BAB II LANDASAN TEORI

BAB II LANDASAN TEORI Dalam merealisasikan suatu alat diperlukan dasar teori untuk menunjang hasil yang optimal. Pada bab ini akan dibahas dasar teori yang berhubungan dengan perancangan skripsi antara lain Global Positioning System (GPS), Mikrokontroler Arduino Mega 2560, dan Dot matrix display 32 16. 2.1. Tinjauan Pustaka Dalam tinjauan pustaka ini membahas skripsi atau penelitian yang berkaitan dengan alat yang dibuat penulis. Skripsi dari Risya Agung Nugroho dengan judul Pelacak Posisi Kendaraan dengan GPS merupakan salah satu skripsi yang berkaitan dengan alat yang dibuat penulis. Skripsi ini menggunakan basis data yang sama yaitu GPS sebagai sumber data informasi untuk menentukan lokasi. GPS ditempatkan pada kendaraan yang hendak akan dilacak oleh pengguna. Untuk mengetahui posisi kendaraan tersebut adalah dengan cara mengkases melalui mengirim sebuah SMS (Short Massage Service) dengan format tertentu dikirimkan ke nomor tertentu dan akan diterima SMS Gateway yang terintegrasi dengan GPS untuk selanjutnya diproses dengan membalas SMS ke user kembali. Dengan begitu user tahu posisi kendaraan berada dimana. Namun dalam skripsi ini masih terkendala minimnya daerah yang bisa tercakup dikarenakan memori dari mikrokontroler yang digunakan masih terbatas. Sehingga hanya mencakup daerah sekitar Salatiga saja. Dalam hal ini alat yang dibuat penulis mempunyai perbedaan latar belakang dengan skripsi dari Risya Agung Nugroho yang lebih berorientasi pada pengaplikasian pelacakan sebuah kendaraan oleh user yang dimana user itu sendiri tidak berada pada kendaraan tersebut dan menggunakan SMS sebagai media informasinya. Berbeda dengan penulis yang lebih berorientasi kepada user yang mendapatkan informasi langsung pada kendaraan yang sedang ditumpangi, dalam hal ini user adalah sebagai penumpang bus malam. Sehingga user tidak memerlukan perangkat tambahan dan alat yang dibuat penulis mampu menampilkan daerah yang lebih banyak. 6

Selain skripsi tersebut, terdapat produk komersial yang berkaitan dengan alat yang dibuat penulis. Salah satunya adalah running text yang tertampil dalam dot matrix diaplikasikan pada bus Trans Jakarta. Tampilan pada dot matrix tersebut adalah halte halte yang dilalui dalam koridor bus Trans Jakarta tersebut. Pengoprasian dari dot matrix tersebut masih dilakukan dengan manual oleh pengemudi. Pengoprasian secara manual ini mempunyai kelemahan jika pengemudi lupa atau terlambat menyalakan tombol untuk merubah nama halte yang akan disinggahi. Dalam hal ini alat yang dibuat penulis mempunyai perbedaan pengoprasian alat dengan dot matrix pada bus Trans Jakarta. Alat yang dibuat penulis sudah beroprasi secara otomatis karena berpatokan pada data GPS, sehingga pengemudi tidak repot untuk mengoprasikannya. 2.2. Global Positioning System (GPS) Global Positioning System (GPS) adalah suatu sistem saat ini yang mampu menunjukan posisi dengan tepat dipermukaan bumi selama dapat terjangkau oleh sinyal satelit GPS[3]. GPS memungkinkan untuk mengetahui posisi geografis (garis lintang, garis bujur, dan ketinggian diatas permukaan laut). Sistem ini dikembangkan oleh Departemen Keamanan Amerika Serikat[4]. Sistem berbasis satelit ini menggunakan jaringan dua puluh empat satelit utama dan mempunyai tiga satelit cadangan yang berada di orbit bumi. GPS dapat bekerja di segala kondisi cuaca dan dapat digunakan dengan gratis. Dua puluh empat satelit yang membentuk jaringan itu mengorbit setinggi 17.120 km. Secara konstan bergerak mengorbit mengelilingi Bumi sebanyak dua kali perharinya dengan kecepatan sekitar 8500 km per jam[5]. Satelit GPS dalam perjalanannya mengelilingi Bumi memancarkan sinyal yang nantinya akan diterima GPS receiver. Sinyal tersebut mempunyai dua macam frekuensi. L2 mempunyai frekuensi 1227,60 MHz diperuntukan bagi militer, sedangkan L1 mempunyai frekuensi 1,57542 GHz diperuntukan untuk sipil. Dengan frekuensi sebesar 1,57542 GHz maka sinyal tersebut dapat menembus kaca atau plastik namun tidak dengan benda padat[6]. GPS bekerja dengan konsep triangulasi untuk mendapatkan posisi yang akurat. Konsep ini mengharuskan GPS receiver menangkap paling tidak tiga buah satelit. 7

