RANCANG BANGUN SISTEM TELEMETRI MENGGUNAKAN PROTOKOL LAYANAN PESAN SINGKAT PADA JARINGAN GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATION (GSM)
TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan tahap sarjana di Program Studi Fisika
Oleh:
Heri Permadi 10203055
PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007
RANCANG BANGUN SISTEM TELEMETRI MENGGUNAKAN PROTOKOL LAYANAN PESAN SINGKAT PADA JARINGAN GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATION (GSM)
Oleh:
Heri Permadi 10203055
Telah diperiksa dan disahkan Pembimbing Tugas Akhir,
Dr. Eng. Khairurrijal, M.Si. NIP: 131 967 089
PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007
ABSTRAK
Rancang Bangun Sistem Telemetri Menggunakan Protokol Layanan Pesan Singkat pada Jaringan Global System for Mobile Communication (GSM) Oleh: Heri Permadi NIM: 10203055
Sistem
telemetri
yang
telah
dirancang
dan
diimplementasikan
menggunakan layanan pesan singkat pada jaringan GSM sebagai media pengiriman data. Data pengukuran dienkapsulasi dengan protokol SMS oleh mikrokontroler di stasiun ukur. Proses dekapsulasi data pengukuran dari protokol SMS dilakukan oleh stasiun kontrol yang berupa sebuah perangkat mobile yang mendukung salah satu platform Java yaitu Java 2 Micro Edition (J2ME). Pada tugas akhir ini, konfigurasi dan profil yang digunakan adalah Connected Limited Device Configuration (CLDC) 1.1/1.0 dan Mobile Information Device (MIDP) 2.0. Stasiun ukur pada sistem ini berbasis mikrokontroler AT89S52 yang memiliki 8K Byte of In-System Reprogrammable Downloadable Flash Memory dan 256 x 8-bit RAM Internal. Pada stasiun ukur terdapat 8 kanal masukan sensor yang terhubung ke ADC dengan masukan sinyal antara 0 sampai 3,3 volt. ADC yang digunakan pada tugas akhir ini adalah ADS7822 yang merupakan ADC serial 12bit yang menggunakan komunikasi Serial Peripheral Interface (SPI). Hasil pengujian sistem memiliki tingkat kesalahan (error) rata-rata cukup kecil yaitu sebesar 1,55 % untuk pengukuran temperatur.
i
ABSTRACT
Design and Development Telemetry System using Short Message Service Protocol on Global System for Mobile Communication By: Heri Permadi NIM: 10203055
A telemetry system has been designed and implemented. This telemetry system uses Short Message Service (SMS) on GSM network as data transmission medium. The measurement data encapsulated with SMS protocol by microcontroller in the measuring station. The decapsulation process between measurement data and SMS protocol is performed by control station that can be a mobile device. It needs some Java platform for mobile device, known as Java 2 Micro Edition (J2ME). Configuration and profile used in this final project is Connected Limited Device Configuration (CLDC) 1.1/1.0 and Mobile Information Device (MIDP) 2.0. The measuring station works using an AT89S52 microcontroller which has 8K Byte of In-System Reprogrammable Downloadable Flash Memory and 256 x 8-bit internal RAM. It has 8 channels input from sensor that directly connected to ADC. The sensor input has voltage interval from 0 to 3,3 volt. The ADC used in this research is ADS7822, a 12-bit sampling analog-todigital converter (A/D) with Serial Peripheral Interface (SPI) communication. The error of testing system is 1,55 % for temperature measurement.
ii
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT, karena dengan kuasa, kehendak serta karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Tugas akhir ini ditulis sebagai persyaratan kelulusan program sarjana Institut Teknologi Bandung dan merupakan laporan atas diselesaikannya penelitian dengan judul “Pengembangan Sistem Telemetri Menggunakan Protokol Layanan Pesan Singkat pada Jaringan Global System for Mobile Communication (GSM)”. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih banyak terdapat kekurangan. Oleh karena itu, saran dan kritik yang membangun akan penulis terima dengan senang hati. Akhir kata penulis berharap agar tugas akhir ini bermanfaat, khususnya bagi penulis maupun pihak-pihak yang berkepentingan.
Bandung, Oktober 2007
Penulis
iii
UCAPAN TERIMA KASIH
Dengan mengucap puji dan syukur ke hadirat Allah Yang Maha Agung, tidak lupa penulis juga mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang membantu terselesaikannya tugas akhir ini: •
Papah sareng Mamah, hapunten abdi bilih aya kalepatan nu dihaja atanapi henteu, hapunten bilih teu tiasa ngabagjakeun anjeun duaan, hatur nuhun tos ngajaga, ngadidik, ngadorong tur ngajarkeun endahna kahirupan dibarengan ku didikan agama sareng akhlak. Mugia sagala amal kasaean digentos ku Allah nu langkung ageung, mugi-mugi aya dina kawilujengan sareng lindungan Ilaahi Rabbii tur dipasihan kabagjaan di dunya sareng di akherat.
