BAB 2 LANDASAN TEORI
2.1
Radio Frequency Identification (RFID)
2.1.1 Pengenalan RFID RFID adalah proses
identifikasi seseorang
atau objek dengan
menggunakan frekuensi transmisi radio. RFID menggunakan frekuensi radio untuk membaca informasi dari sebuah device kecil yang disebut tag atau transponder (Transmitter + Responder). Tag RFID akan mengenali diri sendiri ketika mendeteksi sinyal dari device yang kompatibel, yaitu pembaca RFID (Micro-Reader). RFID merupakan teknologi identifikasi yang fleksibel, mudah digunakan, dan sangat cocok untuk operasi otomatis. RFID mengkombinasikan keunggulan yang tidak tersedia pada teknologi identifikasi yang lain. RFID dapat disediakan dalam bentuk tag yang hanya dapat dibaca saja (Read Only) atau dapat dibaca dan ditulis (Read/Write), tidak memerlukan kontak langsung maupun jalur cahaya untuk dapat beroperasi, dapat berfungsi pada berbagai variasi kondisi lingkungan, dan menyediakan tingkat integritas data yang tinggi. Sebagai tambahan, karena teknologi ini sulit untuk dipalsukan, maka RFID dapat menyediakan tingkat keamanan yang tinggi. Pada sistem RFID umumnya, tag atau transponder ditempelkan pada suatu objek. Setiap tag membawa dapat membawa informasi yang unik, di antaranya: nomor seri, model, warna, tempat perakitan, dan data lain dari objek tersebut. Ketika tag ini melalui medan yang dihasilkan oleh pembaca RFID yang 7
8 kompatibel, tag akan mentransmisikan informasi yang ada pada tag kepada pembaca RFID, sehingga proses identifikasi objek dapat dilakukan. Sistem RFID terdiri dari empat komponen, di antaranya seperti dapat dilihat pada gambar 2.1:
Tag: Ini adalah device yang menyimpan informasi untuk identifikasi objek. Tag RFID sering juga disebut sebagai transponder.
Antena: untuk mentransmisikan sinyal frekuensi radio antara pembaca RFID dengan tag RFID.
Pembaca RFID(Micro-Reader): adalah alat yang kompetibel dengan tag RFID yang akan berkomunikasi secara wireless dengan tag.
Software Aplikasi: adalah aplikasi pada sebuah workstation atau PC yang dapat membaca data dari tag melalui pembaca RFID. Baik tag dan pembaca RFID diperlengkapi dengan antena sehingga dapat menerima dan memancarkan gelombang elektromagnetik.
Gambar 2.1 Sistem RFID Walaupun teknologi RFID telah hadir selama hampir 20 tahun, belum ada standar data tunggal untuk satuan maupun untuk aplikasi industri. Sebagai
9 tambahan terhadap biaya per label, ketiadaan suatu standar data yang jelas juga menjadi suatu faktor yang membatasi penggunaan RFID secara luas.
2.1.2 Tag RFID Tag RFID adalah komponen yang dibuat dari rangkaian elektronika dan antena yang terintegrasi di dalam rangkaian tersebut. Rangkaian elektronik dari tag RFID umumnya memiliki memori sehingga tag ini mempunyai kemampuan untuk menyimpan data. Memori pada tag secara dibagi menjadi sel-sel. Beberapa sel menyimpan data Read Only, misalnya nomor seri yang unik yang disimpan pada saat tag tersebut diproduksi. Sel lain pada RFID mungkin juga dapat ditulis dan dibaca secara berulang. IC dari tag :
Gambar 2.2 Arsitektur IC pada Tag RFID
10 Paper labels with conductive silver ink antennas
Flexible label with an aluminum antenna
Gambar 2.3 Contoh Tag (13,56 MHz)
Gambar 2.4 Kumparan pada Chip Tag
2.1.2.1 Kelas Tag Berdasarkan catu daya tag, tag RFID (Radio Frequency Identification) dapat digolongkan menjadi:
Tag Pasif: yaitu tag yang catu dayanya diperoleh dari medan yang dihasilkan oleh pembaca RFID. Rangkaiannya lebih sederhana, harganya lebih murah, ukurannya kecil, dan lebih ringan. Kelemahannya adalah tag hanya dapat mengirimkan informasi dalam jarak yang terbatas 4 - 5m ketika menggunakan frekuensi UHF ( 860 MHz– 930 MHz).
11
Tag Semi-Pasif: yaitu tag yang memiliki baterai terintegrasi dan oleh karena itu tidak memerlukan energi dari medan pembaca untuk menggerakkan chip itu. Ini memungkinkan tag untuk berfungsi dengan tingkatan sinyal yang lebih rendah, menghasilkan jarak yang lebih besar sampai kepada 100 meter. Jaraknya terbatas karena tag tidak mempunyai pemancar terintegrasi, dan masih perlu menggunakan medan pembaca untuk komunikasi kembali ke pembaca itu.
