Makalah Seminar Kerja Praktek
PERANCANGAN PENDETEKSI BANJIR JARAK JAUH MENGGUNAKAN SISTEM KOMUNIKASI 802.15.4 Amelia Syarfina Qisthi1, Ajub Ajulian Z., ST. MT2
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro, Jalan Prof. H. Soedarto, S.H., Tembalang, Semarang Kode Pos 50275 Tel (024) 7460053, 7460055 Fax (024) 746055
[email protected] Abstrak Maraknya banjir yang melanda beberapa wilayah di Indonesia setiap tahunnya menjadi kerugian yang cukup besar bagi warga yang terkena banjir. Banjir yang tak jarang datang tiba-tiba membuat warga tidak bisa siaga ketika bencana datang. Karena itu perlu dirancang alat pendeteksi banjir jarak jauh, tidak hanya meningkatkan keakuratan pendeteksian pada banjir namun nantinya bisa dipantau secara real time sehingga memberikan siaga banjir disaat yang tepat. Pendeteksi banjir jarak jauh ini memanfaatkan komunikasi wireless 802.15.4. Suatu sistem pengukuran ketinggian air dengan sensor ultrasonik ping parallax yang dikontrol oleh mikrokontroler ATMega 8535 dimana data yang telah diolah kemudian dikirim secara wireless menggunakan transmitter Xbee-PRO yang didasarkan pada standar 802.15.4. Pada prosesnya, data yang telah dikirim kemudian diterima oleh receiver Xbee-PRO lalu dikirim secara serial dengan menggunakan kabel serial RS232 menuju komputer, sehingga data dapat ditampilkan di komputer menggunakan program Visual Basic 6.0. Kata Kunci : Wireless, Mikrokontroler, Sensor Ultrasonik.
Perancangan pendeteksi banjir jarak jauh ini dikonsepkan untuk memberikan informasi kepada para penggunanya untuk memperoleh perubahan keadaan atau situasi pada saat itu juga. Komunikasi yang dapat digunakan untuk pemantauan banjir real time ini adalah komunikasi 802.15.4 yaitu wireless Xbee-PRO pada frekuensi 2,4 GHz. Pendeteksi banjir jarak jauh ini akan mendeteksi perubahan-perubahan ketinggian air dan memberikan peringatan dini banjir dengan menggunakan sensor ping parallax yang memanfaatkan gelombang ultrasonik yang dipantulkan kemudian menghitung jarak gelombang yang terpantulkan kembali ketika menyentuh dasar sungai, kemudian data diolah oleh mikrokontroller Atmega8535 dan hasilnya dikirim dari sisi transmitter ke receiver melalui wireless Xbee-PRO lalu ditampilkan di kompuer menggunakan software Visual Basic.
I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Telekomunikasi merupakan teknik pengiriman atau penyampaian informasi dari satu tempat ke tempat yang lain. Dewasa ini kebutuhan informasi yang semakin meningkat mengharuskan informasi tersebut dapat diketahui secara real time atau pada saat itu juga. Didorong dari kebutuhankebutuhan real time inilah dibutuhkan komunikasi yang dapat mengirimkan data secara cepat dan terus menerus. Penggunaan wireless atau jaringan nirkabel bertujuan untuk menggantikan kabel yang menghubungkan terminal komputer dengan jaringan, sehingga tetap dapat berkomunikasi dengan kecepatan transmisi yang memadai. Wireless atau jaringan nirkabel ini menggunakan gelombang radio sebagai media transmisinya Maraknya banjir yang melanda beberapa wilayah di Indonesia setiap tahunnya menjadi kerugian yang cukup besar bagi warga yang terkena banjir. Banjir yang terkadang datang dimalam hari disaat warga sedang tertidur lelap membuat warga tidak bisa siaga ketika bencana datang. Tentu saja ini membuat warga tidak hanya mengalami kerugian harta dan benda namun bisa kehilangan nyawa orang yang dicintai karena terjebak banjir yang datang tiba-tiba. Karena alasan inilah perlu dirancang alat pendeteksi banjir jarak jauh, tidak hanya meningkatkan keakuratan pendeteksian pada banjir namun nantinya bisa dipantau secara real time sehingga memberikan siaga banjir disaat yang tepat.
