TA DariusKabanga 48910035

IMPLEMENTASI KOMUNIKASI DATA MASTER DAN SLAVE

MENGGUNAKAN PROTOKOL ZIGBEE PADA SISTEM

PEMANTAU DAN PENGENDALIAN

(REALISASI SISI SLAVE)

TUGAS AKHIR

Oleh

DARIUS KABANGA

NIM : 48910035

Program Pendidikan Alih Jenjang D4

Teknik Komputer dan Jaringan

SEKOLAH TEKNIK ELEKTRO DAN INFORMATIKA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2011

i

ABSTRAK





Oleh

Darius Kabanga

NIM : 48910035

PROGRAM PENDIDIKAN ALIH JENJANG D4

TEKNIK KOMPUTER DAN JARINGAN

Zigbee merupakan standar spesifikasi untuk protokol komunikasi data yang digunakan pada perangkat radio yang berdaya rendah berdasarkan standar IEEE 802.15.4. Pada tugas akhir ini dibangun sistem komunikasi data untuk pemantauan dan pengendalian. Sistem ini menggunakan protokol zigbee dan menggunakan konfigurasi master/slave. Bagian master diimplementasikan pada PC yang berfungsi sebagai konsol user interface pemantau dan pengendali. Bagian slave diimplementasikan menggunakan mikrokontroler yang terhubung dengan perangkat yang dipantau dan dikendalikan. Perangkat yang dipantau adalah sensor suhu dan status push botton on/off. Perangkat yang dikendalikan dimodelkan menggunakan led. Dari hasil pengujian yang dilakukan, dapat disimpulkan bahwa komunikasi data dengan protokol zigbee menggunakan RF module Xbee pada mode API dapat digunakan dengan baik pada topologi point to multipoint, serta keberhasilan transmisi data dipengaruhi jarak, dimana semakian jauh jarak, maka tingkat kerberhasilan juga semakin menurun dan sebaliknya semakin dekat jaraknya, semakin tinggi pula tingkat keberhasilan trasmisi data. Kata kunci : komunikasi data, master slave, sistem pemantau dan pengendali, zigbee, xbee, Atmega 16, Sensor Suhu.

ii





Oleh :

Darius Kabanga

Tugas Akhir ini telah diterima dan disahkan

sebagai persyaratan untuk memperoleh gelar

SARJANA SAINS TERAPAN

di

PROGRAM PENDIDIKAN ALIH JENJANG D4

TEKNIK KOMPUTER DAN JARINGAN

SEKOLAH TEKNIK ELEKTRO DAN INFORMATIKA

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

Bandung, November 2011

Disetujui oleh :

Pembimbing I, Pembimbing II,

Ir. Sumarsono Dr. Kusprasapta Mutijarsa

iii

Dipersembahkan kepada Istriku Alfrida Paranoan, Buah hati kami : Sean dan Kamaya

iv

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan, yang atas pertolongan dan karuniaNya

sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan baik.

Selama melaksanakan tugas akhir ini, penulis mendapat bantuan dan dukungan dari

berbagai pihak. Untuk itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Ir. Sumarsono, selaku pembimbing I, yang telah memberikan bimbingan

dan semangat dalam menyelesaikan tugas akhir ini;

2. Bapak Dr. Kusprasapta Mutijarsa selaku pembimbing II, yang telah mencurahkan

perhatian dan waktunya yang demikian banyak dalam penyelesaian tugas akhir

ini;

3. SEAMEO-SEAMOLEC yang telah memberikan beasiswa sehingga penulis dapat

menyelesaikan Pendidikan Alih Jenjang D4 Teknik Komputer dan Jaringan ini;

4. Isteri dan anak-anak tercinta, yang senantiasa memberikan dorongan dan

semangat, serta kesabaran, pengertian dan doa;

5. Bapak, Ibu, dan adik-adik tercinta, beserta seluruh keluarga yang senantiasa

memberikan semangat dan doanya;

6. Om dan Tante David Doludea yang senantiasa memberikan dukungan doa selama

ini;

7. Pimpinan dan Staff Puslit Informatika LIPI yang telah memberikan kesempatan

dan membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini;

8. Seluruh staf dan karyawan Laboratorium Sinyal dan Sistm, yang telah

memberikan banyak sekali bantuannya;

9. dan semua pihak yang membantu, yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini bukanlah tanpa kelemahan, untuk itu kritik dan

saran sangat diharapkan.

Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembacanya.

Bandung, November 2011

Penulis

v

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ................................................................................................................ i

KATA PENGANTAR .............................................................................................. iv

DAFTAR ISI ............................................................................................................ v

DAFTAR GAMBAR ................................................................................................ viii

DAFTAR TABEL .................................................................................................... x

DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................ xi

BAB I. PENDAHULUAN ..................................................................................... 1

I.1 Latar Belakang ........................................................................................ 1

I.2 Perumusan Masalah ................................................................................... 2

I.3 Spesifikasi dan Batasan Masalah ............................................................. 2

I.4 Tujuan Tugas Akhir ................................................................................. 2

I.5 Metodologi Pengerjaan Tugas Akhir ....................................................... 2

I.6 Sistematikan Pembahasan ........................................................................ 3

BAB II. DASAR TEORI ........................................................................................ 5

II.1 Komunikasi Data ...................................................................................... 5

II.1.1 Cara Kerja Komunikasi Data ................................................................. 5

II.1.2 Media Transmisi ................................................................................... 7

II.1.3 Sinyal Digital dan Analog ..................................................................... 8

II.1.4 Protokol ................................................................................................ 11

II.2 Zigbee ..................................................................................................... 13

II.3 Prinsip Kerja Zigbee ................................................................................ 15

II.3.1 Zigbee Protokol Stack Layer ................................................................ 15

II.3.2 Karakteristik dan Topologi Jaringan ..................................................... 17

II.3.3 Keuntungan menggunakan Zigbee ......................................................... 19

II.3.4 Mode Operasi Zigbee ............................................................................. 20

II.4 Mikrokontroler ATMega 16 ..................................................................... 20

vi

Halaman

BAB III. PERANCANGAN SISTEM ..................................................................... 23

III.1 Analisis Kebutuhan Sistem ..................................................................... 23

III.2 Analisis Spesifikasi Design Sistem ......................................................... 23

III.3 Diagram Blok Desain Sistem ................................................................... 24

III.4 Batasan Design Sistem ........................................................................... 25

III.5 Spesifikasi Teknis ................................................................................... 25

III.6 Komponen Subsistem Perangkat Keras .................................................. 26

III.6.1 Mikrokontroler Atmega 16 .................................................................. 26

III.6.2 Modul Xbee ......................................................................................... 27

III.6.3 Sensor Suhu ......................................................................................... 28

III.6 Komponen Subsistem Perangkat Lunak pada Slave .............................. 28

III.6 Perancangan Protokol Komunikasi............................................................ 33

BAB IV. IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN SISTEM .................................... 38

IV.1 Implementasi Perangkat Keras .............................................................. 38

IV.1.1 Konfigurasi Modul Xbee ..................................................................... 38

IV.1.2 Konfigurasi dan Kalibrasi Sensor Suhu .............................................. 39

IV.1.3 Tampilan Fisik Perangkat Keras pada Slave ....................................... 40

IV.2 Implementasi Perangkat Lunak .............................................................. 41

IV.2.1 Inisialisasi Komunikasi Serial ............................................................. 41

IV.2.2 Inisialisasi ADC, proses ADC dan menampilkan pembacaan ........ 42

IV.3 Kriteria Pengujian ................................................................................... 43

IV.3.1 Pengujian Tegangan pada Power Suply .............................................. 43

IV.3.2 Pengujian Tegangan pada modul Xbee ............................................... 44

IV.3.3 Pengujian Tegangan pada LED dan Push button on/off ...................... 44

IV.3.4 Pengujian Tegangan pada Sensor Suhu ............................................... 46

IV.3.5 Pengujian Protokol Zigbee .................................................................. 47

IV.3.5.1 Pengujian komunikasi master dengan modul slave 1 ...................... 48

IV.3.5.2 Pengujian komunikasi master dengan modul slave 2 ...................... 51

IV.3.5.3 Pengujian komunikasi master dengan tujuan alamat broadcast ...... 54

vii

Halaman

IV.3.6 Pengujian transmisi data ..................................................................... 57

BAB VII. PENUTUP ............................................................................................... 61

VII.1 Kesimpulan ............................................................................................ 61

VII.2 Saran ....................................................................................................... 61

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................... 62

viii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Model Komunikasi Data ............. 6

Gambar 2.2 Sinyal Analog .............................. 9

Gambar 2.3 Sinyal Digital ............................... 9

Gambar 2.4 Protokol Stack Layer .............................................. 16

Gambar 2.5 Model Topologi Jaringan Zigbee............................. 18

Gambar 2.6 Pin pada ATMega 16 ............................................. 21

Gambar 3.1 Blok diagram sistem secara keseluruhan ....................... 24

Gambar 3.2 Sistem minimum Atmega 16 ............................ ........ 27

Gambar 3.3 Skematik modul interface Xbee di slave ............... 27

Gambar 3.5 Flowchart inisialisasi prosedur ATMega 16 .............................. 29

Gambar 3.6 Flowchart prosedur eksekusi pesan ...................... 30

Gambar 3.7 Flowchart transmit data ......................................... 32

Gambar 3.8 Struktur frame data pada mode API ........................ 34

Gambar 3.9 Frame data Transmit request 16 bit ..................... 34

Gambar 3.10 Frame data Transmit status ................................. 35

Gambar 3.11 Frame data Receive status 16 bit ........................ 36

Gambar 4.1 Konfigurasi parameter modul Xbee ...................... 38

Gambar 4.2 Tampilan perangkat keras yang terpisah pada slave .............................. 40

Gambar 4.3 Tampilan perangkat keras terintegrasi secara hardware /software ....... 40

Gambar 4.4 Tampilan AVR Studio 4.0 pemrograman mikrokontroler ....................... 41

Gambar 4.5 Listing program inisialisasi komunikasi serial ....................................... 41

Gambar 4.6 Listing program inisialisasi ADC, proses ADC dan menampilkan nilai pembacaan .......... 42

ix

Halaman

Gambar 4.7 Pengujian protokol zigbee dengan led pada slave 1 .............................. 48

Gambar 4.8 Pengujian protokol zigbee dengan sensor suhu pada slave 1 ................. 49

Gambar 4.9 Pengujian protokol zigbee dengan pembacaan status

input push button on/off pada slave 1 ..................................................... 50

Gambar 4.10 Pengujian protokol zigbee dengan led pada slave 2 ........................... 51

Gambar 4.11 Pengujian protokol zigbee dengan sensor suhu pada slave 2 ............... 52


push button on/off pada slave 2 ......................................................... 53

Gambar 4.13 Pengujian protokol zigbee dengan menyalakan dan mematikan

semua LED pada semua slave ............................................................ 54

Gambar 4.14 Pengujian protokol zigbee dengan meminta pembacaan suhu

dari semua slave ................................................................................... 55


push button on/off dari semua slave .................................................... 56

