29
BAB 2 LANDASAN TEORI
2.1.
Teori Umum
2.1.1. AVR 2.1.1.1. Pengertian AVR merupakan sebuah IC (Integrated Circuit) yang berbentuk chip dengan program dan data yang di simpan secara terpisah. Biasanya menyimpan program dan data dalam memori yang dapat berubah secara permanent ataupun semi-permanen. Oleh karena itu, pada dasarnya AVR cocok untuk embedded system, setelah program memori di-protect dari tegangan pendek dan factor lingkungan lainnya yangh dapat menyebabkan program menjadi rusak (corrupt). AVR dapat digunakan untuk berbagai macam aplikasi di bidang otomasi seperti keamanan, sekuritas, dan sistem pertunjukkan. AVR sendiri di bagi menjadi tiga bagian (keluarga), tinyAVR, megaAVR, Application Spesific AVR, yang masing-masing memiliki spesifikasi yang berbeda., seperti pada program memori, paket pin-nya, peripheral set, dan di tambah juga dengan beberapa instruksi tambahan di dalamnya (khusus untuk megaAVR). Dalam penelitian ini digunakan AVR dengan tipe ATMega 162, yang memiliki 2 buah serial port, karena input (GPS) dan output (PC) dari penelitian ini berkomunikasi secara serial.
30
2.1.1.2. ATMega162 ATMega162 merupakan sebuah IC (Integrated Circuit) bertegangan rendah dengan tipe CMOS 8-bit Microcontroller yang berbasiskan pada arsitektur AVR. Mikrokontroller ini bekerja pada tegangan 3.3V-5V yang membuatnya cocok untuk dipergunakan pada aplikasi yang bersifat mobile dan bergantung pada power supply yang sifatnya terbatas seperti batere. Selain itu, yang membedakan AVR ini dengan mikrokontroller lainnya adalah terintegrasinya 2 buah port serial tipe USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver & Transmitter) di dalamnya. Tipe AVR ini juga memiliki kecepatan hingga 8MHz dengan clock internal maupun eksternal
yang
membuatnya
lebih
unggul,
karena
kemampuannya
untuk
mengeksekusi 1 command (perintah) dalam setiap clock. Selain 2 port serial, AVR tipe ini memiliki memori flash untuk menyimpan program sebesar 16Kb, RAM sebagai penyimpan data eksekusi program sebesar 1Kb, dan EEPROM sebesar 512 byte. Dengan dukungan fitur-fitur tambahan seperti internal/eksternal interrupt, timer, dan sebagainya, mikrokontroller ini dianggap siap dan cocok dipergunakan, baik untuk penelitian ini maupun untuk pengembangan selanjutnya hingga adanya teknologi yang memungkinkan dapat mendukung lebih baik lagi. 2.1.2. Komunikasi Serial Komunikasi serial dibagi mejadi dua jenis mode, yaitu mode sinkron dan asinkron. Pada penelitian ini digunakan komunikasi serial dengan mode asinkron. Komunikasi asinkron serial merupakan sebuah protocol transmisi asinkronus, dimana komunikasi ini tidak menggunakan clock, tetapi telah memiliki baud rate yang telah disepakati oleh masing-masing sistem yang sedang berkomunikasi. Kerja
31
dari komunikasi ini adalah, sinyal start dikirimkan pada saat sebelum data dikirimkan, dan sinyal stop dikirimkan setelah setiap data selesai dikirimkan. Sinyal start digunakan untuk mempersiapkan mekanisme penerimaan untuk menerima dan memproses data yang akan dikirimkan dan sinyal stop berguna untuk mempersiapkan mekanisme penerimaan data berikutnya.
