Implementasi Mikrokontroler Atmega8535 Berbasis Sensor Ultrasonik Untuk Proteksi Keamanan Terpadu Ricky Ardi Yosua Sidauruk 1, S.N.M.P Simamora 2, Marlindia Ike Sari 3 1,2,3 Program Studi Teknik Komputer, Politeknik Telkom rickysidauruk@gmail.com sns@politel.ac.id, 3 ike@politel.ac.id Abstrak Penelitian dimulai dari pemikiran betapa pentingnya keamanan pada saat seperti ini. Terutama yang dibutuhkan saat ini adalah alat keamanan yang efektif dan efisien. Maka dari itu disini akan dicoba membangun alat atau penelitian berupa Implementasi Mikrokontroler 8535 berbasis Sensor Ultrasonik untuk Proteksi Keamanan Terpadu. Adapun metode yang dilakukan untuk membangun alat ini antara lain, yang pertama adalah dicoba dilakukan daerah mana yang paling penting untuk diproteksi. Langkah selanjutnya adalah menentukan daerah yang diproteksi, disini daerah yang akan diproteksi adalah pintu rumah atau ruangan, selanjutnya dilakukan pemilihan alat dan metode perancangan yang tepat dan sesuai dengan asumsi dari daerah yang telah ditentukan. Setelah pemilihan alat dan perancangan system telah selesai dilakukan, langkah selanjutnya adalah pembangunan alat. Alat keamanan ruangan ini menggunakan Mikrokontroler 8535, sensor ultrasonic, dan Buzzer sebagai sumber bunyi (alarm). Dan daerah yang akan diproteksi adalah sejauh <=30cm, jika sensor mendeteksi ada penghalang pada jarak tersebut maka sensor akan mengirim sinyal ke mikrokontroler dan mikrokontroler akan menyalakan buzzer dan sensor menghentikan propagasi sinyal. Kata Kunci : efektif, proteksi, jarak, mikrokontroler, sensor ultrasonic, buzzer Abstract This Research starts from thinking how important security at a time like this. Especially needed now is a security tool that effectively and efficiently. Therefore here will try to build a tool or a research-based Implementation of Microcontroller ATMega 8535 Ultrasonic Sensor for Integrated Security Protection. The method in place to build this tool, among others, the first is trying to do which is the most important areas to be protected. The next step is to determine the protected area, area to be protected here is the door of a house or room, then performed the selection of tools and design methods are appropriate and in accordance with the assumption of a predetermined area. After the selection of equipment and system design has been completed, the next step is the development tool. This room is a security tool using Microcontroller ATMega 8535, ultrasonic sensors, and the buzzer as the sound source (alarm). And the area to be protected is the extent <= 30cm, if the sensor detects the obstacle at a distance of the sensor will send a signal to the microcontroller and the microcontroller will turn on the buzzer and stop the propagation of sensor signals. Keywords: effective, protection, range, microcontroller, ultrasonic sensors, buzzer 1. Pendahuluan Semakin tingginya tingkat kejahatan saat ini terutama pencurian dan perampokan semakin membuat kekhawatiran masyarakat saat ini. Apalagi kasus yang semakin marak saat ini yaitu, pencurian di saat rumah sedang ditinggalkan atau dalam keadaan kosong. Penggunaan teknologi memang harus sepatutnya digunakan untuk mengatasi masalah-masalah semacam ini. Memang sudah banyak alat-alat teknologi yang sudah digunakan saat ini, tapi masih banyak yang belum efisien dan efektif. Untuk mengatasi masalah tersebut, penelitian ini akan membahas Implementasi Mikrokontroler ATMega8535 berbasis Sensor Ultrasonik untuk Proteksi Keamanan Terpadu. Perkembangan teknologi telah maju dengan pesat dalam perkembangan dunia elektronika, khususnya dalam perkembangan dunia elektronika, khususnya dunia mikroelektronika. Penemuan silicon menyebabkan bidang ini mampu memberikan sumbangan yang amat berharga bagi perkembangan teknologi modern. Dalam pengembangan terakhir, yaitu generasi AVR (Advance Versatile RISC processor), para desainer sistem elektronika telah diberi suatu teknologi yang memiliki suatu kapabilitas yang amat maju, tetapi dengan biaya ekonomis yang cukup minimal[6] Dalam penelitian ini, bertujuan untuk mengintegrasikan mikrokontroler ATMEGA8535 dengan sensor dan speaker
