1 ISBN PROSIDING SEMINAR NASIONAL EMBEDDED SYSTEM Revitalisasi Klaster Industri Perangkat Telematika Nasional Bandung, 20 September 2012 Pusat Penelit...
“Revitalisasi Klaster Industri Perangkat Telematika Nasional” Bandung, 20 September 2012
Pusat Penelitian Informatika Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia 2012
PROSIDING SEMINAR NASIONAL EMBEDDED SYSTEM
“Revitalisasi Klaster Industri Perangkat Telematika Nasional” Bandung, 20 September 2012
Pusat Penelitian Informatika Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia 2012
KOMITE PROGRAM DAN KOMITE PENGARAH Penanggung Jawab : Deputi Bidang Ilmu Pengetahuan Teknik-LIPI Kepala Pusat Penelitian Informatika-LIPI Komite Program dan Dewan Penyunting Program Chairs : Rifki Sadikin (Teknik Komputer, Puslit Informatika-LIPI) Purnomo Husnul Khotimah (Sistem Kendali, Puslit Informatika-LIPI) Wiwin Suwarningsih (Teknik Informatika, Puslit Informatika-LIPI) Anggota: Wawan Wardiana (Teknik Komputer, Puslit Informatika-LIPI) Evandri (Teknik Informatika, Puslit Informatika-LIPI) Djohar Syamsi (Sistem Kendali, Puslit Informatika-LIPI) R. Budiarianto Suryo Kusumo (Teknik Komputer, Puslit Informatika-LIPI) Puji Lestari (Teknik Komputer, Puslit Informatika-LIPI) Edi Kurniawan (Sistem Kendali, Swinburne University of Technology, Melbourne, Australia) Hilman Ferdinandus Pardede (Teknik Komputer, Tokyo Institute oh Technology, Japan) Esa Perkasa (Teknik Informatika, Universitas Teknologi PETRONAS, Malaysia) Andria Arisa (Teknik Informatika, Universitӓt Konstanz, Germany) Dikdik Krisnandi (Sistem Kendali, Technicshe Universitӓt Kaiserslautern, Germany) Komite Pengarah Wawan Wardiana (Pusat Penelitian Informatika LIPI) Djohar Syamsi (Pusat Penelitian Informatika LIPI) Evandri (Pusat Penelitian Informatika LIPI) Devi Munandar (Pusat Penelitian Informatika LIPI)
ii
| Seminar Nasional Embedded System, Bandung 20 September 2012
PANITIA PELAKSANA
Ketua Pelaksana
:
Arif Lukman
Sekretaris I Sekretaris II
: :
Bambang Sugiarto Iftitahu Ni’mah
Bendahara I Bendahara II
: :
Lintang Dwi Febridiani Tugiyarno
Seksi Seminar Utama
:
Agus Subekti Suyoto
Seksi Call of Paper
:
Wiwin Suwarningsih. Rifki Sadikin
Seksi Workshop
:
Ana Heryana Sahrul Arif
Seksi Logistik
:
Eyi Kusaeril Habibi Efendi Zaenudin
Seksi Publikasi dan Kerjasama
:
Ferdian Yunazar Akbari Indra Basuki Oka Mahendra
Seksi Acara
:
Dewi Saraswati An an Sarah Hertiana
| Seminar Nasional Embedded System, Bandung 20 September 2012
iii
KATA PENGANTAR Prosiding Seminar Nasional Embedded System 2012 ini merupakan kumpulan makalah yang diterima dan diseleksi oleh dewan penyunting sebagai salah satu rangkaian acara Seminar Nasional Embedded System 2012. Seminar Nasional Embedded System 2012 diselenggarakan oleh Pusat Penelitian Informatika, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia bekerja sama dengan Direktorat Jenderal Aplikasi Informatika Kementerian Negara Komunikasi dan Informatika Republik Indonesia. Selain sebagai wadah diseminasi iptek di bidang embedded system dari berbagai lembaga litbangyasa di Indonesia, seminar ini juga bertujuan untuk memfasilitasi dan memformulasikan kolaborasi strategis antara lembaga litbangyasa, pemerintah, dan sektor swasta dalam rangka mewujudkan klaster industri embedded system di Indonesia. Rangkaian acara seminar nasional ini dimulai dengan penyelenggaraan workshop "Pengembangan Piranti Cerdas Berbasis Linux Embedded" pada hari Rabu, tanggal 19 september 2012 bertempat di Lab Komputer, Pusat Penelitian Informatika, Gedung 20 Lt.3 Komplek LIPI Jl. Cisitu No. 21/154D Bandung. Workshop tersebut diikuti oleh para praktisi dan pengembang embedded system yang berasal dari kalangan industri maupun lembaga litbangyasa. Adapun acara puncak seminar nasional Embedded System diselenggarakan di Hotel Aston Primera Pasteur Jl. Dr. Djunjunan No. 96 Bandung pada hari Kamis, tanggal 20 September 2012 dengan mengundang para pembicara kunci di antaranya Bapak Dr. Ir. Ashwin Sasongko (Direktur Jenderal Aplikasi Informatika Kementerian Negara Komunikasi dan Informatika Republik Indonesia), Bapak Tikno Sutisna (Direktur Utama PT INTI) dan Prof. Dr. Ir. Suhono Harso Supangkat (Guru Besar Teknologi Informasi dan Komunikasi Sekolah Teknik Elektro dan Informatika Institut Teknologi Bandung) yang mana bersama-sama dengan Bapak Ir. Hari Purwanto (Staf Ahli Menteri Negara Riset dan Teknologi Bidang Hankam, TIK dan Transportasi) selaku moderator seminar, telah membahas berbagai peluang dan tantangan dalam rangka merevitalisasi klaster industri perangkat telematika nasional. Seminar Nasional Embedded System 2012 tidak akan mungkin terjadi tanpa kontribusi dan kerja keras dari pembicara kunci, semua pemakalah dan peserta non makalah, para komite program, komite pengarah serta panitia penyelenggara. Dalam kesempatan ini perkenankan kami untuk menyampaikan penghargaan yang sebesar-besarnya dan ucapan terimakasih kepada semua pihak yang telah mendukung kelancaran pelaksanaan Seminar Nasional Embedded System ini. Teriring pula permohonan maaf yang sedalamdalamnya bilamana terdapat hal-hal yang kurang berkenan dalam penyelenggaraan seminar ini.
Bandung, 20 Oktober 2012.
Arif Lukman Ketua Panitia
iv
| Seminar Nasional Embedded System, Bandung 20 September 2012
DAFTAR ISI Halaman Judul Susunan Komite Program dan Komite Pengarah Susunan Panitia Pelaksana Kata Pengantar Daftar Isi
I ii iii v vi
Ekstraksi Ciri Pada Pengenalan Sistem Isyarat Bahasa Indonesia Berbasis Sensor Flex Dan Accelerometer
1
Mohammand Iqbal, Endang Supriyati
Implementasi ATMega 128 Pada Reaktor Biodiesel Oil
9
Mila Fauziyah, Denda Dewatama, Zakiyah Irfin
Otomasi Mesin Pemotong Kayu Berbasis PLD Menggunakan VHDL
13
Supriatna Adhisuwignjo, Ratna Ika Putri, Sungkono
Penerapan Konsep Event Driven pada Perangkat Lunak Sistem Embedded
19
Ricky Henry Rawung, Arif Sasongko
Pengujian Anti Power Faillure Smart Card untuk Provider Telekomunikasi
Abstract Feature extraction is performed to obtain quantities that show the object specificity to identify. The good feature extraction algorithm makes the classification process more effective and efficient. In this research, five types of feature extraction are developed, using statistical approach, quantization or combination of both. Sensors are used to make gloves, i.e. flex sensors to measure finger bending and accelerometer to measure movement in the x, y, z axes. From these sensor data, the feature extraction is made. The obtained feature vector is used for sign recognition by applying Dynamic Time Warping method (DTW) and Euclidean Distance. Reference data (template) that the best matches the distance measured by the most minimum value (distance). Tests carried out using a dataset with 1000 data consists of 50 classes (word sign), where each class composed of 20 data. The test data using 10 data for each class, and the reference data using the rest i.e. 10 data for each class. The test results show that the achieved highest accuracy are 99.6%. Keywords: sign language, flex sensor, accelerometer, feature extraction, DTW, euclidean distance
Abstrak Ekstraksi ciri dilakukan untuk mendapatkan besaran-besaran yang menunjukkan kekhususan objek yang ingin dikenali. Algoritma ekstraksi ciri yang baik membuat proses klasifikasi lebih efektif dan efisien. Dalam penelitian ini dikembangkan 5 jenis ekstraksi ciri, yang menggunakan pendekatan statistik, kuantisasi atau kombinasi keduanya. Sensor yang digunakan untuk membuat sarung tangan adalah flex sensor untuk mengukur tekukan jari dan accelerometer untuk mengukur gerakan pada sumbu x,y,z. Dari data-data sensor dilakukan ekstraksi ciri yaitu bentuk lekukan jari-jari tangan dan gerakan tangan terhadap sumbu x, y dan z. Vektor ciri yang diperoleh digunakan untuk pengenalan isyarat dengan metode Dynamic Time Warping (DTW) dan Jaurak Euclidian (Euclidian Distance). Data referensi (template) yang paling cocok diukur berdasarkan nilai jarak (distance) yang paling minimum. Pengujian dengan dilakukan menggunakan dataset 1000 data yang terdiri dari 50 kelas (isyarat kata), dimana masing-masing kelas terdiri dari 20 data. Untuk data pengujian diambil 10 data untuk tiap-tiap kelas, dan 10 sisanya sebagai data referensi. Hasil pengujian menunjukkan akurasi tertinggi mencapai 99,6%. Kata kunci: bahasa isyarat, flex sensor, accelerometer, ekstraksi ciri
1. Pendahuluan
langsung melalui kamera yang menangkap gerakan bahasa isyarat. Pendekatan berbasis data sensor, dilakukan dengan menggunakan rangkaian sensor yang terintegrasi dengan sarung tangan (glove). Sensor ini menghasilkan besaran listrik yang terukur, untuk mengetahui derajat tekukan jari-jari tangan dan gerakan tangan. Sedangkan metode yang banyak digunakan adalah HMM (Hidden Markov Model) [6,7] dan ANN (Artificial Neural Network) [5,8,9]. Khusus untuk pengenalan bahasa isyarat Indonesia berbasis sensor telah dilakukan penelitian oleh Evita [9] dengan menggunakan metode ANN, dimana data-data yang diolah, diperoleh dari sensor flex, yang meliputi informasi lelukan jari-jari tangan, lekukan pergelangan, lekukan lengan dan lekukan bahu. Pada makalah ini diusulkan metode Dynamic Time Warping (DTW) untuk pengenalan bahasa isyarat Indonesia berbasis sensor. Pada penelitian ini, selain digunakan sensor flex untuk mengetahui informasi bentuk tangan oleh lekukan jari-jari, juga digunakan sensor accelerometer untuk mendapatkan
Bahasa isyarat Indonesia merupakan alat komunikasi yang utama bagi penyandang tuna rungu dan tuna wicara di Indonesia. Penyandang tuna rungu/wicara menggunakan penerjemah ataupun tulisan untuk berkomunikasi dengan orang normal. Akan tetapi penerjemah sering mempunyai tarif yang mahal, demikian pula resiko ketergantungan dan kehilangan privasi. Kemajuan di bidang pengenalan pola (pattern recognition) memberi harapan untuk otomatisasi sistem penerjemah gerak isyarat, meskipun banyak kesulitan yang dihadapi sebelum sistem tersebut menjadi kenyataan. Kategori penelitian yang dilakukan, dapat dibedakan menjadi dua yaitu pendekatan berbasis visi komputer (computer vision) [5,6] dan pendekatan berbasis data sensor, [7,8,9]. Pada pendekatan berbasis visi komputer digunakan file (berkas) video yang disimpan sebelumnya atau | Seminar Nasional Embedded System, Bandung 20 September 2012
1
informasi gerakan tangan. DTW merupakan teknik penyelarasan (aligment) data yang bersifat sekuensial (time series). Teknik DTW yang secara umum telah digunakan pada pengenalan suara, tetapi dalam perkembangannya, DTW juga telah diterapkan untuk aplikasi lain, diantaranya untuk pengenalan gerak isyarat (gesture)[1][3], data mining [4] dan verfikasi tanda tangan[2].
kemiringan (tilt) dan gerakan (percepatan) pada tiga sumbu x,y,z dengan jangkauan pengukuran maksimal 3g (1ｇ=9.81m/s2), non-linearity 2% dan sensitivity 333 mV/g pada tegangan 3 Volt[9]. Sarung tangan bersensor yang digunakan untuk akuisisi data dapat dilihat pada Gambar 3.
2. Sistem Isyarat Bahasa Indonesia Bahasa isyarat isyarat Indonesia juga dikenal dengan istilah SIBI (Sistem Isyarat Bahasa Indonesia). Komponen isyarat yang utama adalah bentukan jari-jari tangan dan gerakan tangan. Pada sebagian besar isyarat kata, gerakan tangan lebih dominan dan bervariasi dibandingkan dengan bentukan jari-jari tangan. Pada penelitian Evita[9] yang hanya menggunakan sensor flex, akurasi pengenalannya turun drastis dari 83,18% untuk isyarat kata yang statis menjadi 49,58% untuk isyarat kata yang bergerak. Dalam penelitian ini, pengenalan ditujukan untuk isyarat kata bahasa Indonesia, dengan penambahan jenis sensor lain. Dua informasi komponen utama isyarat kata diukur dengan penggunaan sensor flex dan sensor accelerometer yang diintegrasikan dalam bentuk sarung tangan sebagai piranti akusisi data. Gambar 1 menunjukkan diagram blok system pengenalan bahasa isyarat Indonesia .
(a)
(b)
Gambar 2. Sensor yang digunakan. Sensor flex (a), Accelerator (b).
Gambar 3. Sarung tangan bersensor
4. Akuisisi Data Tahap ini ditujukan untuk mendapatkan data-data dari sensor untuk kemudian diolah menjadi vektor fitur (feature vector), sebagaimana diperlihatkan Gambar 4. Akusisi Data Sensor
Gambar 1. Diagram blok sistem pengenalan bahasa isyarat Indonesia
3. Sensor Sensor yang digunakan adalah sensor flex dan sensor accelerometer. Bentuk fisik sensor flex dan sensor accelerometer diperlihatkan pada Gambar 2. 3.1 Sensor Flex Sensor flex adalah jenis sensor resisif yang berubah nilai resistansinya ketika ada lekukan. Pada kondisi flat (tidak tertekuk), sensor flex mempunyai nilai resistansi 10 KΩ. Nilai resistansinya akan semakin membesar pada saat terjadi tekukan sampai dengan 40 KΩ pada saat tekukan maksimal[10]. Karena jari hanya mempunyai satu derajat kebebasan, maka untuk tiap-tiap jari cukup menggunakan satu sensor flex. 3.2 Sensor Accelerometer Sedangkan sensor accelerometer yang digunakan adalah Hitachi H48C [12] yang merupakan modul sensor buatan Parallax diintegrasi dengan ADC (Analog to Digital Converter) dan regulator tegangan. Accelerometer dapat mendeteksi 2
Pengolahan Data Sensor (Ekstraksi Fitur)
Vektor Fitur: O1 O2 O3 … OT
Gambar 4. Blok diagram akusisi data
Data-data yang diperoleh dari sensor adalah sebanyak 8 jenis data. Data-data tersebut sebagai berikut: a. derajat tekukan jari jempol b. derajat tekukan jari telunjuk c. derajat tekukan jari tengah d. derajat tekukan jari kelingking e. derajat tekukan jari manis f. gerakan tangan terhadap sumbu x,y,z Kelima data lekukan jari telah dinormalisasi untuk menyamakan perbedaan nilai toleransi dari di antara sensor-sensor flex yang digunakan. Besaran lekukan jari dinormalisasi[16] pada range nilai 0 sampai 20 menggunakan persamaan 1 sebelum disimpan dalam file dataset.
X norm
X i X min * 20 X min X max
(1)
Sedangkan untuk besaran akselarasi masih berupa data counting, yang diambil 8-bit MSB (Most
| Seminar Nasional Embedded System, Bandung 20 September 2012
Significant Bit) dari 12 bit data counter-nya. Untuk mendapatkan nilai akselerasi yang sebenarnya diperlukan perhitungan khusus yang dijelaskan pada bagian ekstraksi ciri. Contoh data gerak isyarat kata ‘abang’ yang tersimpan pada dalam bentuk file dengam format teks (ibi) pada proses akusisi data diperlihatkan pada tabel 1. Data yang tersimpan adalah data sekuensial, dengan panjang (baris) yang berbeda yang bergantung jenis isyarat kata dan kecepatan gerakan pada saat melakukan isyarat. Pada contoh tabel 1, panjang data isyarat kata ‘adik’ adalah 11. Kolom [1…5] adalah data dari sensor flex untuk lekukan jari jempol sampai dengan jari kelingking, sedangkan [6…9] adalah data dari sensor accelerometer untuk sumbu X, Y, Z dan referensi. Baris [1..11] menunjukkan urutan data diambil/disimpan, yaitu dari awal gerakan isyarat satu kata sampai dengan selesai gerakan isyarat kata tersebut. Tabel 1. Contoh data sekuensial isyarat kata ‘adik’
Gerak isyarat kata bahasa Indonesia yang dilakukan mengacu pada video gerak isyarat yang terdapat pada [11] [13]yang merupakan visualisasi dari kamus sistem isyarat bahasa Indonesia.
5. Metode Pengenalan SIBI 5.1 Jarak Euclidean Jarak Euclidean adalah metode yang paling umum digunankan untuk banyak penerapan untuk mencari derajat kemiripan (similiarity) antara dua data sekuensial (time series). Derajat kemiripan berdasarkan Jarak Euclidean dihitung menggunakan persamaan 2.
d Euclidean( P, Q)
n
(p q ) i 1
i
2
memetakan elemen Q terhadap elemen Q untuk mendapatkan derajat kemiripan dari dua sekuensial yang memiliki panjang berbeda. 5.2 DTW (Dinamic Time Warping) Gerak isyarat merupakan data sekuensial. Tiap elemen data sekuensial diukur dan disimpan pada satu periode waktu yang tetap antara elemen satu dengan yang berikutnya. Salah satu metode untuk membandingkan dua data sekunesial dengan panjang yang berbeda adalah dengan algoritma Dynamic Time Warping (DTW). Penjelasan algoritma DTW secara lengkap dapat ditemukan pada [13]. DTW merupakan algoritma yang digunakan untuk mengukur kemiripan antara dua sekuensial dengan durasi (panjang) berbeda. DTW mencocokkan dua sekuensial dengan menghitung tranformasi temporal sehingga keduanya dapat diselaraskan (aligned). Penyelarasan (alignment) adalah optimal jika terukur jarak kumulatif terkecil antara dua sampel yang telah diselaraskan. Jika diasumsikan terdapat dua data sekuensial, Q dan C, dengan panjang masing-masing n dan m dengan Q = q1, q2, ..., qi, ..., qn (3) C = c1, c2, ..., cj, ...., cm (4) Maka untuk menyelaraskan (align) kedua sekuensial tersebut mengunakan DTW, dibentuk matriks m x n dengan elemen matriks (i,j) berupa nilai jarak d(qi,cj) antara dua titik qi dan, yaitu d(qi,cj) = (qi– cj)2. Setiap elemen matriks (i,j) berhubungan dengan penyelarasan (alignment) antara titik qi dan cj sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 2.8. Warping path W merupakan sekelompok elemen matriks yang berdampingan yang mendefinisikan pemetaan antara Q dan C. Elemen ke-k dari W dirumuskan sebagai wk = (i,j)k, sehingga W = w1, w2, ..., wk, ..., wK dengan: max(m,n) K < m+n – 1
Sedangkan path didefinisikan sebagai jarak kumulatif D(i,j) yaitu jarak d(qi,cj) untuk elemen tersebut ditambah dengan minimum dari jarak kumulatif dari elemen bertetanggaan (adjacent). D(i,j) = d(qi,cj) +min{D(i-1,j-1),D(i-1,j),D(i,j-1)} (6) Setelah didapatkan warping path yang optimal maka jarak atau warping cost dihitung berdasarkan persamaan 7.
i
(2)
(5)
DTW(Q,C) = min
Metode ini bisa digunakan jika kedua data sekuensial P dan Q mempunyai panjang yang sama. Pada kasus Q dan Q dengan panjang yang tidak sama, maka Jarak Euclidean tidak dapat digunakan. Oleh karena itu diperlukan metode lain yang dapat
| Seminar Nasional Embedded System, Bandung 20 September 2012
K k 1
wk
(7)
3
5.3 Perbandingan DTW dan Jarak Euclidean Ilustrasi perbandingan antara metode DTW dan metode Jarak Euclidean pada data sekuensial ditunjukkan pada gambar 2.9, yaitu untuk data sekuensial dengan panjang sama dan panjang berbeda. Untuk panjang data sama, Jarak Euclidean akan memetakan secara sesuai urutan indeks-nya, sehingga dua data sekuensial yang berlainan fasa akan dianggap tidak mirip. Sedangkan untuk panjang data yang berbeda, Jarak Euclidean hanya memetakan sampai dengan indeks data sekuensial yang lebih pendek.
(a)
(b)
Gambar 5 Perbandingan DTW dan Jarak Euclidean. Panjang data sama (a), panjang data berbeda (b).
6. Ekstraksi Ciri Ekstraksi ciri dilakukan untuk mendapatkan besaran-besaran yang menunjukkan kekhususan dari data yang diolah. Ekstraksi ciri mempunyai dua tugas yaitu mengubah parameter vektor input menjadi vektor ciri dan/atau reduksi dimensi. Vektor ciri merupakan nilai-nilai hasil pengolahan data-data flex dan data accelerometer yang kemudian diatur sedemikian rupa membentuk baris angka (nilai). Data sensor yang dibaca dari file dibagi menjadi dua bagian data, yaitu data sensor flex dan data accelerometer (Tabel 1). 6.1. Perhitungan yang digunakan 6.1.1 Histogram Histogram merupakan salah satu cara untuk merepresentasikan data dalam bentuk distribusi fekuensi. Histogram dapat dianggap sebagai fungsi kerapatan probabilitas (probability density function) diskrit. Pendekatan histogram untuk ekstraksi ciri digunakan dalam penelitian MC Leu [4]. Dalam penelitian ini, histogram yang digunakan adalah terbagi 10 tingkatan nilai (sub-range) untuk tiap data tekukan jari tangan dan 17 tingkatan nilai untuk tiap sumbu (axis) data akselarasi telapak tangan. 6.1.2 Nilai rata-rata dan nilai simpangan baku Pendekatan statistik sering digunakan sebagai ukuran dalam analisa data, di antranya adalah nilai rata-rata (mean) dan nilai simpangan baku (standard deviation). Jika terdapat data sekuensial Xi dengan i = 1,2,3 …, n dan jika nilai rata-rata dinotasikan sebagai u, maka nilai u dapat dihitung berdasarkan persamaan 8.
u 4
1 n Xi n i 1
(8)
Sedangkan untuk nilai simpangan baku X yang dalam hal ini dinotasikan sebagai s, maka nilai s dapat dihitung berdasarkan persamaan 9.
s
1 n ( X i u )2 n i 1
(9)
6.1.3 Kuantisasi Kuantisasi merupakan proses untuk membatasi semua nilai yang mungkin menjadi jumlah yang terbatas. Kuantisasi yang digunakan dalam penlitian ini adalah kuantisasi non linier, yang dilakukan hanya untuk data akselerasi telapak tangan. Penggunaan kuantisasi untuk akselerasi dilakukan pada penelitian J Liu [7]. Sebelum dilakukan proses kuantisasi, nilai akselerasi yang sebenarnya untuk masing-masing sumbu x, y dan z dihitung terlebih dahulu dengan menggunakan persamaan 3.5 yang mengacu pada datasheet -nya[5]. a = (c – reff) * 0.0022 * 16 (10) dengan a = nilai akselarasi yang sebenarnya c = nilai atau data counter akselarasi reff = nilai atau data counter untuk referensi Jika a sebagai notasi untuk akselarasi, maka ax1 menunjukkan nilai akselarasi untuk sumbu x untuk data pertama (baris pertama dalam file), ay1 untuk nilai akselarasi sumbu y data pertama, az1 untuk nilai akselarasi sumbu z data pertama, ax2 untuk nilai akselarasi sumbu x data kedua, dan seterusnya.Nilai akselerasi a ini relatif kecil terhadap nilai normalisasi lekukan jari, sehingga dilakukan kuantisasi[17],[18] nilai akselarasi a untuk masingmasing sumbu X, Y dan Z berdasarkan Tabel 2. (1ｇ=9.81m/s2). Tabel 2 Kuantisasi akselerasi akselerasi (a)
kuantisasi (k)
a > 2g
16
g < a ≤ 2g
10 < k ≤ 15
0 < a ≤ g
1 < k ≤ 10
a=0
k =0
-g ≤ a < 0
-10 ≤ k < 0
-2g ≤ a < -g
-15 ≤ k < -10
a < -2g
-16
Jika k adalah notasi untuk nilai kuantisasi akselarasi, maka kx1 menunjukkan nilai kuantisasi akselarasi untuk sumbu x untuk data pertama (baris pertama), ky1 untuk nilai kuantisasi akselarasi sumbu y data pertama, kz1 untuk nilai kuantisasi akselarasi sumbu z data pertama, kx2 untuk nilai kuantisasi akselarasi sumbu x data kedua, dan seterusnya.
| Seminar Nasional Embedded System, Bandung 20 September 2012
Data sensor
6.2 Ekstraksi ciri yang digunakan Dalam penelitian ini digunakan 5 jenis ekstraksi ciri, yang menggunakan pendekatan statistik, kuantisasi atau kombinasi keduanya. Untuk membedakan antara jenis ekstraksi ciri yang satu dengan ekstraksi yang lain, masing-masing ekstraksi ciri diberi tambahan label A, B, C, D dan E. 6.2.1 Ekstraksi ciri A Ekstraksi ciri A menggunakan pendekatan statistik yaitu histogram yang digunakan baik untuk data tekukan jari tangan maupun untuk data akselarasi telapak tangan. Untuk data akselarasi telapak tangan, sebelum ditransformasikan ke bentuk histogram maka dilakukan proses kuantisasi. Histogram untuk tiap data tekukan jari dibagai menjadi 10 interval (bagian) sedangkan untuk data akselarasi telapak tangan digunakan 17 interval untuk masing-masing sumbu x, y dan z. Proses ekstraksi ciri A ini menghasilkan vektor ciri dengan panjang yang sama untuk tiap sampel isyarat kata yaitu 101. Oleh karena itu, baik metode Jarak Euclidean maupun DTW bisa digunakan. Bagan alir ekstraksi ciri A diperlihatkan pada Gambar 6. 6.2.2 Ekstraksi ciri B Ekstraksi ciri B menggunakan pendekatan statistik yaitu dengan menghitung nilai rata-rata dan nilai simpangan baku, yang digunakan baik untuk data tekukan jari tangan maupun untuk data akselarasi telapak tangan. Untuk data akselarasi telapak tangan, sebelum ditransformasikan ke bentuk histogram maka dilakukan proses kuantisasi. Proses ekstraksi ciri A ini menghasilkan vektor ciri dengan panjang yang sama untuk tiap sampel isyarat kata yaitu 16. Oleh karena itu, baik metode Jarak Euclidean maupun DTW bisa digunakan. Bagan alir ekstraksi ciri A diperlihatkan pada Gambar 7. Data sensor
6.2.3 Ekstraksi ciri C Ekstraksi ciri C menggunakan kuantisasi tetapi hanya untuk data akselarasi telapak tangan. Sedangkan untuk data tekukan jari tangan masih bentuk aslinya yang terbaca pada saat proses akusisi data. Proses ekstraksi ciri C ini menghasilkan vektor ciri dengan panjang yang tidak sama untuk tiap sampel isyarat kata, bahkan hal ini juga terjadi untuk sampel isyarat kata dalam satu kelas yang sama karena perbedaan jumlah data yang tersimpan. Kerana memiliki panjang data yang berbeda, maka hanya algoritma DTW bisa digunakan. Bagan alir ekstraksi ciri C diperlihatkan pada Gambar 8. Data sensor
6.2.4 Ekstraksi ciri D Ekstraksi ciri D menggunakan kuantisasi dan pendekatan statistik yaitu dengan menghitung nilai rata-rata dan nilai simpangan baku, tetapi hanya untuk data akselarasi telapak tangan. Sedangkan untuk data tekukan jari tangan masih bentuk aslinya yang terbaca pada saat proses akusisi data. Proses ekstraksi ciri D ini menghasilkan vektor ciri dengan panjang yang tidak sama untuk tiap sampel isyarat kata, bahkan hal ini juga terjadi untuk sampel isyarat kata dalam satu kelas yang sama karena perbedaan jumlah data yang tersimpan. Kerana memiliki panjang data yang berbeda, maka hanya algoritma DTW bisa digunakan. Bagan alir ekstraksi ciri D diperlihatkan pada Gambar 9.
| Seminar Nasional Embedded System, Bandung 20 September 2012
5
bentuk grafik ditunjukkan pada Gambar 11. Panjang data vektor ciri tersebut adalah 61.
6.2.5 Ekstraksi ciri E Ekstraksi ciri E menggunakan kuantisasi tetapi hanya untuk data akselarasi telapak tangan. Sedangkan untuk data tekukan jari tangan digunakan pendekatan statistik dengan menghitung nilai ratarata dan nilai simpangan baku. Proses ekstraksi ciri E ini menghasilkan vektor ciri dengan panjang yang tidak sama untuk tiap sampel isyarat kata, bahkan hal ini juga terjadi untuk sampel isyarat kata dalam satu kelas yang sama karena perbedaan jumlah data yang tersimpan. Kerana memiliki panjang data yang berbeda, maka hanya algoritma DTW bisa digunakan. Bagan alir ekstraksi ciri E diperlihatkan pada Gambar 10.
7. Uji Coba dan Pembahasan 7.1 Evaluasi Kinerja Sistem Kinerja sistem pengenalan bahasa isyarat ini dievaluasi menggunakan matriks kebingungan (confusion matrix) [14]. Instrumen yang digunakan untuk mengukur kinerja sistem adalah akurasi (accuracy). 7.2 Pengujian Pertama Menggunakan Metode Jarak Euclidean
6.3 Vektor Ciri Vektor ciri merupakan barisan data yang merupakan hasil dari proses ekstraksi ciri. Vektor ciri didapatkan dengan cara menderetkan nilai-nilai yang didapatkan dari ekstraksi ciri yang mencakup ciri-ciri untuk tekukan jari dan akselerasi telapak tapak. Panjang data untuk vektor ciri untuk masingmasing ekstraksi ciri adalah bergantung ekstraksi ciri yang digunakan. Ekstraksi ciri A dan B menghasilkan panjang data vektor ciri yang sama untuk tiap sampel dalam data uji, sedangkan ekstraksi C, D dan E menghasilkan panjang data vektor ciri yang berbeda. Contoh hasil ekstraksi ciri E untuk data isyarat kata ’kami’ pada tabel 3.2 yang digambarkan dalam
6
(b) Gambar 12. Grafik hasil pengujian pertama dengan metode Jarak Euclidean; (a) pengaruh terhadap akurasi; (b) pengaruh terhadap waktu pengujian
Pengujian pertama dilakukan untuk mengetahui pengaruh jumlah sampel per kelas data referensi terhadap akurasi dan waktu pengujian. Jumlah sampel yang digunakan adalah 1 sampai dengan 10. Pertama-tama dipilih 1 sampel untuk mewakili tiap kelas dalam data referensi, kemudian dilakukan proses pengenalan untuk semua data pengujian. Setelah dilakukan pencatatan hasil akurasi dan waktu
| Seminar Nasional Embedded System, Bandung 20 September 2012
pengujian untuk 500 sampel data pengujian, maka proses pengenalan diulangi lagi dengan menggunakan yang sampel tiap kelas data referensi yang lebih besar yaitu 1, 2, 3 sampai dengan 10. Pengujian I menggunakan metode Jarak Euclidean untuk membandingkan ekstraksi ciri A dan ekstraksi ciri B. Gambar 3 menunjukkan grafik hasil pengujian I sedangkan untuk data hasil pengujian pertama dapat dilihat pada lampiran B. Dari Gambar 3, dengan menggunakan metode Jarak Euclidean, akurasi maksimal dicapai adalah 97,6% dan waktu pengujian minimal 7,797 detik diperoleh dengan menggunakan ekstraksi ciri B. 7.3 Pengujian Kedua Menggunakan Metode DTW
pengujian kedua, sedangkan tabel hasil pengujian kedua dapat dilihat pada lampiran C. Dari Gambar 4, dengan menggunakan metode DTW, akurasi maksimal 99,6% diperoleh dengan menggunakan ekstraksi ciri E, sedangkan untuk waktu pengujian minimal 25.39 detik diperoleh dengan menggunakan ekstraksi ciri B. Gambar 4 (b) yang menunjukkan perbandingan waktu pengujian juga menunjukkan perbandingan panjang vektor ciri yang merupakan hasil ekstraksi ciri. Panjang vektor ciri yang paling panjang adalah vektor ciri A, sedangkan yang paling pendek adalah vektor ciri B. 7.4 Perbandingan Metode Sistem Pengenal dan Ekstraksi Ciri Berdasarkan tabel hasil pengujian pertama dan tabel hasil pengujian kedua pada lampiran B dan lampiran C, maka untuk penggunaan sampel per kelas data referensi terbesar yaitu 10, dapat dibuat tabel perbandingan akurasi dan waktu pengujian untuk masing-masing metode dan ekstraksi ciri yang digunakan sebagaimana ditunjukkan pada Tabel 3. Tabel 3. Perbandingan metode sistem pengenal dan ekstraksi ciri
(a)
(b) Gambar 13. Grafik hasil pengujian pertama dengan metode DTW; (a) pengaruh terhadap akurasi; (b) pengaruh terhadap waktu pengujian
Pengujian kedua dilakukan untuk mengetahui pengaruh jumlah sampel per kelas data referensi terhadap akurasi dan waktu pengujian. Jumlah sampel yang digunakan adalah 1 sampai dengan 10. Pertama-tama dipilih 1 sampel untuk mewakili tiap kelas dalam data referensi, kemudian dilakukan proses pengenalan untuk semua data pengujian. Setelah dilakukan pencatatan hasil akurasi dan waktu pengujian, maka proses pengenalan diulangi lagi dengan menggunakan yang sampel tiap kelas data referensi yang lebih besar yaitu 2, 3, 4 sampai dengan 10. Pengujian kedua menggunakan metode DTW untuk membandingkan ekstraksi ciri A, B, C, D dan E. Gambar 4.2 menunjukkan grafik hasil
Tabel 3 menunjukkan akurasi tertinggi 99,6% dicapai dengan menggunakan metode DTW dan ekstraksi ciri E, yang menggabungkan pendekatan statistik dan kuantisasi. Perubahan akselarasi telepak tangan yang lebih kompleks dari perubahan tekukan jari selama gerak isyarat kata lebih tepat menggunakan kuantisasi dari pada pendekatan statistik dengan nilai rata-rata dan simpangan baku. Karena dengan pendekatan statistik, informasi urutan perubahan akselarasi telapak tangan akan hilang. Sedangkan waktu pengujian terkecil adalah 7,797 detik yang dicapai menggunakan metode Jarak Euclidean dan ekstraksi ciri B. Ekstraksi ciri B menggunakan pendekatan statistik dengan nilai ratarata dan simpangan baku menghasilkan vektor ciri dengan panjang terpendek yaitu 16. Selain itu, waktu komputasi Jarak Euclidean lebih cepat dari metode DTW sebagaimana penjelesan sub bab sebelumnya. Nilai akurasi 99,6% dimungkinkan untuk dicapai karena menggunakan data yang diambil dalam jangka waktu yang pendek antara data pengujian dan data referensi, yaitu dalam satu hari secara berurutan, sehingga perbedaan data gerak isyarat kata dalam satu kelas akan relatif kecil. Untuk mendapatkan ukuran kinerja sistem pengenal dengan metode DTW dan ekstraksi ciri E berdasarkan nilai akurasinya, maka dilakukan pengujian keempat untuk mendapatkan nilai akurasi rata-rata, yaitu dengan
| Seminar Nasional Embedded System, Bandung 20 September 2012
7
menggunakan teknik validasi 3-fold cross validation dan dengan menambahkan 10 sampel baru untuk masing-masing kelasnya. 8. Kesimpulan dan Saran 8.1 Kesimpulan 1. Penelitian ini mengembangkan sistem pengenalan bahasa isyarat Indonesia berbasis sensor flex dan accelerometer untuk mengenali 50 isyarat kata (kelas) SIBI (Sistem Isyarat Bahasa Indonesia). 2. Hasil akurasi optimal diperoleh dengan menggunakan metode Dynamic Time Warping (DTW) dengan ekstraksi ciri dengan pendekatan statistik dan kuantisasi. 8.2 Saran Penelitian ini merupakan tahap awal untuk pengembangan penelitian selanjutnya. Dalam peneltian ini masih terbatas pada penggunaaan satu tangan dalam melakukan isyarat dengan jumlah data yang digunakan masih terbatas 50 isyarat kata dan sensor yang digunakan hanya mendeteksi perubahan lekukan jari dan akselarasi telapak tangan terhadap sumbu x, y dan z. Beberapa pengembangan penelitian tentang pengenalan bahasa isyarat Indonesia berbasis sensor antara lain: a. Penggunaan metode lain yang dengan akurasi tinggi, tetapi dengan waktu pengujian yang lebih cepat. Meskipun dengan metode DTW diperoleh akurasi tinggi, tetapi waktu pengujian akan semakin lama jika jumlah referensi yang digunakan semakin besar. b. Penambahan sensor yang digunakan, yaitu 1. sensor untuk mengetahui adanya renggangan antar jari-jari tangan 2. sensor accelerometer untuk mengetahui akselarasi lengan, yang juga bisa digunakan sebagai deteksi start dan stop yang menentukan awal dan akhir gerakan. c. Penggunaan dua tangan d. Penggunaan jumlah data uji dan jumlah kelas yang lebih besar e. Pemisahan isyarat kata pada rangkaian isyarat kata yang membentuk kalimat. f. Penerapan dalam bentuk prototipe alat bantu penerjemah.