Gambar 2.1. Ilustrasi cara kerja komunikasi serial asinkron 2.1.3. Great Circle Distance 2.1.3.1. Pengertian Great Circle Distance merupakan jarak terpendek di antara dua titik pada permukaan bola, di hitung sepanjang jalur pada permukaan tersebut. Karena geometri bola berbeda dengan geometri Euclidean, maka penghitungan untuk jarak di ambil dari bentuk yang berbeda. Jarak antara dua titik pada jarak Euclidean merupakan panjang dari sebuah garis lurus, dari satu titik ke titik yang lainnya, sedangkan pada bola tidak terdapat garis lurus. Pada geometri non-Euclidean, garis lurus ditempati oleh geodesics. Geodesics pada bola merupakan sebuah lingkaran sempurna (great circles), dimana lingkaran pada inti bola berimpitan dengan inti bola lainnya. Jika di antara dua titik pada bola yang berlawanan secara tidak langsung satu sama lainnya, disebut dengan Unique Great Circle. Dua titik tersebut dipisahkan oleh great circle melalui dua busur. Panjang dari busur terpendek merupakan jarak great circle di antara titik. Di antara dua titik yang berlawanan secara tidak langsung satu sama lainnya, disebut titik antipodal. Meskipun memiliki great circles yang tidak terbatas,
32
tetapi seluruh busur pada great circles di antara antipodal memiliki panjang yang sama. Karena bumi menyerupai bola, penghitungan great circle distance menjadi penting untuk mencari jarak terpendek di antara titik-titik pada permukaan bumi, dan juga penting dalam hal navigasi, seperti halnya pada GPS. 2.1.3.2. Formula Perhitungan Hukum cosines untuk bola adalah :
Dimana : Δ = Δ =
; =
{
∆ =
+
Δ }
jarak/sudut tengah. −
=
perbedaan bujur. (secara berurutan) Lintang dan Bujur.
Bentuk arccosine ini dapat memiliki kesalahan yang cukup besar untuk kasus yang biasa, dimana memiliki jarak yang cukup kecil. Sehingga agar lebih akurat dalam perhitungan dengan jarak yang lebih kecil digunakan perhitungan sederhana yang disebut dengan haversine.
Δ =2
− 2
+
− 2
Meskipun formula ini akurat untuk banyak jarak, tetapi tidak menutup kemungkinan dari cukup kesalahan untuk kasus khusus (yang tidak biasa) dari titik antipodal.
33
Jika r merupakan radius great circle distance dari bola, maka jarak dari great circle dilambangkan dengan r∆σ. Sebelum menggunakan formula di atas secara efektif, hal pertama yang harus diperhatikan adalah merubah koordinat yang diketahui menjadi derajat dan radian dengan cara perhitungan di bawah ini.
, (
2.2.
)=
×
+
60
60
×
180
Teori Khusus
2.2.1. Media Penyimpanan Menggunakan MMC 2.2.1.1. Pengertian MMC Pada penelitian ini digunakan media penyimpanan berupa Multimedia Card (MMC), seperti yang sudah disampaikan sebelumnya. MMC merupakan sebuah flash memory card yang memiliki ukuran seperti perangko (24mm x 32mm x 1.4mm), yang biasanya digunakan untuk media penyimpanan yang sifatnya removable media. Pada awalnya MMC hanya dapat digunakan untuk 1 bit serial interface. Namun, pada versi yang terakhir dapat mentransfer data 4 hingga 8 bits pada waktu yang bersamaan. MMC memiliki 7-pin serial interface, dan dua protokol untuk komunikasi, MMC mode dan SPI mode. Keduanya memiliki maksimum clock sebesar 20MHz. Meskipun kedua metode tersebut berbeda, penulisan data pada kedua mode dapat di baca oleh host untuk keduanya.
34
Gambar 2.2. Fungsi-fungsi Pin pada MMC (Sumber : MultiMediaCardTM User’s Manual RENESAS)
2.2.1.2. Konsep MMC MMC memiliki konsep yang menawarkan kemudahan dalam penggunaan sistem utama saat diaplikasikan ke dalam suatu sistem. 2.2.1.2.1. Kontrol Software Dengan menggunakan metode ini, sinyal pada MMC tersebut secara langsung dikoneksikan ke dalam port mikrokontroler. Protokol MMC ini lebih baik jika memiliki sumber dari control software di sinyal port. Host sistemnya sangat sederhana, tetapi kecepatan transfer datanya lambat.
35
2.2.1.2.2. Kontrol Adapter Dengan menggunakan metode ini, sebuah adapter (hardware) disertakan di antara
mikroprosesor
dan
MMC
untuk
mengontrol
MMC
itu
sendiri.
