BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Bluetooth Menurut Brent A. Miller Ide dasar dari teknologi komunikasi Bluetooth lahir dari para teknisi yang berasal dari Swedish telecommunications M telefonaktiebolaget LM Ericsson (hereafter, ericsson) yang mencoba menciptakan teknologi komunikasi dalam darak pendek pada tahun 1994 Ericsson mencoba memulai mempelajari teknik komunikasi yang memerlukan daya rendah serta biaya yang murah dengan menggunakan gelombang radio untuk menghilangkan komunikasi kabel antara telepon selular dengan aksesorisnya. Agar penelitian dapat lebih terarah maka pada tahun 1998, beberapa perusahaan yang bergerak dalam bidang teknologi komunikasi seperti Ericsson, Intel Corporation, International Business Machines Corporation (IBM), Nokia Corporation dan Toshiba Corporation bekerja sama untuk mendirikan sebuah lembaga yang difokuskan untuk pengembangan teknologi Bluetooth yang dinamakan Bluetooth Special Interest Group (SIG). Secara Bluetooth versi 1.0 merupakan Bluetooth versi pertama yang diluncurkan resmi oleh Bluetooth SIG pada tahun 1999. Pada tahun 2001 diluncurkan Bluetooth versi 1.1 secara khusus yang dikenal dengan nama Bluetooth SIG 2001b, kemudian pada tahun 2003 diluncurkan Bluetooth versi 1.2 yang dikenal dengan nama Bluetooth SIG 2003a. Bluetooth versi 2.0 diluncurkan pada tahun 2004, kemudian dibuat standardnya oleh IEEE yang dikategorikan ke dalam group Wireless Personal Area Network (WPAN) dengan standard 802.15.1. 6
2.2 Teknologi Bluetooth 2.2.1 Frekuensioperasi Bluetooth beroperasi dari frekuensi 2400 2483,5 MHz yang terbagi dalam 79 channel dengan bandwith sebesar 1 MHz untuk setiap channel. Bluetooth menggunakan frekuensi hopping di dalam melakukan komunikasi data dan suara secara real time antara host-host bluetooth dengan jarak terbatas [1]. Frekuensi hopping adalah suatu teknik transmisi gelombang radio dengan menggunakan pergantian frekuensi yang berbeda-beda dan terus menerus untuk berkomunikasi supaya informasi yang dikirimkan tidak disadap oleh pihak yang tidak berwenang. Jangkauan layanan bluetooth bervariasi antara 1 m, 10 m dan 100 m. Besar jangkauan layanan tergantung pada daya transmitter, semakin besar daya semakin jauh jarak jangkauan transmisinya. Berdasarkan jangkauanya Bluetooth dapat dikategorikan ke dalam tiga kelas: Tabel 2.1. Kelas Bluetooth kelas Daya (mw) Jangkauan (meter) 1 100 mw 100 meter 2 10 mw 10 meter 3 1 mw 1 meter 2.2.2 Fasilitas Bluetooth Bluetooth dapat mendukung komunikasi data dan suara. Komunikasi suara pada Bluetooth menggunakan metode circuit-switching mode dengan jalur komunikasi Synchronous Connection Oriented (SCO) sedangkan komunikasi data menggunakan metode packet-switching mode dengan jalur komunikasi Asynchronous Connection Less (ACL). 7
a. Data rate Bluetooth versi 1.0 dapat mencapai kecepatan hingga 723,1 Kbps, sementara Bluetooth versi 2.0 memilik kecepatan hingga 2,1 Mbps. Teknologi Enhanced Data Rate (EDR) dikembangkan untuk meningkatkan kecepatan transmisi pada bluetooth versi 2.0. b. Topologi Jaringan Topologi jaringan pada teknologi Bluetooth dibagi menjadi dua yaitu piconet dan scatternet. - Piconet Di dalam melakukan komunikasi data, Bluetooth dibagi menjadi dua bagian yaitu master dan slave. Komunikasi yang terbangun antara master dan slave dinamakan dengan piconet. Piconet terdiri dari point-to-point dan point-to-multipoint. Agar dapat berkomunikasi antara master dan slave harus mempunyai frekuensi yang sama. - Scatternet Scatternet adalah beberapa jaringan piconet yang saling berhubungan dan berkomunikasi antara yang satu dengan yang lain. Gambar berikut merupakan contoh scatternet. 8