Tag Aktif: yaitu tag yang catu dayanya diperoleh dari baterai, sehingga akan mengurangi daya yang diperlukan oleh pembaca RFID dan tag dapat mengirimkan informasi dalam jarak yang lebih jauh (sampai beberapa kilometer). Kelemahan dari tipe tag ini adalah harganya yang mahal dan ukurannya yang lebih besar karena lebih komplek. Semakin banyak fungsi yang dapat dilakukan oleh tag RFID maka rangkaiannya akan semakin komplek dan ukurannya akan semakin besar.
Tag RFID telah sering dipertimbangkan untuk digunakan sebagai barcode pada masa yang akan datang. Pembacaan informasi pada tag RFID tidak memerlukan kontak sama sekali. Karena kemampuan rangkaian terintegrasi yang modern, maka tag RFID dapat menyimpan jauh lebih banyak informasi dibandingkan dengan barcode. Fitur pembacaan jamak pada teknologi RFID sering disebut sebagai anti-collision.
12 Barcode
RFID
Transmisi data
Optik
Elektromagnetik
Ukuran data
48 bit (Code-39)
64 - 80 bit
Modifikasi data
Tidak bisa
Bisa&Tidak Bisa
Posisi pembawa data
Kontak cahaya
Tanpa kontak
Jarak Komunikasi
Dari cm sampai meter
Dari cm sampai km
Supseptibilitas Lingkungan
Debu
Dapat diabaikan
Pembacaan jamak
Tidak bisa
Bisa
Tabel 2.1 Perbandingan Teknologi Barcode dengan RFID
Pembagian kelas RFID adalah berdasarkan kemampuan untuk membaca dan menulis data. EPC (Electronic Product Code) global mengelompokkannya menjadi lima kelas yaitu : Class 0 – Read Only – Factory Programmed Tipe ini adalah tipe yang paling sederhana, yang hanya mengandung nomor seri, EPC ditulis sekali ke dalam tag selama produksi. Datanya kemudian tidak dapat diubah lagi. Kelas 0 juga digunakan untuk menentukan kategori tag yag disebut EAS (Electronic Artilce Surveilance) atau alat anti pencuri, yang tidak mempunyai nomor seri, hanya mendeteksi keberadaannya saat melewati antena. Class 1 Dalam kelas ini, tag dihasilkan dengan tidak ada data yang ditulis ke dalam memori. Data kemudian bisa ditulis baik oleh pabrik tag atau oleh pemakai tetapi hanya sekali. Selanjutnya tag tidak dapat ditulis lagi dan tag
13 hanya dapat dibaca. Tag jenis ini umumnya digunakan sebagai identifikasi sederhana. Class 2 Tipe ini adalah tipe yang paling fleksibel, di mana pemakai mempunyai akses untuk membaca dan menulis data ke dalam memori tag. Tag ini biasa digunakan untuk mencatat data, dan oleh karena itu berisi lebih banyak memori dibanding dengan yang hanya digunakan untuk pengenal sederhana. Class 3 Tag ini berisi sensor terintegrasi untuk parameter perekaman seperti temperatur, tekanan, dan gerakan, yang dapat direkam dengan menulis ke dalam memori tag. Pembacaan sensor dapat diambil tanpa ada pembaca, tag dapat berupa tag aktif maupun tag semi-pasif. Class 4 Tipe ini seperti miniatur radio yang dapat berkomunikasi dengan tag dan alat lain tanpa adanya suatu pembaca. Ini berarti mereka dengan sepenuhnya aktif dengan sumber baterai mereka sendiri.
2.1.2.2 Frekuensi Kerja RFID Ada beberapa band frekuensi yang digunakan untuk sistem RFID. Pemilihan dari frekuensi kerja sistem RFID akan mempengaruhi jarak komunikasi, interferensi dengan frekuensi sistem radio lain, kecepatan komunikasi data, dan ukuran antena. Untuk frekuensi yang rendah umumnya digunakan tag pasif, dan untuk frekuensi tinggi digunakan tag aktif.
