BAB III PERANCANGAN
3.1
Prnsip Kerja Sistem Sistem yang akan dibangun, secara garis besar terdiri dari sub-sub sistem
yang dikelompokan ke dalam blok-blok seperti terlihat pada blok diagram pada gambar dibawah ini.
Detektor Asap atau Detektor panas
Mikrokontroler ATMEGA 8535
Komunikasi serial
Telepon Selular (siemens c55)
SMS
Telepon Selular User Jaringan Seluler
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem
Prinsip kerja sistem dimulai dari detektor asap atau detektor panas yang berfungsi sebagai sensor yang mengkonversi besaran fisis berupa suhu atau kumpalan asap ke dalam besaran elektris tegangan. Keluaran detektor asap atau detektor panas yang masih berbentuk sinyal analog diumpankan secara langsung ke Port A Bit 0 dan Port A Bit 1 Mikrokontroler ATMega 8535 untuk dikonversi ke dalam bentuk sinyal digital. Selain sebagai pengkonversi sinyal, Mikrokontroler ATMega8535 31
32
juga berfungsi untuk mengirim data hasil akuisisi asap / suhu ke handphone melalui komunikasi serial. Data suhu atau kumparan asap yang dikirim oleh mikrokontroler ke handphone dengan jeda waktu tertentu, dan dibandingkan dengan nilai kritis, bila data suhu atau kumparan asap yang dikirim oleh mikrokontroler lebih besar atau sama dengan nilai kritis, secara otomatis sistem akan mengirimkan laporan dalam bentuk sms yang berisi pemberitahuan bahwa keadaan aktual suhu atau kumparan asap sudah mencapai batas nilai kritis ke orang-orang yang nomor telepon seluler yang tersimpan, setelah sebelumnya suhu berada pada kondisi sama atau lebih besar dari nilai kritis.
3.2
Sub Sistem Elektonika/perangkat Keras Sub sistem perangkat keras terdiri dari komponen-komponen elektronika
yaitu smoke detector yang yang berfungsi melakukan akuisisi besaran fisis suhu dan mengubahnya menjadi besaran listrik dan Mikrokontroler ATMega8535 yang berfungsi mengkonversi besaran elektris tegangan yang dihasilkan sensor kedalam format digital dan mengirimkannya ke komputer melalui komunikasi serial.
3.2.1 Detektor Asap / Smoke detector Detektor asap ini mempunyai beberapa sifat, diantaranya adalah : 1. Sangat sensitif terhadap asap. 2. Jika supply yang masuk salah polaritas, tidak akan rusak. 3. Dapat dihubungkan lebih dari satu detektor asap secara bersama-sama. Menunjukkan salah satu bentuk dari beberapa jenis detektor asap, yaitu Ionization Smoke Detector HC-202D.
33
Detektor asap yang digunakan dalam alat yang dibuat adalah jenis detektor yang banyak dijual dipasaran, yaitu Ionization Smoke Detector (model : HC202D). Spesifikasi dari detektor asap tersebut adalah seperti tabel 3.1.
Tabel 3.1. Spesifikasi Smoke Detector Model
Ionization Smoke Detector HC-202D
Tegangan nominal
12 volt (DC)
Batasan tegangan masukan
9 volt s/d 12 volt (DC)
Suhu normal ruangan
-15˚C s/d 50˚C
Ukuran
103 mm x 47 mm
Berat
140 gram
Detektor seperti ini cocok untuk instalasi di tempat-tempat seperti pintu masuk tangga rumah, koridor, aula/ruangan lift, ruang dalam rumah, dan lain lain. Skema rangkaian dalam pemasangan lebih dari satu detektor asap ditunjukkan pada gambar 3.2 yang terhubung pada adaptor.
