BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Masalah Perkembangan teknologi elektronika dalam waktu empat puluh tahun
terakhir ini berlangsung sangat cepat. Sebagian orang tidak hanya menyebutnya sebagai proses evolusi tetapi lebih tepat disebut sebagai revolusi teknologi. Permulaan proses ini ditandai dengan dikembangkannya piranti elektronika disebut sebagai “transistor”. Piranti ini berdimensi kecil, sebagai penguat dengan power rendah menggantikan generasi teknologi tabung yang kemudian ditinggalkan. Pemikiran awal pada saat itu adalah bagaimana membuat komponen-komponen elektronika dari bahan semikonduktor ini agar berdimensi kecil dan lebih kompak. Jawaban dari pertanyaan ini adalah munculnya pemikiran dibuatnya rangkaian semikonduktor terintegrasi. Definisi dari rangkaian terintegrasi (integrated circuit - IC) adalah “komponen atau elemen mandiri di atas permukaan yang kontinu membentuk rangkaian yang terpadu”. Komponen atau elemen tersebut dapat berupa diode, transistor, resistor, kapasitor dan lain-lainya terdifinisi di atas wafer silikon atau bahan semikonduktor yang lain. Setelah melalui proses pabrikasi yang kompleks akhirnya IC digunakan dengan rangkaian dalam bentuk yang terbungkus rapi dan mudah untuk digunakan. Salah satu bentuk chip atau IC yang banyak digunakan untuk pengolahan sinyal digital adalah mikroprosessor. Dengan mikroprosessor
1
2
dapat melakukan berbagai macam perintah logika berdasarkan pada algoritma yang telah ada. Mikrokontroler merupakan mikroprosessor yang telah dilengkapi dengan memori internal, antarmuka I/O terintegrasi yang mendukung kerja mikroprosessor. Sehingga dengan menggunakan satu keping mikrokontroler dapat dilakukan perintah-perintah logika untuk pengolahan sinyal. Atas dasar kemampuan mikrokontroler tersebut, penulis mencoba untuk melakukan perancangan pengaksesan pintu menggunakan Radio Frequency Identification (RFID) yang berbasis mikrokontroler AVR ATMEGA 8535 keluaran dari ATMEL. Saat ini penggunaan RFID semakin luas dan beragam aplikasinya. Teknologi RFID merupakan teknologi yang bisa menyimpan atau menerima data secara jarak jauh dengan menggunakan tag atau transponder. Yang akan bekerja ketika didekatkan dengan pembaca RFID (reader). Tag yang digunakan disini adalah bentuk tag pasif yang seukuran dengan kartu nama. Sedangkan untuk reader digunakan RFID reader jenis ID-12. Aplikasi
RFID
dengan
mikrokontroler
untuk
pengaksesan
pintu
diharapkan dapat menjawab segala tantangan dibidang keamanan pada pintu-pintu yang membutuhkan tingkat keamanan yang tinggi. Berdasarkan uraian di atas, penulis tertarik untuk meneliti “Sistem Kendali Akses Pintu Berbasis Mikrokontroler ATMEGA 8535 Menggunakan RFID”.
3
1.2 Batasan Masalah Pembatasan masalah pada tuags akhir ini bertujuan untuk memudahkan dan membatasi ruang lingkup penelitian pada masalah pokok. Pembatasan masalah dapat ditulis sebagai berikut: a. Jenis Tag RFID yang digunakan adalah jenis tag pasif yang besarnya seukuran dengan bentuk kartu nama. b. Jumlah pengguna yang diizinkan hanya berjumlah 5 (lima) orang pengguna dan 1 (satu) orang yang tidak diizinkan sebagai sampling. c. Untuk alat display cukup digunakan 1 (satu) buah unit seven segment common cathode. d. Pengguna hanya dapat mengakses pintu masuk dengan menggunakan reader ID-12 yang berada di depan pintu. Sedangkan untuk akses pintu keluar maka perlu ditambahkan sebuah reader ID-12 pada belakang pintu.
1.3 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah dijelaskan di atas, maka dapat diambil rumusan masalah sebagai berikut : “Bagaimana cara mengendalikan sebuah
pintu
mikrokontroler”.
secara
otomatis
dengan
menggunakan
RFID
berbasis
4
1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dari pembuatan tugas akhir ini adalah merancang dan merealisasikan sebuah perangkat keras (hardware) yaitu “kendali akses pintu berbasis mikrokontroler menggunakan RFID”.
1.5 Manfaat Penelitian Adapun manfaat penelitian ini adalah: 1. Bagi penulis : Untuk menambah pengetahuan tentang teknologi RFID, mengenai prinsip kerja, keunggulan dan teknologi yang tersedia. 2. Bagi perusahaan : Penelitian ini sangat bermanfaat bagi perusahaan untuk meningkatkan sistem keamanan yang tinggi dengan menggunakan kartu akses (tag) reader ID-12 dan hanya bisa digunakan oleh pemiliknya dan tidak akan mudah untuk ditiru karena data informasi yang terdapat pada kartu haruslah sama dengan data yang berada di server database.
1.6 Sistematika Penulisan Dalam sistematika penulisan tugas akhir ini diberikan uraian bab demi bab yang
berurutan
untuk
mempermudah
pembahasannya.
Pokok-pokok
permasalahan dalam penulisan ini dibagi menjadi lima bab. Sistematika bagian tubuh atau isi laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
5
Bab I Pendahuluan Bab ini merupakan pengantar permasalahan yang dibahas seperti latar belakang masalah, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan penulisan dan sistematika penulisan. Bab II Landasan Teori Merupakan penjelasan secara terperinci mengenai teori-teori yang digunakan sebagai landasan untuk pemecahan masalah. Memberikan garis besar metode yang digunakan oleh peneliti sebagai kerangka pemecahan masalah. Bab III Perancangan Sistem Bagian ini menjelaskan metode-metode perancangan yang digunakan, cara mengimplementasikan rancangan dan pengujian sistem yang telah dibuat serta batasan dan hambatan yang ditemui selama proses perancangan dan implementasi sistem. Bab IV Uji Coba, Analisis Dan Pembahasan Bab ini membahas hasil sistem yang dibuat dibandingkan dengan dasar teori sistem. Bab V Penutup Bab ini merupakan bab terakhir yang berisi kesimpulan dan saran-saran yang diperoleh dari perancangan impleentasi sistem juga keterbatasan-
6
keterbatasan yang ditemukan dan asumsi-asumsi yang dibuat selama melakukan tugas akhir.
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Radio Frequency Identification (RFID) Radio Frequency Identification atau RFID merupakan proses identifikasi seseorang atau objek barang dengan menggunakan perantara frekuensi radio. RFID menggunakan frekuensi radio untuk membaca informasi dari sebuah devais kecil yang disebut tag atau transponder (Transmitter + Responder). Tag RFID akan mengenali diri sendiri ketika mendeteksi sinyal dari devais yang kompatibel, yaitu pembaca RFID (Reader). RFID adalah teknologi identifikasi yang fleksibel, mudah digunakan, dan sangat cocok untuk operasi otomatis. RFID mengkombinasikan keunggulan yang tidak tersedia pada teknologi identifikasi yang lain seperti barcode. RFID dapat disediakan dalam devais 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. Pada sistem RFID umumnya, tag atau transponder ditempelkan pada suatu objek. Setiap tag dapat membawa informasi yang unik, di antaranya: serial number, model, warna, tempat perakitan, dan data lain dari objek tersebut. Ketika tag ini melalui medan yang dihasilkan oleh pembaca RFID, tag akan mentransmisikan informasi yang ada pada diri tag sendiri kepada reader RFID, sehingga proses identifikasi objek dapat dilakukan.
7
8
Beberapa kelebihan dari teknologi RFID ini adalah : a. Data yang dapat ditampung lebih banyak (kurang lebih 2000 byte). b. Ukuran sangat kecil (untuk jenis pasif RFID) sehingga mudah dipasang bahkan di implant (memasukan ke dalam bagian tubuh). c. Bentuk dan desain yang fleksibel sehingga sangat mudah untuk dipakai diberbagai tempat dan kegunaan karena chip RFID dapat dibuat dari tinta khusus. d. Pembacaan informasi sangat mudah, karena bentuk dan bidang tidak mempengaruhi pembacaan (line of sight), seperti sering terjadi pada pembacaan barcode. e. Jarak pembacaan yang fleksibel bergantung pada antena dan jenis chip RFID yang digunakan, contohnya adalah seperti autopayment pada jalan tol dan penghitungan stok pada ban berjalan. f. Kecepatan dalam pembacaan data.