Gambar 4.16 Tampilan pengujian transmisi data .................................................... 58

x

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Perbedaan antara analog dan digital .......... . 10

Tabel 4.1 Konfigurasi parameter modul Xbee ........................... 39

Tabel 4.2 Hasil pengujian tegangan pada power supply ........ . 43

Tabel 4.3 Pengujian tegangan pada Modul Xbee 1 ........ . 44

Tabel 4.4 Pengujian tegangan pada Modul Xbee 2 ........ . 44

Tabel 4.5 Hasil pengukuran tegangan led on/off pada slave 1 . 45

Tabel 4.6 Hasil pengukuran tegangan led on/off pada slave 2 . 45

Tabel 4.7 Hasil pengukuran tegangan pada input push button on/off slave 1 . 45

Tabel 4.8 Hasil pengukuran tegangan pada input push button on/off slave 1 . 45

Tabel 4.9 Hasil pengukuran tegangan pada sensor suhu dengan floating point

pada slave 1 ................................................................... ........................... 46

Tabel 4.10 Hasil pengukuran tegangan pada sensor suhu dengan floating point

pada slave 2 ................................................................... ......................... 46

Tabel 4.11 Hasil pengukuran tegangan pada sensor suhu dengan integer

pada slave 1 ................................................................... ........................... 46

Tabel 4.12 Hasil pengukuran tegangan pada sensor suhu dengan integer

pada slave 2 ................................................................... ......................... 46

Tabel 4.13 Pengaturan parameter modul Xbee ................................................ 47

Tabel 4.14 Hasil pengujian transmisi data pada baud rate 9600 .... 59

Tabel 4.15 Hasil pengujian transmisi data pada baud rate 19200 ...... 59

Tabel 4.16 Hasil pengujian transmisi data pada baud rate 38400 ...... 59

xi

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

LAMPIRAN A : Source code dalam bahasa C pada slave .............. A-1

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Penggunaan sistem komunikasi tanpa kabel (nirkabel) sebagai media komunikasi

pada berbagai sistem dan peralatan elektronika sangat popular sekarang ini. Hal ini

disebabkan oleh semakin murah dan praktisnya sistem ini dibandingkan dengan

beberapa dekade lalu ketika sistem komunikasi masih didominasi oleh sistem yang

masih menggunakan kabel dalam berbagai jenis dan bentuk sebagai media

penghantarnya. Berbagai macam peralatan rumah tangga dan industri serta sensor

dapat dipantau dan dikendalikan dari jarak dekat maupun jauh secara waktu nyata

(real time) tanpa repot mendatangi ataupun harus memsang kabel. Pengendalian dan

pemantauan berbagai macam perangkat elektronika dari jarak jauh secara nirkabel

dan real time banyak dibutuhkan oleh masyarakat umum khususnya industri yang

memerlukan informasi berbagai macam perangkat elektronika secara akurat dengan

cara yang mudah dan murah.

Pada Tugas Akhir ini diimplementasikan sistem komunikasi data antara sebuah

master berupa komputer desktop/notebook dengan dua buah slave berupa

mikrokontroler ATMega 16. Mikrokontoler ATMega 16 memperoleh input berupa

pembacaan sensor suhu dan pemantauan kondisi pintu terbuka atau tertutup yang

disimulasikan lewat push button kemudian mikrokontroler memberikan output

berupa pengontrolan on dan off beberapa peralatan dengan simulasi led.

Media komunikasi yang digunakan dalam komunikasi ini adalah media radio pada

frekuensi 2,4GHz dengan menggunakan Protokol zigbee yang mengacu pada standar

IEEE 802.15.4 dan Zigbee Aliance, yang direalisasikan secara perangkat keras

dengan menggunakan modul Xbee keluaran MAX Stream. Zigbee adalah standard

komunikasi radio untuk komunikasi data dengan data rate yang rendah serta berbiaya

murah. Sebagai sensor pengukur temperatur digunakan LM35 dan mikrokontroler

menggunakan AVR ATMega16 yang mengolah data untuk dikirim ke master untuk

ditampilkan.

2

1.2 Perumusan Masalah

Permasalahan yang akan dibahas pada tugas akhir ini adalah bagaimana

menggunakan format frame data pada pengiriman dan penerimaan data

menggunakan protokol zigbee di sisi master dan slave untuk memantau dan

mengendalikan peralatan serta sensor secara nirkabel.

1.3 Spesifikasi dan batasan masalah

Batasan masalah yang akan dibahas pada laporan tugas akhir ini adalah:

a. Protokol komunikasi yang digunakan adalah Zigbee,

b. Menggunakan komputer sebagai master dan Mikrokontroler ATmega16

sebagai slave,

c. Modul Zigbee yang digunakan adalah Xbee series 1,

d. Interface di sisi master dibuat menggunakan Bahasa Java dan mikrokontroler

diprogram dengan Bahasa C,

e. Input pada mikrokontroler berupa sensor suhu yang ditampilan di LCD serta

push button, serta

f. Output pada mikrokontroler berupa 8 buah led yang bisa dikontrol per led

ataupun secara bersama-sama;

1.4 Tujuan Tugas Akhir

a. Merancang sistem komunikasi pada suatu perangkat pemantau dan

pengendali.

b. Perangkat ini menggunakan konfigurasi master dan slave, dimana pada

laporan ini adalah merealisasikan slave untuk dipantau dan dikendalikan.

c. Objek yang dipantau adalah suhu ruangan menggunakan sensor suhu dan

push button on/off yang terpasang pada slave dan objek yang dikendalikan di

modelkan dengan menggunakan lampu led

1.5 Metodologi pengerjaan tugas akhir

Pengerjaan tugas akhir ini dibuat dengan melalui tahap sebagai berikut:

a. Identifikasi masalah dan penentuan tujuan, merupakan tahap menentukan

masalah, spesifikasi dan pembatasan masalah, dan tujuan pengerjaan tugas akhir

3

b. Studi literatur, pada tahap ini dilakukan pembelajaran yang mendukung tahap

berikutnya, yaitu;

Pembelajaran komunikasi data dan protokol zigbee dari datasheet Xbee

dan buku serta artikel tentang zigbee,

Pembelajaran mikrokontroler ATMega 16 lewat datasheet Atmega 16

serta beberapa buku yang membahas mikrokontroler.

c. Penentuan spesifikasi desain sistem, merupakan tahap pemilihan spesifikasi

perangkat keras dan perangkat lunak untuk menunjang pengerjaan tugas akhir

d. Perancangan diagram blok sistem, merupakan tahap merancang cara kerja sistem

e. Implementasi perangkat keras dan perangkat lunak, merupakan implementasi

sistem sesuai rancangan dan spesifikasi yang telah ditentukan

f. Integrasi sistem secara keseluruhan, merupakan tahap penggabungan sistem

secara menyeluruh

g. Pengujian sistem dan analisis, merupakan tahap pengujian sistem secara umum

dan secara khusus sesuai blok kerja serta melakukan analisis terhadap hasil

pengujian

h. Penarikan kesimpulan dari sistem yang dibuat

1.6 Sistematika Pembahasan

BAB I. Merupakan bab yang berisi penjelasan latar belakang, perumusan dan

pembatasan masalah, tujuan tugas akhir, metodologi pengerjaan tugas akhir dan

sistematika pembahasan

BAB II. Berisi teori dasar penunjang pengerjaan tugas akhir yang membahas

komunikasi data, protokol zigbee, ATMega 16 serta komponen pada modul penguji.

BAB III. Menjelaskan tahap-tahap perancangan sistem, berisi penentuan spesifikasi

sistem, diagram blok sistem yang dibuat, perancangan perangkat keras dan flowchart

perangkat lunak, dan realisasi perangkat keras dan perangkat lunak

BAB IV. Membahas hasil pengukuran dan pengujian sistem

4

BAB V. Merupakan bab penutup berisi kesimpulan dan saran yang dihasilkan dari

hasil tugas akhir ini.

5

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Komunikasi Data

Komunikasi data adalah transmisi atau pemindahan data dan informasi yang

disajikan oleh isyarat digital diantara komputer dan piranti elektronika yang lain

dalam bentuk digital yang dikirimkan melalui media komunikasi data dalam

berbagai jenis dan bentuk. Komunikasi data tanpa disadari telah menjadi bagian

penting dalam kehidupan masyarakat ditandai dengan tingginya ketergantungan

masyarakat terhadap perangkat elektronik untuk komunikasi data, voice dan video.

Fungsi antara antara data processing (komputer) dan komunikasi data (perangkat

transmisi dan pengalihan) semakin kabur, termasuk perbedaan antara jaringan lokal,

metropolitan dan internet.

2.1.2 Cara Kerja Komunikasi Data

Komputer melaksanakan tugasnya berdasarkan program dan data yang diolahnya.

Data adalah sebuah informasi, sedangkan program berfungsi untuk mengolah data

yang tersimpan di dalam RAM dan harddisk pada komputer, menjadi sesuatu yang

diinginkan dan dimengerti oleh manusia. American Standard Code for Information

Interchange (ASCII) merupakan kode yang dipakai pada komputer. Tabel ASCII

terdiri dari 256 karakter dari 0 desimal sampai 255 desimal. Misalnya, karakter A

memiliki kode decimal 65 atau dalam kode binernya 01000001. Jika di layar monitor

tampil karakter A, komputer hanya mengetahui bahwa ada data biner 01000001 yang

terdiri atas 8 bit. Setelah komputer menerima semua bit, program akan

menerjemahkan data 01000001 tadi sesuai dengan kode ASCII, yaitu karakter A.

6

Gambar 2.1 Model Komunikasi Data

Gambar 2.1 menjelaskan tentang informasi yang akan ditukar adalah sebuah pesan

yang berlabel m. Informasi ini diwakili sebagai data g dan secara umum ditujukan ke

sebuah transmitter dalam bentuk sinyal yang berubah terhadap waktu. Sinyal g(t)

ditransmisikan, umumnya sinyal tidak akan dalam bentuk yang sesuai yang sesuai

untuk transmisi dan harus diubah ke sinyal s(t) yang sesuai dengan karakteristik

medium transmisi. Sinyal tersebut kemudian ditransmisikan melalui medium

tersebut. Pada akhirnya sinyal r(t), yang mana mungkin berbeda dengan s(t),

diterima. Sinyal ini kemudian diubah oleh pesawat penerima ke dalam bentuk yang

sesuai untuk output. Pengubahan sinyal g(t) atau data g adalah sebuah pendekatan

atau perkiraan dari input. Akhirnya peralatan output akan menampilkan pesan

perkiraan tersebut, m, kepada perantara tujuan. Pada gambar 2.1 terdapat :

a. Sistem sumber, merupakan komponen yang bertugas mengirimkan informasi,

misalnya pesawat telepon dan PC (Personal Computer) yang terhubung

dengan jaringan. Tugas sistem sumber adalah membangkitkan data atau

informasi dan menempatkannya pada media transmisi.

b. Transmitter, berfungsi untuk mengubah informasi yang akan dikirim menjadi

bentuk yang sesuai dengan media transmisi yang akan digunakan misalnya

pulsa listrik, gelombang elektromagnetik, dan sebagainya. Sebagai contoh,

sebuah modem bertugas menyalurkan suatu digital bit stream dari PC, dan

7

mentransformasikan aliran bit tersebut sebagai sinyal analog yang dapat

melintasi jaringan telepon.

c. Sistem transmisi, merupakan jalur transmisi tunggal atau jaringan transmisi

kompleks yang menghubungkan sistem sumber dengan sistem tujuan. Sistem

transmisi ini bisa juga berupa kabel, gelombang elektromagnetik atau yang

lain.

d. Sistem tujuan, merupakan sistem yang sama dengan sistem sumber tetapi

berfungsi untuk menerima sinyal dari sistem transmisi dan

menggabungkannya ke dalam bentuk tertentu yang dapat ditangkap pleh

sistem tujuan. Contoh modem berfungsi sebagai pesawat penerima akan

menerima sinyal analog yang datang dan mengubahnya menjadi aliran bit

digital agar dapat diterjemahkan oleh komputer.

e. Protokol yang berupa aturan atau tata cara yang telah disepakati bersama

yang diikuti oleh sistem sumber dan tujuan serta transmisi agar terjadi

komunikasi seperti yang diharapkan.