Gambar 3.2 Pemasangan Kawat Dengan LED
34
3.2.2 Rangkaian Mikrokontroler ATMega8535 Rangkaian mikrokontroler berfungsi untuk mengolah sinyal yang dihasilkan oleh smoke detector yang masih berbentuk sinyal analog untuk dikonversi kedalam format digital. Pengkonversian ini dilakukan, karena sinyal digital mempunyai beberapa kelebihan dibanding sinyal analog dalam hal : A. Sinyal digital lebih kebal terhadap derau. B. Sinyal dalam format digital lebih mudah untuk disimpan dalam media penyimpanan data. C. Sinyal digital mudah untuk direkonstruksi. D. Pengolahannya bisa menggunakan komputer atau mikrokontroler. Mikrokontroler ATMEGA8535 memiliki Analog to Digital Converter (ADC) internal, sehingga tidak diperlukan rangkain ADC tambahan. Port A selain berfungsi sebagai input dan output juga berfungsi sebagai input ADC. Untuk perancangan tugas akhir ini, dipakai ADC0, dengan demikian keluaran dari sensor Smoke detector dihubungkan ke Port A bit 0 dan Port A bit 1. Selain sebagai pengkonversi sinyal analog ke sinyal digital, mikrokontroler ATMega8535 juga berfungsi untuk berkomunikasi dengan komputer secara serial dan mengirimkan data hasil konversi yang berbentuk sinyal digital ke handphone. Dalam berkomunikasi secara serial, perlu ditentukan besarnya baudrate, yang menunjukkan kecepatan proses transfer data yang terjadi antara pengirim dan penerima.
35
Agar mikrokontroler ATMega 8535 dapat melakukan semua fungsi diatas, maka dibutuhkan sebuah sub routine program yang ditanam di dalamnya. Untuk keperluan tersebut, bahasa C digunakan sebagai bahasa programnya. Subroutine program terdiri dari penyertaan file header, deklarasi variabel
dan metode-
metode. A.
Menyertakan file header File header merupakan file-file yang terpisah dari file program dan berisi variabel dan metode-metode siap pakai yang diperlukan untuk pembuatan program. File header yang dipakai terdiri dari file mega8535.h yang berisi deklarasi-deklarasi variabel pemetaan register pada ATMega8535 dan stdio.h yang berisi metode-meteode yang digunakan untuk komunikasi dengan perangkat luar.
B.
Deklarasi variabel Mendeklarasikan variabel-variabel yang dibutuhkan, seperti variabel untuk menampung sementara data hasil konversi, variabel untuk menampung hasil manipulasi data hasil konversi, variabel yang digunakan untuk mengisi register ADMUX dari ADC, untuk menentukan tegangan referensi ADC, dan variabel yang berisi nilai frekuensi osilator eksternal yang digunakan.
C.
Metode-metode Metede-metode yang dibuat terdiri dari metode komunikasi serial, metode untuk membaca data masukan dan mengkonversinya ke format digital.
D.
Metode utama Metode utama merupakan metode yang pertama kali dijalankan oleh sistem,
36
dan terdiri dari metode-metode dan variabel yang dideklarasikan diluar metode utama dan beberapa deklarasi variabel dan alur program tambahan, terlihat pada gambar 3.3 dibawah ini.
Gambar 3.3 Sistem minimum rangkaian mikrokontroller
Mikrokontroler Atmega 8535 dalam proyek akhir ini digunakan untuk mengolah data dari masukan Smoke detector dan kemudian diolah menjadi data keluaran. Atmega8535 merupakan mikrokontroler keluarga AVR Atmega termasuk tipe CMOS 8 bit dengan 8 Kbytes Flash PEROM (Programmable Erasable Read Only Memory). Atmega8535 mempunyai komponen memori sebagai berikut : 1. RAM Internal, memori sebesar 512 bytes yang biasanya digunakan untuk menyimpan program atau data yang sedang berjalan dan bersifat sementara.