1.2 Tujuan Tujuan Kerja Praktek di Lab Wireless Network PT Telkom Divisi R&D Center Bandung ini adalah : 1. Mempelajari sistem telekomunikasi wireless 2. Merancang pendeteksi banjir jarak jauh menggunakan sistem komunikasi 802.15.4 3. Mempelajari fungsi dan cara kerja komponen penyusun pada pendeteksi banjir jarak jauh menggunakan sistem komunikasi 802.15.4
1) Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro UNDIP 2) Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro UNDIP
-1-
Jarak = (Lebar Pulsa x 0.034442) /2 (cm) Karena 1/29.034 = 0.34442
1.3 Batasan masalah Pada penulisan laporan kerja praktek ini penulis membatasi permasalahan yaitu : 1. Dalam hal ini hanya akan dibahas mengenai Perancangan Pendeteksi Banjir Jarak Jauh Menggunakan Sistem Komunikasi 802.15.4 secara umum. 2. Dalam laporan ini tidak dibahas tentang bahasa pemrograman untuk mikrokontroler (CV AVR). 3. Dalam laporan ini tidak dibahas tentang bahasa pemrograman secara khusus. 4. Dalam laporan ini hanya membahas perancangan alat dan belum diaplikasikan sehingga tidak membahas hasil kerja alat.
2.2
II. DASAR TEORI 2.1 Sensor Ping Parallax Sensor Ping merupakan sensor ultrasonik yang dapat mendeteksi jarak objek dengan cara memancarkan gelombang ultrasonik dengan frekuensi 40 KHz dan kemudian mendeteksi pantulannya. Dengan sensor ini maka ketinggian air sungai dapat terdeteksi. Pada modul Ping))) terdapat 3 pin yang digunakan untuk jalur power supply (+5V), ground dan signal.
(2)
Mikrokontroler ATMega8535
Gambar 2 Pin ATMega8535
ATMega8535 merupakan salah satu mikrokontroler 8 bit buatan Atmel untuk keluarga AVR yang diproduksi secara masal pada tahun 2006. Pada mikrokontroler ATMega8535 ini semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 siklus clock atau dikenal dengan teknologi RISC (Reduced Instruction Set Computing) Mikrokontroller ATmega8535 memiliki karakteristik sebagai berikut : 1. Kompatibel dengan produk keluarga MCS51. 2. Dapat digunakannya bahasa C sebagai bahasa pemrogramannya. 3. Programmable Flash Memory sebesar 8 K Byte. 4. Memiliki 512 Bytes EEPROM yang dapat diprogram. 5. Ketahanan (endurance) : 10.000 siklus tulis/hapus. 6. Jangkauan operasi : 4,5 – 5,5 Volt. 7. Fully Static Operation : 0 Hz – 16 MHz untuk ATmega8535. 8. Dua level Program Memory Lock yaitu flash program dan EEPROM data security 9. RAM Internal 128 X 8 bit. 10. Memiliki 32 jalur I/O yang dapat deprogram. 11. Satu pencacah 8 bit dengan separate prescaler. 12. Satu pencacah16 bit dengan separate prescaler. 13. Sumber interupsi (interrupt source) eksternal dan internal. 14. Kanal pengirim-penerima tak serempak universal (UART- Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) yang dapat diprogram. 15. Low-power Idle dan Power-down Model.
Gambar 1 Sensor Ping Paralaax Pada sensor ping parallax ini, pemancar ultrasonik mengubah sinyal 40 KHz menjadi gelombang suara sementara dan hanya akan memancarkan gelombang ketika ada pulsa trigger dari mikrokontroler (Pulsa high selama 5us). Gelombang ini akan dipancarkan selama 200uS dan merambat dengan kecepatan 344.424m/detik (atau 1cm setiap 29.034us), ketika mengenai objek maka gelombang akan terpantul kembali ke sensor ping. Selama menunggu pantulan, sensor ping akan menghasilkan sebuah pulsa. Pulsa ini akan berhenti (low) ketika suara pantulan terdeteksi oleh sensor ping. Oleh karena itulah lebar pulsa tersebut dapat merepresentasikan jarak antara sensor ping dengan objek. Kemudian mikrokontroler mengukur lebar pulsa tersebut dan mengkonversinya dalam bentuk jarak dengan perhitungan sebagai berikut : Jarak = (Lebar Pulsa/29.034us) /2 (cm) (1) atau
-2-
2.3 Xbee-PRO Perangkat XBee-PRO merupakan modul RF yang didesain dengan standard protokol IEEE 802.15.4 dan sesuai dengan kebutuhan yang sederhana untuk jaringan sensor tanpa kawat. XBee-PRO hanya membutuhkan energi yang rendah untuk beroperasi dan dimensi fisiknya kecil sehingga praktis dalam penempatan. Modul ini beroperasi pada rentang frekuensi 2.4 GHz.
