rancang bangun sistem monitoring kecepatan angin, arah angin dan tekanan udara berbasis arduino...

RANCANG BANGUN SISTEM MONITORINGKECEPATAN ANGIN, ARAH ANGIN DAN TEKANAN

UDARA BERBASIS ARDUINO

Sub JudulPengukuran Tekanan Udara dan Komunikasi Zigbee

Tugas Akhir

Disusun dan Diajukan untuk Melengkapi Syarat-SyaratMemperoleh Diploma III Politeknik

Oleh

Hilman Hadi

NIM 1311010019

Program Studi Teknik Elektronika IndustriJurusan Teknik Elektro

POLITEKNIK NEGERI JAKARTADEPOK

2014

ii

LEMBAR PERSETUJUAN

MENGIKUTI UJIAN TUGAS AKHIR

Yang bertanda tangan dibawah ini adalah Pembimbing Tugas Akhir :

Nama Mahasiswa : Hilman Hadi

NIM : 1311010019

Program Studi : Teknik Elektronika Industri

Judul Tugas Akhir : Pengukuran Tekanan Udara dan Komunikasi Zigbee

Sesuai dengan persyaratan yang diatur dalam Pedoman Tugas Akhir Jurusan

Teknik Elektro Tahun 2012, maka dengan ini menyetujui mahasiswa tersebut di

atas untuk mengikuti ujian tugas akhir pada periode kedua Tahun Akademik

2013/2014.

Depok, juli 2014

Pembimbing,

Benny, ST, MT.

NIP: 19570108 198601 1002

iii

LEMBAR PENGESAHAN

TUGAS AKHIR

Rancang Bangun Sistem Monitoring Kecepatan Angin, Arah Angin dan

Tekanan Udara Berbasis Arduino

Tugas Akhir diajukan oleh :

Nama : HILMAN HADI

NIM : 1311010019

Program Studi : TEKNIK ELEKTRONIKA INDUSTRI

Judul Tugas Akhir : Rancang Bangun Sistem Monitoring Kecepatan

Angin,

Arah Angin dan Tekanan Udara Berbasis Arduino

Telah diuji oleh tim penguji dalam Sidang Tugas Akhir pada Jum’at, 08 Agustus

2014 dan dinyatakan LULUS

Pembimbing I : (Benny S.T, M.T.) ( )

NIP. 19570108 198601 1002

Depok, Agustus 2014

Disahkan oleh

Ketua Jurusan Teknik Elektro

Iwa Sudradjat, ST, MT.

NIP. 19610607 198601 1002

iv

KATA PENGANTAR

Puji syukur tak henti-hentinya penulis ucapkan atas kehadirat Allah SWTyang senantiasa melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapatmenyelesaikan tugas akhir dengan judul, “Rancang Bangun Sistem MonitoringKecepatan Angin, Arah Angin dan Tekanan Udara Berbasis Arduino”.Dengan sub judul. “Pengukuran Tekanan Udara dan Komunikasi Zigbee”.yang merupakan penerapan ilmu yang diperoleh selama mengikuti perkuliahandan menjadi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Diploma III di PoliteknikNegeri Jakarta.

Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Iwa sudradjat, S.T., M.T selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro.

2. Rika Novita, S.T., M.T selaku Kepala Program Studi Teknik Elektronika

Industri yang senantiasa memberikan dukungan dan berbagi ilmu kepada

penulis.

3. Benny, S.T., M.T selaku pembimbing yang senantiasa memberikan dukungan

dan berbagi ilmu kepada penulis.

4. Orang tua, yang tak hentinya memberikan dukungan baik doa, moril maupun

materil.

5. Rekan satu tim Azis Priantoro, dan Arief Satriyo Sulistiyanto, yang

senantiasa memberikan dukungan dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

Terima kasih atas kerja sama dan bantuannya.

6. Teman terbaik Rita Aprilia yang selalu memberikan semangat dan doa.

Penulis menyadari bahwa hasil yang dicapai belum sempurna. Oleh

karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi

sempurnanya Tugas Akhir ini. semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi

semua pihak, khususnya bagi rekan-rekan mahasiswa dan umumnya bagi para

pembaca.

Depok, Agustus 2014

Hilman Hadi

v

ABSTRAK

Tekanan udara adalah suatu gaya yang timbul akibat berat dari lapisanudara. Untuk keperluan ilmu pengetahuan, khususnya mengenai Meteorologidan Geofisika diperlukan suatu alat yang dapat mengukur tekanan udara. Olehkarena itu, dalam tugas akhir ini dibuat perangkat keras untuk mengukurtekanan udara. Pengukuran tekanan udara didapat dari sensor MPX4115AP .Data pengukuran tersebut diolah oleh mikrokontroler ATMega 328p laluditrasmisikan melalui modul Xbee. Tujuan pada pengukuran tekanan udara dankomunikasi Zigbee adalah untuk membuat suatu rancangan alat ukur elektronikyang dapat digunakan untuk mengukur tekanan udara yang ada di daerahsekitar penempatan alat ukur menggunakan komunikasi zigbee 2,4 GHz melaluimedia wireless sebagai pengganti penggunan kabel. Kinerja dari sistemkomunikasi zigbee pada proses transmisi data dijelaskan sebagai berikut, datadari sensor dikirim ke mikrokontroler ATMega328p kemudian diolah, hasilpengolahan dikirim dengan modul Xbee transmitter dan diterima oleh modulreceiver selanjutnya dikirim ke netbook melalui port serial dengan kecepatan115200 bps dan ditampilkan dalam bentuk grafik dan text pada aplikasi labview. Modul Xbee ini mampu berkomunikasi dengan benar pada jarak maksimum 91meter pada saat kondisi line of sight dan 30 meter pada saat kondisi penerimaanindor. Alat yang dibuat dapat menampilkan nilai hasil pengukuran padalabview dan akan menampilkan satuan tekanan dalam satuan miliBar danmeter.

Kata kunci : tekanan udara, MPX4115AP, zigbee, xbee, ATMega 329p.

vi

DAFTAR ISI

LEMBAR PERSETUJUAN........................................................................... iiLEMBAR PENGESAHAN............................................................................ iiiPRAKATA....................................................................................................... ivABSTRAK........................................................................................................ vDAFTAR ISI.................................................................................................... viDAFTAR TABEL............................................................................................ ixDAFTAR GAMBAR....................................................................................... xiBAB I PENDAHULUAN................................................................................ 11.1 Latar Belakang............................................................................................ 11.2 Perumusan Masalah..................................................................................... 21.3 Batasan Masalah.......................................................................................... 31.4 Tujuan.......................................................................................................... 31.5 Metode Penyelesaian Masalah.................................................................... 3BAB II TINJAUAN PUSTAKA.................................................................... 52.1 Tekanan Udara............................................................................................ 5

2.1.1 Variasi Tekanan Udara.................................................................... 52.1.2 MPX4115AP....................................................................................... 6

2.2 Sejarah Zigbee Secara Umum.................................................................... 72.2.1 Pengenalan Zigbee.............................................................................. 72.2.2 Modul Xbee ........................................................................................ 82.2.3 Spesifikasi Xbee................................................................................. 82.2.4 Pin-pin Sinyal..................................................................................... 92.2.5 Pengoperasian Xbee............................................................................ 102.2.6 Pengalamatan (Addressing)................................................................ 11

