33
Selektor Antena Monitoring Frekuensi Radio Menggunakan Mikrokontroller AT 89S51 Syaifurrahman Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Tanjungpura e-mail :
[email protected] Abstract– Pemilihan antena yang tepat dan cepat dalam tugas monitoring frekuensi radio sangat diperlukan. Hal ini dikarenakan pengguna frekuensi radio tidak selalu kontinyu dalam penggunaan frekuensi radio. Apabila proses pemilihan antena tidak tepat dan cepat maka bisa berakibat kehilangan target monitoring tersebut. Suatu alternatif untuk melakukan pemilihan antena yang tepat dan cepat adalah dengan bantuan perangkat selektor antena elektronik. Selektor antena monitoring ini akan melakukan pemilihan antena untuk receiver sesuai dengan pilihan operator melalui tombol keypad. Dalam perancangan selektor antena monitoring ini menggunakan relay sebagai komponen yang berhubungan langsung ke antena dan sistem elektronik selektor. Relay juga berfungsi sebagai isolator antara sistem elektronik selektor antena monitoring frekuensi radio dan sistem antena dan receiver. Untuk melakukan pemilihan antena pada selektor antena ini digunakan beberapa tombol sebagai masukan data pemilihan. Kemudian alat ini menggunakan penampil 7 segmen sebagai display status koneksi tiap receiver dan antena yang digunakan. Bagian-bagian elektronik tersebut dikendalikan oleh mikrokontroler AT89S51 sebagai pemroses data input dan pemberi perintah pada relay dalam melakukan pemilihan antena. Keywords– Antena, monitoring, frekuensi
Petugas Pengendali Frekuensi Radio pada saat ini melakukan pemilihan antena secara konvensional yaitu dengan cara bongkar pasang konektor antena pada receiver secara manual, dan jumlah antena yang ada belum mencukupi kebutuhan masing-masing petugas dalam monitoring frekuensi radio, sehingga dalam melaksanakan tugas pengawasan frekuensi radio para petugas pengendali frekuensi radio tersebut harus bergantian dalam menggunakan antena yang ada. Pada penelitian ini bagaimana merancang sebuah alat yang dapat memilih antena secara elektronis terhadap receiver yang ada agar dapat melakukan monitoring frekuensi radio dengan cepat dan tepat. 2. Teori Dasar 2.1. Gelombang Radio Gelombang radio adalah gelombang-gelombang elektromagnetik dengan frekuensi yang lebih rendah dari 3000 GHz yang merambat dalam ruang angkasa tanpa sarana penghantar buatan. Dimana frekuensi radio merupakan jumlah getaran gelombang elektromagnetik yang terjadi dalam satu satuan waktu yang diukur dengan satuan siklus / detik atau Hertz (Hz). Menurut ITU (International Telecommunication Union) spektrum frekuensi radio dibagi menjadi beberapa pita frekuensi sebagai berikut : Tabel 1. Pembagian Pita Frekuensi menurut ITU
1. Pendahuluan Dalam melakukan pengawasan penggunaan frekuensi radio pada Balai Monitor Spektrum Frekuensi Radio Kelas II Pontianak menggunakan beberapa receiver dan beberapa antena penerima frekuensi radio. Penggunaan atau pemilihan jenis antena penerima ditentukan sesuai kebutuhan pada saat melakukan pengawasan (monitoring) penggunaan frekuensi radio. Di Balai Monitor Kelas II Pontianak memiliki 3 (tiga) buah receiver frekuensi radio yaitu receiver Taiyo R9000, AOR500 dan receiver Rohde&Swhartz dan 4 (empat) buah antena penerima yang terpasang permanen yaitu antena Incline, Dipole, Discone dan Log Periodic. Penggunaan antena ditentukan berdasarkan kebutuhan petugas dalam monitoring frekuensi radio, untuk melakukan pengawasan pita High Frekuensi (HF) digunakan antena Incline dan Dipole kemudian untuk melakukan monitoring di pita Veri High Frekuensi (VHF) dan Ultra High Frekuensi (UHF) digunakan antena Discone dan Log Periodic.
