MODEL SISTEM REMOTE KONTROL AKTUATOR PAN TILT MENGGUNAKAN SINYAL DTMF Oleh: Waslaluddin, D Sugiana Lukman ABSTRAK Model Sistem Remote Kontrol Aktuator Pan-Tilt dibangun berdasarkan ide bahwa sinyal DTMF (Dual Tone Multi Frequency) yang ditransmisikan dalam koneksi video call dapat digunakan sebagai kontrol aktuator. Dalam implementasinya diperlukan kombinasi rangkaian analog dan digital dimulai dari pengkondisi sinyal, DTMF decoder, match digit decoder dan aktuator. Sinyal DTMF di sample dari output earphone yang selanjutnya dibatasi level-nya dengan menggunakan AGC pada level audio untuk dapat langsung di-decode ke data digital 4 bit dengan menggunakan DTMF decoder. Penyesuaian tombol yang diplih dengan aktuator dilakukan oleh mikrokontroller dengan tujuan flexibilitas dan responsifitas yang mendekati realtime. Dikarenakan aktuator Pan Tilt beroperasi pada catu 220V AC, diplih intercafe relay untuk menjamin isolasi antara rangkaian terhadap aktuator. Untuk menggerakan aktuator secara pan-tilt hanya diperlukan 4 bit data. Dengan karakteristik panggilan komunikasi video call pada jaringan selular GSM, sistem remote kontrol ini dapat digunakan sebagai CCTV on demand. Kata Kunci : Model Sistem Remote Kontrrol, Aktuator Pan-Tilt , sinyal DTMF (Dual Tone Multi Frequency)
1
1. LATAR BELAKANG Sistem pengkodean angka-angka digit nomor telepon dikodekan dalam dua nada yang dipilih dari delapan frekuensi yang telah ditentukan. Sistem pengkodean ini disebut DTMF (Dual Tone Multi Frequency) [2] dimana sinyal yang dihasilkan dapat dijadikan sebagai input untuk mengontrol gerak motor pada aktuator. Penggunaan sinyal DTMF sebagai inputan dalam perancangan model sistem remote kontrol aktuator pan tilt ini berkaitan dengan penerapannya dalam sistem remote monitoring ruangan atau tempat menggunakan video call selular. Kemampuan telepon selular saat ini banyak diantaranya sudah mendukung teknologi video call yang ditopang oleh tersedianya jarigan 3G bahkan 3.5G oleh provider-provider jaringan telepon selular. Kelebihan dari fitur video call ini adalah kemampuan untuk komunikasi face to face dengan menggunakan telepon selular dari tempat dimanapun yang ter-cover oleh jaringan 3G. [10] Fitur ini menjadi ide dasar pembuatan alat remote monitoring suatu ruangan atau tempat dengan akses on-demand. Kelebihan dari alat ini adalah kemampuan untuk mengontrol alat monitoring dengan menggunakan telepon selular berkemampuan video call dari manapun yang digerakan oleh aktuator pan-tilt dengan input sinyal DTMF yang dikirim oleh telepon selular pengontrol sebagai pengontrol ketika melakukan video call atau ketika melakukan monitoring dengan transmisi jaringan GSM/3G dan diterima oleh telepon selular terkontrol sebagai kamera pengawas kemudian sinyal tersebut diterjemakhan oleh rangkaian sistem remote kontrol aktuator yang digunakan untuk menggerakan aktuator sehingga dapat digerakan kiri-kananatas-bawah. Kelebihan lain dari sistem monitoring ini adalah dapat dikendalikan secara ondemand dari tempat manapun yang sudah tercover oleh jaringan 3G tergantung masing-masing provider jaringan telepon selular. Dengan memanfaatkan sinyal DTMF yang sudah menjadi standar internasional untuk sistem pengkodean angka angka digit nomor telepon [7] menjadikan sistem ini memiliki kompatibilitas yang sangat tinggi terhadap segala jenis merek telepon selular. Tidak adanya suatu alat monitoring ruangan yang diciptakan khusus untuk rumahan, tempat atau ruangan berskala kecil dengan perangkat yang mudah dipasang dan dapat diakses 24 jam secara on-demand kapanpun ketika kita merasa hawatir akan keadaan tempat atau rumah kita saat kita sedang bepergian atau tidak berada di tempat. Maka alat ini dirancang sebagai salah satu alternatif pemecahan masalah tersebut. Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan pemodelan sistem remote kontrol aktuator pan-tilt menggunakan sinyal DTMF, dimana aktuator pan-tilt bergerak ke kiri(left)-kanan(right)atas(pan)-bawah(tilt) dikontrol dengan cara menekan tombol numerik pada telepon selular (46-2-8). Kemudian sistem tersebut diaplikasikan pada sistem remote monitoring suatu ruangan atau tempat menggunakan video call selular dengan konsep on-demand. Dengan dibuatnya alat remote monitoring yang mudah dipasang dan dioperasikan, tidak memakan tempat dan dapat dikendalikan dari manapun secara on-demand diharapkan dapat menjadi alternatif baru sistem monitoring tempat atau ruangan. Manfaat lebih jauhnya yaitu meningkatkan kemampuan pengawasan terhadap rumah atau tempat yang kita anggap perlu dilakukan pengawasan secara on-demand. Ruang lingkup pembahasan penelitian ini berkisar pada perancangan remote monitoring ruangan atau tempat dengan memanfaatkan teknologi video call dan pengontrolan memanfaatkan sinyal dual tone multi frequency yang dihasilkan ketika menekan angka-angka digital pada telepon selular untuk mengendalikan gerak aktuator. Produk yang dihasilkan tidak 2
diperuntukan sebagai pengganti CCTV (Close Circuit Television) namun sebagai alternatif baru untuk sistem monitoring. Penelitian ini tidak melakukan kerjasama dengan penyedia layanan telepon selular, perusahaan pembuat telepon selular, dan tidak membahas mengenai tarif penggunaan pulsa telepon. 2. KAJIAN LITERATUR 2.1 DTMF (Dual Tone Multi Frequency) DTMF merupakan sistem pengkodean dari angka-angka digit nomor telepon pelanggan dimana tiap angka dikodekan ke dalam bentuk kombinasi dua frekuensi, satu frekuensi dari kelompok lowband, satu frekuensi dari kelompok high-band. Masing-masing kelompok mempunyai 4 frekuensi sehingga jumlah kode yang bisa dihasilkan adalah 16 kode, tapi yang lazim digunakan dalam komunikasi adalah angka 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0, * dan #. [7] Sisanya sebanyak 4 kode sebagai cadangan untuk keperluan lain. Untuk penggunaan DTMF pada sistem kontrol jarak jauh, maka diperlukan lagi dua buah sistem yaitu sistem pemancar DTMF dan penerimanya. [7] Tabel 1: konfigurasi frekuensi DTMF High frequency Low frequency 697Hz 777Hz 852Hz 777Hz
1209 Hz
1336 Hz
1477 Hz
1 4 7 *
2 5 8 0
3 6 9 #
Rangkaian DTMF decoder berfungsi untuk menterjemahkan sinyal DTMF yang dikirim oleh telepon seluler sehingga menjadi data digital yang dapat dipahami oleh decoder. Integrated circuit (IC) yang sering digunakan sebagai DTMF decoder adalah MT8870, dibuat dalam teknologi CMOS konsumsi daya rendah dengan reliabilitas tinggi. [3] MT8870D adalah sebuah IC DTMF decoder yang berfungsi sebagai pengubah sekaligus filter frekuensi sinyal DTMF menjadi data digital, jadi dengan kata lain dapat dikatakan bahwa IC ini merupakan DTMF dengan mikrokontroler. [6] Adapun prinsip kerja dari IC ini adalah dengan cara membaca setiap input yang ada kemudian input tersebut difilter dalam blok penyaring frekuensi rendah dan blok penyaring frekuensi tinggi, hal tersebut dilakukan karena DTMF adalah perpaduan dua frekuensi, yaitu frekuensi rendah dan frekuensi tinggi, maka itu diperlukanlah dua blok penyaring tersebut. [9] Sehingga apabila yang menjadi input adalah DTMF maka otomatis blok penyaring akan bekerja keduanya pada waktu bersamaan. Kemudian output-output dari dua blok penyaring ini akan dimasukkan pada sebuah blok berkomponen dasar gerbang and, dengan maksud agar blok selanjutnya yang berupa blok pembaca frekuensi hanya akan mendapat input apabila dua blok penyaring menghasilkan output dalam waktu bersamaan, dengan kata lain hasil dari peng’and’an output-output ini adalah input bagi blok pembaca frekuensi. [5] Pada blok pembaca frekuensi ini, frekuensi-frekuensi yang masuk akan di konversi menjadi data digital 4 bit.[9] 3
