BAB 2 LANDASAN TEORI
2.1
RFID (Radio Frequency Identification) 2.1.1
Pengertian Radio Frequency (RF) Radio frequency (RF) mengarah kepada gelombang elektromagnetik yang
mempunyai
panjang
gelombang
yang
biasa
digunakan
pada
radio
communication. Gelombang radio diklasifikasikan menurut frekuensinya, yang diukur dalam Kilo Hertz, Mega Hertz, atau Giga Hertz. Radio frequency berkisar dari Very Low Frequency (VLF), yang besarnya antara 10 sampai 30 KHz, hingga Extremely High Frequency (EHF), yang besarnya antara 30 sampai 300 GHz.
2.1.2
Gambaran Umum Tentang Radio Frequency Identification (RFID) RFID adalah teknologi yang mudah disesuaikan (fleksibel) dan baik,
mudah digunakan, dan cocok digunakan untuk otomatisasi (automatic operation). Alat ini memiliki kelebihan yang tidak dimiliki oleh teknologi sistem identifikasi jenis lain. RFID dilengkapi dengan kemampuan pembacaan (readonly) ataupun baca tulis (read/write), tidak membutuhkan hubungan tambahan (line-of-sight) untuk pengoperasiannya, dapat berfungsi diberbagai macam kondisi lingkungan yang berbeda, dan memberikan tingkat integritas data yang tinggi. Selain itu, karena teknologi ini sangat sulit untuk ditiru/dipalsukan, RFID juga menyediakan tingkat keamanan yang tinggi.
5
6 RFID memiliki konsep yang hampir serupa dengan barcoding. Barcode sistem menggunakan reader dan label kode yang sudah ditambahkan pada tampilan fisik kartu, sedangkan RFID menggunakan reader dan perlengkapan khusus (special RFID devices) yang dimiliki oleh RFID yang sudah ditambahkan pada alat itu. Barcode menggunakan sinyal optikal untuk memindahkan informasi dari label ke reader, RFID menggunakan RF sinyal untuk memindahkan informasi dari RFID device ke reader. Gelombang radio memindahkan data antar alat menggunakan RFID device yang telah diintegrasikan dan sebuah RFID reader. RFID device dapat memuat data yang berisi informasi tentang identitas alat, misalnya definisi dari alat tersebut, kapan data berpindah dari alat ke RF dalam waktu yang pasti, mungkin diukur dengan menggunakan parameter misalnya temperatur. RFID device seperti tag atau label, dapat mengidentifikasi kartu dan kemudian meneruskan informasinya ke RF transceiver. Teknologi RFID menggunakan frekuensi antara 50kHz hingga 2,5GHz. Seperti pada Gambar 2.1, yang menerangkan tentang tipikal dari sistem dilengkapi dengan komponen berikut: •
RFID device (transponder atau dalam hal ini digunakan kartu) yang menjelaskan data mengenai alat tersebut.
•
Antena yang berfungsi untuk mentransmisikan sinyal RF antara reader dan RFID device.
•
RF transceiver yang membangkitkan RF sinyal.
7 •
Reader yang berfungsi untuk menerima transmisi data dari RF device dan melanjutkan pengiriman data ke sistem aplikasi untuk diproses. Dalam hal ini, dasar dari rangkaian RFID dilengkapi dengan aplikasi
piranti lunak sebagai pendukung untuk sistem RFID.
