36 BAB 3 PERANCANGAN SISTEM PEMANTAUAN POSISI DAN TINGKAT PENCEMARAN UDARA BEGERAK 3.1 PRINSIP KERJA SISTEM Sistem pemantauan posisi dan tingkat pencemaran udara bergerak, merupakan sebuah sistem yang digunakan untuk mengetahui posisi dan tingkat pencemaran udara pada suatu tempat, baik dalam keadaan diam maupun bergerak dengan menggunakan sistem komunikasi tanpa kabel. Sistem ini terdiri atas dua buah sub sistem, yaitu sub sistem transmitter dan sub sistem receiver. Pada bagian transmitter terdiri atas sensor gas, sensor suhu, sensor kelembaban, modul SIM 508 dimana di dalamnya sudah terdapat sebuah Global Positioning system (GPS) dan sebuah modul Global system for Mobile Communication (GSM), dan sebuah mikrokontroler sebagai pemproses data-data sensor, dan data posisi dari GPS yang kemudian dikirimkan ke sub sistem receiver melalui Short Message Service (SMS). Pada bagian receiver terdiri atas modul SIM 300CZ, RS 232, dan Personal Computer (PC) sebagai pemproses data yang diterima dari transmitter untuk ditampilkan pada monitor PC berupa titik pada peta digital dan data-data hasil pengukuran sensor. Prinsip kerja sistem ini dimulai dari penempatan sub sistem transmitter pada posisi dan kondisi dimana pemantauan tingkat pencemaran udara akan dilakukan, kemudian sistem transmitter diaktifkan dan GPS mulai mendapatkan sinyal dari satelit sehingga informasi posisi transmitter sudah dapat diketahui oleh GPS, sensor Gas mulai mendeteksi gas di udara sekitarnya dan suhu serta kelembaban udara dapat diukur oleh sensor suhu dan kelembaban. Sinyal informasi dari GPS dan output sensor-sensor, diterima oleh mikrokontroler untuk diproses sehingga data informasi posisi, output sensor gas, suhu, dan kelembaban udara disusun dalam sebuah format data yang akan ditumpangkan pada paket data dalam format Protokol Data Unit (PDU) untuk dikirimkan ke bagian receiver melalui SMS. SMS dari transmitter akan diterima oleh Receiver melalui modul GSM, kemudian data sensor-sensor, dan data posisi transmitter diproses untuk ditampilkan pada layar monitor oleh komputer dengan menggunakan perangkat lunak, Informasi
37 posisi transmitter akan dipetakan dalam peta digital, sedangkan informasi tingkat polusi udara, suhu dan kelembaban, ditampilkan berupa angka dan grafik. Dengan menggunakan komputer, maka pengguna dapat mengetahui tingkat polusi udara dan posisi target dengan mudah dan dapat diakses dari manapun selama ada jaringan operator selular. 3.1.1 Blok Diagram dan Fungsinya Secara garis besar, sistem pemantauan posisi dan tingkat pencemaran udara ini terdiri atas dua bagian yaitu Receiver dan Transmitter, yang dapat digambarkan dalam blok diagram seperti diperlihatkan pada Gambar 3.1. berikut. Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem keseluruhan Dari blok diagram Gambar 3.1 dapat diuraikan menjadi blok diagram secara terperinci untuk masing-masing bagian yaitu bagian receiver dan bagian transmitter, seperti diperlihatkan pada Gambar 3.2 dan Gambar 3.3 berikut.
38 567286% &219(57(5 7; 5; 56 02'8/*60 6,0& Gambar 3.2 Blok diagram Sub-sistem Receiver Sistem Receiver terdiri atas modul GSM, RS 232, konverter RS 232 ke usb, dan PC. Berikut adalah fungsi tiap-tiap bagian: 1. Modul SIM 300CZ Modul SIM 300CZ merupakan modul GSM yang berfungsi untuk menerima data yang dikirim oleh sistem target berupa informasi posisi dan data sensor-sensor yang dikemas dalam format PDU. 2. RS 232 RS 232 merupakan sebuah IC yang berfungsi sebagai antarmuka antara modul SIM 300CZ dengan PC. 3. Konverter RS 232 ke USB Konverter RS232 ke USB digunakan sebagai antarmuka komputer dengan perangkat keras system, jika PC yang digunakan menggunakan port USB. 4. PC (Personal Computer) PC berfungsi untuk memproses data sensor dan data posisi yang diterima oleh modul GSM dalam format PDU kemudian menampilkannya pada desktop komputer berupa posisi pada peta digital dan angka ataupun grafik.
