BAB II KONSEP DASAR PERANCANGAN Pada bab ini akan dijelaskan konsep dasar sistem keamanan rumah nirkabel berbasis mikrokontroler menggunakan modul Xbee Pro. Konsep dasar sistem ini terdiri dari gambaran sistem, prinsip kerja sistem, dan komponen pembentuk sistem.
2.1 Gambaran Sistem Alat yang akan direalisasikan dalam skripsi ini terdapat dua buah modul. Modul I adalah modul sensor, modul sensor ini akan diletakkan pada daerah dekat pintu atau jendela yang akan diletakkan sensor-sensor. Modul II adalah modul pengendali, modul pengendali ini dapat dibawa kemana-mana dan berfungsi untuk mengaktifkan maupun menonaktifkan modul sensor, dan memonitoring keadaan pintu atau jendela yang telah dipasang modul sensor.
RX
SENSOR
MIKROKONTROLER
XBeePRO TX
RX
SERVER
MIKROKONTROLER
XBeePRO TX
Gambar 2.1. Blok Diagram Sistem Secara Keseluruhan
2.2 Prinsip Kerja Sistem Pada bagian ini dijelaskan mengenai prinsip kerja sistem dari perangkat keras yang dirancang. Pada Gambar 2.1 terlihat bahwa modul I terbagi menjadi beberapa bagian, yaitu: modul sensor, modul mikrokontroler, modul wireless. Sedangkan pada modul II terbagi menjadi beberapa bagian,yaitu: modul interface, modul mikrokontroler, modul wireless. Sehingga perancangan perangkat keras yang akan dijelaskan dibagi beberapa bagian, yaitu: 1. Modul Sensor (terdapat pada modul 1)
4
5
2. Modul Interface (terdapat pada modul II) 3. Modul Mikrokontroler (terdapat pada modul I dan modul II) 4. Modul Wireless (terdapat pada modul I dan modul II)
2. 2.1 Modul Sensor Pada modul sensor terdapat dua komponen utama, yaitu: 1. Reed switch 2. Sensor PIR.
2.2.1.1 Reed Switch Reed switch adalah sensor yang berfungsi juga sebagai saklar yang aktif atau terhubung apabila di area jangkauannya terdapat medan magnet. Medan magnet yang cukup kuat jika melalui area sekitar reed switch, maka dua buah plat yang saling berdekatan tadi akan terhubung sehingga akan memberikan rangkaian tertutup bagi rangkaian yang dipasangkan. Kondisi tersebut digunakan untuk membedakan kondisi pintu atau jendela sedang tertutup atau terbuka. Pada perancangan ini jika kondisi pintu atau jendela sedang tertutup maka pin mikrokontroler yang terhubung pada reed switch akan tertutup (ON) sehingga terhubung dengan VCC. Sedangkan jika kondisi pintu atau jendela sedang terbuka maka pin mikrokontroler yang terhubung pada reed switch akan terbuka (OFF).
Gambar 2.2 Reed Switch
2.2.1.2 Sensor PIR Modul PIR bekerja pada tegangan 5 volt. Saat PIR mendeteksi pergerakan manusia, PIR akan memiliki tegangan keluatan 3,3 volt. Pin keluaran dari PIR akan terhubung langsung dengan pin pada mikrokontroler, berikut penampakan PIR.
6
Gambar 2.3 Sensor PIR
2.2.2 Modul Interface Bagian interface berfungsi untuk sarana interaksi user dengan sistem yang dirancang. Melalui bagian ini user dapat mengaktifkan dan menonaktifkan fungsi modul sensor. Dengan adanya LCD user dapat memantau kondisi pintu dan jendela sedang terbuka atau tertutup dan mengetahui jika ada orang yang mendekati pintu atau jendela. Bagian ini secara keseluruhan terhubung dan dikendalikan oleh bagian modul mikrokontroler. Ada dua komponen utama pada bagian interface yaitu keypad 4x4 dan LCD karakter 16x2. Keypad 4x4 digunakan sebagai sarana pengguna untuk memberikan masukan ke sistem. Keypad 4x4 memiliki konektor delapan pin yang dihubungkan ke mikrokontroler. LCD karakter 16x2 berfungsi sebagai penampil informasi yang ada pada sistem, juga sebagai penampil menu utama. Gambar 2.4 menunjukkan keypad 4x4 dan LCD karakter 16x2 yang digunakan dalam perancangan.