2.2.1.2.3. Kontrol Adapter melalui bus sederhana Dengan menggunakan metode ini, MMC adapter sudah dikoneksikan ke bus sederhana melalui sebuah aplikasi adapter. 2.2.1.2.4. Kontrol Adapter melalui PC bus sederhana Dengan menggunakan metode ini, MMC adapter sudah dikoneksikan ke sebuah PC bus melalui bus bridge. Sistem ini kompleks dan mahal, tetapi kecepatan data transfernya meningkat.
36
Gambar 2.3. Ilustrasi konsep MMC (Sumber : MultiMediaCardTM User’s Manual RENESAS)
2.2.1.3. Fitur-fitur pada MMC 2.2.1.3.1. Clock Frequency Tertinggi Dengan dapat dicapainya clock frequencies yang maksimum dari 20 MHz hingga 26 MHz dan 52 MHz memungkinkan pemindahan data tertinggi dan lebih cocok untuk arsitektur mobile phone. Beroperasi pada 52MHz x 8 bit mode, data dapat dipindahkan hingga 52MBps (426Mbits/sec), yang berarti 20 kali lebih cepat dibandingkan dengan standar sebelumnya.
37
2.2.1.3.2. Bus-width yang Lebih Lebar Bus-width dengan perkalian yang baru memungkinkan host untuk merancang secara fleksibel dan bandwidth transfer data tertinggi pada clock speed yang diberikan, untuk mengakomodasi lebih isi data intensif pada mobile phones dan digital camera. Untuk tambahan, MMCmobile Card merupakan standar memory card yang berukuran kecil pertama kali yang dapat memberikan operasi dual tegangan 3v / 3,3v dan 1.8v. Hal ini sangatlah penting untuk generasi baru pada mobile phones dan konsumen kecil peralatan elektronik yang memiliki konsumsi tegangan yang rendah. 2.2.2. GPS (Global Positioning System) 2.2.2.1. Pengertian GPS GPS merupakan sebuah sistem navigasi dan posisi yang berbasiskan satelit yang mengorbit pada bumi dengan ketinggian sekitar 11.000 mil dari bumi. Satelit yang mengitari bumi pada orbit pendek ini terdiri dari 24 susunan satelit, dimana 21 satelit digunakan secara aktif dan 3 buah satelit digunakan sebagai cadangan apabila terdapat satu atau lebih satelit yang gagal berfungsi. GPS yang dimaksud pada pendefinisian subbab ini adalah GPS receiver yang dimana dapat menitikkan posisi manapun di bumi, sehingga dapat melacak posisi keberadaan yang sekarang. Pada awalnya GPS digunakan oleh militer Amerika untuk melacak seorang ataupun sekelompok prajurit dari sekitar 10 hingga 20 meter dari posisi sebenarnya. Namun pada awal tahun 80-an, pemerintah mengijinkan penggunaan GPS secara umum oleh publik khususnya pada komersial bisnis, travel, jasa pengiriman, dan lainnya. GPS dapat beroperasi selama 24 jam dan dapat digunakan di seluruh wilayah muka bumi
38
ini, karena GPS menggunakan satelit yang selalu mengorbit pada bumi selama 24 jam. 2.2.2.2. Cara Kerja GPS Secara Umum GPS bekerja dengan cara melokasikan empat atau lebih dari satelit, mencari jarak antar satelit dan menggunakan informasi tersebut untuk mendapatkan lokasi di bumi. Cara kerja tersebut berdasarkan prinsip matematika dasar yang disebut dengan trilaterasi. Trilaterasi merupakan sebuah metode perhitungan jarak antara dua atau lebih titik yang bersinggungan. Dengan kata lain, pada trilaterasi ada sebuah titik yang tidak dikenal, ditetapkan dengan cara mengukur panjang dari setiap sisi pada segitiga antara titik yang tidak diketahui dengan dua atau lebih titik yang telah diketahui, contohnya adalah satelit. Mudahnya, satelit akan mencari irisan dari 2 posisi (titik) yang berbeda atau lebih, sehingga di dapat titik tengah (irisan) dari beberapa titik yang berbeda tersebut. Sebagai contoh, saat kita tersesat di suatu tempat yang tidak kita ketahui dan bertanya ke seseorang dan diberitahu bahwa kita berada di sekitar 30 Km kota A.