Adapun kelemahan daripada teknologi RFID yaitu : 1) Akan terjadi kekacauan informasi jika terdapat lebih daripada 1 (satu) chip RFID melalui 1 (satu) alat pembaca secara bersamaan, karena akan terjadinya tabrakkan informasi yang diterima oleh reader (kendala ini dapat terselesaikan oleh kemampuan akan kecepatan penerimaan data sehingga chip RFID yang masuk belakangan akan dianggap sebagai data yang berikutnya). 2) Gangguan akan terjadi jika terdapat frekuensi lain yang dipancarkan oleh peralatan lainnya yang bukan diperuntukkan untuk RFID, sehingga chip akan
9
merespon frekuensi tersebut (frekuensi yang dihasilkan dari Wifi, handphone, radio pemancar, dll). 3) Privasi seseorang akan secara otomatis menjadi berkurang, karena siapa saja dapat membaca informasi dari diri seseorang dari jarak jauh selama orang tersebut memiliki alat pembaca, sebagai contoh seseorang dapat membaca jumlah uang yang dimiliki orang lain di dalam dompetnya.
Seiring dengan perkembangan teknologi, maka teknologi RFID juga berkembang sehingga nantinya penggunaan RFID bisa digunakan untuk kehidupan sehari-hari dan keperluan yang lebih luas lagi. Di bawah ini beberapa contoh penggunaan dari RFID secara luas, diantaranya : a. Sistem identifikasi karyawan b. Sistem manajemen barang pada bagasi penerbangan c. Sistem informasi logistik dan jalur supplai d. Jasa pos dan penulusuran pengiriman e. Identifikasi pada hewan piaraan f. Sistem informasi perpakiran dan kunci kontak pada mobil g. Sistem informasi status buku-buku perpustakaan. Kemajuan teknologi sistem RFID sangatlah pesat hal ini dapat kita jumpai pada teknologi gadget. Dimana perusahaan mobile terkemuka di Jepang telah memperkenalkan teknologi Handphone (HP) yang telah menggunakan RFID. HP + RFID ini lebih diperuntukan penggunaannya untuk perkantoran. Dengan HP ini karyawan dapat menggunakan HP nya sebagai kartu absensi, dapat mengakses komputer (PC), serta dapat membayar tagihan pada kantin perusahaan.
10
Gambar 2.1 : RFID yang diaplikasikan pada kunci mobil dan handphone.
2.1.1
Komponen Sistem RFID Sistem RFID terdiri dari empat komponen, diantaranya adalah tag, antena,
reader RFID dan software aplikasi. Komponen-komponen tersebut dapat dilihat melalui gambar 2.2, yaitu : 1. Tag: adalah devais yang menyimpan informasi untuk identifikasi objek. Tag RFID sering juga disebut sebagai transponder. 2. Antena: untuk mentransmisikan sinyal frekuensi radio antara pembaca RFID dengan tag RFID. 3. Pembaca/reader RFID: adalah devais yang kompatibel dengan tag RFID yang akan berkomunikasi secara wireless dengan tag. 4. 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
memancarkan gelombang elektromagnetik
sehingga
dapat
menerima
dan
11
Gambar 2.2 : Sistem RFID
a. Tag RFID Tag atau transponder adalah devais yang tersusun dari microchip yang berfungsi untuk menyimpan dan komputasi, yang disatukan dengan lilitan antena yang berfungsi untuk komunikasi. Tag ini diletakan pada objek yang akan diidentifikasi dan meyimpan data spesifik mengenai item. Tag akan merespon sinyal dari pembaca RFID. Sinyal respon ini akan membawa informasi yang tersimpan yang mungkin berisi ID data untuk objek dimana tag tersebut ditempelkan, ID dari tag itu sendiri dan data tambahan lainnya tergantung dari kapasitas memori dari microchip tag. Anatomi dasar dari Tag RFID terdiri dari sebuah RFID chip disebut juga Application Specific Integrated Circuit (ASIC), antena (kadang disebut juga induktor) dan sumber catu daya. RFID chip terdiri dari modulasi circuit, control
12
circuit, memori dan prosessor. Fungsi dari masing - masing elemen tersebut tergantung dari jenis tag dan juga ada atau tidak adanya sumber catu daya.
Antena
Chip
Gambar 2.3 : EPC Tag RFID dan ragam bentuk tag RFID
Berikut ini akan dijelaskan masing-masing fungsi bagian dari tag RFID chip : 1. Antena/Induktor berfungsi untuk menerima sinyal dari reader/ pembaca dan memancarkan respon balik kepada reader. Penggunaan induction coil atau antena ditentukan dari frekuensi yang digunakan dimana tag tersebut didesain untuk beroperasi:
a) Low Frekuensi dan High Frekuensi tag biasanya menggunakan induction coils. b) Ultra High Frekuensi dan microwave frekuensi tag mempunyai antena.
13
2. Modulasi Circuit berfungsi merubah sinyal yang diterima dari reader untuk memasukkan data yang akan ditransmit kembali ke reader. 3. Control Cicuit berfungsi mengawasi fungsi internal prosessor 4. Prosessor berfungsi menginterpretasi sinyal yang diterima dari reader dan mengontrol memori storage dan retrieval 5. Memori berfungsi untuk menyimpan data dan fungsi-fungsi lain yang diperlukan. Memori element bersifat writable dan nonwritable data storage. Tag dapat diprogram untuk menjadi read-only atau read/write. Tag dapat diprogram pada saat di manufaktur atau juga pada tingkat aplikasi, tergantung dari jenis tag itu sendiri. 6. Sumber catu daya berfungsi menyediakan tenaga elektrik ke elemen tag. Tag mendapat sumber tenaga dari sinyal yang diterima dari reader, atau dapat mempunyai sumber tenaga internal sendiri (batere). Cara tag mendapatkan tenaga umumnya menentukan kategori dari tag itu sendiri.
Jenis-jenis tag RFID dapat dibagi menjadi tiga berdasarkan catu daya, diantaranya adalah :
1) Tag pasif. Tag jenis ini tidak mempunyai sumber catu daya sendiri. Catu daya diambil
dari
gelombang
elektromagnetik
yang
dipancarkan
reader,
menyebabkan arus listrik di dalam RFID tag antena. Karena hanya mengandalkan energi elektromagnetik RF dari reader untuk sumber daya dan berkomunikasi maka tag pasif mempunyai jangkauan yang sangat terbatas untuk read/write. Jarak pembacaan untuk tag pasif sekitar tiga sampai lima
14
meter dari reader. Tag pasif menggunakan kopling induktif untuk berkomunikasi dengan reader dan dapat juga menggunakan magnetik atau listrik untuk sumber tenaga, ini ditentukan oleh jenis tag. 2) Tag semi pasif. Tag ini menggunakan batere untuk menjalankan circuit microchip tetapi berkomunikasi dengan menarik tenaga dari reader. Tag semi pasif dapat menggunakan kapasitas memori yang lebih besar termasuk kemampuan processingnya. 3) Tag Aktif yaitu tag yang catu dayanya diperoleh dari batere, sehingga akan mengurangi daya yang diperlukan oleh reader RFID dan tag dapat mengirimkan informasi dalam jarak yang lebih jauh. 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.
Aktif dan semi pasif tag berguna untuk tracking barang yang bernilai tinggi yang membutuhkan untuk di-scan pada jarak jauh, tetapi pada umumnya jenis tag ini sangat mahal untuk ditempatkan pada item yang harganya murah.
Jenis-jenis tag berdasarkan pada memori dan penulisan datanya dapat dibagi menjadi :
a) Read - Only tag, dimana informasi yang disimpan pada memori tidak dapat diubah dengan menggunakan perintah RF, ketika data tersebut telah dituliskan. Tag jenis read only diprogram dan prosesnya dilakukan di pabrik
15
manufaktur tag tersebut. Penggunan dari tag ini hanya sebatas pembacaan saja. b) Write Once Read Many (WROM) tag. Tag jenis ini dapat dapat melakukan pengisian data di lapangan dan data hanya dapat ditulis satu kali sedangkan pembacaan dapat berlangsung berulang kali. Tag jenis ini banyak kita temui pada peralatan printer barcode yang telah memiliki modul untuk mencetak label RFID, dimana smart label yang dihasilkan akan memiliki informasi yang sama di barcode yang tercetak, juga di tag. Data yang telah diisi ke dalam tag tersebut dapat disesuaikan dengan kebutuhan pengguna tanpa harus memesan kembali kepada pembuatnya. c) Read – Write tag, tag jenis ini dapat diprogram untuk dibaca dan ditulis, tidak perlu dilakukan di pabrik manufaktur tag.
EPC (Electronic Product Code) tag adalah perangkat dari RFID yang merupakan cikal bakal pengganti barcode optik. Seperti halnya barcode optik, EPC tag memiliki kode statis yang digunakan untuk mengidentifikasi dan melacak barang. Meskipun demikian, EPC tag mempunyai keuntungan yang luar biasa. EPC tag berkomunikasi dengan menggunakan gelombang radio. Tidak seperti barcode EPC tag mampu mengidentifikasi barang secara individual. Organisasi EPC global, Inc., sebagai badan standarisasi global, telah membagi tipe-tipe tag seperti pada tabel 2.1 di bawah ini :
16
Tabel 2.1. Pembagian Tipe Tag Berdasarkan EPC Global, Inc. Kelas
Keterangan
Kelas 0
“Read only”, tag pasif
Kelas 1
“Write” sekali, dapat dibaca secara terus menerus, tag pasif Tag pasif dengan tambahan fungsi seperti enkripsi, memori
Kelas 2 yang dapat dibaca dan ditulis Kelas 3
Semi pasif tag RFID dengan tambahan batere Tag aktif, mampu berkomunikasi dengan reader dan tag lain
Kelas 4 dalam pita frekuensi yang sama Tag aktif, memiliki energi untuk mengaktifasi tag lainnya Kelas 5 (Essentially reader)
b. Reader RFID
Reader atau interrogator berfungsi untuk mengaktifkan sebuah tag, menerima informasi dari tag dan mengkomunikasikan informasi tersebut ke host computer atau peralatan network lainnya. Jarak baca dan menulis dari reader bervariasi tergantung pada kualitas interrogator, tuning, karakteristik antena interrogator, tag, kondisi lingkungan pembacaan (interferensi, RF noise, material dan humidity) Read range merupakan jarak tertentu dimana reader dapat dengan sukses membaca data dari tag. Tag biasanya membutuhkan sekitar 30 mikrowatt agar mempunyai power dan merespon balik ke reader.