14 Pada frekuensi rendah, tag pasif tidak dapat mentransmisikan data dengan jarak yang jauh, karena keterbatasan daya yang diperoleh dari medan elektromagnetik. Akan tetapi komunikasi tetap dapat dilakukan tanpa kontak langsung. Pada kasus ini hal yang perlu mendapatkan perhatian adalah tag pasif harus terletak jauh dari objek logam, karena logam secara signifikan mengurangi fluks dari medan magnet. Akibatnya tag RFID tidak bekerja dengan baik, karena tag tidak menerima daya minimum untuk dapat bekerja. Frekuensi komunikasi yang digunakan tergantung pada suatu aplikasi, dan memiliki rentang dari 125 KHz sampai 2.45 GHz. Pada frekuensi tinggi, jarak komunikasi antara tag aktif dengan pembaca RFID dapat lebih jauh, tetapi masih terbatas oleh daya yang ada. Sinyal elektromagnetik pada frekuensi tinggi juga mendapatkan pelemahan (atenuasi) ketika tag tertutupi oleh es atau air. Pada kondisi terburuk, tag yang tertutup oleh logam tidak terdeteksi oleh pembaca RFID. Contoh aplikasi RFID yang memiliki jangkauan yang beraneka-ragam mulai dari beberapa centimeter hingga beberapa kilometer, aplikasi jarak pendek menggunakan frekuensi rendah, dapat berupa aplikasi pendeteksian barang di bagasi, absensi di area pendidikan maupun perkantoran, dll. Sedangkan untuk aplikasi jarak jauh, menggunakan RFID frekuensi tinggi, yaitu dapat berupa sistem pendeteksian letak seperti GPS (Global Positioning System).
15
Frequency Range
LF
HF
UHF
Microwave
< 135 KHz
13.56 MHz
860 - 930 MHz
2.45GHz
Typical Read Range
< 0.5m
~ 1m
~4–5m
~ 1m
General
Larger Antennas
Less expensive than
Good for reading
Similar
resulting in higher
LF tags, Best suited
multiple tags at long
characteristics to
cost tags. Least
for applications that
range. More
UHF but faster
susceptible to
do not require long
affected than LF and
read rates.
performance
range reading of
HF by performance
Microwaves are
degradations from
high number of tags.
degradations from
much more
metals and liquids
This frequency has
metals and liquids
susceptible to
the widest
performance
application scope.
degradations from metals and liquids.
Tag power source
Mainly passive
Mainly passive
Active and passive
Active and passive
using inductive
using inductive
tags using E-Field
tags using E-Field
coupling (near
coupling (near field)
back scatter in the
back scatter in the
far field
far field
field)
Typical applications
Access Control,
Smart cards,
Supply Chain-
Electronic toll
Animal tagging,
AccessControl,
pallet and Box
collection, Real
Vehicle
Payment, ID, Item
tagging, Baggage
Time Location of
immobilizers
level tagging,
Handling, electronic
goods.
baggage control,
toll collection.
Biometrics, Libraries, laundries, Transport, Apparel
Notes
Largest installed
Currently the most
Different
5.8 GHz more or
base due to
widely available
frequencies and
less abandoned for
mature technology.
high frequency
power allocated by
RFID
However will be
world-wide due to
different countries
overtaken by
the adoption of
US 4W(EIRP)
higher frequencies
smart cards in
915MHz, Europe
transport.
0.5W (ERP) 868 MHz.
16 Multiple Tag Read
Slower
Faster
Better
Worse
Larger
Smaller
Rate Ability to read near metal or wet surfaces Passive Tag Size
Tabel 2.2 Frekuensi RFID
2.1.2.3 Standar Tag Salah satu aspek penting dalam teknologi RFID adalah masalah peraturan dan standar. Mereka dirancang untuk memastikan keamanan operasi yang berhubungan dengan peralatan radio dan peralatan elektronik lainnya, dan menjamin interoperabilas antar tag dan pembaca lain yang berasal dari pabrik yang berbeda. Peraturan sebagian besar terkait dengan pancaran energi dari pembaca dan alokasi bidang frekuensi, sedangkan standar seperti ISO (International Standards Organization) menentukankan antar-muka komunikasi udara antara pembaca ke tag dan tag ke pembaca, dan meliputi parameter seperti:
Protokol komunikasi
Jenis Sinyal Modulasi
Data coding dan frame
Kecepatan transmisi data
Anti-Collision (pendeteksian dan penyortiran dari banyak tag di dalam bidang pembaca pada waktu yang sama) Sejarah standar RFID 10 tahun yang lalu jauh dari ideal, mengarah ke
banyak kebingungan dan variasi. Situasi pada rantai persediaan dan manajemen
17 barang tidak berbeda. Beberapa prakarsa sedang dibuat untuk mencoba dan menyelaraskan keduanya ke dalam satu standar global, yang mana akan menjadi jalan keluar untuk memastikan adopsi secara luas, dan volume tag RFID yang tinggi di dalam rantai persediaan.