2.2.3 Arsitektur Bluetooth Perangkat bluetooth membutuhkan bluetooth protocol stack supaya dapat melakukan komunikasi data. Bluetooth protocol stack dapat berupa hardware maupun software. Bluetooth protocol stack dapat dilihat pada gambar 2.3. Bluetooth protocol stack terbagi ke dalam dua bagian yaitu bluetooth host dan bluetooth controller, Host Controller Interface (HCI) menyediakan layanan untuk interaksi antara bluetooth host dengan bluetooth controller. Gambar 2.1 Bluetooth Protocol Stack (Bluetooth Revealed) Layer radio bertanggung jawab untuk melakukan modulasi dan demodulasi data untuk transmisi gelombang radio. Baseband/Link Controller berfungsi untuk mengontrol jalur komunikasi melalui gelombang radio, misalnya pengaturan frekuensi hopping untuk komunikasi. Link Manager Protocol (LMP) bertanggung jawab untuk keamanan transmisi data. RFCOMM merupakan protokol yang digunakan untuk melakukan data secara serial. 9
Object Exchange (OBEX) merupakan protokol untuk melakukan pertukaran objek, misalnya untuk pertukaran file. Telephony Control Protocol Specification (TCS) menyediakan layanan telepon. Service Discovery Protocol (SDP) merupakan protokol yang berfungsi untuk mencari layanan perangkat bluetooth yang tersedia. RFCOMM merupakan protokol yang berfungsi untuk mengubah data ke dalam bentuk untaian bit sehingga siap untuk dikirimkan melalui medium gelombang radio. Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP) merupakan protokol yang berfungsi untuk melakukan konversi untaian bit dari RFCOMM ke dalam bentuk paket data.. 2.3 Mikrokontroler Menurut Ardi Winoto, Mikrokontroler merupakan sebuah processor yang digunakan untuk kepentingan kontrol. Meskipun mempunyai bentuk yang jauh lebih kecil dari suatu komputer pribadi dan computer mainframe, Mikrokontroler dibangun dari elemen elemen dasar yang sama. Seperti umumnya komputer, Mikrokontroler adalah alat yang mengerjakan instruksi instruksi yang diberikan kepadanya. Artinya, bagian terpenting dan utama dari suatu sistem terkomputerisasi adalah program itu sendiri yang dibuat oleh seorang programmer. Program ini menginstruksikan komputer untuk melakukan tugas yang lebih kompleks yang diinginkan oleh programmer. Beberapa fitur yang umumnya ada di dalam mikrokontroler adalah sebagai berikut: 1. RAM (Random Access Memory) RAM digunakan oleh Mikrokontroler untuk tempat penyimpanan variable. Memori ini bersifat volatile yang berarti akan kehilangan semua datanya jika tidak mendapatkan catu daya. 2. ROM (Read Only Memory) ROM seringkali disebut sebagai kode memori karena berfungsi untuk tempat penyimpanan program yang akan diberikan oleh user. 10
3. Register Merupakan tempat penyimpanan nilai nilai yang akan digunakan dalam proses yang telah disediakan oleh Mikrokontroler. 4. Special Function Register Merupakan register khusus yang berfungsi untuk mengatur jalannya Mikrokontroler. Register ini terletak pada RAM. 5. Input dan Output Pin Pin input adalah bagian yang berfungsi sebagai penerima signal dari luar, pin ini dapat dihubungkan ke berbagai media inputan seperti keypad, sensor, dan sebagainya. Pin output adalah bagian yang berfungsi untuk mengeluarkan signal dari hasil proses algoritma Mikrokontroler. 6. Interrupt Interrupt bagian dari Mikrokontroler yang berfungsi sebagai bagian yang dapat melakukan interupsi, sehingga ketika program utama sedang berjalan, program utama tersebut dapat di interupsi dan menjalankan program interupsi terlebih dahulu. Beberapa interrupt pada umumnya adalah sebagai berikut : a. Interrupt Eksternal b. Interrupt akan terjadi bila ada inputan dari pin interrupt. Interrupt timer c. Interrupt akan terjadi bila waktu tertentu telah tercapai. Interrupt serial d. Interupt yang terjadi ketika ada penerimaan data dari komunikasi serial. 2.4 Fitur AVR ATMega328 ATMega328 adalah Mikrokontroler keluaran dari atmel yang mempunyai arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) yang dimana setiap proses eksekusi data lebih cepat dari pada arsitektur CISC (Completed Instruction Set Computer). Mikrokontroler ini memiliki beberapa fitur antara lain : 11