2.3 Xbee USB Adapter.......................................................................................... 122.4 Regulator AZ1117T........................................................................................ 132.5 Definisi USB.............................................................................................. 14

2.5.1 Antarmuka USB................................................................................. 152.6 Arduino UNO Atmega328p....................................................................... 16

2.6.1 Bagian-Bagian Papan Arduino............................................................ 182.6.2 Mikrokontroler ATMega328P.............................................................. 192.6.3 Konfigurasi Pin Atmega328P.............................................................. 21

BAB III PERENCANAAN DAN REALISASI............................................. 243.1 Perancangan Alat dan Program Aplikasi.................................................... 24

3.1.1 Nama Sistem....................................................................................... 243.1.2 Fungsi Sistem...................................................................................... 243.1.3 Cara kerja............................................................................................ 243.1.4 Desain sistem....................................................................................... 25

vii

3.1.5 Konfigurasi Sistem.............................................................................. 263.1.6 Nama Subsistem ................................................................................. 273.1.7 Fungsi Subsistem................................................................................ 273.1.8 Rancang Bangun................................................................................. 273.1.9 Realisasi Program Aplikasi................................................................. 27

3.1 SpesifikasiAlat........................................................................................... 27

3.2.1 Sumber tegangan ................................................................................ 273.2.2 Input sistem ........................................................................................ 283.2.3 Output system..................................................................................... 283.2.4 Sistem control..................................................................................... 283.2.5 Interface.............................................................................................. 283.2.6 Dimensi Alat....................................................................................... 283.2.7 Dimensi Tekanan udara...................................................................... 283.2.8 Dimensi Transmiter............................................................................. 283.2.9 Dimensi Receiver................................................................................ 283.2.10 Spesifikasi computer......................................................................... 29

3.3 Diagram blok............................................................................................... 29

3.3.1 Blok diagram Tekanan Udara............................................................ 293.3.2 Rancang Bangun Subsistem................................................................ 303.3.3 Pembuatan konstruksi mekanik tekanan udara.................................. 313.3.4 Prinsip kerja tekanan udara................................................................. 313.3.5 Flowchart sistem tekanan udara.......................................................... 323.3.6 Perancangan dan Pembuatan PCB..................................................... 333.3.7 Prinsip kerja rangkaian tekanan udara.................................................. 34

3.4 Modul Transmitter ...................................................................................... 34

3.4.1 Prinsip kerja rangkaian modul Transmitter........................................ 36

3.5 Modul Receiver (Xbee USB Adapter).......................................................... 383.5.1 Pengaturan bagian transmisi Xbee........................................................ 403.5.2 Flowchart sistem komunikasi Zigbee.................................................. 403.5.3 Mengkonfigurasikan XBee.................................................................. 41

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALIS DATA............................................... 444.1 Pengujian..................................................................................................... 44

4.1.1 Deskripsi Pengujian............................................................................ 444.2 Pengujian AZ1117T pada Modul Trasmitter............................................. 45

4.2.1 Deskripsi Pengujian............................................................................ 454.2.2 Tujuan pengujian................................................................................. 454.2.3 Prosedur pengujian sistem................................................................... 454.2.4 Langkah Pengujian ............................................................................. 454.2.5 Data hasil pengukuran......................................................................... 464.2.6 Analisa data hasil pengujian............................................................... 46

viii

4.3 Pengujian Komunikasi Data Xbee.............................................................. 474.3.1 Deskripsi Pengujian............................................................................ 474.3.2 Tujuan pengujian................................................................................. 474.3.3 Prosedur pengujian sistem................................................................... 474.3.4 Daftar alat dan bahan pengujian komunikasi data Xbee...................... 474.3.5 Langkah Pengujian ............................................................................. 584.3.6 Data hasil pengukuran......................................................................... 494.3.7 Analisa data hasil pengujian................................................................ 50

4.4 Prosedur pengujian sistem tekanan udara.................................................. 514.4.1 Deskripsi Pengujian............................................................................ 51

4.4.1.1 Tujuan pengujian ...................................................................... 514.4.1.2 Konfigurasi pengujian............................................................... 51

4.4.2 Langkah – langkah pengujian tekanan udara pada alat kalibrasiBMKG..............................................................................................

51

4.4.3 Daftar alat dan bahan pengujian serta mengkalibrasi ........................ 524.4.4 Data Hasil Pengujian Tekanan Udara di BMKG................................ 54

4.5 Prosedur pengujian ketinggian daerah stasiun........................................... 564.5.1 Deskripsi pengujian............................................................................. 56

4.5.1.1 Tujuan pengujian....................................................................... 564.5.1.2 Konfigurasi pengujian............................................................... 56

4.5.2 Langkah-langkah pengujian daerah stasiun........................................ 574.5.3 Daftar alat dan bahan pengujian.......................................................... 574.5.4 Data hasil pengujian ketinggian daerah stasiun.................................. 584.5.5 Analisa data hasil pengujian tekanan udara dan ketinggian............... 58

BAB V PENUTUP.......................................................................................... 605.1 Simpulan ................................................................................................... 605.2 Saran........................................................................................................... 61

DAFTAR PUSTAKA .............................................................................. 62LAMPIRAN

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Bentuk Fisik MPX4115AP......................................................... 6

Gambar 2.2 Modul Xbee................................................................................ 8

Gambar 2.3 Diagram Aliran Data X-Bee ...................................................... 10

Gambar 2.4 Contoh Pola Bit Data Serial....................................................... 11

Gambar 2.5 Xbee USB Adapter......................................................................... 13

Gambar 2.6 Bentuk fisik AZ1117T................................................................. 13

Gambar 2.7 AZ1117T dalam rangkaian catu daya........................................ 14

Gambar 2.8 Macam type konektor type A dan type B................................... 15

Gambar 2.9 Arduino UNO Atmega328p....................................................... 16

Gambar 2.10 Blok mikrokontroler ATmega328p............................................ 17

Gambar 2.11 Bagian-Bagian Papan Arduino................................................... 18

Gambar 2.12 konfigurasi Pin Atmega 328p......................................................... 21

Gambar 3.1 Desain tampak depan.................................................................. 25

Gambar 3.2 Desain tampak samping.............................................................. 25

Gambar 3.3 Desain tampak atas..................................................................... 26

Gambar 3.4 Diagram Blok Sistem................................................................. 26

Gambar 3.5 Diagram Blok Tekanan Udara.................................................... 29

Gambar 3.6 Desain Rancang Bangun Tekanan Udara................................... 30

Gambar 3.7 Desain Atas Rancang Bangun Tekanan Udara........................... 31

Gambar 3.8 Flowchart sistem kerja tekanan udara........................................ 32

Gambar 3.9 Skematik Rangkaian Modul Tekanan Udara.............................. 33

Gambar 3.10 Layout Rangkaian Modul Tekanan Udara................................ 33

Gambar 3.11 Modul tekanan udara.................................................................. 34

Gambar 3.12 Skematik Rangkaian Modul Transmitter................................... 35

Gambar 3.13 Layout Rangkaian ModulTransmitter........................................ 35

Gambar 3.14 Modul Transmitter ................................................................... 36

Gambar 3.15 Rangkaian reset.......................................................................... 36