2.2 Mikrokontroler Mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. [5] Mikrokontroler adalah salah satu dari bagian dasar dari suatu sistem komputer. Meskipun mempunyai bentuk yang jauh lebih kecil dari suatu komputer pribadi dan komputer mainframe, mikrokontroler dibangun dari elemen-elemen dasar yang sama. Secara sederhana, komputer akan menghasilkan output spesifik berdasarkan inputan yang diterima dan program yang dikerjakan.[8] Seperti umumnya komputer, mikrokontroler adalah alat yang mengerjakan instruksi-instruksi yang diberikan kepadanya. Artinya, bagian terpenting dan utama dari suatu sistem terkomputerisasi adalah program itu sendiri yang dibuat oleh seorang programmer. Program ini menginstruksikan komputer untuk melakukan jalinan yang panjang dari aksi-aksi sederhana untuk melakukan tugas yang lebih kompleks yang diinginkan oleh programmer. [12] Suatu mikrokontroler dapat didefinisikan sebagai sistem komputer yang lengkap termasuk sebuah CPU, memori, oscilator clock, dan I/O dalam satu rangkaian terpadu. Jika sebagian elemen dihilangkan, yaitu I/O dan memori, maka chip ini akan disebut sebagai mikroprosesor. [13] Mikrokontroler PIC16F84A merupakan mikrokontroler dari keluarga PICmicro buatan Microchip Inc dan merupakan mikrokontroler 8 bit dengan arsitektur Harvard. Adanya arsitektur Harvard memungkinkan program dan data disimpan dalam memori yang berbeda dan ini akan membuat kerja mikrokontroler lebih efisien dan perintah yang dimiliki lebih sedikit.[6] Instruksi yang dimiliki oleh mikrokontroler PIC16F84A hanya 35 buah, sehingga mikrokontroler ini termasuk dalam golongan RISC (Reduced Instruction Set Computer). Mikrokontroler RISC melaksanakan perintah lebih cepat daripada alat CISC (Complex Instruction Set Computer).[6] 3. PERANCANGAN 3.1 Disain Penelitian Desain penelitian untuk membuat model sistem remote kontrolaktuator pan-tit ini menggunakan model proses V-Model [4] yang dituangkan dalam diagram berikut ini.
4
Gambar 1: Disain penelitian Aktifitas-aktifitas yang ada pada disain penelitian diatas dijelaskan sebagai berikut : 1. Spesifikasi kebutukan Spesifikasi kebutuhan didedifinsikan berdasarkan pada prosedur fungsional remote monitoring on-demand dengan inisiasi awal berupa proses hand shaking dial number sampai panggilan diangkat. 2. Perancangan awal Perancangan awal disesuaikan dengan fitur input output pada telepon selular dengan interface berupa headset dan aktuator pan-til khususnya pada level tegangan kontrol. 3. Perancangan rinci Racangan rinci membahas mengenai breakdown fungsi keseluruhan rangkaian yang dibagi berdasarkan blok-blokrangkaian yang dipisahkan berdasarkan fungsinya. 4. Implementasi kedalam rangkaian Digunakan solusi MSC (Mixed Signal Circuits) agar dapat mengadaptasi karakteristik keluaran sinyal dari pesawat GSM dan kontrol aktuator. 5. Pengujian per blok unit Masing masing blok diuji coba fungsinya sehingga valid sesuai rangcangan yang diinginkan. 6. Pengujian sistem Sistem secara keseluruhan diuji, mulai dari kinerja rangkaian, akurasi antara input dan output, sampai penerapannya sebagai alat remote monitoring kemudian ditinjau kembali kesesuaiannya dengan rangcangan awal. 7. Instalasi Sistem 5
Sistem dibuat sedemikian rupa sehingga dapat mewakili penerapan di lapangan dengan melakukan simulasi proses dial dan kontrol. 3.2 Implementasi Pada implementasinya model sistem remote kontrol aktuator pan-tilt menujukan bahwa gerak aktuator pan-tilt dapat dikendalikan jarak jauh dengan menggunakan sinyal DTMF yang dihasilkan ketika menekan tombol numerik. Sistem diimplementasikan sebagai alat remot monitoring ruangan/temapat. Model implementasi sistem disajikan oleh gambar berikut.
