BAB III PERANCANGAN ALAT
Bab ini membahas perancangan alat monitoring Base Transceiver Station berbasis platform Mikrocontroller Open Source Arduino Uno dan Ethernet Shield. Microcontroller tersebut digunakan untuk mengolah informasi yang telah didapatkan
oleh
microcontroller
dan
kemudian
akan
di
transmisikan
menggunakan jaringan Ethernet sehingga data yang didapat dapat ditampilkan di Web browser. Pengaturan tersebut berfungsi untuk menampilkan informasi yang telah diterima oleh Microcontroller mengenai kondisi Suhu ruangan, Sensor Asap, Sensor PIR, Sensor Arus dan Tegangan
3.1
Diagram Blok Bab ini akan membahas perancangan alat Monitoring Status Base Transceiver Station berbasis platform Microcontroller Open Source Arduino Uno dan Ethernet shield. Microcontroller tersebut digunakan untuk mengolah informasi yang telah didapatkan oleh sensor-sensor dan kemudian akan dikirim data yang diterima sensor melalui Ethernet shield dan jaringan Metro Ethernet ke personal komputer di ruangan Network Operation Center. Pembuatan sistem meliputi perencanaan perangkat keras dan perencanaan perangkat lunak.
25
26
Gambar 3.1 Diagram Blok Monitoring Status BTS
Alat ini menggunakan lima Sensor sebagai pendeteksi status yang ada di BTS. Kemudian data dari kelima sensor tersebut masuk kedalam Arduino Uno untuk dirubah menjadi data digital dan diproses lebih lanjut lalu di transmisikan oleh Ethernet Shield ke jaringan Metro Ethernet sehingga data dari sensor-sensor dapat ditampilan dalam sebuah Web browser yang dapat dilihat oleh Network Operation Center pada layar monitor. Berikut fungi dari kelima sensor : 1. Sensor Suhu Berfungsi untuk memonitoring suhu ruangan yang ada di BTS 2. Sensor PIR Berfungsi untuk memonitoring apakah ada team lapangan yang berada di dalam BTS. Dalam hal ini sensor PIR digunakan untuk keamanan BTS. Karena pada saat memasuki dan meninggalkan BTS diwajibkan melapor ke Helpdesk NOC. 3. Sensor Asap Berfungsi untuk keamanan BTS dari kebakaran 4. Sensor Tegangan Berfungsi untuk memonitoring tegangan power PLN, dan jika terjadi tegangan turun dapat dilakukan percepatan penanganan gangguan.
27
5. Sensor Tegangan Berfungsi untuk memonitoring tegangan di ketiga phasa panel Power di BTS, Agar jika terjadi kelebihan atau tidak ratanya pembagian Arus di masing-masing phasa dapat dilakukan perbaikan.
3.2
Diagram Alir Pada saat alat mulai berjalan inisialisasi program dilakukan pada Arduino Uno untuk membaca status dari sensor-sensor yang dipasang, Kemudian data di olah menjadi program webserver kemudian di transmisikan menggunakan Ethernet shield lalu kemudian di tampilkan pada browser layar monitor PC ataupun laptop. Berikut adalah diagram alir dalam perancangan alat Monitoring Base Transceiver Station. Start Ya Ada data Yang Diterima ?
Inisialisasi program Arduino dan Ethernet Shield
Tidak
Baca baris perintah yang diterima
B
A
A
Baca Masingmasing Sensor
Ya
Periksa buffer Rx
Ambil Nilai sensor dan simpan dalam variable Shtml
Tidak
Tutup Sensor Status port Ethernet Terhubung ?
Tidak
Ya A
Kirim “Content-Type:text/html
”
Kirim Badan Index.htm
Menampilkan nilai di Browser
Gambar 3.2 Diagram Alir Utama
B
28
3.3.
Rangkaian Perangkat Pada bab ini penulis membahas rangkaian perangkat dari alat Monitoring Base Transceiver Station, yang terdiri dari rangkaian perangkat keras dan rangkaian perangkat lunak yang saling berkesinambungan agar dapat menghasilkan alat yang diharapkan.