1. 130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu siklus clock. 2. 32 x 8-bit register serba guna. 3. Kecepatan mencapai 16 MIPS dengan clock 16 MHz. 4. 32 KB Flash memory dan pada arduino memiliki bootloader yang menggunakan 2 KB dari flash memori sebagai bootloader. 5. Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 1KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanent karena EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya dimatikan. 6. Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2KB. 7. Memiliki pin I/O digital sebanyak 14 pin 6 diantaranya PWM (Pulse Width Modulation) output. 8. Master / Slave SPI Serial interface. Mikrokontroler ATMega328 memiliki arsitektur Harvard, yaitu memisahkan memori untuk kode program dan memori untuk data sehingga dapat memaksimalkan kerja dan parallelism. Instruksi instruksi dalam memori program dieksekusi dalam satu alur tunggal, dimana pada saat satu instruksi dikerjakan instruksi berikutnya sudah diambil dari memori program. Konsep inilah yang memungkinkan instruksi instruksi dapat dieksekusi dalam setiap satu siklus clock. 32 x 8-bit register serba guna digunakan untuk mendukung operasi pada ALU (Arithmatic Logic unit) yang dapat dilakukan dalam satu siklus. 6 dari register serbaguna ini dapat digunakan sebagai 3 buah register pointer 16-bit pada mode pengalamatan tak langsung untuk mengambil data pada ruang memori data. Ketiga register pointer 16-bit ini disebut dengan register X (gabungan R26 dan R27), register Y (gabungan R28 dan R29), dan register Z (gabungan R30 dan R31). 12
Hampir semua instruksi AVR memiliki format 16-bit. Setiap alamat memori program terdiri dari instruksi 16-bit atau 32-bit. Selain register serba guna di atas, terdapat register lain yang terpetakan dengan teknik memory mapped I/O selebar 64 byte. Beberapa register ini digunakan untuk fungsi khusus antara lain sebagai register control Timer/ Counter, Interupsi, ADC, USART, SPI, EEPROM, dan fungsi I/O lainnya. Register register ini menempati memori pada alamat 0x20h 0x5Fh. Berikut adalah tampilan architecture ATMega328. 13
Gambar 2.2 Architecture ATMega328 (www.winotox@gmail.com) 14
2.5 Konfigurasi PIN ATMega328 Berikut adalah konfigurasi PIN ATMega328 seperti yang dapat dilihat dalam Gambar dibawah ini : Gambar 2.3 Konfigurasi Pin ATMega328 (www.winotox@gmail.com) Berikut adalah konfigurasi pin ATMega328 seperti yang dapat dilihat dalam Tabel 2.2 dibawah ini. 15
Tabel 2. 2 Konfigurasi Pin ATMega328 (www.winotox@gmail.com) 16
2.6 LED (LightEmiting Diode) LED adalah Light Emitting Diode. LED adalah sebuah peralatan elektronik kecil (semi konduktor) yang memancarkan cahaya saat dilewati arus. Hampir semua energi yang dipancarkan LED muncul dalam spectrum yang tampak oleh mata. Macammacam LED : 1. Dioda Emiter Cahaya 2. LED Warna Tunggal 3. LED Tiga Warna Tiga Kaki 4. LED Tiga Warna Dua Kaki Disini 5. Led Seven Segmen 17
Gambar 2. 4 Simbol dan Konstruksi LED (http://elektronikadasar.info/) Karena LED adalah salah satu jenis dioda maka LED memiliki 2 kutub yaitu anoda dan katoda. Dalam hal ini LED akan menyala bila ada arus listrik mengalir dari anoda menuju katoda. Pemasangan kutub LED tidak boleh terbalik karena apabila terbalik kutubnya maka LED tersebut tidak akan menyala. LED memiliki karakteristik berbeda-beda menurut warna yang dihasilkan. Semakin tinggi arus yang mengalir pada led maka semakin terang pula cahaya yang dihasilkan, namun perlu diperhatikan bahwa besarnya arus yang diperbolehkan 10mA - 20mA dan pada tegangan 1,6V 3,5 V menurut karakter warna yang dihasilkan. Apabila arus yang mengalir lebih dari 20mA maka led akan terbakar. Simbol dan konstruksi dalam sebuah LED dapat dilihat pada Gambar dibawah ini. Pada saat ini warna-warna cahaya LED yang banyak