9. Daftar pustaka [1] Ahmad Akl, Shakrokh Valaee (2010). Accelerometer-Based Gesture Recognition via Dynamic-Time Warping, Affinity Propagation & Compressive Sensing. IEEE ICASSP. pp22702273 [2] A. Piyush Shanker, A.N. Rajagopalan (2007). Offline signature verification using DTW. Pattern Recognition Letters 28, pp. 1407–1414 [3] Eamonn Keogh (2002). Exact indexing of dynamic time warping. Proceedings of the 28th VLDB Conference, Hong Kong, China [4] Eamonn J. Keogh, Michael J. (2000). Scaling up 8
Dynamic Time Warping for Datamining Applications. ACM. pp.285-289 [5] Y.-H.Lee, C.-Y.Tsai, (2009), Taiwan sign language (TSL) recognition based on 3D data and neural networks, Expert Systems with Applications 36, pp. 1123–1128 [6] M.AL-Rousan et al., (2009), Video-based signer-independent Arabic sign language recognition using hidden Markov models, Applied Soft Computing 9, pp. 990–999. [7] W.Gaoetal, (2004), A Chinese sign language recognition system based on SOFM/SRN/HMM, Pattern Recognition 37, pp. 2389–2402 [8] C.Oz, M.C.Leu, (2007), Linguistic properties based on American Sign Language isolated word recognition with artificial neural networks using a sensory glove and motion tracker, Neuro computing 70, pp. 2891–2901 [9] Evita Tunjung Sekar (2001), Perancangan dan Implementasi Prototipe Sistem Pengenalan Bahasa Isyarat. Tesis Magister ITB. Bandung. [10] Spectra Symbol, Flex Sensor FS [11] http://www.i-chat.web.id [12] Parallax Inc (2007), Hitachi H48C 3-Axis Accelerometer Module (#28026) Rev 1.2 [13] Departemen Pendidikan dan Kebudayaan, 1995, Kamus Sistem Isyarat Bahasa Indonesia. [14] Compumine. Evaluating a classification model – What does precision and recall tell me?, http://www.compumine.com/web/public/new sletter/20071/precision-recall [15] J. Liu et al. (2009), uWave: Accelerometerbased personalized gesture recognition and its applications, Pervasive and Mobile Computing 5, pp. 657-675
10. Daftar Pertanyaan 1.
Penanya: Oka Mahendra (LIPI) Pertanyaan: Penjelasan mengenai aplikasi dan manfaat penelitian dalam kehidupan? Jawaban: aplikasi umum pengenalan gerak adalah untuk mendapatkan ekstraksi ciri yang tepat yang bisa diterapkan pada perangkat pengenalan gerak. Pertanyaan: Apakah memungkinkan ada pengenalan pola? Jawaban: pengenalan isyarat merupakan pengenalan pola, pengenalan isyarat dapat dilakukan pada data video selain dengan menggunakan sensor, tetapi proses pengenalannya lebih sulit melalui pemrosesan citra, terutama pada kendala oklusi (occlusion)
| Seminar Nasional Embedded System, Bandung 20 September 2012
Implementasi ATMega 128 Pada Reaktor Biodiesel Oil Mila Fauziyah1), Denda Dewatama2), Zakiyah Irfin3) Teknik Elektronika1,2) , Teknik Kimia3) Politeknik Negeri Malang [email protected]), [email protected]), [email protected])
Abstract Petroleum is an energy source that can not be renewed. It is encouraging to do the studies that produce substitute energy, one biodiesel, energy to fuel diesel engines from vegetable materials, in this study using used cooking oil. On the other hand the study was undertaken to utilize the food industry waste when disposed of directly into nature will cause pollution. The purpose of this study was to establish a reactor that works automatically used ATMega 128 and continue in the process of esterification and trans esterification on the production of biodiesel made from used cooking oil. Total time the overall process for 6 hours 20 minutes and total time the overall continue process for 9 hours and 40 minutes with the results of testing this biodiesel has 40.936 cst viscosity, specific gravity 0.86 g / mL and flash point 162 0C. Keywords: biodiesel esterification, microcontroller
Abstrak Minyak bumi merupakan sumber energi yang tidak dapat diperbaharui. Hal ini mendorong untuk dilakukan penelitian-penelitian yang menghasilkan energi pengganti, salah satunya biodiesel, energi untuk bahan bakar mesin diesel dari bahan-bahan nabati, dalam hal penelitian ini menggunakan minyak jelantah. Di sisi lain penelitian ini dilakukan untuk memanfaatkan limbah industri makanan yang apabila dibuang secara langsung ke alam akan menimbulkan polusi. Tujuan penelitian ini adalah untuk membentuk reaktor yang bekerja secara otomatis dengan memanfaatkan ATMega 128 dan kontinyu dalam proses esterifikasi dan trans esterifikasi pada produksi biodiesel oil berbahan baku minyak jelantah. Total waktu satu proses keseluruhan selama 6 jam 20 menit dan untuk melakukan proses kontinyu dibutuhkan Total waktu dua kali proses keseluruhan selama 9 jam 40 menit. Biodiesel Oil yang dihasilkan ini memiliki viscositas 40,936 Cst, berat jenis 0,86 gr/mL dan flash point 162 0C. Kata kunci: esterifikasi biodiesel, mikrokontroller
1. Pendahuluan Minyak diesel atau solar adalah salah satu produk minyak bumi yang digunakan sebagai bahan bakar mesin, yaitu mesin diesel. Bahan bakar diesel merupakan fraksi minyak bumi yang mendidih antara 300°C-700°C dan digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel. padahal minyak diesel sebagai produk minyak bumi yang merupakan sumber daya yang tak terbaharukan (unrenewiable). Seiring dengan menipisnya cadangan minyak bumi, perlu dicari alternatif baru untuk diversifikasikan energi di masa depan. Banyak peneliti telah menguji kemungkinan-kemungkinan penggunaan minyak nabati sebagai pengganti bahan bakar baik secara langsung maupun sebagai bahan pencampur. Suirta melakukan penelitian dengan bahan minyak jelantah kelapa sawit yang hasilnya memenuhi syarat seperti yang ditetapkan oleh standar Jerman DIN 51606. Kemudian perusahaan NANKO di Jepang membuat mesin diesel pembangkit listrik dengan bahan bakar dari minyak goreng jelantah yang telah disaring dan kemudian ditambah methanol. Supranto dkk meneliti tentang pengaruh suhu dan perbandingan pereaksi pada pembuatan methyl ester biodiesel dari distilat asam lemak sawit [7]. Djaeni dkk meneliti tentang penggunaan minyak goreng bekas menjadi biodiesel dengan cara
transesterifikasi. Hasil penelitiannya menunjukkan bahwa zeolite yang telah diaktivasi dengan asam sulfat mempunyai kemampuan sebagai katalis dalam proses transesterifikasi minyak nabati bekas menjadi biodiesel [4]. Tahun 2004 Bismo meneliti prospek ozonosasi etil ester dari minyak nabati untuk bahan bakar mesin diesel [2]. Penelitian ini menyimpulkan bahwa reaksi ozonisasi dapat mengubah sifat – sifat dan atau karakteristik dari ester yang berasal dari minyak – minyak nabati seperti kelapa sawit, minyak sawit, minyak kedelai dan minyak bunga matahari. Di Indonesia, proses produksi biodiesel belum dilakukan secara massal dan masih dilakukan secara manual, seperti yang dilakukan [6] yang mendesain alat biodiesel dengan kapasitas 15 liter/hari secara manual. Untuk mengoperasikan alat tersebut masih dibutukan tenaga operator yang ahli, sehingga membuka peluang terjadinya kesalahan karena faktor human error, hal ini akan mempengaruhi hasil produksi. Oleh karena haltersebut, dan karena kemajuan teknologi khususnya dalam ilmu elektronika semakin cepat, maka perlu adanya usaha untuk menggabungkan kemajuan teknologi elektronika dengan kemajuan ilmu kimia, untuk membentuk sistem otomatisasi. Dalam penelitian ini akan didesain sebuah sistem otomatisasi untuk memanfaatkan limbah minyak goreng sebagai bahan awal pembuatan biodiesel dengan sistem esterifikasi pada rancang bangun alat biodiesel.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
9
2. Metode 2.1 Biodiesel Dalam membuat biodiesel sehingga dapat digunakan sebagai bahan bakar harus memenuhi parameter minyak diesel atau IDO (Industrial Diesel oil) seperti dalam Tabel 1.
Gambar 2. Reaksi Transesterifikasi Trigliserida Menjadi Metil Ester Dengan Katalis Basa [9]
Tabel 1. Karakteristik bahan bakar diesel Minyak Solar* 1 Sp.gr 60/60 F 0,820-0,87 2 Density,gr/ml ** 0,80-0,86 3 Kin.visco 100.F,Cs 1,6-5,8 4 Flash point oC Min.65 *)Keputusan Direktur Jendral Minyak dan 004/DM/Migas/1979 **) density = berat jenis No.
Karakteristik
IDO 0,84-0,92 0.83-0,90 35-45 Min.65 Gas bumi
2.3 Perancangan
No.
2.3.1 Blok Diagram Dalam melakukan proses perancangan rangkaian elektronik terlebih dahulu kita membuat blok diagram dari perancangan tersebut, seperti dalam Gambar 3.
2.2 Esterifikasi dan Transesterifikasi Proses esterefikasi adalah proses awal untuk pembuatan biodiesel. Yang berfungsi untuk menghilangakan gumming (getah) pada bahan baku, serta untuk mereaksikan dengan metanol yang akan mengahasilkan metil ester dan H2O. Sepeti pada proses kimia dalam Gambar 2.3:
Sensor Suhu
Kran/Valve Cairan
Sensor level
Motor Pengaduk
Sensor Jenis Cairan
Heater
RTC
0 0 II II R- C-OH + CH3OH→R- C-OCH3 + H2 O Asam lemak metanol ← metil ester asam lemak air ↑ Katalis asam
10
Atmega 128
LCD
Sensor Suhu
Kran/Valve Cairan
Sensor level
Motor Pengaduk
Sensor Jenis Cairan Trans Esterifikasi
Gambar 1. Reaksi Esterifikasi Asam Lemak Bebas menjadi Metil Ester dengan Katalis Asam [9]
Untuk memperoleh spesifikasi minyak jelantah yang asli, minyak jelantah yang kasar harus dimurnikan terlebih dahulu. Proses pemurnian ini terjadi pada sistem esterifikasi, yang mana bertujuan untuk menghilangkan bau yang tidak enak, mencegah timbulnya warna yang kurang menarik, serta memperpanjang masa simpan biodiesel sebelum diogunakan. Selain itu pemurnian yang terjadi pada system esterfikasi bertujuan untuk menghilangkan senyawa pengotor dalam minyak jelantah. Senyawa pengotor ini dapat menyebabkan kualitas biodiesel rendah yang berimplikasi pada kerusakan mesin. Proses Transesterifikasi adalah proses lanjutan dari proses esterifikasi untuk pembuaatan biodiesel yang berfungsi untuk menghilangkan gliserol pada bahan baku, serta untuk mereaksikan dengan metanol yang akan menghasilkan metil ester dan H2O. Proses transesterifikasi ini dibagi menjadi mejadi 2 tahap yakni proses pemisahan gliserol dan pemisahan asam lemak bebas. Degliserolisasi dilakukan dengan menambah metanol dan NaOH kedalam crude methyl ester asam lemak lalu memanaskanya hingga membentuk senyawa fosfolipit yang lebih muda terpisah dari minyak, yang menghasilkan gliserol dan crude methyl ester asam lemak.
Esterifikasi
Esterifikasi
Heater Trans Esterifikasi
Gambar 3. Blok Diagram Rangkaian
Keterangan: a. Sensor Suhu, Sensor suhu yang digunakan adalah LM35. b. Sensor Jenis Cairan, Sensor yang digunakan untuk membedakan cairan adalah optocoupler. c. Sensor Level, Untuk aplikasi level, yang digunakan adalah elektroda yang berupa kawat tembaga. d. RTC, Real Time Clock (RTC) yang digunakan adalah DS1307. e. Sensor Buka Tutup Kran, Sensor yang digunakan sebagai pembatas buka dan tutup kran adalah limit switch. f. Mikrokontroler, berfungsi sebagai pengendali dari semua sistem. g. LCD, untuk menampilkan proses pada sistem, digunakan LCD. LCD yang digunakan adalah LCD 16 x 2. h. Motor, ada dua jenis motor yang digunakan yaitu motor pembuka, penutup kran (4 Watt) dan motor pengaduk (75 Watt). i. Valve, digunakan untuk mengatrur pengisian cairan dalam tabung reaksi. j. Heater, berfungsi sebagai pemanas dengan daya 250 W.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
12V
5V
AC
1A K? RELAY
Motor_AC
NO R2 220
1K8 R3
4n25 BD139_2
OPTOISO1
R1
2.3.3 Sensor Jenis Cairan Untuk membedakan antara kotoran hasil pengendapan atau sisa pencucian dengan hasil proses maka digunakan sensor cahaya berupa optocoupler dengan rangkaian seperti pada Gambar 4.
12V
D IO D E
12V
2.3.2 Perancangan Sensor Level Pada rangkaian level yang terdapat pada setiap tabung cairan, yang digunakan adalah elektroda yang berasal dari bahan tembaga, karena tembaga merupakan penghantar yang baik dan tidak terkorosi oleh bahan kimia pada proses esterifikasi dan transesterifikasi. BD139_1
Port 2,2 K
Gambar 6. Rangkaian Driver Relay
2.3.7 Perancangan Perangkat Lunak Pembuatan program dilakukan dengan menggunakan Bascom AVR, dengan mengacu pada flow chart dalam Gambar 7.
Port Optocoupler R 56
R 100 K
Gambar 4. Rangkaian Sensor Jenis Cairan
2.3.4 Real Time Clock Karena membutuhkan proses berjam – jam dalam satu kali siklus, maka digunakan real time clock (RTC) agar timer sesuai dengan waktu yang sesungguhnya. Selain itu, apabila menggunakan timer pada Atmega128, jika waktu yang diatur dalam orde jam, kemungkinan besar kontroler akan error. Dimana RTC yang dipilih yaitu DS1307 dengan rangkaian seperti ditunjukkan dalam Gambar 5. 1K 1K Port Port
6 5 1 2
Cap. jam 4
SCL SDA X1 X2
5V
VCC VBAT SQW/OUT
8 3 7
3V Battery
GND DS1307
Gambar 5. Rangkaian RTC
2.3.5 Mikrokontroler ATMega 128 ATMega 128 berfungsi sebagai pengendali dari sistem reaktor biodiesel, adapun fitur dari ATMega 128 sebagai berikut: a. 128 Kb Flash PEROM b. 4Kb EEPROM c. 8 Channel 10 bit ADC d. 2 buah 8 bit PWM e. Programmable watchdog dan on chip oscillator f. 53 bit I/O 2.3.6 Perancangan Driver Relay Semua motor yang digunakan adalah motor AC, termasuk valve juga AC. Driver relay yang digunakan hanya berupa driver On/Off, jadi dipakai relay. Selain relay, juga digunakan komponen berupa optoisolator dan juga BD139. Adapun agar lebih jelas lagi, dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 7. Diagram Alir Perangkat Lunak
3. Hasil 3.1 Pengujian Bahan Untuk mengetahui apakah alat yang dibuat dapat menghasilkan biodiesel sesuai dengan perancangan maka setelah sistem dapat berjalan baik di tiap bagiannya dilakukan pengujian secara keseluruhan dengan memasukkan bahan dasar berupa minyak jelantah dan minyak curah. Sedang untuk mengetahui karakteristik dari biodiesel yang dihasilkan oleh alat konversi ini, dilakukan proses pengujian bahan. Pengujian ini dilakukan di laboratorium kimia Politeknik Negeri Malang yang meliputi pengujian metal ester, viscositas, berat jenis dan juga flash point, hasil pengujian dapat dilihat dalam Tabel 2. Sebagai perbandingan digunakan tabel karaktersitik minyak diesel yang dikeluarkan oleh IDO seperti Tabel 1.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
11
Tabel 2. Hasil Uji Bahan No.
Jenis Contoh
1.
Minyak Curah
2.
Minyak Jelantah
5. Daftar Pustaka
Parameter Uji
Hasil
Metil Ester Viscositas Berat Jenis Flash Point Metil Ester Viscositas Berat Jenis Flash Point
Terlampir 13,62 cst 0,82 gr/mL 132 C Terlampir 40,94 cst 0,862 gr/mL 162 C
Apabila dari Tabel 2 dengan Tabel 1 dibandingkan maka diperoleh kesimpulan bahwa biodiesel yang dihasilkan oleh reaktor ini telah sesuai dengan spesifikasi dari Keputusan Direktur Jenderal Minyak dan Gas Bumi (Tabel 1).
3.2 Pengujian Waktu Proses Esterifikasi Pengujian waktu proses esterifikasi dan transesterifikasi dapat dilihat dalam Tabel 4 di bawah ini, dengan total satu kali proses 6 jam 20 menit, sementara jika dilakukan secara kontinyu untuk dua kali proses produksi diperlukan total waktu 9 jam 40 menit. Tabel 3. Waktu Transesterifikasi
Proses
Proses Pemanasan Minyak Jelantah Pemanasan Minyak Jelantah dan Pengadukan Larutan H3PO4 Pengendapan Gumming Pengadukan Metanol Pengeluaran hasil alkoholisasi (Esterifikasi) Pemanasan dan pengadukan larutan dengan methanol + NaOH Pengendapan Gliserol Pembuangan Gliserol Pencucian dengan air Pengendapan Distilasi Pengeluaran hasil
4.
Esterifikasi
dan
Waktu 8-10menit 40 menit 2 jam 30 menit 5 menit 1 jam 10 menit 10 menit 10 menit 10 menit 1jam 5 menit
Kesimpulan
Berdasarkan hasil percobaan dan analisa yang diperoleh dari Implementasi Kontroller Dalam Proses Esterifikasi Pada Rancang Bangun Biodiesel ini dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: 1. Dalam proses esterifikasi membutuhkan waktu 3 jam 40 menit. 2. Dalam proses transesterifikasi membutuhkan waktu 2 jam 40 menit. 3. Biodiesel ini memiliki viscositas 40,936 Cst, berat jenis 0,86 gr/mL dan juga flash point 162 0C.
12
[1]. Anggraini, A.A. 2001. ”Prospect of Vegetable Oil for Technical Utilization in Indonesia”. International Biodiesel Workshop. Medan. [2]. Bismo, S., 2004, ”Prospek Ozonisasi Etil Ester dari Beberapa Minyak Nabati untuk Bahan Bakar Mesin Diesel”, Prosiding Seminar Nasional Rekayasa Kimia dan Proses Teknik Kimia, ISSN 1411-4216. [3]. Cooper, William David. 1985. Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran. Jakarta : Erlangga [4]. Djaeni, M., Suherman, Robyansah dan Hermawan H., 2004, ”Transesterifikasi Minyak Nabati Bekas Menjadi Biodiesel Menggunakan Katalis Zeolite”, Prosiding Seminar Nasional Kejuangan Teknik Kimia, ISSN 1693-4393, UPN ”Veteran”. Yogyakarta. [5]. Malvino, Albert Paul. 1987. Prinsip-Prinsip Elektronika Edisi Kedua. Terjemahan:Hanafi Gunawan. Jakarta : Erlangga. [6]. Suharyono. 2007. “Perencanaan Sistem Esterifikasi pada Rancang Bangun ALat Biodiesel dengan Kapasitas 15 Liter/Hari. Universitas Negeri Surabaya. Tugas Akhir. [7]. Supranto, Suhardi dan Purnomo, 2003, “Rancangan Proses Produksi Biodiesel Bahan Bakar Mesin Diesel dari Limbah Proses Pengolahan Minyak Goreng Berbasis Crude Palm Oil”, ProsidingSeminar Nasional Rekayasa Kimia dan Proses Teknik Kimia, ISSN 14114216, Uneversitas Diponegoro Semarang. [8]. Widayat, Luqman Buchori. 2009. “Pembuatan Biodiesel dari Minyak Goreng Bekas dengan Proses Catalytic Cracking. Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimiua Indonesia. ISBN 978979-98300-1-2 Universitas Diponegoro Semarang. [9]. http://chemicalengineer.digitalzones.com/biodiesel.html, diunduh tanggal 27 Desember 2011.
6. Daftar Pertanyaan 1.
2.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Penanya: Panuksma Wiku Hendro (Indomaret) Pertanyaan: Apa kelebihan ATMega ver. 128 dan berapa pin? Jawaban: jumlah pinnya sedikit cukup 1 Pertanyaan: Perbedaan speed? Jawaban: tidak ada Penanya:Benny (PT CSL) Pertanyaan: Sensornya apa saja? Jawaban: suhu, level, jenis cairan
Otomasi Mesin Pemotong Kayu Berbasis PLD Menggunakan VHDL Supriatna Adhisuwignjo1), Ratna Ika Putri2), Sungkono3) Prodi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Malang [email protected]), [email protected]), [email protected])
Abstract There are many small wood industry that still use manual wood cut machine so it need long time process and produce an unaccurate product. So, it need to make an automation wood cut machine in order to the process can be more fast and the product become better and more accurate. The purpose of this ressearch is to design automation of wood cut machine using PLD (Programmable Logic Device) as controller and apply programming language VHDL (VHSIC Hardware Description Language) so the circuit become more simple and brief. The research step consist of investigate literature, mechanic design, hardware design include design of IC PAL CE22V10 controller, measurement sensor using infrared, design buzzsaw moving sensor using limit switch and design driver DC motor for conveyor, buzzsaw and side clamping. After that, design software using VHDL. From the result of simulation using ACTIVE HDL-Sim and the system test can be stated that system can work well appropriate with planning. Keywords: VHDL, PLD, Otomation, Wood Cut Machine.
Abstrak Banyak industri perkayuan usaha kecil yang masih menggunakan mesin pemotong manual yang prosesnya membutuhkan waktu lama dan sering hasilnya kurang akurat. Untuk itu diperlukan otomasi mesin pemotong kayu sehingga prosesnya bisa lebih cepat dan hasilnya bisa lebih baik dan akurat. Tujuan penelitian ini adalah untuk merancang otomasi mesin pemotong kayu dengan menggunakan PLD (Programmable Logic Device) sebagai pengontrol serta dengan mengaplikasikan bahasa pemrograman VHDL (VHSIC Hardware Description Language) sehingga rangkaian dapat dibuat lebih sederhana dan ringkas. Langkah penelitian meliputi studi pustaka, perencanaan mekanik, pembuatan perangkat keras yang meliputi pembuatan pengontrol menggunakan IC PAL CE22V10, membuat sensor ukuran menggunakan sensor infra merah, membuat sensor gerak gergaji yang menggunakan limit switch dan membuat rangkaian penggerak motor DC untuk konveyor, penggerak gergaji dan penjepit samping. Setelah itu dilanjutkan dengan merencanakan perangkat lunak menggunakan VHDL. Dari hasil simulasi dengan menggunakan ACTIVE HDL-Sim dan pengujian sistem otomasi diperoleh hasil bahwa sistem telah bekerja sesuai dengan yang direncanakan. Kata kunci: VHDL, PLD, Otomasi, Mesin Pemotong Kayu.
1. Pendahuluan Di Indonesia, kayu merupakan sumber daya hasil hutan yang banyak diminati dan dikelola oleh pengusaha besar maupun usaha kecil menengah dalam bentuk industri kayu lapis, industri penggergajian, industri moulding dan bahan bangunan serta industri mebel. Industri kayu olahan umumnya dikelola oleh usaha kecil menengah dengan proses produksi dan teknologi yang sederhana. Usaha kecil menengah perkayuan ini mempunyai prospek jangka panjang karena produk mereka selalu dibutuhkan oleh masyarakat luas dan bahan bakunya bisa diperbaharui. Sehingga pengembangan industri pengolahan kayu dapat diarahkan kepada industri yang memiliki nilai tambah yang tinggi serta tingkat teknologinya telah dikuasai dengan baik. Dengan dukungan teknologi selama proses pengolahan, diharapkan akan terjadi peningkatan kualitas produk sesuai dengan permintaan dan harapan pelanggan. Salah satu elemen penting dalam proses pengolahan kayu di industri perkayuan usaha kecil menengah adalah proses pemotongan kayu. Banyak industri penggergajian dan industri kerajinan perkayuan usaha kecil menengah yang masih menggunakan mesin pemotong manual yang prosesnya membutuhkan waktu lama dan sering hasilnya kurang akurat. Untuk itu
diperlukan otomasi mesin pemotong kayu sehingga proses pengerjaannya bisa lebih cepat dan hasilnya bisa lebih baik dan akurat dengan ukuran panjang kayu yang dapat disetting sesuai dengan kebutuhan. Dalam hal ini teknologi yang digunakan untuk otomasi dengan menggunakan rangkaian terintegrasi Programmable Logic Device (PLD). Aplikasi maksimum dari komponen-komponen LSI (Large Scale integration), VLSI (Very Large Scale integration)dan MSI pada perancangan sistem mikroprosessor (microprosessor system design), memungkinkan biaya lebih rendah dan dengan keandalan yang lebih tinggi. Akan tetapi pada perancangan rangkaian logika acak (random Logic Design) selalu diperlukan penggabungan dari beberapa komponen VLSI, MSI dan LSI. PLD merupakan salah satu cara untuk membentuk fungsi-fungsi logika yang kompleks. PLD dapat digunakan untuk beberapa logika pemrograman hanya dengan menggunakan satu IC [1]. Untuk mengimplementasi logika pemrogram ke dalam PLD dibutuhkan Teknologi VHSIC HDL (Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language) disingkat VHDL yang digunakan sebagai pengolah data pada alat ini karena merupakan bahasa perangkat keras yang menyediakan format yang lengkap dan dapat mempresentasikan fungsi secara detail, serta dapat digunakan untuk suatu simulasi, perencanaan, pemodelan test dan dokumentasi dari suatu system.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
13
Untuk membuat rangkaian menjadi lebih sederhana dan ringkas, maka dalam disain ini digunakan teknologi HDL.
2. Dasar Teori 2.1 Mesin Pemotong Kayu. Mesin pemotong kayu sangat dibutuhkan pada industri-industri perkayuan. Mesin-mesin pemotongan kayu yang dijalankan secara elektronik sangat membantu para pekerja dalam industri kayu. Salah satu komponen yang berperan penting pada mesin pemotongan kayu yaitu mesin gergaji. Macam mesin gergaji dapat dibagi menjadi dua macam yaitu mesin gergaji lingkar dan mesin gergaji pita [2].
2.2 PLD (Programmable Logic Device) Untuk merancang suatu rangkaian digital yang kompak dapat dilakukan dengan menggunakan komponen-komponen SSI dan MSI. Akan tetapi, untuk mengurangi biaya dan waktu perancangan serta fleksibilitas rangkaian yang dirancang perlu dikembangkan suatu rangkaian-rangkaian logika yang dapat diprogram (programmable logic). Aplikasi yang maksimum komponen-komponen LSI, VLSI dan MSI pada perancangan sistem mikroprosessor (microprosessor system design), memungkinkan biaya lebih rendah dan dengan keandalan yang lebih tinggi. Akan tetapi pada perancangan rangkaian logika acak (random logic design) selalu diperlukan penggabungan dari beberapa komponen VLSI, MSI dan LSI. Rangkaian logika tersebut diimplementasikan dengan gerbang logika SSI yang lebih dikenal dengan sebutan Glue Logic. Dengan demikian untuk implementasi suatu Glue Logic tersebut dibutuhkan beberapa rangkaian terintegrasi. PLD merupakan salah satu cara untuk membentuk fungsi-fungsi logika yang kompleks. Suatu PLD berisi array dari gerbang-gerbang logika AND dan OR yang mana masukan dari kedua gerbang tersebut mempunyai hubungan-hubungan atau koneksi yang dapat diprogram yang pada akhirnya akan menyebabkan fungsi yang dibuat akan lebih khusus. Selain itu , beberapa PLD memiliki feedback, keluaran yang three state, dan flip-flop. Gerbang-gerbang logika AND dan OR pada PLD dinyatakan dengan cukup sederhana. PLD terdiri dari beberapa jenis tergantung dari array mana (AND atau OR) yang dapat diprogram dan array mana yang tidak, PLD dapat dibagi menjadi tiga bagian jenis yaitu: 1. AND dan OR dapat diprogram (Programmable AND-programmable OR), 2. OR dapat diprogram, AND tidak dapat diprogram (Fixed AND-programmable OR) 3. AND dapat diprogram, OR tidak dapat diprogram (Programmable AND-fixed OR) [3].
2.3 VHDL Pada pertengahan tahun 1990-an, industri elektronik mengalami ledakan dalam kebutuhan akan komputer pribadi, telepon seluler, dan piranti komunikasi data 14
kecepatan tinggi, berlomba-lomba memperebutkan pangsa pasar, Para vendor membuat produk yang semakin tingi fungsionalitasnya, kinerja yang lebih bagus, harga rendah, konsumsi listrik rendah, dan ukuran yang semakin kecil. Untuk melakukan hal ini, para pengusaha menciptakan sisitem-sistem kompleks yang sangat terintegrasi dengan peralatan IC yang lebih sedikit dan area Printed Circuit Board (PCB) yang lebih kecil. Baik High Density Programmable Logic Devices (PLDs) dan VHDL menjadi elemen kunci dalam metodologi dalam desain dan pengujian. VHDL amat sesuai untuk perancangan dengan piranti programmable logic. VHDL menyediakan konstruksi bahasa level tinggi yang memungkinkan perancang untuk menggambarkan sirkuit besar dan membawa produk ke pasar secara cepat. Bahasa tersebut dimaksudkan untuk digunakan sebagai bahasa modelling yang bisa diproses dengan software untuk tujuan-tujuan simulasi. VHDL terdiri dari suatu simbol sederhana dan notasi yang dapat menggantikan diagram skematik dan satu sirkuit digital dan bisa berupa progam simulasi yang digunakan untuk verifikasi desain atau untuk membentuk perangkat keras secara otomatis. Dengan perancangan VHDL yang terdiri dari sejumlah gate-gate (gerbang) ini bisa membuat ribuan gerbang yang mana apabila didesain dengan menggunakan skema atau persamaan boole akan memakan waktu yang lebih lama. Selain itu kelebihan dari VHDL adalah : 1. Efisien dan fleksibel : VHDL adalah bahasa yang dapat digunakan untuk menuliskan kode diskripsi yang lebih efisien untuk mengontrol logika sehingga bisa lebih kompleks. VHDL juga menyediakan library design yang dapat digunakan sebagai desain maupun simulasi. 2. Desain alat sendiri : VHDL dapat mendesain alat tanpa harus memilih terlebih dahulu alat apa yang akan didesain tersebut dapat diimplementasikan, dan waktu yang ada bisa dikonsentrasikan pada desainnya. 3. Portabilitas : Karena VHDL merupakan standar dari setiap deskripsi desain sehingga dapat dipakai untuk berbagai macam simulai sintesa. 4. Kemampuan berchmarking : VHDL bisa mendesain alat dengan arsitektur alat maupun sintesa yag berbeda-beda dan tidak perlu memilih terlebih dahulu apakah menggunakan CPLD atau FPGA. Desain dan sintesa terlebih dahulu dilakukan baru memilih IC yang akan digunakan. Sehingga IC-IC yang ada bisa dibandingkan untuk mmperoleh IC yang tepat untuk desain. 5. Perpindahan ke ASIC : Dengan tingkat efisiensi yang dihasilkan oleh VHDL, maka setiap produk yang dibuat bisa memiliki fungsi seperti yang diharapkan, sehingga IC yang dibuat menjadi spesifik. 6. Kecepatan proses dan biaya rendah :
Dengan menggunakan VHDL maka kecepatan proses dapat ditingkatkan dan biaya dapat ditekan. Sebuah IC PLD dapat menggantikan banyak IC logika biasa [3].
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Sensor ukuran 1
KODE VHDL
Driver motor 1
Gergaji
Sensor ukuran 2
COMPILER A
COMPILER B
Sensor Gergaji
Alat Sintesa
COMPILER C
Tombol Pemilih ukuran
PLD
CPLD
IC PALCE22V10
Driver motor 2
Penekan atas
Driver motor 3
Penekan samping
Driver motor 4
FPGA
Konveyor
Start/Stop
Gambar. 1 Portabilitas Antar Kompiler dan Desain Gambar 3. Blok Diagram Sistem
3. Metode Penelitian 3.1 Perancangan Mekanik Perencanaan bahan mekanik alat ini digunakan bahan pelat besi karena bahannya ringan dan cukup kuat untuk memenuhi perencanaan alat. Perencanaan dimensi alat adalah panjang x lebar x tinggi = 120 cm x 40 cm x 50 cm. Perancangan mekanik mesin yang dibuat ditunjukkan dalam Gambar 2. 4 1
3
2
5
7
9 10 15 13
Ga m
ba
ra
lat
14
8
12
tam
pa
ks
am
pin
ga
tas 18 16
Gambar 2. Perancangan Mekanik
Keterangan Gambar 2 : 1. Motor konveyor 1 2. Belt konveyor 1 3. Body/kerangka 4. Sensor 1 5. Sensor 2 6. Roda belt konveyor 1 7. Gigi gergaji 8. Limit switch 9. Motor gergaji 10. Penampang motor gergaji 11. Motor pendorong/penarik (motor gergaji) 12. Bearings (klaker) 13. Gear ulir 14. Motor pendorong penjepit kayu 15. Penjepit kayu 16. Ban belt konveyor 2 17. Roda ban belt konveyor 2 18. Motor konveyor 2
3.2 Perancangan Perangkat Keras Pada perencanaan perangkat keras pada dasarnya terdiri dari rangkaian sensor, IC PLD CE 22V10 dan rangkaian driver motor. Adapun blok diagram mesin pemotong kayu dapat dilihat pada Gambar 3.
Operasional mesin pemotong kayu ini dimulai dengan menyalakan tombol start dan memilih ukuran panjang potongan kayu melalui keypad. Kayu yang akan dipotong diletakkan pada konveyor. Setelah kayu melewati sensor ukuran kayu sesuai dengan panjang yang telah dipilih maka konveyor akan berhenti. Penekan samping akan bergerak untuk menjepit kayu. Gergaji potong berjalan untuk memotong kayu hingga menyentuh sensor gerak gergaji yang akan menyebabkan gergaji kembali ke posisi awal. Penekan samping kembali ke posisi semula Konveyor kembali berjalan dan potongan kayu akan terbawa ke penampungan. Proses pemotongan berlanjut dan berulang kembali. Dalam perancangan ini digunakan sensor infra merah sebagai pemberi sinyal masukan untuk masing-masing ukuran panjang kayu yang diberikan. Sensor ini dipilih karena harga relatif murah dan banyak di pasaran serta memenuhi kriteria kebutuhan untuk memberi masukan ke PLD tentang ukuran panjang kayu yang akan dipotong. Rangkaian sensor yang digunakan ditunjukkan dalam Gambar 4.
Gambar 4. Rangkaian Sensor
Pada perancangan rangkaian driver motor digunakan transistor. Pengaktifan driver ini berasal dari IC PLD sebagai pengontrol. Untuk mengaktifkan motor, IC PLD mengeluarkan data keluaran berlogika 1. Rangkaian driver motor ditunjukkan oleh gambar 5. Ketika IC PAL CE22V10 memberikan data keluaran berupa logika 1 maka optocoupler akan aktif, maka tegangan Ve pada optocoupler akan berlogika 1 dan memberikan bias maju pada TR1. Saat TR1 aktif dan VCE berlogika 0, akan mengaktifkan transistor 2. Hal ini disebabkan tegangan kolektor pada transistor 1 diumpankan pada basis transistor 2. Karena tegangan basis transistor 2 lebih negatif daripada tegangan emiter maka transistor 2 akan aktif dan motor akan bekerja
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
15
5V
CY7C3 41
1K
330 n
Rb TR1
TR2
Gambar 5. Rangkaian Driver Motor
3.3 Perancangan Program. Perancangan program pada otomasi mesin potong kayu ini berdasarkan pada suatu metode, yaitu metode bahavioral. Pada metode bahavioral ini akan lebih mengkhususkan pada bagian masukan dan keluaran dalam mewujudkan sistem atau program yang dibuat. Metode behavioral ini membentuk program berdasarkan keadaan (state) tiap langkah sistem, berupa semua masukan yang bekerja untuk menghasilkan suatu keluaran yang khusus akibat semua masukannya tersebut.Untuk pemrograman VHDL menggunakan compiler Warp 5.2 [4]. Hal yang penting untuk diketahui dalam metode ini adalah cara kerja dari sistem atau komponen yang akan dibuatkan program kendalinya. Untuk selanjutnya compiler Warp 5.2 akan membentuk dan menghasilkan JEDEC file untuk selanjutnya dimasukkan (transfer) ke chip (IC) yang digunakan. Program yang digunakan adalah sebagai berikut : LIBRARY ieee; USE ieee.std_logic_1164.all; ENTITY KYU_X IS PORT (CLK,RESET,sensor_saw,sensor_side,sensor_u pdn, pb1,pb2,inf1,inf2: IN std_logic; saw,side_dir,updn_dir, conv : OUT std_logic); END; ARCHITECTURE BEHAVIOR OF KYU_X IS TYPE type_sreg IS (go_side,go_updn,hold,saw_run); SIGNAL sreg, next_sreg : type_sreg; signal x,y:std_logic; BEGIN x<=(inf1 and pb1); y<=(inf2 and pb2); conv<=not(x xor y); PROCESS (CLK, next_sreg) BEGIN IF CLK='1' AND CLK'event THEN sreg <= next_sreg; END IF; END PROCESS; PROCESS (sreg,RESET,sensor_saw,sensor_side, sensor_updn)
16
BEGIN saw <= '0'; side_dir <= '0'; updn_dir <= '0'; next_sreg<=go_side; IF ( RESET='1' ) THEN next_sreg<=hold; saw<='0'; side_dir<='0'; updn_dir<='0'; ELSE CASE sreg IS WHEN go_side => saw<='0'; updn_dir<='0'; IF ( sensor_side='0' ) THEN next_sreg<=hold; side_dir<='1'; ELSE next_sreg<=go_side; side_dir<='1'; END IF;
Program ini apabila dikompile akan menghasilkan file JEDEC. Sebelum diimplementasikan program yang dibuat akan disimulasi dengan ACTIVE HDL-Sim.
4. Analisa dan Pembahasan Program yang telah dibuat disimulasikan terlebih dahulu dengan menggunakan ACTIVE HDL-Sim untuk mengetahui apakah program yng dibuat telah sesuai dengan yag diinginkan, sebelum dimasukkan ke dalam IC PAL22V10. Pada mesin pemotong kayu ini dapat digunakan untuk dua ukuran kayu yang dapat dipilih sesuai dengan keinginan. Untuk setiap ukuran kayu akan dideteksi oleh dua sensor pada setiap ujungnya. Sehingga pada otomasi mesin pemotong kayu ini terdapat 4 sensor untuk mendeteksi ukuran, satu sensor posisi awal gergaji, satu sensor posisi akhir gergaji dan satu sensor penahan kayu. Sedangkan keluaran dari sistem ini terdiri dari motor conveyor, gergaji, motor penggerak gergaji dan motor penahan atas. Semua inisialisasi masukan dan keluaran ditampilkan pada simulasi Hasil simulasi ditunjukkan pada Gambar 6. Tabel 1. Penggunaan Pin IC PAL22V10 Pin Kegunaan Pin Kegunaan 1 Clk 13 Not used 2 Sensor 1 14 Sreg_SBV1 3 Sensor 2 15 Sreg_SBV1 4 Tombol 1 16 Motor 5 Tombol 2 17 Not used 6 Sensor updn 18 Not used 7 Sensor side 19 Not used 8 Sensor gergaji 20 Not used 9 Reset 21 gergaji 10 Not used 22 Motor 11 Not used 23 Conv 12 Not used 24 Not used
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Dari hasil simulasi terlihat jika tombol start ditekan atau clock berlogika satu maka konveyor akan berjalan dan sensor ukuran panjang akan mendeteksi keberadaan kayu akan dipotong. Jika kedua sensor ukuran telah berlogika “1” yang menunjukkan ukuran panjang kayu telah sesuai maka konveyor akan berhenti dan penahan atas akan bergerak turun. Setelah itu maka gergaji akan bergerak untuk memotong kayu yang telah ada.
Program yang telah disimulasikan dapat diimplementasikan pada IC PAL22V10. Penggunaan pin pada IC tersebut seperti yang ditunjukkan pada gambar 7. Dengan menggunakan teknologi VHDL, otomasi mesin pemotong kayu ini dapat bekerja dengan baik. Perancangan sistem dengan VHDL ini dapat didesain dengan lebih mudah dan sederhana. Hal ini dikarenakan IC PAL22V10 dapat digunakan sebagai pengontrol sehingga dapat mengurangi jumlah dan macam komponen yang digunakan.
Gambar 6. Simulasi Sinyal Masukan
5. Kesimpulan Teknologi PLD dapat digunakan untuk otomasi mesin pemotong kayu dengan menggunakan bahasa pemrograman VHDL. IC PAL22V10 dapat berfungsi sebagai kontroler pada mesin pemotong kayu dengan mendeteksi perubahan sensor dan menggerakkan motor untuk memotong kayu. Hasil simulasi dengan HDL sim sesuai dengan prinsip kerja alat yang dibuat. 6. Daftar Pustaka [1] M. Irmansyah, Gerbang Logika Berbasis Programmable Logic Device (PLD), Elektron Vol. 1 No. 1 Edisi Juni 2009. [2] Lerch, Ernst, Pengerjaan Kayu Secara Masinal, Kanisius, Yogyakarta, 1987. [3] Skahill, Kevin, VHDL for Programmable Logic, Addison Wesley, California, 1996. [4] Cypress, WARP VHDL Synthesis Refence, Cypress Semiconductor, New York, 1996.
