BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Sensor Mekanik Ketinggian Level Air Transduser adalah alat yang mengubah suatu energi dari satu bentuk ke bentuk lain. Sebuah tranduser digunakan untuk mengkonversi suatu besaran energi menjadi sebuah besaran energi lainnya, sehingga besaran energi tersebut dapat diukur dan dihitung, hasil pengukuran dan perhitungan dari konversi besaran energi tersebut menjadi sangat berguna bagi kehidupan umat manusia. Sedangkan Sensor adalah alat untuk mendeteksi / mengukur sesuatu yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar, kimia, maupun ketinggian air laut dan mengubahnya menjadi tegangan dan arus listrik yang sangat dibutuhkan untuk selanjutnya digunakan sebagai salah satu masukan bagi pengambilan keputusan atau selanjutnya digunakan sebagai informasi untuk pengolahan data kembali. Sensor itu sendiri terdiri dari transduser dengan atau tanpa penguat/pengolah sinyal yang terbentuk dalam satu sistem pengindera. Atas dasar itulah maka dalam sistem ini penulis berusaha mengaplikasikan Sensor mekanik ketinggian air. Sensor ini berfungsi untuk mengubah energi dari ketinggian air laut dan mengubahnya menjadi besaran energi listrik untuk mengaktifkan perintah pengiriman sinyal tanda bahaya bahwa ketinggian air laut sudah mencapai titik kritis dan bahaya tsunami siap datang mengancam. 7
8 2.2 Teknologi Dual Tone Multi Frekuensi ( DTMF ) DTMF adalah sebuah metode telekomunikasi yang digunakan untuk signaling perangkat telekomunikasi dengan melewati jalur telepon sebagai media telekomunikasinya. DTMF berguna sebagai signaling antara perangkat telepon, atau perangkat telekomunikasi lainnya dengan sentral telepon. DTMF berada di domain frekuensi audio yang dapat terdengar oleh suara manusia. Salah satu versi dari DTMF adalah menggunakan peralatan tombol sentuh untuk melakukan panggilan, sistem ini dinamakan nada sentuh ( Touch Tone ) yang dikembangkan oleh Western Electric dan pertama kali digunakan oleh bell sistem. DTMF distandarisasi oleh ITU-T dengan recomendasi Q.23 dan dikenal di inggris dengan nama MF4. Protocol signaling dengan banyak frekuensi ini banyak dikembangkan oleh CCITT dan dibuat Oleh Bell System. Sistem ini pertama kali digunakan sebagai signaling antar sentral switching dimana operator jarak jauh menggunakan 16 digit keypad untuk mengacu kepada tujuan dari nomor telepon tersebut, signaling dan switching semi otomatis ini sukses terbukti baik dalam kecepatannya dan efektifnya. Karena terbukti berhasil maka bell system mengembangkan lagi teknologi DTMF sebagai signaling untuk pelanggan dengan sentral switching dan lebih dapat diandalkan bila dibandingkan dengan berbicara ke telepon dengan bantuan operator. Nada DTMF juga digunakan oleh beberapa perusahaan televisi berbayar dan jaringan radio untuk memberikan sinyal kepada stasiun radio remote sebagai identifikasinya. Sebelumnya jalur stasiun televisi juga menggunakan DTMF untuk mematikan atau menghidupkan stasiun pemancar jarak jauh mereka.