2.1.3 Media Transmisi

Media transmisi merupakan suatu jalur fisik antara pengirim dan penerima dalam

sistem transmisi data. Beberapa faktor yang berhubungan dengan media transmisi

dan sinyal sebagai penentu keberhasilan transmisi adalah sebagai berikut:

1. Bandwidth (lebar pita)

Semakin besar bandwidth maka semakin besar pula data yang dapat

ditransmisikan.

2. Transmission Impairment (Kerusakan Transmisi)

Untuk media guided, kabel twisted pair secara umum mengalami kerusakan

transmisi lebih daripada kabel coaxial, dan coaxial mengalaminya lebih daripada

serat optik.

3. Interference (interferensi)

Interferensi dari sinyal dalam pita frekuensi yang saling overlapping dapat

menyebabkan distorsi atau dapat merusak sebuah sinyal.

Media transmisi komunikasi data dapat berupa :

8

1. Sepasang kawat (twisted pair) tembaga dengan masing-masing pasangan

membelit satu sama lain. Terdapat dua jenis media ini, yaitu: UTP (Unshielded

Twisted Pair) dan STP (Shielded Twisted Pair).

2. Kabel coaksial: sering digunakan sebagai kabel pengantar gelombang analog

pada TV.

3. Kabel serat optik: merupakan media yang memiliki kemampuan transmisi data

yang paling besar dan melebihi kemampuan media twisted pair dan coaksial.

Media transmisi yang digunakan adalah cahaya.

4. Free space: gelombang elektromagnetik dan gelombang radio.

2.1.4 Sinyal Analog dan Digital

Sinyal analog adalah sinyal data dalam bentuk gelombang yang yang kontinyu,

yang membawa informasi dengan mengubah karakteristik gelombang. Dua

parameter/karakteristik terpenting yang dimiliki oleh isyarat analog adalah

amplitude dan frekuensi. Isyarat analog biasanya dinyatakan dengan gelombang

sinus, mengingat gelombang sinus merupakan dasar untuk semua bentuk isyarat

analog. Dengan menggunakan sinyal analog, maka jangkauan transmisi data

dapat mencapai jarak yang jauh, tetapi sinyal ini mudah terpengaruh oleh derau.

Gelombang pada sinyal analog yang umumnya berbentuk gelombang sinus memiliki

tiga variabel dasar, yaitu amplitudo, frekuensi dan phase:

Amplitudo merupakan ukuran tinggi rendahnya tegangan dari sinyal analog,

Frekuensi adalah jumlah gelombang sinyal analog dalam satuan detik, serta

Phase adalah besar sudut dari sinyal analog pada saat tertentu;

9

Gambar 2.2 Sinyal Analog

Sinyal digital merupakan sinyal data dalam bentuk pulsa yang dapat mengalami

perubahan yang tiba-tiba dan mempunyai besaran 0 dan 1. Sinyal digital

hanya memiliki dua keadaan, yaitu 0 dan 1, sehingga tidak mudah terpengaruh

oleh derau, tetapi transmisi dengan sinyal digital hanya mencapai jarak jangkau

pengiriman data yang relatif dekat. Sebuah bit dapat berupa nol (0) atau satu

(1). Kemungkinan nilai untuk sebuah bit adalah 2 buah (21). Kemungkinan nilai

untuk 2 bit adalah sebanyak 4 (22), berupa 00, 01, 10, dan 11. Secara umum,

jumlah kemungkinan nilai yang terbentuk oleh kombinasi n bit adalah sebesar 2n

buah.

Gambar 2.3 Sinyal Digital

10

Tabel 2.1. Perbedaan antara analog dan digital

Analog Digital

1. Dirancang untuk suara (voice).

2. Tidak efisien untuk data.

3. Banyak terdapat noise dan

rentan kesalahan (error).

4. Kecepatan relative rendah.

5. Overhead tinggi.

6. Setiap sinyal analog dapat

dikonversikan ke bentuk digital.

1. Dirancang untuk data dan suara.

2. Informasi discrete-level.

3. Overhead rendah.

4. Setiap sinyal dapat dikonversikan

ke analog.

Permasalahan umun sinyal analog dan digital antara lain :

1. Atenuasi (Attenuation), merupakan pelemahan sinyal sesuai dengan fungsi jarak.

Pengembalian kualitas sinyal dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu dengan

amplifier untuk sinyal analog dan repeater untuk sinyal digital. 2. Delay distortion, terjadi ketika komponen frekuensi yang berbeda berjalan pada

kecepatan yang berbeda.

3. Derau/ Noise, merupakan tambahan sinyal yang tidak diinginkan masuk

dimanapun di antara pengirim dan penerima. Derau dibagi menjadi empat kategori, yaitu : derau suhu (thermal noise), derau intermodulasi

(intermodulation noise), derau crosstalk, dan derau impuls.

a. Derau Suhu (Thermal Noise)

Disebabkan oleh agitasi termal elektron dalam suatu konduktor. Sering

dinyatakan sebagai white noise. Tidak dapat dilenyapkan.

b. Derau Intermodulasi (Intermodulation Noise)

Disebabkan sinyal pada frekuensi-frekuensi yang berbeda tersebar pada

medium transmisi yang sama sehingga menghasilkan sinyal pada suatu

frekuensi yang merupakan penjumlahan atau pengalian dari frekuensi-

frekuensi asalnya. Misalnya, sinyal frekuensi f1 dan f2 maka akan

mengganggu sinyal dengan frekuensi f1+f2. Hal ini timbul karena ketidak-

linieran transmitter, receiver atau sistem transmisi.

11

c. Crosstalk Noise

Merupakan suatu penghubung antar sinyal yang tidak diinginkan. Dapat

terjadi oleh hubungan elektrikal antara kabel yang berdekatan dan dapat pula

karena energi dari gelombang mikro.

d. Impulse Noise

Terdiri dari pulsa-pulsa tak beraturan atau spike noise dengan durasi pendek

dan dan amplituda yang relatif tinggi. Dihasilkan oleh kilat, kesalahan dan

cacat pada sistem komunikasi. Noise ini merupakan sumber utama kesalahan

dalam komunikasi data digital dan hanya merupakan gangguan kecil bagi

data analog.

Menurut standar American National Standards Institute (ANSI) sistem komunikasi

data dapat dibedakan ke dalam :

a. Simplex, sinyal ditransmisikan dalam satu arah saja. Pihak yang satu

bertindak sebagai pengirim dan yang lain sebagai penerima.

b. Half Duplex, kedua pihak dapat melakukan transmisi tetapi harus bergantian,

ketika yang satu mengirim maka lawannya akan menerima dan sebaliknya.

c. Full Duplex, kedua pihak dapat melakukan transmisi secara simultan, dalam

dua arah pada waktu yang sama.

2.1.5 Protokol

Protokol adalah sebuah aturan yang mendefinisikan beberapa fungsi yang ada

dalam sebuah jaringan komputer, misalnya mengirim pesan, data, informasi dan

fungsi lain yang harus dipenuhi oleh sisi pengirim dan sisi penerima agar

komunikasi dapat berlangsung dengan benar, walaupun sistem yang ada dalam

jaringan tersebut berbeda sama sekali. Protokol ini mengurusi perbedaan format

data pada kedua sistem hingga pada masalah koneksi listrik. Standar protokol yang

terkenal yaitu OSI (Open System Interconnecting) yang ditentukan oleh ISO

(International Standart Organization). Komponen pada protokol :

Aturan atau prosedur yang mengatur pembentukan/pemutusan hubungan,

serta mengatur proses transfer data

12

Format atau bentuk yang berupa representasi pesan

Kosakata yang berupa jenis pesan dan makna masing-masing pesan

Secara umum fungsi dari protokol adalah untuk menghubungkan sisi pengirim dan

sisi penerima dalam berkomunikasi serta dalam bertukar informasi agar dapat

berjalan dengan baik dan benar. Sedangkan fungsi protokol secara detail dapat

dijelaskan berikut:

Fragmentasi dan reassembly

Fungsi dari fragmentasi dan reasembly adalah membagi informasi yang

dikirim menjadi beberapa paket data pada saat sisi pengirim

mengirimkan informasi dan setelah diterima maka sisi penerima akan

menggabungkan lagi menjadi paket informasi yang lengkap dan identik

dengan paket informasi yang dikirim.

Encaptulation

Berfungsi untuk melengkapi informasi yang akan dikirimkan dengan alamat

pengirim dan penerima serta kode-kode koreksi dan lainnya.

Connection control

Berfungsi untuk membangun hubungan komunikasi dari sisi pengirim dan

sisi penerima, dimana dalam membangun hubungan ini juga termasuk

dalam hal pengiriman data dan mengakhiri hubungan.

Flow control

Berfungsi sebagai pengatur perjalanan data dari sisi pengirim ke sisi

penerima

Error control

Berfungsi untuk mengontrol terjadinya kesalahan yang terjadi pada

waktu data dikirimkan.

Transmission service

13

Fungsi dari transmission service adalah memberi pelayanan komunikasi

data khususnya yang berkaitan dengan prioritas dan keamanan serta

perlindungan data.

Protokol jaringan disusun dalam bentuk lapisan supaya jaringan yang dibuat

nantinya tidak menjadi rumit. Pada tiap lapisan ini, jumlah, nama, isi dan fungsi

setiap lapisan berbeda-beda. Akan tetapi tujuan dari setiap lapisan ini adalah

memberi layanan ke lapisan yang ada di atasnya. Susunan dari lapisan ini

menunjukkan tahapan dalam melakukan komunikasi. Antara setiap lapisan yang

berdekatan terdapat sebuah interface yang menentukan layanan lapisan yang di

bawah kepada lapisan yang di atasnya.