ada adalah warna merah, kuning dan hijau. LED berwarna biru sangat langka. Untuk menghasilkan warna putih yang sempurna, spectrum cahaya dari warna-warna tersebut digabungkan, dengan cara yang paling umum yaitu penggabungan warna merah, hijau, dan biru, yang disebut RGB. Pada dasarnya semua warna bisa dihasilkan, namun akan menjadi sangat mahal dan tidak efisien. Dalam memilih LED selain warna, perlu diperhatikan tegangan kerja, arus maksimum dan disipasi dayanya. Rumah (chasing) LED dan bentuknya juga bermacam-macam, ada yang persegi empat, bulat dan lonjong. Bahan semikonduktor yang sering digunakan dalam pembuatan LED adalah: 18
1. Ga As (Arsenide,) Galium meradiasikan sinar infra merah, 2. Ga As P (Galium Arsenide Phospide) meradiasikan warna merah dankuning, 3. Ga P (Galium Phospide) meradiasikan warna merah dan kuning. 2.7 Resistor Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi sebagai penghambat arus listrik, sehingga arus listrik yang masuk (mengalir) mempunyai nilai-nilai tertentu. Simbol resistor bisa dilihat dalam Gambar dibawah ini. Gambar 2. 5 Simbol resistor (http://elektronikadasar.info/) Resistor biasanya dilengkapi dengan nilai hambatan dan toleransinya dan dinyatakan dengan kode warna sebagai berikut seperti yang terlihat dalam Gambar di bawah ini. Gambar 2. 6 Kode warna resistor (http://elektronikadasar.info/) 19
2.8 Kapasitor Kapasitor adalah komponen yang berfungsi sebagai penyimpan muatan. Simbol kapasitor dapat dilihat dalam Gambar dibawah ini. Kapasitas kapasitor adalah kemampuan kapasitor dalam menyimpan muatan. Rumusnya adalah : Gambar 2. 7 Simbol Kapasitor (http://elektronikadasar.info/) C = Keterangan : C : kapasitas kapasitor (farad = F) Q : muatan kapasitor (C) V : tegangan kapasitor (volt = V) Kapasitor dapat digunakan untuk : Filter pada catu daya untuk menahan arus DC, kemudian meneruskan arus AC. Sebagai pemilih frekuensi radio. Sebagai penyimpan energi dalam rangkaian elektronika. 2.9 Open Loop Sistem Open loop control atau kontrol lup terbuka adalah suatu sistem yang keluarannya tidak mempunyai pengaruh terhadap aksi kontrol. Artinya, sistem kontrol terbuka keluarannya tidak dapat digunakan sebagai umpan balik dalam masukan. Dalam suatu sistem kontrol terbuka, keluaran tidak dapat dibandingkan dengan masukan acuan. Jadi, untuk setiap masukan acuan berhubungan dengan operasi tertentu, sebagai akibat ketetapan dari sistem tergantung kalibrasi. Dengan adanya gangguan, system control open loop tidak dapat melaksanakan tugas sesuai yang diharapkan. System 20
control open loop dapat digunakan hanya jika hubungan antara masukan dan keluaran diketahui dan tidak terdapat gangguan internal maupun eksternal. Berikut komponen dasar: Gambar 2. 8 Komponen Dasar Open Loop (fahmizaleeits.wordpress.com/) 2.10 Close Loop Sistem Sistem kontrol lup tertutup adalah sistem kontrol yang sinyal keluarannya mempunyai pengaruh langsung pada aksi pengontrolan, sistem kontrol lup tertutup juga merupakan sistem kontrol berumpan balik. Sinyal kesalahan penggerak, yang merupakan selisih antara sinyal masukan dan sinyal umpan balik (yang dapat berupa sinyal keluaran atau suatu fungsi sinyal keluaran atau turunannya, diumpankan ke kontroler untuk memperkecil kesalahan dan membuat agar keluaran sistem mendekati harga yang diinginkan. Dengan kata lain, istilah lup tertutup berarti menggunakan aksi umpan balik untuk memperkecil kesalahan sistem. Gambar 2. 9 Sistem Close Loop (wisnukusbandono.blogspot.com/) 21
Menunjukkan hubungan masukan dan keluaran dari sistem kontrol lup tertutup. Jika dalam hal ini manusia bekerja sebagai operator, maka manusia ini akan menjaga sistem agar tetap pada keadaan yang diinginkan, ketika terjadi perubahan pada sistem maka manusia akan melakukan langkah langkah awal pengaturan sehingga sistem kembali bekerja pada keadaan yang diinginkan. 22