2. Sensor Sensor adalah device atau komponen elektronika yang digunakan untuk mengubah besaran fisik menjadi besaran listrik sehingga bisa dianalisa dengan menggunakan rangkaian listrik. Sebagai contoh, sensor cahaya adalah sensor yang cara kerjanya mengubah besaran cahaya menjadi besaran listrik [3]. 2.1 Sensor Ultrasonik Gelombang ultrasonik adalah gelombang dengan besar frekuensi diatas frekuensi gelombang suara (speech signals) yaitu lebih dari 20 KHz[7]. Seperti telah disebutkan bahwa sensor ultrasonik terdiri dari rangkaian pemancar ultrasonik yang disebut transmitter dan rangkaian penerima ultrasonik yang disebut receiver. Sinyal ultrasonik yang dibangkitkan akan dipancarkan dari transmitter ultrasonik. Ketika sinyal mengenai benda penghalang, maka sinyal ini dipantulkan, dan diterima oleh receiver ultrasonik. Sinyal yang diterima oleh rangkaian receiver dikirimkan ke rangkaian mikrokontroler untuk selanjutnya diolah untuk menghitung jarak terhadap benda di depannya (bidang pantul)[3]. Prinsip kerja dari sensor ultrasonik dapat ditunjukkan dalam gambar dibawah ini : dipantulkan dan akan diterima kembali oleh bagian penerima Ultrasonik. 3. Setelah sinyal tersebut sampai di penerima ultrasonik, kemudian sinyal tersebut akan diproses untuk menghitung jaraknya. Jarak dihitung berdasarkan rumus : S = 340.t/2 (2) dimana S adalah jarak antara sensor ultrasonik dengan bidang pantul, dan t adalah selisih waktu antara pemancaran gelombang ultrasonik sampai diterima kembali oleh bagian penerima ultrasonik. a. Pemancar Ultrasonik (Transmitter) Pemancar Ultrasonik ini berupa rangkaian yang memancarkan sinyal sinusoidal berfrekuensi di atas 20 KHz menggunakan sebuah transducer transmitter ultrasonik. 40kHz R3 3kOhm D1 D2 T1 T2 R4 R6 Transmiter Pemancar Ultrasonik Penerima Ultrasonik Sinyal Ultrasonik Gambar.1 Prinsip Kerja Sensor Ultrasonik Prinsip kerja dari sensor ultrasonik adalah sebagai berikut : 1. Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik. Sinyal tersebut berfrekuensi diatas 20kHz, biasanya yang digunakan untuk mengukur jarak benda adalah 40kHz. Sinyal tersebut di bangkitkan oleh rangkaian pemancar ultrasonik. 2. Sinyal yang dipancarkan tersebut kemudian akan merambat sebagai sinyal/ gelombang bunyi dengan kecepatan bunyi yang berkisar 340 m/s. Sinyal tersebut kemudian akan Penghalang Gambar 2 Rangkaian Pemancar Gelombang Ultrasonik Prinsip kerja dari rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adalah sebagai berikut : 1. Sinyal 40 KHz dibangkitkan melalui mikrokontroler. 2. Sinyal tersebut dilewatkan pada sebuah resistor sebesar 3kOhm untuk pengaman ketika sinyal tersebut membias maju rangkaian dioda dan transistor. 3. Kemudian sinyal tersebut dimasukkan ke rangkaian penguat arus yang merupakan kombinasi dari 2 buah dioda dan 2 buah transistor. 4. Ketika sinyal dari masukan berlogika tinggi (+5V) maka arus akan melewati dioda D1 (D1 on), kemudian arus tersebut akan membias transistor T1, sehingga arus yang akan mengalir pada kolektotr T1 akan besar sesuai dari penguatan dari transistor. 5. Ketika sinyal dari masukan berlogika rendah (0V) maka arus akan melewati dioda D2 (D2 on), kemudian arus tersebut akan membias transistor T2, sehingga arus yang akan mengalir pada kolektotr T2