17
Reader atau interrogator terdiri dari RF transmitter dan RF receiver, control unit (komputer) dan jalur komunikasi ke antenna yang dapat dilihat pada gambar 2.4, dengan penjelasan sebagai berikut :
1) RF transmitter terdiri dari :
a) Oscillator, yang meng-create frekuensi yang dibawa, yaitu frekuensi dimana reader beroperasi. b) Modulator, memodulasi gelombang yang dibawa dari oscillator untuk memberikan perintah atau data yang ditujukan untuk tag. c) Amplifier, memperkuat sinyal sebelum di transfer ke antena, kemudian antena memancarkan sinyal ke tag didalam lingkungan pembacaan. 2) RF receiver terdiri dari :
a) Demodulator, menyaring data dari sinyal yang diterima yang datang dari tag melalui antena interrogator. b) Amplifier, memperkuat sinyal yang dimodulasi sebelum dikirim untuk diproses oleh control unit. 3) Logic Control Circuit terdiri dari :
a) Mikroprosessor dan kontroller, mengawasi fungsi dari interrogator, menentukan transmisi data, memproses dan menyaring data melalui network ke middleware atau back-end application, mengatur berbagai I/O peralatan (devices), menerima perintah dari middleware atau aplikasi lain berkomunikasi dengan memori.
18
b) Memori dalam bentuk Random Access Memory (RAM) dan Read Only Memory (ROM) yang membawa operating sistem seperti linux atau windows.
Gambar 2.4. Blok diagram sebuah reader RFID
Reader/ interrogator mempunyai kemampuan sebagai filtering, cycle acquisition, managing sensors, triggering interrogation, dense reader mode operation, Anticollision, dengan penjelasan sebagai berikut:
1. Filtering, tidak hanya membaca seluruh data yang terdapat di tag dan memindahkan data ke host, data yang diperoleh reader hanya data yang sudah diseleksi dan diluar itu, hanya bagian yang diminta saja yang dikirim ke Host/ middleware/application. 2. Cycle Acquisition (kemampuan berotasi), smart reader dapat di set up untuk polling tag secara continue atau dapat di set up untuk interval waktu tertentu, seperti setiap detik, 3 detik, 5 detik atau sehari. Ini untuk mengurangi jumlah data yang masuk ke sistem dan tag diinterrogasi hanya apabila diperlukan. Real time, reader memindahkan data segera apabila diperlukan Batch, data
19
diambil dan dikirim dalam Batch (dikumpulkan terlebih dahulu) Triggered, data diambil dan dikirim ke host hanya apabila dipicu oleh event tertentu atau oleh user. 3. Managing sensors, reader dapat mengatur sensor eksternal seperti sensor gerak melalui I/O interface. 4. Triggering Interrogation, interrogasi dapat dimulai berdasarkan siynal dari sensor ( seperti sensor gerak) berdasarkan waktu atau secara manual. 5. Dense reader mode operation, reader dapat beroperasi dilingkungan yang banyak reader lainnya dan dapat menghindar atau mengurangi resiko interferensi. 6. Anticollision, reader dapat mengumpulkan tag dengan menggunakan algorithma tertentu untuk mencegah tag saling bertubrukan (dua tag atau lebih merespon pada waktu yang sama).
2.1.2 Frekuensi Kerja RFID Kecepatan frekuensi kerja dari sistem RFID dapat ditentukan oleh kecepatan komunikasi, jarak baca terhadap tag, interferensi dengan frekuensi radio disekitar juga besar atau bentuk dari antenna. Pembagian frekuensi kerja RFID ini dapat dikelompokan menjadi empat, yaitu frekuensi rendah, tinggi, sangat tinggi, juga gelombang mikro. Seperti yang tertera pada tabel 2.2 :
20
Tabel 2.2. Frekuensi kerja yang digunakan oleh RFID
Band
LF Low frequency
HF High frequency
UHF Ultra high frequency
Microwave
Frekuensi
30-300 kHz
3-30 MHz
300MHz-3GHz
2-30GHz
Frekuensi umum
125-134 kHz
13.56 MHz
433MHz 865-956MHz 2.45 GHz
2.45 GHz
Jarak Baca
Kurang dari 0.5 meter
Hingga 1.5 m
433MHz = 100 m 865-956MHz = 0.5 – 5 m
Lebih dari 10m
Kurang dari 1 kbit/s
25 kbit/s
433-956 = 30 kbit/s 2.45 = 100 kbit/s
Lebih dari 100 kbit/s
Jarak baca menengah, kecepatan baca menengah, mampu melewati air, tetapi tidak untuk logam
Jarak baca jauh, kecepatan baca besar,mampu membaca hingga 100 tag/detik, tidak mampu melewati air dan logam
Jarak baca jauh Kecepatan baca besar, tidak mampu melewati air dan logam
‘smart label’, pelacakan buku perpustakaan, akses dan sekuriti
Logistik, alat pelacakan binatang, isi dan truk kontainer pada terminal peti kemas
Kartu akses jalan tol mobil, manajemen rantai supplai
Kecepatan transfer data
Jarak baca pendek, kecepatan baca pendek, Karakteristik mampu melewati air, tetapi tidak untuk logam
Penggunaan
Identifikasi hewan, kunci mobil, sistem anti maling
21
2.1.3 Prinsip Kerja Sistem RFID Secara umum prinsip kerja dari teknologi RFID ini menggunakan transmisi gelombang radio dimana sebuah tag atau transponder akan mentransmisikan data/ informasi identifikasi yang terdapat pada memori tag kepada pembaca/ reader RFID dan diproses menurut kebutuhan dari aplikasi tertentu. Komunikasi data antara tag dengan reader RFID disebut juga komunikasi tanpa kabel atau nirkabel. Sering pula disebut sebagai komunikasi wireless.
Transfer data yang terjadi antara tag pasif dengan reader disebut juga dengan istilah coupling dengan piranti sebuah antena. Baik antena yang terpasang pada tag ataupun pada reader. Proses terjadinya transfer data pada RFID dapat dilihat pada gambar 2.5.
Gambar 2.5 : Proses terjadinya transfer data pada RFID
Metoda coupling pada kebanyakan sistem RFID ini dibagi menjadi dua yaitu, coupling magnetic (induktif) dan coupling electromagnetic backscatter
22
(propagsi). Metoda coupling pada sistem RFID ini dapat dibedakan berdasarkan dari segi harga, ukuran, kecepatan, dan jangkauan pembacaan serta keakuratan.
1. Coupling Induktif
Sistem RFID coupling induktif ini memiliki jangkauan yang dekat (kurang dari 1 meter), dimana tag bekerja secara pasif atau tanpa adanya catu daya sendiri. Prinsip dasar dari coupling induktif adalah transponder dan antena dari reader terhubung oleh medan elektromagnet yang melewati kumparan, seperti pada sebuah transformator. Semua energi yang digunakan oleh tag berasal dari kumparan antena dari reader. Dimana jarak antara kumparan antena tidak akan mencapai 0,16 λ, sehingga transponder akan berada dekat dengan medan elektromagnetik dan antena pemancar berada (near field).
Coupling induktif ini dapat dijabarkan secara lebih luas lagi dimana kumparan antena dari reader akan membangkitkan medan elektromagnetik frekuensi tinggi dan kuat untuk menembus bagian lain dari area kumparan dan daerah disekitar kumparan. Dengan menggunakan frekuensi sebesar 135 kHz dan 13.56MHz, mempunyai panjang gelombang lebih besar daripada jarak antara reader dan tag.. Sebagian kecil medan elektromagnetik yang dipancarkan ini akan menembus kumparan antena tag. Dengan adanya induksi, tegangan V1 dibangkitkan oleh kumparan dari transponder. Tegangan yang dibangkitkan ini berguna untuk mengoperasikan rangkaian dalam transponder. Sebuah kapasitor C1 yang dihubungkan secara paralel dengan lilitan antena reader, merupakan kombinasi sebuah rangkaian resonansi paralel. Frekuensi resonansi yang
23
dihasilkan sama dengan frekuensi dari reader. Arus tinggi dibangkitkan lilitan antena reader dengn menggunakan resonansi
paralel,
yang
dapat
pembangkit resonansi pada digunakan
untuk
rangkaian
menghasilkan
medan
elektromagnetik yang dibutuhkan untuk menjalankan transponder jarak jauh.