39 Gambar 3.3 Blok diagram Sub-sistem Transmitter Gambar 3.3 memperlihatkan blok diagram sub sistem transmitter yang terdiri atas komponen- komponen utama yang dapat dijelaskan sebagai berikut: 1. Modul SIM 508 Modul SIM 508 terdiri atas modul GSM dan penerima GPS yang berfungsi untuk mengetahui posisi yang diterima oleh GPS dan modul GSM berfungsi untuk mengirimkan data posisi dan data sensorsensor hasil pemprosesan dari mikrokontroler melalui SMS. 2. Mikrokontroler AVR Mikrokontroler jenis AVR ATMega8535, dimana di dalamnya sudah terdapat konverter analog ke digital sehingga sinyal analog dari tiap-tiap sensor analog dapat langsung dihubungkan ke input mikrokontroler, untuk diproses dan dikirimkan melalui komunikasi serial. 3. Sensor Gas Sensor Gas yang digunakan yaitu sensor gas TGS 2600 yang berfungsi untuk mendeteksi kontaminasi Oksigen oleh gas lainnya. 4. Sensor Suhu dan Kelembaban Sensor Suhu dan kelembaban yang digunakan adalah SHT 11 yang berfungsi untuk mendeteksi suhu dan kelembaban disekitar target berada. 3.2 PERANGKAT KERAS Perangkat keras secara keseluruhan dibuat dengan menggunakan komponen-komponen sesuai dengan fungsi dari blok-blok sistem yang digambarkan pada Gambar 3.2 dan Gambar 3.3.
40 Skematik diagram dan layout PCB untuk sub sistem transmitter digambarkan pada Gambar 3.4. dan Gambar 3.5 berikut: SHT 11 Antenna Antenna E1 E2 VCC S1 POWER S2 GPS RESET S3 GSM RESET VBAT VBAT VBAT VBAT VBAT TX ANT GSM RX ANT GPS POWER SIM 508Z STATUS LINK NET POWER R2 LED1 TGS 2600 R2 LED1 R? 1K R2 LED1 S3 RESET 10K 1 2 VCC R1 C1 Cap Pol1 10uF C2 Cap 0.01uF X1 11.0592 MHz C3 Cap 0.01uF 1 2 3 4 5 6 7 8 14 15 16 17 18 19 20 21 9 12 13 PB0 (XCK/T0) PB1 (T1) PB2 (AIN0/INT2) PB3 (AIN1/OC0) PB4 (SS) PB5 (MOSI) PB6 (MISO) PB7 (SCK) PD0 (RXD) PD1 (TXD) PD2 (INT0) PD3 (INT1) PD4 (OC1B) PD5 (OC1A) PD6 (ICP) PD7 (OC2) RESET XTAL2 XTAL1 ATmega8535-16PC PA0 (ADC0) PA1 (ADC1) PA2 (ADC2) PA3 (ADC3) PA4 (ADC4) PA5 (ADC5) PA6 (ADC6) PA7 (ADC7) PC0 (SCL) PC1 (SDA) PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 (TOSC1) PC7 (TOSC2) VCC AVCC AREF 40 39 38 37 36 35 34 33 22 23 24 25 26 27 28 29 10 30 32 31 11 VCC Gambar 3.4 Skematik Diagram Perangkat keras sistem transmitter Gambar 3.5 (a) Layer atas PCB sub sistem transmitter
41 Gambar 3.5 (b) Layer bawah sub sistem transmitter Gambar 3.5 (c) Tata letak komponen sub sistem transmitter Skematik diagram dan layout PCB untuk sub system receiver diperlihatkan pada Gambar 3.6 dan Gambar 3.7 berikut
42 E? VCC Antenna S1 POWER VBAT VBAT VBAT VBAT VBAT TX VBAT RX POWER 0.1uF C? Cap C? Cap 0.1uF 1 3 4 5 11 10 12 9 15 IC 1 C1+ C1- C2+ C2- T1IN T2IN VDD VCC T1OUT T2OUT R1OUT R1IN R2OUT R2IN VEE MAX232CPE 2 16 14 7 13 8 6 C? Cap 0.1uF C? Cap 0.1uF PXX CAN_TXD CAN_RXD PXX SIM 300C STATUS LINK NET POWER R2 R2 R2 LED1 LED1 LED1 Gambar 3.6 Skematik Diagram Perangkat keras sistem receiver Gambar 3.7 (a) Layer atas PCB sub sistem receiver
43 Gambar 3.7 (b) Layer bawah sub sistem receiver Gambar 3.7 (c) Tata letak komponen sub sistem receiver 3.3 PERANGKAT LUNAK Perangkat lunak yang dibuat terdiri atas dua buah perangkat lunak, yaitu Pemograman pada mikrokontroler dan pemrograman pada PC. 3.3.1 Pemrograman Mikrokontroler Pemrograman pada mikrokontroler dilakukan pada sub sistem transmitter yaitu dengan membuat subrutin-subrutin sebagai berikut: inisialisasi port serial, pengambilan data GPS dan seleksi data GPS, pengambilan data sensor-sensor, penyimpanan data sementara, memformat data ke dalam format FDO, pengiriman data serial, dan lain-lain. Algoritma pemprosesan data secara keseluruhan menggunakan mikrokontroler dapat digambarkan pada Gambar 3.8 Diagram alir program mikrokontroler.