Gambar 2.4 Keypad 4x4 dan LCD 16x2 yang Digunakan Dalam Perancangan
7
2.2.3 Modul Mikrokontroler Mikrokontroler yang digunakan adalah Atmega8535. ATMega8535 dipilih karena memiliki fitur yang cukup lengkap. Mulai dari kapasitas memori program dan memori data yang cukup besar, interupsi, timer/counter, PWM, USART, TWI, analog comparator, EEPROM internal dan juga ADC internal. Atmega8535 memiliki kemampuan eksekusi yang lebih tinggi dibandingkan mikrokontroler keluarga MCS-51.
Gambar 2.5. Konfigurasi pin mikrokontroler Atmega8535
Gambar adalah konfigurasi pin dari mikrokontroler ATmega 8535 dengan penjelasan fungsi-fungsinya sebagai berikut: 1.
VCC adalah untuk masukan digital voltage supply.
2.
GND adalah pin ground.
3.
PORT A (PA0 – PA7) digunakan untuk input ADC (Analog to Digital Converter). Port A ini juga berfungsi sebagai input/output dan mempunyai resistor pull-up internal yang bisa ditambahkan.
4.
PORT B (PB0 – PB7) berfungsi sebagai input/output dan mempunyai resistor pull-up internal yang bisa ditambahkan. Port B juga mempunyai fungsi khusus, yaitu komunikasi SPI, input analog comparator, input external interrupt, timer/counter output compare match output, timer/counter external counter input, dan USART external clock input/output.
8
5.
PORTC (PC0 – PC7) berfungsi sebagai input/output dan mempunyai resistor pull-up internal yang bisa ditambahkan. Port C juga mempunyai fungsi khusus, yaitu pin timer oscillator, JTAG, komunikasi I2C.
6.
PORTD (PD0 – PD7) berfungsi sebagai input/output dan mempunyai resistor pull-up internal yang bisa ditambahkan. Port D juga mempunyai fungsi khusus, yaitu komunikasi USART, external interrupt, timer/counter output compare match output, pin timer/counter input capture.
7.
RESET berfungsi untuk mereset mikrokontroler apabila diberi input low.
8.
XTAL1 dan XTAL2 berfungsi sebagai pin external clock.
9.
AVCC adalah pin tegangan supply untuk ADC.
10. AREF adalah pin input tegangan referensi untuk ADC. Mikrokontroler akan berkomunikasi dengan XBee menggunakan UART (Universal
Asynchronous
Receiver/Transmitter).