akan besar sesuai dari penguatan dari transistor. 6. Resistor R4 dan R6 berfungsi untuk membagi tengangan menjadi 2,5 V. Sehingga pemancar ultrasonik akan menerima tegangan bolak balik dengan Vpeak-peak adalah 5V (+2,5 V s.d -2,5 V). b. Penerima Ultrasonik (Receiver) Penerima Ultrasonik ini akan menerima sinyal ultrasonik yang dipancarkan oleh pemancar ultrasonik dengan karakteristik frekuensi yang sesuai. Sinyal yang diterima tersebut akan melalui proses filterisasi frekuensi dengan menggunakan rangkaian band pass filter (penyaring pelewat pita), dengan nilai frekuensi yang dilewatkan telah ditentukan. Kemudian sinyal keluarannya akan dikuatkan dan dilewatkan ke rangkaian komparator (pembanding) dengan tegangan referensi ditentukan berdasarkan tegangan keluaran penguat pada saat jarak antara sensor kendaraan mini dengan sekat/dinding pembatas mencapai jarak minimum untuk berbelok arah. Dapat dianggap keluaran komparator pada kondisi ini adalah high (logika 1 ) sedangkan jarak yang lebih jauh adalah low (logika 0 ). Logika-logika biner ini kemudian diteruskan ke rangkaian pengendali (mikrokontroler). Receiver R6 R7 R8 R9 R10 T3 C3 R12 R11 T4 R13 C4 D4 D3 R14 VR2 C5 IC2 CA31 40 Gambar 3 Rangkaian Penerima Gelombang Ultrasonik Prinsip kerja dari rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adalah sebagai berikut : 1. Pertama tama sinyal yang diterima akan dikuatkan terlebih dahulu oleh rangkaian transistor penguat Q2. 2. Kemudian sinyal tersebut akan di-filter menggunakan High Pass Filter pada frekuensi > 40kHz oleh rangkaian transistor Q1. 3. Setelah sinyal tersebut dikuatkan dan difilter, kemudian sinyal tersebut akan R15 D5 T5 T6 +9V DC di searah kan oleh rangkaian dioda D1 dan D2. 4. Kemudian sinyal tersebut melalui rangkaian filter low pass filter pada frekuensi < 40KHz melalui rangkaian filter C4 dan R4. 5. Setelah itu sinyal akan melalui komparator Op-Amp pada U3. 6. Jadi ketika ada sinyal ultrasonik yang masuk ke rangkaian, maka pada komparator akan mengeluarkan logika rendah (0V) yang kemudian akan diproses oleh mikrokontroler untuk menghitung jaraknya. 2.2 Mikrokontroler AVR ATMega8535 Gambar.4 Mikrokontroler AVR ATMega8535 Mikrokontroler adalah suatu keping IC dimana terdapat mikroprosesor dan memori program (disebut: ROM) serta memori serba-guna (disebut: RAM), bahkan ada beberapa jenis mikrokontroler yang memiliki fasilitas ADC, PLL, EEPROM dalam satu kemasan. Penggunaan mikrokontroler dalam bidang kontrol sangat luas dan popular [4]. Ada beberapa vendor yang membuat mikrokontroler diantaranya Intel, Microchip, Winbond, Atmel, Philips, Xemics dan lain - lain. Dari beberapa vendor tersebut, yang paling populer digunakan adalah mikrokontroler buatan Atmel. Mikrokontroler AVR (Advance Versatile RISC processor) memiliki arsitektur RISC 8 bit, di mana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit (16-bits word) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock, berbeda dengan instruksi MCS 51 yang membutuhkan 12 siklus clock. Tentu saja itu terjadi karena kedua jenis mikrokontroler tersebut memiliki arsitektur yang berbeda. AVR berteknologi RISC (Reduced Instruction Set Computing), sedangkan seri MCS 51 berteknologi CISC (Complex Instruction Set Computing). Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing masing kelas adalah memori, peripheral,
dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka bisa dikatakan hampir sama. Oleh karena itu, dipergunakan salah satu AVR produk Atmel, yaitu ATMega8535. Selain mudah didapatkan dan lebih murah ATMega8535 juga memiliki fasilitas yang lengkap. Untuk tipe AVR ada 3 jenis yaitu AT Tiny, AVR klasik, AT Mega. Perbedaannya hanya pada fasilitas dan I/O yang tersedia serta fasilitas lain seperti ADC,EEPROM dan lain sebagainya. Salah satu contohnya adalah AT Mega 8535. Memiliki teknologi RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz membuat ATMega8535 lebih cepat bila dibandingkan dengan varian MCS 51 [5]. Dengan fasilitas yang lengkap tersebut menjadikan ATMega8535 sebagai mikrokontroler yang powerfull. Adapun blok