Untuk mengukur triangulasi, GPS receiver mengukur jarak dengan dasar waktu yang diperlukan oleh sinyal satelit melakukan perjalanan dari transmitter satelit ke GPS receiver. Berkaitan dengan itu dapat dihitung seberapa jauh jarak antara satelit dengan GPS receiver dengan menggunakan rumus sebagai berikut[6] : Jarak = Kecepatan Waktu..............(1) Keterangan : Kecepatan Waktu Jarak = kecepatan gelombang mikro yang dikirimkan dari satelit = waktu yang dibutuhkan dari satelit mengirimkan sinyal hingga sampai GPS receiver = jarak antara satelit dengan GPS receiver Lokasi setiap satelit memiliki koordinat yang digunakan sebagai titik referensi. Setelah diketahui jarak ke sebuah satelit dari GPS receiver maka dapat memberikan kemungkinan titik lokasi pada permukaan kulit bola dengan satelit sebagai pusat bola. Dengan GPS receiver dapat mengetahui jarak dua buah satelit maka memberikan kemungkinan titik lokasi pada perpotongan dua buah bola. Tapi dengan dua buah satelit saja belum dapat menentukan sebuah titik koordinat yang tepat. Sehingga diperlukan jarak satelit ke-tiga yang selanjutnya akan memberikan kemungkinan titik lokasi pada dua titik perpotongan. Pada tahap ini ada dua kemungkinan titik lokasi, kemudian langkah yang diambil adalah mempertimbangkan bumi sebagai bola ke-empat maka salah satu titik tersebut ada dipermukaan bumi. Titik itulah yang menjadi lokasi titik koordinat yang diukur[7]. Gambar 2.1. Cara kerja GPS 8

Sinyal satelit yang diterima memiliki informasi pesan dengan banyak macam. Seperti GSV, RMC, GSA, GGA, GLL, VTG, dan TXT. GGA : Global Positioning System Fix Data Tabel 2.1. Format Data Informasi GGA Nama Contoh Deskripsi Indentifikasi Format $GPGGA Global Positioning System Fix Data Waktu 60159 6:01:59 Lintang 4124.8963,N 41d 24.8963 N atau 41d 24 54 N Bujur 08151.6838,W 81d51.6838 W atau 81d51 41 W Cek Kualitas : - 0 = Cacat - 1 = GPS tepat - 2 = DGPS tepat Jumlah Satelit 1 5 Data dari GPS tepat 5 Satelit terkunci Horizontal Dilution of Precision (HDOP) 1.5 Akurasi relatif posisi horizontal Ketinggian 280.2,M 280.2 meter di atas permukaan laut Ketinggian geoid di atas ellipsoide WGS84-34.0,M -34.0 meter Waktu sejak pembaharuan kosong Tidak ada pembaharuan DGPS terkahir Identitas referensi stasitun DGPS kosong Mengecek Kesalahan *80 Tidak ada identitas stasiun Digunakan oleh program untuk memeriksa kesalahan transmisi GLL : Geographic Position Latitude/Longitude Tabel 2.2. Format Data Informasi GLL Nama Contoh Deskripsi Identifikasi Format $GPGLL Geographic position Latitude/Longitude Lintang 4916.46 49d 16.45min Indikator N/S N N = Utara, S = Selatan Bujur 14507.36 145 07.36 menit Indikator W/E W E = Timur, W = Barat 9