2.2. Receiver Receiver berfungsi untuk memisahkan sebuah sinyal radio yang dikehendaki dari semua sinyal lain yang mungkin diterima oleh antena, dan menolak semua sinyal lain tersebut. Sinyal yang dipisahkan tersebut kemudian diperkuat sampai ke suatu tingkat yang dapat digunakan kemudian sinyal suara (informasi) dipisahkan dari pembawa (carrier) radio, dan diteruskan ke speaker. 2.3. Antena Penerima Antena penerima adalah alat yang berfungsi untuk menerima transmisi gelombang radio dari suatu
Jurnal ELKHA Vol.2, No.3, November 2010
34
transmiter. Berdasarkan karakteristiknya antena dibedakan dalam 2 (dua ) jenis. - Directional (Satu Arah) Antena jenis ini hanya menerima gelombang radio dari satu arah saja. Contoh antena jenis ini antara lain antena Log-periodic dan antena dipole. - Omni Directional (Segala Arah) Antena jenis ini dapat menerima gelombang radio dari segala arah. Contoh antena jenis ini adalah antena discone dan antena incline.
Gambar 1. Mikrokontroler AT89S51
2.4. Mikrokontroler AT89S51 Mikrokontroler yang digunakan pada rangkaian kontrol merupakan sebuah chip yang dapat digunakan untuk mengendalikan suatu sistem baik yang bersifat sederhana maupun kompleks. mikrokontroler merupakan pengembangan dari mikroprosesor. Perbedaan yang signifikan antara mikrokontroler dan mikroprosesor adalah mikrokontroler di dalam kemasannya telah terdiri atas mikroprosesor, I/O pendukung, memori, bahkan ADC. Sedangkan mikroprosesor hanya merupakan sebuah unit pemroses saja sehingga masih membutuhkan komponen luar. Mikrokontroler AT89S51 merupakan mikrokontroler varian MCS-51 yang memiliki spesifikasi sebagai berikut: - Memiliki 4 KByte Programmable Erasable Read Only Memory (PEROM) yang dapat di tulis ulang sebanyak 1000 kali. - Dapat beroperasi hingga frekuensi 33 MHz. - 128 x 8 bit RAM internal. - 32 Programmmable I/O - Dua buah data pointer - Interupsi penyelamatan apabila power down - 2 buah Timer/Counter 16 bit - Beroperasi pada tegangan 4,5 - 5,5 Volt - Mode pemrograman ISP yang fleksibel - Saluran Full Duplex serial UART - Dilengkapi Watchdog Timer Mikrokontroler AT89S51 merupakan mikrokontroler yang memiliki spesifikasi dan cara kerja yang hampir mirip dengan seri pendahulunya AT89C51. Akan tetapi AT89S51 memiliki kelebihan-kelebihan antara lain: - Kecepatan operasi kerja hingga 33 MHz - Dua buah Data Pointer (DPTR) - Dilengkapi Watchdog Timer - Kemampuan pemrograman secara ISP (In System Programming) Dengan kemampuan ISP, AT89S51 mempunyai kemampuan pengisian program yang sangat sederhana yaitu hanya dengan menggunakan Kabel ISP yang terhubung ke parallel port (port printer) PC. Selain itu dapat diprogram langsung walaupun sistem sedang bekerja. Namun sebuah mikokrontroler tentu saja tidak lepas dari interface-interface untuk komponen pendukungnya seperti sensor, motor, seven segment display, LCD, ADC dan lain-lain.
