BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 7 BAB II LANDASAN TEORI Untuk dapat memahami perancangan prototipe alat ini dan perangkat apa saja yang akan dikendalikannya, diperlukan beberapa pemahaman dasar. Pada bab ini akan dipaparkan teori-teori yang mendasari penelitian ini. Smart Home System adalah sistem aplikasi yang merupakan gabungan antara teknologi dan pelayanan yang dikhususkan pada lingkungan rumah dengan fungsi tertentu yang bertujuan meningkatkan efesiensi, kenyamanan, dan keamanan penghuninya. Sistem rumah pintar biasanya terdiri dari perangkat

2 8 kontrol, monitoring dan otomatisasi beberapa perangkat atau peralatan rumah yang dapat diakses melalui sebuah komputer. Monitoring dilakukan menggunakan sebuah PC dengan program Visual Basic sebagai tampilannya. Alat ini menggunakan mikrokontroler sebagai perangkat kontrolnya. Dan sistem otomatisasinya menggunakan beberapa sensor seperti RFID sebagai akses pintu, LDR sebagai sensor cahaya, dan LM35 sebagai sensor suhu. 2.1 Microsoft Visual Basic 6.0 Microsoft Visual Basic (sering disingkat sebagai VB saja) merupakan sebuah bahasa pemrograman yang bersifat event driven dan menawarkan Integrated Development Environment (IDE) visual untuk membuat program aplikasi berbasis sistem operasi Microsoft Windows dengan menggunakan model pemrograman Common Object Model (COM). Visual Basic merupakan turunan bahasa BASIC dan menawarkan pengembangan aplikasi komputer berbasis grafik dengan cepat, akses ke basis data menggunakan Data Access Objects (DAO), Remote Data Objects (RDO), atau ActiveX Data Object (ADO), serta menawarkan pembuatan kontrol ActiveX dan objek ActiveX. Beberapa bahasa skrip seperti Visual Basic for Applications (VBA) dan Visual Basic Scripting Edition (VBScript), mirip seperti halnya Visual Basic, tetapi cara kerjanya yang berbeda.

3 9 Para programmer dapat membangun aplikasi dengan menggunakan komponen-komponen yang disediakan oleh Microsoft Visual Basic. Programprogram yang ditulis dengan Visual Basic juga dapat menggunakan Windows API, tapi membutuhkan deklarasi fungsi eksternal tambahan. Dalam pemrograman untuk bisnis, Visual Basic memiliki pangsa pasar yang sangat luas. Dalam sebuah survey yang dilakukan pada tahun 2005, 62% pengembang perangkat lunak dilaporkan menggunakan berbagai bentuk Visual Basic, yang diikuti oleh C++, JavaScript, C#, dan Java. Bill Gates, pendiri Microsoft, memulai bisnis softwarenya dengan mengembangkan interpreter bahasa Basic untuk Altair 8800, untuk kemudian ia ubah agar dapat berjalan di atas IBM PC dengan sistem operasi DOS. Perkembangan berikutnya ialah diluncurkannya BASICA (basic-advanced) untuk DOS. Setelah BASICA, Microsoft meluncurkan Microsoft QuickBasic dan Microsoft Basic (dikenal juga sebagai Basic Compiler). Sejarah BASIC di tangan Microsoft sebagai bahasa yang diinterpretasi (BASICA) dan juga bahasa yang dikompilasi (BASCOM) membuat Visual Basic diimplementasikan sebagai gabungan keduanya. Programmer yang menggunakan Visual Basic bisa memilih kode terkompilasi atau kode yang harus diinterpretasi sebagai hasil executable dari kode VB. Sayangnya, meskipun sudah terkompilasi jadi bahasa mesin, DLL bernama MSVBVMxx.DLL tetap dibutuhkan. Namun karakteristik bahasa

4 10 terkompilasi tetap muncul (ia lebih cepat dari kalau kita pakai mode terinterpretasi). Visual Basic menjadi populer karena kemudahan desain form secara visual dan adanya kemampuan untuk menggunakan komponen-komponen ActiveX yang dibuat oleh pihak lain. Namun komponen ActiveX memiliki masalahnya tersendiri yang dikenal sebagai DLL hell. Pada Visual Basic.NET, Microsoft mencoba mengatasi masalah DLL hell dengan mengubah cara penggunaan komponen (menjadi independen terhadap registry). Jendela awal VB dapat dilihat pada gambar 2.1 berikut. Gambar 2.1 Tampilan awal jendela Visual Basic