9 Gambar 2.1 Frekuensi campuran dari nada 1209Hz dan nada 697Hz AT&Ts Compatibility Bulletin No. 105 menggambarkan metode ini sebagai signaling tombol tekan dari pelanggan dengan menggunakan jalur transmisi suara. untuk mengatasi interferensi telepon pelanggan dengan Multi frekuensi untuk routing dan switching maka DTMF memiliki frekuensi yang berbeda. 2.2.1 DTMF Keypad Sistem DTMF menggunakan 8 buah frekuensi yang berbeda dan mengirimkan signal sepasang untuk menggambarkan 16 nomor yang berbeda, symbol dan huruf seperti table dibawah :
10 Tabel 2.1 DTMF Frekuensi dan Tombol Representasinya FREQ 1209 Hz 1336 Hz 1477 Hz 1633 Hz 697 Hz 1 2 3 A 770 Hz 4 5 6 B 852 Hz 7 8 9 C 941 Hz * 0 # D Tombol DTMF terdiri dari matrix 4x4, dengan setiap baris merepresentasikan Frekuensi rendah dan setiap kolom merepresentasikan Frekuensi tinggi. Menekan tombol 1 akan menghasilkan 1 nada sinusoida untuk setiap 2 buah frekuensi ( 697 Hz dan 1209 Hz ). Banyak nada yang berbeda menyebabkan system ini disebut dengan banyak frekuensi. Nada ini kemudian di decodekan oleh sentral switching untuk menentukan tombol mana yang telah ditekan. Sistem telepon nasional banyak Negara biasanya menggunakan standar DTMF namun beberapa seperti amerika menambahkan frekuensi untuk fungsi khusus seperti tabel tambahan di bawah :
11 Tabel 2.2 Frekuensi DTMF dengan Fungsi khusus Event Low Frekuensi High frekuensi Busy signal 480 Hz 620 Hz Ringback tone (US) 440 Hz 480 Hz Dial tone 350 Hz 440 Hz Sedangkan untuk beberapa Negara di eropa memiliki masing-masing standarisasi frekuensi untuk fungsi khusus seperti tabel tambahan di bawah : Tabel 2.3 Frekuensi DTMF fungsi khusus untuk beberapa negara Eropa Event Low frequency High frequency Busy signal (Most of Europe) 425 Hz ---- Ringback tone (UK & Ireland) 400 Hz 450 Hz Ringback tone (Most of Europe) 425 Hz ---- Dial tone (UK) 350 Hz 450 Hz Dial tone (Most of Europe) 425 Hz ----
12 2.2.2 Standarisasi dari DTMF Frekuensi dari nada DTMF telah didefinisikan oleh standarisasi yang dikenal dengan nama Precise Tone Plan, sehingga menurut standar tersebut harmonics dan intermodulasi product dari dua buah frekuensi yang berbeda tidak akan menghasilkan sinyal yang salah. Tidak ada frekuensi yang merupakan kelipatan dari frekuensi lainnya, perbedaan dan jumlah 2 frekuensi tidak sama dengan frekuensi yang lain. Frekuensi didesain dengan ratio 21/19, sehingga akan memiliki perbedaan yang tipis dengan keseluruhan nada DTMF yang lainnya. Frekuensinya pun tidak boleh bervariasi lebih dari + 1,8% dan - 1,8% dari frekuensi aslinya. Perbedaan kencangnya suara antar frekuensi rendah dan frekuensi tinggi di sebut dengan Twist dan hanya memiliki level 3 desibels saja. Durasi dari sebuah nada memiliki kisaran 70 ms, meskipun beberapa Negara memiliki standar 45 ms. 2.2.3 Algoritma Goertzel Seperti banyak penerima multi frekuensi lainnya, DTMF pada awalnya di decodekan dengan menggunakan Tuned Filter Banks. namun kemajuan teknologi abad ke 20 telah menggantikan dengan metode baru yaitu dengan teknologi DSP ( Digital Signal Processing ). DTMF sekarang didecodekan dengan menggunakan Algoritma Goertzel. Algoritma Goertzel adalah sebuah metode pengolahan sinyal digital yang digunakan untuk mengidentifikasi komponen-komponen frekuensi dari sebuah sinyal. Ditemukan oleh Dr. Gerald Goertzel pada 1958 dengan menggunakan FFT ( Fast Fourier Transform ) algoritma untuk menghitung keseluruhan bandwidth