Gambar 2.6 : Sistem RFID Coupling Induktif (Finkenzeller, 2003)
Kumparan antena tag dan kapasitor C1 agar dapat membentuk rangkaian resonansi diatur pada frekuensi transmisi reader. Tegangan V pada kumparan tag mencapai maksimum untuk menghasilkan peningkatan resonansi pada rangkaian resonansi paralel. Apabila tag beresonansi (frekuensi resonansi tag sama dengan frekuensi transmisi yang dipancarkan reader) ditempatkan pada medan magnet yang dihasilkan oleh antena reader, maka akan dihasilkan energi dari medan magnet. Tambahan konsumsi daya ini dapat diukur sebagai tegangan jatuh (voltage drop) pada tahanan dalam (internal resistance) di antena reader lewat arus masukan ke antena reader. Switch on dan off dari tahanan beban pada antena transponder akan mengakibatkan perubahan modulasi amplitudo pada tegangan antena yang dipengaruhi oleh tag jarak jauh. Jika switch on dan off dari tahanan
24
beban diatur oleh data, maka data ini dapat disalurkan dari tag ke reader. Tipe data seperti ini disebut dengan modulasi beban (load modulation).
Untuk memanggil data yang ada di reader, tegangan yang terukur di antena reader akan di rectifier, yang akan menggambarkan proses demodulasi dari sinyal amplitudo mudulasi.
2. Coupling Backscatter
Prinsip kerja komunikasi coupling backscatter mirip dengan sistem radar, ketika readar mengirimkan gelombang elektronik (pada dasarnya energi listrik) kepada tag/transponder. Tag ini akan memproses dan juga akan memantulkan sebagian dari gelombang (energi) tersebut kepada reader kembali. Tag pada sistem ini mempunyai kapasitor agar memungkinkan tag untuk dapat memantulkan
kembali
gelombang.
Ketika
tag
menerima
gelombang
elektromagnetik tersebut berarti kapasitor dalam keadaan mengisi energi listrik, sedangkan ketika tag memberikan tanggapan gelombang berarti kapasitor dalam kondisi discharge.
Kebalikan dari sistem coupling induktif yang bekerja secara near field. Sistem coupling backscatter bekerja secara far field. Dengan jarak pembacaan lebih dari satu meter dan mempunyai frekuensi kerja sebesar 915 MHz untuk gelombang UHF, sedangkan untuk gelombang mikro sebesar 2.5 GHz & 5.8 GHz. Tag yang digunakan untuk sistem ini dapat berupa tag pasif, semi-pasif ataupun aktif dan mempunyai kemampuan penulisan data memori read only, read-write.
25
2.2
Mikrokontroler ATMega 8535 Mikrokontroler adalah suatu keping IC dimana terdapat mikroprosesor dan
memori program (ROM) serta memori serbaguna (RAM), bahkan ada beberapa jenis mikrokontroler yang memiliki fasilitas ADC, PLL, EEPROM dalam satu kemasan. Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s Risc prosesor) memiliki arsitektur RISC 8 bit, di mana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit (16-bits word) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock, berbeda dengan instruksi MCS 51 yang membutuhkan 12 siklus clock. Tentu saja itu terjadi karena kedua jenis mikrokontroler tersebut memiliki arsitektur yang berbeda. AVR berteknologi RISC (Reduced Instruction Set Computing), sedangkan seri MCS 51 berteknologi CISC (Complex Instruction Set Computing). Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing–masing kelas adalah memori, peripheral, dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka bisa dikatakan hampir sama. Oleh karena itu, dipergunakan salah satu AVR produk Atmel, yaitu ATMega8535. Selain mudah didapatkan dan lebih murah ATMega 8535 juga memiliki fasilitas yang lengkap seperti adanya ADC, EEPROM.
ATMega8535 memiliki beberapa kemampuan diantarany adalah sebagai berikut :
1. Sistem mikrokontroler 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz.
26
2. Memiliki memori flash 8 KB, SRAM sebesar 512 byte dan EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 512 byte. 3. Memiliki ADC (Pengubah analog-ke-digital) internal dengan ketelitian 10 bit sebanyak 8 saluran. 4. Memiliki PWM (Pulse Wide Modulation) internal sebanyak 4 saluran. 5. Portal komunikasi serial (USART) dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps. 6. Enam pilihan mode sleep, untuk menghemat penggunaan daya listrik.
2.2.1 Konfigurasi Pin-Pin Mikrokontroler ATMega 8535 Konfigurasi pin-pin mikrokontroler ATMega 8535 diperlihatkan dalam gambar 2.7 yang dijelaskan lebih rinci sebagai berikut : a. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya. b. GND merupakan pin ground. c. Port A (PA0..PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC. d. Port B (PB0..PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu Timer/Counter, komparator analog, dan SPI. e. Port C (PC0..PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI, komparator analog dan Timer Oscillator. f. Port D (PD0..PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu komparator analog, interupsi eksternal, dan komunikasi serial. g. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler. h. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock ekstenal. i. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC.
27
j. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC
Gambar 2.7 : Konfigurasi pin ATMega 8535
2.2.2 Organisasi Memori ATMega 8535 Memori merupakan serangkaian isyarat elektronis yang digunakan untuk menyimpan informasi secara temporer atau permanen. Memori biasanya digunakan untuk menyimpan data yang diperoleh dari saluran masukan-keluaran atau untuk menyimpan program dari sebuah sistem. Pada mikrokontroler ATMega 8535 terdapat dua bagian memori, yaitu memori program dan memori data. Sebagai tambahan, ATMega 8535 memiliki fitur suatu Electrically Erasable Programmable Read Only Memory (EEPROM) sebesar 512 bytes dengan kemampuan 100.000 kali baca/tulis.
28
Gambar 2.8 : Diagram Blok Mikrokontroler ATMega 8535
1. Memori Program ATMega 8535 mempunyai 8K bytes On-Chip di dalam sistem Memori flash Reprogrammable untuk menyimpan program. Karena semua instruksi AVR adalah 16 atau 32 bit, Flash ini berbentuk 4K x 16. Untuk keamanan perangkat
29
lunak, Flash ruang program memori dibagi menjadi dua bagian, bagian boot program dan aplikasi program. Flash memori mempunyai suatu daya tahan hingga 10.000 kali baca/tulis. Program Counter (PC) sebesar 12 bit lebar, alamat ini 4K lokasi program memori. Peta program memori mikrokontroler ATMega 8535 dapat dilihat pada gambar 2.9.
Gambar 2.9 : Peta Program Memori Mikrokontroler ATMega 8535
2. Memori Data Di dalam memori data terdapat 608 lokasi alamat data memori yang menunjuk register file, I/O memori, dan internal data SRAM. Pada 96 lokasi alamat file register dan I/O memori penempatan menunjuk Memori I/O dan yang berikutnya 512 lokasi alamat internal data SRAM. Lima perbedaan mode pengalamatn data memori cover yaitu; Langsung, Tidak langsung dengan jarak, Tidak langsung dengan Pre-Decrement dan Tidak langsung dengan Post-
30
Increment. Di dalam file register, register R26 ke R31 memiliki fitur penunjukan pengalamatan register tidak langsung. Jangkauan pengalamatan langsung adalah keseluruhan ruang data, dasar yang diberi oleh Y- atau Z-Register. Manakala penggunaan register mode tidak langsung dengan pre-decrement otomatis dan post increment, alamat register X, Y, dan Z adalah decrement atau incremented. Di dalam mikrokontroler ATMega 8535 terdapat 32 tujuan umum kerja register, 64 I/O register, dan 512 bytes data internal SRAM yang dapat diakses melalui semua mode pengalamatan.