7. Daftar Pertanyaan 1.
2.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Penanya: Panuksma Wiku Hendro (Indomaret) Pertanyaan: Apakah peka terhadap interfensi? Jawaban: dengan ditambahkan filter. Pertanyaan: Apa jenis kayu yang digunakan? Jawaban: masih prototype, balok 5 cm Penanya: Benny (PT CSL) Pertanyaan: Kelebihan dari segi ekonomis? Jawaban: lebih murah, lebih sederhana Pertanyaan: Jumlah transistor yang dibutuhkan? Jawaban: In, out
17
18
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Penerapan Konsep Event Driven pada Perangkat Lunak Sistem Embedded Ricky Henry Rawung
Abstract Embedded system is an electronic device which is a combination of hardware and software. Because it is a combination, then the development of this system has its own challenge. Software developed for embedded system is different from software for computer. Some of the characteristics of software for embedded system are: the software executes specific tasks. Furthermore, it requires running on a limited resources and must be responsive. Event driven concept is a part of software architecture technique and is commonly used in object-oriented software programming. This concept uses events as a factor to trigger such a decision that the software only processes particular parts according to the emerging event. This will affect the software processing speed to respond to changes and reduce the possibility for an error to occur which is caused by a process which should not be run. System design with event driven concept begins with describing system diagram using statechart. The study case to verify this concept is done in an embedded system with NIOS-II single core as the processor. Prototype implementation using DE2-Standard board (DE2-35) and NIOS-II IDE tools. This case consists of processes which are common in an event driven concept, such as: activation event, goal setting event, handling event, and storing/saving event. The result of this research is a software framework which applies an event driven concept. Keywords: event driven architecture, framework embedded system
Abstrak Embedded system adalah sebuah perangkat elektronika yang merupakan gabungan dari perangkat keras dan perangkat lunak, karena merupakan gabungan maka pengembangan sistem ini memiliki tantangan tersendiri. Perangkat lunak yang dikembangkan untuk embedded system berbeda dengan perangkat lunak yang dikembangkan untuk Komputer. Karakteristik perangkat lunak untuk embedded system seperti: tugas yang spesifik, resources sistem komputasi yang terbatas dan harus reaktif. Konsep event driven merupakan bagian dari teknik arsitektur perangkat lunak dan biasa digunakan dalam pemrograman perangkat lunak berbasis objek. Konsep ini menggunakan event sebagai faktor pemicu keputusan sehingga perangkat lunak hanya akan memproses bagian tertentu sesuai dengan event yang muncul. Hal ini akan berdampak pada kecepatan perangkat lunak untuk menanggapi perubahan dan mengurangi kemungkinan terjadi kesalahan yang diakibatkan oleh suatu proses yang harusnya tidak dijalankan. Perancangan sistem dengan konsep event driven dimulai dengan menggambarkan diagram sistem menggunakan statechart. Pengujian konsep event driven dilakukan pada embedded system dengan prosesor NIOS-II single core. Impelentasi prototype menggunakan board DE2-Standart (DE2-35) dan tools NIOS-II IDE. Pengujian yang dilakukan meliputi proses-proses yang ada dalam konsep event driven seperti: mengaktifkan event, penentuan tujuan event, penanganan event, penyimpanan event. Hasil dari penelitian ini adalah sebuah framework perangkat lunak yang menerapkan konsep event driven.. Kata kunci: : arsitektur event driven, framework system embedded yang muncul dilakukan oleh proses event dispatch dan event handler, [1]. 1. Pendahuluan Pemrograman yang menggunakan konsep event Pengembangan perangkat lunak dengan cara driven sudah dikembangkan sebelumnya, misalnya oleh menuliskan secara sekuensial dan terstruktur dalam satu Miro Samek[2]. Library pemrograman ini diberi nama proses alur, merupakan pola pengembangan perangkat Quantum Platform (QP). Pemrograman ini telah lunak yang tradisional. Pola ini biasanya menggunakan diimplementasi dalam beberapa prosesor dan sistem bentuk standar seperti perulangan dan pemanggilan operasi. Namun menggunakan library yang kompleks fungsi yang bersarang. Pada penelitian ini akan dengan penamaan fungsi tertentu dapat menimbulkan membahas sebuah pola pengembangan perangkat lunak kebingungan tersendiri bagi Pemrogram yang embedded yang menggunakan suatu kejadian (event) menggunakannya, oleh karena itu penelitian ini akan sebagai pemicu proses tertentu, pola pengembangan ini merancang sebuah pemrograman dengan konsep event kenal dengan nama event driven. driven yang mudah dipahami dengan Event driven adalah sebuah konsep untuk mempertimbangkan aspek pengembangan lebih lanjut ke mengendalikan alur proses yang terjadi dalam suatu penggunaan real time operating system (RTOS). sistem. Alur proses akan ditentukan oleh event (kejadian Penelitian ini bertujuan untuk menerapkan konsep tertentu) yang muncul. Ketika ada event maka sistem event driven yang mudah dipahami dan digunakan oleh akan langsung menanggapinya dengan cara memberikan Pemrogram. Selain itu, diterapkan penggunaan antrian tanggapan tertentu, dan setelah itu proses akan kembali untuk menampung event yang aktif dan event yang siap pada program utama. Penanganan alur berdasarkan event dieksekusi. Dalam hal pengembangan perangkat lunak
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
19
menggunakan RTOS, maka perangkat lunak dirancang untuk mengurangi terjadinya proses context switch. Hasil dari penelitian ini adalah sebuah framework yang mengandung konsep event driven. Kontribusi penelitian adalah mempercepat pengembangan perangkat lunak embedded system dengan menggunakan framework yang dihasilkan, selain itu rancangan embedded system akan lebih mudah dipahami karena kerangka framework digambarkan dalam diagram statechart.
2. Konsep Event Driven Software dengan konsep event driven akan berisi beberapa bagian fungsi yang harus ada seperti fungsi event dispatch dan fungsi event handler[3]. Event dispatch adalah fungsi yang akan menangani proses penyimpanan event yang aktif dan penyaluran event ke proses event handler. Event Handler adalah fungsi yang akan menjalankan proses sesuai dengan event yang mucul. Dalam perkembangannya ada dua pihak yang mengemukakan konsep event driven.
b.
Pemrosesan event berurut. Proses ini akan memproses lebih dari satu event dalam satu siklus proses secara sinkron. c. Pemrosesan event kompleks. Proses ini akan memproses lebih dari satu event dalam satu siklus secara tidak sinkron. Empat tingkat pemrosesan event adalah sebagai berikut [5] : a. Generator event. Berfungsi untuk mengaktifkan event ketika terjadi perubahan keadaan yang menyebabkan event. b. Saluran event. Sarana penghubung antara generator event dan pemrosesan event untuk mengantar event yang aktif dari generator event ke pemrosesan event. c. Pemrosesan event. Memproses event yang muncul akibat perubahan keadaan. d. Aktifitas event driven. Tanggapan dari event yang aktif, misalnya tanggapan dari keadaan yang terjadi atau dapat mengaktifkan event yang lain dalam rangka pemrosesan selanjutnya. Gambar dari konsep event driven Patricia Saybold Group, jenis pemrosesan event berurut ditunjukkan pada gambar 2. Gambar ini menceritakan proses masuk dan keluar barang yang terjadi di supermarket.
Gambar 1. Konsep event driven menurut Stephen Freg [4].
Pertama adalah konsep event driven yang dikemukakan oleh Stephen freg. Konsep ini dibagi menjadi tiga bagian yaitu event generator, event dispatch dan event handler[4]. Gambar dari konsep ini ditunjukkan pada Gambar 1. Berikut ini adalah penjelasan masing-masing proses : a. Event generator. Berfungsi untuk mengaktifkan event sebagai tanggapan perubahan yang terjadi dari luar sistem. b. Event dispatch. Berfungsi untuk menjabarkan (meyalurkan) setiap event yang aktif ke setiap proses yang menggenaknya. c. Event handler. Berfungsi untuk menangani tanggapan dari luar sistem yang berupa event dengan aksi (action) tertentu sesuai dengan model sistem yang dirancang. Aksi untuk menanggapi event yang aktif dapat berupa menjalankan proses tertentu atau mengaktifkan event baru. Kedua adalah konsep event driven menurut Patricia Seybold Group. Konsep ini dibagi tiga jenis pemrosesan event dengan masing-masing jenis memiliki empat tingkatan. Tiga jenis pemrosesan event yaitu : a. Pemrosesan event sederhana. Proses ini hanya akan memproses satu event dalam satu siklus secara sinkron.
20
Gambar 2. Konsep event driven menurut Patricia Seybold Group (pemrosesan event berurut) [5]
Konsep event driven yang akan dirancang merupakan gabungan dari kedua konsep sebelumnya. Dengan mengambil ide sistem yang sederhana dari Stephen Freg dan mengadopsi bagian yang menggunakan saluran untuk menampung event sementara dari Patricia Seybold Group. Rancangan konsep gabungan ini akan diimplementasi kedalam bahasa pemrograman C dan menggunakan mikroprosesor NIOS-II sebagai lingkungan operasi pengujian. Selain itu framework yang dirancang akan mengadopsi proses yang ada dalam diagram statechart yaitu memiliki kondisi enter, do dan exit untuk setiap state. Kondisi state digunakan untuk membedakan proses yang sedang berlangsung dalam state yang sedang aktif. Rancangan framework perangkat lunak akan mengacu pada struktur hirarki konsep event driven. Gambar 3 menunjukkan konsep event driven dengan struktur hirarki.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Gambar 3. Struktur hirarki konsep event driven[6].
Fungsi dispatch pada struktur ini akan menjabarkan menyalurkan event yang ada dalam antrian ke masingmasing fungsi event handler. Berdasarkan gambar 3, event yang akan diproses oleh setiap event handler dalam satu proses adalah satu event. Jika setiap fungsi event handler diimplementasikan dalam satu task maka setiap perpindahan task membutuhkan waktu tertentu untuk proses context switch. Perancangan framework dalam penelitian ini akan mengurangi penggunaan waktu proses context switch dengan cara menambahkan antrian di setiap proses event handler agar dapat menampung lebih dari satu event yang aktif untuk proses event handler.
Ada tiga struct yang digunakan yaitu struct fsm, event dan queue. Struct fsm akan berisi informasi tentang state yang sedang aktif, kondisi aktual dalam state dan trace. Sementara struct event akan berisi informasi indentitas event, jenis event dan informasi FSM yang menggunakan event tersebut. Struct queue untuk variabel antrian berisi informasi alamat event yang sedang aktif, indeks antrian dan jumlah data dalam antrian. Gambar 5 adalah gambar struct dalam bentuk class yang digunakan dalam framework. Event yang digunakan dalam framework dibagi dalam dua jenis yaitu event regular adalah event yang tidak tergantung oleh proses yang lain. Dan event synchron adalah event yang teragantung dengan proses tertentu. Ilustrasi jenis event ditunjukkan pada gambar 6. Diilustrasikan ada dua FSM dan ada tiga event. Event A dan B berjenis regular dan event C adalah synchron. Event C akan digunakan oleh FSM1 dan FSM2. Saat event C di eksekusi oleh FSM1, event A belum bisa dieksekusi karena FSM2 belum mengeksekusi event C.
3.1 Perancangan proses event dispatch fsm
3. Perancangan dan Implementasi Framework
State : int Condition : int Trace : int
Framework adalah sebuah kerangka perangkat lunak yang belum selesai, penambahan kode tertentu dimungkinkan untuk membuat framework menjadi sebuah perangkat lunak utuh. Gambar dari alur framework yang dirancang ditunjukkan pada gambar 4.
(a) Struct fsm queue *qEvt [] : event first : int last : int count : int (b) Struct queue event evtStat : evtsignal fsmStat : eventFsmStat forSync[] : int nFsm : int
Gambar 4. Alur framework event driven.
Alur framework dimulai dari lingkungan, dalam hal ini misalnya tombol. Jika terjadi penekanan tombol maka sistem akan mengaktifkan sebuah event. Proses untuk mengaktifkan event dilakukan oleh proses event generator. Event yang telah aktif disimpan dalam satu antiran (global queue) yang menampung semua event yang diaktifkan. Event tersebut akan disalurkan ke masing-masing proses oleh event dispatch. Proses event dispatch akan mendeteksi proses yang menggunakan event tersebut kemudian menyalurkannya ke tujuan. Event handler tersusun dari kumpulan proses yang diimplementasikan dalam bentuk Finite State Machine (FSM) dan antrian lokal (local queue), menampung semua event aktif yang disalurkan oleh proses event dispatch. Proses setiap FSM akan berlangsung sampai semua event yang ada dalam local queue telah digunakan. Proses dalam setiap FSM dapat berupa eksekusi perangkat keluaran atau membangkitkan event yang baru. Proses ini disebut aksi (action). Proses event driven didukung oleh variabel tertentu untuk menampung status atau informasi FSM dan event. Variable stersebut diimplementasikan dalam bentuk struct.
evtsignal Id : int Jenis : int eventFsmStat id : int handlerUses : int fsmUses : int (c) Struct event
Gambar 5. Struct framework.
Proses event dispatch adalah proses yang akan menyalurkan event yang aktif dari antrian global ke antrian lokal pada masing-masnig FSM yang menggunakannya. Jika pada antrian global terdapat event synchron, maka event selanjutnya belum akan disalurkan sampai event synchron selesai digunakan oleh setiap FSM. Proses event dispatch dapat dilihat pada gambar 7. Proses event dispatch dimulai dengan mengambil event yang ada dalam antrian global, memeriksa jenis event kemudian menyalin event tersebut ke antrian lokal FSM. Saat menentukan jenis event jika event synchron
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
21
maka akan diperiksa lebih lanjut apakah event tersebut sudah selesai digunakan atau belum. Jika sudah selesai digunakan, proses penyalinan dilanjutkan sampai isi dari antiran global habis, sedangkan jika belum maka proses penyalinan event akan dihentikan.
Gambar 6. Ilustrasi penggunaan event regular dan event synchron.
Proses event dispatch akan dieksekusi sebelum proses event handler untuk menyalurkan event yang aktif dan disetiap akhir dari proses eksekusi FSM untuk memeriksa apakah ada event yang aktif dan digunakan oleh FSM tersebut, akibat dari proses aksi oleh FSM yang sama.
Gambar 7. Proses event dispatch.
3.2 Perancangan proses event handler. Secara umum proses event handler adalah proses yang menangani tanggapan dari setiap event yang aktif. Penanganan event dibagi-bagi dalam setiap FSM yang digambarkan dengan diagram statechart. Proses penanganan event untuk setiap FSM di gambarkan pada gambar 8.
menggunakan prinsip First In First Out (FIFO) yaitu event yang lebih dulu masuk akan keluar lebih dulu. Proses pengisian event pada antrian yaitu menggunakan fungsi push, sementara proses pengambilan event dalam antrian menggunakan fungsi pop. Proses pendukung pelengkap framework dengan konsep event driven antara lain : 1. Proses mengaktifkan event. Proses ini akan mengubah nilai .id pada struct eventFsmStat menjadi bernilai ‘1’ dan menyalin event yang aktif ke antrian global. 2. Proses Membaca isi antrian. Proses ini digunakan saat memulai proses event handler. 3. Proses menonaktifkan event. Event yang sudah selesai digunakan akan dinonaktifkan dengan cara mengubah nilai .id pada struct eventFsmStat menjadi bernilai ‘0’.
3.3 Implementasi dan pengujian. Bahasa C dipilih untuk implementasi rancangan karena bahasa ini banyak digunakan oleh Pemrogram dalam mengembangkan aplikasi sistem embedded. Pengujian yang dilakukan akan berdasarkan diagram statechart yang ditunjukkan pada gambar 9. Diagram statechart terdiri dari empat state dan empat event. Aksi dari setiap event akan mengirimkan printf ke layar kemudian berpindah ke state tertentu. Diagram ini akan menguji proses event dispatch dan proses event handler. Sebelum proses event dispatch dimulai, event harus diaktifkan dan berada dalam antrian global. Event tersebut akan dipindahkan ke dalam antrian lokal bedasarkan urutan pengaktifan event. Untuk mengetahui proses dispatch benar atau salah dapat dilihat dalam proses eksekusi event pada setiap state. Urutan aktif event harus sama dengan urutan eksekusi event. Sementara perpindahan state yang sesuai dengan event yang aktif adalah pembuktian dari proses event handler.
Gambar 8. Proses event handler.
Proses event handler dalam setiap FSM akan dimulai dengan memeriksa event dalam antrian lokal. Jika ada maka event tersebut akan diambil, berdasarkan event tersebut akan dilakukan proses pengecekan pada state yang sedang aktif sesuai dengan kondisi state tersebut. Setelah event digunakan maka event akan dinonaktifkan dan proses akan berulang, memeriksa isi antrian lokal. Pada proses ini digunakan sebuah variabel untuk menentukan apakah proses pada FSM tersebut sudah selesai atau belum, variabel ini bernama trace. Variabel trace akan bernilai benar saat event dalam antrian lokal telah habis. Sementara prinsip kerja antrian
22
Gambar 9. Diagram statechart pengujian.
Pengujian dilakukan sebanyak dua kali dengan urutan event aktif yang berbeda. Urutan event aktif pada pengujian pertama yaitu : a. Event Evt_Satu. b. Event Evt_Dua. c. Event Evt_Empat. d. Event Evt_Tiga. Sementaran urutan event aktif pada pengujian kedua yaitu : a. Event Evt_Satu. b. Event Evt_Dua.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
c. Event Evt_Tiga. d. Event Evt_Empat. Hasil dari pengujian ini dapat dilihat pada gambar 10 untuk pengujian pertama dan gambar 11 untuk pengujian yang kedua. Pengujian yang pertama memperlihatkan proses eksekusi akan kembali lagi ke state idle. Hal Ini disebabkan karena proses pengaktifan event yang berurut sesuai dengan event yang digunakan untuk perpindahan state. Sementara pada pengujian yang kedua proses berhenti pada state dua. Urutan event yang diaktifkan pada pengujian yang kedua berbeda dengan urutan event pada pengujian pertama. Sementara untuk perpindahan state dari state dua ke state idle membutuhkan event EVT_Tiga. Berdasarkan urutan eksekusi event yang aktif maka event EVT_Tiga telah dieksekusi pada state tiga, namun karena tidak digunakan maka event ini tidak menyebabkan dampak apa-apa. Proses eksekusi event dilanjutkan dengan event EVT_Empat, event ini akan mengakibatkan perpindahan dari state tiga ke state dua. Proses event handler akan berhenti karena event dalam antrian lokal telah habis.
Gambar 10. Print screen pengujian pertama.
Proses pengujian yang dilakukan memperlihatkan proses event dispatch dan proses event handler, untuk mengetahui jika ada event yang diabaikan atau tidak dugunakan dalam proses event handler maka akan terjadi tambahan eksekusi pada kondisi steady dalam state yang aktif.
Gambar 11. Print screen pengujian kedua.
4. Kesimpulan Pengembangan perangkat lunak embedded system dengan konsep event driven, menjadi mudah dipahami karena menggunakan diagram statechart sebagai awal pengembangan. Para pengembang dipermudah dalam implementasi karena konsep event driven yang dikembangkan dibuat dalam sebuah framework dan modular sehingga pengembang dapat langsung menambahkan proses khusus yang dikehendaki. Framework yang dikembangkan telah mempertimbangkan proses context switch yang ada dalam setiap pergantian task. Dengan cara menggunakan dua kategori antrian, yaitu antrian global dan antiran lokal. Dua bentuk event yaitu event reguler dan event synchron diterapkan untuk menangani berbagai proses komputasi. Penelitian ini dapat dilanjutkan dengan pembuatan alat bantu untuk menghasilkan framework embedded system secara otomatis berdasarkan diagram statechart. Hal ini dapat berkonstribusi dalam kecepatan implementasi perangkat lunak dari tahap perancangan menjadi prototype. Proses event dispatch berfungsi untuk menyalurkan event dari antrian globak ke antrian lokal pada FSM. Hal ini telah dibuktikan dalam pengujian yang memperlihatkan bahwa eksekusi event telah sesuai dengan perancangan yaitu event akan disalurkan pada FSM yang menggunakannya secara berurutan. Proses event handler berfungsi untuk mengolah event yang terdapat dalam antrian lokal. Hal ini telah dibuktikan dalam pengujian yang memperlihatkan proses perpindahan state akibat dari event tertentu. Event yang tidak digunakan dalam state aktif akan diabaikan dan dilanjutkan dengan event selanjutnya dalam antrian lokal. Jika event dalam antrian lokal telah habis maka proses event handler akan berhenti. Pada pengujian, proses event handler telah sesuai dengan perancangan.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
23
Penelitian ini dapat dilanjutkan dengan pembuatan alat bantu untuk menghasilkan framework embedded system secara otomatis berdasarkan diagram statechart. Hal dapat berkontribusi dalam kecepatan implementasi perangkat lunak dari tahap perancangan menjadi prototype.
6. Daftar Pertanyaan 1.
5. Daftar pustaka [1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
24
Frank Vahid, Tony Givargis, Embedded System Design : A Unified Hardware/Software Introduction, Wiley, 2002. Miro Samek, Practical UML Statechart in c/C++ : Event-Driven Programing for Embedded System, Elsevier, USA, 2008. Wikipedia, Event driven programing, http://en.wikipedia.org/wiki/Eventdriven_progra ming, Desember 2011. Stephen Freg, Event Driven Programming : Introduction, Tutorial, History, http://eventdrivenpgm.sourceforge.net/event_driv en_programming.pdf, Desember 2011. Patricia Seybold Group, Event-Driven Architaeture, http://www.psgroup.com/, Desembar 2011. József Kopják and Dr. János Kovács, Eventdriven control program models running on embedded systems, “6th IEEE International Symposium on Applied Computational Intelligence and Informatics”, IEEE, Romania, may 19 – 21-2011, pp. 323-236.
2.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Penanya:Purwatmo Kristiyanto (PT. Hanindo Automation Solutions) Pertanyaan: Apakah aplikasi di source code berada di main loop? Jawaban: aplikasi tidak ditempatkan di main loop dan bentuk framework software setengan jadi, berdasarkan event. Pertanyaan: Handling untuk aplikasi yang cepat (eksekusi yang cepat) ? Jawaban: digunakan event synchronize untuk menangani data yang penting. Penanya: Mohammad Iqbal (Universitas Muria Kudus) Pertanyaan: Apakah ditujukan untuk perangkat keras tertentu? Jawaban: tidak tergantung dari hardware sehingga tinggal menentukan event pada frameworknya.
Pengujian Anti Power Faillure Smart Card untuk Provider Telekomunikasi Benediktus Dwi Desiyanto1), Wisnu Anggoro2), Fakih Irsyadi3) PT Cipta Srigati Lestari [email protected]), [email protected]), [email protected])
Abstract The growth of hand phone users has caused high demand for the availability of SIM card. There are many network service providers which doing price competition in order to make the price of a mobile phone SIM card gets cheaper than before. But it is not compensated by increasing quality of the SIM card supplied by the service provider network. One thing that become a good indication of the quality of a SIM card is the card is already pass from a series of standard and, as well as, advances testing. One important test of advances testing is anti power failure. The testing is done to ensure the integrity of data in a file on the SIM card and to make sure there is no destruction of data caused by interruption in the power supply when the SIM card is working. The result of this research is the SIM card has passed anti power failure testing. Keywords: handphone, SIM card, power faillure
Abstrak Perkembangan jumlah pengguna perangkat telepon genggam menyebabkan tingginya tingkat kebutuhan akan ketersediaan kartu SIM. Kompetisi harga yang dilakukan oleh banyak penyedia jasa layanan jaringan telepon genggam menyebabkan harga sebuah kartu SIM menjadi semakin murah dari waktu ke waktu. Namun terkadang hal ini tidak diimbangi dengan peningkatan kualitas dari kartu SIM yang disediakan oleh penyedia jasa layanan jaringan tersebut. Salah satu hal yang menjadi indikasi dari baiknya kualitas sebuah kartu SIM adalah keberhasilan sebuah kartu terhadap serangkaian pengujian standar maupun lanjutan. Salah satu pengujian lanjutan yang penting dilakukan adalah anti power failure test. Pengujian ini dilakukan untuk memastikan integritas data yang ada pada sebuah berkas pada kartu SIM akan tetap tersimpan dengan baik walau terjadi gangguan catu daya pada saat kartu SIM tersebut bekerja. Hasil dari penelitian ini adalah kartu SIM yang diujikan telah lolos dari uji anti power failure. Kata kunci: telepon genggam, kartu SIM, power failure
1. Pendahuluan 1.1 Latar Belakang Penggunaan perangkat telepon genggam telah meluas di masyarakat. Hal ini menyebabkan penggunaan teknologi smartcard pada kartu SIM juga turut meluas. Penggunan perangkat telepon genggam yang canggih berdampak pada penggunaan energi baterai meningkat sehingga memungkinkan perangkat mati disaat kartu SIM sedang bekerja. Hal ini dapat mengakibat data-data yang terdapat pada kartu SIM rusak ataupun hilang. Untuk mengatasi masalah tersebut, dibutuhkan suatu sistem pengamanan data pada setiap pemrosesan data (anti power faillure) sehingga tidak terjadi kerusakan atau kehilangan data pada saat perangkat telepon genggam mati disaat kartu SIM masih bekerja Pada makalah ini, akan dilakukan pengujian pada sistem operasi kartu SIM GSM buatan perusahaan PT.Cipta Srigati Lestari (CSL).
1.2 Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk : 1. Melakukan pengujian performansi pada sistem operasi kartu SIM. 2. Melakukan pengujian sistem anti power faillure pada kartu SIM. 3. Membuktikan bahwa kartu SIM PT. CSL dapat mengatasi permasalahan power faillure.
1.3 Batasan Masalah Pada penelitian ini, prosedur pengujian kartu SIM dikembangkan dari Standard logical Conformance GSM11.17.
2. Dasar Teori 2.1 ISO 7816 ISO 7816-3 merupakan standard contact smart card secara umum. Dokumen ini membahas tentang standar electrical characteristic, timing, dan komunikasi data pada smart card (kartu SIM). Berdasarkan tegangan kerjanya, smart card dibagi menjadi 3 kelas, yaitu kelas A, B, dan C. Tabel berikut menjelaskan tentang tegangan dan arus kerja pada setiap kelas supaya smart card bekerja secara normal. Sesuai dengan standard ISO 7816, terdapat enam sinyal elektrik yang mempengaruhi kinerja smart card. Pertama adalah catu daya (VCC dan Ground), Vpp (Programming Voltage), Reset, Clock, dan jalur data (IO). Mode Komunikasi data yang digunakan pada kartu SIM menggunakan komunikasi serial asynchronous (UART). Besarnya 1 Elementary Time Unit (ETU) sama dengan F/D dikali dengan clock cycle-nya. Secara matematis dapat ditulis:
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
1 etu =F/D x 1/f
(1)
25
Besarnya perbandingan F dan D dapat diatur oleh pengguna sesuai dengan kebutuhan komunikasi yang dijalankan. Tabel 1. Spesifikasi elekrik smart card Symbol Condition Min VCC
ICC
Max
Class A
4,5 V
5,5 V
Class B
2,7 V
3,3 V
Class C
1,62 V
1,98 V
Class A, at maximum allowed frequency
60 mA
Class B, at maximum allowed frequency
50 mA
Class C, at maximum allowed frequency
30 mA
prosedur pengujian logical kartu SIM untuk telekomunikasi yang berdasarkan dokumen 3GPP GSM 11.11. Sehingga tingkat performansi kartu dapat diukur dari hasil pengujiannya.
2.5 Power Failure Test Pengujian power failure dimaksudkan untuk menguji kemampuan sebuah kartu SIM menjaga isi suatu berkas agar tidak rusak ataupun hilang. Proses pengujian power failure dilakukan dengan cara memutus aliran arus dari catu daya yang seharusnya diberikan pada kartu SIM pada saat kartu SIM sedang menulis (update) suatu berkas. Suatu kartu SIM akan dinyatakan lulus uji power failure jika kartu tersebut dapat mempertahankan struktur file serta parameter-parameter yang melekat pada tiap file walaupun terjadi pemutusan arus pada saat penulisan suatu data. Data yang sedang ditulis ketika power failure terjadi bisa jadi rusak, namun parameter file seperti access condition, file size, number of record, record size tidak boleh berubah.
3. Perancangan When the clock is stopped
0,5 mA
2.2 GSM 11.11 Dokumen 3GPP GSM 11.11 mengatur standar pada smart card yang digunakan secara khusus untuk telekomunikasi. Pada dokumen ini dibahas mengenai tipe file, struktur file dan autentikasi data pada kartu SIM. Pada kartu SIM terdapat 3 tipe file, yaitu Master file (MF), Dedicated file (DF), dan Elementary file (EF). Berikut ini adalah hirarki file pada smart card.
3.1 Perancangan Perangkat Keras Pada pengujian Anti Power Failure ini, perangkat keras yang digunakan adalah sebuah Personal Computer (PC) dan sebuah alat bernama MP300 keluaran Micropross. MP300 inilah yang bertugas untuk mengirimkan perintah ke kartu dan memutuskan arus listrik pada saat kartu SIM sedang menjalankan perintah. Komunikasi antara PC dengan MP300 menggunakan kabel standar jaringan RJ45. Gambar 2 menunjukkan hubungan antara PC dengan MP300.
Gambar 2 Perancangan Perangkat Keras
3.2 Perancangan Perangkat Lunak
Gambar 1 Arsitektur file kartu SIM
MF adalah file induk yang membawahi seluruh file yang terdapat di dalam kartu SIM. DF terletak di bawah MF dan membawahi DF dan EF. DF tidak berisi data, DF hanya berfungsi untuk pengelompokan file-file yang dibawahinya. Di dalam hirarki, letak EF berada dibawah DF atau MF secara langsung. EF adalah file (berkas) yang berfungsi untuk menyimpan data-data yang ada pada kartu SIM. Pengujian power failure akan memastikan bahwa isi dari berkas-berkas tersebut tidak hilang atau rusak.
2.3 GSM 11.17 Semua prosedur pengujian kartu SIM pada penelitian ini dikembangkan dari prosedur yang telah diatur pada dokumen 3GPP GSM 11.17. Dokumen tersebut mengatur langkah-langah secara detail mengenai 26
Pada pengujian ini perangkat lunak dirancang untuk bekerja di PC. Perangkat lunak ini berfungsi untuk mengatur kerja MP300 dalam melakukan procedure pengetesan. Perangkat lunak ini dibuat dengan menggunakan Microsoft Visual C++. Pertama-tama program dari perangkat lunak melakukan pengumpulan semua seluruh parameter dari semua file yang terdapat di dalam kartu SIM. Langkah selanjutnya program akan memberikan perintah penulisan data pada kartu. Setelah perintah dikirimkan program akan meminta MP300 untuk memutuskan arus listrik pada kartu SIM yang sedang melakukan penulisan. Kemudian kartu SIM dihidupkan ulang dan diperiksa apakah ada parameter file yang telah berubah. Jika ada parameter yang berubah maka kartu gagal dalam test ini, namun jika tidak ada yang berubah maka test dilanjutkan dengan menaikkan waktu untuk pemutusan arusnya (increment PF timming). Test ini dilakukan berulang-ulang dari waktu pemutusan arus terpendek sampai terlama yakni sampai kartu
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
memberikan jawaban bahwa proses penulisan telah dilakukan dengan sempurna. Gambar 3 menunjukkan diagram alir dari perancangan perangkat lunak pengujian power failure.
b. Select Direktori CDMA (6F20) Response: 9F16
c. Select File SMS (6F3C) Response: 9F0F
d. Get Response File SMS (6F3C) START
COLLECTING PARAMETER AND STRUCTURE OF FILE
UPDATE FILE
INCREMENT PF TIMING
BREAK THE CURRENT FOR POWER FAILURE TEST
COLLECTING PARAMETER AND STRUCTURE OF FILE
YES
INITIAL FILE EQUAL WITH UPDATED FILE?
NO
STOP
Gambar 3 Perancangan Perangkat Lunak
4. Pengujian Analisis Data Pengujian dilakukan dengan mengkonfigurasikan perangkat keras dan perangkat lunak kemudian didapatkan hasil seluruh berkas yang diubah isinya tidak mengalami perubahan data, sehingga dapat dikatakan bahwa isi dari berkas tersebut tidak mengalami kerusakan kartu SIM lolos dalam pengujian power failure. Berikut hasil data pengujian power failure:
Response: 000027D86F3C040011F044010201FF9000 Dari data pengujian di atas, terlihat bahwa parameter File SMS sebelum dan setelah pengujian power failure tidak mengalami perubahan, sehingga kerusakan data akibat power failure tidak terjadi. Sementara untuk hasil pengujian kartu SIM yang mengalami kerusakan akibat pengujian power failure adalah sebagai berikut: Sebelum dilakukan pengujian power failure: a. Select Master File (3F00) Response: 9F16 b. Select Direktori CDMA (6F20) Response: 9F16 c. Select File SMS (6F3C) Response: 9F0F d. Get Response File SMS (6F3C) Response: 000027D86F3C040011F044010201FF9000 Setelah dilakukan pengujian power failure: a. Select Master File (3F00) Response: 9F16 b. Select Direktori CDMA (6F20) Response: 9F16 c. Select File SMS (6F3C) Response: 9F0F d. Get Response File SMS (6F3C) Response: 000027D86F3C020011F044010201FF9000 Parameter untuk byte ke-7 mengalami perubahan akibat pengujian power failure.
5. Daftar Pustaka [1] ISO/IEC 7816-3
[2] Sebelum dilakukan pengujian power failure: a. Select Master File (3F00) Response: 9F16 b. Select Direktori CDMA (6F20) Response: 9F16 c. Select File SMS (6F3C) Response: 9F0F d. Get Response File SMS (6F3C) Response: 000027D86F3C040011F044010201FF9000
(2003): Information technology − Identification cards − Integrated circuit(s) cards with contacts − Part 3: Electronic signals and transmission protocols GSM 11.11 v8.1.0 (1999): Digital cellular telecommunications system (Phase 2+); Specification of the Subscriber Identity Module - Mobile Equipment (SIM - ME) interface
Daftar Pertanyaan 1.
2.
Setelah dilakukan pengujian power failure: a. Select Master File (3F00) Response: 9F16
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Penanya: Agus Subekti (LIPI) Pertanyaan: Apakah bisa digunakan untuk pengujian kartu CDMA? Jawaban: bisa Penanya: Efendi Zaenuddin (LIPI) Pertanyaan: Apakah dapat digunakan untuk GSM dengan spesifikasi yang lain? Jawaban: bisa 27
28
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Perancangan dan Implementasi Perangkat Generator Kode Framework Sistem Embedded Hardware/Software Berbasis Model Event-Driven I Wayan Sutaya
Abstract An embedded system can be roughly defined as a computing system designed to perform one or more specific tasks. This computing system is not the main product. Typically, this system is an embedded part of a large system in which the product also often has other electronic and mechanic modules. Application code inserted in the embedded system is called embedded software. Often, this embedded system performs a task that requires high performance. Therefore, it requires a hardware accelerator module that is called embedded hardware. A design of an embedded system that involves both hardware and software design can be implemented using FPGA. In this paper the authors propose a generator tool for generating hardware/software framework code of embedded system with using model diagrams as input. The framework code resulted is in C code (embedded software) and VHDL code (embedded hardware). Framework code is abstraction code of embedded system that describes program flow and function modules that are contained in an embedded system. The framework code integrates the function modules to form a complete embedded system. These function modules will be develop manually by user. The framework code resulted use eventdriven model. The automatic generation of this framework code eases the integration of the embedded system. Furthermore, it speeds up the development time. This conclusion has been verified by a case study development of calculator on Altera DE2 (FPGA). Keywords: embedded system, framework, event-driven, C code, VHDL, generator tool
Abstrak Sebuah sistem embedded secara sederhana didefinisikan sebagai sistem komputasi yang didesain untuk melakukan satu atau beberapa tugas spesifik. Sistem komputasi ini bukan produk akhir atau produk utama. Biasanya sistem ini merupakan bagian embedded dari sebuah produk yang lebih besar. Produk ini juga sering berisi modul elektronik dan mekanik lain. Kode-kode program aplikasi yang dibenamkan pada sistem embedded disebut embedded software. Terkadang sebuah sistem embedded membutuhkan kinerja yang tinggi sehingga ia memerlukan sebuah modul hardware accelerator yang disebut dengan embedded hardware. Perancangan sebuah sistem embedded yang melibatkan perancangan hardware dan software dapat dibuat prototypenya menggunakan FPGA. Pada paper ini penulis mengusulkan sebuah perangkat generator untuk pembuatan kode framework sistem embedded hardware/software dengan input berupa diagram model. Kode framework yang dihasilkan adalah dalam kode C (embedded software) dan kode VHDL (embedded hardware). Kode framework ini berupa kode abstraksi dari sebuah sistem embedded yang menggambarkan alur program dan modul-modul fungsi yang ada dalam sistem embedded tersebut. Kode framewok ini akan mengintegrasikan modul-modul fungsi sehingga terbentuk sebuah sistem embedded yang utuh. Proses detail yang ada dalam modul-modul fungsi akan dibuat secara manual oleh pengguna. Kode framework yang dihasilkan ini menggunakan konsep event-driven. Pembuatan kode framework secara otomatis ini mempermudah dan mempercepat proses pengembangan sistem embedded. Manfaat ini telah diverifikasi dengan studi kasus perancangan kalkulator diatas platform NIOS, uC/OS diatas FPGA Altera DE2. Kata kunci: sistem embedded, framework, event-driven, kode C, VHDL, perangkat generator Kode-kode program aplikasi yang dibenamkan pada sistem embedded disebut embedded software. Terkadang 1. Pendahuluan sebuah sistem embedded melakukan sebuah tugas yang Saat ini sebagian besar perangkat elektronik berbasis memerlukan kinerja yang tinggi sehingga ia memerlukan sistem embedded. Sistem embedded secara sederhana sebuah modul hardware accelerator yang disebut didefinisikan sebagai sistem komputasi yang didesain dengan embedded hardware. Perancangan sebuah sistem untuk melakukan satu atau beberapa tugas spesifik [1]. embedded yang melibatkan hardware dan software Sistem komputasi ini bukan produk akhir tetapi bagian diimplementasikan dalam bentuk prototype embedded dari sebuah produk/sistem yang lebih besar. menggunakan FPGA. Didalam produk ini juga sering terdapat bagian modul Untuk mengurangi time-to-market, banyak penelitian elektronik dan mekanik tambahan. Sebuah sistem telah dilakukan dalam pengembangan aplikasi komputasi ini terdiri dari empat komponen utama yaitu: otomatisasi untuk mempercepat proses pengembangan prosesor, memori, bus dan I/O. Dengan kemajuan sistem embedded. Perangkat aplikasi ini biasanya teknologi saat ini, keempat komponen penyusun sistem mengotomatisasi bagian-bagian tertentu dalam proses komputasi ini bisa dibuat dalam satu single IC, dimana pengerjaan sistem embedded. Salah satu penelitian yang istilah ini sering disebut dengan System on Chip (SoC) telah dilakukan adalah proses otomatisasi pembuatan [2]. hardware (dalam kode VHDL) yang menggunakan
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
29
diagram UML statechart sebagai input [3]. Penelitian ini memanfaatkan sebuah open source Enclipse universal tool untuk pembuatan diagram UML statechart. Pembuatan framework untuk sistem embedded adalah salah satu hal yang sangat penting karena framewok ini akan mengintegrasikan modul-modul fungsi dari berbagai domain aplikasi sehingga terbentuk sebuah sistem embedded yang utuh. Kode framework berupa kode abstraksi dari sebuah sistem embedded yang menggambarkan alur program dan modul-modul fungsi yang ada dalam sistem embedded tersebut. Mengotomatisasi proses pembuatan kode framework akan mempunyai dampak yang signifikan dalam mempercepat proses pengerjaan sistem embedded. Pada paper ini penulis mengajukan sebuah perangkat generator untuk pembuatan kode framework sistem embedded hardware/software dengan input berupa diagram model (diagram objek dan statechart). Kode framework yang dihasilkan adalah dalam kode C (embedded software) dan kode VHDL (embedded hardware). Dengan memanfaatkan generator yang dibuat ini, para engineer bisa berpikir bahwa sebuah sistem embedded terdiri dari beberapa objek yang bekerja sama dengan yang lainnya. Masing-masing tugas dari objek akan ditentukan apakah lebih memerlukan kinerja atau fleksibilitas. Dari kebutuhan kinerja dan fleksibilitas tersebut, dapat ditentukan implementasinya akan software atau hardware. Hal ini memungkinkan perangkat generator menghasilkan kode framework embedded hardware dan software tanpa harus membuat sebuah desain bagian hardware dan software yang terpisah.