Gambar 2. Diagram Blok mikrokontroler AT89S51
2.5. Transistor Sebagai Saklar Transistor adalah salah satu komponen semikonduktor yang di gunakan untuk mengalirkan atau mengontrol arus yang lebih besar dengan kemudi berupa arus yang lemah. Prinsip kerja dari transistor adalah akan ada arus yang mengalir diantara kolektor dan emitor bila ada arus yang mengalir diantara basis dan emitor. Transistor akan dapat mengalirkan arus diantara kolektor dan emitor bila pada basis transistor tersebut diberikan tegangan yang cukup untuk mengemudikan transistor tersebut (lebih besar dari 0,3 volt untuk transistor germanium dan 0,7 volt untuk transistor silicon). Perbandingan arus yang mengalir antara arus pada kolektor dan arus pada basis disebut penguatan, yang disingkat hFE yang dirumuskan sebagai berikut. hFE =
Ic Ib
…………………………. (1)
Dimana Ic = Arus kolektor Ib = Arus basis
Jurnal ELKHA Vol.2, No.3, November 2010
35
Salah satu fungsi transistor adalah sebagai saklar yaitu bila berada pada dua daerah kerjanya yaitu daerah jenuh (saturasi) dan daerah mati (cut-off). Transistor akan mengalami perubahan kondisi dari menyumbat ke jenuh dan sebaliknya. Transistor dalam keadaan menyumbat dapat dianalogikan sebagai saklar dalam keadaan terbuka, sedangkan dalam keadaan jenuh seperti saklar yang menutup. Untuk membuat transistor menghantar, pada masukan basis perlu diberi tegangan. Besarnya tegangan harus lebih besar dari Vbe (0,3 untuk germanium dan 0,7 untuk silicon). Dengan mengatur Ib>Ic/β kondisi transistor akan menjadi jenuh seakan kolektor dan emitor short circuit. Arus mengalir dari kolektor ke emitor tanpa hambatan dan Vce≈0. Besar arus yang mengalir dari kolektor ke emitor sama dengan Vcc/Rc. Keadaan seperti ini menyerupai saklar dalam kondisi tertutup (ON). Seperti terlihat pada gambar 3 berikut :
Karena kondisi mati Ic = 0 (transistor ideal) maka: ..……….. .… Vce = Vcc . R c Vce = Vcc ………..……. Besar arus basis Ib adalah
Ic
Ib
=
Ib
= 0
………………
β
Ic
(9)
…………….... (10) VCC
VCC RC
RC
C
C
Ic = 0
Ib = 0 VCE = VCC NPN RB
Terbuka
E
VR
E
a
VCC
(7) (8)
b
VCC
Gambar 4. Transistor pada kondisi mati dan ekuivalen saklar terbuka
RC
RC
C
C
3. Perancangan Sistem Selektor Antena
E
Berdasarkan kebutuhan sistem, dapat dibuat diagram blok perancangan perangkat elektronik dari alat selektor antena monitoring frekuensi radio sebagai berikut :
Ib VCE = 0 NPN RB VR
Tertutup
E
a
b
Gambar 3. Transistor Pada Kondisi Jenuh Dan Ekuivalen Saklar Tertutup
Besarnya tegangan kolektor emitor Vce suatu transistor pada konfigurasi diatas dapat diketahui sebagai berikut. Vce = Vcc – (Ic . Rc) ………………… (2) Karena kondisi jenuh Vce = 0V (transistor ideal) maka besarnya arus kolektor (Ic) adalah : Ic =
Vcc Rc
……………………..…
(3)
Besarnya arus yang mengalir agar transistor menjadi jenuh (saturasi) adalah: Rb =
Vi − Vbe Ib
…………….……….
(4)
Sehingga besar arus basis Ib jenuh adalah : Ib ≥
Ic
β
……..…………………
(5)
Dengan mengatur Ib = 0 atau tidak memberi tegangan pada bias basis atau basis diberi tegangan mundur terhadap emitor maka transistor akan dalam kondisi mati (cut off), sehingga tak ada arus mengalir dari kolektor ke emitor (Ic≈0) dan Vce ≈ Vcc. Keadaan ini menyerupai saklar pada kondisi terbuka seperti ditunjukan pada gambar 4. Besarnya tegangan antara kolektor dan emitor transistor pada kondisi mati atau cut off adalah :
Gambar 5. Diagram Blok Selektor Antena Monitoring
Fungsi dari tiap diagram blok selektor antena adalah sebagai berikut : Tombol Perintah (Keypad) Keypad berfungsi untuk memilih jalur antena yang akan disambungkan pada receiver yang digunakan. Bagian ini berupa enkoder 74LS148 yang mendapat input logika digital 0 dan 1 dari saklar push button. Output dari enkoder berupa data BCD (Binarry Coded Decimal) yang akan dibaca oleh mikrokontroler sebagai data input. VCC R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
10K
10K
10K
10K
10K
10K
10K
S1
Rec 1
S2
Rec 2
S3
Rec 3
S4
Ant 1
S5
Ant 2
S6
Ant 3
S7
Ant 4
IC1 10 11 12 13 1 2 3 4 C1
Vce = Vcc – (Ic . Rc)
………………
(6)
C2
C3
C4
C5
C6
C7
100nF 100nF 100nF 100nF 100nF 100nF 100nF
5
0 1 2 3 4 5 6 7 EI
A0 A1 A2 GS
EO
9 7 6
P 1.0 P 1.1 P 1.2
14
15
74LS148
Gambar 6. Rangkaian Keypad
Jurnal ELKHA Vol.2, No.3, November 2010
36
Mikrokontroler AT89S51
Antena Monitoring
Mikrokontroler berfungsi sebagai pengolah data BCD dari bagian keypad dan menggunakan data BCD tersebut untuk mengendalikan pemilihan antena sesuai data BCD dari bagian keypad melalui rangkaian akhir selektor.
