Perancangan Embedded Web Server Untuk Sistem Monitoring Suhu Dan Kualitas Udder Berbasis Mikrokontroler ATMEGA128

Perancangan Embedded Web Server Untuk Sistem Monitoring Suhu Dan Kualitas Udder Berbasis Mikrokontroler ATMEGA128. Aris Sutiana1, A. Hafid Paronda2, H.Sugeng3 Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Islam “45” (UNISMA) Jl. Cut Meutia No. 83 Bekasi, Indonesia Telp. 021-88344436, 021-8802015 Ext. 124

ABSTRACT The presence of air quality monitoring in the city was instrumental in the day-to-day human activities which serve to have high mobility. As long as there is still no system that can provide accurate information about the conditions of temperature and air at the site, but this information is needed as a warning and consideration. Although there are tools needed quite complex because it requires a computer server, while the use of server computers are found to be efficient when placed at a location outside the room. Based on the above problems the author to design and create a system of temperature monitoring and web-based air pollution that can be accessed through the medium of computer networks. This web-based monitoring systems embedded in a chip, making it more flexible without needing a computer server.

Keyword: Embedded Web Server, Temperature Monitoring, Air Quality Monitoring.

PENDAHULUAN Kualitas udara yang kita hirup memang tidak terlihat mata. Perbedaan kadar oksigen dan zat lain juga sulit dideteksi oleh tubuh manusia (kecuali perbedaannya cukup ekstrim). Pada aplikasi ini sensor TGS 2600 yang merupakan sebuah sensor kimia atau gas sensor akan digunakan untuk mendeteksi baik atau buruknya kondisi udara sekitar . Sering kali dalam memonitoring suatu sistem harus secara langsung melihat plant itu sendiri, maka perlu dilakukan pengembangan sistem monitoring sehingga dapat lebih mudah, dilakukan kapan saja dan dimana saja. Dengan menggunakan website segala informasi berupa kualitas udara dan suhu bisa didapatkan tanpa dibatasi tempat dan waktu,

5

dimana saja asal terdapat koneksi dengan intranet/internet. Atas dasar tersebut maka perlu adanya suatu sistem pemantauan kualitas udara dan suhu yang dapat diakses secara realtime dimana pun pengguna berada. Tujuan dari pembuatan alat/sistem ini ialah merancang dan membuat sistem untuk dapat memonitor dan memberikan informasi kondisi suhu dan kadar pencemaran udara dalam suatu lokasi yang dapat diakses secara mudah melalui website melalui jaringan internet.

JREC Journal of Electrical and Electronics

2Vol 1. No.2

TINJAUAN PUSTAKA Teori Emisi Gas Secara umum emisi gas buang terdiri dari partikulat, hidrokarbon, sulfur oksida dan nitrogen oksida. Partikulat merupakan hasil pembakaran kendaraan bermotor yang tidak sempurna yang berupa fasa padat terdisperi di udara. Partikulat ini dapat mengakibatkan berkurangnya jarak pandang dan dapat menganggu kesehatan mahluk hidup. Hidrokarbon juga merupakan hasil pembakaran tak sempurna pada kendaraan yang menghasilkan gas buang yang mengandung hidrokarbon, termasuk di dalamnya senyawa alifatik dan aromatik yang terdapat dalam bahan bakar. Kualitas udara yang kita hirup memang tidak terlihat mata. Perbedaan kadar oksigen dan zat lain juga sulit dideteksi oleh tubuh manusia (kecuali perbedaannya cukup ekstrim). Pada aplikasi ini sensor TGS 2600 akan digunakan untuk mendeteksi baik atau buruknya kondisi udara sekitar. Figaro TGS 2600 Gas Sensor Figaro TGS2600 adalah transducer utama yang digunakan dalam rangkaian ini, yang merupakan sebuah sensor kimia atau gas sensor yang mendeteksi tingkat pencemaran udara oleh gas karbonmonoksida (CO) dengan menggunakan mikrokontroler ATMEGA128. Sensor ini mempunyai nilai resistansi Rs yang akan berubah bila terkena gas dan juga mempunyai sebuah pemanas (heater) yang digunakan untuk membersihkan ruangan sensor dari kontaminasi udara luar.Struktur darisensor terdapat pada Gambar 1.