•
Bapak Dr. Eng. Khairurrijal, M.Si., selaku dosen pembimbing yang senantiasa mengarahkan, memotivasi, mendidik dan membimbing penyusun dalam menyelesaikan tugas akhir, terima kasih atas segala bantuannya yang telah diberikan kepada penulis baik materi maupun nonmateri serta atas segala pelajaran yang sangat berharga. Mudah-mudahan Allah SWT memberikan balasan yang berlipat ganda, memberikan rahmat dan keberkahan kepada beliau dan keluarganya.
•
Ibu Dr. Euis Sustisni, M.Si dan Bapak Dr.rer.nat. Bobby Eka Gunara, atas kesediaannya menjadi dosen penguji. Terima kasih atas saran dan masukannya terhadap tugas akhir penulis.
•
Kakakku, Erwan Abdurrahman, ST, seorang pekerja keras, yang telah mencurahkan segala perhatiannya kepada keluarga, seorang yang patut
iv
diteladani, seseorang yang selalu memberikan motivasi, dorongan kepada penulis. Thank’s Brother...keep strenght to be the best... Juga kepada adikadikku tersayang, Kiki Nur Fauziyah dan Edi Yusuf yang selalu mewarnai indahnya kehidupan penulis, terima kasih atas curhat-curhatnya dan omongan bawelnya, ingat ya,, kalian harus lebih baik dari kakak-kakak kalian..sayangi papah dan mamah.. •
Kepada dosen serta staf pengajar Program Studi Fisika: Pak Mitra Djamal, Pak Sukirno, Pak Suprijadi, Pak Zaki Su’ud, Pak Wahyu Srigutomo dan dosen lainnya, terima kasih atas ilmu dan bimbingannya.
•
Kang Miftah, Kang Asep, dan Kang Hendra, tiga pejuang tangguh ELKAHFI, terima kasih atas segala masukan, saran, bantuan, bimbingan dan nasihatnya kepada penulis, banyak ilmu dan pelajaran yang penulis dapatkan dari beliau-beliau ini, hatur nuhun kang..
•
Teman-teman ELKAHFI: Kang Arif, hatur nuhun kana sagala bantosanana, Gun Gun, dengan kesibukannya sendiri, Suryadi calon master elka (lmn S2), Yanuar sang calon pengusaha, Nur anu penyabar, sing sabar nya nur...ngalereskeun alatna, hehe..
•
Barudak elka 2002: Johan, ‘calon’ drifter terbaik, tong nga-drift wae ah, Marshandy, Habib, Arief Pirmansyah, Akfini, 2001: Teh Maria, Kang Sandy Yudha, Mas Fatahah, 2000: Mas Sure, Mas Shiddeq, Mas Cahyo, dll.
•
Barudak DSP jeung barudak elka nu lain: Aah, nuhun hp na Ah!,, Harri si “mobile robot”, Sandy “otong”, Opik “strawbery milk” nyusu deui pik..,
v
Zaky “Abim”, Yusuf “Arsali Junior” keep fight sup!, Zamzam “Sang Orator”, Atep “Agung”, Nissa, Three in one (Rani, Ria, Indri), Ichee,,de el el •
Akang-akang dan Uda-uda S2: Pak Dedy, terima kasih atas segala masukan dan pengalaman hidupnya, “hatuar nuhuan” Pak!, Mas Yatno “Dosen ITS’ yang sekarang sudah mengajar lagi ☺, Mas Uda Rahmon, terima kasih atas bantuannya pas kuliah sensor.
•
Barudak FORM@T ITB (Forum Mahasiswa Garut ITB), 2003: Iman MS, Ahmad SI, Novi PN, Tetep FT, Adit GD, Adi MS, Temen seperjuangan di Garut.., juga barudak FORM@T 2000 – 2007.
•
Temen-temen HIMAFI 2001, 2002, 2003, 2004, 2005 ...
•
Pak Yeye, Pak Daryat, Bu Ratna, dan seluruh staff TU Fisika, Terima kasih atas segala bantuannya selama penulis kuliah di Fisika.
•
Pak Ohin dan Pak Dadang, pribumi elka, hatur nuhun Pak kana sagala bantosana.
•
Barudak kosan kebon bibit: Yogi, Jupri, Heru, Edo, Ary, dll, ke traktiranna mah nya, lmn tos aya rizki na, hehe..