Gambar 2.10 : Peta data memori mikrokontroler ATMega 8535
31
2.2.3 Port sebagai Input/Output Digital Mikrokontroler ATMega 8535 mempunyai empat buah port yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D. Keempat port tersebut merupakan jalur bit-directional dengan pilihan internal pull-up. Tabel 2.3 Fungsi alternatif Port A Pin Port PA7 PA6 PA5 PA4 PA3 PA2 PA1 PA0
Fungsi Alternatif ADC7 (ADC input channel 7) ADC6 (ADC input channel 6) ADC5 (ADC input channel 5) ADC4 (ADC input channel 4) ADC3 (ADC input channel 3) ADC2 (ADC input channel 2) ADC1 (ADC input channel 1) ADC0 (ADC input channel 0)
Tabel 2.4 Fungsi alternatif Port B
32
Tabel 2.5 Fungsi alternatif Port C
Tabel 2.6 Fungsi alternatif Port D
Tiap port mempunyai tiga buah register bit, yaitu DDxn, PORTxn, dan PINxn. Huruf ‘x’ mewakili nama huruf dari port sedangkan huruf ‘n’ mewakili nomor bit. Bit DDxn terdapat pada I/O address DDRx, bit PORTxn terdapat pada I/O address PORTx, dan bit PINxn terdapat pada I/O address PINx. Bit DDxn dalam register DDRx (Data Direction Register) menentukan arah pin. Bila DDxn diset 1 maka Px berfungsi sebagai pin output. Bila DDxn diset 0 maka Px berfungsi sebagai pin input. Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin input, maka resistor pull-up akan diaktifkan. Untuk mematikan resistor pull-up, PORTxn harus diset 0 atau pin dikonfigurasi sebagai pin output. Pin port adalah tri-state setelah kondisi reset. Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port akan berlogika 1. Dan bila
33
PORTxn diset 0 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port akan berlogika 0. Saat mengubah kondisi port dari kondisi tri-state (DDxn=0, PORTxn=0) ke kondisi output high (DDxn=1, PORTxn=1) maka harus ada kondisi peralihan apakah itu kondisi pull-up enabled (DDxn=0, PORTxn=0). Biasanya kondisi pullup enabled dapat diterima sepenuhnya, selama lingkungan impedansi tinggi tidak memperhatikan perbedaan antara sebuah strong high driver dengan sebuah pullup. Jika ini bukan suatu masalah, maka bit PUD pada register SFTOR dapat diset 1 untuk mematikan semua pull-up ke kondisi output low juga menimbulkan masalah yang sama. Maka harus menggunakan kondisi tri-state ((DDxn=0, PORTxn=0) atau kondisi output high ((DDxn=1, PORTxn=0) sebagai kondisi transisi. Lebih detail mengenai port ini dapat dilihat pada tabel 2.7 di bawah ini Tabel 2.7 Konfigurasi Pin Port
Bit 2 – PUD : Pull-up Disable
34
Bila bit diset bernilai 1 maka pull-up pada port I/O akan dimatikan walaupun register DDxn dan PORTxn dikonfigurasikan untuk menyalakan pull-up (DDxn=0, PORTxn=1)
2.2.4 Instruksi ATMega 8535 memiliki beberapa kelompok instruksi sebagaimana mikrokontroler yang memiliki arsitektur AVR lainnya. tersebut dapat dilihat pada tabel dibawah ini. Tabel 2.8 Instruksi Aritmatik dan Logik
Kelompok instruksi
35
2.3 Motor Driver L293D
Untuk menggerakan motor DC pada rangkaian kendali pintu ini digunakan jenis IC L293D. Sebuah IC L293D mempunyai empat buah push-pull. Setiap dua buah push-pull dapat digunakan sebagai sebuah untai H-bridge dan dapat diaktifkan dengan sebuah sinyal enable. IC L293D mampu beroperasi pada tegangan 4,5 sampai 36 volt. Besarnya arus yang dapat ditarik adalah 600 mA pada kondisi normal serta 1,2 A pada arus puncak (sesaat). IC ini khusus digunakan pada motor sebagai pengganti relay, namun dengan syarat pin enable 1 dan 2 dalam kondisi high (1). Dapat digunakan pada arah bidirectional (dua arah), terdiri dari 16 pin. Apabila salah satu input berlogika 1 (high), maka outputnya berlogika 1 (high). IC jenis ini cocok untuk digunakan untuk mengendalikan beban induktif seperti relay solenaida, motor DC atau stepper.
(a)
(b)
Gambar 2.11 : (a) Arsitektur L293D Motor Driver, (b) Susunan Pin L293D Motor Driver
36
2.4
Sensor Cahaya Menggunakan Phototransistor Transistor cahaya adalah transistor yang arus basisnya dihasilkan oleh
radiasi yang diterimanya dan yang mempunyai arus kolektor ke emitor tergantung pada radiasi yang diterimanya. Hubungan kolektor dan basis pada transistor cahaya berperilaku seperti dioda foto dan mengubah foton menjadi pembawa muatan listrik sehingga menyebabkan arus basis yang dihasilkan oleh foton (Ip). Arus foton basis ini menyebabkan arus kolektor (Ic) dengan cara yang sama seperti arus basis listrik (IB) pada transistor konvensional. Jadi hubungan antara (Ip) dan (Ic) adalah:
IC = H FE x I P Transistor cahaya dapat digunakan sebagai penguat linear, tetapi lebih sering digunakan sebagai saklar. Kecepatan pengsaklaran biasanya 10 μs atau lebih. Keistimewaan yang menarik dari transistor cahaya dibandingkan dengan dioda cahaya adalah perolehan (gain) HFE . arus kolektor ke emitor transistor cahaya lebih besar daripada arus dioda foto sederhana. Untai dasar transistor cahaya ditunjukkan dalam gambar 2.12. berdasarkan gambar, biasanya tegangan keluaran transistor cahaya dirumuskan dengan:
Berhubung nilai Ic tergantung pada nilai Ib sesuai dengan hubungan arus pada transistor yaitu:
dan besar Ib tergantung dari besar intensitas
37
cahaya LED yang menimpa transistor cahaya, yang dapat dinotasikan dengan Ip, sehingga tegangan keluaran transistor cahaya menjadi:
Operasi kerja transistor cahaya seperti transistor biasa yaitu ada daerah jenuh (saturation), daerah linear, dan daerah cut-off.
Apabila cahaya yang
menimpa transistor cahaya sangat besar, maka transistor cahaya akan beroperasi pada daerah jenuh, sebaliknya jika cahaya yang menimpa sangat sedikit maka transistor beroperasi di daerah cut-off.
Gambar 2.12 : Untai dasar transistor cahaya
2.5
Seven Segmen Seven segmen merupakan suatu penampil yang terdiri dari 8 buah LED.
Berdasarkan kutubnya seven segmen dibagi menjadi dua jenis yaitu common anoda dan common katoda. Perbedaan di antara keduanya adalah untuk seven segmen jenis common katoda, seluruh katoda yang terdapat pada setiap LED segmen saling dihubungkan dan secara bersama-sama menerima tegangan sumber
38
posistif. Sedangkan untuk jenis seven segmen common anoda, kutub anoda dari LED yang menerima tegangan positifnya.
Gambar 2.13 : Macam-macam Jenis Seven Segmen
BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN KENDALI AKSES PINTU MENGGUNAKAN RFID
3.1
Perancangan Sistem Minimal ATMega 8535 Dalam perancangan sistem minimal ini, akan dijabarkan mengenai blok
diagram, interface ke RFID, perancangan koneksi ke PC, dan penjelasan port yang akan digunakan. 3.1.1 Diagram Blok Langkah yang dilakukan pada awal untuk membuat sistem minimal adalah perancangan dengan diagram blok, diagram blok sistem kendali akses pintu berbasis mikrokontroler ATMega 8535 menggunakan RFID ini terdiri dari masukan berupa RFID reader sebagai pembaca Id kartu yang pengendaliannya diatur oleh mikrokontroler ATMega 8535 dan keluaran berupa piranti 7-Segment LED Common Anoda, serta prototipe/miniatur pintu geser elektronik. Diagram blok sistem kendali akses pintu dapat dilihat pada gambar 3.1 Input
Processing
Output PINTU GESER
RFID READER
Mikrokontroler ATMega 8535 7-Segment
Gambar 3.1. Diagram blok kendali akses pintu berbasis mikrokontroler ATMega 8535
39
40
3.1.2 Proses Perancangan Perangkat Keras Perancangan perangkat keras aplikasi akses pintu ini memiliki tiga bagian utama, yaitu: masukan, pemproses dan keluaran. Piranti masukannya berupa rangkaian reader RFID (pembaca kartu). Piranti prosesnya adalah mikrokontroler ATMega 8535, sedangkan piranti keluarannya adalah penampil 7-segment LED dan rangkaian penggerak pintu geser elektronik. Pada intinya perancangan perangkat keras ini yaitu, interface/ antarmuka antara mikrokontroler ATMega 8535 dengan reader RFID ID-12 melalui port PD.0 pada mikrokontroler ATMega 8535 dengan port D0 (Data 0) pada RFID reader ID-12.
3.1.3 Perancangan Interface RFID Reader ID-12 ke Mikrokontroler ATMega 8535 Aplikasi yang dibutuhkan untuk interface RFID reader ID-12 ke mikrokontroler ATMega 8535 pada intinya adalah aplikasi pengambilan data karakter dalam bentuk Heksadesimal. RFID reader ini mempunyai dua buah bentuk output serial, yaitu bentuk format ASCII dan Wiegand 26-bit. Bentuk format ASCII paling banyak digunakan karena mudah untuk dihubungkan pada mikrokontroler atau PC dengan menggunakan komunikasi serial UART. Output dengan format data ASCII memiliki struktur yang dapat digambarkan seperti di bawah ini : 02 (1 byte)
10 data karakter ASCII Checksum CR LF (10 bytes) (2 byte) (1 byte) (1 byte) Gambar 3.2. Format data ASCII
03 (1 byte)
41
Misalkan data output serial (dalam format heksadesimal) dari pembacaan reader RFID ID-12 adalah sebagai berikut : 02
30 34
36
32
30
31
44 37
36
43
44 43 0D 0A 03
Dari 16 data output heksadesimal tersebut, maka yang pertama adalah merubah semua ke bentuk karakter ASCII. Misalnya data 30H menjadi karakter “0”, data 34 H menjadi “4”, dan seterusnya. Langkah yang kedua adalah menyusun datadata tersebut ke dalam format data ASCII seperti yang tercantum pada gambar 3.2. Kemudian ambil 10 data karakter ASCII. Dari contoh di atas maka data tersebut menjadi : 30
34
36
32
30
31
44
37
36
43
6
2
0
1
D
7
6
C
Data Heksadesimal Data ASCII
Untuk data dengan kolom yang berwarna gelap merupakan data untuk jenis-jenis kartu dan tidak digunakan dalam proses konversi, yang akan digunakan disini adalah data yang ke 3 sampai dengan data ke 10. Hasil konversi dari data Heksadesimal ke bentuk data ASCII adalah “6201D76C”. Dalam pembacaan kartu RFID ini penulis membandingkan data output serial sebanyak 16 bilangan heksadesimal sebagai Id dari masing-masing kartu tag RFID yang disimpan di dalam database mikrokontroler.