Gambar 2.1 Typical RFID System Components
2.1.3
Tansponder/Tag Sebuah RFID device(Kartu/tag) tidak secara active menghantarkan data
kepada reader. RFID device dapat secara active mentransmisikan data ke reader, yang dikenal sebagai transponder (TRANSmitter + resPONDER), apabila transponder didekatkan kepada reader, sedangkan jika transponder berada diluar jangkauan reader maka tag akan menjadi passive. Tag ini diprogram untuk menerima data dari transponder jika berada dalam jangkauan reader. Tags bisa berfungsi hanya sebagai pembaca (readonly), atau sebagai baca dan tulis (read/write), atau write one/read many
8 (WORM), dan dapat menjadi active ataupun passive. Pada umumnya, active tags membutuhkan baterai untuk memberikan tenaga kepada tags transmitter atau radio penerima. Biasanya, sebagian besar komponen dalam tag bersifat passive. Oleh karena itu, tag yang active mempunyai ukuran yang lebih besar dan harga lebih mahal dibandingkan dengan tag yang passive. Selain itu, fungsi active tag ditentukan oleh masa active dari baterai. Passive tag dapat berfungsi dengan atau tidak menggunakan baterai, karena passive tag telah diaplikasikan dengan program yang akan active apabila berada dalam jangkauan reader. Passive tag memantulkan transmisi sinyal RF kepada dirinya sendiri dari reader atau transceiver dan menambahkan informasi dengan cara memodulasikan pantulan dari sinyal RF. Passive tag tidak membutuhkan baterai untuk memberikan energi tambahan agar dapat mengactivekan pantulan sinyal RF. Passive tag hanya menggunakan baterai untuk mengatur memori didalam tag atau memberikan energi pada komponen elektronik agar tag dapat memodulasikan pantulan sinyal RF.
2.1.4
Antena Masing-masing RFID dilengkapi, setidaknya, oleh satu antena untuk
mentransmisikan dan menerima sinyal RF. Ada sistem yang menggunakan satu antena untuk mengirimkan dan menerima data, dan ada pula sistem yang menggunakan satu antena untuk mengirimkan data dan satunya lagi untuk menerima data. Banyaknya penggunaan dan tipe antena tergantung oleh kebutuhan sistem.
9 2.1.5
RF Transceiver RF tranceiver adalah sumber energi utama dari RF yang digunakan untuk
mengactivekan RFID tags. RF transceiver dapat mengakses sebagian atau seluruh data yang terdapat dalam alat. Ketika menyediakan sebagian akses dari alat tersebut, transceiver biasanya berfungsi sebagai RF modul. RF transceiver mengontrol dan memodulasi radio frequency yang dikirimkan dan diterima oleh antena. Filter transceiver dan penguatannya berasal dari pantulan sinyal RFID passive tag.
2.1.6
Reader RFID reader mengatur RF transceiver untuk menerima sinyal RF,
menerima sinyal dari tag melalui RF transceiver, mengkodekan identitas tag, dan mengirimkan identitas tersebut ke database dari tag ke komputer pusat. Reader juga memberikan beberapa fungsi lain. Misalnya, aplikasi ETC termasuk dalam konsep penerimaan data dari input device lain seperti alat pendeteksi (detector), dan pengontrol gerbang maupun lampu. Reader control mengatur pengoperasian reader. Pengguna dapat mengubah pengoperasian dari reader sesuai dengan kebutuhan dengan mengatur perintah (commands) yang dikeluarkan oleh komputer pusat atau lokal terminal.
2.2
Konsep Dasar Komunikasi Data Secara umum definisi dari komunikasi data adalah pertukaran data secara elektronik antar lokasi yang berlainan dan membutuhkan suatu aturan dalam pengiriman (protokol). Komunikasi data pada komputer diperlukan untuk
10 menyampaikan informasi berupa text maupun gambar antara 2 pihak dengan menggunakan suatu media penghantar. Elemen-elemen yang harus tersedia dalam suatu komunikasi data, adalah: 1. Source (sumber): yaitu suatu alat untuk membangkitkan data sehingga dapat ditransmisikan. 2. Transmitter (pengirim): alat ini berfungsi untuk memindah dan menandai informasi dengan cara yang sama seperti menghasilkan sinyal-sinyal elektromagnetik yang dapat ditransmisikan melewati beberapa sistem transmisi berurutan, karena biasanya data yang telah dibangkitkan dari sistem sumber tidak langsung ditransmisikan dalam bentuk aslinya. 3. Transmission System (sistem transmisi): adalah jalur transmisi tunggal atau jaringan kompleks yang menghubungkan antara sumber dan tujuan. 4. Receiver (penerima): berfungsi sebagai penerima sinyal dari sistem transmisi dan menggabungkannya ke dalam bentuk tertentu yang dapat ditangkap oleh tujuan. 5. Destination (tujuan): menangkap data yang dihasilkan oleh receiver.