•
Semua pihak yang telah membantu penulis yang tidak dapat dituliskan namanya satu persatu.
vi
DAFTAR ISI
ABSTRAK
....................................................................................................................
i
ABSTRACT
................................................................................................................
ii
KATA PENGANTAR
..................................................................................................
iii
UCAPAN TERIMA KASIH ..........................................................................................
iv
DAFTAR ISI
vii
................................................................................................................
DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL
BAB I
BAB II
................................................................................................... .........................................................................................................
xi xiii
PENDAHULUAN……………………………………………......................
1
1.1 Latar Belakang dan Rumusan Masalah………………............................
1
1.1.1 Latar Belakang……………………................................................
1
1.1.2 Rumusan Masalah…………………................................................
3
1.2 Tujuan Penulisan ……………………………….....................................
4
1.3 Ruang Lingkup Kajian ..…………………………………......................
4
1.4 Sistematika Penulisan ..............................................................................
5
TEKNOLOGI GSM DAN STANDAR PROTOKOL SMS….......................
6
2.1 Teknologi GSM........................................................................................
6
2.1.1 Struktur jaringan............…………………......................................
7
2.1.2 Modul pengidentifikasi pelanggan....................................................
7
2.1.3 Sistem keamanan GSM.....................................................................
7
vii
2.1.4 Dasar -dasar arsitektur GSM.............................................................
8
2.1.4.1 Radio Subsytem (RSS)........................................................ 9
BAB III
2.1.4.2 Network and Switching Subsytem (NSS)............................
9
2.1.4.3 Operational Subsytem (OSS).............................................
9
2.2 Protokol SMS pada Jaringan GSM...........................................................
10
2.2.1 Prosedur pengiriman SMS.............................................................
10
2.2.2 Protocol Data Unit (PDU) pada SMS............................................
11
2.2.2.1 SMS Submit.....................................................................
11
2.2.2.2 SMS Deliver.....................................................................
12
JAVA 2 MICRO EDITION (J2ME)................................................................
14
3.1 Arsitektur Java…………........................................................................... 16 3.2 Java 2 Microedition (J2ME)...................................................................... 3.2.1 Konfigurasi........................................................................................ 17 3.2.2 Profil.................................................................................................. 18
BAB IV
3.2.3 MIDlet...............................................................................................
20
3.2.4 JAD (Java Application Descriptor)...................................................
22
3.3 Aplikasi J2ME dalam Perancangan Sistem Telemetri...............................
22
3.3.1 Pengiriman dan Penerimaan Pesan Singkat.....................................
22
3.3.2 Aplikasi Record Management System (RMS).................................
23
RANCANG BANGUN PERANCANGAN PERANGKAT KERAS DAN PERANGKAT LUNAK SISTEM TELEMETRI BERBASIS GSM..............
25
4.1 Sistem Perangkat Keras .......................................................
25
viii
4.1.1 Sistem Akuisisi Data........................................................................
26
4.1.1.1 Sistem Sensor.......................................................................
27
4.1.1.2 Multiplekser.........................................................................
28
4.1.1.3 Analog to Digital Converter (ADC)..................................... 29 4.1.2 Sistem Kontrol Sekunder.................................................................
30
4.1.3 Tampilan LCD.................................................................................. 33 4.1.4 Komunikasi Serial............................................................................
36
4.1.5 Transceiver .....................................................................................
38
4.1.6 Stasiun Kontrol ...............................................................................
39
4.2 Perangkat Lunak pada Stasiun Ukur dan Stasiun Kontrol .........................
42
4.2.1 Perangkat Lunak Stasiun Ukur......................................................
42
4.2.2
BAB V
Protokol
Layanan
Pesan
Singkat
dan
Protokol
Data
Pengukuran....................................................................................
44
4.2.3 Perangkat Lunak pada Stasiun Kontrol...........................................
45
4.2.3.1 Pengiriman Perintah ke Stasiun ukur...................................
45
4.2.3.2 Penerimaan Data Pengukuran oleh Stasiun Kontrol ...........
47
PENGUJIAN SISTEM DAN ANALISIS........................................................ 49 5.1 Pengujian Stasiun Ukur dan Stasiun Kontrol ...........................................
49
5.2 Pengujian Sistem Komunikasi Stasiun Ukur dan Stasiun Kontrol ..........
53
5.2.1 Komunikasi komputer dengan transceiver .....................................
54
5.2.2 Komunikasi komputer dengan stasiun ukur ...................................
56
5.2.3 Komunikasi stasiun ukur dengan transceiver ................................
56
ix
BAB VI
5.2.4 Komunikasi stasiun ukur dengan stasiun kontrol ...........................
58
5.3 Kalibrasi Penguatan Sensor Sistem Akusisi Data......................................
58
5.4 Pengujian Pengukuran Temperatur............................................................
59
KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................................