2.2 Zigbee

ZigBee adalah satu protokol pada Wireless Personal Area Network (WPAN) yang

hanya memiliki kecepatan komunikasi maksimal 250kbps saja. Jarak maksimal

komunikasinya pada zigbee tergolong pendek (30m-100m). Meskipun maksimal

jarak komunikasi pendek, tetapi zigbee memiliki kelebihan pada pengoperasiannya

yang sangat mudah, bentuknya kecil, murah dan membutuhkan daya yang sangat

rendah (low power consumption). Dua jenis protokol pada Wireless Personal Area

Network (WPAN) adalah Bluetooth dan Ultra Wide Band (UWB) mempunyai data

rate dan jarak yang berbeda dengan zigbee. Zigbee menggunakan tiga buah band

frekuensi yang digunakan secara berbeda-beda, tergantung lokasi penggunaan,

dimana untuk frekuensi 915MHz digunakan di Amerika Serikat, frekuensi 868MHz

digunakan di Benua Eropa, sedangkan frekuensi 2.4GHz digunakan di tempat lainya,

termasuk di Indonesia. Zigbee menggunakan frekuensi 2.4GHz bersama-sama

dengan frekuensi yang digunakan wireless local area network (WLAN) (IEEE

802.11). Frekuensi 2,4 Ghz dibagi ke dalam 26 channel dengan beda frekuensi

sebesar 5 MHz. 11 channel terbawa (1-11) digunakan oleh WLAN, sedangkan 15

channel berikutnya (12-26) digunakan oleh zigbee. Untuk lapisan physical dan MAC

layer, zigbee menggunakan standar IEEE 802.15.4, sedangkan untuk lapisan

diatasnya (network dan aplikasi interface) standar yang digunakan ditentukan oleh

ZigBee Alliance, yaitu sebuah konsorsium dari perusahaan-perusahaan besar yang

memproduksi dan menggunakan protokol zigbee. Zigbee merupakan padanan dari

14

kata Zig dan Bee. Zig berarti gerakan zig-zag dan Bee berarti lebah. Karena memiliki

sifat komunikasi yang mirip dengan komunikasi diantara lebah yang melakukan

gerakan-gerakan tidak menentu dalam menyampaikan informasi adanya madu ke

lebah yang satu ke lebah yang lainnya. Dibandingkan dengan Bluetooth yang

mempunyai kecepatan maksimal dalam transmisi data yang sampai pada 3Mbps

sedangkan zigbee hanya 250kbps, tentunya akan memilih Bluetoth ataupun Ultra

Wide Band (UWB) yang lebih besar lagi 480Mbps, tetapi ternyata dalam kebutuhan

sehari-hari kecepatan pengiriman data tidak selalu diperlulkan. Memang protokol

zigbee tidak memungkinkan saat ini untuk digunakan pada transmisi data yang

membutuhkan kecepatan tinggi seperti untuk transmisi multimedia suara, video atau

data-data yang besar. Tetapi pada kebutuhan transmisi kita sehari-hari yang lainnya,

kita justru lebih sering mem butuhkan komunikasi data yang untuk memantau dan

mengendalikan sensor dan peralatan lainnya yang tidak membutuhkan kecepatan

pengiriman data yang tinggi, tetapi cukup membutuhkan beberapa byte data saja.

Misalnya sensor suhu, kelembaban, cahaya, tekanan dan lain-lain yang banyak

dibutuhkan pada rumah dan pabrik-pabrik hanya membutuhkan beberapa byte data

untuk dapat memantau dan mengendalikan sensor yang banyak dari jarak yang jauh.

ZigBee dapat melakukan komunikasi dengan 65000 perangkat ZigBee dalam waktu

yang bersamaan dengan metode komunikasi multihop ad-hoc tanpa harus melakukan

pengaturan apa pun pada modul zigbee. Jenis komunikasi dalam bentuk bintang

(star) maupun pohon (tree) dapat dilakukan sesame modul zigbee tanpa

memerlukan base station atau access point, sehingga dapat melakukan komunikasi

secara acak (mesh network).

Keuntungan lain yang ditawarkan oleh zigbee adalah dapat dioperasikan dengan

sebuah baterai (tipe kancing) selama satu tahun lebih tanpa berhenti pada peralatan-

peralatan sensor. Karena memiliki protocol stack yang sangat sederhana, dimana

ZigBee dapat mengirimkan data sepanjang 100 huruf (100 byte) saja. Data sekecil ini

sangat bisa dikirim oleh modul zigbee yang memiliki kecepatan pengiriman

250kbps. Bila pada Bluetooth minimal dibutuhkan komputer mikro 32 bit, maka

dengan ZigBee hanya membutuhkan komputer mikro 4 atau 8 bit saja. Selain itu,

Bluetooth membutuhkan waktu inisialisasi sistem puluhan detik, sementara ZigBee

hanya membutuhkan 30ms (sedangkan dari kondisi tidur/sleep sampai bangunnya

15

hanya perlu 15ms) saja. Ini sangat cocok untuk peralatan-peralatan sensor yang

membutuhkan operasi kecepatan waktu on/off yang tinggi.

Teknologi ZigBee merupakan teknologi dengan data rate rendah (Low Data Rate),

biaya murah (Low cost), protokol jaringan tanpa kabel yang ditujukan untuk otomasi

dan aplikasi remote control. Zigbee Aliance dan IEEE bergabung dimana 2 layar

terbawah zigbee menggunakan dan mengadopsi protokol IEEE 802.15.4 dan

sedangkan layar di atasnya menggunakan protokol yang disusun sendiri oleh zigbee

aliance. Zigbee merupakan nama komersial dari teknologi ini.

2.3 Prinsip kerja Zigbee

Protokol Zigbee bekerja dengan cara memanfaatkan kelebihan dari lapisan Physical

dan MAC yang telah teruji dari standar IEEE 802.15.4 dan ZigBee kemudian

menambahkan layar diatasnya untuk jaringan, keamanan (security) dan perangkat

aplikasinya (Application Software).

2.3.1 Zigbee Protocol Stack Layer

Stack protokolnya terdiri atas PHY dan MAC layer dari IEEE, Network/Security

layer serta Application framework dari ZigBee Alliance flatform serta

Application/Profiles yang bisa berasal dari ZigBee atau OEM. Fitur dari Stack

Protocol seperti:

1. Mudah diaplikasikan dengan mikrokontroler berkapasitas rendah.

2. Memiliki stack protocol yang compact

3. Mendukung slave yang amat sederhana sekalipun.

16

Physical Layers

Medium Access Control

Network Layer

Application Support SubLayer

ZigBeeDevive Objects

ApplicationObjects

SecurityServices

Application Layer

IEEE 802.15.4

ZigBee Specificaton

ZDOsManagement

Endpoint Endpoint

ZDOs Public

Interface

Gambar 2.4 Protocol Stack Layer

Fungsi dari setiap bagian dari protocol ZigBee:

1. Layer Aplikasi (Application layer)

Merupakan bagian yang mengkoordinasikan antara kode khusus aplikasi antara

driver perangkat keras dengan segala sesuatu yang diperlukan pada suatu

pembuatan aplikasi. Dibagian ini mencakup ZDOs( Device Objects) yang

berperan untuk:

a. Menentukan peranan dari perangkat ke jaringan (misalnya sebagai Zigbee

Koordinator atau hanya perangkat akhir (end devices).

b. Melakukan inisiatif atau merespon permintaan binding

c. Memastikan koneksi yang aman diantara salah satu perangkat keamanan

ZigBee seperti publickey, symmetric key, dan lain sebagainya.

2. Layer pendukung aplikasi (ApplicationSupport layer)

17

Bagian terendah dari layer aplikasi yang memberikan layanan:

a. Pencarian (Discovery): berkemampuan mencari perangkat lain yang bekerja

didalam wilayah operasi sebuah perangkat.

b. Binding: menyatukan 2 atau lebih perangkat berdasarkan layanan masing-

masing dan kebutuhannya dan juga melanjutkan pesan diantara perangkat

perangkat pembatas.

3. Layer jaringan (Network layer)

Secara dinamis melakukan fungsi-fungsi yang berhubungan dengan jaringan

seperti :

a. Melayani metode pengiriman seperti broadcast, multicast, many-to-one

communication.

b. Melayani tipe topologi jaringan seperti topologi tree dan mesh

c. Melakukan fungsi routing dan keamanan.

d. Dapat memberikan pengalamat pada setiap device yang terhubung pada

jaringan

4. MAC layer

Menerapkan pengalamatan berdasarkan 64-bit IEEE dan pengalamatan pendek

16-bit. MAC mengkoordinasi transceiver untuk mengakses jalur radio bersama

(shared radio link). Karakteristik jaringan:

a. Menghasilkan beacons

b. Mensinkronkan perangkat lain yang terhubung dalam jaringan

c. Melayani metode CMSA/CA yang berfungsi untuk menghindari terjadinya

suatu tabrakan paket.

d. Melayani penyiapan Personal Address Network (PAN)

5. Physical layer

Lapisan PHY merupakan lapisan paling bawah yang berhubungan dengan

hardware serta melayani kontrol dalam komunikasi radio. Layer ini bertugas

sebagai berikut,

a. Mengaktifkan dan menonaktifkan radio

b. Penerimaan dan pengiriman data

c. Menentukan channel frekuensi

18

2.3.2 Karakteristik dan Topologi jaringan

Karakteristik dasar dari sebuah jaringan ZigBee:

1. Memiliki hampir 65536 node (216) jaringan (Client).

2. Optimatisasi untuk aplikasi yang kritis terhadap waktu.

3. Koneksi ke jaringan: 30 ms (tipikal)

4. Waktu aktifasi dari sleep slave: 15ms (tipikal)

5. Akses kanal slave aktif: 15 ms (tipikal)

ZigBee memiliki 3 topologi model jaringan yaitu topologi star, Mesh (Peer to Peer)

serta Cluster Tree.

Gambar 2.5 Model Topologi Jaringan Zigbee

a. Topologi Star

Pada topologi star komunikasi dilakukan antara perangkat dengan sebuah pusat

pengontrol tunggal, disebut sebagai koordinator Personal Area Network (PAN).

Aplikasi dari topologi ini bisa untuk otomasi rumah, perangkat personal computer

(PC), serta mainan anak-anak. Setelah sebuah FFD diaktifkan untuk pertamakali

maka FFD akan membuat jaringannya sendiri dan menjadi koordinator PAN. Setiap

jaringan star akan memilih sebuah pengenal PAN yang tidak sedang digunakan oleh

jaringan lain didalam jangkauan radionya. Ini akan mengijinkan setiap jaringan star

untuk bekerja secara mandiri.

b. Topologi Mesh (Peer to peer)

Dalam topologi peer to peer juga hanya ada satu koordinator PAN. Berbeda dengan

topologi star, setiap perangkat dapat berkomunikasi satu sama lain sepanjang ada

19

dalam jarak jangkauannya. Peer to peer dapat berupa ad hoc, Self-organizing dan

self healing. Penerapannya seperti pengaturan di industri dan pemantauan, jaringan

sensor tanpa kabel, pencarian aset dan inventory yang akan mendapat keuntungan

dengan memakai topologi ini.

c. Topologi Cluster Tree

Cluster tree merupakan sebuah model khusus dari jaringan peer to peer dimana

sebagian besar perangkatnya adalah FFD dan sebuah RFD mungkin terhubung ke

jaringan cluster tree sebagai node tersendiri di akhir dari percabangan. Salah satu

dari FFD dapat berlaku sebagai koordinator dan memberikan layanan sinkronisasi ke

perangkat lain dan koordinator lain. Hanya satu dari koordinator ini adalah

koordinator PAN.