Gambar 2.4. Pengambilan titik pertama oleh GPS Lalu kita bertanya lagi pada orang lain, dan diberitahu bahwa kita berada pada 50Km dari kota B. Pada saat kita kombinasikan antara informasi pertama dengan
39
informasi yang kedua, maka kita akan mendapatkan satu titik yang beririsan, tetapi belum menunjukan titik tengah.
Gambar 2.5. Penggabungan kedua titik yang telah didapat (2-D Trilateration) Dan orang ketiga menginformasikan bahwa kita berada pada 40 Km dari kota C, dan akhirnya kita dapat mengeliminasi beberapa kemungkinan yang sebelumnya di dapat dari tiga informasi, sehingga di dapat satu titik tengah yang akhirnya menunjukkan posisi kita berada sekarang, yaitu di kota D. Ilustrasi tersebut mendefinisikan dengan apa yang disebut dengan 2D-Trilateration.
Gambar 2.6. Penggabungan ketiga titik yang telah didapat (2-D Trilateration) Selain 2D-Trilateration ada pula 3D-Trilateration, yang prinsipnya tidak jauh berbeda, tapi lebih sulit untuk memvisualisasikannya. Namun, sesungguhnya GPS membutuhkan satelit keempat untuk mendapatkan posisi 3D (3 Dimensi) yang lebih
40
akurat. Oleh karena, clock yang terdapat pada receiver dan clock yang terdapat pada satelit tidak sama akurat. Selain itu sinyal yang diberikan oleh satelit pada GPS bergerak sangat cepat sehingga menyebabkan GPS menerima informasi yang kurang akurat. Satelit melakukan pengiriman informasi data pada GPS dengan cara mengirimkan kode-kode sinyal radio yang unik pada setiap satelit. Sehingga penerima di bumi secara pasif menerima sinyal radio satelit dan mengukur waktu yang diperlukan sinyal sampai ke receiver. 2.2.2.3. Bagian Pada GPS Pada GPS terdapat tiga buah segmen, dimana ketiga segmen tersebut dapat menunjukkan siapa yang mengoperasikan dan apa yang dioperasikan. Ketiga segmen tersebut adalah Space Segment, Control Segment, dan User Segment, dimana Control Segment mengirimkan data ke satelit (Space Segment) dan dikirim ke pengguna (User Segment), seperti yang diilustrasikan oleh gambar di bawah ini.
41
Gambar 2.7. Segmen pada GPS (Sumber : Understanding The GPS, An Introducing to the GPS, what it is and how it works)
2.2.2.3.1. Space Segment Space Segment dioperasikan oleh pihak militer Amerika Serikat dan di administrasi oleh Komando Luar Angkasa Amerika Serikat (U.S. Space Command) yang merupakan bagian dari Angkatan Udara Amerika Serikat (U.S. Air Force). Space Segment merupakan bagian dari konstelasi yang lengkap dari satelit GPS Navstar yang mengorbit. Seperti yang telah disebutkan di atas, dalam konstelasi terdapat 21 satelit yang beroperasi dengan tambahan tiga satelit yang mengorbit
sebagai
cadangan
jika
terjadi
kegagalan
proses,
jadi
total
keseluruhannya adalah 24 satelit, yang diletakkan pada enam orbit yang berjarak kurang lebih sekitar 20.200 Km. Setiap satelit pada enam orbit tersebut membentuk sudut 55 derajat dari equator dan berjarak 60 derajat pada setiap satelit, dengan empat satelit dilokasikan pada setiap orbit. Setiap satelit mengitari
42
bumi selama 12 jam, yang dapat diartikan dalam 24 jam setiap satelit telah mengitari bumi sebanyak dua kali. Setiap satelit menerima bahan bakar dari matahari yang diolah menjadi sumber energi agar dapat terus beroperasi. 2.2.2.3.2. Control Segment Control Segment dioperasikan dan diadministrasi sama seperti Space Segment. Pada dasarnya Control Segment mengelola satelit dan data yang dikirim. Control Segment merupakan sebuah bagian pusat kendali yang dapat mengontrol dan memonitor kerja setiap satelit yang ada dan memastikannya bekerja dengan baik. Seluruh informasi yang dikirim dan di terima diproses pada MCS (Master Control Station) yang berlokasi di Basis Angkatan Udara Falcon (Falcon Air Force Base) dan lima buah stasium monitor diletakkan secara strategis si seluruh penjuru dunia.