Gambar 2.1 Gambar Konstruksi TGS 2600 Gas Sensor

5

Output tegangan pada hambatan RL (Vout) digunakan sebagai masukan pada mikroprosesor. Nilai resistansi RL dipilih agar konsumsi daya dari sensor (P S) di bawah batas 15 mW, Nilai P S akan meningkat pada waktu Nilai resistansi sensor RS sama dengan resistansi RL. Nilai Ps dapat dicari berdasarkan persamaan berikut ini.

Keterangan : Ps : Daya sensor Vc : Tegangan sumber V out : Tegangan keluaran RL : Resistor beban Rs : Resistansi sensor Sensor Suhu LM35 Untuk mendeteksi suhu digunakan sebuah sensor suhu LM 35 yang dapat dikalibrasikan langsung dalam , LM 35 ini difungsikan sebagai basic temperature sensor seperti pada gambar 2.1

Gambar 2.2 Gambar Pinout Sensor Suhu LM35 IC LM 35 sebag ai sensor suhu yang teliti dan terkemas dalam bentuk Integrated Circuit (IC), dimana output tegangan keluaran sangat linear berpadanan dengan perubahan suhu. Sensor ini berfungsi sebagai pen gubah dari besaran fisis suhu ke besaran tegangan yang memiliki ko efisien sebesar 10 mV /°C yang berarti bahwa kenaikan suhu 1°


3Vol 1. No.2



C maka akan terjadi kenaikan tegangan sebesar 10 mV.

Sesuai standar RoHS.

PERANCANGAN SISTEM ATMEGA128 ATMEL AVR Family Microcontroller Atmega 128 adalah mikrokontroler CMOS 8bit daya-rendah berbasis arsitektur RISC yang ditingkatkan. Atmega 128 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz membuat disainer sistem untuk mengoptimasi komsumsi daya versus kecepatan proses WIZ200WEB Embedded Web Server Merupakan modul embedded web server yang berbasis ATMEGA128 dan W5300.

Gambar 3.1 Gambar Blok Diagram embedded web server Untuk Sistem Monitoring Suhu Dan Kualitas Udara Perancangan Hardware Rangkaian Power Supply

 

Gambar 2.5 Gambar WIZ200WEB Berbasis ATMEGA128 dan W5300. Tambahan SRAM 32 KB dan memori Flash 512 KB.

Bahasa Pemrograman Bahasa pemrograman yang digunakan dalam sistem ini khususnya pada rangkaian mikrokontroler menggunakan bahasa high level language (bahasa C) dengan compiler khusus yaitu WinAVR yang banyak digunakan untuk rancang bangun peralatan dengan mikrokontroler. Sedangkan untuk bahasa standar yang digunakan untuk pembuatan halaman website menggunakan bahasa pemrograman HTML (Hyper Text Markup Languange).  Tersedia program "Configuration Tool" yang mudah digunakan.  Mendukung jalur ethernet 10/100 Mbps.

5

Gambar 3.3 Skema Rangkaian Power Supply IC AIC1722 dipilih karena diharapkan mampu menurunkan tegangan 5V dari hasil keluaran IC7805 dan menurunkan tegangan tersebut menjadi 3,3V dengan output yang linear. Rangkaian Modul WIZ200web Rangkaian Mikrokontroler ATmega128


4Vol 1. No.2

Gambar 3.4 Skema Rangkaian Mikrokontroler ATMega128

Konfigurasi Modul WIZ200Web WIZ200Web merupakan modul embedded webserver yang menggunakan chip W5300 sebagai antar muka dengan komunikasi ethernet jaringan komputer, supaya dapat berfungsi sesuai rancangan maka modul ini harus dikonfigurasi sedemikian rupa sehingga modul ini dapat bersesuaian dengan rangkaian input maupun output yang ditambahkan.

Rangkaian Sensor Suhu LM35

Berikut ialah skema rangkaian konfigurasi modul WIZ200Web : Gambar 3.10 Rangkaian Sensor Suhu LM35 Dengan tingkat akurasi 0.5 oC. Memiliki range pengukuran antara -55 s/d 150 oC. Sehingga untuk mendapatkan nilai pembacaan suhu dari ADC sebagai berikut :

Gambar 3.8 Konfigurasi PIN WIZ200Web Rangkaian Alphanumeric LCD 16x2 Rangkaian ini berfungsi untuk menampilkan hasil konfigurasi IP (Internet Protocol) dari modul WIZ200Web, sehingga memudahkan pengguna dalam hal pengoperasian seluruh sistem ini.