Koordinator PAN membentuk cluster pertama dengan membentuk Cluster head

(CLH) dengan sebuah cluster identifier (CID) nol, memilih sebuah pengenal PAN

yang tidak terpakai dan memancarkan frame-frame beacon ke perangkat sekitarnya.

Sebuah perangkat menerima frame beacon mungkin meminta untuk bergabung ke

jaringan CLH. Jika koordinator PAN mengijinkan untuk bergabung, maka akan

menambahkan perangkat baru ini sebagai perangkat turunannya dalam daftar

perangkat disekitarnya. Proses ini berlanjut dilakukan oleh perangkat yang baru itu

ke perangkat sekitarnya. Keuntungan dari struktur cluster adalah peningkatan daerah

jangkauan seiring dengan peningkatan biaya untuk latency pesan.

2.3.3 Keuntungan menggunakan Zigbee

Keunggulan utama dari ZigBee adalah berdaya rendah (low power) sehingga

meskipun hanya disuplai dengan baterai biasapun mampu untuk dihidupkan,

melakukan pengecekan, mengirim data dan mematikan hanya dalam waktu kurang

dari 30 ms. Ini akan membuat baterai menjadi tahan lama. Jika sebuah titik disusun

untuk penggunaan frame beacon dan GTS saja maka waktu on-air bisa ditekan

hingga 3 ms. Hal ini bisa dicapai dengan hanya sebuah IC transceiver dengan fungsi

PHY dan MAC serta pekerjaan ringan yang cukup dijalankan dengan mikrokontroler

8 bit. Keperluan memori flash ZigBee berkisar antara 16 hingga 60 KB bergantung

dari kerumitan peralatan, fitur dari stack serta apakah sebuah perangkat RFD atau

FFD.

20

2.3.4 Mode Operasi Zigbee

Pada protokol Zigbee, terdapat 2 mode operasi yang dapat dipilih sesuai kebutuhan

yaitu mode Transparant dan mode API. Berikut ini adalah spesifikasi operasi dari

kedua mode API dan Transparant tersebut, yaitu

1. Mode Transparant

Sederhana, tidak perlu melakukan penambahan frame untuk

pengiriman data, karena semuanya sudah di atur oleh Zigbee

Ditujukan untuk komunikasi point to point, dapat dilakukan

komunikasi ke multipoint degan catatan masuk mode command setiap

mau mengganti alamat tujuan

Kompatibel dengan setiap peralatan yang menggunakan komunikasi

serial

2. Mode API

Data yang dikirimkan harus disusun berdasarkan frame-frame yang

dibutuhkan

Dapat melakukan komunikasi secara point to point, serta point to

multipoint

Paket yang diterima dilengkapi dengan informasi kekuatan signal

(RSSI) dan alamat pengirim (source address)

Adanya pemberitahuan status pengiriman saat melakukan pengiriman

Paket data memasukkan checksum untuk integritas data.

2.4 Mikrokontroler ATMega16

ATmega16 adalah salah satu produk mikrokontroler dari salah satu perusahaan

mikrokontroler ternama di dunia, yaitu ATMEL. ATmega16 merupakan

mikrokontroler 8-bit CMOS yang dibangun menggunakan basis arsitektur AVR

RISC. ATmega16 memiliki kelebihan yaitu mampu mencapai keluaran yang sepuluh

kali lebih cepat daripada mikrokontroler CISC pada umumnya. Hal ini karena ke 32

21

register kerja dalam mikrokontroler terhubung secara langsung pada Arithmetic

Logic Unit (ALU) yang memungkinkan dua register berbeda diakses pada satu

instruksi yang dijalankan pada satu siklus clock. Mikrokontroler ini dibangun dengan

teknologi high density nonvolatile memory dari ATMEL.

ATMega16 menggunakan arsitektur Harvard dengan memisahkan antara memori dan

bus untuk program dan data untuk memaksimalkan kemampuan dan kecepatan.

Instruksi dalam memori program dieksekusi dengan pipelining single level dimana

ketika satu instruksi dieksekusi, instruksi berikutnya diambil dari memori program.

Konsep ini mengakibatkan instruksi dieksekusi setiap siklus clock. CPU terdiri dari

32x8 bit general purpose register yang dapat diakses dengan cepat dalam satu siklus

clock, yang mengakibatkan operasi Arithmetic Logic Unit (ALU) dapat dilakukan

dalam satu siklus. Pada operasi ALU, dua operand berasal dari register, kemudian

operasi dieksekusi dan hasilnya disimpan kembali pada register dalam satu siklus

clock. Operasi aritmetik dan logika pada ALU akan mengubah bit-bit yang terdapat

pada Status Register (SREG).

Konfigurasi pin ATMega16 dengan kemasan 40 pin DIP (Dual In-line Package)

seperti pada gambar 2.6.

Gambar 2.6 Pin pada ATMega 16

22

Konfigurasi pin ATMega16 mempunyai fungsi sebagai berikut :

1. Vcc merupakan pin yang berfungsi sebagai masukan catu daya.

2. GND merupakan pin ground

3. Port A (PA07) merupakan pin input/output dua arah dan pin masukan

ADC.

4. Port B (PB07) merupakan pin input/output dua arah dan pin dengan fungsi

khusus seperti SPI, MISO, MOSI, SS, AIN1/OC0, AIN0/INT2, T1, T0,

T1/XCK

5. Port C (PC07) merupakan pin input/output dua arah dan pin dengan fungsi

khusus, TOSC2, TOSC1, TDI, TD0, TMS, TCK, SDA, SCL

6. Port D (PD07) merupakan pin input/output dua arah dan pin dengan fungsi

khusus, seperti RXD, TXD, INT0, INT1, OC1B, OC1A, ICP1

7. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler.

8. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal

9. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC

10. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC

23

BAB III

PERANCANGAN SISTEM

3.1. Analisis Kebutuhan Sistem

Implementasi komunikasi data master dan slave menggunakan protokol zigbee

merupakan sebuah sistem yang membutuhkan gabungan perangkat keras dan

prangkat lunak. Perangkat keras yang dibutuhkan adalah objek yang dipantau dan

dikendalikan berupa sensor suhu untuk pemantauan suhu ruangan, push button on/off

untuk memodelkan keadaan terbuka/tertutup serta objek yang dikendalikan yang

dimodelkan dengan penyalaan dan pemadaman led. Objek yang dipantau serta

dikendalikan ini terhubung ke mikrokontroler yang jaraknya terpisah jauh dari

pemantau dan pengendali. Mikrokontroler dalam sistem ini berfungsi senbagai slave

yang menunggu perintah dan permintaan dari master. Karena jarak terpisah tersebut,

dibutuhkan alat komunikasi yang dalam hal ini digunakan radio modul xbee. Radio

modul xbee di sisi slave berkomunikasi dengan radio modul zbee yang sama di sisi

master. Perangkat lunak digunakan pada masing-masing master dan slave. Perangkat

lunak pada master digunakan untuk menampilkan secara visual pemantauan dan

pengendalian di sisi slave, sedangkan pada sisi slave berfungsi untuk merespon

permintaan dari master serta mengirimkan kembali ke master data yang diminta.

3.2 Analisis Spesifikasi Desain Sistem

Pada perancangan Implementasi komunikasi data Master dan Slave menggunakan

protokol zigbee dibutuhkan komponen sebagai berikut :

a. Master menggunakan Personal Computer (PC) / notebook yang berfungsi

untuk menjalankan aplikasi pemantauan dan pengendali rangkaian penguji

serta digunakan juga untuk mengkonfigurasi parameter zigbee sebelum

modul Xbee digunakan

b. Slave menggunakan Mikrokontroler ATMega 16 yang diprogram untuk

memantau dan mengendalikan beberapa objek berdasarkan permintaan dan

protokol yang ditentukan

c. Pamantauan suhu ruangan berupa sensor suhu

24

d. Objek yang dikendalikan yang dimodelkan dengan menyalakan dan

memadamkan led

e. Dua status berlawanan dari sebuh objek yang dimodelkan dengan push button

on/off

f. Karena jarak yang terpisah antara pemnatau dan pengendali dengan objek

yang dipantau serta dikendalikan maka dibutuhkan perangkat komunikasi

dalam hal ini modul radio xbee yang menggunakan protokol zigbee.

3.3 Diagram Blok Desain Sistem

Xbeemaster

Xbeeslave

Xbeeslave

Gambar 3.1 Blok diagram sistem secara keseluruhan

Diagram blok pada gambar 3.1 merupakan gambaran sistem secara keseluruhan yang

dibagi menjadi dua buah blok yaitu blok master dan slave. Dengan masing-masing

radio modul Xbee terhubung ke PC/notebook maupun mikrokontroler menggunakan

menggunakan koneksi serial. Pada blok master, modul radio frekuensi xbee

disambungkan ke PC menggunakan xbee USB adapter, sedangkan pada modul slave

radio frekuensi xbee, sensor suhu, push button on/off serta led disambungkan

langsung ke pin-pin mikrokontroler menggunakan kabel. Komunikasi data dilakukan

25

dari master dalam hal ini aplikasi pemantau dan pengendali pada PC. Mikrokontroler

pada slave yang telah diprogram untuk dapat memantau dan mengendalikan objek

yang tersambung ke dirinya, hanya menunggu perintah dan data dari aplikasi PC

pada master, dan berdasarkan perintah dan data yang diterimanya, mikrokontroler

akan merespon kembali ke master dengan paket data sesuai dengan permintaan

master. Aplikasi pemantau dan pengendali pada PC akan mengirimkan perintah dan

data ke slave tertentu menggunakan identitas (ID) dari masing-masing modul xbee

di slave yang sebelumnya telah diset, termasuk ID dari modul xbee di master.

Komunikasi hanya antar master dan slave, tanpa ada komunikasi sesama slave.

3.4 Batasan Desain Sistem

Realisasi sistem komunikasi data master dan slave dengan protokol zigbee ini desain

sistemnya dibatasi pada :

a. Slave yang digunakan berjumlah dua

b. Inisiasi komunikasi berasal dari master, slave hanya menunggu paket data

dari master.

c. Protokol komunikasi yang digunakan adalah Zigbee pada mode Aplication

Programming Interface (API)

d. Suhu yang dipantau oleh sensor suhu diasumsikan pada suhu ruangan, modul

sensor suhu didesain untuk membaca suhu dari range 00C 500C.

e. Objek yang dikendalikan disimulasikan dengan 8 buah led yang dinyalakan

dan dipadamkan.

f. Status keadaan berlawanan sebuah objek disimulasikan pada push button

on/off.