Gambar 3.16 Rangkaian Level Konverter 3,3 V ke 5 V.................................. 37

Gambar 3.17 Rangkaian Level Konverter 5 V ke 3,3 V................................. 37

Gambar 3.18 Modul Xbee USB Adapter.......................................................... 38

Gambar 3.19 Skematik Rangkaian Modul Xbee USB Adapter........................ 39

Gambar 3.20 Skematik Rangkaian Serial RS232............................................. 39

Gambar 3.21 Flowchart sistem kerja Zigbee.................................................... 40

Gambar 3.22 Tampilan awal softwareXCTU.................................................... 41

x

Gambar 3.23 Tekan Test/Query setelah setting............................................... 42

Gambar 3.24 Setting Parameter Xbee............................................................ 43

Gambar 4.1 (a) Tampilan pada multimeter digital (b)Test Point padaRangkaian Modul Transmitter.................................................... 46

Gambar 4.2 konfigurasi pengujian Modul Komunikasi Xbee....................... 47

Gambar 4.3 (a) pengujian komunikasi zigbee (b) Kontrol Panel pada PC diX-CTU....................................................................................... 49

Gambar 4.4 konfigurasi pengujian Modul Tekanan Udara........................... 51

Gambar 4.5 (a) Tunnel menaruh alat tekanan angin; (b) Kontrol PanelBMKG; (c) Kontrol Panel pada PC di X-CTU.......................... 53

Gambar 4.6 Grafik hasil Perbandingan pengujian alat TA dengan alat ukurStandar ...................................................................................... 56

Gambar 4.7 konfigurasi pengujian Modul ketinggian.................................... 56

Gambar 4.8 (a) papan nama stasiun Univ. Pancasila; (b) Kontrol Panel pada

PC............................................................................................... 57

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Spesifikasi MPX4115AP.................................................................. 7

Tabel 2.2 Spesifikasi Xbee.............................................................................. 8

Tabel 2.3 Konfigurasi Pin-pin Sinyal untuk Modul Xbee.............................. 9

Tabel 2.4 Standar USB 1.x/2.0......................................................................... 16

Tabel 2.5 USB mini/Micro 1.x/2.0................................................................... 16

Tabel 2.6 Keterangan Konfigurasi pin ATMega 328P...................................... 22

Table 3.1 Daftar keterangan diagram blok tekanan udara................................ 29

Tabel 4.1 Hasil Pengujian AZ1117T pada Modul Transmitter........................ 46

Tabel 4.2 Peralatan pendukung pengujian komunikasi data Xbee.................... 47

Tabel 4.3 Konfigurasi Parameter Xbee............................................................. 48

Tabel 4.4 Hasil pengujian komunikasi data Xbee pada saat kondisi LOS(Line of Sight)...................................................................................

49

Tabel 4.5 Hasil pengujian komunikasi data Xbee saat penerima di dalamruangan (indoor)...............................................................................

50

Tabel 4.6 Alat dan Bahan Pengujian................................................................ 52

Tabel 4.7 Hasil Pengujian tekanan udara di BMKG........................................ 54

Tabel 4.8 Alat dan Bahan Pengujian................................................................ 57

Tabel 4.9 Hasil Pengujian ketinggian udara di Stasiun................................... 58

Tabel 4.10 Hasil Presentase kesalahan............................................................. 59

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dunia elektronika mempunyai ikatan kuat dengan perkembangan

teknologi yang ada. Pesatnya kemajuan dalam dunia elektronika adalah bukti

berkembangnya teknologi. Dengan meningkatnya perkembangan teknologi,

maka akan menghadirkan kemudahan – kemudahan bagi manusia. Salah satu

faktor penting dalam kehidupan manusia adalah keadaan alam, dimana

beberapa aktivitas alamnya adalah cuaca dan iklim. Cuaca dan iklim adalah

suatu keadaan yang terjadi di permukaan bumi yang dipengaruhi oleh kondisi

udara, yaitu kecepatan angin, arah angin dan tekanan udara. (Robert J. Dan

Roestam Syarief, 2010).

Pengukuran tekanan udara merupakan salah satu upaya untuk

memperoleh informasi kondisi cuaca sebagai data pendukung untuk

memprediksi kondisi udara yang akan datang. Kondisi tekanan udara

mempengaruhi keadaan cuaca lingkungan tersebut. Ada beberapa besaran

fisis yang mempengaruhi kondisi cuaca, diantaranya adalah kecepatan angin,

arah angin dan tekanan udara. Sistem pemantau cuaca yang dilakukan dengan

berbagai metode yang ada, yaitu secara real time dan telemetri. Telemetri

tersebut dapat dikembangkan sehingga pengiriman data-data dapat lebih

fleksibel dalam pengiriman.

Perkembangan teknologi yang pesat sekarang ini menuntut adanya

sebuah efisiensi dalam sebuah proses penyampaian informasi. Dalam hal ini

diperkenalkan sebuah teknologi baru yang dinamakan Zigbee. Zigbee

termasuk dalam standar keluarga IEEE 802.15 bersama Bluetooth (802.15.1)

dan Ultra Wide Band (UWB) dengan kode standar (802.15.3). Zigbee

mempunyai kode standar tersendiri, yaitu IEEE 802.15.4. Dibandingkan

dengan Bluetooth dan UWB, Zigbee memiliki kecepatan komunikasi

maksimal 250 kbps. Jarak maksimal komunikasinya pun pendek (10m-

100m). Akan tetapi, Zigbee memiliki kelebihan pada pengoperasiannya yang

2

sangat mudah, bentuknya kecil, murah dan membutuhkan daya yang sangat

rendah (low power consumption) dibandingkan dengan Bluetooth dan UWB.

Jika dilihat sepintas, Zigbee hanya memiliki kecepatan komunikasi

250kbps, sementara Bluetooth sanggup melakukan komunikasi dengan

kecepatan maksimal sampai 3Mbps dan terlebih UWB yang memiliki

kecepatan komunkasi 480Mbps. Memang benar, Zigbee tidak mungkin

digunakan untuk komunikasi-komunikasi yang membutuhkan kecepatan

tinggi seperti untuk transmisi multimedia suara, video atau data-data yang

besar. Akan tetapi, di sisi lain manusia justru lebih sering bersentuhan pada

hal-hal yang sifatnya pengontrolan informasi-informasi sensor yang tidak

membutuhkan kecepatan pengiriman data yang tinggi, seperti aplikasi sensor-

sensor yang umumnya digunakan saat ini. Misalnya sensor arah angin,

kecepatan angin,dan tekanan.

Berdasarkan hal di atas, penulis tertarik untuk mengangkat permasalah

tersebut untuk proyek tugas akhir dengan judul “Rancang bangun sistem

monitoring kecepatan angin, arah angin dan tekanan udara berbasis

arduino” dan dalam laporan tugas akhir ini hanya akan dibahas tentang sub

judul “Pengukuran tekanan udara dan komunikasi zigbee”.