3.3.1 Rangkaian Perangkat Keras Perangkat keras pada rangkaian alat Monitoring status Base Transceiver Station terdiri dari Arduino Uno, Sensor Suhu, Sensor Asap, Sensor gerak, Sensor Arus dan Tegangan, Dalam pemilihan komponen pada sistem-sistem ini maka sangatlah penting untuk memperhatikan beberapa hal berikut : 1. Menggunakan microcontroller dengan platform Open Source sehingga untuk pengembangannya dapat dibantu oleh komunitas pengguna microcontroller ini. 2. Menggunakan jaringan Metro Ethernet sehingga dapat terhubung baik secara jaringan LAN internal maupun terhubung ke jaringan internet. 3. Menggunakan komponen-komponen yang tersedia di pasaran, sehingga harganya murah, mudah didapat jika ada komponent yang suatu saat rusak. 4. Rangkaian yang sederhana sehingga mudah untuk dilakukan pengembangan lebih lanjut kedepannya.
29
Gambar 3.3 Rangkaian Sistem Monitoring Status BTS
30
Gambar 3.4 Koneksi Arduino Ke Laptop Cara kerja rangkaian perangkat keras : 1. Sensor Suhu Sensor Suhu dan Kelembaban DHT11 akan mengirimkan sinyal informasi berupa data Digital Suhu dan kelembaban dari ruangan sekitar dari Pin 1 Sensor DHT11 yang diterima oleh PIN 3 Digital microcontroller Arduino Uno Sinyal tersebut kemudian diolah oleh microcontroller Arduino Uno dan Di transmisikan oleh Ethernet Shield untuk kemudian diproses sebagai input data dan ditampilkan secara visual oleh Web Browser
Gambar 3.5 Skema Rangkaian DHT11
31
2. Sensor Asap Sensor Gas dan Asap MQ5 akan mendeteksi apakah ada tidaknya Gas atau Asap yang terdeteksi disekitar ruangan, jika terdeteksi maka akan ada nilai dari Gas/Asap part per million (ppm), yang kemudian diterima oleh Arduino, Nilai tersebut kemudian dapat di olah, berapa batasan dari nilai tersebut yang kemudian dapat didefinisikan sebagai Alarm yang di tampilkan pada web browser
Gambar 3.6 Skema Rangkaian Sensor MQ5 3. Sensor PIR Pada sensor PIR IR Filter akan menyaring panjang gelombang sinar inframerah pasif. IR Filter dimodul sensor PIR mampu menyaring panjang gelombang sinar inframerah pasif antara 8 sampai 14 mikrometer, sehingga panjang gelombang yang dihasilkan dari tubuh manusia yang berkisar antara 9 sampai 10 mikrometer dapat dideteksi oleh sensor. Karena semua benda memancarkan energi radiasi, sebuah gerakan akan terdeteksi ketika sumber infra merah dengan suhu tertentu (misal: manusia) melewati sumber infra merah yang lain dengan suhu yang berbeda (misal: dinding), maka sensor akan membandingkan pancaran infra merah yang
32
diterima setiap satuan waktu, sehingga jika ada pergerakan maka akan terjadi perubahan pembacaan pada sensor. Pin 1 akan bernilai HIGH jika ada Manusia yang terdeteksi didepan sensor PIR, dan bernialai LOW jika tidak ada yang terdeteksi
Gambar 3.7 Skema Rangkaian Sensor PIR
4. Sensor Arus Pada sensor Arus SCT 013-000 prinsip kerja yang digunakan adalah mengukuran Arus bolak balik dari kabel beban Tegangan AC yang melewati Transformer (CT) yang terdapat pada komponen didalam sensor Arus ini. Seperti transformator pada umumnya, transformator di sensor Arus ini memiliki gulungan primer, inti magnetik, dan gulungan sekunder.