Gambar 2.8. Sistem Kerja Pada Control Segment (Sumber : Understanding The GPS, An Introducing to the GPS, what it is and how it works)
43
2.2.2.3.3. User Segment User Segment terdiri dari receiver-receiver yang di desain untuk dapat menerima, menterjemahkan dan memproses sinyal dari satelit GPS yang ada. Receiver tersebut dapat berdiri sendiri atau yang sudah terintegrasi pada sistem yang lainnya (Komputer (PC), PDA, Handphone, dan lainnya). Setiap GPS di rancang dengan beragam, sesuai dengan kebutuhannya. 2.2.2.4. NMEA (National Marine Electronics Association) Data NMEA merupakan standar protokol yang digunakan oleh dan/atau untuk berbagai macam peralatan elektronik marinir Amerika Serikat. Komunikasi GPS termasuk salah satu peralatan elektronik yang menggunakan standar ini. Banyak program komputer yang membutuhkan informasi posisi secara real time mengerti dan mengharapkan data menjadi dalam bentuk NMEA. Data tersebut termasuk dalam solusi PVT (Position, Velocity, Time) yang dihitung oleh GPS. Ide dari NMEA itu sendiri adalah untuk mengirim satu jalur data yang disebut dengan sebuah sentence (kalimat) yang terkandung di dalamnya dan berdiri sendiri dari sentence lainnya. Ada suatu standar untuk setiap kategori device dan juga kemampuan untuk mendefinisikan sentence agar dapat digunakan untuk setiap individu. Kebanyakan GPS dirancang untuk dapat membaca NMEA dan kompatibel dengan banyak serial port komputer yang menggunakan protokol RS232. NMEA memiliki standar baudrate sebesar 4800 b/s dengan 8 bit data, tanpa parity dan hanya one stop bit, meskipun baudrate dari beberapa interface dapat diatur sendiri sesuai yang diinginkan oleh pengguna.
44
NMEA memiliki beberapa sentence yang dapat digunakan pada GPS. Namun, dalam penelitian ini tidak semua sentence dalam NMEA yang digunakan, tetapi hanya GGA saja. • GGA GGA merupakan sentence yang dapat menyediakan informasi posisi secara 3D (3-Dimensi) dan ketepatan data. $GPGGA,123519,4807.038,N,01131.000,E,1,08,0.9,545.4,M,46.9,M,,*47 dimana: GGA
: Data tetap dari GPS
123519
: Data diambil pada waktu 12:35:19 terhadap UTC
4807.038,N : Data diambil pada latitud 48 derajat 07.038 menit ke arah N (North/Utara) 01131.000,E : Data diambil pada longitud 11 derajat 31.000 menit ke arah E (East/Timur) 1
: Fix quality, dimana: 0 = Invalid 1 = GPS fix (SPS) 2 = DGPS fix 3 = PPS fix 4 = Real Time Kinematic 5 = Float RTK 6 = Estimated (dead reckoning) (2.3 feature)
45
7 = Manual input mode 8 = Simulation mode 08
: Jumlah satelit yang sedang di track
0.9
: Posisi dilution horisontalHorizontal dilution of position
545.4,M : Jarak di atas permukaan laut 46.9,M
: Ketinggian permukaan laut di atas WGS84 ellipsoid
(Data Kosong) : Waktu dalam detik setelah update terakhir DGPS (Data Kosong) : Nomor ID dari stasiun DGPS *47
: Data checksum, selalu dimulai dengan *
NMEA sentences yang digunakan pada penelitian ini hanya GGA, karena pada sentence tersebut dapat memberikan informasi posisi secara 3-D dan keakuratan data.