1.2 Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, maka permasalahan yang timbul dalam

memonitor tekanan udara menggunakan Zigbee adalah sebagai berikut:

a. Merancang bangun modul tekanan udara, transmitter dan receiver agar

dapat berkomunikasi menggunakan standar zigbee.

b. Pengukuran tekanan udara menggunakan dua buah Zigbee yaitu Zigbee

Transmitter yang berfungsi sebagai pengirim data dan Zigbee Receiver

yang berfungsi sebagai penerima data.

c. Pada Zigbee Transmitter diprogram menggunakan Mikrokontroler

ATMEGA328p.

d. Pada Zigbee Receiver akan diterima data output berupa Tekanan udara

yang akan ditampilkan melalui PC komputer menggunakan X-CTU.

3

1.3 Batasan Masalah

Dalam penulisan laporan Tugas Akhir ini pembahasan masalah

dibatasi pada:

a. Sensor Tekanan Udara yang digunakan adalah MPX4115AP

b. Mikrokontroler yang digunakan adalah mikrokontroler ATMega328P.

c. Sebagai komunikasi wireless 2,4 GHz digunakan X-Bee.

d. Data sensor dikirimkan ke transmitter melalui mikrokontroler

ATMega328P.

e. Batasan sensor ini mampu mendeteksi tekanan sebesar 150 hPa sampai

dengan 1150 hPa.

f. Sistem melakukan monitoring takanan udara tanpa adanya pengendalian

atau kontrol.

g. Satuan pengukuran takanan udara berupa miliBar dan ketinggian (meter).

h. Pengiriman data berupa takanan udara dari Zigbee Transmitter ke Zigbee

Receiver.

1.4 Tujuan

Tujuan dari pembuatan Rancang Bangun Sistem Monitoring

Kecepatan Angin, Arah Angin dan Tekanan Udara Berbasis Arduino

khususnya pada pengukuran tekanan udara dan komunikasi Zigbee adalah

untuk membuat suatu rancangan alat ukur elektronik yang dapat digunakan

untuk mengukur tekanan udara yang ada di daerah sekitar penempatan alat

ukur menggunakan komunikasi zigbee 2,4 GHz melalui media wireless

sebagai pengganti penggunan kabel.

1.5 Metode Penyelesaian Masalah

Untuk menyelesaikan masalah di atas, dilakukan langkah-langkah

sebagai berikut :

a. Studi Literatur

4

Mempelajari literatur, dokumen, catatan kuliah, katalog, dan mencari

data-data di internet sebagai referensi yang berkaitan dengan

permasalahan.

b. Konsultasi

Berkonsultasi atau berdiskusi dengan dosen pembimbing untuk

mendapatkan solusi / penyelesaian masalah yang tidak atau belum dapat

penulis selesaikan.

c. Perancangan dan Pembuatan Hardware

Perancangan sistem hardware pada sisi transmitter yang dibuat meliputi

perancangan desain layout PCB modul RF (Radio Frequency) X-Bee dan

pembuatan PCB itu sendiri sampai pemasangan komponen dan

perancangan mekanik tekanan udara.

d. Pengujian X-Bee

Pada tahap ini dilakukan pengujian terhadap modul X-Bee yang telah

dibuat dengan cara mengkonfigurasi chip X-Bee melalui software X-

CTU atau hyperterminal.

e. Pemrograman Mikrokontroler ATmega328p

Pada tahap ini mikrokontroler Atmega328p diprogram agar dapat

berkomunikasi dengan modul RF X-Bee pada sisi transmitter dalam

menyampaikan data sensor.

f. Pengujian Transmisi Data

Pengujian pengiriman data yang diperoleh sensor agar dapat mengetahui

kinerja transmitter pada saat proses transmisi data dan menghimpun,

mengolah, dan menganalisis data yang diperoleh dari pengujian.

g. Pembuatan Laporan

Penyusunan hasil kegiatan Tugas Akhir.

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tekanan Udara

Tekanan udara adalah suatu gaya yang timbul akibat berat dari lapisan

udara atau merupakan tenaga yang bekerja untuk menggerakkan massa udara

dalam setiap satuan luas tertentu. Satuan tekanan udara adalah milibar (mb).

2.2.1. Variasi Tekanan Udara

Tekanan udara dibatasi oleh ruang dan waktu. Artinya pada tempat

dan waktu yang berbeda, besarnya juga berbeda. Tekanan udara secara

vertikal yaitu makin ke atas semakin menurun. Hal ini dipengaruhi oleh:

Komposisi gas penyusunnya makin ke atas makin berkurang.

Sifat udara yang dapat dimampatkan, kekuatan gravitasi makin ke atas

makin lemah.

Adanya variasi suhu secara vertikal di atas troposfer (>32 km) sehingga

makin tinggi tempat suhu makin naik.

Tekanan udara secara horizontal yaitu variasi tekanan udara

dipengaruhi suhu udara, bahwa daerah yang suhu udaranya tinggi akan

bertekanan rendah dan daerah yang bersuhu udara rendah tekanannya tinggi.

Pola penyebaran tekanan udara horizontal dipengaruhi: Lintang tempat,

Penyebaran daratan dan lautan, Pergeseran posisi matahari tahunan.

Tekanan udara normal adalah tekanan kolom udara setinggi lapisan

atmosfer bumi pada garis lintang 450 dan suhu 00C. besarnya tekanan udara

tersebut dinyatakan sebagai 1 atm. Tekanan sebesar 1 atm ini setara dengan

tekanan yang diberikan oleh kolom air raksa setinggi 760 mm. satuan tekanan

selain dengan atm atau mmHg juga dapat dan sering dinyatakan dalam satuan

kg/m2. Konversi antara satuan tekanan udara tersebut adalah sebagai berikut 1

atm = 760 mmHg = 14,7 Psi = 1,013 mbar.

Alat untuk mengukur tekanan udara disebut barometer. Tekanan udara

berkurang dengan bertambahnya ketinggian tempat(elevasi atau altitude).

6

Hubungan antara tekanan udara dengan ketinggian dapat dilihat pada

persamaan laplace sebagai berikut :

H = k(1+¥t)log(β0/βh)

H= (18.400 + 6,7528 t) log (101,325 kPa/Hasil Pengukuran Sensor)

H= (18501,292) log(101,325/x) 0,0063

Keterangan :

H = ketinggian tempat

k = konstanta (18.400)

¥ = koefisien pemuaian udara (0,000367)

t = suhu rata – rata antara permukaan laut sampai pada ketinggian h

β0 = tekanan udara pada permukaan laut

βh = tekanan udara pada permukaan ketinggian h

Hubungan antara tekanan udara dengan ketinggian tempat itu

dimanfaatkan dalam merancang alat untuk pengukuran ketinggian tempat

yang disebut altimeter. Tekanan udara dipengaruhi oleh suhu.

Kepadatan udara tidak sepadat tanah dan air. Namun udara pun

mempunyai berat dan tekanan. Berat atau kecilnya tekanan udara, dapat

diukur dengan menggunakan barometer. Orang yang pertama kali mengukur

tekanan udara adalah Torri Celli (1643). Alat yang digunakan adalah

barometer raksa.