Antena pada diagram blok diatas berupa suatu terminal seperti halnya bagian receiver, dimana nanti terminal dimaksud akan dihubungkan ke antena sebenarnya. Antena berfungsi untuk menerima gelombang radio yg di pancarkan oleh transmitertransmiter yang ada. Diagram alir program alat selektor antena monitoring frekuensi radio dimaksudkan untuk mempermudah dalam pembuatan program pada mikrokontroler agar sesuai dengan yang diinginkan. Program kendali yang akan digunakan secara garis besar dapat digambarkan dalam suatu diagram alir sebagai berikut :
Rangkaian Akhir Selektor Rangkaian akhir selektor berfungsi untuk melakukan pemilihan antena sesuai data yang diberikan mikrokontroler. Bagian akhir selektor ini disusun dari driver ULN 2803 sebagai sumber daya relay. Driver ULN 2803 ini akan bekerja sesuai data digital 0 dan 1 dari mikrokontroler. 1 2 3 4 5 6 7 8 9
+12V
VCC
P P P P P P P P
R14 10K
IC6 1 2 3 4 5 6 7 8
2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
9
18 17 16 15 14 13 12 11
Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8
GND
D3
C19
1N4002
100nF
RL1 12V
+12V D4
C20
1N4002
100nF
RL2 12V
Rec 1 2
10
VCC
+12V
+12V
ULN 2803
1 CO1
D5
C21
1N4002
RL3 12V
100nF
Rec 2 2
+12V
1 CO2
D6
C22
1N4002
100nF
RL4 12V
Rec 3 2
+12V
1 CO3
D7
C23
1N4002
100nF
RL5 12V
Ant 1 2
+12V
1 CO4
D8
C24
1N4002
100nF
RL6 12V
Ant 2 2
+12V
1 CO5
D9
C25
1N4002
100nF
RL7 12V
Ant 3 2
+12V
1 CO6
D10
C26
1N4002
100nF
RL8 12V
Ant 4 2
+12V
IC7 P 3.0 P 3.1 P 3.2 P 3.3 VCC
1 2 3 4 5 6 7 8
R15 10K
GND
1 2 3 4 5
9
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 VCC
18 17 16 15 14 13 12 11
1 CO7
D11
C27
1N4002
100nF
RL9 12V
+12V
10
D12
C28
1N4002
100nF
RL10 12V
+12V
+12V
ULN 2803
D13
C29
1N4002
100nF
RL11 12V
+12V D14
C30
1N4002
100nF
RL12 12V
Gambar 7. Rangkaian Driver
Indikator Pemilihan Indikator pemilihan berfungsi untuk memberikan informasi jalur receiver dan antena yang terhubung. Bagian ini disunsun menggunakan penampil 7 ruas anoda bersama yang di kendalikan menggunakan dekoder BCD ke 7 ruas IC 74LS247. Bagian ini memerlukan data BCD dari mikrokontroler untuk mengendalikan penampil 7 ruas yang terhubung. VCC
Q2 C9013 SG1 CA
8
8
Q1 C9013
R11 330
R12 330
Q3 C9013 SG2 CA
8
R10 330
SG3 CA
P 0.4 P 0.5 P 0.6 P P P P
0.0 0.1 0.2 0.3
LT RBI BI/RBO 8 4 2 1
10 9 7 5 4 2 1
IC2 3 5 4 6 2 1 7
10 9 7 5 4 2 1
VCC
10 9 7 5 4 2 1
9 8 7 6 5 4 3 2 1
R13 10K
74LS247 G F E D C B A
14 15 9 10 11 12 13
Gambar 8. Rangkaian penampil
Receiver Receiver pada diagram blok diatas berupa suatu terminal, dimana nanti akan di hubungkan ke receiver yang sebenarnya. Receiver ini berfungsi untuk menerima gelombang radio yang diterima dari antena yang dipilih.
