KENDALI SPEAKER MELALUI JALA-JALA LISTRIK UNTUK KEPERLUAN SISTEM INFORMASI DI SEKOLAH Oleh Hendry Yuwono Ariowibowo NIM: 612009035 Skripsi Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Sistem Komputer Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga Juni 2014
PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT Saya, yang bertanda tangan di bawah ini: NAMA : Hendry Yuwono Ariowibowo NIM : 612009035 JUDUL SKRIPSI : Kendali Speaker Melalui Jala-Jala Listrik Untuk Keperluan Sistem Informasi di Sekolah Menyatakan bahwa skripsi tersebut di atas bebas plagiat. Apabila ternyata ditemukan unsur plagiat di dalam skripsi saya, maka saya bersedia mendapatkan sanksi apapun sesuai aturan yang berlaku. Salatiga, Juni 2014 Materai Rp, 6000,- Hendry Yuwono Ariowibowo
INTISARI Umumnya di sekolah terdapat speaker di setiap ruang kelas. Speaker digunakan untuk menyampaikan informasi penting kepada siswa. Tapi ada kalanya informasi hanya ditujukan untuk kelas tertentu saja. Teknologi yang ada saat ini akan tetap menyampaikan informasi kepada semua kelas, sehingga setiap pelajaran di tiap kelas akan terhenti ketika informasi diberikan walau sebenarnya informasi itu tidak penting untuk kelas tersebut. Menanggapi hal itu tugas akhir ini dirancang untuk membuat sebuah sistem kendali speaker menggunakan metode Komunikasi Jala-Jala, dalam bahasa Inggris dikenal dengan istilah Power Line Carrier/ Power Line Communication (PLC). Cara kerja sistem adalah dengan mengirimkan data digital termodulasi Frequency Shift Keying (FSK) untuk mengontrol atau memantau status dari speaker kelas. Sistem juga dapat mengirimkan data analog termodulasi frekuensi (FM). Terdapat sebuah modul master yang dapat mengontrol sampai 16 modul slave dan diatur dengan pengalamatan. Pengguna dapat mengontrol slave dari master melalui sebuah keypad dan LCD. Mekanisme pengiriman data diatur dengan sebuah protokol yang akan memastikan data dikirim dengan baik ke slave. Jika data sampai maka slave akan melakukan perintah dan mengirim timbal balik, sehingga master selalu memiliki kontrol terhadap slave. Jika dalam komunikasi slave tidak memberi timbal balik akan dikirim perintah yang sama sebanyak dua kali lagi sebelum slave dianggap error. Data analog yang dikirimkan hanya akan direspon oleh setiap slave yang status speakernya aktif. Setiap modul master dan slave dirancang dengan mikrokontroler ATmega8535 sebagai komponen pengendali utama. Sistem yang dibuat dapat dipakai di saluran 220 VAC satu fasa, dan dapat berkomunikasi secara half-duplex untuk data digital dan simplex untuk data analog dengan jarak terjauh 75 meter. i
ABSTRACT Generally, there are speakers in every classroom in schools. Speakers are used to convey significant information to students. However there are times when the information is only intended for a particular class. The technology available today would still convey information to all classes, so that every class will be stopped when the information is given, even though the information is not that important for the class. Corresponding to that, this final project is designed to create a control system speaker using Power Line Carrier / Power Line Communication (PLC). This system works by transmitting digital data modulated Frequency Shift Keying (FSK) to control or monitor the status of the class speakers. The system can also transmit analog data frequency modulated (FM). There is a master module that can control up to 16 slave modules which are regulated by addressing. Users can control the slave from the master by using a keypad and LCD. The data delivery mechanism is run by a protocol that will ensure whether or not the data is properly sent to the slave. When the data has arrived, the slave will do the command and send the reciprocal, so that the master always has control over the slave. If the communication does not provide reciprocal from slave, the same command will be sent again twice before it was considered as an error. The transmitted analog data can only be responded by slave that has the status of active speaker. Each master and slave module are designed with ATmega8535 microcontroller as main component. The sistem can be used on a power line channel which has 220 VAC single phase, and can communicate in half-duplex mode for digital data and simplex for analog data with the furthest distance of 75 meters. ii