diagramnya adalah sebagai berikut[9]. Desain arsitektur dalam implementasi perangkat ditunjukkan pada gambar 7 Gambar 7 Desain ArsitekturG 3.1 Perancangan Perangkat Keras Dalam tahap perancangan perangkat keras ini, akan dilakukan perancangan fisik dari sensor dan perancangan PCB dari rangkaian. Untuk perancangan PCB, akan dibuat sebuah rangkaian yang memiliki fitur-fitur yang diperlukan dalam menjalankan sistem ini. Gambar 8 Diagram Blok Sistem 3.2 Perancangan Perangkat Lunak Gambar 5 Port ATMega8535 3. Perancangan Sistem Perancangan denah untuk pemasangan sensor dan alarm ditunjukkan pada gambar 6 Pemrograman pada mikrokontroler ini akan didesain dengan tujuan agar dapat mengirimkan objek yang diterima dari sensor ke mikrokontroler sesuai dengan kondisi yang ada. Sedangkan aplikasi program pada PC, didesain agar aplikasi program berjalan dengan baik pada mikrokontroler dan dapat mengolah data untuk diambil informasinya dari objek yang telah terdeteksi. Berikut adalah flowchart sistemnya : Gambar 6 Skema Tata Letak dan Denah Alat yang akan dikembangkan
Mulai 4.2 Parameter Pengujian Sensor melakukan propagasi Apakah ada orang/benda terdeteksi Ya Sinyal dari sensor diteruskan ke mikrokontroler Mikrokontroler menerjemahkan sinyal Tidak 4.2.1 Pengujian Sistem Pengujian dari sistem pendeteksi keamanan ruangan dilakukan pada beberapa aspek diantaranya : 1. Sensor yang dipakai dapat berfungsi atau tidak. 2. Mikrokontroler dapat menerima keluaran berupa data logic dari sensor. 3. Interkoneksi antara mikrokontroler dengan speaker-alarm direpresentasikan dengan bunyi alarm. 4. Tingkat jarak deteksi sensor sudah efisien. 4.3 Pengujian Speaker merespon sinyal dari mikrokontroler Alarm Berbunyi Tombol ditekan/ Power off Selesai Gambar 9. Flowchart Sistem yang akan dikembangkan 4. Implementasi dan Pengujian 4.1 Implementasi Pengujian alat digunakan pada satu ruangan yang kondisi dan tata letak telah disesuaikan dengan kebutuhan system. Percobaan dilakukan dengan menggunakan parameter jarak dan kualitas dari alat yang digunakan baik itu sensor, mikrokontroler, dan Buzzer. Penggunaan sensor merupakan hal yang utama yang wajib diuji pada alat ini, karena sensor merupakan alat pemantau utama. Pengujian pada sensor dilakukan dengan melibatkan parameter jarak dari benda yang akan dijadikan penghalang. Disini diharapkan sensor mampu memantau jarak deteksi yaitu <=30cm yang akan mengirim signal ke mikrokontroler dan hal di atas sudah dibuktikan pada table pengujian. Pengujian pada mikrokontroler yang bertugas menerima data logic dari sensor ultrasonic telah dilakukan dengan pengaktifan port dari Buzzer yang active high (aktif ketika menerima data logic 1 ) jika sensor mengirim hasil pemantauan. Pada 393table berikut dapat dilihat tingkat pengukuran jarak yang efektif dari sensor ultrasonic. Gambar 9 Implementasi Hardware TABEL 1 TABEL PENGUJIAN Jarak Banyak nya Percoba an (kali) Buzzer Berbunyi (kali) Kualitas alat <=30cm 30 30 Baik 31cm- 34cm 30 1 Baik >35cm 30 0 Baik Gambar 9 Implementasi Penempatan Hardware
TABEL 2 TABEL SENSITIVITAS SENSOR Percobaan ke Delay (ms) - 1 20 2 18 3 19 4 20 5 18 6 18 7 19 8 20 9 18 10 19 11 19 12 19 13 18 14 20 15 19 Rata-rata 18.9 Sebelum melakukan proses perancangan dan implementasi, terlebih dahulu dipertimbangkan hal-hal yang berkaitan dengan hardware dan software pada sistem pendeteksi. Pertimbangan desain mengacu pada komponen utama yang terdapat pada sistem pendeteksi. Adapun komponen utama dari sistem pendeteksi adalah sensor ultrasonic PING, mikrokontroler beserta komponen-komponennya, buzzer dan baterai 9 volt sebagai sumber daya. Seperti sudah dijelaskan sebelumnya tata letak sensor jangan sampai salah,seperti adanya benda sejauh dari jarak yang akan dipantau. Selain pertimbangan sensor, pemilihan mikrokontroler ATMega8535 dilakukan karena kapasitas