2.1.2 MPX4115AP

Gambar 2.1 Bentuk Fisik MPX4115AP

7

Tabel 2.1 Spesifikasi MPX4115APSpesifikasi MPX4115AP

Tekanan Type AbsolutTekanan operasi 15 kpa – 115 kpa

Port Ukuran Laki-laki, 0.194 "(4.9276mm) TabungKeluaran 0,2 V ~ 4,8 V

Ketepatan ± 1,5% FSSTegangan - Pasokan 4.85 V ~ 5,35 V

Pemutusan Style PCBSuhu Operasional -40 ° C ~ 125 ° C

Paket / Case Modul 6-SIPPengaturan Pabrik -

2.1 Sejarah Zigbee Secara Umum

2.1.1 Pengenalan Zigbee

Zigbee merupakan padanan dari kata Zig, yang berarti gerakan zig-

zag, dan Bee, yang berarti lebah madu. Hal ini dikarenakan Zigbee memiliki

sifat komunikasi yang mirip dengan lebah madu, yakni melakukan gerakan-

gerakan tidak menentu dalam menyampaikan informasi dari lebah madu

yang satu kepada lebah madu yang lainnya (Nico J.M, 2009).

Zigbee adalah spesifikasi untuk jaringan protokol komunikasi

tingkat tinggi, menggunakan radio digital berukuran kecil dengan daya

rendah, dan berbasis pada standar IEEE 802.15.4-2003 untuk jaringan

personal nirkabel tingkat rendah, seperti saklar lampu nirkabel dengan

lampu, alat pengukur listrik dengan inovasi In-Home Display (IHD), serta

perangkat-perangkat elektronik konsumen lainnya yang menggunakan

jaringan radio jarak dekat dengan daya transfer data tingkat rendah (Frans

Ferdinand, 2009).

Teknologi yang memenuhi spesifikasi dari Zigbee dikarenakan

perangkat ini pengoperasiannya yang mudah, sederhana, membutuhkan

daya sangat rendah serta biaya yang murah jika dibandingkan dengan

WPANs lainnya, yakni Bluetooth. Zigbee fokus pada aplikasi Radio

Frequency (RF) yang membutuhkan data tingkat rendah, baterai tahan lama,

serta jaringan yang aman.

8

Hubungan antara IEEE 802.15.4 dengan Zigbee adalah serupa

dengan antara IEEE 802.11 dengan aliansi Wi-Fi. Zigbee 1.0 telah disahkan

pada tanggal 14 Desember 2004 dan telah tersedia untuk para anggota dari

ZigBee. Tiga tahun setelah itu, hadir Zigbee 2007 yang diposting tepatnya

pada tanggal 30 Desember 2007. Profil Aplikasi Zigbee yang pertama, yakni

home-automation, diperkenalkan pada tanggal 2 November 2007.

Sebagaimana telah diberlakukan oleh NIST, spesifikasi Smart Energy

Profile 2.0 akan menghapus ketergantungannya dengan IEEE 802.15.4.

2.1.2 Modul Xbee

.

Gambar 2.2 Modul Xbee

2.1.3 Spesifikasi Xbee

Tabel 2.2 Spesifikasi Xbee

Specification XbeePerformanceIndoor/Urban Range Up to 100 ft (30 m)Outdoor RF line-of-sight range Up to 300 ft (100 m)Transmit Power Output 1mW (0 dBm)RF data rate 250,000 bpsInterface data rate 1200 – 115200 bpsReceiver sensitivity -92 bBm (1% packet error rate)Power RequirementsSupply Voltage 2.8-3.4VTransmit Current 45 mA (@3.3 V)

9

2.1.4 Pin-pin Sinyal

Xbee juga memiliki pin-pin yang berfungsi untuk menghubungkan

fungsi yang satu ke fungsi lainnya. Konfigurasi pin-pin sinyal tersebut dapat

dilihat pada tabel 2.3 dibawah ini.

Tabel 2.3 Konfigurasi Pin-pin Sinyal untuk Modul Xbee

in# Name Direction Description

1 VCC - Power supply2 DOUT Output UART Data Out3 DIN / CONFIG Input UART Data in4 CD*/DOUT_EN*/DO8* Output Carrer detect, TX_enable

or digital Output 85 RESET Input Modul reset6 PWMO/RSSI Output PWM output 0 or RX

signal Strength indicator7 (reserved) - Do not connect8 (reserved) - Do not connect9 DTR/SLEEP_RQ/DI8 Input Pin sleep control line or

digital input 810 GND - Ground11 RF_TX*/AD4*/DIO4* Either Transmission indication,

Analog input 4 or digitali/o 4

12 CTS*/DIO7* Either Clear-or send flow controlor digital i/o 5

13 ON/SLEEP Output Modul status indicator14 VREF Input Voltage reference for A/D

input15 Associate/AD5*/DIO6* Either Associated indicator,

Receive Current 50 mA (@3.3 V)Power-down current < 10 µAGeneralOperting Frequency ISM 2.4 GHzDimensions 0.960* X 1.087* (2.438cm x

2.761cm)Operating Temperature -40 to 85®cNetworking & SecuritySupported NetworkTopologies

Point-to-point, point-to-Multipoint

Number of Chanels 16 Direct Sequence ChannelsFitration Options PAN ID, Channel and Source

10

analog input 5 or digital i/o5

16 RTS*/AD6*/DIO6* Either Request-to-send flowcontrol, analog input 6 ordigital i/o 6

17 COORD_SEL*AD3*/DIO3* EitherAnalog input 3 or DigitalI/O 3 or coordinator select

18 AD2*/DIO2* Either Analog input 2 or DigitalI/O 2

19 AD1*/DIO* Either Analog input 1 or DigitalI/O 1

20 AD0*/DIO0* Either Analog input 0 or DigitalI/O 0

2.1.5 Pengoperasian X-Bee

Modul XBee dapat dihubungkan dengan perangkat lain melalui portserial asinkron. Melalui port serial ini, modul XBee dapat berkomunikasidengan logika dan tegangan yang kompatibel dengan UART (UniversalAsynchronous Receiver Transmitter) atau device serial, seperti RS-232/485/422 atau USB. Device yang mempunyai UART interface dapatlangsung dihubungkan secara langsung dengan pin-pin modul XBee sepertidi tunjukkan gambar 2.5.

Gambar 2.3 Diagram Aliran Data X-Bee

Data diterima oleh modul XBee melalui pin DIN (pin 3) sebagai

sinyal serial asinkron. Setiap byte data terdiri dari satu bit start (low), 8 bit

data (dengan LSB terlebih dahulu), dan satu bit stop (high). Contoh format

data adalah 8-N-1 (bits – parity – jumlah bit stop).

11

Gambar 2.4 Contoh Pola Bit Data Serial

2.1.6 Pengalamatan (Addressing)

Pengalamatan digunakan untuk membedakan antara XBee satu

dengan lainnya dan mencegah duplikasi paket data. Setiap modul Xbee

mempunyai source address (alamat asal) agar dapat mencegah pesan non-

duplikat dianggap sebagai pesan duplikat. X-Bee mempunyai dua bentuk

dasar pengalamatan, yaitu Broadcast dan Unicast. Pesan Broadcast adalah

sebuah pesan yang akan diterima oleh semua modul yang mempunyai

alamat PAN ID (Personal Area Network) yang sama. Pesan broadcast

dikirim hanya sekali dan tidak diulang, sehingga tidak ada jaminan bahwa

node-node yang dikirimi akan menerima pesan tersebut. Agar X-Bee bisa

mengirim pesan broadcast, set DH=0x0 dan DL=0xFFFF. Dengan settingan

tersebut, semua modul XBee yang berada dalam jangkauan jaringan akan

menerima pesan.