2. Konsep dan implementasi 2.1. Arsitektur Hardware dan software pada sistem embedded Hubungan antara bagian embedded software dan bagian embedded hardware dalam sebuah sistem embedded hardware/software ditunjukkan pada Gambar 1. Embedded software berupa program aplikasi (dalam kode C) yang berjalan pada sebuah sistem komputasi (Prosesor, Bus, Memori, I/O). Sedangkan embedded hardware (dalam kode VHDL) adalah sebuah modul hardware yang terhubung ke sistem komputasi. Sistem embedded yang melibatkan hardware dan software diimplementasikan dalam sebuah prototype menggunakan FPGA. Pada Gambar 1 bagian yang berwarna putih menunjukkan embedded software, dan bagian yang berwarna abu-abu menunjukkan embedded hardware. Tanda nomer 4,5,6,7 menunjukkan sebuah alur proses dari sebuah sistem embedded software yang menggunakan konsep event-driven. Sedangkan tanda nomer 1,2,3 menunjukkan sebuah alur proses dari sistem embedded hardware yang juga menggunakan konsep event-driven. Kode-kode yang mengatur alur proses ini akan dibuat secara otomatis menggunakan perangkat generator. Sedangkan modul-modul fungsi yang diperlukan didalamnya dibuat secara manual.
Gambar 1. Komunikasi hardware dan software pada sistem embedded
2.2. Embedded software dengan model driven
event-
Embedded software yang menggunakan model eventdriven [4] ditunjukkan pada Gambar 2. Sistem eventdriven ini terdiri dari Event Generator, Event Dispatcher, dan Event Handler. Event Generator berfungsi mengaktifkan event-event kemudian menaruhnya didalam Global Queue. Event Dispatcher akan mengirimkan event-event ke Event Handler. Event Handler melakukan aksi berdasarkan event yang diterima. ENVIRONMENT
EVENT HANDLER
LOCAL QUEUE of EVENT
EVENT GENERATOR
GLOBAL QUEUE of EVENT
EVENT DISPATCHER
LOCAL QUEUE of EVENT
LOCAL QUEUE of EVENT
Gambar 2. Embedded software dengan konsep eventdriven
Pada Event Handler ini aksi-aksi yang terjadi diwakilkan dalam bentuk behavior sebuah objek, sehingga dalam event handler terdapat satu atau lebih objek yang masing-masing objek mempunyai satu behavior. Behavior ini digambarkan dalam bentuk state machine [5]. Salah satu keuntungan dari menggunakan model event-driven adalah menghemat konsumsi daya. Karena sebuah proses terjadi apabila terdapat event di Queue, jika tidak ada event maka prosesor akan berada pada saving mode [6].
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
2.3. Embedded hardware dengan konsep eventdriven Pada bagian embedded hardware yang menggunakan model event-driven ditunjukkan pada Gambar 3 terdiri dari Event Distributor dan Event Handler. Event Distributor ini berfungsi sebagai pengirim event-event ke Event Handler. Event Handler akan melakukan aksi berdasarkan event yang diterima. EVENT HANDLER ENVIRONMENT
Receive Event A
va cti Re
EVENT DISTRIBUTOR
E te
c
ve
e eiv
nt
Ev
t en
Receive Event Activate Event Re
ce
ive
Ev
en t
Gambar 4. Arsitektur sistem generator framework
2.5. Implementasi diagram embedded dalam GUI
model
sistem
Gambar 3 Embedded hardware dengan konsep eventdriven
Aksi yang dilakukan dalam Event Handler direpresentasikan dalam dua jenis objek. Pertama objek yang mempunyai state machine dan kedua objek yang tidak mempunyai state machine. Pada objek yang mempunyai state machine akan melakukan aksi berdasarkan event yang diterima, dimana aksi yang dilakukan ini berupa pengaktifan event-event yang lain. Sedangkan objek yang tidak mempunyai state machine akan menerima event untuk mengaktifkan modul-modul proses yang dimiliki.
2.4. Arsitektur sistem generator framework Alur proses dari generator framework ini ditunjukkan pada Gambar 4. Kotak persegi yang berwarna abu-abu menunjukkan proses yang terjadi, sedangkan yang berwarna putih menunjukkan output. Proses pertama yang dilakukan adalah membuat diagram model sistem embedded, selanjutnya men-generate diagram model menjadi kode framework. Pada proses men-generate kode framework, perangkat ini menggunakan kode-kode template sebagai referensi yang terdapat pada library. Kode-kode template ini mendefinisikan struktur kode C dan VHDL dalam format file xml. Kode-kode framework yang dihasilkan oleh generator tidak bisa implementasikan langsung dalam sebuah prototype yang menggunakan FPGA. Diperlukan penambahan modul-modul fungsi berdasarkan yang telah didefinisikan pada framework embedded software, dan penambahan datapath pada framework embedded hardware.
Gambar 5. Implementasi diagram objek dalam GUI
Diagram model yang dibuat dalam bentuk GUI merupakan hasil kustomisasi pada open source ArgoUML. ArgoUML adalah sebuah aplikasi pembuatan diagram UML yang ditulis dalam bahasa Java dibawah lisensi Open Source Enclipse License [7]. Diagram model sistem embedded ini dibagi manjadi dua area GUI yaitu: area untuk pembuatan diagram objek sistem embedded dan area untuk pembuatan statechart dari setiap objek. Pada Gambar 5 ditunjukkan contoh diagram objek sistem embedded dalam bentuk GUI. Setiap objek akan mempunyai stereotype untuk menandakan jenis objek. Objek-objek yang berada pada bagian embedded software mempunyai stereotype <<soft>>, sedangkan objek-objek yang berada pada bagian embedded hardware mempunyai dua jenis stereotype <> dan <>. Package berfungsi untuk mengelompokkan objek embedded software, dimana pada package ini bisa memilih prosesor (Nios, Leon) dan RTOS (ucos, ecos, linux).
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
31
Pada Gambar 6 ditunjukkan contoh diagram statechart dari objek. Pada statechart ini terdapat satu state atau lebih. Sebuah state mempunyai tiga jenis kondisi yaitu : entry, do, dan exit. Transisi antar state dilambangkan dalam bentuk garis panah, dan event yang menyebabkan terjadinya transisi didefinisikan pada garis panah tersebut.
Gambar 6. Implementasi statechart dalam GUI
2.6. Generator kode 2.6.1. Kode framework embedded software Pada framework embedded software yang menggunakan konsep event-driven ini, proses-proses yang ada akan dikelompokkan menjadi tiga bagian: 1. Behavior/FSM Objek Bagian ini menangani proses-proses yang terdapat pada Event Handler seperti pada Gambar 2, dimana pada Event Handler terdapat objek-objek yang melakukan tugasnya di-triger oleh event. Untuk mendiskripsikan behavior dari setiap objek digunakan FSM (Finite State Machine). Setiap objek akan mempunyai satu FSM. Gambar 7 berikut menunjukkan FSM yang dimiliki oleh sebuah objek. Dimana pada FSM ini terdapat dua state yaitu: S1, S2. Sedangkan event yang menyebakan terjadi perpindahan state yaitu: CAPS_LOCK. Proses yang bisa dilakukan pada setiap state adalah memanggil fungsi untuk melakukan proses tertentu. <<soft>> OBJECT_A Priority : 2
S1 entry/onLowerCase(); do/ exit/offLowerCase();
CAPS_LOCK
CAPS_LOCK
S2 entry/onUpperCase(); do/ exit/offUpperCase();
Gambar 7. FSM dari sebuah objek pada embedded software
Desain dari FSM ini bisa diterjemahkan menjadi kode-kode program, dengan menggunakan konsep Nested Switch Statement dan setiap objek akan menghasilkan satu file kode program (nama_objek.c). Berikut ini ditunjukkan contoh kode untuk menterjemahkan FSM dari objek pada Gambar 7.
32
switch(state){ case S1 : switch(condition){ case ENTER: TRANCODITION(STEADY); onLowerCase(); case STEADY: switch(event){ case CAPS_LOCK: nextState = S2; TRANCONDITION(EXIT); default: TRANCONDITION(STEADY); } case EXIT: TRANCONDITION(ENTER); offLowerCase(); } case S2 : switch(condition){ case ENTER: TRANCODITION(STEADY); onUpperCase(); case STEADY: switch(event){ case CAPS_LOCK: nextState = S1; TRANCONDITION(EXIT); default : TRANCONDITION(STEADY); } case EXIT: TRANCONDITION(ENTER); offUpperCase(); } }
2. Manajemen Event-Driven Bagian ini akan menangani proses-proses yang terdapat pada Global Queue of Event, dan Event Dispatcher seperti pada Gambar 2. Proses-proses ini akan diterjemahkan kedalam empat buah file kode program yaitu: environment.c yang berfungsi inisialisasi event-event, environment.h yang berfungsi untuk deklarasi event-event, global.c yang berfungsi untuk proses penanganan antrian/queue dan proses penyaluran event-event, global.h yang berfungsi deklarasi queue dan tipe data. 3. Manajemen Multitasking Bagian ini berfungsi untuk menangani proses multitasking yang menggunakan RTOS [8]. Setiap objek pada bagian embedded software yang mempunyai tanda priority yang berbeda akan dibuat sebuah task yang akan memanggil fungsi dari objek. Jumlah file yang akan dihasilkan tergantung jumlah tanda priority yang berbeda. Penamaan untuk sebuah objek yang mempunyai priority berbeda adalah taskNama_objek.c, sedangkan apabila beberapa objek mempunyai priority yang sama akan menggunakan salah satu nama objek sebagai berikut taskNama_objekandRelation.c. Selain itu juga terdapat satu file tambahan environment_ucos.h untuk proses pendeklarasian task-task.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
2.6.2. Kode framework embedded hardware Pada framework embedded hardware yang menggunakan konsep event-driven, proses-proses yang ada dikelompokkan menjadi tiga yaitu: 1. Behavior/FSM Objek Bagian ini menangani proses-proses yang terdapat pada Event Handler seperti pada Gambar 3, dimana pada Event Handler terdapat objek-objek yang melakukan tugasnya yang ditriger oleh event. FSM dari objek akan diterjemahkan menjadi kode-kode VHDL. Gambar 8 menunjukkan FSM yang dimiliki oleh sebuah objek pada bagain embedded hardware. <> OBJECT_X
S2 start_add do/add_proces
S1 do/idle_proces
finish_add start_mul
S3 finish_mul do/mul_proces
proses yang dilakukan adalah sebagai penghubung terhadap aliran event-event antar objek. Pada proses ini akan diterjemahkan menjadi satu file yaitu Top_framework.vhd. 3. Datapath objek Objek datapath tidak berisi behavior atau fsm, tetapi mempunyai event. Sehingga proses yang terjadi akan diisikan secara manual berdasarkan event yang dimiliki oleh objek ini. Setiap objek datapath akan menghasilkan satu file namaObjek.vhd.
3. Studi kasus dan analisis Studi kasus yang dibuat disini adalah sistem embedded perangkat kalkulator. Proses pengerjaaan studi kasus ini menggunakan perangkat generator kode framework. Output dari perangkat kalkulator ini menggunakan monitor, input menggunakan mouse, dan bagian sistem embedded menggunakan FPGA dari Altera. Penentuan apakah sebuah proses diimplementasikan pada bagian embedded software atau hardware didasarkan pada fleksibilitas dan kinerja yang diperlukan.
Gambar 8. FSM dari sebuah objek pada embedded hardware
Perpindahan antar state ditriger oleh event, dan proses yang bisa dilakukan pada setiap state adalah mengaktifkan event-event yang akan digunakan oleh objek lain. Setiap objek akan menghasilkan satu file namaObjek.vhd. Berikut ini ditunjukkan contoh kode untuk menterjemahkan FSM dari Objek pada Gambar 8. process(iRST_N, iCLK ) begin if( iRST_N = '0' ) then current_state <= S1; elsif(iCLK'event and iCLK ='1')then current_state <= next_state; end if; end process; process(current_state) begin case current_state is when S1 => -- idle_process if(start_add = '1') then next_state <= S2; elsif(start_mul = '1') next_state <= S3; end if; when S2 => -- add_process if(finish_add = '1') then next_state <= S1; when S3 => -- mul_process if(finish_mul = '1') then next_state <= S1; end case; end process;
Gambar 9. Studi kasus sistem embedded kalkulator
Proses untuk tampilan kalkulator dibuat pada bagian embedded software, sedangkan proses untuk perhitungan dibuat pada bagian hardware. Sehingga diagram objek yang dibuat ditunjukkan pada Gambar 10.
Gambar 10. Diagram Objek Sistem Embedded Hardware/Software
2. Manajemen Event-Driven Bagian ini berfungsi untuk menangani Event Distributor seperti pada Gambar 3, dimana proses-
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
33
Salah satu contoh diagram statechart dari objek yang diimplementasikan pada bagian embedded software yaitu: oneButton yang ditunjukkan pada Gambar 11.
Gambar 11. Diagram statechart objek oneButton
Pada pengerjaan studi kasus ini, proses pengerjaan dibagi menjadi tiga bagian yaitu: desain sistem yang 100% dilakukan manual, pembuatan alur/framework 100 % otomatisasi, dan pembuatan kode 60 % dilakukan secara otomatisasi. Jadi pada kasus ini perangkat ini mempercepat waktu pengerjaan hingga 51%. Tentu saja angka ini spesifik untuk studi kasus ini
[4] Nrusingh Prasad Dash, Ranjan Dasguptay, Jayakar Chepadaz and Arindam Halderx, Event Driven Programming for Embedded Systems : A Finite State Machine Based Approach. ICONS The Sixth International Conference on Systems, 2011. [5] Miro Samek, Practical UML Statecharts in C/C++ : Event-Driven Programming for Embedded Systems. Elsevier, 2003. [6] József Kopják and Dr. János Kovács, Event-driven control program models running on embedded systems. 6th IEEE International Symposium on Applied Computational Intelligence and Informatics, Romania, 2011, pp. 323-326. [7] Linus Tolke, Markus Klink, and Michiel van der Wulp, Cookbook for Developers of ArgoUML : An introduction to Developing ArgoUML. University of California, 2007. [8] Jean J. Labrosse, MicroC/OS-II : The Real-Time Kernel. R&D Books Lawrence, 1999
6. Daftar Pertanyaan 1.
4. Kesimpulan Pada paper ini mempresentasikan sebuah perangkat generator framework sistem embedded hardware/software yang telah dibuat. Perangkat generator memungkinkan untuk mendiskripsikan sistem embedded yang melibatkan hardware dan software dalam satu desain diagram model. Sebuah studi kasus proyek sistem embedded hardware/software telah diselesaikan dengan berbantuan perangkat generator ini. Dari proses pengerjaan studi kasus ini didapat kontribusi yang diberikan oleh perangkat generator ini sebesar 51% dalam mempercepat proses pengerjaan.
2.
3.
5. Daftar pustaka [1] Frank Vahid, Tony Givargis, Embedded System Design : A Unified Hardware-Software Introduction. Wiley, New Jersey, 2002. [2] Pong P. Chu, Embedded SOPC Design With Nios II Processor and VHDL Examples. Wiley, New Jersey, 2011. [3] Stephen K. Wood, David H.Akehurst,Oleg Uzenkov, W.Gareth J.Howells, and Klaus D. McDonald-Maier, A Model-Driven Development Approach to Mapping UML State Diagrams to Synthesizable VHDL. IEEE TRANSACTIONS ON COMPUTERS, 2008, 14(10), pp. 1357-1371.
34
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Penanya: Indera Wibawa (PT LEN) Pertanyaan: Apakah membuat generator C dan VHDL? Jawaban: sebagian dari awal. Pertanyaan: Apa bisa membuat ladder diagram? Jawaban: bisa, saat ini mendukung UML Penanya: Agus Subekti (LIPI) Pertanyaan: Apakah bisa digunakan untuk MFPGA? Jawaban: bisa Penanya: Kristian Sutikno (PT Nobi) Pertanyaan: Apakah librarynya tersedia untuk semua platform? Jawaban: library bisa ditambahkan sendiri Pertanyaan: Siapa yang membuat library? Jawaban: analist project
Abstract Symptoms can be used as the indication to diagnose a disease that could be dangerous for patients. In fact, symptoms of the disease are often underestimated by patients. The diagnosis of diseases by a physician and medical treatment of patients must be done carefully and accurately example monitoring the spread of diseases, particularly the very high spreading rate, is needed by researchers, practitioners and policy makers in the field of health, in order to make accurate decisions as quickly as possible. This paper will discuss various approaches and methods have been developed for the system prediction of disease. This type of research is a survey method and system for tropical and non-tropical diseases by reviewing papers / journals. With the progress of science and the development of systems and technologies currently dangers posed by a disease can be detected more quickly. Keywords: survey, diseases prediction methods, tropical and non tropical diseases
Abstrak Suatu gejala penyakit dapat merupakan awal dari suatu penyakit yang dapat membahayakan pasien, tetapi pada kenyataannya gejala penyakit tersebut terkadang dianggap remeh oleh pasien. Diagnosis penyakit yang dilakukan oleh seorang dokter dan penentuan tindakan medis terhadap pasien harus dilakukan dengan cermat dan berhati-hati misalnya pemantauan penyebaran penyakit, terutama yang tingkat penyebarannya sangat tinggi, sangat dibutuhkan oleh peneliti, praktisi dan pengambil kebijakan di bidang kesehatan, agar dapat membuat keputusan akurat secepat mungkin. Pada makalah ini akan dibahas berbagai pendekatan metode dan sistem yang telah dikembangkan untuk prediksi penyakit. Jenis penelitian adalah survei metode dan sistem untuk penyakit tropis dan non tropis dengan review makalah/jurnal. Dengan adanya kemajuan ilmu pengetahuan dan perkembangan sistem dan teknologi saat ini bahaya yang ditimbulkan oleh suatu penyakit dapat diketahui dengan lebih cepat. Kata kunci: survei, metode prediksi penyakit, penyakit tropis dan non tropis
1. Pendahuluan Suatu gejala penyakit dapat merupakan awal dari suatu penyakit yang dapat membahayakan pasien, tetapi pada kenyataannya gejala penyakit tersebut terkadang dianggap remeh oleh pasien. Diagnosis penyakit yang dilakukan oleh seorang dokter dan penentuan tindakan medis terhadap pasien harus dilakukan dengan cermat dan berhati-hati. Pemantauan penyebaran penyakit, terutama yang tingkat penyebarannya sangat tinggi, sangat dibutuhkan oleh peneliti, praktisi dan pengambil kebijakan di bidang kesehatan, agar dapat membuat keputusan akurat secepat mungkin. Pada makalah ini akan dibahas berbagai pendekatan metode dan sistem yang telah dikembangkan untuk prediksi penyakit. Dengan adanya kemajuan ilmu pengetahuan dan perkembangan sistem dan teknologi saat ini bahaya yang ditimbulkan oleh suatu penyaki dapat diketahui dengan lebih cepat. Kemajuan pengetahuan, sistem dan teknologi yang begitu cepat saat ini sepertinya tidak dapat terelakkan lagi. Selain itu teknologi ini sudah menyentuh hampir semua kalangan di Indonesia. Hal ini yang mendasari diperlukannya suatu aplikasi mengenai sistem diagnosis penyakit selain untuk mengatasi kendala dan keterbatasan di dunia kesehatan [13]. Pada makalah ini disajikan yang berisi survei metode dan sistem yang telah dikembangkan untuk prediksi penyakit yaitu dengan review berbagai sumber penelitian yang membahas tentang metode prediksi penyakit. Dengan adanya beberapa metode yang digunakan dapat
meningkatkan kinerja pelayanan kesehatan serta dapat mengurangi timbulnya bahaya yang disebabkan oleh gejala penyakit karena telah dapat dideteksi dengan lebih cepat dan juga mampu memantau penyebaran penyakit di lokasi geografis tertentu.
2. Penggolongan Penyakit Pada data survei ini penyakit dikelompokkan menjadi 2 kelompok yaitu : a. Penyakit Tropis Penyakit tropis merupakan penyakit menular dan sangat beresiko tinggi bagi manusia. Terlebih pada negara berkembang seperti Indonesia, penyakit tropis hampir tidak dapat dikendalikan yang ditandai dengan banyaknya kejadian luar biasa (KLB). Penyakit tropis disangga oleh beberapa faktor penularan seperti faktor parasit penyakit (agent)dan pejamu penyakit (host)[15]. Pada makalah ini penyakit tropis yang dibahas adalah penyakit demam berdarah, malaria, flu burung, kusta, filariasis, TBC, flu, diare, tifus. b. Penyakit Non Tropis Penyakit non tropis merupakan penyakit diluar dari penyakit tropis. Pada makalah ini penyakit non tropis yang dibahas adalah epidemiologi, hepatitis, pneumonia, gastroenteric, diabetes melitus, kehamilan, THT, Ginjal.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
35
3. Data Pengelompokan Prediksi Penyakit
Survei
Metode
Tabel 1. Data pengelompokan survei metode prediksi penyakit
Setelah diamati masih sedikitnya studi pembahasan survei metode prediksi penyakit dan juga untuk 36
mempermudah pendataan maka dilakukan survei beberapa studi mengenai pengelompokan survei metode prediksi penyakit dimana pengelompokan survei ini dibagi beberapa bagian. Adapun data pengelompokan survei metode prediksi penyakit dapat diditunjukkan pada Tabel 1. Untuk pengelompokan survei metode penyakit dibagi beberapa bagian yaitu: 1. Jenis penyakit dipisahkan antara penyakit tropis dan penyakit non tropis 2. Klasifikasi penyakit, terdiri dari prediksi penyakit dan lainnya dimana yang lainnya terdiri dari penyebaran penyakit, penanganan serta pengobatan, pelaporan, penyebaran artikel, jenis gangguan pada anak, dan penatalaksanaan penyakit. 3. Kajian menggunakan image atau tidak menggunakan image, terdiri dari pembahasan dengan menggunakan metode dan tidak menggunakan metode pada setiap studi. 4. Sistem yang digunakan, dijelaskan aplikasi yang digunakan pada pembahasan setiap studi. 4. Penyakit Tropis Dari makalah yang diamati kajian penelitian makalah yang paling banyak digunakan yaitu kajian yang tidak menggunakan image yaitu studi Lizda [6], Fariz dkk. [15], Ishak [5], Kusrini & Sri Hartati [9], Ery dkk. [20] Kusrini [8]. Studi Lizda [6] menggunakan metode tsukamoto dengan sistem inferensi fuzzy. Hasilnya sistem inferensi fuzzy dapat dijadikan sebagai salah satu solusi dalam pembuatan peta digital yang melibatkan sejumlah data yang bersifat tidak tegas/pasti dan output dari penelitian ini adalah peta yang dapat memberikan informasi tentang pola penyebaran penyakit DBD berdasarkan gradasi warna yang diperoleh dari proses inferensi fuzzy. Fariz dkk. [15] menggunakan case based reasoning dengan sistem berbasis Web. Pada dasarnya CBR akan membandingkan suatu kasus baru dengan kasus-kasus yang lain yang sudah tersimpan sebelumnya. Hasilnya dengan menggunakan metode CBR merupakan metode yang tepat dalam proses pengelolaan knowledge management system penyakit tropis ini karena mampu mengelola knowledge secara berkesinambungan. Pada studi Ishak [5] menggunakan analisis bibliometrika dan menggunakan WinISIS 1.31 dimana definisi bibliometrika sebagai kajian penggunaan dokumen dan pola publikasi dengan menerapkan metode matematika dan statistik. Tujuan analisis bibliometrika ini dilakukan untuk mengetahui perkembangan hasil penelitian malaria di Indonesia yang diterbitkan pada jurnal internasional tahun 1970 sampai april 2004. Hasil penyebaran artikel penyakit malaria terbanyak terdapat pada Am. J. Trop.Med. (16,8%) dan Southeast Asian J. Trop (16,4%). Hasil penelitian penyakit malaria di Indonesia umumnya dilakukan secara kolaborasi (82%). Studi Kusrini & Sri Hartati [9] menggunakan algoritma C.45, yaitu untuk membentuk pohon keputusan diagnosis penyakit dimana akan dicari variabel-variabel yang ada dalam data rekam medis pasien yang mungkin mempengaruhi variabel tujuan yaitu diagnosis penyakit. Sistem yang digunakan adalah borland delphi. Hasilnya model case based reasoning
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
dapat digunakan sebagai metode akuisisi pengetahuan dalam aplikasi sistem pakar diagnosis penyakit. Aturan yang dihasilkan sistem ini mampu digunakan untuk mendiagnosis penyakit didasarkan pada data-data pasien. Ery dkk. [20] menggunakan interpolation search, yaitu algoritma pencarian yang lebih efisien daripada algoritma binary dan sequential search dan menggunakan sistem aplikasi J2ME. Dari hasil pengujian untuk looping sebanyak 1 rata-rata waktu yang diperlukan 26,2 mikrodetik untuk kombinasi “ACEGJK”. Sedangkan pengujian dengan looping sebanyak 4 rata-rata waktunya 50,4 mikrodetik untuk kombinasi “JUVXY”. Dari hasil pengujian rata-rata waktu koneksi tercepat yaitu 6,64 detik untuk gejala Diare. Sedangkan waktu koneksi terlama yaitu 10,56 detik untuk gejala Influenza. waktu koneksi yang dilakukan bisa lebih cepat atau lebih lama dari pengujian ini dikarenakan faktor lain misalnya kondisi jaringan dari perangkat mobile yang dipakai, lokasi geografis saat pengujian, spesifikasi ponsel, dan sebagainya. Untuk pengujian dari sistem ini dilakukan di daerah klampis ngasem kota Surabaya, dengan koneksi jaringan menggunakan GPRS pada ponsel Nokia C2-01. Dari data yang diperoleh melalui kuesioner, 80% responden tertarik untuk menggunakan aplikasi ini dan sebanyak 85% responden terbantu dalam mengetahui secara dini tentang penyakit tropis. Dan berdasarkan kuesioner dari dokter sebanyak 67% dokter berpendapat aplikasi ini cukup membantu dalam pemerataan pelayanan kesehatan di masyarakat dan layak untuk diaplikasikan 83%. Kusrini [8] menggunakan metode Kuantifikasi pertanyaan dan pemrograman Delphi. Metode ini telah diterapkan dalam aplikasi sistem pakar untuk menangani penyakit TBC pada anak. Hasilnya dengan menggunakan metode kuantifikasi pertanyaan untuk menentukan CF pengguna, telah dapat diimplementasikan dengan baik dalam aplikasi sistem pakar untuk menangani penyakit. Metode ini juga memudahkan pengguna dalam memberikan jawaban terkait dengan besarnya nilai kepercayaan terhadap gejala yang dialami. Untuk studi yang tidak menggunakan metode termasuk studi Bowo dkk. [14] dan menggunakan sistem web mining. Sistem web mining yang dikembangkan memungkinkan analisa dan visualisasi penyebaran penyakit menular yang tercatat di situs-situs di internet secara otomatis dan efisien, Nutch dibagian hulu yang bertugas sebagai pengumpul data dari internet akan memasok data tersebut kepada program text mining dengan NLP (Natural Language Processing) yang akan menganalisa pola penyebaran penyakit. Akhirnya menyerahkan hasilnya kepada Google Earth di hilir untuk ditampilkan secara spatio temporal. Tersedianya sistem spatio temporal seperti ini yang mampu memantau penyebaran penyakit dilokasi geografis tertentu pada suatu kurun waktu adalah kebutuhan vital. Dengan sistem yang mampu memberikan informasi yang jelas, di daerah mana suatu penyakit menyebar dan seberapa jauh tingkat penyebarannya, maka para pengambil kebijakan mampu memprediksi pola penyebaran dari penyakit tersebut dan sedini mungkin mengidentifikasikan daerah yang rawan terjangkiti oleh penyakit menular itu.
Adi [22] menggunakan sistem informasi geografis, SIG mampu mengelola data secara keruangan tentang sebaran/distribusi data ditunjang dengan kemampuan analisis datanya secara komprehensif terkait lokasi kejadian penyakit. Distribusi lokasi risiko penyakit dan risiko lingkungan dengan menggunakan pendekatan SIG berguna dalam hal identifikasi wilayah risiko, peringatan dan kewaspadaan dini terhadap kejadian DBD dimasa yang akan datang. Ragil & Ahmad [17] menggunakan web service dimana web service dibangun dari tiga komponen utama, yaitu service provider, service registry, dan service requestor. Hasil ini disimpulkan bahwa Integrasi sistem puskesmas dengan sistem dinas kesehatan berhasil dibangun dengan teknologi web service dan telah dilakukan uji coba pada mesin yang berbeda dengan platform basis data MYSQL dan PostGreSQL. Dengan pemanfaatan auto refresh pada sistem puskesmas dan sistem dinkes menjadikan sistem akan lebih up-to-date dalam menyediakan data laporan kejadian DBD dan Integrasi data melalui web service yang dipadukan dengan peta dengan SVG menjadikan sistem lebih dinamis terhadap perubahan data, serta dapat memberikan informasi visual strata endemis melalui tampilan pada peta. Terdapat dua studi membahas diagnosis penyakit yaitu studi Kusrini & Sri Hartati [9] dan Ery dkk. [20]. Untuk studi Bowo dkk. [14], Adi [22] dan Lizda [6] mengenai penyebaran penyakit tropis, penanganan serta pengobatan yaitu studi Fariz dkk. [15], studi Ragil dan Ahmad [17] mengenai pelaporan, studi Ishak [5] penyebaran artikel. Kajian penelitian makalah hanya ada satu studi yang menggunakan image yaitu terdapat pada studi Supatman [19] untuk prediksi penyakit dengan menggunakan image stretching. Untuk mendapatkan citra yang kontras dimana dengan segmentasi pada citra ROI (Reference Of Interest) menggunakan threshold value 180 pada interval piksel 0-255 dan hasil deteksi menunjukkan pembesaran kelenjar getah bening pada posisi lapangan bawah paru hal ini sesuai dengan referensi peta PKTB. Mapping citra ROI dengan data citra menunjukkan kesesuaian dengan referensi ciri khas diagnosa penyakit PKTB. Beberapa penyakit tropis yang dibahas yaitu penyakit demam berdarah dimana untuk penyakit malaria, demam berdarah dan flu burung yaitu studi Bowo dkk [14]. Penyakit demam berdarah studi adi [22], lizda [6], ragil dan ahmad [17]. Studi fariz dkk [15] penyakit kusta, filariasis, malaria, demam berdarah, dan flu burung. Studi ishak [5] mengenai penyakit malaria. Kusrini & sri hartati [9] penyakit tuberculosis pada anak. Ery dkk [20] tuberculosis, influenza, diare, tifus, Kusrini [8] penyakit TBC pada anak dan Supatman [19] membahas penyakit primer kompleks Tuberkulosis. 5. Penyakit Non Tropis Dari makalah yang dicermati kajian penelitian makalah yang digunakan hanya kajian yang tidak menggunakan image yaitu studi studi Chandra & Sri [13] dan Feri & Ami [16] menggunakan metode certainty factor yang menunjukkan ukuran kepastian terhadap suatu fakta dan studi Chandra & Sri [13] menggunakan J2ME untuk memprediksi penyakit Hepatitis A,B,C.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
37
Hasil penelitian bahwa aplikasi diagnosis penyakit Hepatitis ini dapat membantu pasien dalam memperoleh informasi jenis penyakit hepatitis secara cepat, sehingga dapat segera dilakukan tindakan dan pelayanan medis. Dengan menggunakan J2ME sebagai bahasa pemrograman memberikan keuntungan pada penulisan kode program yang sama persis untuk produk yang berbeda (write once, run anywhere). Feri & Ami [16] menggunakan aplikasi berbasis web dengan aplikasi yang digunakan dapat menentukan jenis gangguan perkembangan pada anak dibawah umur 10 tahun dengan hanya memperhatikan gejala-gejala yang dialami. Aplikasi ini juga mampu menyimpan representasi pengetahuan berdasarkan nilai kebenaran MB dan nilai ketidakbenaran MD. Aplikasi sistem pakar ini dapat menjelaskan definisi, jenis gangguan perkembangan, penyebab dan pengobatannya. Kekurangan dari aplikasi ini adalah belum adanya pengelompokan gejala-gejala sejenis yang hanya boleh dipilih satu dari kelompok gejala tersebut. Akibatnya, jika user kurang teliti dalam memilih gejala, maka sistem akan memberikan kesimpulan yang kurang benar. Stefani dkk [4] menggunakan metode kriging. Kriging merupakan sebuah teknik interpolasi yang didasarkan pada regresi terhadap suatu observasi dari data di sekitar observasi tersebut. Sistem menggunakan geostatistika penyebaran penyakit Pneumonia. Disini kita memetakan lokasi penyakit Pneumonia di Surabaya dan menganalisis kelangsungan hidup penderita dan memprediksi penyebaran penyakit dengan menggunakan Geostatistika, dimana geostatistika merupakan bagian dari statistika spasial. Cressie menyatakan bahwa spatial data merupakan data yang nilainya berkaitan dengan posisi relatifnya terhadap suatu titik. Pada sistem ini dapat mengungkapkan bahwa setelah 45 hari di rumah sakit, kelangsungan hidup pasien Pneumonia yang turun menjadi 46,8%. Pada hasil akhir kontur kriging, dapat dilihat bahwa pada wilayah Surabaya Barat proporsi penderita Pneumonia cenderung lebih tinggi dibandingkan dengan area lainnya di Surabaya. Selain itu, wilayah Surabaya Timur juga menunjukkan proporsi yang cukup tinggi, walaupun tidak setinggi proporsi pada wilayah Surabaya Barat. Pada hasil akhir analisa Kriging, dapat diketahui bahwa pusat penyebaran Pneumonia berada didaerah Tubanan dan Sukomanunggal dengan radius penyebaran penyakit ini sekitar 600 meter persegi. Peter dkk [12] menggunakan MALA (Metropolis Adjusted Langevin Algorithm) dan menggunakan AEGISS (Ascertainment and Enhancement of Gastrointestinal Infection Surveillance and Statistics) penyebaran penyakit Gastroenteric. Dalam sistem ini kita telah menggambarkan bagaimana metode statistik spasial dapat membantu untuk mengembangkan sistem online surveilans untuk penyakit umum. Analisis statistik spasial dilaporkan di sini dimaksudkan untuk melengkapi, bukan untuk menggantikan, protokol yang ada. Dengan sistem yang dibangun mampu memberikan informasi yang jelas, di daerah mana suatu penyakit menyebar dan seberapa jauh tingkat penyebarannya, maka para pengambil kebijakan mampu memprediksi pola penyebaran dari penyakit tersebut dan sedini 38
mungkin mengidentifikasikan daerah yang rawan terjangkiti oleh penyakit. Sri kusumadewi [7] dan Syaiful [11] menggunakan metode case based reasoning dimana pada dasarnya CBR akan membandingkan suatu kasus baru dengan kasus-kasus yang lain yang sudah tersimpan sebelumnya. Sri kusumadewi [7] menggunakan Sistem inferensi Fuzzy (SIF) pada penatalaksanaan Diabetes Melitus. Pada sistem yang dibangun mendapatkan tingkat resiko DM diperlukan suatu mekanisme inferensi dengan mempertimbangkan faktor-faktor tersebut, pada model yang diusulkan digunakan pendekatan basis aturan. SIF digunakan untuk kepentingan tersebut, sistem yang dibangun dengan basis data yang terpusat ini memungkinkan para pengguna untuk berbagi data meskipun beberapa aplikasi dibangun dengan platform yang berbeda. Syaiful [11] penggunaan teknologi web akan memberikan kreasi dan implementasi pada teknologi cerdas berbasis web, sehingga kemudahan untuk diakses dimanapun dan kapanpun, dan diharapkan mampu memberikan banyak informasi tentang penyakit kehamilan dan dapat meningkatkan pelayanan kesehatan dengan mengurangi biaya dan waktu. Hasilnya dengan pemanfaatan penalaran berbasis kasus dalam diagnosis penyakit pada kehamilan diharapkan dapat membantu dokter kandungan dalam mengambil keputusan terkait dengan penyakit pada kehamilan. Kelemahan pada penalaran berbasis kasus membutuhkan metode pencarian yang cepat dan tempat penyimpanan kasus yang besar jika data yang disimpan sangat banyak. Aprilia & Taufik [18] menggunakan metode dempster shafer dan adanya akses online berbasis web. Aplikasi sistem pakar untuk mendiagnosa penyakit ginjal adalah suatu aplikasi untuk mendiagnosa penyakit ginjal berdasarkan pengetahuan dari para pakar. Dengan adanya akses online berbasis web maka masyarakat dapat mendiagnosa kemungkinan penyakit ginjal yang dideritanya sebelum mengambil tindakan lebih lanjut seperti konsultasi ke dokter atau tes laboratorium di rumah sakit. Nilai kepercayaan yang dihasilkan dari sistem ini sama dengan hasil perhitungan secara manual dengan menggunakan teori Dempster-Shafer sehingga keakuratan hasilnya sudah sesuai dengan perhitungan yang diharapkan. Studi yang tidak menggunakan metode terdapat pada studi Geoffrey [2], studi Geoffrey [2] merangkum kontribusi dari GIS dalam epidemiologi, dan mengidentifikasi kebutuhan yang diperlukan untuk mendukung epidemiologi spasial sebagai ilmu. Tujuan epidemiologi spasial adalah untuk mengidentifikasi penyebab penyakit dan berkorelasi dengan pola penyakit yang berkaitan spasial untuk variasi geografis dalam risiko kesehatan. GIS mendukung pemetaan penyakit, analisis lokasi, karakterisasi populasi, dan statistik spasial dan pemodelan. Meskipun patut dipuji, prestasi ini tidak cukup untuk sepenuhnya mengidentifikasi penyebab penyakit dan berkorelasi. Mika [10] memberikan pandangan yang luas dari penggunaan GIS, pemetaan penyakit dan metode statistik spasial dalam studi geografis dan epidemiologi terjadinya penyakit. GIS mampu menggunakan data satelit penginderaan jauh, dan lokal GPS adalah cara
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
yang layak untuk menangkap data spasial. Animasi dengan GIS, misalnya, merupakan metode yang efektif menggambarkan penyebaran penyakit atau mundur atas ruang dan waktu. Kebangkitan penyakit menular baru dan lama adalah menantang prestasi di bidang kesehatan. Seperempat dari seluruh kematian dan 30% dari beban global penyakit yang disebabkan oleh penyakit infeksi. GIS dapat menjadi alat yang efektif bagi otoritas kesehatan masyarakat dan epidemiologi dalam menunjukkan dan pemantauan pola difusi penyakit menular dan dalam mencari agen infeksius. GIS dapat mengungkapkan variasi spasial dan pola distribusi penyakit non-menular yang lebih efektif. Studi Lina & Tole [3] Sistem yang didesain dengan e2gLite Expert System Shell untuk diagnosis penyakit THT dapat bekerja sesuai yang diharapkan. Sistem dapat mengidentifikasikan 23 jenis penyakit THT berdasarkan variasi input 38 gejala yang diberikan. Sistem juga dilengkapi dengan fasilitas yang memungkinkan pengguna memiliki kesempatan untuk mengetahui mengapa sebuah pertanyaan diajukan dan meminta penjelasan bagaimana sebuah kesimpulan diambil. Dari makalah yang diamati untuk studi Chandra & Sri [13], Syaiful [11], Lina & Tole [3], Aprilia & Taufik [18] membahas diagnosis penyakit. Stefani dkk [4], Peter dkk [12], Geoffrey [2], Mika [10] membahas mengenai penyebaran penyakit. Studi Feri & Ami [16] membahas menentukan jenis gangguan perkembangan pada anak. Studi Sri kusumadewi [7] membahas penatalaksanaan Diabetes Melitus. Dari beberapa makalah yang menggunakan aplikasi berbasis web yaitu studi Syaiful [11], Lina & Tole [3], Aprilia & Taufik [18] dan Feri & Ami [16]. Sedangkan yang lainnya untuk studi Chandra & Sri [13], Stefani dkk [4], Peter dkk [12], Geoffrey [2], Mika [10], Sri kusumadewi [7], tidak menggunakan berbasis Web. Dari penjelasan diatas ternyata kajian penelitian makalah yang tidak menggunakan image untuk prediksi penyakit non tropis. Terdapat empat studi dimana keempatnya menggunakan metode yaitu studi Chandra & Sri [13], Syaiful [11], Lina & Tole [3], Aprilia & Taufik [18]. Studi yang menggunakan aplikasi berbasis Web hanya tiga yaitu Syaiful [11], Lina & Tole [3] dan Aprilia & Taufik [18]. Studi Chandra & Sri [13] tidak menggunakan aplikasi berbasis Web. Beberapa penyakit non tropis yang dibahas yaitu epidemiologi pada studi Geoffrey [2], Mika [10]. Untuk studi Chandra & Sri [13] penyakit hepatitis. Untuk studi Feri & Ami [16]menentukan jenis gangguan perkembangan pada anak. Stefani dkk [4] membahas penyakit Pneumonia. Untuk studi Peter dkk [12] penyakit Gastroenteric. Studi Sri kusumadewi [7] penyakit diabetes melitus. Studi Syaiful [11] penyakit kehamilan. Studi Aprilia & Taufik [18] membahas penyakit ginjal dan studi Lina & Tole [3] penyakit THT.