Gambar 9. Diagram Alir Program Alat Selektor Antena Monitoring Frekuensi Radio
4. Pengujian dan Analisis Untuk mengetahui kerja dari suatu sistem yang telah dibuat apakah sesuai dengan yang diinginkan sebelumnya, maka sistem tersebut perlu diuji dan dianalisis hasilnya. Pengujian peralatan dilakukan di Laboratorium. Dalam pengujian ini digunakan alat bantu berupa multimeter digital dan sebuah osiloskop yang dapat menampilkan bentuk sinyal pengujian. 4.1. Pengujian Dan Analisis Rangkaian Tombol Perintah Pengujian rangkaian tombol perintah dimaksudkan untuk mengetahui cara kerja rangkaian ini. Pengujian pada bagian ini dilakukan dengan mengukur level logika semua input IC 74LS148 yang terhubung ke tombol dan mengukur level logika output IC 74LS148 yang akan di berikan ke mikrokontroler. Pengujian level logika dilakukan dengan mengukur tegangan pada jalur input dan output IC 74LS148 pada kondisi tombol ditekan (ON) dan pada saat tombol tidak ditekan (OFF).
Jurnal ELKHA Vol.2, No.3, November 2010
37
Tabel 2. Hasil Pengukuran Rangkain Tombol Perintah Masukan IC 74LS148 1 2 3 4 5 6 7
Tegangan Saklar (Volt) S1
S2
S3
S4
S5
Output (Volt) S6
S7
A2
A1
Nilai BCD Keluaran IC A0 74LS148
H H H H H H H 0 0 0 0 0 0 0 4,95 4,95 4,95 L H H H H H H 4,97 0 0 0 0 0 0 4,95 4,95 0,1 H L H H H H H 0 4,97 0 0 0 0 0 4,95 0,1 4,95 H H L H H H H 0 0 4,97 0 0 0 0 4,95 0,1 0,1 H H H L H H H 0 0 0 4,97 0 0 0 0,1 4,95 4,95 H H H H L H H 0 0 0 0 4,97 0 0 0,1 4,95 0,1 H H H H H L H 0 0 0 0 0 4,97 0 0,1 0,1 4,95 H H H H H H L 0 0 0 0 0 0 4,97 0,1 0,1 0,1 H = Saklar Off, L = Saklar On
tegangan input dan output serta mengamati tampilan dari penampil 7 ruas. Tabel 4. Hasil Pengukuran Rangakain Penampil 7 Ruas
0 1 2 3 4 5 6 7
4.2. Pengujian Dan Analisis Rangkaian Akhir Selektor Pengujian rangkaian akhir selektor bertujuan untuk mengetahui apakah rangkaian ini dapat menerima input dari mikrokontorler dan dapat melakukan eksekusi pemilihan dengan cara mengaktifkan relay yang ditunjuk. Pengujian pada rangkaian ini dilakukan dengan cara memberikan input melalui mikrokontroler dan melakukan pengukuran pada input relay serta mengukur koneksi relay. Tabel 3. Hasil Pengukuran Rangakain Selektor
Gambar 10. Tampilan Display Status Koneksi Receiver dan Antena
5. Kesimpulan
Dari pengujian diatas diperoleh data seperti ditunjukan pada tabel 4.2 diatas. Yaitu level tegangan yang diberikan mikrokontroler ke rangkaian driver untuk logika 1 adalah 3,032 Volt dan untuk logika 0 adalah 0,039 Volt. Level tegangan dari mikrokontroler tersebut telah sesuai sehingga rangkaian driver relay dapat menerima logika tersebut dengan baik dan dapat memberikan suplay ke relay-relay yang terhubung pada driver IC ULN2803 yang ditunjukan dengan adanya tegangan DC pada kumparan relay sebesar 11,079 Volt pada saat driver mendapat logika 1 dengan tegangan 3,032 volt dari mikrokontroler dan pada saat mendapat logika 0 dari mikrokontroler maka relay off. Hasil pengujian yang diperoleh dari bagian ini telah menunjukan bahwa rangkaian selektor dapat menerima input dan memberikan output berupa suatu koneksi antara receiver dan antena sesuai data yang diterima bagian selektor ini.