Waktu 230345 23:03:45 Status A A = Data tepat, V = Data tidak tepat Mengecek Kesalahan *80 Digunakan oleh program untuk memeriksa kesalahan transmisi RMC : Recommended Minimum Specific GNSS data Tabel 2.3. Format Data Informasi RMC Nama Contoh Deskripsi Identifikasi Format $GPRMC Recommended Minimum specific GPS/Transit data Waktu 60159 6:01:59 Ketepatan A = data tepat, V = data tidak A tepat Lintang 41 24.8963 Utara atau 41 4124.8963,N 24 54 Utara Bujur 81 51.6838 Barat atau 08151.6838,W 81 51 41 Barat Kecepatan di permukaan tanah 130.5 130,5 Knot Bergerak di atas permukaan tanah 232.6 Bergerak Tanggal 20031998 20 Maret 1998 Perbedaan 4.5,W Perbedaan magnetik 4,5 Barat Mengecek Kesalahan *80 Digunakan oleh program untuk memeriksa kesalahan transmisi GSV : Satellites in View Tabel 2.4. Format Data Informasi GSV Contoh $GPGSV 4 Desckripsi Satellites in View Total jumlah pesan jenis ini dalam sebuah siklus 1 Jumlah pesan 13 Total jumlah satelit yang terlihat 02 Jumlah satellites PRN 02 Ketinggian, dalam derajat, maksimal 90 213 Azimuth, derajat dari bagian Utara, 000 sampai 359 10

03 SNR, 00 sampai 99 db (nol jika tidak ada pelacakan) 02,17,308,41 Informasi tentang Satelit kedua, format yang sama seperti bagian 4 sampai 7 12,07,344,39 Informasi tentang ketiga Satelit, format yang sama seperti bagian 4 sampai 7 14,22,228,45 Informasi tentang ketiga Satelit, format yang sama seperti bagian 4 sampai 7 *80 Mengecek kesalahan data VTG : Velocity made good Tabel 2.5. Format Data Informasi VTG Example Description $GPVTG Velocity made good 054.7,T Lintasan tepat (derajat) 034.4,M Lintasan magnetik baik 005.5,N Kecepatan di atas permukaan tanah, knot 010.2,K Kecepatan di atas permukaan tanah, kilometer per jam *80 Mengecek kesalahan data Pada data titik koordinat lintang (latitude) bernilai negatif menunjukan bahwa titik tersebut terdapat pada garis lintang selatan sedangkan jika bernilai positif maka titik tersebut berada pada garis lintang utara. Selanjutnya pada data titik koordinat bujur (longitude) bernilai positif menunjukan bahwa titik tersebut terdapat di bujur timur namun jika bernilai negatif titik tersebut berada di garis bujur barat. 2.3. Arduino Mega 2560 Fungsi utama mikrokontroler adalah sebagai pusat sistem kendali yang dapat diatur sesuai dengan keinginan pengguna. Pengaturan tersebut dilakukan melalui algoritma yang ditanamkan pada mikrokontroler tersebut. Pada beberapa jenis mikrokontroler telah didukung dengan beberapa kelebihan, misalnya memiliki flash ROM yang cukup besar, memiliki ADC internal, terdapat timer yang dapat digunakan 11

sebagai penghasil PWM, terdapat jalur komunikasi serial, SPI dan jalur interupsi, serta memiliki analog komparator[8]. I2C, terdapat pula Arduino Mega 2560 merupakan mikrokontroler dengan basis mikrokontroler ATMega 2560. Arduino ini mempunyai 54 pin digital input / outpu yang juga 15 pin dapat digunakan sebagai PWM output, 16 analog input, 4 UART, sebuah kristal 16MHz, sebuah koneksi USB, sebuah jack power, sebuah ICSP header, dan sebuah tombol reset. Dari segi memori Arduino Mega 2560 memiliki flash memory untuk menyimpan kode sebesar 256KB, SRAM 8KB, dan EEPROM 4KB[ [9]. Gambar 2.2. Konfigurasi pin mikrokontroler Arduino Mega 2560 Pada gambar 2.22 merupakan susunan konfigurasi pin pada mikrokontroler Arduino Mega 2560, berikut adalah penjelasan fungsi masing masing tersebut[9] : 1. VCC adalah masukan digital voltage supply. 2. GND adalah pin ground. 3. ADC Port (PF0 PF7, PK0 PK7) digunakan untuk input ADC (Analog to Digital Converter). Terdapat total 16 pin ADC yang dapat digunakan. 12