Tabel 2.3 Evolusi Standar EPCglobal
2.1.3 Pembaca RFID ( RFID Reader ) Pembaca adalah suatu unsur kunci pada setiap sistem RFID, dan merupakan bagian dari proses pemilihan dan evaluasi produk. Sampai saat ini dalam pengembangan untuk rantai persediaan, pembaca sebagian besar digunakan dalam sistem kontrol akses, yang berarti bahwa permasalahan dalam menangani jumlah tag dan volume barang yang banyak bukan merupakan isu serius. Sebuah pembaca RFID harus dapat melakukan dua hal penting, yaitu:
Menerima perintah dari software aplikasi
Berkomunikasi dengan tag RFID
18 HF Reader
UHF EPC Reader
Gambar 2.5 Pembaca RFID
Pembaca RFID merupakan penghubung antara software aplikasi dengan antena yang akan meradiasikan gelombang radio ke tag RFID. Gelombang radio yang diemisikan oleh antena berpropagasi pada ruangan di sekitarnya. Akibatnya data dapat berpindah secara wireless ke tag RFID yang berada berdekatan dengan antena.
2.1.3.1 Kriteria Utama Pembaca RFID
Frekuensi Operasi (LF, HF atau UHF) - Beberapa perusahaan
sedang
mengembangkan pembaca RFID multi-frekuensi
Ketangkasan Protokol - Mendukung protokol tag yang berbeda (ISO, EPC, proprietary) - Kebanyakan perusahaan menawarkan dukungan multiprotokol, tetapi tidak mendukung semuanya
19 Kemampuan untuk menghubungkan beberapa pembaca RFID secara bersamaan
-
via concentrators
-
via middleware
Pengaturan banyak antena -
Umumnya 4 antena / pembaca
-
Bagaimana antena di-polled atau multiplexed
Adaptasi ke kondisi antena -
Dynamic auto-tuning
I/O Digital untuk sensor eksternal dan rangkaian kendali.
2.1.3.2 Antena Pembaca Dalam suatu sistem RFID, antena pembaca merupakan bagian yang paling rumit untuk dirancang. Untuk cakupan pendek (< 10cm) aplikasi HF seperti kendali akses, antena cenderung terintegrasi di dalam pembaca. Untuk cakupan aplikasi yang lebih panjang, HF (10cm < 1m) atau UHF(< 3m), antena hampir selalu eksternal, dan dihubungkan dekat dengan pembaca melalui suatu kabel koaksial yang terlindungi dan memiliki impedansi yang sesuai. Selagi antena mungkin dibeli sebagai produk jadi, sering diperlukan pengembangan aplikasi versi spesifik. Desain dan prinsip antena secara radikal berbeda pada jangkauan frekuensi LF, HF dan UHF. Sesungguhnya tidak sepenuhnya benar untuk mengatakan sistem kopel induktif seperti HF menggunakan antena, sebab mereka bekerja dalam medan dekat di mana tidak ada perambatan EM (Elektromagnetis).
20 Mayoritas antena RFID perlu disetel pada resonansi dari frekuensi operasi. Ini akan menghindarkannya pada efek eksternal, dimana dapat berdampak pada jarak komunikasi antena tersebut.
2.1.4 Back-End Database Pembaca dapat menggunakan isi tag sebagai kunci pencarian ke suatu back-end database. Back-end database dapat berhubungan dengan informasi produk, catatan atau informasi manajemen. Database independen mungkin dibangun oleh seseorang dengan akses ke isi tag. Ini mengijinkan para pemakai tidak berkaitan sepanjang rantai persediaan produk untuk membangun aplikasi mereka sendiri. Diasumsikan bahwa suatu koneksi yang aman ada antara suatu back-end database dan pembaca tag. Untuk analisa protokol, kadang-kadang berguna untuk melibatkan pembaca dan back-end database ke dalam kesatuan tunggal. Pada kasus lain, pembaca mungkin diperlakukan sebagai suatu saluran yang tidak dipercayai antara database dan tag.