Pesan unicast merupakan metode yang lebih handal dalam

pengiriman data. Pesan unicast dikirim dari satu modul ke modul yang lain

berdasarkan pengalamatan modul-modul tersebut. Jika pesan diterima

dengan baik, Xbee penerima akan mengirim balik sebuah ACK

(acknowlegdement). Jika Xbee pengirim tidak menerima ACK, XBee

pengirim akan mengirim ulang data tersebut (maksimal 3 kali) sampai ACK

diterima. Hal ini akan meningkatkan kemungkinan pengiriman data sampai

ke tujuan.

12

Ada 2 metode pengiriman data pada pesan unicast, yaitu

menggunakan pengalamatan 16 bit dan pengalamatan 64 bit. Satu atau

kedua metode tersebut dapat digunakan untuk mengkomunikasikan X-Bee,

akan tetapi pengalamatan 16 bit bisa di-disable sedangkan pengalamatan 64

bit tidak bisa di-disable. Pengalamatan 16 bit lebih cocok digunakan untuk

jaringan yang kecil atau jaringan yang mempunyai jumlah node yang tetap.

Pengalamatan 16 bit menggunakan 16 bit bilangan heksa untuk menentukan

source address atau destination address dari setiap modul X-Bee. Ketika

membangun suatu jaringan, setiap modul X-Bee harus mempunyai source

address yang unik. Parameter MY (secara default di-set 0, maka ketika

menggunakan pengalamatan 16 bit, nilai tersebut harus diubah menjadi

alamat yang unik karena menggunakan pengalamatan 16 bit, maka jaringan

akan mempunyai 216 atau 65536 alamat unik. Pada pengalamatan 16 bit,

destination address (DL) X-Bee pengirim harus sesuai dengan source

address (MY) dari X-Bee penerima, sedangkan parameter DH harus di-set

0.

Pengalamatan 64 bit cocok digunakan untuk jaringan yang besar dan

openended dimana modul X-Bee dapat ditambahkan sewaktu-waktu.

Pengalamatan 64 bit mempunyai 264 atau 18,45 x 1018 alamat unik. Nilai

source address dapat ditentukan dengan membaca nilai SH dan SL dari

setiap modul XBee, agar dapat mengirim data ke modul X-Bee tertentu.

Nilai DH dan DL dari X-Bee pengirim harus di-set menjadi nilai SH dan SL

dari Xbee penerima (DH=SH dan DL=SL). Sementara itu, MY harus di-set

0xFFFF atau FFFE.

2.3 Xbee USB Adapter

Xbee USB adapter dirancang untuk parameter konfigurasi modul

XBee untuk memfasilitasi dengan mudah terhubung ke PC melalui kabel

USB yang diberikan. Adapter memungkinkan PC untuk mengkonfigurasi

XBee / Bluetooth modul dan controller / pengembangan board untuk

transmisi data nirkabel melalui kabel mini USB dan dapat meng-upload

13

program melalui modul nirkabel controller, atau melakukan transmisi data

real-time nirkabel dengan pengaturan dukungan perangkat lunak X-CTU.

Adapter menggunakan FTDI232 USB-UART converter chip untuk

memastikan transmisi data yang stabil dan dapat digunakan sebagai adapter

USB-TTL.

Gambar 2.5 Xbee USB Adapter

2.4 Regulator AZ1117T

AZ1117T merupakan regulator tegangan 3 pin yang memiliki akurasi

tegangan output sebesar ±2%. IC regulator ini menyediakan tegangan output

+3.3V dan mampu menyediakan arus sebesar 1A dengan batasan tegangan

input sampai 12V.

Gambar 2.6 Bentuk fisik AZ1117T

14

Gambar 2.7 AZ1117T dalam rangkaian catu daya

Gambar 2.8 adalah bentuk fisik dari IC Regulator AZ1117T. Pada rangkaian

catu daya AZ1117T terpasang seri seperti pada gambar 2.9 untuk menjaga

stabilitas dan mencegah terjadinya osilasi maka ditambahkan kapasitor sebesar

1μF pada sisi input dan 10μF pada sisi output. AZ1117T sering digunakan

sebagai regulator tegangan untuk CD-ROM Drivers, LAN Cards,

Mikroprosessor dan sistem komunikasi wireless.

2.5 Definisi USB

Universal Serial Bus (USB) adalah standar bus serial yang berfungsi

sebagai perangkat penghubung, biasanya kepada komputer namun juga

digunakan di peralatan lainnya seperti konsol permainan dan ponsel. Sistem

USB mempunyai desain asimetris, yang terdiri dari pengontrol host dan

beberapa peralatan terhubung yang berbentuk pohon dengan menggunakan

peralatan hub yang khusus. Desain USB ditujukan untuk menghilangkan

perlunya penambahan expansion card ke ISA komputer atau bus PCI dan

memperbaiki kemampuan plug-and-play dengan memperbolehkan peralatan-

peralatan ditukar atau ditambah ke sistem tanpa perlu mereboot komputer.

USB yang diproduksi sekarang ini dibagi menjadi tiga berdasarkan tahun

pembuatannya yaitu:

1. USB 1.0 (1996) dan 1.1 (1998)

- Kecepatan rendah berada pada 1,5 Mbits/sec

- Besar paket data dibatasi 8 byte

15

- Kecepatan penuh berada pada 12Mbits/sec

2. USB 2.0 (2000)

- “Hi-speed” dengan kecepatan 480 Mbits/sec

3. USB 3.0 (2008)

- Secara teori, kecepatan maksimum 5 Gbits/sec

2.5.1 Antarmuka USB

Konektor USB hanya ada 2 macam, yakni konektor type A dan

konektor type B. Konektor type A dipakai untuk menghubungkan kabel

USB ke terminal USB yang ada pada komputer, sedangkan konektor type

B dipakai untuk menghubungkan kabel USB ke terminal USB yang ada

pada peralatan. Dalam acuan baku ditentukan persyaratan yang sangat

ketat untuk kabel USB, tidak sembarang kabel bisa dipakai, terlebih untuk

USB dengan kecepatan transfer data penuh sampai 12Mbits/sec. Sehingga

kabel USB selalu dijual dalam bentuk sudah jadi, ujung yang satu

terpasang konektor type A dan ujung satunya terpasang konektor type B.

Terminal USB pada komputer dinamakan sebagai root hub.

Gambar 2.8 Macam type konektor type A dan type B

16

Tabel 2.4 Standar USB 1.x/2.0

Pin Name Cable color Description1 VBUS Red + 5 V2 D- White Data -3 D+ Green Data +4 GND Black Ground

Tabel 2.5 USB mini/Micro 1.x/2.0

Pin Name Cable color Description1 VBUS Red + 5 V2 D- White Data -3 D+ Green Data +

4 ID NonePermit distinction of hostconnection from slave connection

5 GND Black Signal Ground

2.6 Arduino UNO Atmega328p

Gambar 2.9 Arduino UNO Atmega328p

Arduino UNO (“2010”) adalah papan mikrokontroler berbasis

ATMega168 atau ATMega328p. Arduino UNO ini memiliki 14 pin digital

input / output (6 diantaranya dapat digunakan sebagai output PWM), 6 pin

analog input, crystal oscillator 16 MHz, koneksi USB, power jack, ICSP

header dan tombol reset. Semua yang dibutuhkan untuk mendukung

17

mikrokontroler; mudah dikoneksikan dengan komputer menggunakan kabel

USB; menggunakan AC-to-DC adapter / baterai sebagai sumber tegangan.