Rangkaian Sensor Suhu TGS2600 TGS 2600 memiliki sensitivitas yang tinggi untuk konsentrasi rendah, gas udara yang terkontaminasi seperti hidrogen dan karbon monoksida yang ada pada gas buang kendaraan bermotor. Sensor dapat mendeteksi hidrogen dan karbon monoksida pada tingkat beberapa ppm.

Gambar 3.11 Rangkaian Sensor TGS2600 Detection Range : 1 – 30PPM Sensor resistance : 10KΩ – 90KΩ Load resistance : 20KΩ Gambar 3.9 Rangkaian Alphanumeric LCD 16x2

5


5Vol 1. No.2

5


6Vol 1. No.2

Untuk mendapatkan ADC dari hasil deteksi sensor digunakan perumusan sebagai berikut :

memory tambahan berupa halaman website berformat HTML. Program penampil LCD Start

Inisialisasi LCD

Tampilkan Startup Text

Dari perhitungan diatas didapatkan nilai tegangan output sensor 3,33V untuk 1PPM. Untuk perhitungan seluruh range dapat dilihat pada tabel berikut ini :

Baca konfigurasi IP Tampilkan Konfigurasi LCD END

Gambar 3.12 Flowchart Program Penampil LCD

void evb_init(void) {

Tabel 3.3 Tabel nilai ADC sensor TGS2600

Perancangan Software Dalam sistem ini software yang akan dirancang meliputi dua bagian besar, software yang pertama merupakan program pada mikrokontroler itu sendiri, dan yang kedua adalah software yang di tanamkan pada flash 57


mcu_init(); //Inisialisasi Port Mikrokontroler lcd_init(); //Inisialisasi Port LCD evb_set_lcd_text(0,(u_char *)"WebServer Startup"); //Text Startup evb_set_lcd_text(1,(u_char *)"Initialize... "); //Text Startup net_init(); //Inisialisasi dan pembacaan settingan IP displayconfig(); //Menampilkan konfigurasi IP }

Program Sensor LM35

Gambar 3.14 Flowchart Program Sensor TGS2600

Start

Konversi nilai ADC menjadi PPM mengacu pada Tabel 3.3, hasil konversi kemudian disimpan dalam “adc_val2.xml” yang kemudian akan diambil oleh page penampil kondisi udara untuk di tampilkan.

Inisialisasi Mikrokontroler

Inisialisasi ADC

Tidak Apakah pointer bernilai $AD_V1$

Perancangan Halaman Website Ya

Start

Baca Nilai ADC0

Tampilkan Main Page “Index.html”

Konversi Nilai ADC0 ke Suhu Tidak Apakah Page Button Suhu Di Klik (pointer = $AD_V1$)

Simpan Hasil Konversi Pada Flash Memory “adc_val.xml”

Apakah Page Button Kontaminsai Udara Di Klik (pointer = $AD_V2$)

Ya

Ya

END

Tidak

Baca “adc_val.xml”

Baca “adc_val2.xml”

Tampilkan Nilai Suhu

Tampilkan Nilai Kontaminasi Udara

End

if((tptr=(u_char*)strstr((char*)ptr,"$AD_V 1$"))) { read_val = (AdcRead(0)*500/1023); memset(tptr,0,7); sprintf((char*)str, "%7d", read_val); /printf(str); memcpy(tptr,str,7); tptr+=7; }

Gambar 3.15 Flowchart Program Halaman Website PEMBAHASAN DAN ANALISIS Pengujian Perangkat Keras (Hardware) Pengujian Rangkaian Power Supply Hasil Pengujian dari rangkaian ini terlihat seperti gambar di bawah ini

Program Sensor TGS2600 Start

Tabel 4.1 Hasil Uji Coba Rangkaian Power Supply

Inisialisasi Mikrokontroler

Inisialisasi ADC

Tidak Apakah pointer bernilai $AD_V2$

Ya Baca Nilai ADC1

Pengujian Rangkaian Modul WIZ200Web Proses pengujian ini dilakukan dengan menggunakan jaringan intranet, komunikasi dilakukan secara langsung antara komputer dengan sistem, komunikasi antara komputer dengan PC menggunakan kabel UTP dengan pengaturan cross.