2.2.1
Komunikasi data Komunikasi adalah suatu proses penyampaian informasi yang dikirimkan dari sumber ke tujuan dengan menggunakan suatu media tertentu. Data adalah suatu instruksi dalam bentuk formal yang digunakan untuk berkomunikasi, dan proses yang dilakukan oleh manusia. Revolusi dalam bidang komunikasi komputer telah menghasilkan beberapa bentuk komunikasi yang dikenal pada saat ini, antara lain:
11 a) Komunikasi suara Komunikasi suara merupakan bentuk komunikasi yang paling sering dipakai, dengan berbagai cara dan teknologi bentuk komunikasi ini dapat digunakan diseluruh penjuru. Contoh: komunikasi telepon dan komunikasi radio. b) Komunikasi suara dan gambar Informasi yang dikirimkan dalam komunikasi ini adalah berupa gelombang suara dan gambar, baik gambar bergerak atau gambar diam. Contoh: televisi dan MMS (multimedia message). c) Komunikasi data Dalam komunikasi data informasi yang dikirimkan adalah bentuk data dan gambar dari suatu alat ke alat yang lain. Pengiriman informasi dapat berupa sinyal digital, karena pada umumnya alat-alat komunikasi ini menggunakan sinyal digital sehingga proses pengiriman data akan menjadi maksimal.
2.2.2
Arah Transmisi Data Dalam komunikasi data arah aliran data dapat dibedakan menjadi tiga bagian
yaitu: simplex, half duplex dan full duplex. Pada simplex, arah aliran data yang terjadi satu arah saja, contoh : pemancar radio. Data Transmitter
Receiver
Gambar 2.2 (a) simplex
12 Pada half duplex, arah aliran data yang terjadi adalah dua arah tetapi tidak dapat dilakukan secara bersamaan, jadi pada suatu saat hanya bisa mengirim saja atau menerima saja. contoh : walkie talkie. Data Receiver
Transmitter
Gambar 2.2 (b) half duplex Pada full duplex, arah aliran data dua arah dan dapat dilakukan secara bersamaan, dengan mempergunakan dua saluran komunikasi data, contoh : pada pesawat telepon. Data Transmitter
Receiver
Gambar 2.2 (c) full duplex
2.2.3
Mode Transmisi Mode transmisi digital pada sistem komunikasi dibagi atas, yaitu :
1. Transmisi paralel, dapat mengirimkan beberapa bit data sekaligus dalam satu waktu. Pada umumnya jumlah data yang dikirimkan sebesar 8 bit, yang berarti sistem dapat mengirimkan data sebesar 8 bit dalam satu kali pengiriman. Sehingga dibutuhkan 8 jalur untuk pengiriman data, setiap jalur untuk masingmasing bit yang akan dikirimkan. Walaupun sistem ini mampu mengirimkan banyak data sekaligus, kekurangannya adalah sistem ini tidak dapat diterapkan pada pengiriman jarak jauh. Biasanya pengiriman dan penerimaan memiliki sinyal clock untuk menyamakan kecepatan pengiriman dan penerimaan. 2. Transmisi serial adalah metode pengiriman data per-bit, data akan dipecah menjadi bit-perbit, lalu dikirimkan melalui satu saluran transmisi saja. Sistem ini
13 bisa diterapkan dalam pengiriman jarak jauh. Pengiriman data secara serial dibagi menjadi dua modus transmisi, yaitu modus asinkron dan modus sinkron. 2.2.3.1
Modus Asinkron Modus asinkron biasanya disebut juga sebagai START STOP TRANSMISSION karena pada sistem ini digunakan start bit dan stop bit sebagai alat untuk mensinkronisasikan clock antara transmitter dan receiver. Data yang akan dikirim bit per bit dalam 1 paket karakter dengan jarak antara paket karakter lainnya yang tidak tentu. Pada awal tiap paket, ditambahkan sebuah start bit sedangkan pada akhir karakter tersebut harus ditambahkan satu atau dua stop bit. Pihak penerima akan dapat mengenal karakter tersebut berdasarkan referensi start bit yang selalu merupakan space. Dalam keadaan idle (tidak melakukan apa-apa), pihak pengirim selalu akan mengirim sinyal pengenal yang konstan yang dikenal dengan nama MARK HOLD. S to p B it