Gambar 3.2: Model implementasi Gambar 3.2 menggambarkan disain sistem yang akan dibuat, cara kerjanya adalah : 1. Telepon selular pengontrol (HP1) melakukan panggilan video call kepada telepon selular terkontrol (HP2), kemudian sinyal DTMF ditransmisikan oleh jaringan 3G dengan menekan tombol numerik (2/4/6/8) pada telepon selular tersebut, 2. Telepon terkontrol (HP2) menjawab panggilan video call dengan otomatis (auto answer) yang ada pada fitur standar telepon selular. 3. Sinyal DTMF yang diterima kemudian dikirimkan kepada rangkaian pengkondisi sinyal melalui headset berupa sinyal analog dengan rentang frekuensi suara manusia (20Hz – 20.00Hz) untuk dikondisikan dengan karakteristik rangkaian DTMF dekoder, 4. Sinyal yang terkodisi kemudian diterima oleh rangkaian DTMF dekoder kemudian dikonversi menjadi data digital 4 bit, 6
5. Key decoder menerima data digital dari keluaran DTMF dekoder hanya untuk angka (2/4/6/8). Keluarannya divalidasi oleh 1 buah pin strobe yang terdapat pada mikrokontroler. 6. Inputan dari keypad telepon selular dipetakan oleh program yang sudah dimasukan kedalam mikrokontroler menjadi (1/2/4/8) agar kode biner yang dihasilkan masing-masinghanya bermuat 1 bit yang aktif. 7. Keluaran dari mikrokontroler kemudian digunakan untuk mengaktifkan relay yang dihubungkan dengan pengontrol aktuator dengan pemetaan kontrol (4=kiri, 6=kanan, 2=atas, 8=bawah). 3.3 Rancangan Dengan mempertimbangkan jenis sistem berupa open loop dipilih solusi perancangan per blok diagram dimulai dari input ke aktuator.
Gambar 3: Blok diagram model sistem remote kontrol actuator Blok diagram pada gambar 3 menunjukan susunan rancang bangun sistem yang dibuat, urutan rangkaian tersebut disusun berdasarkan I/O sistem sebagai berikut: 1. Dimulai dari penggunaan earphone jack female stereo sebagai interface input sistem, interface ini dipilih dengan mempertimbangkan kompatibilitas output audio headphone standar yaitu jack female stereo, kemudian dihubungkan oleh jack-to-jack male stereo. 2. Kemudian rangkaian pre-amp digunakan sebagai rangkaian pengkondisi sinyal, rangkaian ini mencampurkan sinyal stereo kemudian menormalisasinya. 3. Dekoder DTMF merupakan rangkaian yang merubah sinyal analog menjadi sinyal digital, atau disebut komponen ADC (Analog to Digital Converter) pada sistem ini. 4. Komponen mikrokontroler pada sistem ini penulis menyebutnya match digit decoder karena berfungsi memetakan bit logic yang masuk dan yang keluar dengan pengaturan menggunakan algoritma yang ditanamkan pada mikrokontroler. 5. Pada blok terakhir, sebagian besar merupakan perangkat mekanik berupa motor penggerak yang dapat dikontrol arah geraknya yang disebut dengan aktuator. 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian System dilakukan untuk memastikan bahwa logic keluaran sesuai dengan input tombol pada telepon selular, serta tidak ada nilai keluaran yang memiliki nilai bit aktif lebih dari satu yang akan menyebabkan terjadinya kerusakan pada perangkat aktuator. 7