2.2
FPGA (Field-Programable Gate Array) FPGA (Field Programable Gate Array) merupakan salah satu tipe dari PLD (Programable Logic Device)¸ atau komponen logic yang dapat diprogram sesuai dengan keinginan pemakai. FPGA terdiri dari tiga komponen utama, yaitu Configurable Logic Block (CLB), Switch Matrix, dan Input/Output Block (IOB) (Gambar 2.6). (Mano dan Kime, 2001, p328-329)
21
Gambar 2.6 Tiga Komponen Utama FPGA
CLB
merupakan
array
dari
blok-blok
atau
elemen
untuk
mengkonfigurasi atau membangun logika. Blok-blok dasar yang membangun sebuah CLB disebut logic cell (LC). Setiap LC mengandung 4-input function generator, carry logic, dan storage element. Setiap CLB terdiri dari empat buah LC yang dikelompokan ke dalam dua slice yang serupa (Gambar 2.7). (Xilinx Inc., 2003, p3)
22
Gambar 2.7 Skematik Sebuah Slice
Masing-masing CLB dapat diprogram dengan fungsi logic yang diinginkan. Hubungan antara CLB dengan masukan dan keluaran pin dapat diprogram melalui PSM. CLB sendiri terdiri dari komponen-komponen, terutama Random Access Memory (RAM) dan multiplexer. RAM di dalam CLB terutama digunakan sebagai Look Up Table (LUT) yang akan menyimpan data sesuai dengan fungsi logic yang ingin dibentuk. Alamat dari LUT ini menjadi masukan
23 bagi fungsi logic, dan outputnya dihasilkan dari data yang tersimpan di dalam LUT. 4-input function generator diimplementasikan sebagai 4-input look-up table (LUT). Setiap LUT dapat menyediakan 16x1-bit synchronous RAM. Sehingga dua LUT dalam sebuah slice dapat disatukan untuk membentuk 16x2bit atau 32x1-bit synchronous RAM atau 16x1-bit dual-port synchronous RAM. LUT juga dapat menyediakan 16-bit shift register yang cocok untuk menangkap data kecepatan tinggi atau burst-mode. (Xilinx Inc., 2003, p3). Storage element pada slice dapat dikonfigurasi sebagai edge-triggered Dtype flip-flop atau sebagai level-sensitive latch. Masukkan pada D dapat melalui function generator di dalam slice maupun langsung dari masukan slice (tidak melalui function generator). (Xilinx Inc., 2003, p3) Switch Matrix menghubungkan ke dan dari CLB dan IOB yang dapat diprogram, yaitu dengan Pass Transistor Control. Long-line merupakan jenis persambungan jarak jauh, sedangkan Single-length menghubungkan antara CLB atau IOB yang bersebelahan. (Mano dan Kime, 2001, p330-331) Untuk dapat berinteraksi FPGA mempunyai IOB (Input Output Block) yang berfungsi sebagai penghubung rangkaian digital di dalam FPGA dengan komponen-komponen lain di luar chip FPGA. IOB dapat berfungsi sebagai port masukan maupun keluaran (Bidirectional) dengan masing-masing pin I/O FPGA terhubung ke satu IOB. IOB terdiri dari register dan three-state buffer. Register pada IOB berfungsi sebagai edge-triggered D-type flip-flop atau sebagai levelsensitive latch. Three-state buffer memungkinkan I/O pin digunakan sebagai
24 masukan, keluaran, atau masukan/keluaran (Gambar 2.8) (Xilinx,Inc,2000, p29).
Gambar 2.8 Skematik IOB
Keistimewaan dari IOB (Input Output Block), input dan output dapat mendukung banyak standar sinyalisasi. Standar sinyal untuk low-voltage bergantung pada VREF sedangkan untuk high-voltage bergantung pada VCCO. (Xilinx Inc., 2003, p1-3) Rangkaian weak-keeper terhubung dengan setiap output. Tegangan pada VREF harus menyediakan standar sinyal yang diinginkan agar rangkaian ini dapat memeriksa tegangan pada pad dan mengedalikan pin High atau Low sesuai
25 dengan sinyal input yang didapat melalui IOB input buffer. (Xilinx Inc., 2003, p2) Rangkaian Delay-Locked Loop (DLL) memungkinkan zero propagation delay, low clock skew dari sinyal clock keluaran yang disebarkan ke setiap device, dan clock domain control yang mutakhir. (Xilinx Inc., 2003, p20)
2.2.1 Xilinx Spartan II FPGA (Field-Programable Gate Array) FPGA yang digunakan pada penelitian ini merupakan produk dari perusahaan Xilinx. FPGA ini memiliki arsitektur CLB (Configurable Logic Block) yang umum, flexible, dan Programable. Terdiri dari sebuah modul FPGA Xilinx Spartan II (Gambar 2.9a) dan sebuah rangkaian penyangga (Gambar 2.9b). (Xilinx Inc., 2001, p2)
Gambar 2.9 Modul FPGA Xilinx Spartan II dan Rangkaian Penyangga
Keluarga Xilinx Spartan II FPGA (Field-Programable Gate Array) ini memberikan tingkat penampilan yang tinggi, memiliki sumber logic yang besar dan kaya akan kelebihan-kelebihan. Terdiri dari 6 jenis device yang memiliki
26 beberapa jenis karakteristik, seperti yang tertera pada tabel dibawah (Tabel 2.4). (Xilinx Inc., 2001, p1)
Tabel 2.4 Keluarga Xilinx Spartan II FPGA
2.2.2 Xilinx Integrated Software Environment (ISE) WebPack seri 6.1i Untuk merancang Xilinx Spartan FPGA (Field-Programable Gate Array), digunakan software Xilinx Integrated Software Environment (ISE) WebPack seri 6.1i (Gambar 2.10). Software ini merupakan produk dari perusahaan Xilinx. Terdapat dua cara yang dapat digunakan untuk menjalankan software ini, yaitu dengan bahasa pemrograman VHDL (Very High Speed Integrated Circuit) Hardware Description Language dan desain skematik.