62
6.1 Kesimpulan................................................................................................. 62 6.2 Saran........................................................................................................... 63
DAFTAR PUSTAKA......................................................................................
64
LAMPIRAN.....................................................................................................
66
Lampiran 1 Skema Rangkaian Sistem Telemetri GSM...................................
67
Lampiran 2 Foto Alat......................................................................................
68
Lampiran 3 Daftar Publikasi ...........................................................................
70
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Blok diagram arsitektur sistem GSM............................................ 10
Gambar 2.2
Layanan mobile terminated .......................................................... 11
Gambar 2.3
Layanan mobile originated ..........................................................
11
Gambar 3.1
Ruang lingkup keterhubungan optional packages dalam Java.....
15
Gambar 3.2
Arsitektur J2ME............................................................................ 17
Gambar 3.3
MIDP dalam arsitektur J2ME.......................................................
Gambar 3.4
Daur hidup MIDlet........................................................................ 20
Gambar 3.5
Interface paket WMA dalam J2ME untuk pengiriman dan
19
penerimaan pesan ......................................................................... 23 Gambar 3.5
Keterkaitan antara MIDlet dengan Record Store ......................... 23
Gambar 3.6
Penyimpanan record dalam record store ..................................... 24
Gambar 4.1
Implementasi perangkat keras pada sistem telemetri GSM .........
25
Gambar 4.2
Sistem akusisi data .......................................................................
26
Gambar 4.3
Sistem sensor ................................................................................ 27
Gambar 4.4
Skematik multiplekser CD4051 ...................................................
Gambar 4.5
Skematik ADS7822 ...................................................................... 29
Gambar 4.6
Gambar mikrokontroler AT89S52 ...............................................
30
Gambar 4.7
Antar muka sistem kontrol sekunder ...........................................
32
Gambar 4.8
Tampilan LCD 16x2 ....................................................................
33
Gambar 4.9
Diagram waktu operasi penulisan dan pembacaan LCD .............
34
Gambar 4.10
Implementasi LCD 16x2 pada sistem telemetri GSM .................
36
xi
28
Gambar 4.11
Komunikasi serial RS232 ............................................................. 38
Gambar 4.12
GSM Telemetry System versi 2.0 ................................................
40
Gambar 4.13
Implementasi perangkat lunak pada stasiun ukur ........................
43
Gambar 4.14
Protokol layanan pesan singkat (SMS) ........................................
45
Gambar 4.15
Susunan protokol data pengukuran pada paket SMS ................... 45
Gambar 4.16
Interface pada paket WMA .......................................................... 47
Gambar 5.1
Implementasi perangkat keras sistem telemetri GSM .................. 49
Gambar 5.2
Tampilan MIDlet untuk mengirim perintah ke stasiun ukur ........ 51
Gambar 5.3
Tampilan MIDlet konfirmasi pengiriman perintah.......................
52
Gambar 5.4
Tampilan MIDlet untuk menerima data pengukuran ...................
52
Gambar 5.5
Pinout konektor DB-9 .................................................................. 53
Gambar 5.6
Pengaturan properti komunikasi serial ......................................... 55
Gambar 5.7
Pengujian komunikasi komputer dengan ponsel .......................... 55
Gambar 5.8
Komunikasi serial stasiun ukur dengan transceiver.....................
57
Gambar 5.9.
Kalibrasi penguatan sensor ..........................................................
59
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Frame data pada SMS submitted …………………………………..
12
Tabel 2.2
Frame data pada SMS Deliver ...............................................................
13
Tabel 3.1
Perbandingan CDC dengan CLDC ........................................................
18
Tabel 3.2
Perbandingan MIDP 1.0 dengan MIDP 2.0 ..........................................
19
Tabel 4.1
Logika kebenaran multiplekser analog CD4051 ...................................
28
Tabel 4.2
Nama dan fungsi pin pada LCD 16x2 ...................................................
34
Tabel 4.3
Diagram waktu aplikasi LCD ................................................................
35
Tabel 4.4
Inisialisasi dan penulisan aplikasi pada LCD ........................................
35
Tabel 4.5
Register SCON pada mikrokontroler AT89S52 ....................................
37
Tabel 4.6
Pengaturan baudrate pada mikrokontroler AT89S52 ...........................
37
Tabel 5.1
Pengukuran temperatur pada stasiun ukur ............................................
61
xiii