42
3.1.4 Port
yang
Digunakan
dalam
Perancangan
Sistem
Minimal
ATMega 8535 Sistem minimal ATMega 8535 menggunakan mikrokontroler dalam ragam single chip operation (mode operasi keeping tunggal) yang tidak memerlukan memori luar karena jumlah memori internal dinilai masih cukup menampung banyaknya data dan program. Jumlah port sebanyak 4 (empat) buah yaitu port A, port B, port C, dan port D. Port A (PA0..PA6) dalam mikrokontroler ATMega 8535 digunakan sebagai output ke pin input data 0 – data 7 dari seven segment common katoda. Dimana pin katoda dari seven segment ini dihubungkan ke ground. Untuk port C, PC.0 digunakan sebagai input hasil dari keluaran Limit Switch1 (posisi pintu terbuka). Port C.1 digunakan
sebagai input hasil dari
keluaran Limit Switch2 (posisi pintu tertutup). Port C.2 digunakan sebagai input dari keluaran sensor cahaya yaitu fototransistor. Port C.4 digunakan sebagai output untuk motor penggerak pintu terbuka dan port Port C.5 digunakan sebagai output untuk motor penggerak pintu tertutup. Sedangkan untuk port D, hanya digunakan Port D.0 sebagai input hasil pembacaan dari reader RFID terhadap kartu/tag RFID.
43
Gambar 3.3 Sistem Minimal ATMega 8535
3.2
Perancangan Prototipe Pintu Jenis pintu dalam aplikasi ini adalah pintu geser elektronik otomotis
seperti yang digunakan pada pintu-pintu bank, hotel dsb. Pengunci/lock pintu menggunakan Limit Switch yang terdapat pada rangkaian CD-Rom. Piranti yang dipasang di sisi depan pintu: -
Reader RFID ID-12
-
Sistem minimal kendali akses pintu
-
LED sebagai indikator power supply
-
7-Segment LED
-
Untai sensor yang berupa Phototransistor dan infra merah
44
Piranti yang dipasang di sisi belakang pintu: -
Power supply
-
Rangkaian CD-ROM penggerak pintu geser elektronik
Gambar 3.4 Prototipe 3 dimensi pintu dilihat dari sisi depan Keterangan: -
Tool A
: Reader RFID ID-12
-
Tool B
: 7-Segment LED
-
Tool C
: CD-Rom sebagai mekanik pembuka/penutup pintu
-
Tool D
: Sistem minimal kendali akses pintu
-
Tool E
: Untai sensor cahaya menggunakan phototransistor
-
Tool F
: Power supply
-
Tool G
: LED indikator power supply
-
Tool H
: Buzzer dari RFID
3.2.1 Rangkaian Penggerak Pintu Geser Elektronik Rangkaian pintu geser elektronik terdiri dari sebuah motor DC yang arah geraknya diatur oleh sebuah IC seri L293D. IC jenis ini digunakan sebagai driver
45
untuk menggerakan arah motor DC. IC jenis L293D mencakup 4 buah rangkaian push-pull, tetapi untuk rangkaian kendali pintu ini cukup digunakan 2 buah rangkaian push-pull yang membentuk sebuah rangkaian H-Bridge. Motor DC yang digunakan dalam aplikasi ini telah terintegrasi ke dalam satu paket CDROM yang didalamnya telah memuat Motor DC, driver pendorong pintu dan Limit Switch.
Gambar 3.5 Rangkaian driver motor DC Motor adalah suatu alat yang dapat mengubah daya listrik menjadi tenaga mekanik dalam bentuk putaran. Dengan demikian pengaturan putaran motor mempunyai arti suatu usaha untuk mengatur gerakan putaran motor. Pada alat penggerak pintu, putaran motor digunakan untuk membuka dan menutup pintu. Putaran motor dapat ditinjau dari dua aspek arah putaran motor (satu arah atau dua arah) dan kecepatan (konstan atau tidak konstan). Rangkaian pengatur putaran motor pada intinya menimbulkan beda tegangan pada kaki input 1 dan input 2. Hal ini dapat terjadi seandainya pada
46
salah satu inputnya diberi sinyal yang berupa tegangan. Jika kedua inputnya tidak ada sinyal maka tidak ada beda tegangan yang terjadi pada kaki input 1 dan input 2. Begitu pula seandainya kedua input diberi sinyal secara bersamaan, maka motor tidak akan berputar, karena tidak ada beda potensial pada motor tersebut. Saat pintu terbuka penuh maka akan menghubungkan saklar LS1 (Limit Switch) dan saat menutup penuh akan mengaktifkan LS2. Pemasangan saklar LS1 dan LS2 pada pintu geser elektronik dapat dilihat pada gambar 3.6 berikut ini.
Gambar 3.6 Pemasangan saklar LS1 dan LS2 pada pintu geser elektronik
47
3.2.2 Pemasangan Hardware di Prototipe Pintu Setelah dilakukan perancangan prototipe pintu maka tahap akhir adalah tahap pemasangan hardware di protipe pintu. Prosedur pemasangan yang dilakukan penulis sebagai berikut: 1. Power supply dan sistem minimal terpasang terpisah dari prototipe pintu. Link antara sistem minimal dengan prototipe pintu menggunakan kabel data. 2. Pasang prototipe utama berupa acrylic pada papan board (alas) yang terbuat dari acrylic, sehingga prototipe dapat berdiri dengan kuat. 3. Pasang mekanik/Rangka CD-Rom yang berfungsi sebagai pendorong dan penutup pintu geser elektronis pada sisi bagian belakang prototipe dan tersembunyi agar terlihat rapi. Hubungkan aktuator (bagian yang bergerak) dari fiber dengan pintu yang terbuat dari plastik. 4. Pasang untai sensor phototransistor dan infra merah pada tepi sisi pintu bagian belakang (akan lebih baik apabila dipasang tersembunyi/tidak terlihat mata). Hal ini disebabkan karena piranti sensor cahaya merupakan sistem pengaman bila terjadi yang tidak diinginkan. Catatan untuk sensor, cahaya dari LED harus mengenai phototransistor. 5. Pasang 7-Segment dan Reader RFID ID-12 pada sisi depan prototipe. 6. Agar
terlihat
rapi
dan
lebih
aman,
sebaiknya
kabel/jumper
yang
menghubungkan tiap-tiap hardware terlindungi (ada jalur khusus kabel seperti pipa), alternatif lain agar terlihat rapi adalah dengan menggabungkan kabelkabel menjadi sesedikit mungkin menggunakan klem.
48
3.3
Rangkaian Sensor Rangkaian sensor cahaya yang digunakan adalah sebuah fototransistor
dan sumber cahaya berasal dari dioda infra merah. Rangkaian ini berfungsi untuk memeriksa keadaan apakah pengguna dari kartu/tag RFID ini telah melewati pintu atau belum. Tabel berikut ini menjelaskan pembagian sensor dan driver yang berada di Port C. Tabel 3.1 Pembagian Port berdasarkan fungsinya Port
Fungsi
PC.0
Limit Switch1
PC.1
Limit Switch2
PC.2
Sensor Phototransistor
PC.3
PC.4
Driver motor penggerak Buka dan tutup pintu
PC.5
Driver motor penggerak Buka dan tutup pintu
PC.6
PC.7
Dari tabel di atas, port yang berkedudukan sebagai sensor hanya dipakai sebuah port yaitu Port C.2. Port ini digunakan untuk menerima output dari rangkaian phototransistor. Tabel 3.2 Hubungan Keadaan Phototransistor dengan P3.3 Keadaan Phototransistor
PC.2
Kena Cahaya
0V
Tidak Kena Cahaya
5V
Gambar berikut merupakan untai sensor Cahaya:
49
Gambar 3.7 Untai Sensor Cahaya Dari gambar 3.7 di atas dapat dilihat ada tidaknya orang yang melewati pintu, jika orang tidak melewati pintu, maka cahaya dari dioda infra merah tidak terhalang, sehingga basis dari phototransistor menerima cahaya yang memberikan cukup energi untuk membuat transistor menjadi ‘ON’. Pada keadaan ini tegangan pada kaki kolektor akan menjadi 0 Volt, sehingga masukan bagi mikrokontroler menjadi “low” atau “0”, sebaliknya jika ada orang yang melewati pintu, maka cahaya dari dioda infra merah akan terhalang dan basis dari transistor tidak mendapat cahaya sehingga transistor menjadi ‘OFF’. Pada keadaan ini tegangan di kaki kolektor menjadi 5 Volt. Masukan pada mikrokontroler menjadi “high”
50
atau ‘1’, sehingga mikrokontroler akan menginstruksikan Limit Switch untuk menutup pintu.