Konversi Nilai ADC1 ke PPM Simpan Hasil Konversi Pada Flash Memory “adc_val2.xml”

PC

END

IP : 192.168.1.5 SUBNET : 255.255.255.0 Gateway : 192.168.1.1

58


WIZ200Web Cross Cable

IP : 192.168.1.3 SUBNET : 255.255.255.0 Gateway : 192.168.1.1

Gambar 4.4 Proses Uji Coba Modul WIZ200Web

Gambar 4.5 Tes Koneksi Modul WIZ200Web Menggunakan Command Prompt Dengan melihat proses tes koneksi di atas dapat disimpulkan bahwa koneksi antara modul dengan PC berjalan dengan baik dengan kualitas paket data yang loss 0%. Pengujian Rangkaian LCD Fungsi dari rangkaian LCD ini ialah menampilkan startup messege pada saat sistem di nyalakan, selanjutnya LCD akan menampilkan IP(Internet Protocol) hasil konfigurasi dari modul WIZ200Web dengan bantuan software WIZ200Web Configuration Tool V1.0. Gambar 4.8 Grafik Hasil Uji Coba Rangkaian Sensor Suhu LM35 Dari hasil pengujian di atas maka didapatkan nilai rata-rata error sebagai berikut :

Tabel 4.2 Hasil Uji Coba Rangkaian LCD Pengujian Rangkaian Sensor LM35 Hasil dari pengujian rangkaian tersebut tertera pada tabel pengujian di bawah ini :

59


Persamaan regresi linear untuk sensor suhu tersebut adalah

Gambar 4.9 Grafik Regresi Linear Tegangan Sensor LM35 Pengujian Rangkaian Sensor TGS2600 EMISI Gas Buang Kendaraan roda dua

RANGKAIAN SENSOR SUHU TGS2600

MIKROKONTROLER ATMega128

Alphanumeric LCD

Gambar 4.9 Proses Pengujian Rangkaian Sensor TGS2600 Proses pengujian dilakukan dengan mendekatkan sensor pada saluran gas buang sepeda motor Honda Revo 110cc, dan Suzuki Satria 150cc berikut hasil pengujian tersebut :

Tabel 4.5 Tabel Hasil Uji Coba Rangkaian Sensor Suhu TGS2600 Pada Sepeda Motor Suzuki Satria 150cc Persamaan regresi linear untuk sensor kualitas udara tersebut adalah Grafik fungsi linear dari nilai polutan gas (PPM) terhadap output tegangan sensor adalah sebagai berikut:

Gambar 4.11 Grafik Regresi Linear Tegangan Sensor TGS2600 Tabel 4.4 Tabel Hasil Uji Coba Rangkaian Sensor Suhu TGS2600 Pada Sepeda Motor Honda Revo 110cc

60


Pengujian Perangkat Lunak (Software) Pengujian Page Penampil Suhu Proses uji coba dilakukan dengan menghubungkan alat dengan komputer. Data tampilan pada page penampil suhu kemudian dibandingkan dengan hasil pengukuran pada uji coba rangkaian sensor.

Browser (Internet Explorer)

Suhu yang diukur

Embedded Web Server IP = 192.168.0.3

PC IP = 192.168.0.10

Gambar 4.11 Blok Diagram Uji Coba Page Penampil Suhu Berikut ini merupakan tampilan dari hasil uji coba page penampil suhu dengan suhu terukur tampak 31 derajat celcius.