4. Digital Port (PA0 PA7, PB0 PB7, PC0 PC7, PD0 PD3, PE0, PE1, PE3 PE5, PG0 PG2, PG5, PH0, PH1, PH3-PH6, PJ0, PJ1, PL0 PL7). Masing masing dari 54 digital pin pada Arduino Mega 2560 dapat digunakan sabagai input atau output, menggunakan fungsi pinmode(), digitalwrite(), dan digitalread(). Arduino Mega 2560 beroperasi pada tegangan 5 volt, namun direkomendasikan input power supply sebesar 7 12 volt. Setiap pin dapat memberikan atau menerima arus maksimum 40 ma dan memiliki resistor pull-up internal (yang terputus secara default) sebesar 20-50 kohm. Selain itu, beberapa pin memiliki fungsi khusus antara lain : a. Serial : 0 (RX) dan 1 (TX); Serial 1 : 19 (RX) dan 18 (TX); Serial 2 : 17 (RX) dan 16 (TX); Serial 3 : 15 (RX) dan 14 (TX). Digunakan untuk merima (RX) dan mengirimkan (TX) data serial TTL. Pin 0 dan 1 juga terhubung ke pin chip ATmega16U2 Serial USB-to-TTL. b. Eksternal Interupsi : Pin 2 (interrupt 0), pin 3 (interrupt 1), pin 18 (interrupt 5), pin 19 (interrupt 4), pin 20 (interrupt 3), dan pin 21 (interrupt 2). Pin ini dapat dikonfigurasikan untuk memicu sebuah interupsi pada nilai yang rendah, meningkat atau menurun, atau perubah nilai. c. SPI : pin 50 (MISO), pin 51 (MOSI), pin 52 (SCK), pin 53 (SS). Pin ini mendukung komunikasi SPI menggunakan SPI library. Pin SPI juga terhubung dengan header ICSP, yang secara fisik kompatibel dengan Arduino Uno, Arduino Duemilanove dan Arduino Diecimila. d. LED : pin 13. Tersedia secara built-in pada papan Arduino ATMega 2560. LED terhubung ke pin digital 13. Ketika pin diset bernilai HIGH, maka LED menyala, dan ketika pin diset bernilai LOW, maka LED akan padam. e. TWI : pin 20 (SDA) dan pin 21 (SCL). Yang mendukung komunikasi TWI menggunakan Wire library. Pin ini tidak di lokasi yang sama dengan pin TWI pada Arduino Duemilanove atau Arduino Diecimila. 5. RESET. Jalur LOW ini digunakan untuk me-reset (menghidupkan ulang) mikrokontroler. Jalur ini biasanya digunakan untuk menambahkan tombol reset pada shield yang menghalangi papan utama Ardino. 6. XTAL1 dan XTAL2 berfungsi sebagai pin external clock. 13

7. AVCC merupakan pin tegangan supply untuk ADC. 8. AREF. Referensi tegangan untuk input analog. Digunakan dengan fungsi analogreference(). 2.4. Dot Matrix Display P10 LED (Light Emitting Diode) adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga dari dioda, sehingga memiliki sifat cara kerja yang hampir sama dengan dioda. Salah satunya memiliki kutub positif dan kutub negatif, maka cara mengaktifkannya dengan memberi tegangan masuk dari kutub positif. Dot matrix merupakan susunan banyak led secara horizontal dan vertkal yang disusun berjejer dengan pemasangan secara paralel. Susunan horizontal sering disebut dengan baris, sedangkan susunan vertikal disebut dengan kolom. Dot matrix dikontrol oleh driver berupa mikrokontroler untuk mengatur hidup atau matinya led. Prinsip kerjanya yaitu dengan cara scanning kolom dan baris. Tampilan karakter pada display dapat diatur bergeser atau dibuat animasi sesuai dengan keinginan pengguna. Pada dot matrix display P10 menggunakan IC TTL 74LS245 yang merupakan IC transceiver. IC mampu mengirimkan dan menerima 8 bit sinyal, sesuai dengan logika yang diberikan pada masukan DIR. Untuk melakukan pergeseran kolom tiap karakter atau shift register menggunakan IC 74HC595. 14