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus yang tidak pernah sekali-kali meninggalkan penulis selama menempuh pendidikan sampai sekarang sehingga penulis dapat menyelesaikan perancangan serta penulisan tugas akhir sebagai syarat kelulusan di Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana. Pada kesempatan ini penulis juga hendak mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang baik secara langsung maupun tidak telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini : 1. Yesus Kristus, guru yang mengarahkan jalan-jalan penulis dan selalu menyertai tiap langkah penulis. 2. Papah Tan Bing Kiat dan mamah Tjong Swie Fang, orang dibalik layar yang senantiasa mendukung dan mendoakan penulis dalam menjalani pilihan hidupnya. 3. Bapak F. Dalu Setiaji, M.T dan Bapak Budihardja Murtianta, M.Eng selaku pembimbing I dan pembimbing II, terima kasih atas bimbingan, arahan dan ideide cemerlang yang menginspirasi penulis selama mengerjakan skripsi ini. 4. Kakak-kakakku yang selalu mendorong dan memberi suport adiknya ini untuk segera mengentaskan diri dari pendidikan S1. 5. Mas Ius 07 dan mas Black 05 sebagai pembimbing ke-3 yang memberikan ideide cemerlang dalam mengerjakan tugas akhir ini. 6. Seluruh staff dosen, karyawan dan laboran FTEK yang memfasilitasi penulis selama belajar di FTEK UKSW. 7. Keluarga besar 2009 dan terkhusus Ivan Dwinanda yang selalu memberi dorongan dan semangat kepada penulis untuk menyelesaikan studinya. 8. Teman-teman lab skripsi, Sembir 01, Ari 04, Tepe 07, Eko 07, Demas 08, Gading 08, Dhika 08, Johny 09, Amsal 09, dan beberapa teman lain yang tidak bisa disebutkan satu-persatu. 9. Teman-teman kos, teman-teman Beswan Djarum, teman-teman LTC, temanteman basket, teman-teman futsal, teman-teman ngegame, dan teman-teman semuanya. iii
10. Berbagai pihak yang tidak dapat dituliskan satu persatu, penulis mengucapkan terima kasih. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempurna, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga skripsi ini dapat berguna bagi kemajuan teknik elektronika. Salatiga, Juni 2014 Penulis iv
DAFTAR ISI INTISARI... i ABSTRACT... ii KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... ix BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1. Tujuan... 1 1.2. Latar Belakang... 1 1.3. Spesifikasi Sistem... 5 1.4. Sistematika Penulisan... 6 BAB II DASAR TEORI... 7 2.1. Komunikasi Jala-Jala/ Power Line Carrier (PLC)... 7 2.1.1. Standar dan Regulasi... 8 2.1.2. Prinsip Penumpangan Sinyal Informasi Ke Listrik Tegangan Tinggi... 9 2.1.3. Kendala Aplikasi PLC... 10 2.2. Modulasi dan Demodulasi (Modem) Gelombang... 11 2.2.1. Gelombang Termodulasi... 12 2.2.2. Modulasi Frekuensi (Frequency Modulation)... 13 2.2.3. Modulasi Binary Frequency Shift Keying (BFSK)... 13 2.3. Transformator dan Kapasitor Coupling... 14 2.4. Frekuensi Audio dan Suara Manusia... 15 2.5. Mikrokontroler... 15 2.6. LCD (Liquid Chrystal Display) 16x2... 16 2.7. Scanning Keypad... 17 2.8. Transmisi Serial... 17 2.9. LM1893... 19 2.10. Filter... 20 2.11. Audio Amplifier... 21 2.12. AC Test Circuit... 21 2.13. Komparator... 22 v
BAB III PERANCANGAN SISTEM... 23 3.1. Perancangan Hardware Sistem... 23 3.1.1. Blok Master... 24 3.1.2. Blok Slave... 31 3.2. Perancangan Software Sistem... 40 3.2.1. Software Master... 40 3.2.2. Software Slave... 41 3.2.3. Protokol Komunikasi... 41 3.2.4. Diagram Alir Software Sistem... 44 BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS... 49 4.1. Pengujian Catu Daya... 49 4.2. Pengujian Pengendali Utama (Mikrokontroler)... 50 4.3. Pengujian Modem PLC Sebagai Media Komunikasi Digital... 51 4.3.1. Tanpa Jala-Jala... 51 4.3.2. Pada Jala-Jala... 53 4.4. Pengujian Modem PLC Sebagai Transmisi Data Analog... 56 4.4.1. Tanpa Jala-Jala... 56 4.4.2. Pada Jala-Jala... 64 4.5. Pengujian Komunikasi Data Digital... 70 4.6. Pengujian Sistem Keseluruhan... 74 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 79 5.1. Kesimpulan... 79 5.2. Saran Pengembangan... 80 DAFTAR PUSTAKA... 81 vi