Frequency Band
2.4-2.4835 GHz
Modulation
OQPSK 0.960" x 1.297" (2.438 cm x 3.294 cm) -40 to 85o C (Industrial) Integrated Whip, Chip or U.FL Connecetor
Dimensions Operating Temperature Antenna Options
Neteworking & Security SupPorted Network Topologies Number of Channels (software selectable)
Gambar 3 Bentuk Xbee-PRO
Point-to-point, Poit-tomultipoint & Peer-to-peer 12 Direct Sequence Channels
2.4 RS232
Xbee-PRO ini merupakan sebuah modul yang terdiri dari Xbee-PRO receiver dan XbeePRO transmitter dengan sistem antarmuka serial UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter).
RS232 adalah standar komunikasi serial yang didefinisikan sebagai antarmuka antara perangkat terminal data dan perangkat komunikasi data menggunakan pertukaran data biner secara serial. Untuk melakukan komunikasi serial dengan standar RS232 digunakan IC Max 232 sebagai sebagai driver, yang akan mengkonversi tegangan atau kondisi logika TTL dari hardware agar sesuai dengan tegangan pada komputer/ mikrokontroller ataupun sebaliknya sehingga data dapat dibaca.
Gambar 4 Komunikasi serial Xbee-PRO
2.5 Visual Basic 6.0 Visual Basic 6.0 adalah salah satu bahasa pemrograman untuk membuat program aplikasi lingkungan Windows. Bahasa pemrograman merupakan intsruksi yang dimengerti oleh komputer untuk melakukan tugas-tugas tertentu. Dalam pengembangan aplikasi Visual Basic menggunakan pendekatan visual (GUI-Graphical User Interface) untuk merancang antarmuka (interface). Microsoft Visual Basic 6.0 merupakan produk pengembangan dari Microsoft Visual Basic yang sebelumnya.
Tabel 1 Spesifikasi Xbee-PRO[13] Performance IndoorUrban-Range Outdoor RF line-ofsight Range Transmit Power Output (software selectable) RF Date Rate Serial Interface Date Rate (software selectable) Receiver Sensitifity
up to 300'(100 m) up to 1 mile (1500 m) 60 Mw (18 dBm) conducted 100 Mw (20dB) EIRP 250,000 bps 1200-115200 bps (non-standard baud rates also supported) -100 dBm (1% packet error rate)
Power Requirements Supply Voltage Idle / Receive Current (typical) Power-down Current
2,8-3,4 V 55mA (@ 3.3 V) < 10 µA
General Operating Frequency
Gambar 5 Antarmuka Visual Basic 6.0 ISM 2.4 GHz
-3-
ini akan membuat sensor ultrasonik tidak akurat dalam mengambil data karena patokan kedalamnnya berbeda, sehingga perlu membuat bata/semen permanen di tepi sungai dengan tinggi yang sama. Jadi ketika sensor ultrasonik yang memancarkan gelombang ultrasonik kemudian mengenai suatu bata/semen yang telah dibuat maka gelombang akan memantulkan kembali. Pada perancangan ini perangkat pendeteksi banjir diletakkan di dalam pelampung karena pelampung mengapung di air, sehingga ketika air naik maka pelampung akan mengikuti ketinggian air dan sensor akan mengukur ketinggiannya dengan memancarkan gelombang ultrasonik ke bata/semen. Perangkat lalu dihubungkan dengan pipa paralon. Pipa paralon ini berfungsi menahan pelampung agar pelampung tidak terbawa arus sungai.