37
2. Special Function Register (SFR) disebut juga Register fungsi khusus karena memori ini berisi register-register yang mempunyai fungsi-fungsi khusus yang disediakan oleh mikrokontroler tersebut seperti timer, serial dan lain-lain. 3. Flash
PEROM,
instruksi/program
dasar
memori dari
yang sebuah
digunakan
untuk
menyimpan
mikrokontroler.Atmega mempunyai
struktur memori yang terpisah antara RAM internal dan Flash PEROM-nya, RAM internal
dialamati oleh
RAM Address Register sedang FLASH
PEROM dialamati oleh Program Address Register.
3.2.3 Perancangan rangkaian power suplly Rangkaian power suplly berfungsi sebagai sumber tegangan beberapa rangkaian pendukung. Seperti LCD, Rangkai IC Max 232 dan Smoke detector. Rangkaian power suplai yang dibuat untuk menghasilkan tegangan 5 volt dan 12 volt. Untuk mengahasilkan tegangan 5 volt pada rangkaian power suplai digunakan regulator 7805. Regulator 7805 dapat menurunkan tegangan dari baterai 12 volt ke 5 volt. Tegangan 12 volt dari baterai diturunkan dengan 7805, tegangan tersebut dapat langsung disambungkan pada mikrokontroller yang membutuhkan tegangan 5 volt. . Ic 7805 tidak memerlukan komponen tambahan untuk meregulasi tegangan, membuatnya mudah digunakan, ekonomis dan hemat ruang. Regulator tegangan lainnya mungkin memerlukan komponen tambahan untuk membantu peregulasian tegangan. Bahkan untuk regulator bersakelar, selain membutuhkan banyak komponen, juga membutuhkan perencanaan yang rumit. Seri ic 7805 memiliki rangkaian pengaman terhadap pembebanan lebih, panas tinggi dan hubung singkat, membuatnya hampir tak dapat dirusak. Dalam keadaan tertentu, kemampuan pembatasan arus peranti 7805 tidak hanya melindunginya sendiri, tetapi juga melindungi rangkaian yang ditopangnya. Dari gambar 3.4 dapat dilihat gambar rangkain power suplai.
38
Gambar 3.4 Rangkain power suplai. Rangkaian power suplai pada gambar 3.4 memiliki 3 channel 12 volt dan 5 channel 5 volt dari satu input baterai 12 volt. Digunakan satu buah led sebagai indikator bahwa adanya tegangan 5 volt pada konektor. Tegangan masukan harus lebih tinggi dari tegangan keluaran (biasanya 2-3 volt). Ini membuatnya tidak tepat digunakan untuk penggunaan tegangan rendah, misalnya regulasi 5 volt dari sumber baterai 6 volt tidak akan bekerja dengan 7805. Sebagaimana regulator linier lainnya, arus masukan sama dengan arus keluaran. Karena tegangan masukan lebih tinggi daripada tegangan keluaran, berarti ada daya yang diboroskan. Dalam perencanaan rangkaian regulator digunakan software isis proteus dalam membuat rangkaian power supply. Setelah dibuat dalam program isis proteus, dibuat rangkaian layout pcb menggunakan ares proteus. 3.2.4 Rangkaian downloader atmega 8535. Rangkaian mikrokontroller
ini untuk
digunakan
untuk
pengontrolan.
men-download-kan
Pemrograman
secara
program In
ke
System
Programming adalah programmer tidak perlu melepas IC mikrokontroller pada waktu akan di-download-kan, hal ini berarti pendownload-an program dapat langsung dilakukan pada rangkaian aplikasi. Yaitu dengan memanfaatkan pin-pin
39
pada mikrokontroller ATmega8535. Untuk dapat menyimpan program yang telah kita buat pada memori mikrokontroller dibutuhkan perangkat tambahan yang menghubungkan antara PC dan mikrokontroller. Perangkat interface ini disebut isp_dongle yang menghubungkan port parallel PC dan port SPI (Serial Peripheral Interface) mikrokontroller, terlihat pada gambar 3.5 dibawah ini.