44 Gambar 3.8 Diagram alir program mikrokontroler
45 3.3.2 Algoritma pemrograman pada PC Algoritma pemprosesan data pada perangkat lunak PC pada sub sistem receiver adalah sebagai berikut: pertama penginisialisasian port serial PC yaitu mengatur baud rate, dan format data serialnya, serta inisialisasi buffer data, dan pembuatan tampilan awal. Setelah penginisialisasian, port serial akan menerima data dengan membuat prosedur penerimaan data dan disimpan pada suatu lokasi memori PC. Penyeleksian dimulai dengan membaca data yang ada pada buffer dengan memperhatikan flag dan header untuk setiap data yang diterima mulai dari awal data, isi data dan batas untuk setiap data yang diterima, kemudian menampilkan data posisi pada peta digital berupa titik, dan data-data sensor berupa nilai dan grafik pada desktop komputer. Proses pengolahan data pada perangkat lunak komputer dapat digambarkan pada diagram alir Gambar 3.10, dan Gambar 3.9 berikut adalah rencana tampilan perangkat lunak pada desktop komputer. Gambar 3.9 Tampilan perangkat lunak pada layar monitor PC
46 08/$,,1,6,$/,6$6, %$&$606 0$68. 6,03$1'$7$ 3$'$%8))(5 6(/(.6,'$7$ 7,'$. $3$.$+ '$7$/,17$1* " $3$.$+'$7$ %8-85 " 7,'$. $3$.$+'$7$ 6(1625*$6 " 7,'$. $3$.$+'$7$ 68+8.(/(0%$%$1 " 7,'$. <$ <$ <$ <$ 7$03,/.$1 '$7$/,17$1* 7$03,/.$1 '$7$%8-85.219(56,'$7$ 6(1625*$6.( '$/$07(;7.219(56,'$7$ 6(1625.( '$/$07(;7 7$03,/.$1 7,7,.3$'$ 3(7$',*,7$/ 7$03,/.$1 '$7$6(1625 *$63$'$7(;7 %2; 7$03,/.$1 '$7$68+8'$1.(/(0%$%$1 3$'$7(;7%2; 7,'$..(/8$5 " <$ 6(/(6$, Gambar 3.10 Diagram Alir perangkat lunak pada PC
47 3.4 FORMAT DATA OUTPUT (FDO) Format Data Output (FDO) adalah istilah untuk format data serial yang akan dikirim dari perangkat target ke receiver. FDO merupakan format data PDU (Protocol Data Unit) dimana pada segmen User data diisi dengan data-data posisi, dan data-data sensor, seperti diperlihatkan pada Gambar 3.11 berikut. Gambar 3.11 Format Data Output (FDO) Keterangan gambar: SCA : Alamat (nomor) SMS Center. PDU Type : Type SMS MR : Nomor Referensi SMS DA : Nomor Handphone Tujuan PID : Bentuk Pesan Tekt DCS : Skema Encoding Data I/O VP : Jangka Waktu SMS (Waktu Validitas) UDL : panjang pesan SMS UD : User data merupakan paket data yang dikirim oleh target o HEADER : Tanda awal data o DGPS : Data posisi o DGS : Data sensor Gas o DSHT : Data sensor Suhu dan Kelembaban