33
Gambar 3.8 Skema Rangkaian Sensor Arus
Langkah – langkah pembuatan rangkaian sensor Arus :
Arduino hanya dapat menerima tegangan dari 0 – 5 volt, maka perlu mengkonversi Arus menjadi tegangan, dan diperlukan penambahan resistor pada sensor ini.
Untuk memaksimalkan resolusi pengukuran, tegangan maksimal yang Arduino bisa terima 5V/ 2 = 2.5V. Dan perhitungan untuk menentukan resistor yang digunakan sebagai berikut : Sekarang kita akan menghitung lebih tahanan nilai resistor R (beban) = U (sensor) / I (sensor) = 2.5V / 0.0707A = 35.4Ω Beban resistor yang ideal adalah 35.4Ω, namun disini penulis mengunakan resistor 33Ω.
Arduino tidak dapat mengukur tegangan negatif, jadi kita perlu menambahkan 2.5V untuk U (sensor) sehingga membuat tegangan terukur. Antara 0V dan 5V
34
2 resistor (10kΩ baik untuk menghindari terlalu banyak konsumsi energy, Kapasitor C1 (10uF) memiliki reaktansi rendah - beberapa ratus ohm - dan menyediakan jalur alternatif untuk arus bolak-balik untuk memotong resistor.
Download library untuk sensor Arus ini di www. openenergymonitor.org
5. Sensor Tegangan Rangkaian dibawah ini merupakan rangkaian yang digunakan untuk menurunkan tegangan dari 220 Volt AC menjadi 5 Volt AC sehingga yang kemudian dikombinasikan dengan jembatan diode dan multitoned 10k untuk mengubahnya menjadi 5 Volt DC dan mempermudah kalibrasi nilai dari alat tersebut dengan Arduino. Pertimbangan-pertimbangan yang digunakan untuk memilih komponen-komponen ini adalah sebagai berikut: 1. Harga komponen sangat murah. 2. Dapat dilakukan pengaturan ulang untuk level tegangan yang lainnya. 3. Mudah dilakukan penggantian apabila terjadi kerusakan. 4. Bentuk komponen sangat kecil.
Cara pembuatan sensor pengukur Tegangan :
Pada 2 buah terminal ( 0 Volt AC dan 220 Volt AC ) yang terhubung dengan jala-jala listrik PLN dipasang 2 buah sekering untuk mencegah hubungan pendek terjadi.
Pada ujung kedua buah sekering tersebut dihubungkan dengan 2 buah resistor 100 K ohm (masing-masing sekering) untuk membatasi arus yang masuk kedalam rangkaian
Pada ujung kedua buah resistor tersebut dipasang 1 buah jembatan diode ( apabila tidak ada dibuat dari 4 buah diode ) yang memiliki lambang ~.
35
Pada terminal keluaran positif (lambang +) dari jembatan diode dipasang Potensiometer multiturn pada ujung kanan kakinya, dan pada output terminal jembatan diode negative ( lambang - ) yang kemudian akan terhubung dengan ujung kiri dari potensimeter tersebut.
Pada kaki tengah Potensiometer multiturn kemudian terhubung pararel dengan terminal positif kapasitor 1000 uF. Kemudian terminal negative dari kapasitor akan terhubung dengan ground rangkaian.
Pada kaki tengah Potensiometer multiturn kemudian diberikan kabel jumper sehingga terhubung dengan Pin analog module arduino uno A2.
Gambar 3.9 Skema Rangkaian Pengukur Tegangan
Setelah data dari kelima sensor diatas diproses (didalam Arduino IDE), Arduino Ethernet shield kemudian melempar data mentah ke program processing melalui serial port dan program serial event
untuk diolah
kembali untuk menampilkan data matang dalam bentuk grafik yang ditampilan pada layar monitor dengan media kabel serial USB. Apabila Pulse Sensor masih menangkap pulsa dan frekuensi yang menunjukan masih adanya detakan jantung, maka microcontroller akan terus mengeluarkan perintah serta mengkirim data ke program processing untuk diolah.