Gambar 3.5 Rangkain downloader atmega 8535 Dalam pembuatan rangkaiaan downloader digunakan terminal db 25 yang support dengan computer. Dari gambar akan dibuat 6 keluaran untuk mendownload program kedalam mikrokontroller. 3.2.5 Perancangan LCD. Perancangan lcd terhubung pada port C mikrokontroller, port c pada mikrokontroller difungsikan untuk menampilkan suatu karakter pada lcd yang udah
disetting
dalam
codewizardavr.
Dapat
dilihat
hubungan
antara
mikrokontroller dengan lcd pada isis proteus, terlihat pada gambar 3.6 dibawah ini.
40
Gambar 3.6 Rangkaian lcd. kita akan gunakan yang minimal saja, maklum biasanya untuk aplikasi diusahakan menghemat pin (buat keypad, ADC, serial link, tombol, d.l.l.) 3.2.6 Program komunikasi serial Sub program ini berfungsi untuk membangun komunikasi secara serial dengan mikrokontroler melalui port serial komputer, pada aplikasinya program ini memanfaatkan RXTX. Program ini mempunyai urutan kerja sebagai berikut :
41
A.
Mendeteksi semua port serial pada kabel data siemens C55 dan menyimpannya dalam sebuah daftar, dan sehingga pemakai program dapat menentukan port mana yang akan dipakai.
B.
Membuka port sesuai dengan yang dipilih pemakai program agar dapat berkomunikasi dengan perangkat lain, dalam hal ini mikrokontroler dan handphone. Kelas Serial Communication mengimplementasikan komunikasi serial
tersebut. Program komunikasi serial ini dipanggil dari program utama dengan memberikan parameter komunikasi serial berupa nama port, baudrate, terlihat pada gambar 3.7 dan tabel 3.2 di bawah ini.
Gambar 3.7 Rangkaian Konektor Db 9
42
Tabel 3.2. Pin Konektor Db 9
3.3 Program Utama Program yang dirancang untuk mengendalikan proses kerja sistem, dalam hal ini adalah pergerakan dari robot ular itu sendiri. Program utama ini terdiri atas beberapa sub program yang akan menyusun susunan program yang terintegrasi. Eksekusi terhadap program utama dilakukan setelah alat diaktifkan atau direset secara hardware. Yang perlu diperhatikan sebelum membuat program adalah sebagai berikut: 1) Persiapan Pendefinisian port I/O dan variabel-variabel, inisialisasi chip, dan inisialisasi ADC. 2) Proses pengambilan data masukan
43
Proses pengambilan data masukan selain pembacaan terhadap tegangan pada tiap smoke detector. Data dari pembacaan smoke detector kemudian diolah dalam program utama menjadi suatu keputusan untuk memilih zone mana yang terjadi kebakaran. 3) Proses kerja sistem Proses kerja sistem berisi program utama yang akan menentukan alur kerja sistem secara keseluruhan. 3..3.1 Program Pengirim SMS Sub program ini digunakan untuk menangani proses pengiriman SMS laporan kepada nomor tertentu sesuai dengan pengaturan yang diberikan kepada program. Selain itu, sub program juga menangani sinyal yang masuk dan meneruskannya ke program
utama untuk diolah lebih lanjut. Di dalam
perancangan ini, berikut adalah beberapa format isi SMS yang akan direspon oleh sistem. 3.3.2 Program Pendukung Program pendukung adalah program-program yang bersifat sebagai pelengkap atau yang berfungsi untuk membantu program utama dalam hal mengintegrasikan keseluruhan program, dan sebagai penyedia data-data tertentu yang diperlukan. Program pendukung ini juga berbentuk kelas-kelas java yang bekerja dalam manipulasi tampilan seperti kelas-kelas swing worker dan modelmodel tabel.
44
3.3.3 Tampilan Panel Pengaturan Sms Pada tampilan ini dilakukan pengaturan terhadap isi sms yang akan dikirim pada waktu suhu dalam keadaan kritis. Tampilan dilengkapi dengan zone mana yang terjadi kebakaran..