27
Gambar 2.10 Xilinx ISE WebPack seri 6.1i
2.2.2.1 VHDL (VHSIC (Very High Speed Integrated Circuit) Hardware Description Language) VHDL adalah singkatan dari VHSIC Hardware Description Language, yang mana VHSIC adalah singkatan dari Very High Speed Integrated Circuit. VHDL merupakan standar yang dikembangkan oleh IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Standar yang digunakan secara luas adalah VHDL 1976-1987. Sedangkan versi revisinya, VHDL 1976-1993 masih dalam proses untuk menggantikan versi yang lama (Gambar 2.11). VHDL dapat digunakan sebagai dokumentasi, pembuktian, dan sintesa pada perancangan digital berukuran besar. VHDL menggunakan tiga pendekatan
28 untuk mendiskripsikan hardware. Ketiga pendekatan itu adalah metode structural, data flow, dan behavioral. (http://www.gmvhdl.com/ VHDL.html, 2003) Metode structural membagi rancangan ke dalam beberapa blok agar mudah dimengerti dan diatur. Blok-blok tersebut kemudian dihubungkan hingga membentuk rancangan yang utuh. Setiap blok pada VHDL dapat disamakan dengan sebuah bagian yang berdiri sendiri yang disebut entity. Entity juga menggambarkan antarmuka rancangan. Component menggambarkan antarmuka dari entity yang nantinya akan digunakan sebagai sebuah instance (sub blok). Component instance adalah salinan lain dari sebuah component yang akan dihubungkan ke bagian (part) dan sinyal lain. Pada metode data flow, jalur digambarkan dengan menyatakan bagaimana input dan output dalam komponen primitif (seperti gerbang AND) terhubung. Bagian arsitektur mengambarkan operasi internal dari sebuah rancangan dan metode ini menentukan bagaimana aliran data dari input hingga output. Pendekatan dengan metode behavioral berbeda dengan dua metode sebelumnya, ia tidak benar-benar menggambarkan bagaimana rancangan diimplementasikan. Dasarnya adalah pendekatan kotak hitam (black box) dalam melakukan pemodelan, tidak perduli apa isi kotak hitam tersebut dan bagaimana cara kerjanya. Penjabaran behavioral didukung oleh process statement yang muncul dalam badan architecture declaration seperti pada saat menyatakan signal assignment. Isi dari process statement dapat diurutkan penulisannya seperti pada sequential statement yang ditemukan dalam bahasa pemrograman.
29
Gambar 2.11 VHDL
2.2.2.2 Desain Skematik Merupakan salah satu cara yang digunakan dalam Xilinx Foundation Series dengan menggunakan rangkaian skematik yang dirangkai pada editor skematik (Gambar 2.12). Perbedaan yang mencolok antara Desain skematik dengan VHDL yaitu, Desain skematik menggunakan grafik atau gambar rangkaian pada skematik editor, sedangkan VHDL menggunakan source code atau bahasa pemrograman pada text editor. (Xilinx Foundation 2.1i., 2001, p97)
30
Gambar 2.12 Desain Skematik
2.3
Motor Langkah Yang dimaksud dengan motor adalah suatu komponen elektromekanikal yang dapat merubah energi listrik menjadi energi gerak (putar). Berbeda dengan motor biasa, dimana akan langsung berputar saat menerima tegangan, motor dapat dikendalikan dengan suatu driver sehingga hanya akan bergerak secara step/terpatah menuju titik koordinasi putaran tertentu. Motor langkah merupakan motor yang dikendalikan dengan menggunakan arus DC/searah. Selain motor langkah itu sendiri, masih terdapat beberapa jenis motor DC lainnya yang antara lain adalah motor DC shunt, motor DC seri, motor DC kompond pendek, motor DC kompond panjang, motor DC konvensional, dan lain-lain. Motor langkah itu sendiri dapat dibagi menjadi beberapa jenis, yaitu:
31
Motor langkah magnet permanen (Permanent magnet stepper motor)
Gambar 2.13 Motor Langkah Dengan Magnet Permanen
Keunggulan dari motor langkah jenis ini adalah ia mempunyai rotor/penggerak yang terbuat dari magnet permanen, oleh karena itu torsi/gaya putaran yang dihasilkannya cukup besar, namun akibatnya ia tidak memiliki kecepatan langkah yang tinggi. Motor ini mempunyai sudut perlangkah sebesar 1,8 derajat sampai dengan 90 derajat. Keunggulan lain dari motor langkah jenis ini adalah bahwa arus yang dibutuhkan oleh motor ini relatif kecil, memiliki ketelitian yang cukup baik, dan sistemnya tidak memerlukan umpan balik untuk dapat mengetahui posisi motor.