Dari hasil pengujian yang telah dilakukan maka diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut : - Selektor antena monitoring bekerja sesuai dengan rancangan, yaitu pada saat alat pertama kali dioperasikan, semua koneksi ke antena terputus kemudian status koneksi ditampilkan dan alat siap melakukan koneksi antara receiver dan antena sesuai yang diinginkan melalui tombol keypad, baik koneksi secara tunggal atau berbagi penggunaan antena untuk beberapa receiver dalam waktu yang sama, dan untuk melakukan pemutusan koneksi antena dan receiver dilakukan dengan menekan tombol receiver 2 kali pada receiver yang ingin di putuskan koneksinya. - Selektor antena ini memberikan kemudahan dan memberikan solusi kepada operator dalam pemilihan antena dan mengatasi keterbatasan jumlah antena yang ada - Selektor antena ini mampu melakukan 108 pilihan konfigurasi koneksi receiver dan antena. Ucapan Terima Kasih Ucapan terima kasih kami sampaikan pada Saudara Agus Purnama yang sudah banyak membantu dalam penelitian ini
4.3. Pengujian Dan Analisis Rangkaian Penampil 7 Ruas Pengujian rangkaian penampil 7 ruas bertujuan untuk mengetahui apakah bagian penampil 7 ruas ini dapat menampilkan data sesuai dengan perintah dari mikrokontroler. Pengujian dilakukan dengan mengukur
Jurnal ELKHA Vol.2, No.3, November 2010
38
Referensi
Biography
[1]. Atmel. (November. 2003). AT89 Series Hard ware Description. USA : Atmel Inc (http://www.atmel.com). [2]. Himpunan Telekomunikasi Internasional, ITU (2003). Peraturan Radio Pasal 1 Istilah dan Definisi. Jakarta : Ditjen Postel. [3]. National Semiconductor Corporation. (November. 2003). LM78XX Series Voltage Regulators. USA : National Semiconductor Inc (http://www.national.com [4]. ON semiconduktor. (November. 2003). SN74LS148 8 to 3 Encoder. USA : Semiconductor Component Industries (http://www.onsemi.com) [5]. Putra, Agfianto Eko. (2002). Belajar Mikrokontroler AT89C51/52/55 Teori dan Aplikasi. Edisi pertama. Gava Media. Yogyakarta [6]. Suhana dan Shigeki Shoji, 2004, “Buku Pegangan Teknik Telekomunikasi”, Cetakan Kedelapan, PT Pradnya Paramita, Jakarta [7]. Wasito S, 1986, “Vademekum Elektronika”, Edisi kedua, PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta [8]. Wasito S, 1997, “Data Sheet Book 1”, PT Elek Media Komputindo, Jakarta.
Syaifurrahman, was born in Pontianak, Indonesia on September 1970. He received B. Eng from Tanjungpura University, Pontianak, Indonesia1994 and MT from Bandung Institut of Technology, Bandung, Indonesia 2000. since 1995 he has been a faculty member at Electrical Engineering Departement, Tanjungpura University, Indonesia. His current research interest Electronic circuit design.
Jurnal ELKHA Vol.2, No.3, November 2010
39
Jurnal ELKHA Vol.2, No.3, November 2010