3.5 Spesifikasi Teknis

Berikut adalah spesifikasi teknis dari komponen utama yang digunakan dalam sistem

ini :

a. Mikrokontroler yang digunakan adalah ATMega 16

b. Modul Radio Frekuensi Xbee :

26

i. Part Number: XB24-A, series 1

ii. Jangkauan : sampai 30 meter dalam ruangan dan 90 meter pada

keadaan Line of Sight (LOS) di luar ruangan

iii. Frekuensi Operasi : 2,4 Ghz

iv. Daya Pancar : 1mWatt

v. RF data rate : 250 kbps

vi. Serial Interface Data rate : 1200 bps 250000 bps

vii. Jumlah channel : 16

viii. Supply voltage : 2,8 3,4V

c. Sensor Suhu LM35 yang memantau secara diskrit :

i. Tegangan berubah 10mV/0C

ii. Range sensing suhu : -55 sampai + 150 0C, yang pada sistem ini

dirancang untuk bekerja pada suhu 00C 500C

d. Aplikasi pada master menggunakan Pemrograman Java sedangkan pada

mikrokontroler dengan Pemrograman C.

3.6 Komponen Sub Sistem Perangkat Keras

Komponen perangkat keras pada slave terdiri dari Mikrokontroler Atmega 16 yang

disambungkan langsung dengan perangkat komunikasi berupa modul radio frekuensi

Xbee serta komponen yang dipantau dan dikendalikan yaitu led, sensor suhu dan

push button on/off.

3.6.1 Mikrokontroler ATmega 16

Objek yang dipantau dan dikendalikan disambungkan dengan mikrokontroler

Atmega 16 pada port sebagai berikut :

a. Output dari modul sensor suhu dihubungkan dengan ADC 1 yang berada pada

PA1

b. Push button on/off disambungkan dengan PA 0

27

c. 8 buah led disambungkan ke PC 0 sampai PC 7

d. Pin TX/RX dari modul Xbee disambungkan dengan PD 0 dan PD 1

Gambar 3.2 Sistem minimum Atmega 16

3.6.2 Modul Xbee

Modul radio frekuensi Xbee membutuhkan tegangan kerja 3,3 V yang berbeda

dengan tegangan VCC pada mikrotkontroler yaitu 5V. Untuk itu dibuatkan modul

terpisah untuk Xbee pada slave dengan memasang regulator yaitu LM 1117-3.3 untuk

mendapatkan keluaran tegangan 3,3 Volt bagi modul Xbee. Pin 2 dan 3 yang

merupakan DOUT dan Din dari Xbee disambungkan ke Mikrokontroler Atmega 16

pada PD 0 dan PD 1. Skematik interface modul radio frekuensi xbee di slave

ditampilkan pada gambar 3.3.

Gambar 3.3 Skematik modul interface Xbee di slave

X1

11.0592MHz

PB0 (XCK/T0)1

PB1 (T1)2

PB2 (AIN0/INT2)3

PB3 (AIN1/OC0)4

PB4 (SS)5

PB5 (MOSI)6

PB6 (MISO)7

PB7 (SCK)8

RESET9

PD0 (RXD)14

PD1 (TXD)15

PD2 (INT0)16

PD3 (INT1)17

PD4 (OC1B)18

PD5 (OC1A)19

PD6 (ICP)20

PD7 (OC2)21

XTAL212

XTAL113

GND11

PC0 (SCL)22

PC1 (SDA)23

PC224

PC325

PC426

PC527

PC6 (TOSC1)28

PC7 (TOSC2)29

AREF32

AVCC30

GND31

PA7 (ADC7)33

PA6 (ADC6)34

PA5 (ADC5)35

PA4 (ADC4)36

PA3 (ADC3)37

PA2 (ADC2)38

PA1 (ADC1)39

PA0 (ADC0)40

VCC10

IC1

ATmega16

1 23 45 67 89 10

PC

VCC

1 23 45 67 89 10

PA

VCC

PA0 PA1PA2 PA3PA4 PA5PA6 PA7

PC0 PC1PC2PC4 PC5PC6 PC7

PC3

12345678910

PD

VCC

12345678910

PB

VCC

PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7

PD0PD1PD2PD4PD5PD6PD7

PD3

C222p

C122p

R14K7

S1

Reset

VCC

C3

10nF

C4100nF

PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7

PD0PD1PD2

PD4PD5PD6PD7

PD3

PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7

PC0PC1PC2

PC4PC5PC6PC7

PC3

VCCRST

GND1

IN3

OUT2

OUT4

IC1

REG1117-3.3C110uF

C222uF R1

470 R215K

R3

10K

L1

1 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 20

Connector1

Xbee

VCC

12

Connector2

ATMega16

RXTX

28

3.6.3 Sensor Suhu

Untuk mengukur suhu ruangan digunakan komponen sensor LM35 yang mempunyai

alih fungsi 10mV/0C yang dirancang untuk bekerja pada daerah pengukuran 0 0C

50 0C dengan tegangan kerja 0- 5V, dan komponen pengkondisian sinyal yaitu Op-

Amp tipe LF444. Sensor suhu akan mengubah besaran suhu ke besaran tegangan

yang kemudian oleh komponen pengkondisian sinyal dikuatkan dari 0-500mV

dikuatkan 10 kali menjadi 0V 5V, jadi pada 0V setara dengan 00C dan 5V setara

dengan 500C. Skematik modul sensor suhu ditampilkan pada gambar 3.4.

Gambar 3.4 Skematik modul sensor suhu

3.7 Komponen Sub sistem Perangkat Lunak Pada Slave

Pada mikrokontroler, perangkat lunak diprogram menggunakan Pemrograman C.

Perangkat lunak pada mikrokontroler berfungsi untuk mengendalikan dan memantau

objek seperti led, sensor suhu dan push button, berdasarkan instruksi yang diterima

dari master, memproses instruksi tersebut dan mengirimkan respon balik ke master.

Sebelumnya beberapa prosedur pada mikrokontroler perlu diinisialisasi, seperti

ditunjukkan flowchart pada gambar 3.5.

VOUT2

+VS3

1

GND

Sensor SuhuLM35DZ

C3100nF

C4100nF

R4

10K

R5

50K

R6

10K

R8

20K

1K

R75K

2

31

41

1

1

IC2ALF444CN 4

11

5

67

2

IC2BLF444CN

VCC+12V

-12V

+12V

-12V

12

Connector ADC

ATMega16

29

Gambar 3.5 Flowchart inisialisasi prosedur ATMega 16

Pada gambar diatas terdapat beberapa inisialisasi prosedur pada ATMega 16, antara

lain

Inisialisasi Port yang akan digunakan sebagai Output dan Input

1. Port A sebagai input ADC dan push button on/off

2. Port B sebagai output LCD

3. Port C sebagai output LED

4. Port D sebagai output Tx dan Rx Xbee

Inisialisasi UART yang digunakan sebagai syarat terjadinya komunikasi

secara Asyncrounus. Konfigurasi register ATMega 16 yang melayani fungsi

UART dengan mode 9600N81

30

Inisialisasi terima dan kirim data, konfigurasi register ATMega 16 yang

melayani fungsi receive dan transmit data

Inisialisasi fungsi proses ADC, konfigurasi register ATMega 16 yang

melayani fungsi ADC, antara lain

1. Data yang dikonversi sebanyak 10bit

2. Menggunakan tegangan referensi 5V

Ketika mikrokontroler menerima data dari master, maka mikrokontroler melakukan

proses seperti digambarkan pada flow chart pada gambar 3.6.

Gambar 3.6 Flowchart prosedur eksekusi pesan

Pada gambar 3.6, pesan yang diterima dari master akan diproses dengan urutan

sebagai berikut :

31

Terima data sebanyak 11 Byte, dan potong data pertama yaitu Start Delimiter

sehingga data yang diurutkan ke dalam variabel array hanya 10 Byte

Urutkan data yang akan digunakan sebagai syarat transmit, seperti berikut :

1. Data ke-0 sebagai MSB Length

2. Data ke-1 sebagai LSB Length

3. Data ke-2 sebagai MSB Source Address

4. Data ke-3 sebagai LSB Source Address

(Data ke-2 dan ke-3 di atas akan digunakan sebagai destination

address pada proses transmit data ke master)

5. Data ke-7 berisikan command status sebagai berikut

0x00 untuk menyalakan led

0x01 untuk memadamkan led

0x02 untuk cek suhu

0x03 untuk cek status push button on/off

6. Data ke-8 berisikan data eksekusi led ke-1 sampai ke-8, sedangkan

untuk cek suhu dan push button data tersebut diabaikan

Kirim respon balik ke master berupa RF data yang didapat dari hasil

eksekusi perintah kembali ke master.

Prosedur untuk melakukan transmit data berupa status dari eksekusi di atas kembali

ke master digambarkan pada flowchart seperti pada gambar 3.7.

32

Gambar 3.7 Flowchart transmit data

Flow chart pada gambar 3.7 merupakan alur dari penyusunan frame data untuk

dikirim ke master, yaitu

Set Start Delimiter = 0x7E

Set MSB Length = 0x00

Set LSB Length = 0x07

Set API ID = 0x01 (API Transmit)

33

Set Frame ID = 0x01, setiap proses pengirim selalu bertambah 1 dan jika

frame id lebih besar dari 255 maka akan di set kembali menjadi 1

Set MSB Destination Address = Data ke-2 dari proses message

Set LSB Destination Address = Data ke-3 dari proses message

Set Option = 0x00

Get Command Data :

1. 0x00 = Lampu ON

2. 0x01 = Lampu OFF

3. 0x03 = Cek Push button ON/OFF

4. Pada cek suhu, byte ini digunakan sebagai MSB hasil proses ADC

Get Data :

1. Led ON, 8bit merepresentasikan ke PortC0-C7

2. Led OFF, 8bit merepresentasikan ke PortC0-C7

3. Cek Push ON/OFF, 8bit tidak digunakan (set = 0x00)

4. Pada cek suhu, byte ini digunakan sebagai LSB hasil proses ADC

Calculate Checksum = 0xFF - Frame data (Set API ID + Set Frame ID +

Set MSB Destination + Set LSB Destination + Set Option + Get Command

Data + Get Data)

3.8 Perancangan Protokol Komunikasi

Perancangan protokol komunikasi sistem ini menggunakan aturan protokol dari

Zigbee menggunakan mode Application Programming Interface (API) yang

mempunyai aturan dan struktur tertentu agar dapat terjadi transmisi. Berikut

diilustrasikan struktur frame data pada mode API, seperti pada gambar 3.9.