6. Kesimpulan dan Saran 6.1. Kesimpulan Dari uraian perkembangan untuk data survei metode penyakit, dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Pada makalah ini survei dilakukan pendekatan metode dan sistem yang telah dikembangkan pada prediksi penyakit. 2. Setiap metode yang digunakan untuk prediksi penyakit mempunyai kelebihan dan kelemahan masing-masing dan sangatlah beragam sehingga mempunyai hasil tingkat akurasi yang berbeda. Akan sangat baik untuk prediksi penyakit menggabungkan beberapa metode, kemungkinan akan menghasilkan yang lebih optimal.
6.2. Saran Dengan dibuatnya data survei metode prediksi penyakit, untuk selanjutnya bisa dikembangkan dengan menggunakan metode lain dalam hal pembandingan metode yang diamati untuk penyakit tropis dan non tropis.
7. Pustaka [1] Ellen, Taylor, Carol Hermann, 2000, Collecting Evaluation Data : Surveys, University of Wisconsin-Extension Cooperative Extension Madison, Wisconsin [2] Geoffrey M., Jacquez, 2000, Spatial Analysis In Epidemiology : Nascent Science Or a Failure Of GIS ?, Journal of Geographical Systems, 2:91-97. [3] Handayani, Lina., Sutikno, Tole., Sistem Pakar untuk Diagnosis Penyakit THT Berbasis Web dengan e2gLite Expert System Shell. [4] Hartanto, Stefanie., dkk, 2010, Pemetaan penderita Pneumonia Di Surabaya Dengan Menggunakan Geostatistik, Jurnal Teknik Industri, Vol. 12 No. 1, 41-46, ISSN 1411-2485 [5] Ishak, 2005, Analisis Bibliometrika Terhadap Artikel Penelitian Penyakit Malaria Di Indonesia Tahun 1970-April 2004 Menggunakan Database Online Pubmed, Jurnal Studi Perpustakaan dan Informasi Vol. 1, No. 2 [6] Iswari, Lizda., 2008, Pemanfaatan Sistem Inferensi Fuzzy Dalam Pengolahan Peta Tematik (Studi Kasus : Sistem Informasi Geografis Daerah Rawan Penyakit Demam Berdarah), SNATI Yogyakarta, ISSN : 1907-5022. [7] Kusumadewi, Sri., 2009, Aplikasi Informasi Medis untuk Penatalaksanaan Diabetes Melitus secara terpadu, SNATI Yogyakarta, ISSN : 1907-5022 [8] Kusrini, 2006, Kuantifikasi Pertanyaan untuk Mendapatkan Certainty Factor Pengguna pada Aplikasi Sistem Pakar Untuk Diagnosis Penyakit, KOMMIT, ISSN : 1411-6286 [9] Kusrini, Hartati, Sri., Penggunaan Penalaran berbasis kasus untuk Membangun Kasus Pengetahuan dalam Sistem Diagnosis Penyakit.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
39
[10] Mika, Rytkonen, 2004, Not All Maps Are Equal : GIS And Spatial Analysis In Epidemiology, International Journal of Circumpolar Health, 63 : 1 [11] Muzid, Saiful., 2008, Teknologi Penalaran Berbasis Kasus (Case Based Reasoning) untuk Diagnosa Penyakit Kehamilan, SNATI Yogyakarta, ISSN : 1907-5022 [12] Peter, Diggle., Barry, Rowlingson., dkk, 2004, Point Process Methodology for On-line Spatiotemporal Disease Surveillance. [13] Pradana, Chandra Putra., Kusumadewi, Sri., 2007, Aplikasi Diagnosis Penyakit Hepatitis Untuk Mobile Devices Menggunakan J2ME, Media Informatika, Vol. 5 No.2 , 87-98, ISSN : 08544743 [14] Prasetyo, Bowo., dkk, 2008, Desain Sistem Analisa Spatio-Temporal Penyebaran Penyakit Tropis Memakai Web Mining, Konferensi Nasional Sistem & Informatika, pp 44-49, The Best Paper Award [15] Putra, Fariz Ihsan., dkk, Perancangan Knowledge Management System Dalam Penanganan Penyakit Tropis Dengan Pemenuhan Prinsip Ergonomi Kognitif. [16] Rohman, Feri Fahrur., Fauzijah, Ami., 2008, Rancang Bangun Aplikasi Sistem Pakar Untuk Menentukan Jenis Gangguan Perkembangan Pada Anak, Media Informatika, ISSN : 0854 – 4743 [17] Saputra, Ragil., Ashari, Ahmad., 2011, Web Services Implementation On The Report Of Dengue Hemorrhagic Fever (DHF) At Health Office Karanganyar, IJCCS, Vol. 5 No. 1. [18] Sulistyohati, Aprilia., Hidayat, Taufik., 2008, Aplikasi Sistem Pakar Diagnosa Penyakit Ginjal Dengan Metode Dempster Shafer, SNATI Yogyakarta, ISSN : 1907-5022
40
[19] Supatman, 2009, Deteksi Pembesaran Kelenjar Getah Bening Pada Paru dengan Pengolahan Citra Digital Untuk Mendiagnosa Penyakit Primer Kompleks Tuberkulosis (PKTB), SNATI Yogyakarta, ISSN : 1907-5022 [20] Suprapta, Ery Cahya., dkk, Aplikasi Metode Interpolation Search Untuk Mendeteksi Penyakit Tropis. [21] T. Warren Liao, 2005, Clustering of time series data-survey, patern recognition 38 (2005) 18571874. [22] Widagdo, Adi., 2008, Aplikasi Sistem Informasi Geografis Dalam Pemetaan DBD Di Yogyakarta, Jurnal Kebencanaan Indonesia, Vol. 1 No. 5, ISSN 1978-3450
8. Daftar Pertanyaan 1.
2.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Penanya: Wawan Wardiana (LIPI) Pertanyaan: Disebutkan bahwa salah satu kelemahan sistem adalah tidak adanya tombol edit, apakah fungsi dari tombol edit tersebut? Jawaban: untuk mengubah data pada aplikasi mobile. Penanya: Wiwin Suwarningsih (LIPI) Pertanyaan: Apabila menyediakan informaasi untuk publik tidak diperlukan tombol edit Jawaban: Untuk pengembangan penelitian ini diperlukan data dengan fungsi button edit Pertanyaan: Algoritma data mining ? Jawaban: akan diteliti lebih lanjut
Pengembangan Komunitas Sistem Embedded dan Robotika di Universitas Diponegoro Adian Fatchur Rochim
Eko Didik Widianto
Program Studi Sistem Komputer - Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro [email protected]
Program Studi Sistem Komputer - Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro [email protected]
Abstract This paper presents the development of embedded systems and robotics community in Department of Computer System Engineering, Diponegoro University. Requirements in order to be a sustainable and growing community are identified. Internal processes running in the community are developed to produce excelence output in the form of human resources, products and system solutions. Processes and outcomes that have been produced are design process of line follower robot using KiCAD software and distributed sensing system for precision farming. Keywords: R&D community, embedded system, robotic, distributed sensor, FPGA
Abstrak Makalah ini memaparkan pengembangan komunitas sistem embedded dan robotika di Program Studi Sistem Komputer, Universitas Diponegoro. Kebutuhan yang diperlukan agar komunitas dapat berkelanjutan dan bertumbuh diidentifikasi. Proses internal yang berjalan di komunitas dikembangkan untuk menghasilkan luaran berkualitas berupa sumber daya manusia, produk dan solusi sistem. Proses dan luaran yang telah dihasilkan adalah berupa proses desain robot pengikut garis menggunakan perangkat lunak KiCAD dan sistem sensor terdistribusi nirkabel untuk aplikasi pertanian presisi. Kata kunci: komunitas penelitian dan pengembangan, sistem embedded, robotika, sensor terdistribusi nirkabel, FPGA
1. Pendahuluan Kemandirian suatu bangsa, terutama dalam bidang teknologi, ditentukan oleh kapasitas sumber daya manusianya (SDM). SDM yang berkualitas, berwawasan keilmuan dan terampil/ahli ini salah satunya dihasilkan oleh perguruan tinggi, khususnya Universitas Diponegoro (Undip)[1]. Program Studi Sistem Komputer Undip (Siskom) sendiri telah mempunyai visi dan misi untuk menghasilkan SDM yang mempunyai kompetensi keilmuan dan keahlian di bidang teknologi sistem komputer, melalui kegiatan pendidikan, penelitian dan pengabdian masyarakat[2][3]. Salah satu bidang yang hendak disasar adalah teknologi sistem embedded dan robotika (Gambar 1). Upaya yang telah dilakukan untuk menghasilkan SDM yang kompeten dan ahli di bidang sistem embedded dan robotika dilakukan di laboratorium Sistem Embedded dan Robotika Siskom (RESLab), yaitu melalui kegiatan praktikum dan penelitian. RESLab akan mempunyai potensi yang besar untuk menghasilkan SDM yang berkualitas. Hal ini disebabkan tersedianya masukan berupa mahasiswa yang berpengetahuan. Secara alamiah, tiap tahun kemampuan dan pengetahuan mahasiswa bertambah secara dinamis seiring proses pembelajaran materi kuliah yang didapatkannya sesuai kurikulum (Gambar 2). Selain itu, adanya insentif untuk membiayai penelitian dosen yang melibatkan mahasiswa akan membuat peran laboratorium menjadi vital dalam mewujudkan satu komunitas riset dan pengembang yang unggul dan dinamis.
Visi
Menjadi Program Studi yang Unggul di bidang Sistem Komputer di Tingkat Nasional Berbasis Riset pada Tahun 2020
Misi
Menyelenggarakan pendidikan formal Strata 1 untuk menghasilkan Sarjana Teknik Komputer yang berkualitas, mempunyai keahlian dan siap bersaing di pasar kerja nasional maupun internasional, dan mampu menciptakan peluang kerja baru; Mendorong dan menumbuhkembangkan kegiatan riset di bidang Sistem Komputer dan publikasi hasil-hasil penelitian; Melaksanakan pengabdian kepada masyarakat dan mendiseminasikan perkembangan teknologi dan hasil penelitian;
(Pendidikan, Penelitian, Pengabdian Masyarakat)
Mampu mengidentifikasi, memformulasikan, dan memecahkan masalah-masalah perancangan di bidang sistem komputer ● Mampu mengimplementasikan hasil-hasil penyelesaian masalah dan wawasan yang luas dalam kehidupan bermasyarakat ● Mampu beradapatasi terhadap perkembangan teknologi informasi yang cepat dan inovasi-inovasi baru ● Mampu berkomunikasi dan bekerjasama secara efektif ● Memiliki rasa tanggung jawab dan etika profesi yang baik ●
Kompetensi Utama
Kompetensi Pendukung Sesuai Minat
Sistem Tertanam & Robotika
Jaringan & Internet
Rekayasa Perangkat Lunak
Gambar 1. Visi, misi dan kompetensi utama yang hendak disasar di Prodi Sistem Komputer, Fakultas Teknik Undip
Pertanyaan penelitian yang timbul adalah bagaimana membangun laboratorium ini sebagai wadah komunitas tersebut di atas yang dinamis, berkesinambungan dan dapat bertumbuh, baik dalam kompetensi keilmuan, penguasaan teknologi dan keahliannya? Bagaimana mengelola komunitas tersebut agar menjadi pilar dalam mewujudkan perguruan tinggi (Undip) sebagai universitas riset? Dalam makalah ini dijabarkan upaya dan hasil pengembangan komunitas riset dan pengembang di RESLab, bernama komunitas Robotic & Embedded System Research & Technology Group (RESRTG,
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
41
selanjutnya disebut grup sistem embedded). Pembahasan makalah meliputi pengenalan RESRTG, upaya pengembangan dan luaran yang telah dihasilkan oleh grup ini. Lulusan Sistem Komputer Tingkat 4 Perkuliahan
Dosen sbg Pengajar
Lulusan Sistem Komputer
Tingkat 3 Masyarakat, Komunitas Ilmiah
Praktikum Penelitian
dan teknologi yang lebih cepat dan membesar. Grup menjalin kerja sama dalam pengembangan produksolusi-sistem embedded dengan grup riset lain dan produsen mikrokontroler, FPGA, misalnya Atmel[5], Intel[6] dan Xilinx[7]. Pembentukan kluster riset-industri ini akan mempersempit kesenjangan perspektif antara penelitian-pengembangan dengan komersialisasiindustri.
Tingkat 2
Tingkat 1 Mahasiswa Baru
RTG Lain Tugas akhir Kerja praktek Perkuliahan Pelatihan/ workshop
Akumulasi dan Pengembangan Ilmu & Teknologi
Gambar 2. Proses alih ilmu dan teknologi dari dosen ke mahasiswa selama kegiatan pembelajaran
2. Grup Sistem Embedded Siskom RESLAB akan dirancang, selain sebagai tempat kegiatan praktikum, juga sebagai wadah bagi mahasiswa, dosen/peneliti untuk mengakumulasi, mengembangkan dan mendiseminasi pengetahuan dan keahlian tentang sistem embedded dan robotika. Dengan kata lain, RESLAB akan menjadi wadah komunitas dengan aktor mahasiswa, dosen/peneliti (dan industri) yang dengan pengetahuan dan keahliannya mampu mengembangkan dan memberdayakan sumber daya lokal Indonesia serta memperluas produk-produk unggulan dan menambah nilai industri [4Komunitas RESRTG yang berkembang dalam RESLAB harus bercirikan hal-hal sebagai berikut agar mampu berkesinambungan dan bertumbuh, yaitu: a. mempunyai visi, misi dan roadmap yang jelas yang berorientasi pengembangan produk, sistem dan solusi yang berbasis teknologi terbarukan (state-ofthe-art); b. mempunyai rencana kegiatan yang berorientasi pada penguasaan, pengembangan dan diseminasi pengetahuan dan keahlian, melalui kegiatan pelatihan dan workshop serta pengembangan produk dan solusi untuk memecahkan problem di masyarakat, yaitu industri, masyarakat ilmiah dan lingkungan masyarakat umumnya; c. menjadi motor dalam kluster riset dengan grupgrup riset lain baik untuk penguatan kompetensi keilmuan maupun untuk menghasilkan solusi secara multi-disiplin; d. mampu membangun kemitraan dengan industri baik dalam pengembangan bersama maupun komersialisasi hasil-hasil penelitian dan pengembangan (techno-industrial clustering); Dengan keempat hal tersebut di atas, proses internal dalam komunitas akan berjalan. Komunitas bertumbuh seiring peningkatan kapasitas keilmuan dan teknologi yang diperolehnya melalui penelitian dan pengembangan. Lulusan Sistem Komputer akan mempunyai bekal yang memadai untuk berperan serta dalam membangun kemandirian bangsa di bidang teknologi sistem embedded (Gambar 3). Selain itu, dari aktivitas grup akan terjadi putaran-putaran transfer ilmu 42
Lulusan: alumni komunitas Lulusan berkontribusi dalam mewujudkan kemandirian bangsa
Tingkat 4
Industri
Tingkat 3
Masyarakat
Tingkat 2
Tingkat 1 Akumulasi dan Pengembangan Ilmu & Teknologi
Mahasiswa Baru
Gambar 3. Komunitas yang bertumbuh dalam penguasaan, pengembangan dan pemanfaatan ilmu pengetahuan dan teknologi
3. Pengembangan Grup Kegiatan penelitian dan pengembangan RESRTG mengacu pada roadmap yang telah dirumuskan bersama dan terus berkembang (Gambar 4). Teknologi yang hendak dikuasai dan dikembangkan mengarah ke empat bidang prioritas, yaitu 1) robotika, 2) elektronika industri, 3) sensor cerdas terdistribusi nirkabel, dan 4) perangkat terprogram berbasis FPGA. Robotics and Embedded System Laboratory Roadmap 2011 - 2015 Smart Robot
Humanoid
Multirotor System
Industrial PLC
Products & Services
Supervisory PLC Smart Sensing System SoC Modules
Technology Robotics
Microcompu ter
Mobile Robot
Industrial Electronics
Remote Terminal Unit Interfacing
Smart Sensing VLSI
Lab Facilities & Infrastructures
Digital System
Remote Sensing
FPGA
Vison Robot Industrial control & supervisory system Sensing Network
Gambar 4. Roadmap Komunitas dalam Pengembangan Produk Embedded
Pengembangan di bidang robotika dilakukan untuk menghasilkan robot cerdas beroda dan berkaki, sistem tak berawak berupa multirotor dan robot humanoid. Teknologi yang perlu dikuasai adalah sistem mikrokomputer dan kontrol, kinematik dan dinamik robot serta machine vision. Pengembangan elektronika industri mempunyai sasaran untuk menghasilkan produk PLC (Programmable Logic Controller). Perangkat PLC yang dapat beroperasi di lingkungan industri (ekstrim dalam suhu, kelembaban, vibrasi) hendak dihasilkan. PLC ini mempunyai antarmuka pemrogram yang berorientasi
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Gambar 5. Papan rangkaian robot pengikut garis berbasis ATMega32A Kelembaban Suhu Unsur Hara Sensor Infrastruktur Aktuator
Akuisisi Data Kontroller
Server Web Storage SMS Server
Aktuator Sensor-Aktuator & Kontroller
Komunikasi
Aplikasi
Komunikasi
pengguna dan mengikuti standar IEC61131. Pengembangan sistem sensor cerdas berupaya untuk menghasilkan sistem monitor lingkungan meliputi suhu, kelembaban udara, intensitas cahaya dan kualitas udara. Sistem multisensor dikembangkan dengan komunikasi secara nirkabel membentuk jaringan sensor. Pengembangan divais terprogram berbasis FPGA mempunyai sasaran untuk menghasilkan modul-modul SoC (System on Chip), meliputi modul prosesor dan peripheralnya. Modul-modul tersebut dikembangkan di atas board Starter Kit Xilinx Spartan-3E[8]. Kegiatan riset dan pengembangan di RESLAB ditopang oleh sarana dan prasarana penunjang yang memadai dan terus ditingkatkan. Sarana penunjang kegiatan penelitian telah tersedia, seperti perangkat komputer kerja dengan sistem operasi Linux dan program bantu desain menggunakan komputer (EDA/CAD) yang legal, yaitu Kicad[9], untuk merancang skematik dan menghasilkan layout berupa file gerber untuk diproses menjadi papan rangkaian (PCB). Perangkat untuk perakitan dan pengujian prototipe produk juga telah tersedia, meliputi multitester, osiloskop, penguji sinyal logika dan solder smd. Pemanfaatan infrastruktur dan teknologi informasi dan komunikasi (TIK) hendak dioptimalkan untuk meningkatkan efisiensi, efektivitas dan produktivitas kegiatan RESRTG, meliputi pengembangan situs, sistem informasi laboratorium serta sistem TIK terintegrasi dan kolaboratif.
Data base CPU Ethernet
Pengguna
Gambar 6. Diagram aplikasi sistem embedded untuk pertanian presisi
4. Hasil dan Pembahasan Hingga tahun 2012, kegiatan yang telah dan sedang dilakukan untuk membangun RESRTG adalah meliputi a) pengembangan platform PLC dan perangkat lunaknya[10], b) pengembangan produk pilot berbasis mikrokontroler AVR 8-bit Atmel ATMega32A berupa robot pengikut garis (Gambar 5), serta sistem pemantau dan pengontrol cuaca (suhu, kelembaban udara dan tanah) berbasis sensor terdistribusi untuk pertanian presisi (Gambar 6), c) pengembangan modul SoC menggunakan prosesor picoblaze di atas FPGA Xilinx Spartan-3E untuk aplikasi DAC/ADC, generator dan pencacah frekuensi serta generator PWM (Gambar 7) dan d) pengembangan komputasi vision menggunakan kamera di atas board ARM 32-bit berbasis OpenCV[11]. Teknologi ini digunakan untuk robot vision menggunakan platform ROS (Robotics Operating System)[12]. Pengembangan produk dan solusi sistem embedded dan robotika di RESRTG menggunakan pendekatan topdown (Gambar 8). Metodologi desain produk tersebut mulai dari spesifikasi, perancangan skematik dan layout menggunakan program Kicad, perakitan komponen di papan rangkaian dan pemrograman produk.
Gambar 7. Aktivitas mahasiswa di RESLAB untuk mengembangkan modul SoC di FPGA
Gambar 8. Metodologi Desain Produk Mikrokomputer Berbasis Sistem Embedded
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
43
Portal web dan sistem manajemen proyek online sebagai wadah komunikasi dan informasi grup juga telah diluncurkan beralamat di http://embedded.undip.ac.id (Gambar 9). Sistem manajemen proyek diimplementasikan dengan TheBugGenie . Pengembangan infrastruktur TIK mengarah pada implementasi sistem komputasi awan untuk memberikan layanan-layanan berbasis web, ruang penyimpan data file serta sumber daya komputasi untuk lingkung pengembangan embedded Linux[13]. Luaran kegiatan juga berupa materi pelatihan pengembangan produk elektronika menggunakan Kicad sebagai skill dasar yang perlu dimiliki oleh anggota komunitas. Materi ini telah didifusikan ke siswa SMKN 4 Semarang dalam program pengabdian masyarakat. 1
Gambar 9. Situs RESLAB sebagai wadah komunikasi komunitas secara online
5. Penutup Dalam makalah ini telah dijabarkan kegiatan pengembangan RESRTG dan luaran yang telah dihasilkan. Hasil kegiatan ini menjadi milestone untuk menumbuhkan grup penelitian ini agar berkelanjutan dan berkembang. Dan selanjutnya, hal ini akan memberikan dampak secara luas untuk meningkatkan kompetensi lulusan, sehingga mampu menghasilkan produk dan solusi sistem yang dibutuhkan oleh masyarakat.
6. Ucapan Terima Kasih
[4] LPPM Undip, Buku Buku Panduan Pelaksanaan Penelitian Universitas Diponegoro Tahun 2012, 2012 [5] Situc Atmel Inc., http://www2.atmel.com/ (28 Agustus 2012) [6] Intel.com: Intel's Educational Programs, http://www.intel.com/about/corporateresponsibilit y/education/programs/index.htm (28 Agustus 2012) [7] Situs Xilinx, http://www.xilinx.com (6 September 2012) [8] Xilinx Inc., Spartan-3E FPGA Starter Kit Board (UG-230), 2008 [9] Situs Open Source Kicad, http://www.lis.inpg.fr/realise_au_lis/kicad/ (28 Agustus 2012) [10] Adian F. Rochim, Eko D. Widianto, Framework untuk Pengembangan Sistem Otomatisasi Menggunakan Programmable Logic Controller, Jurnal Sistem Komputer Vol.1 No.2 (2011). http://jsiskom.undip.ac.id/index.php/jsk/article/vi ew/16/17 s [11] Situs Komunitas OpenCV, http://opencv.willowgarage.com/ (28 Agustus 2012) [12] Morgan Quigley, Brian Gerkey, Ken Conley, Josh Faust, Tully Foote, Jeremy Leibs, Eric Berger, Rob Wheeler, Andrew Ng, ROS: an open-source Robot Operating System, 2010 [13] Eko D. Widianto, Model Cloud Komunikasi: Kasus Sistem Telepon Internet, Konferensi ICT Indonesia-eII 2010, Bandung, 2010
8. Daftar Pertanyaan 1.
2.
Kegiatan penelitian ini dibiayai dengan dana hibah kompetitif sumber dana bantuan operasional perguruan tinggi negeri (BOPTN) Undip Tahun 2012.
7. Daftar Pustaka [1] Prospektus UNDIP 2010, Meniti Jalan Menuju Universitas Kelas Dunia, 2010 [2] Kompetensi-Jurusan Teknis Sistem Komputer, http://siskom.undip.ac.id/?page_id=252 (28 Agustus 2012) [3] UU RI No.20 Tahun 2010, Sistem Pendidikan Nasional, 2010
44
3.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Penanya: Febriadi Santosa (Poltek Telkom) Pertanyaan: Bagaimana cara membuat komunitas tersebut , sinkronisasinya, serta masalah pendanaan? Jawaban: prodi berkomitmen untuk mendanai laboratorium dan berasal dari pendanaan kegiatan penelitian. Penanya: Sahrul Arif (LIPI) Pertanyaan: Embedded linux yang sudah dibuild prosesnya seperti apa? Jawaban: Embedded linux yang sudah dibuild adalah ARNA dan Cortex. ARNA tipe ROS dan Cortex digunakan untuk aplikasi yang lebih kompleks Penanya: Oka Mahendra (LIPI) Pertanyaan: Sejauhmana komunitas laboratorium berkontribusi dalam kompetisi robot ? Jawaban: mengikuti beberapa kontes robot di Indonesia seperti KRI, dsb.
Rancang Bangun Aplikasi Tuntunan Praktis P3K Pada Perangkat Bergerak Wiwin Suwarningsih Pusat Penelitian Informatika-LIPI Komplek LIPI Gd.20 Lt.3 Jl Cisitu 21/154 Bandung [email protected]
Abstract Healthy body is one that is coveted by humans, but everyone must have been sick but the risk of illness can be minimized or reduced risk preventive measures by knowing what to do. In this paper will be presented the design and development of an application that will be planted on mobile devices. This application contains practical guidance First Aid in the form of mini-applications that can display images and text. Development of applications using softwarebased open-source code to the operating system used is Android which is a system for building applications on mobile devices such as ipad, tablets and smartphones. The method used to build the application guidance First Aid uses three state model of the model that directs the user to select options by pressing the button and read the information in the application. This method is used because it has characteristics that use graphical interface, clear, simple, fast and expressive. The end result is the creation of applications expected First Aid practical guidance to facilitate the user in the event that an emergency condition. This application is expected to provide health education in terms of preventive measures to address the accident that happened around us. Keywords: First Aid Index, mobile devices, preventive measures, health education. Abstrak Kesehatan tubuh merupakan salah satu yang didambakan oleh manusia, akan tetapi semua orang pasti pernah sakit namun resiko sakit dapat diminimalkan atau dikurangi resikonya dengan cara mengetahui tindakan preventif apa yang harus dilakukan. Dalam makalah ini akan dipaparkan perancangan dan pembangunan sebuah aplikasi yang akan ditanam di perangkat bergerak (mobile device). Aplikasi ini berisi tuntunan praktis P3K (Pertolongan Pertama Pada Kecelakaan) dalam bentuk mini aplikasi yang dapat menampilkan gambar dan teks. Pembangunan aplikasi ini menggunakan perangkat lunak berbasis sumber kode terbuka dengan sistem operasi yang digunakan adalah Android yang merupakan system untuk membangun aplikasi di perangkat bergerak seperti ipad, tablet dan smartphone. Metoda yang digunakan untuk membangun aplikasi tuntunan P3K ini menggunakan three state model yaitu model yang mengarahkan pengguna untuk memilih dengan cara menekan button pilihan dan membaca informasi yang ada di aplikasi tersebut. Metoda ini digunakan karena memiliki karakteristik yang menggunakan antarmuka grafis, jelas, sederhana, cepat dan ekspresif. Hasil akhir yang diharapkan adalah terciptanya aplikasi tuntunan praktis P3K untuk memudahkan pengguna bila mengalami suatu kondisi darurat. Aplikasi ini diharapkan juga dapat memberikan edukasi kesehatan dalam hal tindakan preventif untuk mengatasi kecelakaan yang terjadi di sekitar kita. Kata kunci : Indeks P3K, mobile devices, tindakan preventif, edukasi kesehatan.
1. Pendahuluan Memiliki tubuh dan badan yang sehat seumur hidup adalah dambaan setiap orang. Namun situasi, kondisi lingkungan sekitar kita, pola hidup serta bervariasinya daya tahan tubuh seseorang terhadap penyakit membuat hal impian tersebut sulit untuk dicapai[1]. Semua orang pasti pernah sakit, namun resiko sakit dapat diminimalkan atau dikurangi resikonya. Kepekaan masyarakat Indonesia akan hal kesehatan masih kurang, ini diakibatkan karena ketidakmengertian atau ketidakpahaman masyarakat akan pentingnya kesehatan, serta kurangnya sosialisasi dari pemerintah mengenai bagaimana hidup sehat dan memelihara lingkungan sehat belum menunjukan hasil yang signifikan.
Melihat kebiasaan masyarakat saat ini seolah sudah mengabaikan dan tidak mengenal istilah sakit, karena kecenderungan bila mengalami sakit biasanya dibiarkan sembuh dengan sendirinya. Keadaan seperti inilah yang terkadang menyebabkan terjadinya musibah dan wabah yang sebenarnya dapat kita hindari. Mengapa hal ini terjadi karena pengetahuan dan informasi praktis mengenai kesehatan untuk masyarakat masih kurang. Pelayanan kesehatan masyarakat di daerah perkotaan dan pedesaan sangat jauh berbeda, sehingga menimbulkan banyak masalah dan ini menjadi pekerjaan rumah sekaligus tantangan bagi pemerintah untuk melakukan penyediaan sarana kesehatan yang seimbang antara kota dan desa. Sumber dana, sumber daya serta terbatasnya infra struktur menjadi alasan klasik bagi pemerintah sehingga ketersediaan pelayanan kesehatan tersebut hanyalah impian belaka yang tidak bisa dinikmati secara merata oleh seluruh masyarakat.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
45
Beberapa contoh masalah misalnya belum meratanya kuantitas dan kualitas pelayanan kesehatan, masih relatif tingginya angka kematian ibu melahirkan dan bayi, berbagai masalah dalam penanganan pasien tuberculosis, dan penyakit lainnya. Berdasarkan pola dan gaya hidup masyarakat tersebut maka teknologi informasi yang paling sesuai pada saat ini adalah aplikasi e-health mobile. Manfaat yang diharapkan dari penggunaan aplikasi e-health mobile sebagai perangkat edukasi kesehatan dan perangkat lunak interaktif yang difungsikan sebagai dokter pribadi guna meningkatkan efisiensi dan penurunan biaya, peningkatan kualitas pelayanan kesehatan, pembuktian melalui evaluasi medis, pemberdayaan pasien dengan pakar medis, pendidikan bagi tenaga medis dan pendidikan bagi masyarakat, perluasan ruang-lingkup pelayanan kesehatan. Tindakan preventif dan pencegahan terhadap penyakit yang diderita masyarakat semakin optimal. Aplikasi Tuntunan P3K sebagai alat bantu komunikasi penyampaian informasi dan edukasi kesehatan dengan menggunakan fasilitas telepon seluler. Telepon selular (ponsel), Ipad atau tablet adalah perangkat telekomunikasi elektronik yang mempunyai kemampuan dasar yang sama dengan telepon konvensional saluran tetap, namun dapat dibawa ke mana-mana (portabel, mobile) dan tidak perlu disambungkan dengan jaringan telepon menggunakan kabel (nirkabel; wireless). Dengan adanya aplikasi tuntunan P3K yang ditanam di perangkat bergerak (mobile device), masyarakat akan mendapatkan edukasi kesehatan yang bersifat umum dengan memanfaatkan jaringan telepon seluler yang sudah masuk ke pelosok-pelosok pulau bahkan sampai dengan tingkat desa sekalipun.
2. Struktur Aplikasi Bergerak Sebuah aplikasi di perangkat bergerak (mobile device), pada umumnya mengandung komponen antarmuka pengguna dalam lapisan presentasi, dan mungkin dapat mencakup komponen logika presentasi[2][3]. Lapisan bisnis, jika ada, biasanya akan mengandung komponen logika bisnis, setiap alur kerja bisnis dan komponen badan usaha yang diperlukan oleh aplikasi (lihat gambar.1). Lapisan data biasanya akan termasuk akses data dan komponen layanan agen. Dalam rangka meminimalkan jejak pada perangkat, aplikasi pada perangkat bergerak (mobile device), umumnya menggunakan pendekatan lapiran (layering) yang fleksibel dengan komponen diskrit yang lebih sedikit[2]. Hal-hal yang harus diperhatikan dalam merancang aplikasi bergerak adalah[3] : a. Tentukan apakah aplikasi yang dibangun sebuah aplikasi yang melayani banyak penggun atau aplikasi Internet yang membutuhkan pemrosesan lokal dan harus bekerja dalam skenario sesekali terhubung. b. Tentukan jenis perangkat yang akan mendukung dengan mempertimbangkan ukuran layar dan resolusi, karakteristik kinerja CPU, memori dan ruang penyimpanan, dan pengembangan ketersediaan alat lingkungan seperti global positioning system (GPS) atau kamera, yang dapat 46
c.
d.
mempengaruhi tidak hanya jenis aplikasi, tetapi juga pilihan perangkat yang digunakan uleh pengguna akhir. Ketika koneksi jaringan tidak diperlukan, aplikasi bergerak (mobile) harus menangani kasus ketika koneksi jaringan terputus-putus atau tidak tersedia. Desain antar muka pemakai (Grafical User Interface = GUI) yang tepat untuk perangkat bergerak (mobile), dengan mempertimbangkan kendala Platform. Perangkat mobile memerlukan arsitektur sederhana, GUI sederhana, dan keputusan desain tertentu untuk bekerja dalam batasan yang disesuaikan dengan perangkat keras.
Gambar 1. Struktur dari aplikasi mobile[2]
Desain arsitektur berlapis yang sesuai untuk perangkat bergerak dapat meningkatkan penggunaan kembali. Tergantung pada jenis aplikasi, beberapa lapisan dapat terletak pada perangkat itu sendiri[3][4]. Pertimbangkan keterbatasan sumber daya perangkat seperti baterai, ukuran memori, dan kecepatan prosesor. Setiap keputusan desain harus memperhitungkan CPU yang terbatas, memori, kapasitas penyimpanan, dan daya tahan baterai perangkat mobile.
3. Metodologi Metoda yang digunakan untuk pembangunan aplikasi ini adalah three state model yaitu model yang mengarahkan pengguna untuk memilih dengan cara menekan button pilihan dan membaca informasi yang ada di aplikasi tersebut. Metoda ini digunakan karena memiliki karakteristik yang menggunakan antarmuka grafis, jelas, sederhana, cepat dan ekspresif[2].
4. Hasil dan Pembahasan 4.1. Menata Bentuk Taksonomi Input Kinerja manusia dalam menggunakan aplikasi sangat beragam, hal ini dipengaruhi oleh pengetahuan pengguna, alat yang digunakan dan tampilan suatu aplikasi. Aplikasi yang dibangun adalah aplikasi untuk teknologi perangkat layar sentuh dengan sistem operasi Android, dimana teknologi input dapat diasumsikan bahwa abstraksi yang lebih baik adalah aplikasi yang dapat membuat pengguna merasa nyaman dan jauh dari deskripsi yang rumit.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Salah satu cara membangun aplikasi adalah dengan menata taksonomi masukan dalam bentuk diagram transisi[2][4]. Taksonomi input yang dibuat pada penelitian ini menggunakan diagram transisi. Diamana diagram transisi dapat memperlihatkan perubahan kinerja manusia dari state yang satu ke state yang lain (lihat gambar1).
ketika pengguna memilih jawaban “TIDAK”. Saat jawaban yang dibutuhkan oleh pengguna terjawab maka pengguna akan kembali ke kondisi State-1. Dimana state-1 pengguna dapat melakukan proses pelacakan dengan mencari pilihan konsultasi berdasarkan kriteria yang diinginkan pengguna. 4.2. Optimalisasi Waktu Interaksi
Lepas Layar
Diluar Jangkauan
State 0
State 1
Pelacakan
Sentuh Layar
Gambar 2. Diagram Transisi Indeks P3K Pada gambar 1 dapat dilihat bahwa awal penggunaan aplikasi didefinisikan berada di state awal yaitu state-0, kemudian pengguna memilih sesuai keinginan dengan cara menyentuh layar (tap) pada menu pilihan. Kondisi pengguna setelah menyentuh layar berada di state-1. Pada posisi state-1 ini pengguna melakukan pelacakan berupa pencarian informasi yang dibutuhkan dengan proses menggulung layar untuk membuka tampilan aplikasi. Proses selanjutnya ketika pengguna sudah mendapatkan informasi yang dibutuhkan maka pengguna keluar dari state-1 ke state-0 yang merupakan kondisi awal untuk melakukan aktifitas selanjutnya pada aplikasi. Taksonomi input untuk menu Indeks P3K hanya terdiri dari dua state yaitu state awal menentukan indeks p3k yang akan dibaca dan state-2 adalah proses pelacakan dengan membaca informasi yang ada di dalamnya. Berbeda dengan taksonomi input untuk memilih menu konsultasi (lihat gambar.2). Pada menu konsultasi ini terdapat proses tanya jawab, dimana pengguna akan terus berinteraksi sampai mencapai jawaban yang sesuai dengan pilihan pengguna. Pelacakan
Gambar 3. Diagram transisi Menu Konsultasi Berdasarkan gambar 2, state-0 tidak dilibatkan karena dianggap sudah masuk ke aplikasi, sehingga proses langsung masuk ke state-1 yang merupakan menu pilihan konsultasi. State-2.a. merupakan kondisi ketika pengguna memilih jawaban “YA” dan State-2.b kondisi
Waktu interaksi [5][6] adalah waktu yang dibutuhkan pengguna untuk berinteraksi dengan aplikasi yang menyediakan beberapa tampilan menu pilihan. Perhitungan waktu interaksi (lihat rumus.1) ini digunakan untuk seberapa besar aplikasi dapat memberikan informasi yang dibutuhkan pengguna. Sehingga pengembang dapat membuat suatu interaksi yang optimal. Cara menghitung waktu interaksi adalah jumlah kejadian dari operator yang digunakan dikali dengan jimpunan operator yang tersedia[2]. Operator disini adalah proses interaksi yang dilakukan oleh pengguna yaitu sentuh layar, gulung layar, pelacakan, pemilihan menu dan sebagainya. Tinteraksi = ∑ nop x OP
(1)
Dimana : OP = Himpunan operator yang tersedia nop = Jumlah kejadian dari Operator op, dimana op himpunan bagian dari OP. Hasil perhitungan waktu interaksi pengguna dengan aplikasi dapat dilihat pada tabel 1 berikut ini. Hasil perhitungan ini berdasarkan dari data kuisioner yang telah disebar ke pengguna pada bulan april 2012 di dua tempat yaitu kabupaten bandung dan kabupaten sukabumi. Tabel.1. Waktu Interaksi Interaksi Masuk Aplikasi Tuntunan P3K Lihat “Menu Beranda” Baca Beranda Sentuh tab “selanjutnya” Baca informasi Sentuh “Menu Indeks P3K” Memilih Indeks Baca Informasi Sentuh “Menu Konsultasi” Baca Informasi Sentuh tab “YA” atau tab “TIDAK” Baca Informasi Keluar Aplikasi
Operator Sentuh
Waktu Interaksi 0,99 detik
Lihat Baca Sentuh Baca Sentuh
1,23 detik 2,50 detik 0,99 detik
Sentuh Baca Sentuh
1,05 detik 2,34 detik 0,99 detik
Baca Sentuh
1,67 detik 0,99 detik
Baca Sentuh
3,21 detik 0,99 detik
0,99 detik
Dari tabel 1 diatas dapat dilihat bahwa waktu yang dibutuhkan pengguna untuk menggunakan aplikasi relatif kecil, karena interaksi pengguna dimudahkan dengan hanya menyentuh layar, membaca, memilih dan sentuh.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
47
4.3. Menata Layar di Perangkat Bergerak Penataan layar aplikasi tuntunan P3K ini dibuat denngan menyesuaikan perangkat bergerak yang digunakan oleh pengguna. Cara pengaturannya dibuat secara otomatis dengan menambah perintah di source code HTML dengan perintah tag yaitu lebar layar disesuaikan dengan perangkat yang digunakan. (lihat gambar 3). <meta name=”viewport” content=”width=device-width; initial-scale=1.0; maximum-scale=1.0;”> <meta http-equiv=”Content-Type” content=”text/html; charset=utf-8″ /> Gambar 3. Source Code Pengaturan Tampilan
Berdasarkan source code pada gambar 3, penataan antarmuka akan menjadi otomatis tergantung perangkat bergerak yang digunakan oleh pengguna. Sehingga pengguna akan merasa nyaman menggunakan perangkat yang mereka miliki tanpa harus mengatur tampilan.