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Dua buah gelombang yang memiliki karakteristik yang berbeda [4]... 9 Gambar 2.2. Gelombang hasil superposisi [4]... 10 Gambar 2.3. Komponen sistem modulasi gelombang kontinyu... 12 Gambar 2.4. Modulator FM [8]... 13 Gambar 2.5. Bentuk sinyal yang telah termodulasi BFSK [8]... 14 Gambar 2.6. Skema scanning keypad [19]... 17 Gambar 2.7. Perbedaan antara transmisi paralel dan transmisi serial [14].... 18 Gambar 2.8. Konfigurasi pin IC LM1893 [15, h.6].... 19 Gambar 2.9. Rangkaian modem PLC [15, h.1].... 20 Gambar 2.10. Rangkaian dasar dan respon frekuensi filter low-pass [16]... 20 Gambar 2.11. LM380 2.5W Audio Power Amplifier [17]... 21 Gambar 2.12. LM567 AC test circuit [18]... 22 Gambar 2.12. LM339 Basic Comparator [19]... 22 Gambar 3.1. Blok diagram sistem kendali speaker... 23 Gambar 3.2. Blok diagram progres blok modul master... 24 Gambar 3.3. Perancangan board mikrokontroler master... 25 Gambar 3.4. Realisasi bagian mikrokontroler pada modul master... 26 Gambar 3.5. Perancangan modul modem transmitter... 28 Gambar 3.6. Realisasi modem PLC master... 29 Gambar 3.7. Input-an suara ke pin 18 LM1893... 30 Gambar 3.8. Perancangan Catu Daya... 30 Gambar 3.9. Perancangan Regulator 5V... 31 Gambar 3.10. Blok diagram progres blok modul slave... 31 Gambar 3.11. Perancangan modul mikrokontroler slave... 33 Gambar 3.12. Realisasi modul mikrokontroler slave... 34 Gambar 3.13. Perancangan modul modem slave... 35 Gambar 3.14. Realisasi modul PLC slave... 35 Gambar 3.15. Rangkaian filter dan power amplifier LM380... 36 Gambar 3.16. Rangkaian carrier detector LM567... 37 Gambar 3.17 Skema rangkaian audio amplifier eksternal... 38 Gambar 3.18. Realisasi audio amplifier eksternal... 39 vii
Gambar 3.19. Perancangan Catu Daya... 39 Gambar 3.20. Diagram Alir Program Utama Master... 44 Gambar 3.21. Diagram Alir Program Utama Slave... 46 Gambar 3.22. Diagram Alir (a)receive dan (b)transmit... 48 Gambar 4.1. Hasil pengujian catu daya master... 50 Gambar 4.2. Hasil pengujian catu daya slave... 50 Gambar 4.3. Hasil pengujian modem mode transmiter... 52 Gambar 4.4. Hasil pengujian modem sebagai receiver... 53 Gambar 4.5. Hasil pengukuran pin 10 modem saat idle... 54 Gambar 4.6. Hasil pengujian modem pada mode receiver dengan input ±122,25 khz... 55 Gambar 4.7. Hasil pengujian modem pada mode receiver dengan input ±127,25 khz... 55 Gambar 4.8. Hasil pengujian input FG, tampak spektrum pin 10 transmitter... 57 Gambar 4.9. Hasil pengujian tampak spektrum pin 10, dengan input FG 10k Hz... 58 Gambar 4.10. Filter low-pass 3 tingkat... 58 Gambar 4.11. Grafik tanggapan frekuensi filter terhadap magnitudo dalam db... 59 Gambar 4.12(a)-(f). Gambar hasil pengukuran osiloskop sinyal output audio amplifier eksternal, dengan probe 1 adalah output dan probe 2 adalah input, tanpa jala-jala... 61 Gambar 4.13. Hasil pengukuran pin 10 modem kondisi idle tampak nilai spektrum... 64 Gambar4.14. Hasil pengukuran pada transmitter tanpa input data analog... 65 Gambar4.15. Hasil pengukuran pada transmitter dengan input data analog 7 khz... 65 Gambar4.16. Hasil pengukuran pada receiver dengan input data analog 7 khz... 66 Gambar 4.17.(a)-(f). Gambar hasil pengukuran sinyal output audio amplifier eksternal, dengan probe 1 adalah output dan probe 2 adalah input, transmisi jala-jala... 68 Gambar 4.18. Pengukuran output modem transmit dengan input sinyal sinus 20 khz... 69 Gambar 4.19. Skema pengujian komunikasi data digital lewat jala-jala PLN... 70 Gambar 4.20. Hasil pembacaan data serial di pin 18 modem PLC slave... 71 Gambar 4.21. Hasil pembacaan data serial pengujian dengan jeda... 72 Gambar 4.22. Pembacaan data acak saat mode receiver di kedua modem... 73 Gambar 4.23. Pembacaan data setelah mekanisme pembersihan jalur data... 73 Gambar 4.24. Teknis pengujian keseluruhan sistem kendali speaker... 74 Gambar 4.25. Grafik THD input data analog ke modem transmitter... 77 Gambar 4.26. Grafik THD output data analog LM380... 78 viii
DAFTAR TABEL Tabel 1.1 Broadband home networking pada medium penghantar [1]... 3 Tabel 2.1 Konfigurasi pin LCD 16x2.... 16 Tabel 3.1. Konfigurasi kegunaan pin ATmega8535 pada master... 25 Tabel 3.2. Daftar nilai komponen tambahan modem PLC.... 27 Tabel 3.3. Konfigurasi kegunaan pin ATmega8535 pada slave... 32 Tabel 4.1. Hasil pengujian output jalur data analog pada receiver tanpa jala-jala... 59 Tabel 4.2. Tabel Pengujian Rangkaian Carrier Detector... 63 Tabel 4.3. Hasil pengujian output jalur data analog pada receiver pada jala-jala... 67 Tabel 4.4. Hasil Pengujian pengiriman data digital lewat jala-jala listrik PLN... 71 Tabel 4.5. Hasil pengujian pengiriman perintah dengan informasi balik... 75 Tabel 4.6. Hasil pengujian pengiriman perintah dengan konfirmasi balik... 76 Tabel 4.7. Hasil pengujian pengiriman perintah tanpa jawaban balik... 76 ix