZB, mean model vii

9 DAFTAR ISI Halaman Persetujuan Pernyataan ii iii Penghargaan iv Abstrak Abstract vi vii Daftar Isi viii Daftar Tabel Daftar Gambar xi xii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Permasalahan Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Metode Penulisan Tempat Penelitian Sistematika Penulisan 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Received Signal Strength Indicator Model Shadowing Gelombang Radio Spread Spectrum 7 viii

10 2.3.1 Sistem DSSS Modul Wireless Radio frekuensi 2,4 Ghz Xbee Pro Setting Alamat Modul Xbee Pro (AT command) API Mode Zigbee Receive Packet AT Command Request AT Command Response Deskripsi Command DB (Receive Signal Strength) Command Mikrokontroller Fitur AVR ATMega Konfigurasi Pin ATMega Fitur Mikrokontroller Atmega16U Liquid Crystal Display (LCD) 2x16 28 BAB III PERANCANGAN SISTEM Metode Penelitian Perancangan alat Diagram Blok Rangkaian Flowchart Rangkaian Mikrokontroller ATMega328P Rangkaian Atmega16U Rangkaian LCD Rangkaian Power Supply Perancangan Perangkat keras Perancangan Xbee Pro Series 2 dengan Atmega328P Flowchart pada Mikrokontroller dan Visual Basic (PC) Remote Mikrokontroller Local Mikrokontroller Visual Basic (PC) 42 ix

11 BAB IV PENGUJIAN ALAT DAN PROGRAM Pengujian Rangkaian Pengujian Rangkaian Power Supply Pengujian Rangkaian Mikrokontroller ATMega328P Pengujian Rangkaian LCD 2x Pengujian Program Untuk Menghasilkan Nilai RSSI Pengujian Keseluruhan Sistem Pengujian Pada Jarak 1 Meter Pengujian Pada Jarak 5 m - 90 m Analisa Nilai RSSI ke Jarak Pengujian Pada Jarak 100 m m 53 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran 55 Daftar Pustaka 57 Lampiran 59 x

12 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1 Indeks path loss untuk lingkungan yang berbeda-beda 6 Tabel 2 Nama-nama band yang terdapat dalam spektrum frekuensi radio 7 Tabel 3 Nama API frame dan Nilainya 15 Tabel 4 Urutan jenis frame Zigbee RX packet 16 Tabel 5 Urutan frame AT Commant Request 18 Tabel 6 Urutan frame AT Command Response 19 Tabel 7 Konfigurasi Port B 25 Tabel 8 Konfigurasi Port C 25 Tabel 9 Konfigurasi Port D 26 Tabel 10 Koneksi antara modul LCD dengan mikrokontroller 36 Tabel 11 Data RSSI pada jarak 1 meter 48 Tabel 12 Hasil pengujian nilai rata-rata RSSI yang diperoleh vs jarak sebenarnya 49 Tabel 13 Hasil analisa jarak yang diperoleh vs jarak sebenarnya (untuk 5-90m) 50 Tabel 14 Hasil pengujian nilai rata-rata RSSI dan hasil analisa jarak yang diperoleh vs jarak sebenarnya (untuk m) 53 xi

13 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 DSSS pada pemancar dan penerima 10 Gambar 2.2 Contoh DSSS Menggunakan BPSK 11 Gambar 2.3 Sistem data flow diagram pada UART 12 Gambar 2.4 Modul Xbee Pro 12 Gambar 2.5 Diagram data flow intenal 13 Gambar 2.6 Struktur UART data frame 14 Gambar 2.7 Frame data UART dan struktur API-spesifik 15 Gambar 2.8 Architecture ATMega 328P 24 Gambar 2.9 Konfigurasi Pin ATMega328P 24 Gambar 2.10 Diagram blok USB kontroller 27 Gambar 2.11 Mode pengoperasian vs frekuensi dan catu daya 28 Gambar 2.12 LCD 2 x Gambar 3.1 Ilustrasi Penelitian 30 Gambar 3.2 Diagram Blok Rangkaian 31 Gambar 3.3 Diagram alir data 32 Gambar 3.4 Sistem mikrokontroller ATMega328P 33 Gambar 3.5 Sistem mikrokontroller Atmega16U2 34 Gambar 3.6 Rangkaian skematik dari LCD ke mikrokontroller 35 Gambar 3.7 Rangkaian Power Supply 5 volt 37 Gambar 3.8 Rangkaian power supply 3,3 volt 38 Gambar 3.9 Antarmuka xbee ke mikrokontroller 38 Gambar 3.10 Flowchart program pada remote mikrokontroller 39 Gambar 3.11 Flowchart program pada mikrokontroller lokal 40 xii

14 Gambar 3.12 Flowchart program pada visual basic Gambar 4.1 Pengujian program ketika local uc tidak menerima RF data 47 Gambar 4.2 Pengujian program ketika local uc menerima RF data dan jarak antara 2 titik wireless divariasikan tidak tentu 47 Gambar 4.3 Grafik jarak sebenarnya vs RSSI 51 Gambar 4.4 Grafik jarak sebenarnya vs jarak yang diperoleh untuk 5 m - 90 m 52 Gambar 4.5 Grafik jarak sebenarnya vs jarak yang diperoleh untuk 100m -2 00m 54 xiii