Pengujian kesesuaian gerak aktuator dengan input keypad telepon selular ditunjukan pada tabel berikut. Tabel 1: Kesesuaian teori dengan hasil Input keypad Input (bit) Input (dec) Output Output(d Aktuator Ksesuaia (bit) ec) n 2 10010 18 0001 1 Pan/up Sesuai 4 10100 20 0010 2 Left Sesuai 6 10110 22 0100 4 Right Sesuai 8 11000 24 1000 8 Tilt/down Sesuai lainnya Xxxx 0000 0 steady Sesuai 5. KESIMPULAN DAN SARAN 2.1 Kesimpulan Untuk solusi sistem remote monitoring ruangan/tempat menggunakan aktuator standar pan-tilt, fitur DTMF pada perangkat selular cukup akurat dan reliable untuk mengendalikan aktuator secara konsisten dan realtime. Dalam rangkaian ini, solusi mikrokontroler dianggap lebih tepat dibandingkan solusi IC TTL karena memungkinkan kita membentuk algoritma yang cukup kompleks serta keperluan responsifitas kontrol yang tidak terlalu kritis. Dengan sistem yang sama, jumlah item yang dapat dikontrol masih dapat dikembangkan menjadi delapan sesuai dengan output port yang tersedia pada mikrokontroler yang digunakan. 2.2 Saran Untuk meningkatkan akurasi, rangkaian dapat dikembangkan menjadi sistem kontrol loop tertutup dengan menggunakan motor stepper sebagai aktuator dan dilengkapi sensor posisi untuk feed back loop. Program pada mikrokontroller dapat dibuat lebih dinamis misalnya dengan menyiapkan beberapa pola kombinasi pan-tilt yang dapat dipanggil dengan menggunakan kombinasi key DTMF yang difungsikan sebagai password. 6. UCAPAN TERIMAKASIH Terimakasih sebesar-besarnya kepada penyandang dana: Dibiayai oleh Dana Universitas Tahun Anggaran 2010, sesuai dengan Surat Keputusan Rektor UPI Nomor:2358/H40/PL/2010 tanggal 7 April 2010
7. REFERENSI [1] Bishop, Owen. 2004. Dasar Dasar Elektronika. Jakarta. Erlangga. [2] Budiharto, Widodo; & Firmansyah Sigit. 2010. Elektronika Digital dan Mikroprosesor. Yogyakarta. Penerbit Andi. [3] Budhi, Romy. 2009. Embedded System Mikrokontroler & Pemrograman C. Yogyakarta. Penerbit Andi [4] Hartono, Jogtyantyo. 2006 Metodologi Penelitian Sistem Informasi. Yogyakarta: Penerbit Andi [5] Hin, Kwok .2008 .Pemrograman Mikrokontroler PIC16F84A. Yogyakarta: Penerbit Andi. [6] Husanto; & Thomas. 2008. Kupas Tuntas Mikrokontroler PIC16F84A. Yogyakarta: Penerbit Andi. [7] Mulyanta, Edi S. 2010. Kupas Tuntas Telepon Selular Anda.Yogyakarta: Penerbit Andi 8
[8] Satyoadi, Melani. 2008. Elektronika Digital. Yogyakarta: Penerbit Andi. [9] Setiawan, Sulhan. 2006. Mudah dan Menyenangkan Belajar Mikrokontroler. Yogyakarta: Andi. [10] Supardi, Yuniar. 2010. Aplikasi Populer Handphone. Jakarta: Elex Media Komputindo [11] Sutanto. 2005. Rangkaian Elektronika Analog Terpadu. Jakarta. UI Press. [12] Winder, Sreve; & Clayton George. 2005. Operational Amplifiers. Jakarta. Erlangga. [13] Zakaria, Ahmad. 2009. Panduan Belajar Mikrokontroler PIC16F84. http://www.electroniclab.com/index.php?option=comcontent&view=article&id=50:bukupanduan-belajarmikrokontroler- pic16f84.
9