4.c. Pengujian aplikasi di smartphone 4,5 inchi Gambar 4. Pengujian Tampilan Aplikasi di Perangkat bergerak (mobile device)
Pada gambar 4.a. dapat dilihat aplikasi tuntunan P3K yang ditanam pada perangkat eee-pad transformer 10 inch dengan versi android 3.1. , gambar 4.b. aplikasi yang ditanam di tablet samsung 7 inchi dengan versi android adalah ice cream sandwich dan gambar 4.c. aplikasi tuntunan P3K yang ditanam di smartphone 4,5 inchi dengan versi android 2.3.3. Ketiga perangkat yang digunakan untuk pengujian aplikasi tuntunan P3K ini menggunakan sistem operasi android dengan versi yang beragam, hal ini menunjukan bahwa ukuran antarmuka yang dibangun akan disesuaikan dengan ukuran layar dari perangkat yang digunakan oleh pengguna.
5. Kesimpulan 4.4. Pengujian Aplikasi Pengujian aplikasi tuntunan P3K menggunakan dua jenis perangkat mobile yaitu ipad, tablet dan smartphone (lihat gambar 4). Aplikasi tuntunan P3K ditanam di dua perangkat tersebut dan diuji dengan cara mengaktifkan aplikasi.
Pembangunan aplikasi berbasis perangkat bergerak (mobile devices) harus mengikuti struktur aplikasi agar memudahkan perancangan antarmuka dan bentuk interaksi pengguna. Metoda three state model memudahkan perancangan aplikasi tuntunan P3K menjadi aplikasi yang ditanam di perangkat bergerak. Hal ini dibuktikan dengan waktu interaksi antara pengguna dan aplikasi yang relatif singkat, serta aplikasi yang ditanam diberbagai jenis perangkat bergerak dan sistem operasi android dengan versi yang berbeda berjalan dengan baik.
6. Daftar pustaka [1]
A.C. Norris, “Essentials of Telemedicine and Telecare”, John Wiley & Sons, USA, Australia, Singapore, Canada, 2002
[2]
Buxton, W. “ Human - Computer Interaction”,- INTERACT . Amsterdam: Elsevier Science Publishers B.V, 2000
[3]
Paul Holleis, “Modelling and Developing Mobile Applications”, England, 2009 Diakses dari :http://www.comp.lancs.ac.uk/ Pada tanggal : 10 Mei 2012
[4]
Paelke, Reimann and Rosenbach, “A visualization design repository for mobile devices”. In 2nd International Conference on Computer Graphics, Virtual Reality, Visualisation and Interaction in Africa, Cape Town, South Africa, 2003.
4.a. Pengujian aplikasi di eee-pad 10 inchi
4.b. Pengujian aplikasi di tablet 7 Inchi 48
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
2. [5]
Shneiderman and Plaisant, “Designing the User Interface: Strategies for Effective Human-Computer Interaction “, Boston, MA: Pearson Addison Wesley, 2005.
[6]
------, “How to design for non-touch screen devices”, User Centric Mobile, 2009 Diakses dari : http://mashable.com/mobile-app-designtrends/. Pada Tanggal : 10 Juni 2012
7. Daftar Pertanyaan 1.
Penanya: Febriadi Santosa (Poltek Telkom) Pertanyaan: Bagaimana cara mengedit atau menambah tuntunan P3K, karena di tampilan menu tidak ada fasilitas untu menambah informasi ataupun edit informasi Jawaban: Cara menambahkan data atau mengubah data adalah dengan akses ke database yang tersimpn di website edukasi kesehatan. Mengapa demikian untuk menjaga keamanan data sehingga kmi tidak memberikan fasilitas menu edit data. Dan untuk pengguna yang membutuhkan dengan data terbaru kami menyediakan update data seperti layaknya aplikasi yang ada di android market.
Penanya: Ade Ramdan (LIPI) Pertanyaan: Apakah aplikasi ini hanya berupa launcher saja ? Jawaban: Ya, aplikasi ini hanya berupa launcher, karena bila berbentuk aplikasi yang ditanam secara keseluruhan akan membutuhkan memory database yang besar.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
49
50
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Penggunaan LabVIEW: Perancangan Exciter menggunakan VCO untuk peralatan Jamming Elan Djaelani Puslit Informatika LIPI [email protected]
Abstract The paper present LabVIEW simulation of jamming exciter. The main component of exciter is voltage controlled oscillator. The relation of input and output exciter are presented by graph and table. Input exciter are saw tooth signal, noise signal and DC voltage. Output exciter are RF frequency that sweep the frequency from f1 to f2 with f0 as center of frequency. As the performance of jamming exciter depends on center of frequency, f0 set at 30 MHz, 32,5 MHz, 35 MHz,...77,5 MHz, and 80 MHz with 2.5 MHz as frequency width. The simulation result is used to develop hardware exciter later. Keywords: simulation, exciter, LabVIEW software
Abstrak Dengan bantuan software LabVIEW telah dibuat simulasi exciter dari peralatan jamming. Exciter menggunakan komponen voltage controled oscilator sebagai komponen utamanya. Hasil simulasi berupa grafik dan tabel hubungan antara input exciter dan outputnya. Input exciter adalah sinyal gigigergaji, sinyal noise dan level tegangan DC yang dapat berubah ampiludanya. Output exciter adalah frekuensi RF , menyapu dari frekuensi f1 ke f2 dengan frekuensi tengah f0. Untuk mengembangkan kinerja dari exciter dari peralatan jamming , telah disusun spesifikasinya dengan menyusun frekuensi tengahnya adalah frekuensi sebagai berikut : 30 MHz, 32,5 MHz, 35 MHz,....77,5 MHz, dan 80 MHz. Lebar frekuensi sweeping=2,5 MHz. Disain untuk pengembangan peralatan jamming akan dipergunakan data data hasil simulasi exciter peralatan jamming. Kata kunci: simulasi, peralatan exciter, software LabVIEW
1. Pendahuluan Jamming adalah suatu istilah dimana terdapat gangguan yang mengakibatkan kemacetan pada saat penerimaan maupun pengiriman data (informasi). Penyebabnya di dalam penerimaan sinyal data biasanya adalah karena interferensi atau gangguan dari sinyal yang mempunyai frekuensi sama atau hampir sama. Terpisahnya dua prajurit TNI yang tergabung pada pasukan penjaga perdamaian PBB di Libanon atau UNIFIL dari induk pasukan pada saat melakukan pengunduran diri dari arena pertempuran antara pasukan Libanon dan Israel sesuai prosedur standar pasukan penjaga perdamaian PBB. Diantara penyebab terpisahnya kedua prajurit TNI tersebut pada proses pengunduran diri dari induk pasukannya karena adanya gangguan komunikasi (jamming) antara pusat komando Indobatt dengan pasukan yang berada di lapangan pada saat terjadinya pertempuran. Dalam perang modern mengganggu fungsi peralatan telekomunikasi musuh (jamming) adalah merupakan bagian dari perang itu sendiri, dan terbukti berdampak serius dalam suatu pertempuran seperti yang terjadi di Lebanon kemarin dimana militer Israel mampu mengganggu seluruh komunikasi milik militer Lebanon termasuk komunikasi milik TNI yang tergabung dalam UNIFIL.[1]. Pada tahun 2006 LIPI bekerja sama dengan Dinas Penelitian TNI AL, membuat peralatan jamming. Peralatan jamming tersebut telah dipergunakan di instansi
Dislitbangal dengan hasil baik dan layak dipergunakan di lingkungan TNI untuk mendukung jalannya Alutsista, serta masih bisa dikembangkan kembali dimasa yang akan datang dari segi dimensi dan kinerja.[2]. Dalam rangka penyempurnaan peralatan jamming kami membuat simulasi dengan bantuan software LabVIEW.
1.1 Exciter dari peralatan jamming Exciter dari peralatan jamming seperti pada gambar1. Vcc 1 8
V-tune
Noise Generator Sawtooth Generator
RF.Out
VCO-1
2 3 4 56 7 GND
Relay-2
Relay-1
BPF
Output
Vcc 1 V-tune
8
VCO-2
2 3 4 56 7
RF.Out
GND
Gambar 1. Diagram blok exciter dari peralatan jamming
Pada bagian ini dibangkitkan sinyal gigigergaji,sinyal noise,dan sinyal pembawa yang dibangkitkan pada voltage controled oscilator.
1.2 Generator gigi gergaji dan noise Diagram blok generator gigigergaji dan noise seperti pada gambar 2.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
51
Penguat
Astable
Attenuator
Penjumlah
Noise
Penguat
Diode Clamper Output &Atenuator
Attenuator
Gambar 2. Diagram blok generator gigi gergaji dan noise
Astable multivibrator dibentuk oleh IC LM 555,R1=R2=3K9 dan C=1nF menghasilkan hasilkan sinyal gigigergaji mempunyai frekuensi f=110KHz.[5]. Setelah melalui penguat dan dikopling capasitor sehingga hanya komponen ac yang diteruskan lalu masuk ke attenuator,yang berupa potensio multiturn 5 Kohm. Noise dibentuk oleh diode zener, lalu diperkuat ,dikopling capasitor lalu masuk ke attenuator, yang berupa potensio multiturn 5 Kohm. Kedua sinyal digabung oleh rangkaian penjumlah. Bagian akhir adalah rangkaian diode clamper,dimana dapat menambahkan tegangan DC pada sinyal yang dihasilkan generator. Output generator gigigergaji dan noise masuk ke bagian VCO. Sistem Exciter
Driver Amplifier
Power Amplifier
Sistem Antena
Power Supply
Gambar 3. Blok diagram peralatan jamming
simulasi diantaranya dapat menghemat waktu ,dengan cara mencoba berbagai input yang bervariasi , mengkorekasi kesalahan perhitungan,simulasi ini dapat dijalankan kembali dan dihentikan [3] VCO adalah osilator yang menghasilkan frekuensi output jika inputnya mendapatkan tegangan , dan jika tegangan berubah maka frekuensi outputnya berubah.Generator gigigergaji dan noise mempunyai output sinyal noise,gigigergaji yang amplitudanya bisa diatur dengan mengeset attenuator.Pengaturan sinyal gigigergaji akan mengubah lebar sweeping ,pengaturan diode clamper akan menggeser frekuensi center. Output exciter ini masuk kepada input driver amplifier, diteruskan ke power amplifier dan terakhir masuk ke system antena., lihat gambar 3.
1.4 Software LabVIEW LabVIEW telah banyak digunakan oleh para mahasiswa dan peneliti diperguruan tinggi dan juga oleh para perancang diindustri. LabVIEW adalah salah satu bahasa pemograman komputer grafik yang menggunakan icon-icon sebagai pengganti teks dalam membuat aplikasi. Program ini adalah salah satu produk keluaran National Instrument. Berbeda dengan pemograman berbasis teks dimana instruksi-instruksi menentukan eksekusi program, LabVIEW terdiri dari tiga komponen, yaitu : 1. Front panel, merupakan user interface. 2. Block diagram, terdiri dari sumber-sumber grafik yang mendefinisikan fungsi-fungsi dari VI. 3. Icon dan connector panel, mengidentifikasi suatu VI sehingga bisa digunakan pada VI yang lain. VI yang terdapat pada VI lain disebut dengan sub VI.[4],[5].
1.3 Simulasi Peralatan jamming yang telah dibuat,ada circuit digramnya dan tentu dapat dibuatkan model dari sistemnya.Model tersebut disimulasikan dan dilanjutkan dengan pelaksanaan eksperimen terhadap model untuk mempelajari perilaku system.[2]. Salah satu keuntungan
2. Simulasi LabView Front Panel dan Blok Diagram Simulasi seperti pada gambar 3 dan gambar 4.
Gambar 3 Front Panel Simulasi
52
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Gambar 4. Blok Diagram Simulasi
2.1 Hasil Simulasi 2.1.1 Hasil Simulasi dalam grafik Bentuk sinyal noise, sinyal gigigergaji,sinyal gabungan keduanya dan bentuk output voltage controlled oscillator sperti pada Gambar 5, Gambar 6, Gambar 7 dan Gambar 8.
Gambar 7. Bentuk sinyal gabungan gigi gergaji dan sinyal noise
Gambar.5. .Bentuk sinyal noise
Gambar 8. Output voltage controlled oscillator, sinyal gigi gergaji 0 volt, sinyal noise 0 volt, dan tegangan DC 7 volt
Gambar 6. Bentuk sinyal gigi gergaji
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
53
2.1.2 Hasil Simulasi dalam tabel
2.3 Hasil Simulasi
Tabel 1. Sinyal noise, sinyal gigi gergaji, tegangan diode clamp, Frekuensi VCO-1. Sinyal Sinyal Tegangan Frekuensi noise gigi gergaji DC VCO [volt] [volt] [volt] [MHz]
Input VCO yang terdiri dari sinyal noise,sinyal gigi gergaji dan tegangan DC diode clamp,menghasilkan output VCO yang berupa sweeping frequensi antara f1 sampai f2 dengan frekuensi tengah f0.dan output ini yang dikenal sinyal jamming. Untuk sinyal gigi gergaji antara +3,8 V sampai – 3,8 V pada table 1 didapatkan frekuensi VCO 61,40773 MHz sampai dengan 45,54883 MHz. Untuk sinyal gigi gergaji antara +3,4 V sampai – 3,96 V pada table 2 didapatkan frekuensi VCO 81,54941MHz sampai dengan 53,92379MHz. Untuk tegangan DC diode clamp dari table 3, tegangan 0 V sampai 10 V, didapat frekuensi VCO antara 39.83000 MHz sampai 82.53000 MHz.
2.4 Kesimpulan Simulasi Exciter dari peralatan jamming dapat dibuat simulasinya dengan bantuan software LabVIEW. Hasil hasil simulasi dapat digunakan perancangan Exciter,sehingga didapatkan kinerja yang lebih baik.
3. Perancangan Exciter 3.1 Spesifikasi exciter yang diinginkan Exciter yang diinginkan mempunyai spesifikasi sebagai berikut: a. Freq Center:30 MHz,32,5 MHz,35 MHz,...77,5 MHz,dan 80 MHz. Frek center dapat dipilih. b. Lebar frekuensi sweeping =2,5 MHz. Lebar freq sweeping seperti diatas atau kelipatan.
3.2 Metodolgi penelitian a. Pelajari exciter peralatan jamming,dengan komponen utama VCO dan inputnya sinyal gigigergaji ,sinyal noise dan sinyal DC. b. Membuat simulasi exciter peralatan jamming dengan bantuan LabVIEW. c. Pelajari hasil simulasi. d. Pelajari rangkaian generator gigigergaji , generator noise dan tegangan DC diode clamping. e. Untuk deviasi frequensi sweeping, dengan mengatur tegangan output generator gigigergaji. f. Untuk menentukan frekuensi center ,dengan mengatur tengan dari DC diode clamper. 8. Frequensi sinyal gigigergaji ditentukan tetap 110 KHz.
4. Hasil dan pembahasan Dari hasil percobaan untuk mendapatkan deviasi sweeping 2,5 MHz,didapat tegangan gigigergaji 1,4 Volt.Gelombang gigigergaji dari -1,4 v bergerak ke + 1,4 volt , lalu pindah ke -1,4 volt dan seterusnya. Untuk menentukan frekuensi center ,pada sinyal gigigergaji 1,4 volt, lalu membuat percobaan lagi dengan mencoba tegangan tegangan DC. Hasil percobaan dapat dilihat pada tabel 4. Percobaan bisa dilakukan terus,sehingga didapatkan hasil yang mendekati spesifikasi seperti bagian 3.1
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Tabel 4. Sinyal noise,sinyal gigigergaji, tegangan diode clamp, Frekuensi VCO-2
Hasil simulasi dapat membantu perancangan exciter jamming (seperti pada bagian 3.1) Tahap pertama dapatkan nilai tegangan gigigergaji supaya deviasi sweeping 2,5 MHz. Pada percobaan hasilnya tegangan gigigergaji 1,4 volt. Tahap berikutnya untuk nilai tegangan gigigergaji 1,4 volt,coba nilai tegangan DC sehingga dipatkan nilai frekuensi center seperti pada bagian 3.1.
[8] ______, Datasheet: Rev. LM555/NE555/SA555, “Single Timer”, www.alldatasheet.com/datasheetpdf/pdf/53587/FAIRCHILD/LM555.html, (Diakses 10 September 2012). [9] ______, Datasheet: Rev. CD4066BC, CD4066BC Quad Bilateral Switch, Fairchild Semiconductor, 2005. [10] ______, Datasheet: Rev. TL074 TL074A – TL074B, “Low Noise J-Fet Quad Operational Amplifiers”, www.alldatasheet.com/datasheetpdf/pdf/25382/STMICROELECTRONICS/TL074. html, (Diakses 10 September 2012). [11] ______, Datasheet: Rev. LM386, LM386 Low Voltage Audio Power Amplifier, Literature Number: SNAS545A, National Semiconductor, Texas Instruments, 2000. [12] Ahmad Jiswari,Nihad Dib,”GSM 900 Mobile Jammer, Electrical Engineering Departement,Jordan University Of Science and Technology. [13] Mini Circuits,VCO type POS 50,POS 100. [14] Elan Djaelani,Daday Ruhiat,”Pembuatan Exciter Untuk Perangkat Pemancar Jamming”,Prosiding Seminar Radar NasionalI, Jakarta.2008.
(http://www.tni.mil.id) Rusmana, ”Letter of Statement”,Institution Research and Development, Headquarter of Navy,2009. Shannon,RE,”Systems simulation and Art and Science,Prentice-Hall,Englewood Cliff,NJ,1975.. Thomas J Kakiay,”Basic theory queue for real life”,Yogya Andi,2004. Elan Djaelani,”Simulation Osilator Blocking as Sensor Level by using LabVIEW.”,Journal INKOM,2012. Lisa K.Wells,” Student Edition User’s Guide”,LabVIEW National Instruments,1994 Elan Djaelani,Nina Siti Aminah,Ridodi Anantaprama,”Simulation of exciter from device jamming by using LabVIEW”,International Journal of Basic and Applied Science,Vol 01,No.02 Oct 2012.,P-issn 2301-4458,E-ISSN 2301 -8038.
1.
2.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Penanya: Indera Wibawa (PT LEN) Pertanyaan: Hubungan antar fluktuasi gigi gergaji dengan frequensi output? Jawaban: dari referensi, dapat dilihat bahwa kenaikan pada gigi gergaji akan mengakibatkan kenaikan pada frekuensi output. Sebaliknya, penurunannya akan mengembalikan frekuensi output ke state awal. Pertanyaan: Apa pengaruh apabila jammer memiliki power yang lebih kecil dari TX Jawaban: jammer hanya terhubung ke RX, sehingga tidak berpengaruh Penanya: Efendi (LIPI) Pertanyaan: Apa akan mengganggu frekuensi yang lain? Jawaban: hanya 30mHz – 80 mHz menggunakan Direction Filter
55
56
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Abstract Information and communications technology now plays a very important role in our daily lives. Needs for the latest information and communication is an absolute thing in this era of almost online now. Pusat Penelitian Informatika LIPI with products integrated weather station sites can provide information on the state of the weather at a place with realtime. Readings weather sensors on weather stations can be displayed on the web and accessed online. So that it can facilitate the user when to take the data from weather stations that have been installed. By using the weather stations of LIPI that integrated online local governments become quite helped because information about rainfall and possible flooding can be detected early. Keywords: online weather station, realtime, Cilengkrang, rainfall
Abstrak Teknologi informasi komunikasi saat ini memegang peranan yang sangat penting dalam kehidupan kita sehari-hari. Kebutuhan masyarakat akan informasi dan komunikasi yang terkini merupakan suatu hal yang mutlak di jaman yang serba online saat ini. Pusat Penelitian Informatika LIPI dengan produk stasiun cuaca yang terintegrasi secara web dapat memberikan informasi mengenai keadaan cuaca pada suatu tempat dengan realtime. Hasil pembacaan sensor-sensor cuaca pada stasiun cuaca tersebut dapat di tampilkan pada web dan di akses secara online. Sehingga hal ini dapat memudahkan pengguna ketika ingin mengambil data-data dari stasiun cuaca yang telah terpasang. Dengan menggunakan stasiun cuaca LIPI yang terintegrasi secara online tentunya pemerintah setempat menjadi cukup terbantu karena informasi mengenai curah hujan dan kemungkinan banjir dapat di deteksi lebih dini. Kata kunci: stasiun cuaca online, realtime, Cilengkrang, curah hujan.
1. Pendahuluan Data curah hujan sangat diperlukan dalam setiap analisis hidrologi, terutama untuk menghitung debit kemungkinan banjir baik secara empiris maupun model matematis. Hal tersebut disebabkan karena data debit untuk selang waktu pengamatan yang cukup panjang belum dapat diperoleh atau tidak ada. Curah hujan sebesar 1 mm artinya adalah “tinggi” air hujan yang terukur setinggi 1 mm pada daerah seluas 1 m2 (meter persegi). Artinya “banyaknya” air hujan yang turun dengan ukuran 1 mm adalah 1 mm x 1 m2 = 0,001 m3 atau 1 liter.Jadi misal suatu daerah pada suatu hari memiliki curah hujan sebesar 8000 mm, dan wilayah itu memiliki luas 100 km2, maka jumlah air yang “turun” di daerah itu adalah 8000 mm x 100 km2 = 8 x 1011 liter. Jika air sebanyak itu jatuh ke bumi dan tidak langsung mengalir atau meresap ke dalam tanah, maka dapat diperkirakan berapa luas daerah yang tergenang air itu. Sebagai contoh : luas wilayah yang tergenang air setinggi rata-rata 1 meter di area hujan tadi adalah 8 x 1011 liter / 1 m = 8 x 108 m2 = 800 km2. Curah hujan dihitung harian, mingguan, hingga tahunan, sesuai kebutuhan. Pembangunan Saluran Drainase, selokan, irigasi, serta pengendalian banjir selalu menggunakan data curah hujan ini, untuk mengetahui berapa jumlah hujan yang pernah terjadi di suatu tempat, sebagai perkiraan pembuatan besarnya
saluran atau sarana pendukung lainnya saat hujan sebesar itu akan datang lagi dimasa mendatang. Sebagai contoh, rata-rata curah hujan di Indonesia adalah 2000-3000 mm/tahun (artinya kalau air hujan "dikumpulkan" selama satu tahun akan setinggi 2-3 meter!). Curah hujan tertinggi ada di daerah Jawa Tengah Baturaden sebesar 7069 mm/thn, dan curah hujan terendah ada di daerah Palu, Sulawesi tengah sebesar 547mm/tahun.[1] Intensitas curah hujan dapat dikelompokkan menurut tingkat presipitasi: a. Gerimis : ketika tingkat presiptasinya < 25 millimetre (0.98 in) per jam. b. Hujan sedang : ketika tingkat presiptasinya antara 25 millimetre (0.98 in) – 76 millimetre (3.0 in) atau 10 millimetre (0.39 in) per jam. c. Hujan deras : ketika tingkat presiptasinya > 76 millimetre (3.0 in) per jam, atau antara 10 millimetre (0.39 in) dan 50 millimetre (2.0 in) per jam. d. Hujan badai : ketika tingkat presiptasinya > 50 millimetre (2.0 in) per jam.
2. Dasar Teori 2.1 Sensor Curah Hujan Pada kegiatan ini perangkat sensor penakar hujannya menggunakan Tipping Bucket. Dimana pada saat bucketnya saling berjungkit, secara elektrik terjadi kontak dan menghasilkan keluaran nilai curah hujan.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
57
Penakar hujan t ype tipping bucket, nilai curah hujannya t iap bucket berjungkit tidak sama, serta luas permukaan corongnya beragam tegantung dari merk pembuatnya. Jadi dalam kita mengoperasikan penakar hujan jenis tipping bucket, kita harus pula mengetahui secara teliti dasar dari perhitungan data yang dihasilkannya.[2]
= 0,006285 L = 6,285 mL
2.2 Sensor Metpak Metpak Pro merupakan sensor cuaca yang dapat mengukur beberapa parameter yaitu, kecepatan angin, arah angin, temperatur udara, kelembaban udara, tekanan udara dan titik embun. Gambar dari sensor Metpak Pro dapat dilihat pada gambar 3.
Gambar 1. Sensor curah hujan
Gambar 1. adalah gambar dari sensor curah hujan yang digunakan pada kegiatan ini. Diameter dari tabung sensor curah hujan tersebut adalah 20 cm atau 200 mm. Sedangkan bagian dalam dari tabung sensor ini dapat dilihat seperti pada gambar 2. yaitu gambar penakar hujan Tipping Bucket elektrik.
Gambar 2. Penakar hujan Tipping Bucket elektrik
Gambar 3. Sensor Metpak_Pro [3]
Fitur-fitur sensor metpak pro diantaranya: Pengukuran kecepatan angin, arah angin, kelembaban udara, tekanan udara, titik embun, input PRT untuk tambahan sesor suhu, input digital untuk tipping bucket curah hujan [3] Spesifikasi sensor metpak pro :[3] Parameters - Met : Wind Speed & Direction, Temperature, Humidity, Barometric Pressure, Dew Point Wind Speed Range : 0-60m/s (134 mph) Wind Direction Range : 0-359º - No dead band Relative Humidity Range : 0 to 100% RH Barometric Pressure Range : 600 to 1100 hPa Dew Point Resolution : 0.1ºC (0.1ºF) Digital Output : RS232, RS422, RS485* or SDI-12 (user selectable)
2.3 ATMega8535 Nilai tiap jungkit / tip bucket dari sensor yang digunakan pada kegiatan ini adalah 0,2 mm dan volume air yang dituangkan untuk menjungkitkan bucket sesaat setelah airnya tercurah semua yaitu 6,285 mL. Angka ini didapat dari perhitungan sebagai berikut :
Diameter tabung (d) = 200 mm, atau jari-jari (r) = 100 mm, Tinggi(t) = 1 mm. Volume = 22/7 x 10000 x 1 = 31428,571 mm3 Karena 1 jungkit = 0,2 mm, maka volume tabung harus dibagi dengan 5 : Volume = 31428,571/5 = 6285,7143 mm3 58
Mikrokontroler ATMega8535 merupakan mikrokontroler 8-bit teknologi CMOS dengan konsumsi daya rendah yang berbasis arsitektur enhanced RISC AVR. Dengan eksekusi instruksi yang sebagian besar hanya menggunakan satu siklus clock, ATMega 8535 mencapai throughput sekitar 1 MIPS per MHz yang mengijinkan perancang sistem melakukan optimasi daya versus kecepatan pemrosesan.[4] ATMega8535 menyediakan fitur-fitur: 8K byte memori In-System Programmable Flash dengan kemampuan Read-While-Write, 512 byte EEPROM, 512 byte SRAM, 32 saluran I/O untuk keperluan umum, 32 register GPR, tiga buah flexible Timer/Counter dengan compare mode, interupsi internal dan aksternal, serial
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
programmable USART, satu byte diarahkan untuk Twowire Serial Interface, 8-kanal ADC 10 bit dengan optional differential input stage dengan programmable gain untuk kemasan TQFP, sebuah programmable Watchdog Timer dengan Internal Oscillator, sebuah SPI serial port dan enam software selectable power saving modes.[4]
a. b.
c. d.
3. Metodologi dan Perancangan 3.1 Metodologi Pelaksanaan 3.1.1 Lokasi Kegiatan Lokasi yang dipilh untuk kegiatan ini adalah di Kecamatan Cilengkrang Kabupaten Bandung Jawa Barat 3.1.2 Fokus Kegiatan Kegiatan ini diarahkan untuk menghasilkan alat pengukur curah hujan yang handal sehingga dapat digunakan sebagai acuan informasi keadaan curah hujan di lingkungan sekitar. Dengan adanya informasi yang akurat diharapkan industri yang bergantung dengan faktor curah hujan akan lebih optimal dalam proses produksinya.[1] 3.1.3 Ruang Lingkup a. Implementasi alat pengukur curah hujan dilakukan di kecamatan Cilengkrang kabupaten bandung b. Alat pengukur curah hujan ini dilengkapi dengan lima buah sensor cuaca yaitu kecepatan angin, arah angin, temperatur udara, kelembaban udara dan titik embun. c. Penggunaan alat ini dibatasi hanya untuk mencakup wilayah kecamatan Cilengkrang 3.1.4 Bentuk Kegiatan a. Survey lokasi tempat yang akan ditentukan untuk pemasangan sensor dan peletakan server. b. Instalasi dan konfigurasi perangkat keras serta perangkat lunak. Perangkat keras yang digunakan di sini yaitu satu buah server dan satu set sensor cuaca yang terpasang secara outdoor. Sedangkan perangkat lunak yaitu instalasi program-program yang akan digunakan dalam pembuatan server dan aplikasi pada web. c. Ujicoba kinerja sistem untuk kemudian dilakukan evaluasi dan konfigurasi hingga sistem dapat berjalan optimal dan handal. d. Alih teknologi dari peneliti kepada pengguna, yaitu masyarakat setempat dan aparat pemerintahan Kecamatan Cilengkrang. Alih teknologi dalam hal ini adalah pelatihan pengoperasian dan pemeliharaan alat serta serah terima satu set perangkat Alat Pengukur Curah Hujan Online yang telah terpasang dan dapat beroperasi serta termonitor secara waktu nyata melalui web.[1]
3.2 Perancangan
e.
Sensor curah hujan, sebagai masukan parameter curah hujan Sensor Metpakpro, sebagai masukan parameter temperature udara, tekanan udara, kelembaban udara, titik embun, arah angin dan kecepatan angin Mikrokontroler, sebagai pembaca pulsa-pulsa dari sensor curah hujan Converter RS-232 to RS-485, sebagai pengubah sinyal RS-232 menjadi sinyal RS-485 Server, sebagai pengumpul data
Gambar 4. Adalah desain sistem dari alat pengukur curah hujan online yang dipasang di kecamatan Cilengkrang. Alat tersebut terbagi dari dua bagian yaitu pertama adalah sensor metpak dan sensor curah hujan juga sebuah kotak yang berisi modul-modul elektronik yang akan dipasang diluar ruangan. Sensor-sensor tersebut dipasang pada satu tiang. Bagian kedua adalah komputer server dan sebuah kotak yang berisi power supply dan converter sinyal RS-232 to RS-485. Kotak ini dipasang di dalam ruangan berdekatan dengan server yang berfungsi untuk membaca data curah hujan dan data dari sensor Metpak.
Gambar 4. Desain system alat pengukur curah hujan online
Data-data tersebut dapat diakses oleh masyarakat melalui jaringan internet. Tentunya melalui data yang mereka lihat nantinya mereka juga dapat mengambil suatu kesimpulan apakah curah hujan yang dialami pada daerah mereka dapat menimbulkan banjir atau tidak. Konfigurasi perangkat keras untuk alat pengukur curah hujan ini dapat dilihat seperti pada gambar 5. Output dari sensor metpak berupa data temperature udara, kelembaban udara,titik embun, arah angin dan kecepatan angin. Data-data tersebut dikirimkan dari sensor metpak menggunakan komunikasi serial RS-232. Modul mikrokontroler berfungsi untuk menghitung banyaknya pulsa dari sensor curah hujan. Pada saat turun hujan maka air hujan akan masuk ke sensor curah hujan dan akan mengaktifkan switch yang ada pada sensor curah hujan tersebut dan menghasilkan pulsa ON/OFF yang akan dihitung oleh mikrokontroler. Kecepatan ON/OFF switch tersebut ditentukan oleh besar kecilnya hujan yang turun. Data curah hujan akan dikirimkan oleh mikrokontroler ke komputer server melalui komunikasi serial RS-232.
3.2.1 Perancangan dan Implementasi Hardware Perancangan hardware alat pengukur curah hujan online ini merupakan sebuah system yang terbagi dari beberapa bagian, yaitu :
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
59
Gambar 5 Konfigurasi perangkat keras APCH
Gambar 7. Panel depan kotak modul converter RS-232 to RS-485 dan power supply
Jarak dari sensor curah hujan dan sensor metpak ke komputer server lebih dari 50 meter sehingga supaya data dari sensor-sensor tersebut bisa sampai ke komputer server dengan baik maka diperlukan modul konverter RS-232 ke RS-485. Dibagian komputer juga perlu dipasang konverter yang sama yaitu untuk merubah sinyal RS-232 ke RS-485. Karena pada komputer server tidak ada port RS-232 maka diperlukan modul konverter RS-232 ke USB.
Gambar 7. Adalah foto panel depan dari kotak alat pengukur curah hujan yang berisi modul elektronik converter sinyal RS-232 to RS-485 dan sebuah power supply switching. Pada panel depan ini hanya terdapat satu buah lampu led untuk indikator bahwa sistem curah hujan sedang ON.
Gambar 6. Modul Converter RS-232 to RS-485 dan power supply
Gambar 6. Adalah modul converter RS-232 to RS485 yang sudah dirakit dan ditempatkan dalam sebuah kotak bersama-sama dengan modul power supply. Modul ini ditempatkan di dalam ruangan dekat dengan komputer server. Data dari sensor curah hujan maupun dari sensor metpak yang terdiri dari data suhu, kelembaban udara, titik embun, arah angin dan kecepatan angin akan diterima dahulu oleh modul ini sebelum diterima dan diproses oleh komputer server. Fungsi dari modul converter ini adalah untuk mengubah sinyal RS-232 menjadi sinyal dengan level RS-485 atau sebaliknya yaitu dari sinyal RS-232 menjadi sinyal RS485. Ada dua buah modul converter RS-232 to RS-485 yang dirakit pada kotak ini, yang kesatu digunakan untuk melakukan komunikasi antara komputer server dengan sensor curah hujan, dan yang kedua digunakan untuk komunikasi antara komputer server dengan sensor metpak. Untuk mengaktifkan kedua modul konverter tersebut diperlukan tegangan DC 12V yang dihasilkan oleh power supply. Tegangan DC 12V dari modul power supply ini akan digunakan juga untuk mengaktifkan modul-modul lainnya yang dirakit pada kotak outdor yaitu kotak yang dipasang pada tiang di luar ruangan.
60
Gambar 8. Kotak outdor
Gambar 8. Adalah kotak yang dipasang diluar ruangan yang berisi modul-modul elektronik seperti modul mikrokontroler, dua buah converter RS-232 to RS-485 dan modul lampu flasher yang digabungkan dengan bagian distribusi tegangan DC.
Gambar 9. Modul mikrokontroler ATMega8535
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Modul mikrokontroler berfungsi untuk menghitung banyaknya pulsa dari sensor curah hujan. Mikrokontroler yang digunakan untuk keperluan ini menggunakan mikrokontroler AVR ATMega8535 buatan Atmel. Gambar 9. adalah gambar modul mikrokontroler ATMega 8535 yang dibuat sendiri di laboratorium Bidang Komputer. Ada dua buah modul converter RS-232 to RS-485 yang dipasang pada kotak ini, modul converter yang kesatu digunakan untuk mengubah sinyal RS-232 yang berasal dari mikrokontroler menjadi sinyal RS-485 yang akan dikirimkan ke server. Modul converter yang kedua berfungsi untuk mengubah sinyal RS-232 yang berasal dari sensor Metpak yaitu untuk mengukur kecepatan angin, arah angin, temperatur, kelembaban udara, tekanan udara dan titik embun (dewpoint) yang selanjutnya data-data tersebut dikirimkan ke server yang ditempatkan di dalam ruangan.[1] Data curah hujan dan data cuaca lainnya dibaca oleh komputer server setiap satu menit sekali.
Gambar 10. Adalah foto alat pengukur curah hujan (APCH) yang sudah terpasang di lokasi kecamatan Cilengkrang. Untuk memasang sensor curah hujan dan sensor metpak yang didalamnya terdapat sensor suhu, kelembaban udara, titik embun, arah angin dan kecepatan angin perlu dipilih lokasi yang baik dan memenuhi persyaratan yaitu tidak boleh terhalang atau tertutup oleh bangunan maupun pepohonan, selain itu juga perlu diperhatikan masalah perawatan dan keamanannya. Untuk hal tersebut maka di kecamatan Cilengkrang telah dipilih dan ditentukan lokasi untuk pemasangan sensor-sensor tersebut yaitu didepan kantor kecamatan Cilengkrang
3.2.2 Perancangan Software Sistem operasi yang dipasang pada komputer server menggunakan Linux, sedangkan untuk program pengumpulan data menggunakan bahasa C. Aplikasi web yang dipakai menggunakan PHP dan untuk database menggunakan MySQL. Untuk modul mikrokontroler pemrogrammannya menggunakan bahasa C-AVR ATMega8535.[5]
4. Hasil Kegiatan Hasil dari kegiatan ini adalah sebuah prototype alat pengukur curah hujan yang dilengkapi dengan sensor metpak untuk mengukur temperatur udara, tekanan udara, kelembaban udara, titik embun, arah angin dan kecepatan angin yang sudah dipasang di kecamatan Cilengkrang kabupaten Bandung. Alat ini dapat diakses secara online oleh seluruh lapisan masyarakat sehingga diharapkan dengan adanya informasi mengenai curah hujan dapat meningkatkan kewaspadaan masyarakat akan bahaya banjir.
Gambar 11. Contoh data hasil pengukuran curah hujan
Contoh data hasil pengukuran curah hujan dapat dilihat seperti pada gambar 11. Karena tidak terjadi hujan maka datanya masih menunjukkan angka 0.00000
Gambar 12. Sistem dash board stasiun cuaca kecamatan Cilengkrang
Data-data cuaca yang diukur oleh alat pengukur curah hujan di kecamatan Cilengkrang dapat diakses melalui internet. Gambar 12. Adalah gambar sistem dash board yang telah dibuat untuk menampilkan data-data cuaca tersebut yaitu data curah hujan, temperatur udara, tekanan udara, kelembaban udara, titik embun, kecepatan angin dan arah angin.
5. Kesimpulan
Gambar 10. Alat pengukur curah hujan di lokasi kecamatan Cilengkrang
Hasil dari kegiatan ini telah menghasilkan sebuah prototype alat pengukur curah hujan yang dilengkapi dengan sensor Metpak Pro yang dapat mengukur arah dan kecepatan angin, suhu udara, kelembaban udara,
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
61
tekanan udara dan titik embun. Sistem ini sudah berfungsi dengan baik dimana data-data hasil pengukurannya sudah dapat diakses oleh masyarakat yang membutuhkan data-data tersebut melalui jaringan internet.
7.
Daftar Pertanyaan 1.
6. Daftar Pustaka [1] Laporan Akhir PKPP,Implementasi Alat Pengukur Curah Hujan (APCH) di Kecamatan Cilengkrang kabupaten Bandung,2012 [2] Baskoro, Adi Pranata, “Sensor Curah Hujan”, http://ml.scribd.com/doc/24477597/Sensor-CurahHujan, (Diakses 10 September 2012) [3] User Manual MetPakPro Weather Station, Gill Instruments Ltd., 2011. [4] Syahrul, Mikrokontroler AVR ATMega8535, Informatika, Bandung, 2012 [5] M.Ary Heryanto, ST. dan Ir. Wisnu Adi P., Pemrogramman Bahasa C untuk Mikrokontroler ATMEGA8535, Andi, 2008.
62
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Penanya: Oka Mahendra (LIPI) Pertanyaan: Apakah data langsung keluar dalam RS-232? Jawaban: ya, data sudah dikeluarkan dalam format RS232.