memorinya yang cukup untuk program ini yaitu 8Kbytes. Kapasitas memori perlu disesuaikan agar memori tidak sia-sia. ATMEGA 8535 mempunya fasilitas port Program dan serial. Geser switch Pgrm untuk mendownload program ke chip, atau geser ke Serial untuk melakukan komunikasi serial ke komputer / piranti lain, melalui USB. Untuk memberi output pada buzzer bisa melalui buzzer 9 volt yang disambungkan melalui baterai cap ke mikrokontroler. Selain pemilihan hardware, pemilihan bahasa pemrograman pun menjadi pertimbangan dalam perancangan sistem pendeteksi pencurian. Bahasa pemrograman C dipilih karena memiliki kompatibilitas yang baik dengan windows.selain itu, Bahasa C mudah dipahami oleh programmer dibandingkan Bahasa Rakitan, untuk hal pembangunan aplikasi berorientasi hardware. 3.5 Blok diagram dan Cara Kerja Alat Disini akan dijelaskan mengenai cara kerja alat yang dimana alat akan disesuaikan posisinya dengan benar. Setelah alat diaktifkan dan diberi sumber daya yang cukup (9V) maka sensor akan melakukan propagasi sinyal ultrasonik secara periodic.. Lalu jika kita member perintah jarak yang dipantau adalah sejauh 30cm, maka setelah sensor menerima kembali sinyal ultrasonik maka mikrokontroler akan menghitung jarahnya dan jika jaraknya sudah <=30cm maka mikrokontroler akan mengaktikan pin dimana buzzer akan berbunyi, dan propagasi sinyal akan dihentikan. Jelasnya dapat dilihat pada gambar di bawah : Mikrokontroler mengirim pulsa high selama 5 us 5. Kesimpulan Mikrokontroler High 5uS 40Khz Sensor Jarak sudah memenuhi, mikrokontroler mengirim logika high ke port buzzer Sensor melakukan propagasi sinyal yang menghasilkan pulsa yang dikirim ke mikrokokontroler Lau mikrokontroler mengolah dan menghasilkan jarak Gambar 10 Blok Diagram dan Kerja Alat Buzzer berbunyi Berdasarkan proses implementasi, pengujian implementasi, dan analisis pada alat keamanan ini, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut : 1) Pengintegrasian alat antara modul mikrokontroler, sensor ultrasonik dan buzzer telah berhasil dilakukan ditandainya dengan bekerjanya alat sesuai program yang telah dibuat menggunakan Bahasa Pemrograman C. 2) Pemanfaatan sensor ultrasonik sebagai alat pemantau benda atau penghalang telah berhasil dilakukan. 3) Hasil pengujian menunjukkan semua alat bekerja dengan baik dan efektif; dimana telah teruji pada parameter jarak. 4) Sensitivitas dari sensor ultrasonik mengirim data hasil pengamatan kepada mikrokontroler telah terukur dengan delay rata-rata 18,9ms.
Daftar Pustaka [1] Andrianto, Heri. 2008. Pemrograman Mikrokontroler AVR ATMega16 Menggunakan Bahasa C (CodeVision AVR). Penerbit : Informatika. Bandung. [2] Budiharto, Widodo, Firmansyah, Sigit. 2005. Elektronika Digital + Mikroprosesor. Penerbit : Andi. Yogyakarta. [3] Hani, Slamet. 2010. Sensor Ultrasonik SRF05 Sebagai Memantau Kecepatan Kendaraan Bermotor. Jurusan Teknik Elektro. IST AKPRIND Yogyakarta. Yogyakarta. [4] Heryanto, Hari. 2008. Pemrograman Bahasa C untuk Mikrokontroler ATMEGA8535. Penerbit : Andi. Yogyakarta. [5] Ketaren, Elimiananta. 2008. Rancang Bangun Sistem Monitoring Objek Bergerak Dalam Ruangan Menggunakan Sinar Laser via SMS Berbasis Mikrokontroler ATMEGA8535.Universitas Diponegoro. Semarang [6] Malik, M Ibnu. 2003. Belajar Mikrokontroler ATMEL AT89S8252. Penerbit : Gava.Yogyakarta [7] Prasetyo, Hanung N, Aziz, Heri Saeful, Budiman, Gelar. 2009. Courseware Fisika. Politeknik TELKOM. Bandung. [8] Tim Lab Mikroprosesor. 2007. Pemrograman Mikrokontroler AT89S51 dengan C/C++ dan Assembler. Penerbit : Andi. Yogyakarta [9] Wardhana, Lingga. 2006. Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR Seri ATMEGA8535. Penerbit : Andi. Yogyakarta. [10] Winoto, Ardi. 2008. Mikrokontroler AVT ATMEGA8/32/16/8535 dan Pemrogramannya dengan Bahasa C pada WinAVR. Penerbit : Informatika. Bandung