Asynchronous
serial
adalah
komunikasi di mana kedua pihak (pengirim dan penerima) masing-masing menghasilkan clock namun hanya data yang ditransmisikan, tanpa clock. Agar data yang dikirim sama dengan data yang diterima, maka kedua frekuensi clock harus sama dan harus terdapat sinkronisasi. Setelah adanya sinkronisasi, pengirim akan mengirimkan datanya sesuai dengan frekuensi clock pengirim dan penerima akan membaca data sesuai dengan frekuensi clock penerima. Mikrokontroler berfungsi mengatur dan mengendalikan seluruh proses operasi yaitu mengolah data dari reed switch dan sensor PIR dan diteruskan ke XBee Pro, menerima data yang diterima oleh XBee Pro, mengolah data agar dapat ditampilkan pada LCD, menerima inputan dari keypad, dan lain-lain. Mikrokontroler ATMega8535 ini menggunakan external osilator, sehingga pin XTAL 1 dan pin XTAL 2 perlu untai tambahan dari luar. Untai ini dibuat menggunakan osilator kristal yang dirangkai dengan dua kapasitor yang nilainya sama. Untai osilator untuk mikrokontroler ini ditunjukkan pada Gambar 2.6. C1 20pF XTAL 1 C2 20pF
11.059MHZ XTAL 2
Gambar 2.6. Untai Osilator ATMega8535
9
Pada perancangan nilai kapasitor yang digunakan adalah 20 pF dan kristal yang digunakan mempunyai frekuensi resonansi 11,0592 MHz. Frekuensi yang dihasilkan oleh kristal inilah yang digunakan sebagai penentu kecepatan mikrokontroler dalam menjalankan program, karena frekuensi kerja AVR sama dengan frekuensi osilator (kecepatan AVR dua belas kali lebih cepat dibandingkan kecepatan MCS51). Dalam data sheet ATMega8535 memiliki kecepatan maksimal sebesar 16 MHz, sehingga kristal yang dipilih masih bisa digunakan. Jika kita menggunakan kristal yang mempunyai frekuensi 11,0592 MHz, maka satu siklus perintah membutuhkan waktu :
=
=
,
= 0,0904
(1)
2.2.4 Modul Wireless Modul wireless XBee Pro atau yang sering disebut dengan ZigBee Merupakan modul transceiver. Radio frequency transceiver atau pengirim dan penerima frekuensi radio ini berfungsi untuk komunikasi secara full duplex. Radio frequency transceiver ini merupakan sebuah modul yang terdiri dari RF transmitter dan RF receiver dengan frekuensi 2.4 GHz. Gambar 2.7 menunjukan tampilan XBee Pro.
Gambar 2.7 XBee Pro
Pada modul wireless disini menggunakan XBee Pro yang digunakan sebagai sarana pengiriman dan penerimaan data. XBee pro memiliki daya maksimum 63 mwatt dan bekerja pada tegangan 3,3 volt. Karena disebabkan output yang dihasilkan oleh pin mikrokontroler adalah tegangan 5 volt sedangkan XBee Pro bekerja pada tegangan 3,3 volt maka digunakan modul regulator untuk mengubah tegangan catu daya 5 volt menjadi 3,3 volt. Modul regulator cukup dengan pembagi tegangan menggunakan resistor 2K2 Ω dan 1K Ω seperti pada gambar 2.8.
10
Gambar 2.8 Rangkaian Pembagi Tegangan
Vout = =
(
)
×
(2)
2200 × 5 = 3,4375 (1000 + 2200)
Pada perancangan ini pin XBee yang digunakan hanya pin 1 (VCC), pin 2 (TX), pin 3 (RX), dan pin 10 (GND). Pada saat akan mengirim data maka pin TX pada mikrokontroler dihubungkan dengan pin RX pada XBee. Sedangkan pada saat menerima data maka pin TX pada XBee dihubungkan dengan pin RX pada mikrokontroler.
2.3 Komponen Pembentuk Sistem Untuk merancang dan merealisasikan sistem keamanan rumah nirkabel berbasis mikrokontroler menggunakan modul Xbee Pro, sistem ini memerlukan komponenkomponen tertentu untuk menyusun setiap modulnya baik modul sensor maupun modul pengendali dan mempunyai fungsinya masing-masing sehingga membentuk suatu kesatuan antara modul sensor dengan modul pengendali. Berikut ini adalah komponen – komponen yang dibutuhkan untuk merancang suatu sistem keamanan rumah nirkabel berbasis mikrokontroler menggunakan modul Xbee Pro, antara lain: 1. Mikrokontroler. 2. Reed Switch. 3. PIR. 4. LCD.
11
5. Keypad. 6. XBee Pro. 7. Buzzer. 8. Baterai.