34

Gambar 3.8 Struktur frame data pada mode API Gambar 3.8 merupakan struktur frame data pada mode API dengan fungsi sebagai berikut :

a. Start Delimiter (0x7E) berfungsi sebagai penanda awal frame data

b. Length berfungsi untuk menghitung panjang data(Frame Data) yang

akan dikirim (mulai setelah length sampai sebelum checksum).

c. Frame data berisikan API type dan RF data

d. Checksum berfungsi untuk pengecekan keutuhan data yang dikirim,

dengan ketentuan sebagai berikut,

Perhitungan : 0xFF - Frame data

Hasil penjumlahan frame data yang digunakan untuk

pengurang hanya 8 bit terkecil

Verifikasi : Frame data + Checksum = 0xFF

Pada mode API terdapat beberapa jenis API ID yang berfungsi sebagai pengenal /

pemberi informasi dari isi data yang tergabung dalam Frame data dan yang

digunakan untuk tujuan tertentu, dan yang diimplementasikan dalam perancangan

sistem ini adalah untuk fungsi transmit dan receive sebagai berikut :

a. Transmit Request 16 bit

Gambar 3.9 Frame data Transmit request 16 bit

35

Keterangan : Start Delimiter = 0x7E

Length (MSB dan LSB) = panjang byte dari cmdID sampai cmdData

cmdID = 0x01

Frame ID = 0x01 (bertambah satu setiap kali pengiriman)

Destination Address = 16 bit

Option = 0x00

RF Data (2 Byte) =

Checksum = 0xFF Frame data

b. Transmit Status

Gambar 3.10 Frame data Transmit status

Keterangan : Start Delimiter = 0x7E


cmdID = 0x89

Data Command

36

Frame ID = 0x01

Status =

0x00 : Sukses

0x01 : Tidak ada ACK

0x02 : CCA failure

0x03 : Purged

Checksum = 0xFF ( cmdID + cmdData)

c. Receive Status 16 bit

Gambar 3.11 Frame data Receive status 16 bit Keterangan :

Start Delimiter = 0x7E


cmdID = 0x81

Source Address = 16 bit

37

RSSI = Received Signal Strenght Indicator

Option = 0x00

RF Data (2 Byte) =

Checksum = cmID + cmdData + Checksum = 0xFF

Data Command

38

BAB IV

IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN SISTEM

4.1 Implementasi Perangkat Keras

Modul perangkat keras yang terpisah-pisah pada slave diintegrasikan menjadi satu

kesatuan modul slave yang terdiri atas, modul sistem minimum Atmega 16, modul

radio frekuensi xbee, sensor suhu, liquid crystal display (LCD), 8 buah led, push

button on/off serta catu daya. Sebelum diintegrasikan, dilakukan konfigurasi dan

kalibrasi seperti berikut :

4.1.1 Konfigurasi Modul Xbee

Modul Xbee secara default berada pada mode transparent dan bertindak sebagai End

Devices, dan agar bekerja sesuai dengan yang dirancang, maka dilakukan konfigurasi

menggunakan Sofware X-CTU seperti ditampilkan pada gambar 4.1.

Gambar 4.1 Konfigurasi parameter modul Xbee

39

Modul Xbee dihubungkan ke PC menggunakan koneksi Universal Serial Bus (USB),

dan dari aplikasi X-CTU dilakukan konfigurasi untuk ketiga modul Xbee baik pada

master serta slave dengan parameter seperti pada tabel 4.1.

Tabel 4.1 : Konfigurasi parameter modul Xbee

No. Command Xbee-1

(Master) Xbee-2 (Slave1)

Xbee-3 (Slave2)

Keterangan

1 ATCE 1 0 0 Coordinator /end device

2 ATMY 1 2 3 Source Address

3 ATID 3332 3332 3332 PAN ID

4 ATCH C C C Channel

5 ATAP 1 1 1 Mode API

6 ATWR OK OK OK Simpan perubahan

4.1.2 Konfigurasi dan Kalibrasi Sensor Suhu LM 35

Sensor suhu LM35 perlu dikalibrasi agar hasil pengukuran mendekati nilai

sebenarnya. Kalibrasi dilakukan dengan menyamakan nilai pengukuran termoter

dengan nilai keluaran sensor suhu. Kalibrasi dilakukan pada beberapa nilai suhu

yang berbeda. Kalibrasi yang dilakukan pada sensor suhu dalam sistem ini adalah

kalibrasi hardware yaitu dengan menggeser resistor variabel pada modul sensor suhu.

Suhu yang diukur oleh sensor dalam bentuk tegangan, sehingga mikrokontroler perlu

melakukan konversi dari nilai tegangan dalam bentuk analog tersebut menjadi nilai

digital oleh ADC channel 1 (PA1) dengan menggunakan 10 bit dengan perhitungan

berikut :

=

, Vref = 5v

Sedangkan untuk mendapatkan nilai Vin yang telah dikonversi menjadi bentuk

digital menggunakan perhitungan berikut :

= 5

1024

Hasil konversi tersebut ditampilkan di layar LCD dan juga dikirimkan ke master,

nilai yang tertulis di LCD harus sama dengan nilai yang tampil di master. Nilai hasil

konversi yang ditampilkan dicoba dalam dua metode yaitu dengan nilai integer dan

dengan nilai floating point (pecahan, ada angka di belakang koma). Perbedaan nilai

yang ditampilkan dibahas pada bagian pengujian.

40

4.1.3 Tampilan Fisik Perangkat Keras pada Slave

Tampilan fisik dari modul-modul yang terpisah pada slave ditampilkan pada gambar

4.2.

Gambar 4.2 Tampilan perangkat keras yang terpisah pada slave

Setelah perangkat keras pada slave digabungkan dan diintegrasikan dengan sofware

dan dipantau dan dikendalikan dari master, tampilan fisik-nya diperlihatkan pada

gambar 4.3.

Gambar 4.3 Tampilan perangkat keras terintegrasi secara hardware /software

41

4.2 Implementasi Perangkat Lunak

Pemrograman pada mikrokontroler menggunakan Software AVR Studio 4.0 dengan

bahasa pemrograman C. Ketika memulai, diset mikrokontroler yang digunakan yang

dalam hal ini Atmega 16. Tampilan AVR Studio seperti pada gambar 4.4.

Gambar 4.4 Tampilan AVR Studio 4.0 pemrograman mikrokontroler

4.2.1 Inisialisasi Komunikasi Serial

Mikrokontroler diinisialisasi untuk dapat menggunakan komunikasi serial dengan

format UART dengan mode 9600N81. Nilai UBRR didapatkan dengan perhitungan :

.UBRR =

-1 , dimana fosc = 7,3728MHz dan baud rate = 9600bps

Potongan source code untuk inisialisasi tersebut ditunjukkan pada gambar 4.5

Gambar 4.5 Listing program inisialisasi komunikasi serial

void initUART(){ UCSRB = 0x00; UCSRA = 0x00; UCSRC = (1

42

4.2.2 Inisialisasi ADC, proses ADC dan menampilkan nilai pembacaan

Sebelum memulai konversi analog ke digital, register yang melayani konversi ADC

perlu diset. Proses ADC juga ditampilkan pada gambar 4.6

Gambar 4.6 Listing program inisialisasi ADC, proses ADC dan menampilkan nilai

pembacaan

Pada Atmega 16 proses ADC mengkonversi nilai analog menjadi 10 bit nilai digital,

proses di atas mengaktifkan ADC dengan clock sebesar 115,2 Khz yang didapatkan

dari fosc/bilangan pembagi yang diset olerh ADPS2 dan ADPS 1, Vref = 5V, serta

ADC yang digunakan adalah Chanel 1. Di dalam fungsibacaKonversi proses ADC

dimulai, dan menunggu sampai proses selesai. Fungsi ini akan mengembalikan nilai

void initADC(){ ADCSRA = (1

43

ADC dalam bentuk word (16 bit). Nilai Vin dalam bentuk digital didapatkan dengan

perhitungan : :

= 5

1024

Nilai variabel Volt ditampilkan di LCD, sedang untuk pengiriman ke master

menggunakan nilai dari variabel desimal dengan cara hasil bagi 100, sedang dua

angka di belakang koma didapatkan dengan cara sisa bagi 100.

4.3 Kriteria Pengujian

Pengujian dilakukan untuk membuktikan teori dan memberikan kesimpulan. Nilai

yang perlu diuji :

a. Nilai tegangan pada power supply

b. Nilai tegangan pada Input untuk modul Xbee

c. Nilai tegangan pada led dan push button

d. Nilai tegangan Vout Sensor pada keadaan pembacaan integer dan floating point

e. Pengujian protokol zigbee

f. Pengujian transmisi data

4.3.1 Pengujian tegangan pada power supply

Pengujian tegangan pada power supply masing-masing untuk modul slave 1 dan

modul slave 2, dengan input masing-masing untuk modul mikrokontroler dan modul

sensor suhu.

Tabel 4.2 Hasil pengujian tegangan pada power supply

Titik Pengukuran Hasil Pengukuran

Vin AC 212,4 V (AC)

Vin untuk Mikrokontroller 1 11,89 V

Vin untuk Mikrokontroller 1 11,89 V

Vin + untuk Sensor Suhu 1 11,89

Vin - untuk Sensor Suhu 1 -11,89

44

Vin + untuk Sensor Suhu 2 11,89

Vin - untuk Sensor Suhu 2 -11,89

Hasil pengkuran pada tabel 4.2 memperlihatkan bahwa tegangan yang diukur tidak

terlalu jauh dari nilai yang diharapkan (12 V dan -12 V).

4.3.2 Pengujian tegangan pada modul Xbee

Modul rangkaian xbee mengambil catu daya dari modul mikrokontroler. Modul Xbee

bekerja pada tegangan Vcc sebesar 3,3 V. Untuk itu dipasang regulator LM1117-3.3

untuk mendapatkan Vcc sebesar 3,3 V.

Tabel 4.3 Hasil Pengukuran tegangan pada Modul Xbee 1


Vin 4,99 V

Vout 3,298

Tabel 4.4 Hasi;l Pengukuran tegangan pada Modul Xbee 2


Vin 5,02 V

Vout 3,307

Hasil pengukuran tegangan yang ditabulasikan pada tabel 4.2 dan 4.3 di atas

memperlihatkan tegangan yang dibutuhkan modul Xbee sesuai dengan yang

diharapkan (3,3V).

4.3.3 Pengujian Tegangan pada LED dan Push button on/off

Pengujian tegangan pada led yang terhubung dengan PortC 0 - Port C0 , dilakukan

pada saat keadaan led menyala dan padam, dan didapatkan hasil pengukuran yang

ditabulasikan pada tabel 4.5 dan tabel 4.6

45

Tabel 4.5 Hasil pengukuran tegangan led on/off pada slave 1

No. ON OFF 1 0,072 4,99 2 0,081 4,99 3 0,080 4,99 4 0,080 4,99 5 0,079 4,99 6 0,076 4,99 7 0,076 4,99

Tabel 4.6 Hasil pengukuran tegangan led on/off pada slave 2

No. ON OFF 1 0,078 5,02 2 0,079 5,02 3 0,078 5,02 4 0,079 5,02 5 0,078 5,02 6 0,078 5,02 7 0,074 5,02

Pada push button on/off yang terhubung pada port A0 sebagai input yang merubah

status awal dari PINA0 ketika push button ditekan, dan mengembalikan nilai menjadi

status awal dengan menekannya kembali. Hasil pengukuran tegangan ditabulasikan

pada tabel 4.7 dan tabel 4.8.