3.4
Perancangan Program Dalam perancangan program terlebih dahulu dibuat algoritmanya, yang
berisi urutan proses pembuatan program, yaitu sebagai berikut: 1.
Program selalu diawali dengan melakukan inisialisasi untuk memudahkan proses selanjutnya.
2.
Lakukan pengecekan terhadap masukannya apakah kartu yang digunakan sudah benar atau tidak, kalau kartu sudah benar maka Reader RFID akan menyampaikan sinyal Beep pertanda data dibaca dan disimpan pada alamat yang ditentukan. Dengan catatan jarak kartu yang didekatkan dengan Reader tidak lebih dari 5 cm. Cara mendekatkan kartu pun bebas dari arah sisi mana saja bagian kartu/tag.
3.
Apabila semua proses diatas dilaksanakan, maka program akan membuka pintu dan menutup setelah phototransistor cahayanya terhalang oleh orang yang melewati pintu.
51
3.4.1
Diagram Alir Sistem Pembaca Kartu RFID
Gambar 3.8 Diagram Alir Sistem Pembaca Kartu RFID
52
3.4.2 Inisialisasi Program inisialisasi terdiri dari inisialisasi bit untuk data output ke seven segmen sebagai display penampil counter pada port A, port B tidak digunakan, port C berfungsi sebagai input hasil keluaran dari limit switch, dan fototransistor dan juga sebagai output untuk menggerakan motor DC . Sedangkan port D, digunakan sebagai input hasil pembacaan dari reader RFID. Berikut ini listing program inisialisasi mikrokontroller : ;-------------------------------------------------; inisialisasi bit ;-------------------------------------------------;portA equ PortData_7Seg = PortA ;PA output ;portB ;ngak dipakai ;portC equ limitSW_buka =0 equ limitSW_tutup =1 equ CekIdle =2
;PC0 input ;PC1 input ;PC2 input
equ motor_tutup equ motor_buka
;PC4 output ;PC5 output
;portD equ Rxd
=4 =5
=0
;PD0 input
3.4.3 Program Utama Dalam program utama berisi program dimana mikrokontroler dalam keadaan stand by atau siap untuk mengolah hasil pembacaan data apabila ada kartu/tag yang didekatkan ke reader RFID. Juga tersedianya program apabila
53
ternyata terdeteksi ada kartu yang belum tersimpan data idnya di dalam memori dari mikrokontroler. Programnya ditampilkan sebagai berikut: ;----------------------------------------------------------------------------------; program utama ;----------------------------------------------------------------------------------stand_by: nop lds rdump,int_sign ;apakah ada RFID card in ? cpi rdump,stat_in_int ;lihat statusnya brne pc-3 ;bila tidak kembali ke standby rcall dly_100ms cli rcall mov cpi brne
cek_Card rdump,rstatus rdump,stat_ok kartu_reject
;matikan serial dulu ;ada kartu RFID terdeteksi,cek kartu.
;apakah kartu ditolak
rcall counter_tambah rcall dly_100ms rcall olah_pintu rcall clear_uart sei rjmp stand_by
;hidupkan serial interupt lagi
3.4.4 Menampilkan Karakter pada Seven Segmen Program menampilkan karakter pada seven segmen
yaitu dengan
mengikuti counter_tambah: inc rcall mov andi rcall mov mov andi
rCount7Seg hex2decimal rdump1,rCount7Seg rdump1,0x0f GetData_7seg rCount_LSB,rdata_out
;ambil code 7segment LSB
rdump1,rCount7Seg rdump1,0xf0
;ambil MSB saja
;ambil LSB saja
54
ror ror ror ror
rdump1 rdump1 rdump1 rdump1
rcall mov
GetData_7seg rCount_MSB,rdata_out
out rcall ret
PortData_7Seg,rCount_LSB ;tampilkan ke 7 segment dly_tunda
hex2decimal: push andi cpi brsh pop ret
rCount7Seg rCount7Seg,0x0f rCount7Seg,0x0a lebih_besar9 rcount7Seg
lebih_besar9: pop ldi add ret
rCount7Seg rdump,0x06 ;desimalkan rCount7Seg,rdump
;ambil code 7segment MSB
3.4.5 Pembacaan Data dari Kartu RFID clear_uart: ldi ldi ldi ldi st dec brne
XL,LOW(UART_START_ADDR) XH,HIGH(UART_START_ADDR) rdump,UART_BUFSIZE rdump1,0xff X+,rdump1 rdump pc-2
start_uart: ldi ldi
XL,LOW(UART_START_ADDR) ;mulai dialamat $0070 XH,HIGH(UART_START_ADDR)
;mulai dialamat $0070 ;255 byte ;blank (bukan ascii group) ;simpan ke alamat pointer
sts sts
uart_pointerL,XL uart_pointerH,XH
;(ram 60h) ;(ram 61h)
clr sts sts ret
rdump uart_counter,rdump int_sign,rdump
;clear counter (ram 62h) ;clear int_sign(ram 64)
55
3.4.6 Program Pengambilan Data Serial USART_receive: sbis UCSRA,RXC rjmp pc-1 in rcall
rISREGSAVE,SREG save_count
;selamatkan status register ;selamatkan counter X,Y,Z
ldi sts
rITEMP,stat_in_int int_sign,rITEMP
;tanda ada serial masuk
in lds lds
rITEMP,UDR XL,uart_pointerL XH,uart_pointerH
;ambil data serial ;pointer address ram
st sts sts
X+,rITEMP uart_pointerL,XL uart_pointerH,XH
;simpan ke alamat pointer ;pointer berikutnya disimpan
inc sts
rITEMP uart_counter,rITEMP
receive_end: rcall load_count out SREG,rISREGSAVE reti
3.4.7
;tunggu penerimaan
;tambahkan counter dan simpan
;kembalikan counter X,Y,Z ;balikan lagi register status ;kembali dari interupsi receive
Program delay
dly_2s: dly_1s: dly_500ms: dly_300ms: dly_100ms: dly_50ms: long_delay:
ldi rjmp ldi rjmp ldi rjmp ldi rjmp ldi rjmp ldi
rdump,120 long_delay rdump,60 long_delay rdump,30 long_delay rdump,10 long_delay rdump,6 long_delay rdump,3
mov ldi out
rcount,rdump rdump,4 TCCR0,rdump
;prescaler pembagi 256 ;timer counter 0 prescaler
56
lagi_dly:
in sbr out
rdump,TIFR rdump,TOV0 TIFR,rdump
in sbrs rjmp dec cp brne ret
rdump,TIFR rdump,TOV0 pc-2 rcount rcount,rZERO lagi_dly
;clear over flow flag ;read the Timer Int. Flag Register ;test the overflow flag (use bit#) ;wait until over flow
;_________________________________________________ dly_tunda:
ldi
rdump,255 mov rcount,rdump dec rcount cp rcount,rZERO brne pc-2 ret
3.4.8 Pengecekan No.ID kartu Programnya seperti dibawah ini: Cek_Card:
Compare: lagiah:
ldi ldi ldi ldi
XH,High(UART_START_ADDR) XL,Low(UART_START_ADDR) ZH,high(Card_176<<1) ZL,low(Card_176<<1)
ldi mov push push
rdump,5 rcount,rdump ZH ZL
compare1: lpm cpi breq ld cp breq
rdump,Z+ rdump,$0d AdaCocok
;siapkan 5 kartu ;siapkan counter
;ambil data dari flash memori ;apakah sdh ada akhiran code data ;bila ya berarti kartu diterima
rdump1,X+ ;ambil data dari buffer serial rdump1,rdump ;bandingkan antara flash dengan RAM compare1 ;bandingkan data berikutnya sampai ketemu $0d
57
dec rcount ;bila ada data yg tidak cocok sebelum code $0d brne cek_lain ; rjmp TakAdaCocok cek_lain: ldi ldi pop pop adiw rjmp TakAdaCocok: pop pop ldi mov ret
XH,High(UART_START_ADDR) XL,Low(UART_START_ADDR) ZL ZH ZH:ZL,16 lagiah
ZL ZH rdump,stat_fail rstatus,rdump
AdaCocok: pop pop ldi mov ret
ZL ZH rdump,stat_ok rstatus,rdump
3.4.9 Membuka dan Menutup Pintu Pengontrolan motor untuk membuka pintu dikontrol melalui port PC.4 dan PC.5. untuk menjalankan motor logika kedua port tersebut harus berlawanan. Dalam kondisi kedua port berlogika sama motor tidak akan berputar. Untuk mendeteksi pintu sudah terbuka dan tertutup dengan sempurna, maka digunakan limit switch. Limit switch aktif dengan logika 0 terletak pada alamat PC.0 dan PC.1. Untuk menutup pintu, ada pendeteksian orang yang lewat dengan menggunakan sensor inframerah yaitu phototransistor. Jika phototransisitor terhalang atau ada orang yang lewat maka dikaki port PC.2 akan berlogika 1. berikut ini listing program membuka dan menutup pintu
58
olah_pintu: nop sbi cbi rcall
portC,motor_buka ;aktifkan pintu buka portC,motor_tutup dly_100ms ;debounce driver
in sbrc rjmp
rdump,pinC rdump,limitSW_buka pc-2
rcall cbi cbi
dly_500ms ;pintu sdh terbuka penuh, debounce switch portC,motor_buka ;deaktif pintu buka portC,motor_tutup
;apakah pintu sdh terbuka penuh ;tunggu sampai pintu terbuka penuh
in sbrs rjmp
rdump,pinC rdump,CekIdle pc-2
rcall in sbrc rjmp
dly_500ms rdump,pinC rdump,CekIdle pc-2
sbi cbi rcall
portC,motor_tutup portC,motor_buka dly_100ms
;debounce driver
in sbrc rjmp
rdump,pinC rdump,limitSW_tutup pc-2
;apakah pintu sdh tertutup penuh ;tunggu sampai pintu tertutup penuh
rcall cbi cbi rcall ret
dly_100ms portC,motor_buka portC,motor_tutup dly_100ms
;apakah orang sdh menghalangi sensor? ;bila belum tunggu ;debounce driver ;apakah orang sdh lewat gerbang? ;bila belum tunggu ;aktifkan pintu tutup
;debounce driver ;deaktifkan pintu tutup ;debounce driver
BAB IV UJI COBA, ANALISIS DAN PEMBAHASAN
4.1
Uji Coba Alat Pengamatan dilakukan untuk menguji hasil perancangan dan implementasi
alat, sehingga dapat diketahui sejauh mana alat dapat bekerja. Pengamatan yang terpenting adalah bagian yang cukup kritis. Dengan mendapatkan parameter hasil pengujian tersebut dapat disimpulkan rangkaian secara keseluruhan dan cara kerja alat dapat diketahui.
