UNIVERS ITAS BINA NUS ANTARA _________________________________________________________________ Jurusan Sistem Komputer Skripsi Sarjana Komputer Semester Genap 2004/2005
APLIKASI RFID UNTUK PEMISAHAN PRODUK PADA INDUSTRI Alexander Nicolas
0500577602
Frederic Yolanda
0500586683
Welly
0500578883
Abstrak Skripsi ini ditujukan sebagai sumber pembelajaran dan penelitian akan perancangan sistem aplikasi RFID (Radio Frequency Identification) untuk pemisahan produk berdasarkan jenisnya pada industri serta untuk meningkatkan pemahaman dan penggunaan FPGA sebagai salah satu sistem pengendali. M etode studi pustaka dilakukan melalui buku acuan, artikel, internet resource, jurnal serta saran dan dukungan dari para dosen yang bersangkutan. M etode perancangan meliputi perancangan konsep sistem, perangkat keras, perangkat lunak, serta percobaanpercobaan dan pengujian terhadap sistem yang dibuat. Implementasi dilakukan dengan menggunakan Micro-Reader yang dihubungkan dengan FPGA (Field Programable Gate Array) dan database pada PC. Sistem pada FPGA digunakan sebagai pengendali motor langkah yang dihubungkan pada belt conveyor. Hasil yang dicapai melalui implementasi tersebut adalah sebuah sistem pemisah produk dengan transponder sebagai identifikasi produk tersebut. (WNF). Kata Kunci: RFID, FPGA, Database, M otor Langkah
v
PRAKATA
Ucapan syukur kepada Tuhan Yang M aha Esa atas berkat rahmat dan karuniaNya penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul Aplikasi RFID untuk Pemisahan Produk pada Industri. Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat dalam menyelesaikan studi strata-1 jurusan Sistem Komputer Fakultas Ilmu Komputer Universitas Bina Nusantara. Selama pembuatan skripsi ini, penulis menyadari banyak bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Orang tua dan keluarga yang telah memberikan dukungan moral, materiil dan doa kepada penulis. 2. Bapak Envermy Vem, M sc., selaku Pejabat Rektor Sementara Universitas Bina Nusantara yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan penulisan skripsi ini. 3. Bapak Iman H. Kartowisastro, Ph.D., selaku Ketua Jurusan Sistem Komputer yang telah memberikan kepercayaan kepada penulis untuk menyelesaikan skripsi ini. 4. Bapak Robby Saleh S.Kom, selaku Sekretaris Jurusan Sistem Komputer yang telah memberikan kepercayaan kepada penulis untuk menyelesaikan skripsi ini. 5. Bapak Handi M uljoredjo, Ir. selaku dosen pembimbing yang telah memberikan ide, saran, dorongan dan bimbingan kepada penulis untuk menyelesaikan penyusunan skripsi ini. 6. Bapak Wiedjaja, S.Kom, selaku Kepala UPT Laboratorium Perangkat Keras yang telah memberikan kesempatan untuk menggunakan fasilitas laboratorium. vi
7. Bapak Sofyan, S.Kom atas semua bantuan yang telah diberikan kepada penulis. 8. Semua dosen Universitas Bina Nusantara yang selama ini telah memberikan ilmu dan bimbingan akademis kepada penulis selama perkuliahan. 9. Teman-teman dan asisten laboratorium UPT Perangkat Keras. 10. Teman-teman dari divisi Penelitian dan Pengembangan Sistem Komputer (Bengkel) 11. Segenap civitas akademika Universitas Bina Nusantara, tempat penulis membina ilmu dan berkarya selama ini. 12. Serta semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah memberikan bantuan sehingga terselesaikan penyusunan skripsi ini.
M eskipun perancangan yang dilakukan pada skripsi ini masih sangat sederhana dan mendasar, namun penulis berharap melalui skripsi ini pembaca dapat mengerti mengenai cara merancang dan membangun aplikasi RFID untuk pemisahan produk pada Industri. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh sebab itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca agar kesalahan pada perancangan dapat diperbaiki dan dapat dilakukan pengembangan lebih lanjut. Akhirnya penulis juga berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua serta perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi di Universitas Bina Nusantara. Jakarta, 20 Juni 2005
Penulis
vii
DAFTAR IS I
Halaman Judul Luar Halaman Judul Dalam Halaman Persetujuan So ftcover ………………….………. …………………....... i Halaman Perny ataan Dewan Penguji …………. ………. ………………….......... ii Abstrak ……………………………………………. ……………………………. v Prakata ………………………………………………………………………….. vi Daftar Isi ……………………………………………………………………….. viii Daftar Tabel ……………………………………………………………………. xii Daftar Gambar ………………………………………………………………..... xiii Daftar Lamp iran ………………………………………………………………..