Skema Arduino UNO ATMega328p didasarkan pada diagram blok

dari ATMega328p. Komponen utama di dalam papan Arduino adalah sebuah

mikrokontroler 8 bit dengan merk ATMega yang dibuat oleh perusahaan

Atmel Coorporation.

Untuk memberikan gambaran mengenai apa saja yang terdapat di

dalam sebuah mikrokontroler, pada gambar berikut diperlihatkan contoh

diagram blok sederhana dari mikrokontroler ATMega328p.

Blok-blok diatas dijelaskan sebagai berikut:o Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART) adalah antar muka

yang digunakan untuk komunikasi serial pada RS-232, RS-422 dan RS-485.

o 2KB RAM pada memory kerja bersifat volatile (hilang saat daya

dimatikan), digunakan oleh variable-variable didalam program.

o 32KB RAM flash memory bersifat non-volatile, digunakan untuk

menyimpan program yang dimuat dari komputer. Selain program, flash

memory juga menyimpan bootloader.

o Bootloader adalah program inisiasi yang ukurannya kecil, dijalankan oleh

CPU saat daya dihidupan. Setelah bootloader selesai dijalankan, berikutnya

program didalam RAM akan di ekseskusi.

Gambar2

Gambar 2.10 Blok mikrokontroler ATmega328p

UART (antar muka serial)

2KB RAM(memory

kerja)

32 KBRAM Flashmemory(program)

1KBEEPROM CPU

Port input/output

18

o 1KB EEPROM bersifat non-volatile, digunakan untuk menyimpan data

yang tidak boleh hilang saat daya dimatikan. Tidak digunakan pada papan

arduino.

o Central processing unit (CPU), bagian dari microcontroller untuk

menjalankan setiap instruksi dari program.

o Port input/output, pin-pin untuk menerima data (input) digital atau analog

dan mengeluarkan data (output) digital atau analog.

2.6.1 Bagian-Bagian Papan Arduino

Gambar 2.11 Bagian-Bagian Papan Arduino

Bagian-bagian Arduino dapat dijelaskan sebagai berikut:

14 Pin Input/Ouput Digital (0-13) : Berfungsi sebagai input atau output,

dapat diatur oleh program. Khusus untuk 6 buath pin 3, 5, 6, 9, 10 dan

11, dapat juga berfungsi sebagai pin analog output dimana tegangan

outputnya dapat diatur. Nilai sebuat pin output analog dapat diprogram

antara 0-255, dimana hal itu mewakili nilai tegangan 0-5V.

Universal Serial Bus (USB)

Berfungsi untuk: Memuat program dari komputer ke dalam papan Arduino.

Komunikasi serial antara papan dengan komputer.

Memberi daya listrik kepada papan Arduino.

19

Sambungan SV1 : Sambungan atau jumper untuk memilih sumber daya

papan Arduino, apakah dari sumber eksternal atau menggunakan USB.

Sambungan ini tidak diperlukan lagi pada papan Arduino versi

Duemilanove karena pemilihan sumber daya eksternal atau USB

dilakukan secara otomatis.

Q1 – Kristal (quartz crystal oscilator) : Jika mikrokontroler dianggap

sebagai sebuah otak, maka kristal adalah jantungnya karena komponen

ini menghasilkan detak-detak yang dikirim kepada mikrokontroler agar

melakukan sebuah operasi untuk setiap detaknya. Kristal ini dipilih yang

memiliki detak (frekuensi) sebanyak 16 juta kali per detik (16MHz).

S1 – Tombol Reset : Untuk mereset papan sehingga program akan mulai

lagi dari awal. Tombol reset ini bukan untuk menghapus program atau

mengosongkan mikrokontroler.

In-Circuit Serial Programming (ICSP) : Port ICSP memungkinkan

pengguna untuk memprogram mikrokontroler secara langsung tanpa

melalui bootloader. Umumnya pengguna Arduino tidak melakukan ini

sehingga ICSP tidak terlalu dipakai walaupun disediakan.

IC1 – Mikrokontroller ATMega : Komponen utama dari papan Arduino,

di dalamnya terdapat CPU, ROM dan RAM.

X1 – Sumber Daya Eksternal : Jika hendak disuplai dengan sumber daya

eksternal, papan Arduino dapat diberikan tegangan DC antara 9-12V.

6 Pin Input Analog (0-5) : Pin ini sangat berguna untuk membaca

tegangan yang dihasilkan oleh sensor suhu. Program dapat membaca

nilai sebuah pin input antara 0-1023, dimana hal itu mewakili tegangan

0-5V.

2.6.2 Mikrokontroler ATMega328P

Komponen utama yang digunakan sebagai otak pada papan Arduino

Duemilanove adalah mikrokontroler ATMega328P. Mikrokontroler

ATMega328P adalah mikrokontroller produksi dari atmel yang mempunyai

arsitek RISC (Reduce Instruction Set Computer).

20

Mikrokontroller ATMega328P memiliki fitur antara lain:

Memiliki peforma tinggi serta merupakan AVR (Alf and Vegard’s Risc

Processor) 8-bit berdaya rendah.

Memiliki 131 macam instruksi yang hampir keseluruhan dapat dieksekusi

dalam satu siklus clock.

Memiliki 32x8-bit register serba guna.

Memiliki 32KB flash memory bersifat non-volatile yang digunakan untuk

menyimpan program dan bootloader.

Memiliki 1KB EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read

Only Memory) sebagai tempat penyimpanan data semipermanen yang

tetap tersimpan meski catu daya dimatikan.

Memiliki 2KB SRAM (Static Random Access memory).

Memiliki Serial USART (Universal Synchronous/Asynchronous

Receiver/Transmitter) yang dapat diprogram sehingga ATMega328 dapat

berkomunikasi dengan komputer menggunakan port serial dari komputer

seperti RS-232.

Memiliki SPI (Serial Peripheral Interface) sehingga memungkinkan untuk

pertukaran data antar dua perangkat, dimana yang satu biasa disebut

Master sedangkan yang satu lagi disebut Slave.

Mikrokontroler ATMega328P merupakan mikrokontroler CMOS

(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 8-bit berdaya rendah berbasis

AVR dengan peningkatan arsitektur RISC. AVR menggunakan aritektur

Harvard yang berguna untuk memisahkan antara memori kode program

dengan memori data sehingga dapat memaksimalkan kerja dan sistem paralel.

Instruksi-instruksi dalam memori program dieksekusi dalam satu alur tunggal,

dimana pada saat satu instruksi dikerjakan instruksi berikutnya sudah diambil

dari memori program. Memori program tersebut berada pada dalam sistem

flash memory yang dapat di program (In-System Reprogrammable Flash

Memory). Konsep inilah yang memungkinkan instuksi-instruksi dapat

dieksekusi setiap satu siklus clock.