D a ta B it 1
0
0
0
0
0
1
S ta rt B it
0 P a r ity B it
Gambar 2.3 Transmisi Asinkron
14 2.2.3.2
Modus Sinkron Pada modus sinkron untuk memberi tanda adanya awal dari transmisi, pihak pengirim akan mengirimkan karakter unik yang dikenal sebagai sync characters, biasanya berupa kode ASCII 16h. Setelah pihak penerima menerima karakter ini, clock penerima dengan clock pengirim akan disamakan. STX (Start of Text) dan ETX (End of Text) digunakan untuk memberikan tanda awal dan akhir dari data yang akan dikirimkan. BCC (Block Check Character) digunakan untuk mendeteksi kesalahan dari data yang dikirim. SYNC
STX
DATA
ETX
BCC
Gambar 2.4 Transmisi Sinkron
2.3
Standar Komunikasi Serial Komunikasi data standar serial yang sering digunakan di dunia komputer dan
industri adalah RS-232 dan keluarganya. Standar ini dibuat oleh EIA (Electronic Industries Association) yang berlokasi di Amerika.
RS-232 RS-232 adalah standar komunikasi serial jenis single-ended, yang dikeluarkan oleh EIA dari tahun 1962. Sinyal RS-232 menggunakan unbalanced transmission (transmisi tak berimbang) yang memiliki karakteristik, sebagai berikut:
Untuk tegangan diatas +3 volt maka diterjemahkan sebagai logic ‘0’ (Low).
Untuk yang lebih kecil dari –3 volt diterjemahkan sebagai logic ‘1’ (High).
15
Pada umumnya tegangan yang dipakai oleh komputer pada port serial +12 volt (Low) dan -12 volt (High). RS-232 pada awalnya memiliki kemampuan efektif signal rate (kecepatan
transfer) maksimum 20 Kbps dan jarak media transmisi maksimum 15 meter. Kemudian setelah dilakukan perbaikan dikeluarkan versi lain dari RS-232 yaitu RS-232C yang dikenal sejak tahun 1969 dan pada tahun 1987 dikeluarkan versi keempat, yang diberi nama EIA-232-D yang masih compatible dengan RS-232C dengan kemampuan yang lebih baik. Kemudian, sebuah standar single-ended yang lain adalah RS-432 yang merupakan kelanjutan dari RS-232 dengan kemampuan operasi (kemampuan mengirim data) yang melebihi RS-232, akan tetapi tidak sering digunakan dalam dunia industri. Di dalam komputer terdapat 2 port komunikasi serial yaitu COM 1 dan COM 2 yang merupakan komunikasi asinkron. Interface komunikasi serial yang digunakan adalah UART (Universal Asynchronous Receiver / Transmitter). 9 Pin
Keterangan
I/O
1
Carrier Detect
IN
2
Received Data
IN
3
Transmitted Data
OUT
4
Data Terminal Ready
OUT
5
Sinyal Ground
-
6
Data Set Ready
IN
7
Request To Send
OUT
8
Clear To Send
IN
16 9
Ring Indicator
IN
Tabel 2.1 Tabel pin konektor RS-232
Pin Protective Ground yang berfungsi jika saluran transmisi melewati lingkungan dengan intensitas elektromagnetik yang tinggi. Tegangan pada RS-232 berbeda dengan tegangan logika digital, logika 0 pada sinyal digital (space menurut istilah RS-232) mempunyai nilai tegangan –3V sampai -25V, sedangkan logika 1 (mark) mempunyai nilai tegangan +3V hingga +25V, tegangan antara –3V hingga +3V disebut tegangan invalid. Untuk mengubah tegangan TTL ke tegangan RS-232 atau sebaliknya digunakan IC khusus yaitu IC MAX-232. Tegangan TTL memiliki logika 0 jika bernilai antara 0 sampai 0,2 Volt dan memiliki logika 1 bila bernilai antara 3,5 sampai 5 Volt. RS-232 memiliki logika 0 pada nilai tegangan –5V sampai +12V dan berlogika 1 pada tegangan +5V sampai –12V.