xv
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1
Latar Belak ang …………………………………... ………........................ 1
1.2
Ruang Lingkup ………………………………... ………………. ……..... 2
1.3
Tujuan dan Manfaat ……………………………………………………. 4
1.4
Metodologi Penelitian ………………………………………………….. 4
1.5
Sistematika Penulisan ………………………………………………….. 5
BAB 2 LANDASAN TEO RI 2.1
Radio Frequency Identification (RFID) ……………... …………. …......... 7 2.1.1
Pengen alan RFID ......................................................................... 7
2.1.2
Tag RFID ..................................................................................... 9 2.1.2.1
Kelas Tag ...................................................................... 10
viii
2.1.3
2.1.4 2.2
2.1.2.2
Frekuensi Kerja RFID ................................................... 13
2.1.2.3
Standar Tag ................................................................... 16
Pembaca RFID ( RFID Reader ) .................................................. 17 2.1.3.1
Kriteria Utama Pembaca RFID ..................................... 18
2.1.3.2
Antena Pembaca ........................................................... 19
Back-End Database ..................................................................... 20
FPGA (Field-Programable Gate Array) ................................................. 20 2.2.1
Xilin x Spartan II FPGA (Field-Programable Gate Array) ......... 25
2.2.2
Xilin x Foundation Ser ies 2.1 ....................................................... 26 2.2.2.1
VHDL (VHSIC (Very High Speed Integrated Circuit) Hardware Description Language) ............................... 27
2.2.2.2 2.3
2.4
Desain Skematik ........................................................... 29
Motor Langkah ........................................................................................ 30 2.3.1
Prinsip Kerja M otor Langkah ..................................................... 33
2.3.2
Mode Langkah ............................................................................ 35
Visual B asic ............................................................................................ 36 2.4.1
Sistem Basis Data ....................................................................... 37
2.4.2
Komunikasi den gan Hardwar e ................................................... 38
BAB 3 S TRAT EG I PERANCANGAN 3.1
Konsep Perancangan Sistem ................................................................... 40
3.2
Sistem Sub Modul RFID ......................................................................... 41 3.2.1
Komunikasi Tag .......................................................................... 43
3.2.2
Komunikasi Serial RFID ............................................................. 44 3.2.2.1
Format Data dari PC ke Micro-Reader ........................ 45
ix
3.2.2.2
Format Data dari Micro-Reader ke FPGA dan PC ...... 47
3.3
Sub Modul FPGA ................................................................................... 50
3.4
Sub Modul PC ........................................................................................ 58
3.5
Sub Modul Mekanika ............................................................................. 65 3.5.1
Motor Langkah ........................................................................... 65
3.5.2
Belt conveyor ............................................................................. 73
BAB IV IMPLEM ENTAS I DAN EVALUASI 4.1
4.2
Spesifikasi Sistem ................................................................................... 75 4.1.1
Perangk at Keras y ang digunakan ................................................ 75
4.1.2
Perangk at Lunak y ang digunakan ............................................... 76
Imp lementasi ........................................................................................... 77 4.2.1
4.2.2 4.3
Persiap an Implementasi .............................................................. 77 4.2.1.1
Persiap an Perangkat Keras ........................................... 77
4.2.1.2
Persiap an Perangkat Lunak . ........................................ 79
Pelaksanaan Implementasi .......................................................... 83
Evaluasi Hasil Percobaan ........................................................................ 87 4.3.1
Evaluasi Sub M odul RFID .......................................................... 87
4.3.2
Evaluasi Sub M odul FPGA ......................................................... 89
4.3.3
Evaluasi Sub M odul Belt Conveyor dan M otor Langkah ........... 90
4.3.4
Evaluasi Sub M odul PC dan Visual B asic .................................. 92
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1
Kesimp ulan ……………………………………………………………. 96
5.2
Saran …………………………………………………………………... 97
x
DAFTAR PUS TAKA ………………………………………………………… 99 RIWAYAT HIDUP …………………………………………………………... 101 LAMPIRAN- LAMPIRAN ………. …………………………………………... 104
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Perbandingan Teknologi Barcode dengan RFID ……...……..……… 12
Tabel 2.2
Frekuensi RFID ……………………………………………………… 16
Tabel 2.3
Evolusi Standar EPCglobal …..……………………………………… 17
Tabel 2.4
Keluarga Xilinx Spartan II FPGA ………………………………….... 26