Pengujian Page Penampil Kontaminasi Udara Proses uji coba dilakukan dengan mendekatkan alat dengan saluran gas buang kendaraan bermotor, lalu alat dihubungkan dengan komputer seperti tampak pada blok diagram di bawah ini : Browser (Internet Explorer)

Emisi Sepeda Motor Honda Revo 110cc/ Suzuki Satria 150cc

Embedded Web Server IP = 192.168.0.3

PC IP = 192.168.0.10

Gambar 4.13 Blok Diagram Uji Coba Page Penampil Kontaminasi Udara Berikut ini merupakan tampilan page pada saat uji coba dilaksanakan :

Gambar 4.12 Tampilan Page Penampil Suhu Hasil uji coba dengan membandingkan pengukuran dengan thermometer terkalibrasi dapat di lihat pada tabel 4.5 di bawah ini : Gambar 4.14 Tampilan Page Penampil Suhu Hasil uji coba ini menghasilkan nilai yang sama dengan uji coba sensor TGS2600 tanpa webpage, karena tidak ada proses pembulatan dalam pembacaan halaman web dengan data yang dihasilkan mikrokontroler. Pengujian Kapasitas Memori Embedded Webserver Uji coba ini dilakukan dengan cara mengupload halaman web dengan ukuran yang berbeda-beda, kemudian halaman web yang di upload tersebut coba ditampilkan dalam web browser. Berikut merupakan tabel hasil uji coba tersebut. Tabel 4.6 Tabel Hasil Uji Coba Page Penampil Suhu 61


3) Dari uji coba tersebut dapat disimpulkan bahwa embedded webserver ini hanya bisa menyimpan halaman website dibawah 300KByte, meski serial flash AT45DB041 yang ada pada sistem sebesar 4MByte. Pengujian Keseluruhan Sistem Pengujian ini merupakan pengujian yang dilakukan dengan melakukan proses uji pada semua elemen pada halaman website. Berikut tabel hasil pengujian tersebut :

Tabel 4.8 Tabel Hasil Uji Coba Embedded Webserver Keseluruhan PENUTUP Simpulan Berdasarkan pengujian dan analisis yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut : 1) Nilai luaran tegangan sensor diperoleh sebagai berikut : a. Pada sensor suhu, bergantung pada masukan suhu yang dinyatakan dengan persamaan regresi linier b. Pada sensor kualitas udara, bergantung pada masukan polutan gas yang dinyatakan dengan persamaan regresi linier 2) Dari hasil pengujian didapatkan penyimpanan maksimal pada modul 62


WIZ200Web didapatkan sebesar 300KByte, (page tidak akan tampil sempurna jika melebihi kapasitas tersebut). Halaman Embedded Web Server akan tampil sempurna pada browser dengan penambahan waktu tunda (delay) pada program pembacaan sensor di atas 5 second.

Saran Untuk pengembangan sistem lebih lanjut, maka ada beberapa saran yang dapat dilakukan yaitu sebagai berikut : 1) Karena besar memori pada mikrokontroler sangat terbatas, dapat dilakukan penambahan eksternal memori sesuai dengan kapasitas yang dibutuhkan. 2) Untuk meningkatkan kinerja sistem, sensor dapat ditambahkan sesuai kebutuhan aplikasi monitoring yang lebih kompleks. DAFTAR PUSTAKA Wibawanto, Heri. (2008). Elektronika Praktis Pengenalan Praktis . Jakarta : Elex Media. Budiharto, Widodo. (2006). Belajar Sendiri Membuat Robot Cerdas. Bekasi : Elex Media. Budiharto, Widodo. (2004). Interfacing Komputer dan Mikrokontroler. Jakarta : Elex Media. Kristanto, Andri. (2009). Algoritma & Pemrograman dengan Bahasa C++ Edisi 2. 2009 : Graha Ilmu. Atmel. (2006). ATMega128 Data Sheet, 8 Bit AVR Microcontroller With 128K Bytes In-System Programmable Flash. Data Sheet. Atmel Corporation. Figaro. (2005). TGS 2600 Data Sheet, TGS 2600 Product Information. Data Sheet. Figaro Engineering Inc. National Semiconductor. (2011). LM35 Data Sheet, LM35 Precision Centigrade Temperature Sensors. Data Sheet. Texas Instruments.

Cytron Technologies. (2008). Reading Gas and Humidity Sensor. Cytron Technologies Sdn.Bhd. Wiznet. (2007). WIZ-Embedded WebServer User’s Manual. Wiznet Inc. Ilmu Komputer.com. (2012). Pemrograman HTML, XML, CSS., http://ilmukomputer.org/category/pemrogra man-html-xml-css/

63


Perancangan Embedded Web Server Untuk Sistem Monitoring Suhu Dan Kualitas Udder Berbasis Mikrokontroler ATMEGA128

Recommend Documents