5 Mikrokontroler ATMEGA 8535 Mikrokontroller AVR memiliki arsitektur RISC 8 Bit, sehingga semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit (16-bits word) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam satu siklus instruksi clock. Dan ini sangat membedakan sekali dengan instruksi MCS-51 (Berarsitektur CISC) yang membutuhkan siklus 12 clock. RISC adalah Reduced Instruction Set Computing sedangkan CISC adalah Complex Instruction Set Computing. AVR dikelompokkan kedalam 4 kelas, yaitu ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega, dan keluarga AT86RFxx. Dari kesemua kelas yang membedakan satu sama lain adalah ukuran onboard memori, on-board peripheral dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan mereka bisa dikatakan hampir sama Konfigurasi Pin AT Mega 8535 Mikrokontroler ATMega 8535 memiliki 40 pin seperti yang ditunjukkan pada gambar

6 12 Gambar 2.2. Konfigurasi pin ATMega 8535 Masing-masing pin tersebut mempunyai fungsi yang terangkum dalam tabel 2.1. Tabel 2.1 Deskripsi Pin ATMega 8535 Nama Pin VCC GND Port A (PA7..PA0) Port B (PB7..PB0) Fungsi Catu daya Ground Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor pull up internal. Juga berfungsi sebagai masukan analog ke ADC (ADC0 s.d. ADC7) Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor pull up internal. Fungsi khusus masing-masing pin:

7 13 Port Pin: PB0 PB1 PB2 PB3 PB4 PB5 PB6 PB7 Fungsi lain: T0 (Timer/Counter 0 External Counter Input) T1 (Timer/Counter 1 External Counter Input) AIN0 (Analog Comparator Positive Input) AIN1 (Analog Comparator Negative Input) SS (SPI Slave Select Input) MOSI (SPI Bus Master Output/Slave Input) MISO (SPI Bus Master Input/Slave Output) SCK (SPI Bus Serial Clock) Port C (PC7..PC0) Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor pull up internal. Dua pin yaitu PC6 dan PC7 berfungsi sebagai oscillator luar untuk Timer/Counter 2 Port D Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor pull up internal. Fungsi khusus masing-masing pin: Port Pin: PD0 PD1 PD2 PD3 PD4 PD5 PD6 PD7 Fungsi lain: RXD (UART Input Line) TXD (UART Output Line) INT0 (External Interrupt 0 Input) INT1 (External Interrupt 1 Input) OC1B (Timer/Counter 1 Output Compare B Match Output) OC1A (Timer/Counter 1 Output Compare A Match Output) ICP (Timer/Counter 1 Input Capture Pin) OC2 (Timer/Counter 2 Output Compare Match Output)

8 14 RESET Masukan reset. Sebuah reset terjadi jika pin ini diberi logika rendah melebihi periode minimum yang diperlukan. XTAL 1 Masukan ke inverting oscillator amplifier dan masukan ke rangkaian clock internal XTAL 2 AVCC AREF AGND Keluaran dari inverting oscillator amplifier Catu daya untuk port A dan ADC Referensi masukan analog untuk ADC Ground analog Arsitektur ATMega 8535 Diagram blok arsitektur ATMega 8535 ditunjukkan oleh gambar 2.5. Terdapat sebuah inti prosesor yaitu Central Processing Unit, di mana terjadi proses pengumpanan instruksi dan komputasi data. Seluruh register umum sebanyak 32 buah terhubung langsung dengan unit ALU (Arithmatic and Logic Unit). Terdapat empat buah port masing-masing delapan bit dapat difungsikan sebagai masukan maupun keluaran. Media penyimpanan program berupa Flash Memory, sedangkan penyimpan data berupa SRAM (Static Random Access Memory) dan EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read Only Memory). Untuk komunikasi data tersedia fasilitas SPI (Serial Peripheral Interface), USART (Universal Synchronous and Asynchronous serial Receiver and Transmitter), serta TWI (Two-wire Serial Interface). Di samping itu terdapat fitur tambahan, antara lain AC (Analog Comparator), 8 kanal 10 bit ADC (Analog to Digital Converter), 3 buah Timer/Counter, WDT (Watchdog Timer), manajemen penghematan daya (Sleep Mode), serta osilator internal 8 MHz. Seluruh fitur terhubung ke bus 8 bit. Unit interupsi menyediakan sumber interupsi hingga 21 macam.