13 sebuah sinyal yang datang. Algoritma Goertzel melihat dengan spesifik pada frekuensi bandwith. Berikut adalah Algoritma Goertzel yang diaplikasikan untuk DTMF. ( Persamaan 2.1 ) 2.3 Teknologi Modulasi Demodulasi FM Modulasi adalah sebuah proses mentransformasikan sinyal Sinusoida audio berfrekuensi rendah sehingga memiliki karakteristik sinyal sinusoida frekuensi tinggi. Sinyal sinusoida berfrekuensi tinggi itu sering dinamakan dengan Carrier wave ( gelombang pembawa ). Dalam bahasa sederhananya modulasi adalah proses untuk memasukan sebuah pesan kedalam sinyal lain sehingga dapat ditranmisikan. ada banyak tipe-tipe modulasi yang sudah dikembangkan namun pada kali ini hanya modulasi berbasis frekuensi saja yang akan dibahas. 2.3.1 Modulasi FM Pada teknologi telekomunikasi dan teknologi pengolahan signal, Modulasi frekuensi adalah memasukan informasi kedalam gelombang pembawa ( Carrier Wave ) dengan memvariasikan frekuensi Gelombang pembawa sesuai dengan informasi aslinya. Hal ini berlawanan dengan Modulasi Amplitudo, Gelombang pembawa memiliki amplitude yang berubah-ubah namun memiliki frekuensi yang tetap. Pada aplikasi analog, perbedaan antara sinyal utama dengan perubahan
14 sinyal secara langsung merupakan hasil pengubahan dari nilai proporsi dari amplitude sinyal input. Frekuensi modulasi dapat menjadi modulasi Fasa, dengan cara mengintegral waktu dari signal modulasi FM sehingga menjadi gelombang pembawa dari modulasi fasa. Pada modulasi digital data digital dapat dikirim dengan cara mengeser frekuensi dari gelombang pembawa sesuai dengan pengaturannya, hal ini dikenal dengan nama teknik Frequency Shift Keying (FSK). Teknik FM digital atau FSK banyak digunakan untuk Modem data dan Modem Fax dan juga kode Morse. Modulasi dengan teknik FM banyak digunakan untuk Telemetry, Radar, perkiraan Seismic dan lain-lain. Teknik Modulasi phasa merupakan pengembangan dari teknik modulasi FM dengan pengintegralan terhadap waktu. Gambar 2.2 Modulasi Sinyal Informasi dengan metode FM dan AM Apabila kita jabarkan maka sinyal informasi yang akan dikirim memiliki bentuk Xm(t) dan sinyal pembawa memiliki bentuk :
15 ( Persamaan 2.2 ) Dimana : Fc adalah frekuensi dari gelombang pembawa tersebut Ac adalah amplitudo dari gelombang pembawa tersebut Dengan modulator menggabungkan kedua frekuensi tersebut, antara frekuensi sinyal dan frekuensi gelombang pembawa sehingga didapat sinyal yang ditransmisikan : ( Persamaan 2.3 ) Dimana : adalah frekuensi yang dihasilkan oleh osillator adalah simpangan frekuensi yang menggambarkan adanya pergeseran terbesar dari frekuensi gelombang pembawa pada satu arah Sinyal FM dapat dihasilkan dengan metode langsung maupun tidak langsung. Untuk metode langsung sinyal FM dapat dicapai dengan cara
16 memasukan sinyal informasi langsung kepada input dari VCO ( Voltage Controlled Osillator ). Sedangkan untuk metode tidak langsung sinyal informasi dibuat sebagai penghasil sinyal fasa yang termodulasi. Hal ini menggunakan oscillator Kristal, sehingga akan menghasilkan kelipatan frekuensi yang menghasilkan gelombang pembawa FM dengan sinyal informasi yang telah termodulasi didalamnya. 2.3.2 Demodulasi FM Demodulasi adalah sebuah proses mentransformasikan sinyal Sinusoida berfrekuensi tinggi menjadi sinyal sinusoida audio berfrekuensi rendah. Sinyal sinusoida berfrekuensi rendah tersebut adalah sinyal informasi yang sebelumnya telah ditumpangkan ke dalam gelombang pembawa sehingga bisa dikirimkan oleh pemancara radio melalui media tanpa kabel. Banyak rangkaian detector FM yang dikembangkan, metode yang sering digunakan untuk mengembalikan informasi yang telah di modulasikan adalah dengan teknik Foster-Seeley Discriminator. Teknik Phase Lock Loop ( PLL ) juga dapat digunakan sebagai FM demodulator, yaitu dengan mendeteksi lereng dari fasa yang berubah dengan rangkaian yang telah di tunning sehingga memiliki frekuensi resonansi yang bereda sedikit offsetnya dari frekuensi gelombang pembawa informasi, sehingga ketika frekuensi naik dan turun akan menyebabkan respon amplitude menjadi berubah sehingga mengubah teknik FM menjadi teknik AM. Memang beberapa Penerima radio Am bisa menerima transmisi FM namun sangat tidak efisien untuk menerima semua siaran FM