2.4
ATtiny2313 (Mikrokontroller) Mikrokontroller adalah suatu mikroprosesor yang digunakan untuk membuat
kontrol sebuah sistem minimum. ATtiny2313 adalah sebuah CMOS mikrokontroller 8 bit dengan arsitektur Reduced Instruction Set Computer (RISC). Fitur –fitur ATtiny2313 antara lain adalah: •
Operasi static penuh (full static operation)
•
Flash 2K byte
•
EEPROM 128 byte
17 •
Internal SRAM 128 byte
•
USI – Universal Serial Interface
•
Full Duplex USART
•
Interrupt External dan Internal
•
18 saluran input/output yang dapat deprogram
•
Beroperasi pada tegangan 2.7V – 5.5V pada saat aktif
•
Beroperasi pada tegangan 1.8V pada Power Down mode
Gambar 2.5 AVR ATtiny2313 Keterangan Pin: VCC
Tegangan supply
GND
Ground
Port A (PA2..PA0)
Port A adalah 3 bit input/output dua arah dengan resistor pull up internal.
Port B (PB7..PB0)
Port B adalah 8 bit input/output dua arah dengan resistor pull up internal. Port B juga memiliki fungsi-fungsi khusus antara lain: SCL-Port B, Bit 7 untuk mode Twowire Serial clock dalam Two-wire mode dan SDA-Port B,
18 Bit 5 untuk mode Two-wire Serial interface data dalam mode Two-wire. Port D (PD6..PD0)
Port D adalah 7 bit input/output dua arah dengan resistor pull up internal. Port D juga memiliki fungsi-fungsi khusus antara lain: TXD-Port D, Bit 1 untuk UART Data Transmitter dan RXD-Port D, Bit 0 untuk UART Data Reciever.
RESET
Input reset. Sebuah inputan low pada pin ini lebih dari panjangnya
sebuah
pulsa(four
clock
cycle)
akan
mengaktifkan proses reset.
2.5
XTAL1
Input inverting amplifier osilator dan input internal clock.
XTAL2
Output inverting amplifier osilator.
DS1307 (RTC) DS1307 adalah sebuah real-time clock (RTC) serial dengan daya rendah.
DS1307 diakses dengan mengunakan I2C, bus dua arah. DS1307 menyediakan detik, menet, jam, hari, tanggal, bulan dan tahun. Pada akhir bulan tanggal dapat menyesuaikan secara otomatis untuk bulan yang memiliki hari kurang dari 31 hari. DS1307 bisa beroperasi pada mode 24 jam ataupun mode AM/PM. DS1307 menggunakan kristal eksternal 32.768 kHz. Fitur –fitur DS1307 antara lain adalah: •
Nonvolatile RAM untuk penyimpanan data sebesar 56-byte
•
Output sinyal kotak yang dapat diprogram
19 •
Secara otomatis mendekteksi hilangnya sumber tegangan utama dan pindah ke mode backup
•
Konsumsi kurang dari 500nA pada saat mode backup
•
Memiliki 8 pin
Gambar 2.6 DS1307
2.6
AT24C512 (EEPROM) AT24C512 menyediaan tempat penyimpanan sebesar 524,288 bit yang dapat
diprogram dan dihapus secara elektronik. Fitur-fitur dari AT24C512 antara lain adalah: •
Beroperasi pada tegangan rendah (5V, 2.7V, 1.8V)
•
Pengiriman data dua arah
•
2-wire Serial Interface
•
Reliability tinggi. Dapat ditulis dan dihapus sampai dengan 100000 kali dan data dapat bertaha sampai dengan 40 tahun
2.7
I2C Serial Fitur utama I2C bus antara lain adalah : •
Hanya melibatkan dua kabel yaitu serial data line (selanjutnya disebut SDA) dan serial clock line (selanjutnya disebut SCL)
20 •