9 15 Sebuah stack pointer selebar 16 bit dapat digunakan untuk menyimpan data sementara saat interupsi. Gambar 2.3. Arsitektur ATMega 8535

10 16 ATMega 8535 memiliki ruang pengalamatan memori data dan memori program yang terpisah. Memori data terbagi menjadi 3 bagian yaitu : 32 buah register umum, 64 buah register I/O, dan 512 byte SRAM internal. Register untuk keperluan umum menempati space data pada alamat terbawah yaitu $00 sampai $1F. Sementara itu register khusus untuk menangani I/O dan kontrol terhadap mikrokontroler menempati 64 alamat berikutnya, yaitu mulai dari $20 sampai $5F. Register tersebut merupakan register yang khusus digunakan untuk mengatur fungsi terhadap berbagai peripheral mikrokontroler, seperti kontrol register, timer/counter, fungsi fungsi I/O, dan sebagainya. Register khusus alamat memori secara lengkap dapat dilihat pada tabel dibawah. Alamat memori berikutnya digunakan untuk SRAM 512 byte, yaitu pada lokasi $60 sampai dengan $25F. Gambar 2.4. Peta Memory 8535

11 Memori Data AVR ATMega 8535 Memori program yang terletak pada Flash Perom tersusun dalam word atau 2 byte karena setiap instruksi memiliki lebar 16-bit atau 32bit. AVR ATMega8535 memiliki 4KByte x 16 Bit Flash Perom dengan alamat mulai dari $000 sampai $FFF. AVR tersebut memiliki 12 bit Program Counter (PC) sehingga mampu mengalamati isi Flash. Selain itu AVR ATMega 8535 juga memilki memori data berupa EEPROM 8-bit sebanyak 512 byte. Alamat EEPROM dimulai dari $000 sampai $1FF. Gambar 2.5 Memori Data 8535

12 LDR LDR (ligh dependent reisitor) adalah merupakan sejenis resistor, LDR termasuk jenis reistor variable karena jumlah tahanannya dapat berubah-ubah, perubahan tahanannya pada LDR di tentukan oleh besarnya cahaya yang mengenai penampang pada LDR. Apabila cahaya yang mengenai penampang LDR itu besar maka nilai tahanan di dalam LDR semakin kecil sebaliknya semakin kecil cahaya mengenai penampang LDR maka nilai tahanan pada LDR akan semakin besar. Pada proyek ini LDR akan di letakkan di dalam lemari dan jika lemari dibuka maka cahaya akan masuk dari luar ke dalam dan hal itu akan berpengaruh pada LDR. Dibawah ini adalah lambang dari sebuah LDR. Gambar 2.6 Lambang Dari Sebuah LDR Gambar 2.7 Karakteristik LDR,

13 RFID RFID (Radio Frequency IDentification) merupakan suatu teknologi untuk mengidentifikasikan objek dengan menggunakan komponen elektronik melalui frekuensi radio. RFID biasa digunakan untuk identifikasi unik dan otomasi. Secara garis besar sebuah sistem RFID terdiri atas tiga komponen utama, yaitu tag, reader, dan basis data (database) (lihat gambar 2.17). Secara ringkas, mekanisme kerja yang terjadi dalam sebuah sistem RFID adalah bahwa sebuah reader frekuensi radio melakukan scanning terhadap data yang tersimpan dalam tag, kemudian mengirimkan informasi tersebut ke sebuah basis data yang menyimpan data yang terkandung dalam tag tersebut (United States Government Accountability Office, 2005). Gambar 2.8 Komponen Utama Sistem RFID

14 Tag RFID Sebuah tag RFID atau transponder (singkatan dari transmitter dan responder), terdiri atas sebuah mikro (microchip) dan sebuah antena (gambar 2.18.a). Chip mikro itu sendiri dapat berukuran sekecil butiran pasir, seukuran 0.4 mm. Chip tersebut menyimpan nomor seri yang unik atau informasi lainnya tergantung kepada tipe memorinya. Gambar 2.9 (a)tag RFID berisi chip dan antena, (b)tag RFID gelas (c)tag berbentuk lingkaran, (d)tag smart label Tag RFID sangat bervariasi dalam hal bentuk dan ukuran (gambar 2.18). Sebagian tag mudah ditandai, misalnya tag anti-pencurian yang terbuat dari plastik keras yang dipasang pada barang-barang di toko (gambar 2.18.c). Tag untuk tracking hewan yang ditanam di bawah kulit berukuran tidak lebih besar dari bagian lancip dari ujung pensil (gambar 2.18.b). Selain itu ada tag yang fleksibel sehingga bisa ditempelkan pada benda (gambar 2.18.d). Berdasarkan penggunaan sumber daya listrik, tag dibagi menjadi 3 jenis yang diperlihatkan pada tabel 2.6

15 21 (United States Government Accountability Office, 2005) yaitu: tag pasif (tag paling sederhana), Tag semi pasif, dan tag aktif. Tabel 2.2 Karakteristik Umum Tag RFID Reader Sebuah reader menggunakan antenanya sendiri untuk berkomunikasi dengan tag. Ketika reader memancarkan gelombang radio, seluruh tag yang dirancang pada frekuensi tersebut serta berada pada rentang bacanya akan memberikan respon. Sebuah reader juga dapat berkomunikasi dengan tag tanpa lineof-sight langsung, tergantung kepada frekuensi radio dan tipe tag (aktif, pasif atau semipasif) yang digunakan. Reader dapat memproses banyak item sekaligus.