Implementasi Qt Embedded Linux pada SBC Alix 3d3 sebagai Antarmuka Grafis Stasiun Cuaca Nirkabel Ana Heryana1), Sahrul Arif2), Lintang Dwi F.3) Pusat Penelitian Informatika LIPI [email protected]), [email protected]), [email protected])
Abstract Qt Embedded Linux is a framework that often used to develop multi-platform software. Qt Embedded Linux framework provides various libraries which are very easy to use and to port to various system using cross-compiler. Cross-compiler used in this research was i586-unknown-Linux-gcc-uclic. Qt Creator & Designer layout used in the design stage of the application and scripting application program. All the Qt libraries that deployed in the SBC provided during the processes of rootfile system compilation. Graphical user interface applications for wireless weather stations that have been compiled with a cross-compiler, then run on Alix 3d3 SBC that features a VGA port. Keywords: Qt Embedded Linux, Graphical User Interface Application, SBC Alix 3d3
Abstrak Qt Embedded Linux merupakan salah satu framework yang sering dimanfaatkan untuk mengembangkan perangkat lunak multi-platform. Framework Qt Embedded Linux menyediakan berbagai library yang sangat mudah untuk digunakan dan diporting keberbagai sistem dengan memanfaatkan cross-compiler. Cross-compiler yang diperlukan pada penelitian ini yaitu i586-unknown-Linux-uclic-gcc. Qt Creator & Designer digunakan pada tahapan perancangan layout aplikasi dan pembuatan skrip program aplikasi. Semua Qt library yang akan dideploy di SBC disediakan pada proses kompilasi rootfile system. Aplikasi antarmuka grafis stasiun cuaca nirkabel yang telah dikompilasi dengan cross-compiler, selanjutnya dijalankan pada SBC Alix 3d3 yang memiliki fitur port VGA. Kata kunci: Qt Embedded Linux, aplikasi antar muka grafis, SBC Alix 3d3
2. Dasar Teori 1. Pendahuluan Sistem operasi Linux Embedded pada perangkat komputer papan tunggal (Single Board Computer - SBC) dapat menjadikan sistem lebih berdaya guna. Hal tersebut dikarenakan fitur-fitur yang disertakan dapat disesuaikan dengan kebutuhan. Penyesuaian fitur sistem operasi Linux Embedded dimungkinkan karena tersedia sebagai sistem operasi berlisensi kode terbuka (open source software). Pada kegiatan penelitian sebelumnya telah dihasilkan sebuah sistem operasi Linux Embedded yang diperuntukkan pada SBC PC Engine Alix 3d series. Sistem operasi yang dihasilkan belum disertai dengan fitur antarmuka grafis. Antarmuka grafis diperlukan karena perangkat SBC tersebut akan dimanfaatkan sebagai perangkat penampil aplikasi monitoring cuaca. Qt Embedded Linux menyediakan berbagai fitur yang diperlukan dalam mengembangkan aplikasi berbasis grafis pada lingkungan sistem operasi Linux Embedded. Namun sebelumnya perlu dilakukan berbagai penyesuaian lingkungan sistem operasi yang meliputi konfigurasi ulang kernel dan kompilasi berbagai library Qt Embedded Linux. Library Qt Embedded Linux selanjutnya akan disertakan sebagai bagian dari image root filesystem pada sistem operasi Linux Embedded. Pengembangan aplikasi monitoring cuaca menggunakan Qt Creator dan dikompilasi dengan menggunakan cross-compiler. File binary selanjutnya dideploy pada perangkat SBC.
Perangkat embeddedd telah menjadi salah satu teknologi yang mendukung berbagai kehidupan manusia saat ini. Pemanfaatannya mencakup berbagai aspek kehidupan, seperti kesehatan, transportasi, telekomunikasi, industri, permainan, dan lain-lain. Sayangnya belum banyak perangkat embedded yang dibuat di Indonesia baik perangkat keras maupun perangkat lunaknya. Sebuah perangkat embedded, selain dituntut menghasilkan kinerja yang baik juga harus memiliki antar muka dengan pengguna yang menarik. Saat ini komunitas pengembang perangkat lunak open source telah banyak mengembangkan berbagai antar muka grafis yang digunakan pada komputer desktop maupun server. Kendalanya adalah antar muka grafis tersebut tidak dapat langsung diimplementasikan pada perangkat embedded karena keterbatasan sumber daya yang dimiliki oleh perangkat embedded. 2.1 Interaksi Manusia dan Komputer Wilbert O. Galitz [1] dalam bukunya menjelaskan bahwa desain antar muka pengguna adalah bagian dari bidang studi interaksi manusia dan komputer (Human Computer Interaction), selanjutnya disingkat HCI. HCI merupakan satu bidang studi, perencanaan dan desain tentang bagaimana manusia dan komputer bekerja sama agar kebutuhan pengguna dapat terpenuhi dengan memuaskan dan efektif. Desainer HCI harus memperhitungkan beberapa faktor, antara lain: 1) Apa yang dibutuhkan dan diinginkan oleh pengguna; 2) Apa
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
63
yang menjadi batasan secara fisik dari pengguna; 3) Bagaimana persepsi pengguna dan sistem pemrosesan informasi bekerja; 4) Apakah pengguna mendapatkan kesenangan dan atraktif. Desainer grafis harus memperhitungkan karakteristik dan batasan dari perangkat keras dan perangkat lunak pada perangkat embedded. Antar muka pengguna merupakan bagian yang secara langsung akan terlihat oleh pengguna. Antar muka pengguna terdiri dari dua komponen yaitu input dan output. Bagian input mengkomunikasikan keinginan pengguna atau apa yang harus dikerjakan oleh komputer. Komponen input yang biasanya digunakan pada perangkat komputer seperti keyboard, mouse, trackball, joystick, touchscreen, dan suara. Sedangkan output adalah bagian dari perangkat komputer yang menyampaikan hasil komputasi yang dilakukan mesin. Perangkat output yang paling umum seperti monitor, suara, dll. 2.2 Struktur Antarmuka Grafis (Graphical User Interface) Graphical User Interface (GUI) adalah suatu hirarki, front-end grafis untuk sebuah perangkat lunak yang menerima masukan dari pengguna dan event sistem dari sekumpulan event, kemudian menghasilkan keluaran grafis tertentu. Suatu GUI terdiri dari objek grafis dan setiap objek memiliki properti, dimana setiap properti memiliki nilai yang diatur melalui status grafis. [2] Antar muka pengguna (user interface) merupakan kumpulan teknik dan mekanisme untuk berinteraksi dengan sesuatu. Pada antar muka grafis, interaksi utamanya adalah melakukan pointing pada peralatan elektronik yang berada pada tangan manusia. Manusia berinteraksi dengan kumpulan elemen-elemen yang disebut obyek. Obyek dapat dilihat, didengar, disentuh atau dirasakan. Obyek akan selalu terlihat oleh pengguna dan digunakan untuk melaksanakan pekerjaan. Obyek akan berinteraksi dengan entitas lainnya secara bebas. Pengguna akan memanggil operasi pada obyek yang disebut action. Operasi meliputi akses dan modifikasi obyek dengan menunjuk, memilih dan memanipulasinya. Seluruh obyek memiliki standar kelakukan yang dihasilkan.
11 MB RAM, 96 MB disk; 4) Mozilla : 12 MB RAM, 26 MB disk; dll. Memori yang diperlukan agar dapat menjalankan salah satunya, akan menjadi beban biaya yang cukup besar, termasuk ukuran papan (board) dan konsumsi listrik. Oleh karenanya akan sangat sulit untuk mengimplementasikan grafis desktop pada lingkungan embedded. Untuk memenuhi kebutuhan grafis, beberapa proyek grafis telah dilaksanakan dan dipasarkan atau disebarkan. Berikut ini beberapa proyek grafis untuk Linux Embedded : i) Qt/Embedded, merupakan framework untuk aplikasi dan antar muka yang mendukung Linux Embedded. Qt dapat digunakan untuk membuat aplikasi yang sangat efisien dalam menggunakan memori. Qt menjadi platform pengembangan berbagai aplikasi embedded dari Nokia. ii) Dillo, sebuah grafis antar muka yang sangat kecil (berukuran sekitar 300KB), cepat dan merupakan web browser multi-platform berlisensi open source yang ditulis dalam bahasa C dan dikembangkan menggunakan library GTK+. Dillo memiliki efisiensi tinggi dan ketergantungan terhadap librari sangat kecil sehingga sangat cocok untuk perangkat embedded. Dillo dapat dikombinasikan dengan webserver sebagai window manager pada perangkat divais. iii) DirectFB, sebuah librari kecil yang menyediakan akselerasi terhadap perangkat keras grafis, penanganan perangkat input dan abstraksinya, sistem window terintegrasi dengan dukungan window tembus dan multi layer pada perangkat framebuffer Linux.
iv) MiniGUI, adalah proyek pengembangan perangkat lunak grafis open source yang cepat, stabil cross-operating system. MiniGUI utamanya disediakan untuk perangkat embedded. v) MicroWindows, sebuah proyek open source yang mengembangkan lingkungan grafis modern untuk perangkat embedded. Microwindows dapat dikembangkakn dan dijalankan diatas sistem operasi Linux desktop dan dikompilasi dengan cross-compile agar dapat dijalankan pada perangkat embedded. 2.4 . Qt Embedded Linux
2.3 GUI pada perangkat embedded Saat memasang atau instalasi sistem operasi Linux pada komputer desktop atau komputer server telah tersedia beberapa standar komponen grafis. Biasanya dapat memilih sistem X-Window sebagai dasar antar muka grafis. Pada sistem operasi Linux Embedded “graphic stack” antar muka grafis pada Linux desktop tidak dapat digunakan. Hal ini dikarenakan perangkat embedded memiliki keterbatasan sumber daya, baik keterbatasan ruang storage atau rekam jejak pada memori. Sebagai contoh, perangkat embedded memiliki Flash dengan kapasitas 2 sampai 16 MB untuk memuati program, dan 4 sampai 32 MB untuk menjalankannya. Coba amati daftar kebutuhan memori untuk antar muka grafis berikut ini: 1) X Window System : 5M RAM, 15 MB disk; 2) GNOME : 14 MB RAM, 95 MB disk; 3) KDE : 64
Qt for Embedded Linux adalah framework menggunakan bahasa C++ untuk pengembangan GUI dan aplikasi pada perangkat embedded. Qt for Embedded Linux dapat berjalan pada berbagai arsitektur processor, biasanya menggunakan sistem operasi Embedded Linux. Qt for Embedded Linux menyediakan standar Qt API untuk perangkat embedded dengan sistem window yang sangat ringan. Fitur-fitur utama yang disediakan oleh Qt Embedded Linux untuk mengoptimalkan pengembangan aplikasi untuk perangkat embedded antara lain : i) Sistem Window (QWS) yang kompak dan efisien; ii) Virtual Frame Buffer (QVFb); iii) Inter-Process Communication (IPC); iv) Extended Font Format. Aplikasi Qt for Embedded Linux secara langsung menyimpan aplikasi ke dalam framebuffer, mengurangi kebutuhan akan X Window System dan menghemat penggunaan memory. Linux framebuffer secara default
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
diaktifkan (enabled) pada semua distribusi sistem operasi Linux modern. Lihat gambar 1, arsitektur Qt Embedded Linux.
Server, berfungsi sebagai data pooling dari beberapaa statiun cuaca yang telah dibangun. Penampil monitoring, menggunakan SBC PC Engine Alix 3d3 dengan sistem operasi Linux Embedded yang dilengkapi dengan library Qt Embedded Linux.
Gambar 1. Arsitektur umum Qt Embedded Linux
Aplikasi Qt for Embedded Linux memerlukan sebuah server aplikasi untuk menjalankannya, atau memiliki server aplikasi sendiri. Beberapa aplikasi Qt for Embedded Linux dapat dijadikan sebagai server aplikasi. Ketika terdapat lebih dari satu aplikasi dijalankan, aplikasi berikutnya terhubungkan ke server aplikasi sebagai sebuah client. Proses server dan client memiliki tanggungjawab berbeda, yaitu: a) proses pada akan server mengatur pointer handling, character input, dan screen output. Selain itu, server mengatur penampilan kursor pada layar dan screen saver. Class yang menangani server aplikasi adalah QWSServer; b) Proses client khusus melakukan seluruh operasi aplikasi. Class yang menangani client aplikasi adalah QWSClient.
Gambar 3. Topologi aplikasi monitoring cuaca
Gambar 2. Mekanisme kerja Server aplikasi dan Klien Aplikasi
3. Metodologi dan Pengujian 3.1 Topologi Sistem Aplikasi yang dikembangkan menggunakan topologi sistem seperti pada Gambar 3. Aplikasi monitoring cuaca diatas terdiri dari bagianbagian : Sensor cuaca yang terdiri dari sensor temperatur udara, sensor humidity, sensor arah angin, sensor kecepatan angin, sensor radiasi matahari, sensor curah hujan, dan sensor tekanan udara. Data logger, menggunakan SBC PC Alix 3d2 yang tidak memiliki fitur port VGA.
3.2. Analisa dan Desain Aplikasi Desain antarmuka grafis untuk embedded system berbeda dengan komputer desktop. Pada embedded system pengembangan grafis harus memperhatikan keterbatasan resource yang dimiliki oleh perangkat keras. Pengembangan aplikasi monitoring atau pemantau cuaca menggunakan metoda berbasis object oriented. Dimana pada tahap analisa menggunakan perangkat bantu antara lain : User case diagram, Sequence diagram, State diagram dan Class diagram seperti pada Gambar 4.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Gambar 4. User Case Diagram
65
Pada User Case diagram, sebagai external entity adalah server yang akan memberikan respon terhadap setiap permintaan dari sistem. Entity yang digunakan pada sistem yaitu Communication, Parsing, Display dan Warning.
Gambar 8. Desain antarmuka grafis dengan Qt Creator
Gambar 5. Sequence diagram untuk Connection
Sebelum data diambil dari server, perlu diperiksa terlebih dahulu keberadaan koneksi antara sistem dengan server. Jika belum ada koneksi dengan server, maka akan ditampilkan pesan kesalahan. Selanjutnya, data yang disediakan di server akan dibaca dan di-parsing berdasarkan jenis sensor yang digunakan. Hasillnya akan ditampilkan berupa image pada aplikasi. Lihat gambar 5 (Sequence diagram parsing).
Qt library yang disertakan pada proyek aplikasi yaitu Core, GUI dan Network. Seluruh file eksternal berupa berbagai file gambar yang diperlukan didefinisikan pada bagian 'resources'. Inisialisasi program diletakkan pada file main.cpp yaitu: #include #include "mainwindow.h" int main(int argc, char *argv[]) { QApplication a(argc, argv); MainWindow w; //w.show(); w.getData(); w.showFullScreen(); return a.exec(); }
Baris perintah yang berfungsi untuk mengambil data dan sekaligus melakukan parsing.
Seluruh data yang telah diambil dari server selanjutnya ditampikan pada antarmuka grafis.
Gambar 7. State Diagram
Class-class yang digunakan pada aplikasi antara lain : parsing, server, communication, gen_image, display. Lihat Gambar 7. Berikut ini desain antarmuka grafis yang dibuat dengan menggunakan Qt Creator. (Lihat Gambar 8).
Aplikasi diuji terlebih dahulu pada komputer pengembangan dengan menggunakan compiler sesuai dengan arsitektur prosesor pada komputer tersebut. Setelah aplikasi yang dibuat berjalan sesuai dengan yang diinginkan, selanjutnya dilakukan proses kompilasi menggunakan cross-compile '586-unknown-Linux-gccuclibc' untuk lingkungan SBC PC Engine Alix. 3.3 Kompilasi ulang image root filesystem Linux Embedded Image root file system harus disesuaikan lagi agar library Qt Embedded Linux disertakan. Pengaturan konfigurasi menggunakan perangkat bantu 'buildroot' dengan menyertakan dukungan 'WCHAR' dan seluruh library Qt Embedded Linux. Proses konfigurasi melalui 'menuconfig ncurses' dibawah direktori 'buildroot'. Setelah proses kompilasi dilaksanakan dengan perintah 'make', akan terbentuk root filesistem dengan ukuran yang jauh lebih besar. Pada eksperimen yang telah dilakukan didapat besarnya root filesystem berkisar 100MB.
4. Hasil Pengujian
Antarmuka memperlihatkan hasil pengukuran waktu nyata untuk masing-masing sensor yaitu sensor temperatur udara (dalam cC), sensor humidity (dalam %), sensor arah angin (dalam satuan derajat), sensor kecepatan angin (dalam MPH), sensor radiasi matahari (dalam Wm2), sensor curah hujan (dalam mm), dan sensor tekanan udara (dalam milibar). Hasil pengukuran disajikan dalam bentuk angka, yang akan diperbaharui sesuai hasil pengukuran terbaru secara periodik. Selain hasil pengukuran saat ini, juga ditampilkan nilai terendah dan tertinggi dari pengukuran hari ini dan kemarin sebagai bahan perbandingan.
5. Kesimpulan Implementasi Qt Embedded Linux pada board Alix 3d3 sebagai antarmuka grafis stasiun cuaca dapat berjalan dengan baik. Aplikasi antar muka yang dideploy pada komputer pengembang telah berhasil dikompilasi menggunakan cross-compile '586-unknown-Linux-gccuclic' dan dapat berjalan pada board Alix 3d3 yang menggunakan image root filesystem Linux Embedded yang telah dikompilasi ulang.
6. Daftar pustaka [1] Wilbert O. Galitz, The Essential Guide to User Design: An Introduction to GUI Design Principles and Technique, Wiley Publishing, Canada, 2007. [2] Atif M. Memo, Mary Lou Soffa and Martha E. Pollack, Coverage Criteria for GUI ,Testingetc., 2011. [3] Erick Kurniawan, Membangun Aplikasi Mobile dengan Qt SDK, Penerbit Andi, Jakarta, 2011. [4] Mark Summerfield, Advanced Qt
Programming, Addison-Wesley, 2011.
Image root filesystem baru dan aplikasi selanjutnya diujicobakan pada SBC PC Engine Alix 3d3 yang memiliki fitur utama sebagai berikut : processor AMD
7. Daftar Pertanyaan Geode LX 800 500Mz, DRAM 25MB, Storage CFD, VGA Port, Ethernet Port, Serial Port, USB Port. Pada gambar 9 diperlihatkan hasil pengujian.
1.
2.
Penanya: Agus Subekti (LIPI) Pertanyaan: Apakah bisa dipakai untuk SBC lain? Jawaban: bisa, hanya harus dicompile ulang, disesuaikan dengan prosesornya. Penanya: Benny (PT CSL) Pertanyaan: Harga apabila dibandingkan dengan mini PC? Jawaban: mini PC lebih mahal
Gambar 9. Hasil Pengujian
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
67
68
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Implementasi dan Unjuk Kinerja Penggunaan RouterBOARD R52 untuk Komunikasi Data Wireless Weather Station pada Daerah Sub-urban diatas 5Km Ferdian Yunazar1), Efendi Zaenudin2), Suyoto3) Pusat Penelitian Informatika – LIPI [email protected]), [email protected]), [email protected])
Abstract The use of wireless link as medium for transferring data between nodes in Wireless Weather Station has been deployed. Those nodes are separated within more than 5 Km through sub-urban areas. The Line of Sight and Fresnel Zone between nodes has been observed and simulated using non commercial software. From the simulation result we obtained that System Operating Margin (Rx Signal Level – Rx Sensitivity) is 10.1 dB sufficient for the data transferring between two nodes to work well even in such extreme condition. Keywords: Wireless Weather Station, Line of Sight, Fresnel Zone, System operating Margin
Abstrak Penggunaan jaringan nirkabel sebagai media transmisi data antar node pada Wireless Weather Station telah diterapkan. Kedua node tersebut terpisah dengan jarak 5 Km melewati daerah yang padat. Line of Sight dan Fresnel Zone telah di observasi dan di simulasikan menggunakan perangkat lunak non komersial. Dari hasi simulasi kami dapatkan bahwa nilai System Operating Margin (Rx Signal Level – Rx Sensitivity) sebesar 10.1 dB cukup untuk transfer data antar dua node agar dapat bekerja dengan baik bahkan dalam kondisi cuaca yang ekstrem sekalipun. Kata kunci: Wireless Weather Station, Line of Sight, Fresnel Zone, System operating Margin
1. Pendahuluan Teknologi komunikasi nirkabel memiliki tipikal yang dapat menghubungkan jaringan point to point dalam jarak 5 Km. Komunikasi nirkabel sangat cocok untuk digunakan sebagai suatu solusi telekomunikasi yang murah dan handal. Wireless Weather Station dengan sensor dan server yang terpisah pada jarak yang cukup jauh dapat saling mengirimkan dan menerima data cuaca dengan menggunakan teknologi nirkabel. Wireless Weather Station adalah suatu stasiun pencatatan data cuaca yang dilengkapi dengan sensor suhu, kelembaban udara, arah angin, kecepatan angin dan curah hujan. Kelebihan dari Wireless Weather Station ini adalah dapat di pasang pada daerah remote, kemudian hasil pembacaan data sensor dapat dikirimkan ke server tanpa menggunakan kabel (wireless). Hal ini memudahkan pengguna untuk mengambil data hasil pencatatan senor cuaca dalam rentang waktu tertentu. Sistem transfer data pada stasiun cuaca nirkabel ini menggunakan frekuensi dengan lisensi bebas yaitu IEEE 802.11 b/g 2,4 GHz. Dalam penggunaannya frekuensi ini memiliki banyak interferensi yang menjadi hambatan dan gangguan dalam komunikasi data antar node stasiun cuaca. Pada penelitian sebelumnya[1] telah mengimplementasikan komunikasi nirkabel untuk jarak dibawah 5 Km yaitu 2,18 Km melalui daerah perkotaan. Dimana terdapat banyak halangan di antara Transmitter dan Receiver pada sisi sensor dan server seperti bangunan tinggi, pepohonan dan interferensi sinyal dari pemakai unlicensed band lainnya. Dari hasil pengujian mereka di lapangan didapatkan bahwa System Operating Margin (Rx Signal Level – Rx Sensitivity) adalah 43,01
dB dan hasil itu telah lebih dari ambang batas normal untuk sistem agar dapat bekerja dengan baik bahkan dalam cuaca ekstrem sekalipun. Pada penelitian kali ini dilakukan uji implementasi dan kinerja dari sambungan Wireless point to point untuk jarak lebih dari 5 Km melalui daerah Sub-urban. Dimana untuk melewati daerah Sub-urban biasanya sinyal Wireless 2,4 GHz tidak memiliki interferensi yang cukup signifikan dibandingkan daerah perkotaan. Hal yang menjadi acuan disini adalah Line of Sight dari kedua sisi pemancar dan penerima, kemudian Fresnel Zone dan System Operating Margin. Dari hasil penelitian di lapangan kita dapatkan hasil SoM adalah sebesar 10,01 dB. Suatu nilai yang telah dapat dikatakan cukup bagi sistem agar dapat berjalan dengan baik dalam menerima dan mengirimkan data dari sensor ke server pada jarak melebihi 5 Km.
2. Dasar Teori 2.1 Perencanaan Jalur Komunikasi (Link Planning) Sebuah sistem komunikasi sederhana terdiri dari dua radio, masing-masing yang terkait dengan antena, keduanya terpisah oleh jalur (path) yang harus di lalui. Agar terjadi komunikasi antara keduanya, radio akan memerlukan sinyal minimal ditangkap oleh antena dan masukan kepada konektor antena di radio. Menentukan apakah sebuah sambungan layak adalah proses yang disebut perhitungan link budget. Apakah sebuah sinyal dapat atau tidak dilalukan antar radio tergantung pada kualitas dari peralatan yang digunakan dan pada
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
69
kehilangan sinyal karena jarak, biasa disebut path loss (kerugian path)[2]. 2.2 Perhitungan link budget Daya yang tersedia dalam sebuah sistem 802,11 dapat dikarakterisasi oleh faktor berikut[3]: a. Transmit Power (Daya pancar); Dinyatakan dalam milliwatts atau dBm. Daya pemancar berkisar 30mW sampai 200mW atau lebih. Daya pancar maksimum yang legal di Indonesia adalah 100mW. Daya Tx sering kali tergantung pada kecepatan transmisi. Daya Tx yang diberikan perangkat biasanya di tentukan dalam manual yang diberikan oleh pabrik, namun terkadang sulit untuk menemukan. b. Antenna Gain (Penguatan Antena); Antena adalah perangkat pasif yang dapat membuat efek amplifikasi berdasarkan bentuk fisik mereka. Antena memiliki karakteristik yang sama ketika menerima (receiving)dan mengirim (transmiting). Jadi antena 12 dBi hanya sebuah 12 dBi antena, tanpa perlu menentukan menggunakan modus pengiriman atau penerimaan jenis apa. Antena parabola mempunyai penguatan 19-24 dBi, sedangkan omnidirectional antena memiliki 5-12 dBi, dan antena sektoral memiliki penguatan sekitar 12-15 dBi. c. Minimal Received Signal Level (RSL), Minimum RSL selalu dinyatakan sebagai dBm negatif (- dBm) dan adalah kekuatan sinyal radio terendah yang dapat dibedakan. RSL minimum adalah tergantung kecepatan, dan sebagai aturan umum kecepatan terendah (1 Mbps) mempunyai sensitivitas terbesar. Minimum RSL biasanya berada dalam kisaran antara -75 ke -95 dBm. Seperti daya Tx, spesifikasi RSL harus disediakan oleh pabrik pembuat peralatan. d. Cable Losses (Kerugian kabel); Beberapa energi sinyal akan hilang di kabel, di konektor atau pada perangkat lain, pada saat sinyal merambat dari radio ke antena. Hilangnya tergantung pada jenis kabel dan panjangnya. Kerugian sinyal untuk coaxial kabel pendek termasuk konektornya biasanya cukup rendah, yang berkisar antara 2-3 dB. Adalah lebih baik untuk memiliki kabel sependek mungkin. Ketika menghitung path loss, beberapa efek harus dipertimbangkan. Kita harus mempertimbangkan kerugian di udara / ruang (free space loss), redaman (attenuation) dan penyebaran (scattering). Daya sinyal akan berkurang oleh penyebaran geometris dari muka gelombang, umumnya dikenal sebagai free space loss. Dengan mengabaikan semua hal, semakin jauh jarak antara dua radio, maka semakin kecil penerimaan sinyal yang disebabkan oleh free space loss. Hal ini tidak tergantung pada kondisi lingkungan, hanya tergantung pada jarak. Kerugian ini terjadi karena energi dari sinyal yang teradiasi menjadi menyebar sebagai akibat jarak dari pemancar. Menggunakan decibel untuk menyatakan nilai kerugian (loss) dan menggunakan 2,45 GHz sebagai frekuensi sinyal, maka persamaan untuk free space loss 70
adalah Lfsl = 40 + 20 * log (r) dengan Lfsl dinyatakan dalam dB dan r adalah jarak antara pemancar dan penerima dalam satuan meter. Kontribusi yang kedua pada path loss adalah redaman (attenuation). Hal ini terjadi karena sebagian kekuatan sinyal diserap ketika gelombang melalui benda padat seperti pohon, dinding, jendela dan lantai bangunan. Redaman dapat bervariasi, tergantung pada struktur objek yang dilalui sinyal, dan sangat sulit untuk mengukurnya. Cara yang paling gampang untuk menghitung kontribusinya terhadap total kerugian (total loss) adalah dengan menambahkan "allowed loss" ke free space. Misalnya, pengalaman menunjukkan bahwa pohon dapat menambahkan 10 hingga 20 dB loss untuk setiap pohon pada path yang langsung (direct path), sementara dinding berkontribusi 10 hingga 15 dB tergantung konstruksi pada dinding tersebut. Sepanjang link path, energi RF meninggalkan antena pengirim dan energi akan menyebar. Beberapa energi RF mencapai penerimaan antena secara langsung, sedangkan beberapa akan dipantulkan oleh tanah. Sebagian dari energi RF yang dipantulkan oleh tanah akan mencapai antena penerima. Karena sinyal yang dipantulkan (reflected signal) harus menempuh jalan yang lebih jauh, maka ia tiba di antena penerima lebih lambat dari sinyal yang langsung (direct signal). Efek ini disebut multipath, atau dispersi sinyal. Dalam beberapa kasus sinyal yang dipantulkan akan berakumulasi / menambahkan nilai sinyalnya tapi tidak menimbulkan masalah. Ketika sinyal berakumulasi / bertambah pada fasa yang berbeda, sinyal yang diterima akan tidak berguna. Dalam beberapa kasus, penerimaan sinyal di antena dapat menjadi hilang oleh sinyal yang di pantulkan. Hal ini dikenal sebagai fading yang ekstrem, atau nulling. Ada teknik sederhana yang digunakan untuk menangani multipath, disebut (antenna diversity). Teknik ini menambahkan antena kedua untuk radio. Multipath adalah fenomena yang terjadi di lokasi yang spesifik. Jika dua sinyal yang berbeda fasa saling menghilangkan di satu lokasi, mereka tidak akan saling menghilangkan di lokasi ke dua, di dekat lokasi pertama. Jika terdapat dua antena, setidaknya satu dari antena tersebut akan dapat menerima sinyal yang bermanfaat, bahkan jika antena yang lain menerima sinyal yang rusak. Dalam perangkat komersial, antena switching diversity digunakan: ada beberapa antena pada beberapa masukan, dengan satu penerima. Sinyal yang diterima hanya melalui satu antena pada suatu waktu. Saat memancar, radio akan menggunakan antena terakhir yang digunakan untuk penerimaan. Distorsi yang diberikan oleh multipath menurunkan kemampuan dari sisi penerima (receiver) untuk mengembalikan sinyal asli, hal ini sama dengan yang terjadi pada sinyal loss. Cara sederhana untuk memperhitungkan efek dari penyebaran dalam perhitungan path loss adalah mengubah nilai eksponen dari faktor jarak dari rumus free space loss. Nilai eksponen cenderung meningkat pada lingkungan yang banyak penghamburan (scattering). Nilai eksponen 3 dapat digunakan di luar ruangan dengan pohon-pohon, sedangkan 4 dapat digunakan untuk lingkungan indoor[4][6].
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Ketika free space loss, redaman (attenuation), dan penyebaran (scattering) digabungkan, maka path loss dapat dihitung dengan: L (dB) = 40 + 10 * n * log (r) + L (allowed) Untuk perkiraan kasar kelayakan sambungan (link feasibility), kita dapat mengevaluasi dengan hanya free space loss. Lingkungan dapat membawa kerugian sinyal lebih lanjut, dan harus dianggap sebuah evaluasi dari sambungan yang lebih tepat. Kondisi lingkungan pada kenyataannya adalah salah satu faktor yang sangat penting, dan tidak boleh dilalaikan. Untuk mengevaluasi apakah sebuah sambungan layak, kita harus mengetahui karakteristik dengan melakukan perhitungan ini, kita hanya perlu menambahkan daya Tx dari satu sisi link. Jika kita menggunakan radio yang berbeda di kedua sisi sambungan, anda harus menghitung path loss dua kali, sekali untuk setiap arah (menggunakan daya Tx yang sesuai untuk setiap perhitungan). Menambah semua penguatan dan mengurangi kerugian akan memberikan, TX Power Radio + Antenna Gain Radio Pengirim Cable Losses Radio Pengirim + Antenna Gain Radio Penerima Cable Losses Radio Penerima ---------------------------------------= Total Gain Mengurangi Path Loss dari Total Penguatan: Total Gain Path Loss ----------------------------------------= Level sinyal (Signal Level)pada Penerima Jika sinyal yang dihasilkan lebih besar dari level penerima sinyal minimum, maka sambungan tersebut adalah layak! Sinyal yang diterima cukup kuat bagi radio untuk digunakan. Ingat bahwa minimum RSL selalu dinyatakan sebagai negatif dBm, sehingga -56 dBm adalah lebih besar dari -70 dBm. Pada suatu path, variasi di path loss selama periode waktu tertentu dapat sangat besar, sehingga margin (perbedaan antara level sinyal / Signal Level dan sinyal tingkat minimum sinyal yang diterima / RSL) harus dipertimbangkan. Margin ini adalah jumlah sinyal di atas kepekaan radio yang harus diterima untuk memastikan sambungan radio yang stabil dan berkualitas tinggi selama cuaca buruk dan gangguan atmosfer lainnya. Margin antara 10 hingga 15 dB biasanya cukup. Untuk memberikan ruang untuk redaman dan untuk multipath dalam menerima sinyal radio, margin 20dB harusnya cukup aman[5][7]. 2.3 Fresnel Zone Setelah memperhitungkan Link Budget manual, maka selanjutnya kita perlu menentukan Fresnel Zone pada jaringan yang kita bangun. Konsep kejernihan Fresnel Zone ini dapat digunakan untuk menganalisa interferensi dan gangguan yang disebabkan oleh halangan yang terdapat pada jalur gelombang radio yang kita bangun. Ilustrasi Fresnel Zone pada suatu jaringan dapat kita lihat pada Gambar 1.
Gambar (1). Ilustrasi Fresnel Zone Gambar 1. Ilustrasi Fresnel Zone
Perlu di catat bahwa ada banyak kemungkinan Fresnel Zone, tapi kita hanya akan fokus pada wilayah atau zone 1 (First Fresnel Zone) saja. Jika di wilayah zone 1 terhalang oleh penghalang, seperti, pohon atau bangunan, maka sinyal yang akan tiba di ujung yang akan semakin kecil. Pada saat kita membuat hubungan nirkabel, kita perlu memastikan bahwa wilayah atau zone tersebut bebas dari hambatan. Tentunya saja tidak ada yang sempurna, dalam jaringan nirkabel biasanya kita memastikan bahwa 60 % dari radius dari Fresnel Zone yang pertama bebas dari penghalang (0,6F1). Untuk membuat sebuah Fresnel Zone, pertama kali haruslah ditentukan RF Line of Sight (RF LoS), yaitu suatu garis lurus antara antena pemancar dan penerima. Zona di sekitar RF LoS tersebut akan menjadi Fresnel Zone. Persamaan Fresnel Zone pada titik P sepanjang garis lurus RF LoS adalah: Fn
n d1d 2 d1 d 2
(1)
di mana, Fn adalah radius Fresnel Zone urutan ke n (meter) d1 adalah jarak dari titik P ke salah satu antena (meter) d2 adalah jarak dari titik P ke antena yang lain (meter) λ adalah panjang gelombang dari sinyal yang dipancarkan (meter) Radius maksimal penampang melintang dari Fresnel Zone yang pertama yang terletak pada titik tengah garis lurus RF LoS dapat dihitung: r 17.32
D 4f
(2)
dengan, r adalah radius (meter) D adalah jarak antara antena pemancar dan penerima (kilometer) f adalah frekuensi gelombang yang dipancarkan (gigahertz).
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
71
3.
Metodologi
Konfigurasi sistem WWS yang dilakukan pada penelitian kali ini dapat dlihat pada Gambar 2.
\ Gambar 4. Antenna dan AP terpasang di Lembang
Gambar 2. Konfigurasi Sistem WWS
Penelitian ini menitikberatkan pengujian pada sisi pemancar dan penerima saja. Dimana jaringan komunikasi yang digunakan pada kedua sisi adalah jaringan nirkabel 2,4GHz. Metode pengujian keandalan pada sistem memiliki 2 tahap: 1. Pengujian pada sistem komunikasi (keandalan alat) 2. Pengujian sistem komunikasi dengan melibatkan faktor jarak (link communication). Sedangkan metode pengambilan data untuk data logger pada server melalui 2 tahapan: 1. WiFi connection, yaitu dari SBC ke akses poin kemudian dari server ke akses poin lalu ke SBC. 2. Import Data, yaitu pengambilan data secara text dari SBC secara periodik kemudian pengkonversian data text ke SQL.
4. Analisa dan Hasil Pengujian
Alat yang digunakan pada pengujian kali ini adalah Access Point RB411AH yang dilengkapi dengan minipci RouterBOARD R52 dan grid antenna HG2424G. Gambar 3 dan Gambar 4 adalah Gambar alat yang terpasang di Gedung 20 LIPI dan Lembang. Dari hasil pengujian di dapatkan hasil System operating Margin (SoM) sebesar 10,1dB. Hasil ini cukup bagi sistem untuk dapat melakukan komunikasi data antara sensor dan server. Gambar 5 dibawah menunjukkan hasil pengujian komunikasi link antara LIPI Gedung 20 dan Lembang.
Gambar 5. Wireless Link Communication LIPI Gedung 20 - Lembang
Success margin untuk sambungan yang baik adalahdiatas 10,1dB. Gambar 6 mendeskripsikan kurva margin dari SoM pada sistem yang dibuat.
Pengujian sistem komunikasi dilakukan pada kedua sisi pengirim dan penerima yang jaraknya terpisah dalam jarak 5,48 Km dari server yang berada di Gedung 20 LIPI Sangkuriang ke sensor cuaca yang terletak di Lembang.
Gambar 6. Success Margin Gambar 3. Antenna dan AP terpasang di Gedung 20
72
Minimum clearance pada sistem ini ada pada 1,4F1di jarak 3,6Km, sedangkan Total Lossnya adalah 115,9 dB. Hasil ini dapat dilihat pada Gambar 7.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Gambar 7. Free space loss, total loss dan minimum clearance fresnel zone
5. Kesimpulan Pada peneliian kali ini telah dilakukan pengujian kinerja dari RouterBOARD R52 minipci sebagai router nirkabel yang digunakan pada Wireless Weather Station. Sistem yang dibangun memberikan hasil yang cukup memuaskan dan dapat dihandalkan. Karena komunikasi data antar sensor dan server dapat terhubung dengan baik. SoM sebesar 10,1dB merupakan batas yang cukup untuk melakukan sambungan komunikasi jaringan nirkabel diatas 5 Km pada daerah sub-urban.
[3] 802.11 Networks: The Definitive Guide, 2nd Edition. Matthew Gast, O’Reilly Media. April 2005. ISBN #0-596-10052-3. [4] 802.11 Wireless Network Site Surveying and Installation. Bruce Alexander, Cisco Press. November 2004. ISBN #1-587-05164-8. [5] Wireless Hacks, 2nd Edition. Rob Flickenger and Roger Weeks, O’Reilly Media. November 2005. ISBN #0-596-10144-9. [6] Deploying License-Free Wireless Wide-Area Networks. Jack Unger, Cisco Press. July 2003. ISBN #1-587-05069-2. [7] How To Accelerate Your Internet, A free book about bandwidth optimization. October 2006. ISBN #978-0-9778093-1-8.
7. Daftar Pertanyaan 1.
2.
3.
6. Daftar Pustaka [1] Suyoto, dkk, Reliabilitas Sistem Transfer Data Nirkabel pada Alix3d2 untuk Stasiun Cuaca, Jurnal INKOM volume 6, Nomor 1. Bandung 2012. ISSN 1979-8059. [2] Wireless Networking in the Developing World Hacker Friendly LLC, 2nd Edition, December , 2007.
4.
Penanya: Indera Wibawa (PT LEN) Pertanyaan: Jawaban: Penanya: Aam Muharam (LIPI) Pertanyaan: Berapa daya yang dibutuhkan? Jawaban: kurang dari 12 W/s Penanya: Diacit (CV. Annisa Bandung)\ Pertanyaan: Metode handshake dan sensor apakah yang kontinyu Jawaban: Penanya: Panuksma Wiku Hendro (indomaret) Pertanyaan: jenis sensor? Jawaban: angin, dll.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
73
74
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Sistem Akuisisi Data Berbasis Mikrokontroler ATMega128 untuk Stasiun Cuaca Oka Mahendra
Bambang Sugiarto
Pusat Penelitian Informatika LIPI Jln. Cisitu No.21/154 D Bandung [email protected]
Pusat Penelitian Informatika LIPI Jln. Cisitu No.21/154 D Bandung [email protected]
Abstract In this research, we designed and implemented a data acquisition system based on microcontroller ATMega128. The data acquisition system was used to build wireless weather station that is being developed by the Research Center of Informatics, Indonesian Institute of Sciences. The data acquisition system has universal input, so it can deal with any type of sensor that is linear with output 4-20mA or 0-5V. The system is able to read and process maximum eight analog, digital, and counter sensors, or a combination of three types of sensors. The system uses RTC DS1307 as a timer and RS-232 interface for data communications. Data from the sensors is processed by the microcontroller by averaging, multiplying the gradient (slope), and adding the constants in accordance with the value of the sensor. The data is transmitted along with times from RTC after the microcontroller receives a data request command. Other commands were built in the data acquisition system are setting time, channel type, calibration, and interval. Keywords: data acquisition, microcontroller, sensor, data communication, calibration
Abstrak Pada penelitian ini telah dirancang dan diimplementasikan sistem akuisisi data berbasis mikrokontroler ATMega128. Sistem akuisisi data ini digunakan untuk membangun stasiun cuaca tanpa kabel yang sedang dikembangkan oleh Pusat Penelitian Informatika LIPI. Sistem akuisisi data ini dibuat universal, sehingga mampu menangani sensor dengan jenis apapun yang bersifat linear dengan output 4-20 mA atau 0-5 V. Sistem mampu membaca dan memproses data maksimal delapan buah sensor analog, digital, dan counter, atau kombinasi ketiga jenis sensor tersebut. Sistem menggunakan RTC DS1307 sebagai pewaktu dan interface RS-232 sebagai jalur komunikasi data. Data dari sensor diolah oleh mikrokontroler dengan cara merata-ratakan, mengalikan dengan gradien (slope), dan menambahkan dengan konstanta sesuai dengan nilai besaran sensor. Data yang sudah diolah dikirimkan bersamaan dengan data waktu dari RTC setelah mikrokontroler menerima perintah permintaan data. Perintah lain yang dibuat dalam sistem akuisisi data ini adalah perintah setting waktu, tipe kanal, kalibrasi, dan interval. Kata kunci: akuisisi data, mikrokontroler, sensor, komunikasi data, kalibrasi
1. Pendahuluan Pusat Penelitian Informatika LIPI mengembangkan stasiun cuaca tanpa kabel (wireless weather station) untuk mencatat dan menampilkan data cuaca dari tempat-tempat tertentu di wilayah Indonesia. Salah satu stasiun cuaca yang sedang diujicoba ditempatkan di Lembang. Stasiun cuaca ini mencatat data suhu udara, kelembaban, radiasi matahari, arah angin, kecepatan angin, dan curah hujan. Stasiun cuaca ini menggunakan saluran komunikasi radio untuk mentransmisikan dan menerima data dari stasiun di Lembang dan server yang terletak di kompleks LIPI Bandung. Transmisi data dilakukan oleh single board computer (SBC) dan sistem transmitter. Sebagai antar muka SBC dengan sensor, diperlukan sistem akuisisi data yang mampu membaca data dari sensor-sensor secara akurat dan real time. Untuk memenuhi fungsi ini, penelitian ini bertujuan untuk membuat sistem yang mampu menjalankan fungsi akuisisi data dan berkomunikasi dengan SBC dengan akurat dan real time, serta biaya pembuatan sistem yang rendah dan berdaya rendah. Makalah ini membahas desain, implementasi, dan ujicoba sistem akuisisi data tersebut.