III. PERANCANGAN SISTEM 3.1 Diagram Blok Diagram blok secara umum dari perancangan sistem pendeteksi banjir jarak jauh dengan komunikasi 8012.15.4 diperlihatkan pada gambar dibawah ini.
Gambar 6 Diagram blok perancangan sistem.
3.3 Perancangan Perangkat Keras (Hardware) Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa sistem terdiri atas Sensor Ping Parallax yang digunakan untuk mendeteksi perubahan ketinggian air kemudian data diolah oleh Mikrokontoller ATMEega8535, lalu Mikrokontroler ATMega 8535 memerintah XbeePRO Tx untuk mengirim data ke Xbee-PRO Rx untuk memberitahukan ketinggian air sungai. Data yang telah dikirim kemudian diterima oleh XbeePRO Rx dan dikirim menuju komputer, sehingga data dapat ditampilkan di komputer menggunakan pemrograman Visual Basic 6.0 3.2 Perancangan Penempatan Pendeteksi Banjir
Gambar 8 Perancangan perangkat keras
Perangkat
Pada perancangan sistem perangkat keras sistem pendeteksi banjir jarak jauh dengan komunikasi 8012.15.4 ini terdiri dari beberapa blok transmitter dan receiver fungsional yaitu: 1. Sensor Ping Parallax digunakan untuk mengukur perubahan ketinggian air. 2. Sistem mikrokontroller Atmega8535, digunakan untuk pengolah data masukan, dan pengendali proses. 3. Xbee-PRO digunakan sebagai media transmisi untuk mengirimkan data dari mikrokontroler ke komputer 4. Komputer server digunakan untuk menampilkan monitoring data ketinggian aktual air dan deteksi banjir 5. Catu daya 5V digunakan untuk mensuplai daya ke mikrokontroller.
Gambar 7 Perancangan Penempatan perangkat
Setiap sungai/laut biasanya memiliki kedalaman yang berbeda-beda namun semakin dekat dengan daratan maka akan semakin dangkal, hal ini membuat pendeteksi banjir ini diletakkan di tepi sungai. Untuk dasar tepi sungai yang memang kedalamannya berbeda-beda, hal
-4-
7. “CN” (Exit Command Modul) merupakan perintah keluar dari modul Xbee-PRO, command ini merupakan kebalikan dari command “+++”.
3.4 Perancangan Perangkat Lunak (Software) 3.4.1 Perancangan Sistem Komunikasi XbeePRO Untuk melakukan setting pada Xbee-PRO diperlukan software yang dapat berhubungan dengan media serial dengan IC MAX232 yang terkoneksi dengan Xbee-PRO. Software yang dapat digunakan untuk penyetingan adalah XCTU. Terdapat beberapa perintah untuk mensetting RF Modules. Berikut perintah yang diperlukan untuk mensetting Xbee-PRO.
3.4.2
Perancangan Tampilan di Visual Basic 6.0 Ketika koneksi port serial sudah berjalan dengan baik, kemudian membuat tampilan Pendeteksi Banjir Jarak Jauh Menggunakan Sistem Komunikasi 802.15.4 di komputer yaitu menggunakan software Visual Basic. Visual Basic 6.0 ini dapat digunakan untuk aplikasi akuisisi data dengan database dan chart, absen, menerima dan mengirim data, yang semuanya terhubung dengan port serial. Berikut gambar tampilan perancangan pendeteksi banjir :
Gambar 9 Parameter dalam modul Xbee-PRO
Keterangan : 1. “+++” merupakan command yang diberikan kepada modul Xbee-PRO pertama kali untuk membuka sesi komunikasi pada modul XbeePRO. “AT” (AT Command) adalah awalan perintah yang diberikan kepada modul XbeePRO yang menyatakan bahwa kalimat setelah AT merupakan command yang diproses dalam modul Xbee-PRO. 2. “DL” (Destination Address Low) merupakan perintah untuk menyeting alamat yang akan dituju oleh modul Xbee-PRO. 3. “MY” (Source Address) Merupakan perintah untuk menyetting alamat dari modul XbeePRO itu sendiri (alamat diri sendiri), nilai dari“DL”, dan “MY” tidak boleh sama. 4. “CH” (Channel) merupakan parameter set/read dari modul Xbee-PRO dimana nilai awal dari settingannya adalah C dan nilai CH harus sama antara Transmiter dengan Receiver. 5. “ID” (Networking/Addessing) adalah perintah untuk memberi alamat PAN (Personal Area Network) dimana nilainya harus sama untuk satu jaringan 6. “WR” (Write) merupakan perintah penulisan pada modul Xbee-PRO apakah modul XbeePRO siap untuk menerima data.