16 22 Menurut bentuknya, reader dapat berupa reader bergerak seperti peralatan genggam, atau stasioner seperti peralatan point-of-sale di supermarket (gambar 2.19). Gambar 2.10 (a)handheld reader, (b)reader dalam ukuran besar Frekuensi Radio Sebagai Karakteristik Operasi Sistem RFID Pemilihan frekuensi radio merupakan kunci kerakteristik operasi sistem RFID yang menentukan kecepatan komunikasi dan jarak baca terhadap tag. Secara umum, semakin tinggi frekuensi mengindikasikan maka akan semakin jauh jarak pembacaannya. Hubungan frekuensi RFID, kecepatan komunikasi dan jarak pembacaan tag dijabarkan dalam tabel 2.7.

17 23 Tabel 2.3 Frekuensi Operasi RFID Cara Kerja RFID Cara kerja dapat diterangkan sebagai berikut. Label tag RFID tidak memiliki baterai, antenalah yang berfungsi sebagai pencatu daya dengan memanfaatkan medan magnet dari pembaca (reader) dan memodulasi medan magnet. Kemudian digunakan kembali untuk mengirimkan data yang ada dalam tag label RFID. Data yang diterima reader diteruskan ke database host computer. Reader mengirim gelombang elektromagnet, yang kemudian diterima oleh antena pada label RFID. Label RFID mengirim data biasanya berupa nomor serial yang tersimpan dalam label dengan mengirim kembali gelombang radio ke reader. Informasi dikirim ke dan di baca dari label RFID oleh reader menggunakan gelombang radio. Dalam sistem yang paling umum yaitu sistem pasif, reader memancarkan energi gelombang radio yang membangkitkan label RFID dan menyediakan energi agar beroperasi. Sedangkan sistem aktif, baterai dalam label

18 24 digunakan untuk memperoleh jangkauan operasi label RFID yang efektif, dan fitur tambahan penginderaan suhu. Data yang diperoleh atau dikumpulkan dari label RFID kemudian dilewatkan atau dikirim melalui jaringan komunikasi dengan kabel atau tanpa kabel ke sistem komputer. Gambar 2.11 Cara Kerja RFID Melalui Sinyal Frekuensi Radio Antena akan mengirim data melalui sinyal frekuensi radio dalam jarak yang relatif dekat. Dalam proses transmisi tersebut terjadi 2 hal : Antena melakukan komunikasi dengan transponder, dan Antena memberikan energi kepada tag untuk berkomunikasi (khusus untuk tag yang sifatnya pasif).

19 25 Ini adalah kunci kehebatan teknologi RFID. Sebuah tag yang dipasang tidak menggunakan sumber energi seperti baterai sehingga dapat digunakan dalam waktu yang sangat lama. Antena bisa dipasang secara permanen (walau saat ini tersedia juga yang portable). Bentuknya pun beragam, sesuai dengan keinginan user. Pada saat tag melewati wilayah sebaran antena, alat ini kemudian mendeteksi wilayah scanning. Selanjutnya setelah terdeteksi maka chip yang ada di tag akan terjaga untuk mengirimkan informasi kepada antena. 2.5 LM35 Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Tegangan outputnya sebanding dengan temperatur dalam derajat celcius ( C). LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain. Tampilan fisiknya sebagai berikut.

20 26 Gambar 2.12 Sensor Suhu LM35 LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan. LM35 dapat mengindera suhu pada rentang -55 C sampai dengan 150 C, dengan kenaikan tegangan sebesar 10mVolt setiap kenaikan 1 C. Gambar 2.13 Grafik Hubungan Antara Tegangan dan Suhu Pada LM35

21 27 Tegangan kerja dari LM35 adalah 4 sampai 30 Volt dengan kuat arus sebesar 60 µa. Adapun beberapa kelebihan dari LM35 dari sensor temperatur lain adalah: 1. Hasil pengukuran lebih akurat dibanding dengan menggunakan termistor. 2. Rangkaian sensor tertutup dan tidak bergantung (tidak terpengaruh) pada oksidasi. 3. LM35 menghasilkan tegangan keluaran lebih besar dibanding dengan thermocouple dan tegangan keluaran tidak perlu diperbesar.