Sistem akuisisi data yang dibuat dalam penelitian ini merupakan pengembangan dan modifikasi dari sistem akuisisi data P2I LIPI sebelumnya, seperti yang dibuat oleh Oka Mahendra dan Djohar Syamsi (P2I LIPI) [1], yang bentuk fisiknya terlihat pada Gambar 1. Modifikasi dari sistem sebelumnya berupa penghilangan modul GSM dan GPRS karena tidak diperlukan dalam sistem staisun cuaca P2I. Stasiun cuaca P2I ini menggunakan komunikasi radio yang dibuat sendiri dengan frekuensi 2,4 Ghz sehingga modul GSM dan GPRS dalam mikrokontroler bisa ditiadakan. Peniadaan modul GSM dan GPRS menghasilkan sistem yang lebih stabil dan akurat dalam mengolah data dan mengurangi kemungkinan sistem akan hang. Modul yang dipertahankan dalam sistem ini adalah modul kalibrasi, sehingga sistem data akuisisi bersifat universal, dapat digunakan untuk sensor dengan jenis apapun dengan memasukkan nilai gradien (slope) dan konstanta yang sesuai dengan spesifikasi sensor.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
75
Gambar 1. Salah satu stasiun cuaca P2I LIPI
Sistem ini juga merupakan pengembangan dari datalogger cerdas yang sudah dikembangkan sebelumnya oleh Oka Mahendra (P2I LIPI) [2]. Pengembangan yang dilakukan dari sistem terdahulu adalah penambahan modul perintah melalui komunikasi serial, sehingga semua menu dan fungsi dapat diakses langsung dari port serial. Port serial ini dapat diakses dengan menggunakan program Hyperterminal di Windows atau Minicom di Linux. Dengan modul perintah melalui komunikasi serial, sistem data akuisisi ini tidak membutuhkan program aplikasi yang berbasis Windows, yang pada sistem sebelumnya dibuat dengan Visual Basic. Penggunaan modul perintah melalui komunikasi serial ini juga memungkinkan dibuat aplikasi lain untuk berkomunikasi dengan sistem data akuisisi ini dengan lebih fleksibel. Penelitian ini menggunakan mikrokontroler ATMega128 untuk memudahkan pengembangan sistem lebih lanjut dengan kapasitas memori yang memadai. Penggunaan mikrokontroler jenis lain, yaitu ATMega16, dilakukan oleh Rosiek[3], yang juga difungsikan untuk membaca data delapan sensor meteorologi. Mikrokontroler PIC18F88 digunakan oleh Fisher[4] untuk membuat sistem akuisisi data suhu dan kelembaban pada lahan pertanian. Sistem yang bersifat modular dikembangkan oleh Katrancioglu [5]. Dalam sistem yang dibahas dalam makalah ini, selain bersifat modular (dapat dikombinasikan dengan piranti lain), juga bersifat universal, yaitu mampu menangani sensor dengan tipe apapun yang bersifat linear.
2. Mikrokontroler ATMega128 Mikrokontroler adalah sebuah sistem microprosesor dimana di dalamnya sudah terdapat CPU, ROM, RAM, I/O, Clock dan Peralatan Internal lainnya yang sudah saling terhubung dan terorganisasi (teralamati) dengan baik oleh pihak pabrik pembuatnya dan dikemas dalam satu chip yang siap pakai. Sehingga kita tinggal memprogram isi ROM sesuai aturan penggunaan oleh pabrik yang membuatnya [6]. 76
Mikrokontroler ATMega128 termasuk keluarga Alf and Vegard’s Risc Processor (AVR) yang mempunyai kapasitas flas memori sebesar 128 KB dan berbasis arsitektur Reduced Instruction Set Computer (RISC) [7]. Sedangkan fitur dari mikrokontroler ATMega128 adalah sebagai berikut: Mempunyai saluran I/O sebanyak 56 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, Port D, Port E, Port F dan Port G. Mempunyai 8 saluran ADC 10 bit. Mempunyai 2 buah Timer/Counter 8 bit dan 2 buah Timer/Counter 16 bit. Mempunyai 2 buah PWM 8 bit. Adanya Watchdog Timer dengan osilator internal. Internal SRAM sebesar 4 kbyte. Memori flash sebesar 128 kBytes. Interupsi Eksternal. Port antarmuka SPI. EEPROM sebesar 4 kbyte. Real time counter. Mempunyai 2 buah Port USART untuk komunikasi serial. Adapun konfigurasi pin dari Mikrokontroler ATMega128 dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATMega128 [7]
3. Desain Sistem Data Akuisisi Berbasis Mikrokontroler ATMega128 Pembuatan sistem akusisi data ini dapat dibagi menjadi beberapa tahapan, yaitu desain hardware dan software, serta implementasi sistem data akuisisi. Pada bagian desain ini dibahas mengenai spesifikasi hardware yang dibuat, dan algoritma software yang ditanamkan pada mikrokontroler.
3.1 Desain Hardware Sistem akuisisi data ini menggunakan mikrokontroler ATMEGA128 sebagai pengendali utama. Mikrokontroler ini memiliki ADC internal 10 bit, sejumlah 8 kanal, dan dapat membaca tegangan listrik 05V. Mikrokontroler membaca data dari rangkaian
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
pengkondisi sinyal dan berkomunikasi dengan piranti lain melalui port serial RS 232. Diagram blok sistem dapat dilihat pada Gambar 3. LCD karakter 20x4 baris
Mikrokontroler ATMega128
MAX 232
SBC/PC/ Laptop/ Piranti lain
Pengkondisi Sinyal Sensor 1
Sensor 2
Sensor 8
Gambar 3. Diagram blok sistem
Sistem power supply dibuat dengan LM350 untuk men-supply mikrokontroler dan LM317 untuk mensupply rangkaian pengkondisi sinyal. Input tegangan yang diberikan kepada LM350 dan LM317 adalah 9-24 volt, tetapi sebaiknya diberikan input tegangan serendah mungkin (9V) untuk menghindari daya yang terbuang, karena regulator ini bersifat linear dan membuang daya menjadi panas. Sistem minimum mikrokontroler ATMega128 dibangun dengan tambahan max232 dan RTC DS1307. Max232 berfungsi untuk mengkonversi tegangan TTL menjadi RS-232 dan sebaliknya. RTC DS1307 menggunakan antar muka I2C (Philips) untuk membaca data waktu yang berupa: jam, menit, detik, tanggal, bulan, dan tahun. IC RTC ini mendukung data hari, tetapi data ini tidak dipakai dalam sistem akuisisi data ini. Rangkaian pengkondisi sinyal dibuat sesederhana mungkin untuk menghemat biaya dengan syarat akurasi kurang dari 1%. Untuk memenuhi syarat ini dipilih opamp CA3140 sebagai pengali tegangan. Sensor 4-20mA dihubungkan langsung dengan resistor 120 Ohm, sehingga menghasilkan tegangan 0,48 – 2.4 Volt. Kemudian tegangan yang terdapat dalam resistor ini dikalikan dua menjadi 0,96 – 4,8 Volt untuk memperbesar resolusi ADC. Rangkaian pengkondisi sinyal dapat dilihat pada Gambar 4.
3.2. Desain software Fungsi utama dari sistem data akuisisi ini adalah membaca data dari sensor yang sinyalnya sudah diolah oleh rangkaian pengkondisi sinyal. Mikrokontroler menggunakan ADC internal untuk membaca data dari rangkaian pengkondisi sinyal. Data ini dirata-ratakan, dikalikan dengan gradien, dan ditambah dengan konstanta untuk menghasilkan data yang diinginkan. Proses rata-rata data digunakan untuk memperkecil error. Selain membaca data, mikrokontroler juga harus siap menerima interupsi dari port serial. Interupsi ini berupa perintah untuk mengambil data, setting waktu, setting gradien dan konstanta, serta setting interval. Interval digunakan untuk data counter, yaitu menentukan waktu dimana counter akan mereset nilai akumulasi yang telah dihitung menjadi nol kembali. Algoritma software dapat dilihat pada Gambar 5. start
Baca RTC Baca ADC
-
Proses data ADC: rata-rata perkalian gradien penambahan konstanta counter
Tampilkan data sensor + RTC di LCD
Ada perintah port serial?
Proses Perintah
Perintah Permintaan Data / Setting
Kirim data di Port Serial
Perintah Setting gradien, konstanta, dsb
Simpan setting di EEPROM
Dimatikan?
stop
Gambar 5. Algoritma software pada mikrokontroler ATMega128
4. Implementasi Sistem Akuisisi Data
Gambar 4. Rangkaian Pengkondisi Sinyal
Implementasi sistem akuisisi data meliputi perakitan komponen dan uji coba sistem. Perakitan komponen dilakukan pada PCB. Kompilasi dan download program ke mikrokontroler dilakukan dengan menggunakan CodeVisionAVR. Ujicoba sistem dilakukan di laboratorium Pusat Penelitian Informatika LIPI dengan merangkai masing-masing bagian sistem seperti terlihat pada Gambar 6.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
77
Uji coba dilakukan dengan memasang sensor suhu buatan Global Water yang menghasilkan output 4 s.d. 20mA untuk suhu -50 s.d. 50 derajat Celcius. Pada saat ujicoba, dilakukan penentuan gradien (slope) dan konstanta agar data sesuai dengan spesifikasi sensor. Selanjutnya sistem data akuisisi dicoba dengan menggunakan hyperterminal pada komputer berbasis Windows XP. Pada saat makalah ini ditulis, sistem masih diujicobakan di Lembang Bandung dengan dipasang tujuh buah sensor, yaitu sensor suhu udara, kecepatan angin, arah angin, kelembapan udara, tekanan udara, radiasi matahari, dan curah hujan.
Dengan menggunakan data dua titik referensi, yaitu batas bawah (x1, y1) dan batas atas (x2, y2) sensor, gradien (m) dapat diperoleh dengan persamaan: m = ( y2 – y1 ) / (x2 – x1) Konstanta(c) dapat diperoleh dengan persamaan: c = y1 – m . x1 Untuk contoh sensor suhu tersebut di atas (suhu -5050 derajat Celcius direpresentasikan dengan arus 420mA). Dua buah titik digunakan untuk menentukan nilai gradien dan konstanta. Dua buah titik ini adalah (4,50), dan (20,50). Dengan memasukkan ke persamaan di atas, diperoleh nilai gradien (m) sebesar 6,25 dan konstanta (c) sebesar -75. Nilai gradien dan konstanta ini dimasukkan oleh pengguna melalui port serial, dan dapat dimodifikasi sesuai dengan sensor yang digunakan. Dengan demikian sistem akuisisi data ini dapat menangani sensor apa saja yang bersifat linear.
4.2 Perintah melalui komunikasi serial
Gambar 6. Uji coba sistem di laboratorium
4.1. Penentuan gradien (slope) dan konstanta Perkalian dengan gradien dan penambahan dengan konstanta diperlukan untuk menghasilkan nilai yang sesuai dengan spesifikasi sensor. Misalnya untuk sensor suhu udara, sensor ini menghasilkan arus 4-20mA untuk merepresentasikan data -50 s.d 50 derajat Celcius. Nilai 4-20mA ini dibaca dalam tegangan 0,48 – 2.4 Volt pada resistor 120 Ohm. Setelah dikalikan dua oleh op-amp, nilai yang dibaca oleh mikrokontroler adalah sebesar 0,96 – 4,8 Volt. Nilai ini dibaca oleh ADC internal sebesar 10 bit, sehingga nilai dari register ADC dalam mikrokontroler adalah sebesar 196 s.d. 983 yang dihitung dari: Batas bawah Batas atas
= 0,96/5V * 1024 = 4,8/5V * 1024
= 196 = 983
Nilai register ADC ini diolah sedemikian rupa dengan persamaan garis lurus, sehingga menghasilkan nilai -50 s.d. 50 derajat Celcius. Karena nilai ADC ini berasal dari sensor 4-20mA, maka persamaan garis lurus pun dapat dibuat dengan mencari hubungan antara nilai sebenarnya (data sensor yang tertampil) terhadap nilai 420mA, bukan lagi terhadap data ADC internal. Persamaan garis lurus ini dapat dinyatakan dengan: Y = mX + c Dengan Y adalah data sensor yang tertampil (misalnya 50 s.d. 50 derajat Celcius), X adalah nilai output sensor (misalnya 4-20mA), m adalah gradien, dan c adalah konstanta.
78
Fungsi utama komunikasi serial digunakan untuk memperoleh data, selain itu fungsi penting yang lain adalah memasukkan nilai gradien dan konstanta untuk menyesuaikan jenis sensor dan kalibrasi. Fungsi tambahan lain adalah setting waktu, satuan, dan interval. Contoh respon setelah sistem diberikan perintah HELP melalui aplikasi Hyperterminal dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7. Pemberian perintah melalui hyperterminal Perintah yang dibuat dalam sistem ini antara lain adalah permintaan data, setting waktu, setting kanal, setting kalibrasi, setting interval, dan informasi konfigurasi. Perintah-perintah ini terlihat ketika user mengirimkan karakter HELP+CRLF pada port serial. Pada penelitian ini, perintah permintaan data dilakukan oleh SBC secara otomatis dengan interval waktu 10 detik. Perintah setting dapat dilakukan secara jarak jauh dari LIPI Bandung ke stasiun cuaca di Lembang dengan saluran komunikasi frekuensi 2,4GHz.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
5. Kesimpulan Sistem akuisisi data dapat dibuat secara sederhana dan dapat memberikan data realtime dengan menggunakan mikrokontroler ATMega128. Sistem ini sudah diujicoba dan berjalan dengan baik dan stabil untuk mengambil data cuaca di stasiun cuaca P2I LIPI. Perbaikan sistem dapat dilakukan dengan meningkatkan resolusi ADC, memilih tegangan referensi yang lebih baik, dan memilih mikrokontroler dengan memori yang lebih kecil untuk menghemat biaya.
Social and Behavioral Sciences Volume 2. 2010. pp 5266–5270 [6] Winoto, Ardi, Mikrokontroler AVR ATMega8/32/16/8535 dan Pemogramannya dengan Bahasa C pada WinAVR, Penerbit Informatika, 2010. [7] ___________, Datasheet: Rev. 2467X–AVR–06/11 8-Bit Atmel Microcontroller with 128Kbytes InSystem Programmable Flash, Atmel, 2011.
4. Daftar Pertanyaan 6. Daftar pustaka [1] Syamsi, Djohar, dan Oka Mahendra, Pemanfaatan Layalan SMS untuk Pengiriman Data Pengukuran Secara Paket, Prosiding Seminar Nasional Riset Teknologi Informasi, Volume IV, 2009, halaman 187. [2] Mahendra, Oka dan Djohar Syamsi, Datalogger Cerdas dengan Kemampuan Timer, Trigger, dan Kalibrasi, Prosiding Seminar Nasional Riset Teknologi Informasi, Volume IV, 2009, halaman 87 [3] Rosiek, S, and F.J. Battless, A microcontrollerbased data-acquisition system for meteorological station monitoring, Journal of Energy Conversion and Management, www.elsevier.com/locate/enconman, available online at 18 July 2008. [4] Fisher, K. and Hirut Kebede, A low-cost microcontroller-based system to Monitor Crop Temperature and Water Monitoring, Journal of Computers and Electronics in Agriculture Volume 74, 2010, pp 168-173 [5] Katrancioglu, Sevan, Kenan Savas, and Hasan Erdal, A Modular and Low-cost Data Acquisition Card Design with Multitasking Support. Procedia
1.
2.
3.
Penanya: M. Iqbal (Universitas Sunan Muria Kudus) Pertanyaan: Apakah sensor buatan sendiri/ lokal Jawaban: sensor masih impor. Pertanyaan: Pemilihan arus 4-20 mA? Jawaban: disesuaikan dengan kebutuhan sensor yang sudah terpasang. Penanya: Febriadi Santosa (Poltek Telkom) Pertanyaan: Pada perhitungan gradien dalam konstanta, nilai 6.25 diperoleh dari mana? Jawaban: Gradien dan konstanta di sini yang diinput oleh user. Angka 6.25 adalah scope fungsi x dan y m = (y2-y1)/(x2-x1) = 6.25 x1= 4, y1=-50 x2=20, y2=50 Penanya: Sahrul Arif (LIPI) Pertanyaan: Mengapa pemilihan lokasi di Lembang Jawaban: Keputusan puslit dengan mempertimbangkan beberapa kemudahan.
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
79
80
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Pembangkitan Kunci Rahasia dengan Deffie-Hellman Key Exchange pada Jaringan Sensor Nirkabel Zigbee Rifki Sadikin
Sahrul Arif
Pusat Penelitian Informatika Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia [email protected]
Pusat Penelitian Informatika Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia [email protected]
Abstract We present a design and an analysis for a link key generation with Deffie-Hellman key exchange in a wireless sensor network based on Zigbee. Our design based on logarithmic discrete problem on polynomial finite field which has low complexity in its arithmetic operations. We propose a key exchange protocol for Zigbee wireless sensor network based on Deffie-Hellman key exchange protocol to establish AES symmetric key.We analyze the security of the proposed protocol by giving a proof that our protocol can be simulated with a given security assumption. We also propose how to enchanced our protocol to defend some security threats such as man in middle and replay attack. Based on our simulation our protocol can assure the secrecy of link key which will be used to establish secure wireless sensor network. Keywords: key exchange protocol,, wireless sensor network, embedded system security
Abstrak Tulisan ini mepresentasikan hasil disain dan analisis untuk pembentukan sesi aman dengan pertukaran kunci pada jaringan sensor nirkabel berbasis Zigbee. Skema yang diusulkan berbasis persoalan logaritma diskrit pada medan terbatas polinomial. Sebuah skema pembangkitan kunci simetri AES dengan menggunakan Deffie-Hellman key exchange diusulkan. Keamanan skema yang diajukan dibuktikan dengan membuat simulasi berdasarkan asumsi persoalan logaritma diskrit. Skema yang diajukan dapat ditingkatkan pada implementasinya untuk menangani serangan man in the middle dan replay. Hasil analisis menunjukkan bahwa skema yang diusulkan memenuhi permintaan keamanan dan dapat menjamin keamanan kunci link yang digunakan untuk membuat jaringan sensor nirkabel yang aman. Kata kunci: protokol key exchange, jaringan sensor nirkabel, keamanan sistem tertanam
1. Pendahuluan Jaringan nirkabel sensor merupakan koneksi beberapa sensor otonom terdistribusi yang memiliki topologi tertentu untuk berkomunikasi data dengan menggunakan gelombang radio. Tidak seperti jaringan nirkabel komputer, jaringan nirkabel sensor terdiri dari beberapa node yang memiliki sumber daya komputasi serta memori yang sangat terbatas sehingga solusi untuk komunikasi data dan keamanannya berbeda dengan jaringan nirkabel computer, [1]. Meskipun memiliki daya komputasi yang terbatas aspek keamanan data pada jaringan sensor nirkabel merupakan hal yang penting karena jaringan nirkabel selalu diasumsikan sebagai jaringan yang tidak aman. Beberapa aspek keamanan yang harus ada pada jaringan sensor nirkabel adalah: otentikasi, kerahasiaan dan keutuhan, [2]. Otentikasi mencakup pemastian keotentikan node yang ikut pada jaringan dan otentikasi asal data. Kerahasiaan data adalah data tetap tidak bermakna walaupun melintas pada jaringan tidak aman. Sedangkan keutuhan data, memastikan bahwa data yang terkirim oleh suatu node tidak berubah ketika sampai ke node lain. Dengan adanya tiga aspek keamanan jaringan tersebut dapat dikatakan sebuah jaringan sensor nirkabel memiliki secure session (sesi aman).
Pada jaringan komputer nirkabel, sistem kriptografi kunci publik dan sistem kriptografi kunci simetri digunakan bersama-sama untuk mendapatkan otentikasi, kerahasiaan dan keutuhan data. Namun karena sistem kriptografi kunci publik meminta daya komputasi yang besar jaringan sensor nirkabel sampai saat ini jarang menggunakan sistem kriptografi kunci publik. Standard IEEE 802.15.4 yang merupakan standard jaringan sensor nirkabel Zigbee menggunakan sistem kriptografi kunci simetri AES untuk mendapatkan layanan keamanan jaringan sensor nirkabel, [3]. Persoalan yang muncul dengan hanya memakai system kriptografi simetrik adalah bagaimana membagi kunci rahasia. Pada sistem kriptografi AES kunci rahasia harusnya dibagi melalui jaringan aman. Namun karena jaringan nirkabel selalu diasumsikan sebagai jaringan yang tidak aman pembagian kunci menjadi masalah. Tulisan ini mengusulkan sebuah skema untuk membangkitkan link key yaitu kunci rahasia yang dipegang pada setiap node di jaringan sensor nirkabel dengan menggunakan jaringan nirkabel yang tidak aman. Pembangkitan kunci rahasia yang diusulkan berdasarkan pada skema Deffie Hellman key exchange. Protokol pembangkitan kunci rahasia yang diusulkan berbasis pada persoalan logaritma diskrit pada finite field berbasis polynomial berderajat 128 yang dinotasikan sebagai GF ( 2128 ) .
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
81
Penelitian tentang pembangkitan kunci rahasia dengan Deffie-Hellman key exchange pada jaringan sensor nirkabel telah dilakukan diantaranya Yue Li pada [4] mempresentasikan cara verifikasi formal terhadap key exchange namun tidak memberikan protokol key exchange yang praktis. Khurija pada [5] dan Kumar et al pada [6] memberikan implementasi Deffie-Hellman key exchange untuk jaringan sensor nirkabel berdasarkan grup kurva eliptik. Berbeda dengan [5] dan [6] protokol key exchange yang diusulkan bersandarkan pada GF ( 2128 ) yang secara teoritik memiliki biaya komputasi yang lebih rendah. Tulisan ini diorganisasikan sebagai berikut pada bagian 2 akan dijelaskan tentang aspek keamanan pada jaringan nirkabel sensor dengan protokol Zigbee dan protokol key-exchange Deffie-Hellman, pada bagian 3 akan dijelaskan protokol key exchange yang diusulkan, pada bagian 4 akan dibahas aspek keamanan dan implementasi protokol key exchange dan tulilsan akan ditutup pada bagian 5 dengan kesimpulan dan penelitian lanjut.
2. Protokol Key Exchange Defie Hellman untuk Pembangkitan Kunci Rahasia Pada bagian ini akan dibahas penggunaan protokol key exchange Deffie-Hellman untuk pembangkitan kunci rahasia yaitu kunci link pada jaringan sensor nirkabel Zigbee.
router dan end device, [7]. Gambar 1 merepresentasikan topologi umum pada jaringan sensor nirkabel Zigbee. Pada Gambar 1, jaringan sensor nirkabel Zigbee setidaknya memiliki 1 koordinator. Koordinator dari sudut padang keamanan jaringan berperan sebagai trusted party (pihak terpercaya) sebagai penyimpan link key (kunci jaringan untuk membangkitkan kunci sesi), pembatas akses yaitu menentukan apakah sebuah end device atau router bisa tergabung ke jaringan atau tidak. Router yang bersifat pilihan merupakan node yang mengorganisir bagian jaringan bisa menerbitkan link key untuk bagian jaringan dan bisa menentukan apakah sebuah node bisa bergabung dengan jaringan atau tidak atas izin koordinator. Sedangkan end device merupakan sensor yang biasanya tertanam pada peralatan tidak memiliki kuasa untuk menambah node dan tidak menentukan kebijakan manajemen kunci hanya sebagai pemakai. Standard IEEE menggunakan 802.15.4 yang dipakai ZigBee meggunakan sistem penyandian simetri AES dan menyimpan 3 jenis kunci yaitu: kunci master (yang diinstal oleh pabrikan), kunci link (kunci yang digunakan untuk membangkitkan kunci network), dan kunci network (kunci yang digunakan ketika ada sesi aman). Jika fitur keamanan pada Zigbee dihidupkan maka setiap pengiriman data antar node disandi dan diberikan Message Integrity Code (MIC) dengan menggunakan kunci network dengan system sandi AES untuk mendapatkan layanan kerahasiaan dan keutuhan data.
2.1. Keamanan Pada Jaringan Sensor Nirkabel Zigbee Jaringan sensor nirkabel Zigbee terdiri dari beberapa node yang memiliki peran berbeda yaitu koordinator,
Gambar 1. Topologi Jaringan Sensor Nirkabel Zigbee
82
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Kunci link yang memegang peranan penting untuk pembangkitan kunci network sebaiknya dibarukan secara periodik. Pembaharuan kunci link bisa dilakukan on the fly atau secara offline dengan perintah AT dengan memakai algoritma pembangkit kunci. Skema yang diusulkan merupakan pembangkitan kunci link yang dilakukan secara on the fly.
2.2. Deffie-Hellman Key Exchange Persoalan utama pada penyandian kunci simetris adalah bagaimana mentransportasikan kunci rahasia yang harus dimiliki kedua pihak (pengirim dan penerima). Pada kasus jaringan sensor nirkabel Zigbee adalah bagaimana antara 2 node saling berbagi link key. Salah satu cara untuk membangkitkan kunci rahasia adalah dengan menggunakan protokol Diffie-Hellman key-exchange. Protokol Diffie-Hellman key exchange menghasilkan kunci rahasia yang disimpan oleh 2 pihak dengan mengunakan komunikasi tidak aman. Protokol DiffieHellman key exchange bersandarkan pada asumsi permasalahan keras (hard problem) logaritma diskrit yang dijabarkan oleh Definisi 1 dan Asumsi 1 [8].
Definisi 1. Misal (G,) adalah grup siklik dengan jumlah elemen p . Misal g G adalah generator grup (G,) maka untuk semua elemen pada grup h G dapat ditulis
g x dengan
x Z p . Maka,
permasalahan logaritma diskrit adalah mencari nilai x diberikan (G,) , p , g dan h seperti yang diekspresikan oleh Persamaan (1).
log g (h) x pada (G,)
(1)
Asumsi 1. Untuk semua algoritma polynomial time diberikan D (G,), g , h g x , Tb dengan A b {0,1} , T0 x dan T1 Z p (bilangan random pada
Z p ) yang memiliki keluaran terkaan b maka akan
memenuhi Persamaan (2) dengan adalah nilai fungsi yang dapat diabaikan (negligible function) dan Pr adalah fungsi probabilitas. Adv AAsumsi1 Pr[ A( D, T0 )] Pr[ A( D, T1 )]
(2)
Protokol Diffie-Hellman key exchange bersandarkan pada Asumsi 1. Pada protokol DiffieHellman key exchange terdapat 2 partai yang ingin membagi kunci rahasia dan sebuah saluran komunikasi tidak aman. Gambar 2 menunjukkan protokol Diffie-Hellman, [8]. Protokol Diffie-Hellman seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2 dimulai oleh partai A yang akan memulai key exchange dengan memilih grup (G,) , sebuah pembangkit grup g dan sebuah bilangan integer a . Partai A menghitung h g a pada grup (G,) dan mengirim (G,), g , h ke partai B. Partai B ketika mendapat kiriman dari A memilih sebuah integer b dan menghitung h g b dan mengirim ke partai A h . Pada langkah terakhir kedua partai menghitung kunci rahasia K g ab .
Gambar 2. Protokol Key Exchange
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Setelah mendapatkan acknowledge, Pilih 128 g GF( 2 ) , dengan syarat g adalah primitve root dan
g p dengan
g
banyaknya elemen yang
dibankitkan g dan p adalah bilangan prima yang memenuhi 2127 p 2128 . 2.
Pilih a Z p secara random.
3.
Hitung h g a pada GF( 2128 ) dengan algoritma eksponesial cepat. Kirim g , p, h ke Router/End Device
4.
4.
Mendapatkan g , p, h router/end device memilih
b Z p secara random 5. 6.
Hitung h g b pada GF( 2128 ) Kirim h pada koordinator
Tunggu hingga 7. 7. 8. 9.
Mendapatkan h dari router/end device Hitung K (h ) a g ba Hapus a
10. Hitung K (h) b g ab 11. Hapus b
Gambar 3 Protokol Pembangkitan Kunci Link pada Jaringan Sensor Nirkabel Zigbee
3. Skema Pembangkit Kunci Rahasia yang Diusulkan
GF( 2128 ) yang memiliki panjang 128 bit yang merupakan panjang kunci link yang merupakan kunci AES.
3.1. Algoritma Key Exchange Skema pembangkit kunci rahasia yang diusulkan berbasis pada sebuah Galois grup polynomial GF( 2128 ) dengan irreducible polynomial x128 x 7 x 2 x 1 . Pemilihan GF( 2128 ) karena sesuai dengan panjang kunci AES yang digunakan pada jaringan sensor nirkabel Zigbee. Sedangkan dengan memilih irreducible polynomial x128 x 7 x 2 x 1 operasi perkalian dan pemangkatan pada GF( 2128 ) menjadi cepat dan sudah menjadi standard Galois Field pada kriptografi [9]. Gambar 3 merupakan protokol skema pembangkit kunci yang diajukan. Gambar 4 menunjukkan protokol pembangkitan kunci link antara koordinator dengan sebuah node yang dapat berperan sebagai router atau end device. Perhatikanlah kunci rahasia yang dihitung oleh koordinator dan router/end device bernilai sama yaitu K g ab pada
84
3.2. Implementasi Praktis Protokol pada Gambar 4 dapat diimplementasikan ketika akan membuat kunci link pada sensor yaitu dengan memadukannya dengan perintah AT pada modul Zigbee yang bisa dikirim melalui komunikasi serial. Berikut ini Listing 1 merupakan AT Command pada koordinator. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Panggil Protokol pembangkit kunci rahasia Tunggu sampai mendapatkan kunci rahasia K +++ ATID 2235 ATNK 0 ATEE 1 ATKY K ATWR
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Listing 1. Perintah AT pada koordinator
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Acknowledge koordinator untuk bergabung dengan jaringan Panggil Protokol pembangkit kunci rahasia Tunggu sampai mendapatkan kunci rahasia K +++ ATID 2235 ATKY K ATWR Listing 2. Perintah AT pada koordinator
Listing 1 dan Listing 2 menunjukkan urutan perintah AT yang harus dilakukan setelah protokol pembangkit kunci menghasilkan kunci rahasia K . Perintah +++ merupakan tanda dimulainya perintah AT. Perintah ATID 2235 adalah menetapkan PAN-ID atau identitas jaringan yaitu 2235 (bisa yang lain). ATNK 0 menyatakan network key dibangkitkan secara dinamis berdasarkan link key. ATEE 1 menyatakan bahwa layanan keamanan dihidupkan sedangkan ATKY K menetapkan kunci link sebagai K. Sedangkan ATWR merupakan perintah AT untuk menulis parameter link key pada volatile memory.
4. Aspek Keamanan Skema yang Diajukan Bagian ini membahas bukti keamanan skema key exchange yang diajukan. Ada 2 pembuktian yang akan dipresentasikan: bukti keamanan protokol yang diajukan dengan simulasi dan pembahasan beberapa kemungkinan attack terhadap skema protokol dan bagaimana membuat penanganannya.
exchange, adalah kunci yang K terkompromi dan R G merupakan random dari G . Adv ASK sec ure Pr[ A( M , K )] Pr[ A( M , R)]
Theorema 1. Protokol yang diajukan adalah aman untuk semua polynomial time attacker berdasarkan Asumsi 1. Bukti. Jika terdapat algoritma A dengan SK sec ure Adv A (Persamaan (3)) maka dapat dibangun algoritma B Protokol 1 yand memiliki Adv BAsumsi1 . Simulasi berjalan sebagai berikut: 1.
2.
Simulasi reveal. Pada awalnya algoritma B meminta partai P dan Q menjalankan Skema 1 dan menjalankan sampai selesai kemudian meminta kedua partai untuk menbuka kunci, berdasarkan Skema 1 nilai K pada partai P dan nilai pada partai Q adalah bernilai sama yaitu g ab GF (2128 ) . Simulasi corrupt. a. Algoritma B meminta partai P dan partai Q menjalankan Skema 1. b. Algoritma B membaca semua komunikasi data antara P dan Q yaitu g , p, h, h atau bisa ditulis c. d. e.
4.1. Bukti Keamanan Sebelum dipresentasikan bukti keamanan Skema 1 pada Gambar 4. Definisi keamanan untuk skema key exchange telah diberikan pada [10] yang itu yang diberikan oleh Definisi 2.
f.
Definisi 2 , [10]. Sebuah protokol key-exchange disebut SK-secure jika hal berikut dipenuhi: 1. Jika terdapat 2 partai yang tidak terkorupsi maka kedua partai mendapatkan kunci rahasia yang sama yaitu K . 2. Misalnya sebuah kunci rahasia telah ada yaitu K maka jika ada attacker yang menkorupsi (sehingga bisa membaca isi memory sebuah partai) K maka attacker A tidak bisa membedakan K dan bilangan random dengan probabilitas 12 dengan
h.
adalah nilai fungsi yang dapat diabaikan seperti yang diilustrasikan oleh persamaan (3) dengan M adalah semua data yang melintas pada jaringan tak aman selama key
(3)
g.
sebagai g , p, g a , g b . Algoritma B mengkorupsi P dan mendapatkan GF( 2128 ) dan K g ab GF(2128 ) . Algoritma B memilih R GF( 2128 ) secara acak. B Algoritma memilih bilangan biner b {0,1} . Algoritma menetapkan B M GF(2128 ), g , p, g a , g b dan T K jika b 0 lainnya T R . Algoritma B memanggil algoritma A yaitu A( M , T ) . Algoritma B menggunakan keluaran A( M , T ) untuk mengalahkan Asumsi 1 yaitu
persamaan (4), (5) dan (6) pada GF( 2128 ) . log g ( g a )
(4)
log g ( g b )
(5)
log g ( g ab )
(g)
Analisis simulasi karena B menggunakan keluaran sec ure algorima A dan A memiliki Adv SK A sedangkan B dapat membuat persoalan logaritma diskrit seperti pada persamaan (4), (5) dan (6) maka B
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
85
memiliki Adv BAsumsi1 , sehingga Teorema 1 terbukti □.
4.2. Beberapa Kemungkinan Serangan Bukti keamanan Skema 1 yang diberikan oleh bagian 4.1 merupakan bukti keamanan yang bersandarkan pada asumsi bahwa persoalan logaritma disktrit adalah sulit. Namun beberapa penyerangan yang mungkin dilakukan adalah: 1. Penyerangan Man In The Middle Pernyerangan Man In The Middle terjadi bila antara partai P dan partai Q terdapat attacker yang mampu meniru partai Q sehingga partai P tidak sadar bahwa dia tidak berkomunikasi dengan partai Q namun dengan attacker. Namun pada jaringan sensor nirkabel adalah sulit buat attacker menghalangi komunikasi antara 2 partai sehingga hal ini bisa diatasi dengan ACL (Access Control List) yang ada pada koordinator (partai P) sehingga tidak ada attacker yang bisa berpura-pura sebagai partai Q dengan asumsi ID Q tidak bisa ditiru. 2. Penyerangan Replay Penyerangan replay terjadi bila komunikasi yang sukses diulangi lagi oleh attacker. Hal ini bisa dihalangi dengan setiap sesi komunikasi jaringan menggunakan token yang berbeda yang diatur oleh koordinator.
5. Kesimpulan dan Saran Skema 1 yang merupakan protokol key exchange yang diajukan dapat membangkitkan kunci link pada jaringan sensor nirkabel Zigbee meskipun berkomunikasi melalui jaringan yang tidak aman. Keamanan skema 1 telah dibuktikan dengan menggunakan simulasi SK-secure dengan mengasumsikan persoalan logaritma diskrit adalah persoalan yang sulit (hard problem). Studi lanjut untuk penelitian ini adalah pembuatan key exchange yang tidak peer-to-peer yaitu hanya 2 partai namun yang bersifat grup sehingga pada terapannya jaringan sensor nirkabel Zigbee dapat memiliki koordinator dan beberapa router. Selain itu pembuktian protokol key exchange juga perlu ditingkatkan dengan definisi keamanan key exchange yang lebih ketat untuk mengatisipasi beberapa penyerangan seperti penjaminan forward secrecy.
[3] IEEE, “IEEE Standard for Local and metropolitan area networks--Part 15.4: Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs)”, IEEE Standard no 802.15.4-2011, 2011 [4] Yue Li, “Key exchange protocol for wireless sensor network: Formal verification using CSN modal logic”, Proceeding of Sensors Application Symposium 2008, pp 193-198, 2008. [5] Khurija S, “Implementation of Deffie-Hellman key exchange on wireless sensor using elliptic curve cryptography”, Proceeding of Wireles VITAE 2009, Copenhagen, 2009. [6] Kumar V, Yunjung P, Dungki Min and Eumin C, “Secure-EEER: dynamic key exchange protocol based on Deffie-Hellman algorithm with NOVSF code-hopping technique for wireless sensor network”, Proceeding of Inovative Computing & Communication 2010, pp 102-105, 2010. [7] Digi International Inc, “XBee/XBee-Pro Smart Enery RF Modules”, XBEE Manual no. 9003931_B, 2010. [8] Stinson, Douglas Robert, Cryptography: Theory and Practice (3rd ed.), London, 2008. [9] McGrew DA and Viega John, “The Galois/Counter Mode of Operation (GCM)”, [Web page], http://csrc.nist.gov/groups/ST/toolkit/BCM/docume nts/proposedmodes/gcm/gcm-revised-spec.pdf (akses terakhir 10 September 2010) [10] Yiu S, Boyd C dan Nieto J, “Provable Secure Key Exchange: An Engineering Approach”, Proceedings of Australian Information Security Workshop 2003, Adaleide Australia, 2003.
7. Daftar Pertanyaan 1. Penanya: Agus Subekti (LIPI) Pertanyaan: Apa perbedaan keamanan Zigbee dan Wifi? Jawaban: Aplikasi Zigbee untuk jaringan sensor yang memiliki daya komputasi rendah dan memori yang sedikit sedangkan wifi untuk jaringan komputer yang memiliki sumber daya komputasi yang besar oleh karena itu keamanan pada Zigbee harus memenuhi kekangan jaringan sensor nirkabel yaitu permintaan biaya komputasi rendah dan memori yang seditkit
6. Daftar Pustaka [1] Dargie, W. dan Poellabauer, C., Fundamentals of wireless sensor networks: theory and practice, John Wiley and Sons, 2010. [2] A Perrog, J Stankovic dan D Wagner, “Security in wireless sensor networks”, Communications of ACM, 2004.
86
| Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
Pusat Penelitian Informatika Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia
88
Jl. Cisitu (Komplek LIPI) No. 21/154D, Telp. 022.2504711, 2504371 Fax. 022.2504712 Bandung 40135 website: www.informatika.lipi.go.id email: [email protected] | Seminar Nasional Embedded Systems, Bandung 20 September 2012