32
Motor langkah variabel reluktansi (Varible relutance stepper motor)
Gambar 2.14 Cross-section dari Variabel Reluktansi
Motor langkah jenis ini mempunyai rotor yang bersifat ferromagnetik dan mempunyai banyak katup. Ferromagnetik itu berarti bahwa magnet rotor tersebut bukanlah berasal dari magnet permanen, melainkan dibuat dari bahan dasar yang memiliki tingkat permeabilitas magnetik tinggi, seperti contohnya besi, kobalt, dan lainnya. Torsi yang dihasilkannya oleh motor langkah variable reluktansi lebih kecil dari motor langkah magnet permanen tetapi ia mempunyai kecepatan langkah yang tinggi. Motor ini menghasilkan sudut per-step sebesar 7,5 derajat sampai dengan 30 derajat.
33
Motor langkah hibrida (Hybrid stepper motor) Motor langkah ini lebih mahal dari motor langkah magnet permanen,
namun ia juga memiliki kinerja yang paling baik. Sifat yang dimiliki oleh motor langkah ini merupakan kombinasi dari kedua jenis motor langkah di atas. Torsi yang dihasilkan besar dan dapat bekerja pada kecepatan langkah yang tinggi. Sudut per-step yang dihasilkan sebesar 3,6 derajat sampai dengan 0,9 derajat (100 – 400 langkah per putaran).
Gambar 2.15 Cross-section dari Motor Hybrida
2.3.1 Prinsip Kerja Motor Langkah Sebuah motor langkah akan mengkonversi signal pulsa elektronik menjadi gerakan mekanik diskrit. Kumparan dari motor langkah akan berotasi dalam langkah diskrit input sinyal, pulsa elektronik diberikan dalam urutan yang sesuai. Rotasi motor memiliki hubungan secara langsung terhadap beberapa kombinasi sinyal pulsa input. Kombinasi urutan sinyal input akan berpengaruh
34 terhadap arah tujuan dari pergerakan motor. Kecepatan dari rotasi motor dipengaruhi oleh frekuensi sinyal pulsa input, dan jarak dari rotasi dipengaruhi dari kombinasi sinyal pulas input yang diberikan.
Gambar 2.16 Motor Langkah yang Memiliki Dua Buah Stator
Bentuk dasar dari sebuah motor langkah yang sederhana terdiri dari sebuah rotor dan sebuah stator. Rotor berfungsi sebagai magnet permanen, sedangkan stator memiliki lilitan kumparan yang dapat membentuk kutub magnet. Apabila kutub magnet stator dan rotor sama, maka kedua magnet akan saling tolak-menolak dan meyebabkan rotor akan berputar. Arah perputaran dapat terjadi dua arah, tergantung pada faktor mekanik dari motor langkah itu sendiri. Sedangkan besarnya perputaran yaitu sebesar 180 derajat. Untuk motor langkah yang terdiri dari dua buah stator dan sebuah rotor, prinsip kerjanya sama dengan motor langkah yang terdiri dari sebuah stator dan sebuah rotor.
35 2.3.2 Mode Langkah Berikut ini adalah mode langkah yang paling umum digunakan dalam motor langkah: •
Wave Drive (1 fasa)
•
Full Step Drive (2 fasa)
•
Half Step Drive (1 dan 2 fasa) Pada mode langkah wave drive hanya satu lilitan yang diberikan energi
pada suatu waktu. Stator akan diberikan energi menurut urutan A Æ B Æ
A → B dan langkah rotor dari 8 Æ 2 Æ 4 Æ 6. Kekurangan dari mode ini adalah pada motor jenis unipolar hanya akan 25% dan pada bipolar motor hanya 50% dari total energi lilitan yang akan digunakan pada suatu waktu. Ini berarti maka torsi yang dihasilkan oleh motor tidak akan pernah bernilai maksimum. Apabila arus listrik dan arah rotor membentuk konfigurasi listrik magnet, maka rotor akan berputar sebesar 90 derajat berlawanan arah jarum jam (CCW). Perputaran ini disebut sebagai langkah penuh (full step). Pada mode ini urutan pemberian energi pada stator adalah AB → A B → A B → AB . Sedangkan tahapan rotor akan bergerak menurut posisi 1 Æ 3 Æ 5 Æ 7. Apabila magnet permanen dan medan listrik maka rotor akan berputar sebesar 45 derajat searah jarum jam (CW). Perputaran ini disebut sebagai setengah langkah (half step). Apabila motor langkah terdiri dari empat pasang stator, maka besar langkah penuh yaitu sebesar 45 derajat dan setengah langkah sebesar 22,5 derajat.