Setiap IC yang terhubung dalam I2C memiliki alamat yang unik yang dapat diakses secara software dengan master/slave protocol yang sederhana, dan mampu mengakomodasikan multi master (akan dijelaskan lebih detil pada bagian lain)
•
I2C merupakan serial bus dengan orientasi data 8 bit (byte), komunikasi 2 arah, dengan kecepatan transfer data sampai 100Kbit/s pada mode standart dan 3,4 Mbit/s pada mode kecepatan tinggi
•
Jumlah IC yang dapat dihubungkan pada I2C bus hanya dibatasi oleh beban kapasitansi pada bus yaitu maksimum 400pF
2.8 Baterai NI-Cd 2.8.1 Prinsip Kerja Baterai NI-Cd Sebuah baterai sebenarnya merupakan sekumpulan sel yang membentuk tegangan DC. Satu sel terdiri dari 1 buah anoda dan 1 buah katoda, sehingga agar didapat tegangan DC yang lebih tinggi, maka setiap sel tersebut dihubungakan secara seri. Baterai merupakan elektrokimia, yaitu alat yang dapat mengubah energi kimia ke energi listrik. Pada baterai NI-Cd energi listrik dapat disimpan kembali kebentuk energi kimia untuk digunakan pada saat lain. Prinsip utama dari elektro kimia adalah proses oksidasi dan reduksi. Oksidasi adalah proses kehilangan electrons sehingga bahan tersebut menjadi lebih bermuatan positif atau berpindah ketingkat oksidasi yang lebih tinggi (Higher Oxidation State). Sedangkan rerduksi adalah proses penerimaan electron sehingga suatu bahan menjadi
21 lebih bermuatan negatif atau berpindah ketingkat oksidasi yang lebih rendah (lower oxidation state). Dari konsep diatas, maka sebuah sel baterai terdiri dari 3 material, yaitu Anoda, Katoda, Electrolyte. Anoda merupakan terminal dimana proses oksidasi terjadi, sedangkan katoda merupakan kebalikan dari anoda, yaitu sebagai terminal dimana terminal dimana proses reduksi terjadi, dan Elektrolyte merupakan bahan yang dapat menghantarkan ions (ions adalah atom atom bermuatan yang dapat menghantarkan muatan listrik ). Electrolyte ini berada diantara anoda dan katoda.
Gambar 2.7 Komposisi NI-Cd
Katoda dibentuk oleh Nickelic Hydroxide. Nickel merupakan salah satu bahan kimia yang memiliki beberapa tingkat oksidasi 0, +2 (-OUS), +3 (-IC), dan +4 (Ni (OH)). Anoda terdiri dari Cadmium metal (Zero oxidation), sedangkan electrolyte terdiri dari patasoium hydroxide (KOH).
22 2.8.2 Proses pemakaian Baterai NI-Cd (Discharger)
Gambar 2.8 Proses Pemakaian Baterai NI-Cd
Ketika baterai NI-Cd diberi beban, maka anoda dioksidasi dan katoda mengalami reduksi. Pada anoda terjadi proses kimia dari cadmiummetal menjadi Cd (OH)2. Proses ini menyebapkan 2 electron keluar dari anoda, mengaktifkan beban, kemudian masuk ke katoda, dimana terjadi reduksi dari NickelIC Hidroxide ke NickeOUS Hydroxide. Proses ini terus berlangsung hingga kedua bahan kimia tersebut habis.
23 2.8.3 Proses pengisian Baterai NI-Cd (Charging)
Gambar 2.9 Proses pengisian baterai NI-Cd
Proses ini merupakan kebalikan dari proses sebelumnya. Pada proses ini terminal positif (sekarang anoda ) dioksidasi, sedangkan terminal negative (sekarang katoda) direduksi. Proses kimia kembali terjadi dimana pada anoda NickelOUS Hydroxide diubah kembali menjadi NickelIC Hydroxide dan pada katoda Cadmium Hydroxide diubah kembali menjadi Cadmium Metal.