17 Pada awalnya radio penerima FM sangatlah sederhana sehingga hanya memiliki beberapa blok saja, yaitu Blok antenna, blok RF amplifier, blok demodulator FM, dan blok penguat audio. Radio FM jenis ini disebut dengan jenis radio Straight. Namun dalam pengembangannya demodulasi FM dengan jenis radio straight dirasakan kurang sensitive sehingga menuntut adanya pengembangan kembali. Pada tahun 1918 seorang engineer yang bernama Edwin Howard Armstrong menemukan sistem yang disebut Radio penerima Super Heterodyne. Gambar 2.3 Demodulasi Signal FM dengan metode Superheterodyne Pada gambar diatas menunjukan blok dasar dari radio penerima superheterodyne. Elemen-elemen terpenting adalah sebuah osilator local dan sebuah mixer dan diikuti oleh filter dan penguat IF. Untuk menekan harga perancangan dari local osilator dan mixer dijadikan 1 buah system yang sering dinamakan dengan tahapan konversi. Keuntungan
18 dengan menggunakan metode ini adalah penguat sinyal radio harus peka hanya terhadap lebar frekuensi tertentu saja, sehingga Hanya Front End yang harus peka terhadap semua frekuensi. Sebagai contoh Front End harus peka terhadap spectrum frekuensi dengan lebar 88.00 Mhz 108.00 Mhz namun keseluruhan blok dari radio penerima lainnya hanya memerlukan kepekaan kepada satu frekuensi IF yaitu 10.7 Mhz. sehingga bisa dikatakan hanya satu atau dua blok saja yang harus di atur untuk mendapatkan frekuensi yang diinginkan sedangkan semua blok IF beroperasi pada frekuensi yang tetap sehingga tidak memerlukan pengaturan kembali. RF Front End adalah sesuatu yang umum pada radio penerima yang berfungsi menguatkan sinyal RF dan mengeluarkan sinyal IF. Kebanyakan dari arsitektur Radio penerima superheterodyne bagian ini memiliki sebuah rangkaian pencocok impedansi dengan sinyal RF yang di terima oleh antenna, sebuah bandpass filter untuk menghilangkan gangguan frekuensi lainnya, dan sebuah rangkaian pencocok impedansi lainnya untuk input penguat dengan noise rendah ( LNA ). LNA sendiri bertanggung jawab untuk mengatur sensitifitas dari penerima, dengan menawarkan penguatan yang besar dan noise yang sangat kecil. Kemudian setelah LNA kembali ada rangkaian pencocok impedansi antara output LNA dan output dari oscillator lokal. Mixer berfungsi untuk mencampur frekuensi yang dikeluarkan oleh LNA dan dari osillator lokal. Dengan cara ini maka frekuensi IF akan dihasilkan yaitu penjumlahan frekuensi dari LNA dan osilator atau selisih dari frekuensi LNA dan Osilator.
19 FM detector berfungsi untuk mengubah sinyal IF kembali menjadi Sinyal informasi dengan cara menterjemahkan frekuensi yang ada menjadi amplitude dari sinyal informasi. 2.4 Sistem Komunikasi Radio Broadcasting Sistem komunikasi broadcasting adalah sistem komunikasi satu arah yang mendistribusikan suara, gambar, maupun data digital untuk dikirimkan secara merata kepada para penerimanya, baik dengan menggunakan radio, televise, maupun media transmisi digital lainnya. Sebuah sistem broadcast dapat didistribusikan melalui banyak cara. Jika menggunakan radio atau televisi maka harus menggunakan antenna untuk memancarkan sinyal informasi tersebut, namun ada juga broadcasting yang menggunakan kabel seperti sistem IP ( Internet Protocol ) pada computer dan sistem TV Kabel.
20 Gambar 2.4 Sistem broadcast dengan menggunakan satelit Arah komunikasi Radio Broadcasting adalah satu arah. Dalam radio broadcasting sistem akan mentransmisikan sinyal informasi ke segala arah dari sebuah antenna radio pemancar menuju ke banyak antenna radio penerima dengan tujuan agar sinyal informasi dapat mencapai banyak penggunanya. Teknologi radio broadcasting memiliki banyak tipe salah satunya adalah dengan teknologi modulasi AM dan FM.