Gambar 10 Tampilan Visual Basic
IV. PENUTUP 4.1 Kesimpulan 1. Perancangan pendeteksi banjir jarak jauh menggunakan sistem komunikasi 802.15.4 yang terdiri dari sensor ping parallax, mikrokontroler ATMega8535 dan wireless ZXbee-PRO. 2. Prinsip dari sensor ultrasonik ping parallax adalah memancarkan gelombang ultrasonik dengan frekuensi 40 KHz dan ketika menyentuh suatu penghalang maka sinyal akan dipantulkan kembali ke sensor. 3. Mikrokontroler ATMega8535 bertugas melakukan proses deteksi data masukan, mengolah data dan mengatur proses selanjutnya yang dikehendaki alat. -5-
4. Perangkat Xbee-PRO merupakan modul yang didesain dengan standard protokol IEEE 802.15.4 dan beroperasi pada rentang frekuensi 2.4 GHz. 5. XCTU adalah software yang digunakan untuk pengaturan sistem komunikasi Xbee-PRO dengan media serial yang ada di Xbee-PRO. 6. Visual Basic dapat digunakan untuk aplikasi akuisisi data dengan database dan chart, absen, menerima dan mengirim data, yang semuanya terhubung dengan port serial.
[7] [8]
BIODATA Amelia Syarfina Qisthi (L2F009105). Lahir di Ngawi, 11 Juni 1991. Telah menempuh pendidikan di SDN Kartini 1 Cirebon, SMPN 1 Cirebon, SMAN 1 Cirebon. Dan saat ini tercatat sebagai mahasiswa Teknik Elektro Universitas Diponegoro, angkatan 2009, konsentrasi Elektronika dan Telekomunikasi.
4.2 Saran 1. Perancangan pendeteksi banjir jarak jauh menggunakan sistem komunikasi 802.15.4 ini dapat diaplikasikan dan diterapkan. 2. Sebaiknya Kantor Research and Development Center Telkom Pusat dapat memberikan modul yang dapat diteliti dan dikembangkan oleh mahasiswa yang melakukan Kerja Praktek di Kantor Research and Development Center Telkom Pusat.
[1]
[2]
[3]
[4]
[5] [6]
----------, ATmega8535 Data Sheet, http://www.atmel.com. ---------, Xbee-PRO Data Sheet, © 2009 Digi International, Inc. All rights reserved.
Menyetujui, Dosen Pembimbing
DAFTAR PUSTAKA Khadafi, Ahmad, Perancangan dan Pembuatan Aplikasi Data Akuisisi Informasi Kondisi Hutan dengan Sistem Komunikasi 802.15.4 Pada Perangkat Embedded Ebox-4300, Laporan Tugas Akhir Diploma III Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Surabaya, 2009 Abadi, Muslim, Rancang Bangun Alat Pengukur Langkah Kaki dengan Sensor Accelerometer dan fasilitas Komunikasi Wireless 2,4 GHz, Laporan Tugas Akhir Diploma III Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Surabaya. Wulan, Ratna, Simulasi Pembuatan Miniatur Ship Position Guide Pada Proses Pengedokkan Kapal Berbasis Mikrokontroler, Laporan Tugas Akhir Diploma III Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Surabaya. Balqis, Karenza & Ilham M., Modul Visual Basic, Praktikum Dasar Komputer Pemrograman, Semarang, 2009. Rahmaniar, Wahyu, http://technologination.blogspot.com. ---------, Sensor Ping Parallax DataSheet, © Parallax, Inc. • PING)))TM Ultrasonic Distance Sensor (#28015).
Ajub Ajulian Z., ST.MT NIP 197107191998022001
-6-