36
Gambar 2.17 Motor Langkah Bipolar dan Unipolar 2.4
Visual Basic Visual Basic pada dasarnya adalah bahasa pemrograman computer tingkat tinggi (High Level Language) dimana instruksi-instruksinya sudah seperti bahasa manusia sehingga lebih mudah untuk dimengerti. Beberapa kemampuan atau manfaat dari Visual Basic adalah:
Dapat digunakan untuk membuat program aplikasi berbasis windows dengan mudah dan cepat, dimana menghasilkan program akhir berekstensi .EXE yang sifatnya executable, atau langsung dapat dijalankan.
Dapat digunakan untuk membuat objek-objek pembantu program seperti misalnya control ActiveX, file Help, aplikasi Internet, dan sebagainya.
37 Visual Basic merupakan sebuah pengembangan dari bahasa BASIC (Beginner’s All Purpose Symbolic Instruction Code). Pada mulanya BASIC dirancang dengan tujuan untuk dapat digunakan oleh para programmer pemula. Visual Basic masih tetap mempertahankan beberapa syntax atau format penulisan program yang ada dalam bahasa BASIC.
2.4.1 Sistem Basis Data Yang dimaksud dengan Sistem Basis Data pada Visual Basic adalah sekumpulan data pada form atau tabel yang dapat diakses, dimanipulasi, dan diatur sedemikian rupa sehingga memenuhi keinginan pengguna. Tabel dan form adalah suatu unsur utama dalam database, dan Visual Basic telah menyediakan itu semua secara terintegrasi, dan sudah dapat dibangun dengan berdasarkan
wizard yang ada di dalamnya. Salah satu format Basis Data yang tersedia pada Visual Basic adalah
Microsoft Access Database. Format itu pula yang digunakan oleh penulis dengan alasan paling mudah, dan paling banyak digunakan pada Sistem Basis Data lainnya.
38
Gambar 2.18 Tampilan Visual Data Manager
2.4.2 Komunikasi dengan Hardware Dikenal dua cara komunikasi data secara serial, yaitu komunikasi data serial secara sinkron dan komunikasi data serial secara asinkron. Pada komunikasi data sinkron, clock dikirimkan secara bersama-sama dengan data serial, sedangkan komunikasi data serial asinkron, clock tidak dikirimkan bersaman data serial, tetapi dibangkitkan secara sendiri-sendiri baik pada sisi pengirim (transmitter) maupun pada sisi penerima (receiver). Pada IBM PC kompatibel port serialnya temasuk jenis asinkron. Komunikasi data serial ini dikerjakan oleh UART (Universal Asychronous Receiver / Transmitter). IC UART dibuat khusus untuk mengubah data paralel menjadi data serial dan kemudian diubah lagi menjadi data paralel.
39 Pada UART, kecepatan pengiriman data (baud rate) dan fase clock pada sisi pengirim dan sisi penerima harus sinkron. Untuk itu diperlukan sinkronisasi antara pengirim dan penerima. Hal ini dilakukan oleh bit “Start” dan bit “Stop”. Ketika saluran transmisi dalam keadaan idle, output UART adalah dalam keadaan logika “1”. Ketika pengirim ingin mengirimkan data, output UART akan diset terlebih dahulu ke logika “0” untuk waktu satu bit. Sinyal ini pada receiver akan dikenali sebagai sinyal “Start” yang digunakan untuk mensinkronkan fase clocknya sehingga sinkron dengan fase clock pengirim. Selanjutnya, data akan dikirim secara serial dari bit paling rendah (bit 0) sampai bit tertinggi. Selanjutnya, akan dikrim sinyal “Stop” sebagai akhir dari pengiriman data serial. Port Paralel atau Port Printer sebenarnya terdiri dari tiga bagian yang masing-masing diberi nama sesuai dengan tugasnya dalam melaksanakan pencetakan pada printer. Tiga bagian tersebut adalah Data Port (DP), Printer
Control (PC), dan Printer Status (PS). DP digunakan untuk mengirim data yang harus dicetak oleh printer, PC digunakan untuk mengirimkan kode-kode kontrol dari komputer ke printer. DP, PC dan PS sebenarnya adalah port-port 8 bit, namun hanya DP yang benar-benar 9 bit. Untuk PC dan PS, hanya beberapa bit saja yang dipakai yang berarti hanya beberapa bit saja dari port-port ini yang dapat kita manfaatkan untuk keperluan interfacing.