36
3.3.2 Rangkaian Perangkat Lunak Berikut ini adalah listing program yang telah di upload ke dalam chipset microcontroller Arduino Uno agar Sensor Suhu&kelembaban, Sensor Gas&Asap, Sensor PIR, Sensor Arus dan Sensor Tegangan dapat menerima dan bekerja. Port yang digunakan adalah Port I/O analog dan digital, berikut data Pin analog dan digital yang digunakan :
Pin 1 Sensor DHT11 sebagai input di Pin D3 Arduino
Pin 1 Sensor Gas&Smoke sebagai input Pin A1 Arduino
Pin 1 Sensor PIR sebagai input Pin D4 Arduino
Pin 1 Sensor Tegangan sebagai input Pin A2 di Arduino
Pin 1 Sensor Arus sebagai input Pin A3 di Arduino
Gambar 3.10 Program Sensor Suhu dan Kelembaban
37
Gambar 3.11 Program Sensor Asap (CO)
Gambar 3.12 Program Sensor PIR
38
Gambar 3.13 Program sensor Tegangan PLN
Gambar 3.13 Program sensor Arus
39
Pada program Sensor tegangan terdapat perumusan untuk mendapatkan nilai dari Tegangan Power PLN. Dimana nilai tengangan DC yang dihasilkan dari rangkaian minimal – maksimal tengangan Sensor 0 Volt dc – 5 Volt dc, Tegangan akan dibaca oleh Arduino dengan konversi Analog to Digital (IRMS) yang mana nilai IRMS ini ada lah 0 – 1023, Perumusannya sebagai berikut : 440 volt = 5 Volt = 1023 1 IRMS = 0.0048 volt float val=0,volt=0; val=analogRead(0); // membaca nilai A0 volt=val*0.00488*44*2; /// 1023*0.0048=5 volt *44=220 v *2 =440 Serial.println(volt);// Print the value to Serial port delay(1000); 3.3.3
Perancangan pada Komputer Pada komputer pengaturan yang akan digunakan sebagai PC Monitoring dilakukan dengan melakukan setting IP yang satu Network dengan Ethernet Shield. Berikut langkah langkah melakukan setting IP Komputer dan Ethernet Shield 1. Mengklik – Control Panel - Network and Internet- Network Connections 2. Menklik kanan option Local Area Network – Propertis 3. Lalu akan muncul tampilan seperti dibawah ini
40
4. Mengklik Internet Protocol Version 4 (TCP/IP4) 5. Setting IP yang satu Network dengan Ethernet Shield
41
3.3.4
Perancangan Konfigurasi Ethernet Shield
Arduino uno berkomunikasi dengan ethernet shield menggunakan bus SPI.Komunikasi SPI ini diatur oleh library SPI.h dan Ethernet.h. Bus SPI pada arduino uno menggunakan pin digital 11, 12 dan 13. Pin-pin arduino uno yang dipakai untuk berkomunikasi dengan ethernet shield tidak dapat digunakan untuk kemperluan yang lain . Arduino Web Server bertindak sebagai sebuah embedded web server, yang menyimpan halaman web sederhana yang menampilkan status Pada Ethernet Shield dilakukan setting IP seperti yang disetting di Komputer untuk Monitoring, dan dilakukan setting port forwading untuk koneksi dengan HTML di Web Browser, dibawah ini tampilan dari program Web Server untuk setting IP Ethernet Shield
// Enter a MAC address and IP address for your controller below. // The IP address will be dependent on your local network: byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED }; IPAddress ip(192,168,1,177); Masukan IP // Initialize the Ethernet server library // with the IP address and port you want to use // (port 80 is default for HTTP): EthernetServer server(80); Setting port
3.3.5
Perancangan Konfigurasi Metro Ethernet
Komunikasi antara Ethernet Shield Arduino dan Perangkat Metro Ethernet dapat berjalan jika telah dilakukan konfigurasi jaringan disisi perangkat Metro Core Kantor Pusat dan Metro HUB BTS, Dimana dibutuhkan sebuah service VPLS (Virtual Private Line Service) yang harus di setting di kedua metro tersebut, dan berikut langkah – langkah pembuatan Service VPLS :