Tabel 3.1
Protokol Micro-Reader ke FPGA ……………………………….…… 48
Tabel 3.2
Definisi Pin dari Port Serial RS232 ………………………………...... 53
Tabel 3.3
Arah Pergerakan M otor Langkah ………………………………..…... 56
Tabel 3.4
Tabel Inventory …………………………………….………………… 58
Tabel 3.5
Tabel LookUp …………………………………………………….….. 59
Tabel 3.6
Tabel Log …………………………………………….………………. 59
Tabel 3.7
Tabel Utama ……………………………………….………………… 61
Tabel 3.8
Konfigurasi Pin berdasarkan Kode Barang …………………..……… 63
Tabel 3.9
Eksitasi Kumparan Tunggal ……………………………………...….. 69
Tabel 3.10
Eksitasi Dua Kumparan ……………………………………………… 70
Tabel 3.11
Eksitasi Setengah Langkah ……………………………….………….. 72
Tabel 4.1
Pengukuran Waktu Pergerakan Belt ……….………………………... 90
Tabel 4.2
Data Waktu Pergerakan Rak ………………...………………………. 91
Tabel 4.3
Tabel Utama ………………………...……………………………….. 93
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sistem RFID …………………………………………………...……… 8 Gambar 2.2 Arsitektur IC pada Tag RFID ……………………..………...………… 9 Gambar 2.3 Contoh Tag (13,56 MHz) …………………………………….……… 10 Gambar 2.4 Kumparan pada Chip Tag …………………………………….…….... 10 Gambar 2.5 Pembaca RFID …………………………………………….…….…… 18 Gambar 2.6 Tiga Komponen Utama FPGA ……………………………….…….... 21 Gambar 2.7 Skematik Sebuah Slice …………………………………………..…... 22 Gambar 2.8 Skematik IOB …………………………………..….………………… 24 Gambar 2.9 M odul FPGA Xilinx Spartan II dan Rangkaian Penyangga …...…….. 25 Gambar 2.10 Xilinx Foundation Series 2.1 …….………………………………..…. 27 Gambar 2.11 VHDL ………………………..…………………….………………… 29 Gambar 2.12 Desain Skematik ………………………………………….…..……… 30 Gambar 2.13 M otor Langkah Dengan M agnet Permanen ……………………...….. 31 Gambar 2.14 Cross-section dari variable reluktansi ………………………..……… 32 Gambar 2.15 Cross-section dari variable reluktansi ………….…………...……….. 33 Gambar 2.16 M otor langkah yang memiliki dua buah stator ………………...…….. 34 Gambar 2.17 M otor Langkah Bipolar dan unipolar ………………………..………. 36 Gambar 2.18 Tampilan Visual Data M anager ………………………..…………….. 38 Gambar 3.1 Blok Diagram Perancangan Sistem ……………….…………………. 40 Gambar 3.2 Tag / Transponder RW …………………………………...………….. 41 Gambar 3.3 Tag / Transponder RO …………………..…………………………… 42 Gambar 3.4 Dua cara Transfer Energi dan Informasi antara Tag dan Antena ……. 44 xiii
Gambar 3.5 Diagram Alir Micro-Reader M enerima Data dari PC ………….……. 47 Gambar 3.6 Diagram Alir Micro-Reader mengirimkan data ke PC …………...…. 49 Gambar 3.7 Struktur Xilinx Spartan2 XC2S200-PQ208 ......................................... 50 Gambar 3.8 Penghubungan Micro-Reader dengan serial transceiver M AXIM 3386E ................................................................................................................. 51 Gambar 3.9 Sirkuit Diagram dari Konektor DB9 ke Xilinx Spartan2 ..................... 52 Gambar 3.10 Pin pada Port Serial DB9 ...................................................................... 53 Gambar 3.11 Skematik Rangkaian dari Port Paralel pada FPGA .............................. 54 Gambar 3.12 Diagram Alir dari Sistem dari FPGA ................................................... 57 Gambar 3.13 Pin pada Port Paralel DB-25 ................................................................ 63 Gambar 3.14 Diagram Alir dari Sistem Database pada Visual Basic .............…...... 64 Gambar 3.15 M otor Langkah pada Rak Pemisah ………………...……...…...…….. 65 Gambar 3.16 M otor Langkah dengan driver M otor Langkah dan M odul FPGA ...... 66 Gambar 3.17 M odul Driver M otor Langkah .............................................................. 67 Gambar 3.18 Urutan Eksitasi dari Beberapa M ode Langkah yang Berbeda .............. 68 Gambar 3.19 Belt Conveyor ....................................................................................... 73 Gambar 3.20 Belt Conveyor dan Rak Pemisah (Tampak Atas) ................................. 74 Gambar 4.1 M odul Driver M otor Langkah (Stepper Motor Driver) ....................... 78 Gambar 4.2 New Project Property ........................................................................... 80 Gambar 4.3 Tampilan Xilinx ISE pada Implementasi .............................................. 82 Gambar 4.4 Belt Conveyor (M otor Langkah, M otor DC, Rak Pemisah) ................. 84 Gambar 4.5 Sistem Keseluruhan .............................................................................. 86 Gambar 4.6 Tag RO ................................................................................................. 87 Gambar 4.7 Tag RW ................................................................................................ 88 xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Listing Source Code VHDL Listing Source Code StepLedMot.vhd ………………………...…………………... L- 1 Listing File Constrain StepLedMot.ucf ……….………………………………….. L- 4 Listing Source Code VB (Skripsi.vbp) Listing Source Code Form1 (Skripsi.frm) ……….……………………………… L- 4 Listing Source Code Form2 (Form2.frm) ………….…...……………………….... L-16 Listing Source Code Log (Log.frm) …………….………………...…………….... L-17 Listing Source Code LookUp (LookUp.frm) …….…………………...…...………. L-22 Listing Source Code Module1 (Module1.bas) ….……………...……………….... L-27 Listing Data Environment (DE.Dsr) …….……………………………………….. L-27
xv