4.2
Analisis Kartu Jumlah kartu yang digunakan sebagai kunci pembuka sistem pengaman
digital ini hanya dibatasi 5 buah dengan data digital atau konfigurasi no. ID yang terdapat di dalam kartu yang berbeda.
Gambar 4.1 Macam-macam bentuk Tag RFID
59
60
4.3
Pengukuran Rangkaian Aplikasi
4.3.1 Pengukuran Catu Daya Rangkaian catu daya perlu diukur tegangan keluarannya apakah sudah sesuai, karena jika tidak kemungkinan besar alat tidak dapat bekerja, apalagi jika tegangan outputnya lebih tinggi dapat merusak komponen utama misalnya mikrokontroler dan reader RFID ID-12. Hasil pengukuran dapat dilihat pada tabel 4.1 berikut ini : Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Tegangan Keluaran Catu Daya. Pengukuran
V output 5 volt
V output 12 volt
1
4.90
11.66
2
4.93
11.69
3
4.90
11.66
Dari hasil pengukuran tegangan output catu daya yang dilakukan dengan volt meter berbeda, kedua output mengalami drop tegangan sebesar ± 0,3 volt.
4.3.2 Pengukuran pada Tag RFID dan Reader RFID ID-12 Pengukuran tegangan keluaran Reader RFID ID-12 ini dilakukan untuk mengetahui besarnya tegangan keluaran saat reader bekerja.
Karena hanya
terdapat dua kondisi yaitu kondisi rendah (0 Volt) dan kondisi tinggi (4,85) Volt, maka kondisi rendah dianggap 0 dan kondisi tinggi dianggap 1 dalam kode digital atau biner. Untuk mendapatkan tegangan, maka kartu/tag harus didekatkan dengan IC Reader ID-12 yang terhubung dengan sistem minimal ATMega 8535.
61
Dapat dilihat dalam tabel 4.2 hasil pengukuran saat kartu didekatkan dan dibaca pada pin 10 (Buzzer) dari chip reader ID-12. Tabel 4.2 Pengukuran kartu saat kartu didekatkan ke reader ID-12 Pengukuran
Tegangan Output Pin 10 ID-12 (Volt DC)
1
4,85
2
4,85
3
4,85
4
4,85
4.3.3 Pengukuran pada Rangkaian Sistem Mikrokontroler ATMega 8535 Output yang dihasilkan dari power supply/transformator adalah sebesar 12V AC dan disearahkan dengan menggunakan diode Bridge menjadi 12 V DC. Karena mikrokontroler hanya membutuhkan tegangan masukan sebesar kurang lebih 5V DC, maka dalam rangkaian ini digunakan IC LM7805. hasil pengukuran rangkaian sistem mikrokontroler dapat dilihat pada tabel 4.3 Tabel 4.3 Pengukuran rangkaian sistem mikrokontroler ATMega 8535 Pengukuran
Tegangan Output (Volt DC)
1
4,85
2
4,85
3
4,85
4
4,85
62
4.3.4. Pengukuran pada Rangkaian Sensor Infra Merah Pengukuran pada rangkaian sensor infra merah yang terhubung dengan mikrokontroler ATMega 8535 adalah pada saat sensor infra merah terhalang dan tidak terhalang orang yang masuk melewati pintu, maka akan dihasilkan tegangan keluaran saat terhalang dan tidak terhalang dari rangkaian sensor infra merah. Dimana pada rangkaian ini membutuhkan tegangan masukan sebesar 5 Volt DC. Hasil pengukuran rangkaian sensor infra merah dapat dilihat pada tabel 4.4 dan tabel 4.5. Tabel 4.4 Pengukuran sensor infra merah saat terhalang orang masuk pintu Pengukuran
Penerima infra merah Volt DC
1
4,90
2
4,90
3
4,90
4
4,90
Tabel 4.5 Pengukuran sensor infra merah saat tidak terhalang orang masuk pintu Pengukuran
Penerima infra merah Volt DC
1
0,20
2
0,20
3
0,20
4
0,20
63
4.3.5 Pengukuran pada Seven Segment Pengukuran pada rangkaian seven segment common katoda adalah masingmasing LED diukur tegangan masukannya ketika sistem minimal mikrokontroler ATMega 8535 tepatnya pada port A, memberikan ouput high atau tegangan sebesar 5 Volt kepada masing-masing pin/LED pada rangkaian seven segment, dan pemberian logik low atau 0 Volt pada pin 3 atau pin 8 pada seven segment sebagai katoda. Masing-masing kaki dari seven segment telah diberikan tahanan sebesar 220 Ohm untuk menjaga LED agar tidak putus karena mendapat tegangan sebesar 5 Volt keluaran dari mikrokontroler. Tabel di bawah ini merupakan hasil pengukuran dari seven segment. Tabel 4.6. Pengukuran input pada pin-pin seven segment Pengukuran
Tegangan catu
Pin 7 Segment
Volt DC
Pin a
3,00
Pin b
3,00
Pin c
3,00
Pin d
3,00
Pin e
3,00
Pin f
3,00
Pin g
3,00
Pin katoda
0,20
Pin dp
0,20
BAB V PENUTUP
5.1
Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian yang telah dibahas di bab-bab sebelumnya,
maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut: 1. Program pembacaan data kartu tidak akan terganggu oleh bentuk, bidang, dan arah pembacaan terhadap kartu hanya bergantung kepada jarak antara kartu dengan reader saja. 2. Pintu hanya akan akan membuka secara otomatis jika kartu yang didekatkan sudah terdaftar no Id nya di dalam memori mikrokontroler. Dengan demikian pintu akan terbuka dan akan menutup secara otomatis jika cahaya infra merah merah terhalang oleh orang yang melewati pintu.
5.2
Saran
1. Aplikasi ini masih perlu pengembangan, salah satunya adanya penambahan sebuah reader RFID yang ditempatkan pada pintu keluar yang berguna untuk akses keluar. 2. Belum tersedianya perangkat lunak atau software yang berguna untuk proses penulisan dan pengisian data dari masing-masing id kartu. Saat ini masih menggunakan Id dari pembuat kartu RFID saja sebagai database mikrokontroler
64
65
3. Keluaran alat ini tidak hanya berupa pintu geser elektronik tetapi juga dapat digunakan pada piranti lain sesuai keperluan.
DAFTAR PUSTAKA
D’Hont, S., The Cutting Edge of RFID Technology and Applications for Manufacturing and Distribution, Texas Instruments TIRIS, 2004. Gunawan, Arif Hamdani., Mengenal Komponen Perangkat Keras dari RFID, PT. Telekomunikasi Indonesia, Jakarta, 2008. Hunt, V. Daniel, Albert Puglia, and Mike Puglia, RFID - A Guide to Radio Frequency Identification, JohnWiley & Sons, 2003. Manish, Bhuptani dan Moradpour Shahram, RFID Field Guide: Deploying Radio Frequency Identification Systems, Prentice Hall PTR, 2005.
66