42
1. Buka Program Putty pada Komputer NMS Metro Ethernet 2. Kemudian pilih Metro - Open
3. Kemudian masukan Nama Metro/ IP Metro agar dapat terhubung login ke dalam Metro E yang akan di setting. bash-3.00$ ssh 79055777@JKT-CORE-EN1 bash-3.00$ ssh [email protected]
4. Kemudian buat service VPLS seperti dibawah ini : *A:JKT-KPI-CORE# configure service vpls 1275 create *A:JKT-KPI-CORE>config>service>vpls# ---------------------------------------------description "Link Arduino Ethernet Shield" service-mtu 1600 stp shutdown exit sap 1/1/1 create description "To PC MOnitoring" ingress qos 2000 exit egress
43
qos 2000 exit exit mesh-sdp 3633:1275 create exit no shutdown ---------------------------------------------*A:JKT-KPI-CORE>config>service>vpls#
5. Lakukan langkah yang sama seperti langkah – langkah di atas untuk setting service VPLS di Metro HUB BTS. 6. Pada settingan mesh-sdp, pilih service SDP dari Metro yang akan dituju. 7. Jika service sudah selesai setting di kedua Metro ketikkan perintah dibawah ini untuk melakukan pengecekan status dari kedua service Metro yang dibuat : *A:JKT-KPI-CORE # show service id 1275 base ======================================================= ======================== Service Basic Information ======================================================= ======================== Service Id
: 1275
Service Type
: VPLS
Description
: Link Arduino Ethernet shield
Customer Id
: 555
Last Status Change: 06/14/2014 03:12:19 Last Mgmt Change
: 06/14/2014 03:04:19
Admin State
: Up
MTU
: 1600
Def. Mesh VC Id
: 2347
SAP Count
: 1
SDP Bind Count
: 1
Snd
Flush
on
Fail
:
Oper State
Disabled
Disabled Propagate MacFlush: Disabled Def. Gateway IP
: None
Def. Gateway MAC
: None
Host
Conn
: Up
Verify
:
44
-----------------------------------------------------------------------------Service Access & Destination Points -----------------------------------------------------------------------------Identifier
Type
AdmMTU
OprMTU
Adm
Opr
-----------------------------------------------------------------------------sap:1/1/1
q-tag
2106
sdp:3633:1275 M(114.0.36.33)
0
2106
Up
Up
2080
Up
Up
======================================================= ======================== *A:JKT-KPI-CORE
8. Pada tampilah di atas pastikan Adm dan Opr nya dalam status UP, jika Adm nya Down, Pastikan kembali settingan konfigurasi nya sudah sama antar kedua link Metro. Dan Jika Opr nya Down, lakukan pengecekan di koneksi antra Metro dengan Ethernet Shield dan Metro dengan Kompute dari NOC.
Gambar 3.15 Konfigurasi jaringan Metro untuk Ethernet Shield Berikut adalah tampilan ketika program di Web Browser dijalankan pada komputer / laptop tanpa adanya koneksi data yang tersambung dari perangkat Metro atau dari Arduino Uno/Ethernet shield
45
Gambar 3.16 Tampilan Visualisasi Program (Sebelum Input sensor Asap, Sensor PIR, Sensor Tegangn dan Arus)
46
Gambar 3.17 Tampilan Visualisasi Web browser (Setelah Input) Sehingga terlihat bahwa fungsi dari program HTML di Browser adalaha hanya mengkonversikan data yang berasal dari Arduino menjadi tampilan Visual di Web Browser berdasarkan dari data analog dan data digital yang diterima oleh Sensor Suhu, Sensor Asap, Sensor PIR, Sensor Arus dan Sensor Tegangan..