Tabel 4.7 Hasil pengukuran tegangan pada input push button on/off slave 1

No. Status Tegangan 1 Keadaan Low 0,133 2 Keadaan High 4,98

Tabel 4.8 Hasil pengukuran tegangan pada input push button on/off slave 2

No. Status Tegangan 1 Keadaan Low 0,139 2 Keadaan High 5,01

Hasil pengukuran pada tabel 4.4, 4.5, 4.6 dan 4.7 di atas memperlihatkan nilai

tegangan pada keadaan high dan low hampir sama dengan nilai yang ideal (5V dan

0V)

46

4.3.4 Pengujian tegangan pada sensor suhu

Sensor suhu yang terpasang pada port ADC Atmega 16, yaitu port A1 dan GND,

diukur tegangan keluarannya pada beberapa kondisi suhu yang berbeda dengan cara

memegang sensor suhu dan mendekatkan solder yang telah dipanasi ke sensor suhu,

hasil pengukuran tegangan keluaran dan pembacaan suhu pada LCD dengan

tampilan floating point dan integer seperti pada tabel 4.9, 4.10, 4.11 dan 4.12.

a. Percobaan menampilkan hasil suhu, menggunakan floating point, didapatkan

hasil sebagai berikut,

Tabel 4.9 Hasil pengukuran sensor suhu dengan floating point pada slave 1

No. Vout sensor Pembacaan LCD (C)

1 2,64 27,25 2 2,95 30,76 3 3,08 31,20 4 2,8 29,59 5 2,75 28,61

Tabel 4.10 Hasil pengukuran sensor suhu dengan floating point pada slave 2


1 2,672 27,34 2 2,707 27,98 3 2,724 28,05 4 3,01 30,88 5 3,08 31,20

b. Percobaan menampilkan hasil suhu, dengan mengambil nilai integer,

didapatkan hasil sebagai berikut,

Tabel 4.11 Hasil pengukuran sensor suhu dengan integer pada slave 1


1 2,642 26 2 2,695 27 3 2,809 28 4 2,895 29 5 3,029 30

47

Tabel 4.12 Hasil pengukuran pada sensor suhu dengan integer pada slave 2


1 2,666 26 2 2,701 27 3 2,864 28 4 2,888 29 5 3,044 30

Dari hasil pengukuran tegangan pada tabel 4.9, 4.10, 4.11 dan 4.12 di atas dapat

disimpulkan bahwa dengan pembacaan dengan metoda tampilan diskrit lebih akurat

dibandingkan dengan metoda tampilan floating point.

4.3.5 Pengujian protokol Zigbee

Pengujian protokol zigbee dilakukan pada masing-masing modul dengan menunjuk

pada informasi MY pada masing-masing modul. Sebelumnya seperti dijelaskan pada

bab sebelumnya, semua radio xbee diset parameternya menggunakan software X-

CTU menggunakan perintah AT command. Parameter yang perlu diset untuk masing-

masing xbee ditunjukkan pada tabel berikut :

Tabel 4.13 Pengaturan parameter modul Xbee

Parameter Master Slave 1 Slave 2

Mode API (AP) 1 1 1

Coordinator /End Devices (CE) 1 0 0

Channel (CN) C C C

PAN ID (ID) 3332 3332 3332

MYID (MY) 1 2 3

Pengujian dilakukan dengan aplikasi RealTerm yang bisa menunjukkan paket yang

dikirim dan diterima dalam bentuk Heksadesimal. Pengujian dilakukan pada masing-

masing modul slave serta menggunakan broadcast address di mana alamat tujuan

diisi dengan nilai 0xFFFF maka semua slave akan menerima data dari master.

Pengujian dilakukan dengan mengirimkan permintaan untuk masing-masing input

48

dan output pada modul penguji (Menghidupkan dan mematikan led, membaca suhu,

serta membaca status push button on/off)

4.3.5.1 Pengujian komunikasi master dengan modul slave 1

Pengujian led dengan menyalakan dan mematikan salah satu led pada modul slave 1

dengan alamat : 0x02, seperti pada gambar 4.7.

Gambar 4.7 Pengujian protokol zigbee dengan led pada slave 1

Frame yang dikirimkan pertama dari master adalah untuk menyalakan LED 1 :

0x7E 00 07 01 01 00 02 00 00 FE FD

dengan status pengiriman: 0x7E 00 03 89 01 00 75

Dan dibalas slave 1 : 0x7E 00 07 81 00 02 50 00 00 FE 2E

Frame yang dikirimkan kedua dari master adalah untuk mematikan LED 1 :

0x7E 00 07 01 01 00 02 00 01 01 F9


Dan dibalas slave 1 : 0x7E 00 07 81 00 02 4A 00 01 FF 32

Pengujian berikutnya adalah dengan cara master meminta pembacaan sensor suhu

modul slave 1 dengan alamat : 0x02, seperti pada gambar 4.8.

49

Gambar 4.8 Pengujian protokol zigbee dengan sensor suhu pada slave 1

Permintaan dari master secara terus menerus adalah dengan mengirimkan Frame :

0x7E 00 07 01 01 00 02 00 02 00 F9

Status pengiriman diperlihatkan dengan Frame :

0x7E 00 03 89 01 00 75

Pembacaan suhu diterima dengan format :

0x7E 00 07 81 00 02 4D 00 1A 2E E7

Nilai suhu yang dikirim adalah 1A 2E yang dalam desimal menjadi : (16 + 10),

(32+14) = 26,360C

Pengujian selanjutnya pada slave 1 dengan alamat yang sama (2) adalah dengan cara

master meminta status dari push button on/off, seperti pada gambar 4.9.

50

Gambar 4.9 Pengujian protokol zigbee dengan pembacaan status input push button

on/off pada slave 1

Permintaan dari master dengan mengirimkan Frame berikut ke slave 1:

0x7E 00 07 01 01 00 02 00 03 00 F8


0x7E 00 03 89 01 00 75

Status push button on/off diterima dengan format :

0x7E 00 07 81 00 02 49 00 03 00 30

Ketika pushbutton on/off ditekan sekali, dan master meminta status lagi dengan

mengirimkan format berikut :

0x7E 00 07 01 01 00 02 00 03 00 F8


0x7E 00 03 89 01 00 75

51


0x7E 00 07 81 00 02 49 00 03 01 2F

Dari hasil pengujian yang ditampilkan pada gambar 4.5, 4.6 dan 4.7 di atas dapat

disimpulkan bahwa protokol zigbee pada mode API telah diimpementasikan dengan

benar dalam sistem ini

4.3.5.2 Pengujian komunikasi master dengan modul slave 2

Pengujian LED dengan menyalakan dan mematikan salah satu led pada modul slave

2 dengan alamat : 0x03, seperti pada gambar 4.10.

Gambar 4.10 : Pengujian protokol zigbee dengan LED pada slave 2

Frame yang dikirimkan pertama dari master adalah untuk menyalakan LED 1 :

0x7E 00 07 01 01 00 03 00 00 FE FC


Dan dibalas slave 2 : 0x7E 00 07 81 00 03 36 00 00 00 45

Frame yang dikirimkan kedua dari master adalah untuk mematikan LED 1 :

52

0x7E 00 07 01 01 00 03 00 01 01 F8


Dan dibalas slave 2 : 0x7E 00 07 81 00 03 35 00 01 01 44

Pengujian berikutnya pada slave 2 adalah dengan cara master meminta pembacaan

sensor suhu modul slave 2 dengan alamat : 0x03, seperti pada gambar 4.11.

Gambar 4.11 : Pengujian protokol zigbee dengan sensor suhu pada slave 2

Permintaan dari master secara terus menerus adalah dengan mengirimkan Frame :

0x7E 00 07 01 01 00 03 00 02 00 F8


0x7E 00 03 89 01 00 75

Pembacaan suhu diterima dengan format :

0x7E 00 07 81 00 03 37 00 1A 46 E4

53

Nilai suhu yang dikirim adalah 1A 46 yang dalam desimal menjadi : (16 + 10),

(64+6) = 26,700C

Pengujian selanjutnya pada slave 2 dengan alamat yang sama (0x03) adalah dengan

cara master meminta status dari push button on/off, seperti pada gambar 4.12.

Gambar 4.12 : Pengujian protokol zigbee dengan pembacaan status push button

on/off pada slave 2

Permintaan dari master dengan mengirimkan Frame berikut ke slave 2:

0x7E 00 07 01 01 00 03 00 03 00 F8


0x7E 00 03 89 01 00 75


0x7E 00 07 81 00 03 36 00 03 00 42

Ketika pushbutton on/off ditekan sekali, dan master meminta status lagi dengan

mengirimkan format berikut :

54

0x7E 00 07 01 01 00 02 00 03 00 F8


0x7E 00 03 89 01 00 75


0x7E 00 07 81 00 0336 00 03 01 41

Dari hasil pengujian yang ditampilkan pada gambar 4.8, 4.9 dan 4.10 di atas dapat

disimpulkan bahwa protokol zigbee pada mode API telah diimpementasikan dengan

benar dalam sistem ini

4.3.5.3 Pengujian komunikasi master dengan tujuan alamat broadcast

Jikalau pada pengujian sebelumnya, alamat yang dituju ditentukan, maka pengujian

berikut dengan cara mengganti alamat tujuan dengan nilai 0xFFFF, maka semua

slave akan mendapatkan permintaan dari master tersebut. Pengujian pertama

dilakukan dengan menyalakan semua led di semua slave, seperti pada gambar 4.13.

Gambar 4.13 : Pengujian protokol zigbee dengan menyalakan dan mematikan semua

led pada semua slave

Frame yang dikirimkan pertama dari master adalah untuk menyalakan semua led

pada semua slave :

55

0x7E 00 07 01 01 FF FF 00 00 00 FF


Balasan slave 2 : 0x7E 00 07 81 00 03 37 00 00 00 44

Balasan slave 1 : 0x7E 00 07 81 00 02 42 00 00 00 3A

Frame yang dikirimkan kedua dari master adalah untuk mematikan semua led pada

semua slave :

0x7E 00 07 01 01 FFFF 00 01 FF FF


Balasan slave 2 : 0x7E 00 07 81 00 03 37 00 01 FF 44

Balasan slave 1 : 0x7E 00 07 81 00 02 49 00 01 FF 33

Pengujian berikutnya pada mode broacast ini adalah permintaan pembacaan suhu

dari master ke semua slave dengan mengganti alamat tujuan dengan 0xFFFF seperti

diperlihatkan pada gambar 4.14.

Gambar 4.14 : Pengujian protokol zigbee dengan meminta pembacaan suhu dari

semua slave

Permintaan dari master secara terus menerus adalah dengan mengirimkan Frame

berikut ke alamat broadcast 0xFFFF:

56

0x7E 00 07 01 01 FF FF 00 02 00 FD


0x7E 00 03 89 01 00 75

Pembacaan suhu diterima dari slave 2 dengan format :

0x7E 00 07 81 00 03 37 00 1A 5A D0

Nilai suhu yang dikirim adalah 1A 5A yang dalam desimal menjadi : (16 + 10),

(80+11) = 26,910C

TA DariusKabanga 48910035

Documents

Transcript of TA DariusKabanga 48910035