21

File register dengan akses cepat memiliki 32x8-bit register serbaguna

dengan 1 siklus kerja yang memungkinkan operasi ALU (Arithmetic Logic

Unit). Dalam operasi ALU yang khusus, dua operand merupakan output dari

file register dimana operasi yang dieksekusi dan hasil dari proses eksekusi

tadi dikembalikan dalam file register dalam 1 siklus kerja.

Enam dari register serbaguna diatas dapat digunakan sebagai tiga

buah register pointer 16-bit pada mode pengalamatan tidak langsung untuk

mengambil data pada ruang memori data. Ketiga register pointer 16-bit ini

disebut dengan register X (R26-R27), register Y(R28-R29) dan register Z

(R30-R31). Hampir seluruh instruksi AVR memiliki format 16-bit.

Selain register serbaguna, terdapat register lain yang disebut register

I/O dengan lebar 64-bit. Register I/O digunakan sebagai Control Registers,

SPI, dan fungsi I/O lainnya. I/O register dapat diakses secara langsung atau

sebagai Data Space mengikuti alamat 0x20-0x5F pada file register.

2.6.3 Konfigurasi Pin Atmega328P

Gambar 2.12 konfigurasi Pin Atmega 328p

22

Tabel 2.6 Keterangan Konfigurasi pin ATMega 328P

Pin KeteranganVCC (pin 7) Sebagai pin input positif (+) catu dayaGND (pin 8 & 22) Sebagai pin Ground.AREF (pin 21) Sebagai pin input tegangan referensi.AVCC (pin 20) Sebagai pin input tegangan untuk ADC.PB0-5 (pin 14 – 19)PB6-7(pin 9 – 10)

Sebagai pin untuk SS, SCK, ICP, CLKO,TOSC1-2, XTAL1-2, PCINT1-2, MISO-MOSI, OC1A-B dan PCINT0-7.

PC0-5 (pin 23 – 28)PC6 (pin 1)

Sebagai pin untuk SCL, SDC, RESET,ADC0-5 dan PCINT8-14.

PD0-4 (pin 2 – 6)PD5-7 (pin 11-13)

Sebagai pin untuk XCK, T0-1, AIN0-1,OC0A-B, OC2B, INT0-1, RXD-TXD, PCINT16-23.

Port B merupakan jalur data 8 bit yang dapat difungsikan

sebagai input/output. Selain itu PORTB juga dapat memiliki fungsi

alternatif seperti di bawah ini.

a. ICP1 (PB0), berfungsi sebagai TimerCounter 1 input capture pin.

b. OC1A (PB1), OC1B (PB2) dan OC2 (PB3) dapat difungsikan

sebagai keluaran PWM (Pulse Width Modulation).

c. MOSI (PB3), MISO (PB4), SCK (PB5), SS (PB2) merupakan jalur

komunikasi SPI. Selain itu pin ini juga berfungsi sebagai jalur

pemograman serial (ISP).

d. TOSC1 (PB6) dan TOSC2 (PB7) dapat difungsikan sebagai

sumber clock external untuk timer.

e. XTAL1 (PB6) dan XTAL2 (PB7) merupakan sumber clock utama

mikrokontroler.

Port C merupakan jalur data 7 bit yang dapat difungsikan sebagai

input/output digital. Fungsi alternatif PORTC antara lain sebagai berikut.

a. ADC6 channel (PC0,PC1,PC2,PC3,PC4,PC5) dengan

resolusi sebesar 10 bit. ADC dapat kita gunakan untuk mengubah

23

input yang berupa tegangan analog menjadi data digital.

b. I2C (SDA dan SDL) merupakan salah satu fitur yang terdapat

pada PORTC. I2C digunakan untuk komunikasi dengan sensor

atau device lain yang memiliki komunikasi data tipe I2C seperti

sensor kompas, accelerometer nunchuck.

Port D merupakan jalur data 8 bit yang masing-masing pin-nya

juga dapat difungsikan sebagai input/output. Sama seperti Port B dan

Port C, Port D juga memiliki fungsi alternatif dibawah ini.

a. USART (TXD dan RXD) merupakan jalur data komunikasi

serial dengan level sinyal TTL. Pin TXD berfungsi untuk

mengirimkan data serial, sedangkan RXD kebalikannya yaitu

sebagai pin yang berfungsi untuk menerima data serial.

b. Interrupt (INT0 dan INT1) merupakan pin dengan fungsi

khusus sebagai interupsi hardware. Interupsi biasanya digunakan

sebagai selaan dari program, misalkan pada saat program berjalan

kemudian terjadi interupsi hardware/software maka program

utama akan berhenti dan akan menjalankan program interupsi.

c. XCK dapat difungsikan sebagai sumber clock external untuk

USART, namun kita juga dapat memanfaatkan clock dari CPU,

sehingga tidak perlu membutuhkan external clock.

d. T0 dan T1 berfungsi sebagai masukan counter external untuk

timer 1 dan timer 0.

e. AIN0 dan AIN1 keduanya merupakan masukan input untuk analog

comparator.

24

BAB III

PERENCANAAN DAN REALISASI

3.1 Perancangan Alat dan Program Aplikasi

3.1.1 Nama Sistem : Rancang Bangun Sistem Monitoring

Kecepatan Angin, Arah Angin dan

Tekanan Udara Berbasis Arduino.

3.1.2 Fungsi Sistem : Alat ini berfungsi untuk mengukur dan

menampilkan keadaan perubahan cuaca

dengan parameter kecepatan angin, arah

angin dan tekanan udara.

3.1.3 Cara kerja : Dalam sistem ini, sensor dari masing-

masing parameter yaitu tekanan udara

dengan sensor MPX4115AP, arah angin

dan kecepatan angin dengan sensor

photodioda mendeteksi perubahan keadaan

cuaca, kemudian sinyal tegangan dalam

bentuk digital yang telah didapat diproses

oleh Arduino UNO dengan mikrokontrol

berupa ATMega328p yang memproses

sinyal digital tersebut kemudian

ditransmisikan menggunakan media

komunikasi zigbee. Data yang diterima

ditampilkan di PC dengan menggunakan

aplikasi LabVIEW yang akan

menampilkan seluruh parameter cuaca.

25

3.1.4 Desain sistem

a. Tampak depan :

Gambar 3.1 Desain tampak depan

b. Tampak samping :

Gambar 3.2 Desain tampak samping

26

c . Tampak atas :

Gambar 3.3 Desain tampak atas

3.1.5 Konfigurasi Sistem

Kecepatan Angin(Sensor Photodioda )

Arah Angin(Sensor Photodioda )

Tekanan Udara(Sensor MPX 4115AP)

Arduino Uno

Konverter leveltegangan xbee

Komputersebagai media

penampil

Xbee Penerima

Xbee Pengirim

Konverter leveltegangan komputer

USB to SerialConverter

Gambar 3.4 Diagram Blok Sistem

Dalam Bab 3. ini akan dibahas tentang Perencanaan dan Realisasi

27

“ Pengukuran Tekanan Udara dan Komunikasi Zigbee “.

3.1.6 Nama Subsistem : Pengukuran Tekanan Udara dan

Komunikasi Zigbee.

3.1.7 Fungsi Subsistem : Mengukur dan menentukan nilai tekanan

udara menggunakan mikrokontroller

ATmega 328p dan mengirimkan data

secara wireless dengan menggunakan

protokol zigbee untuk dikirim ke

komputer melalui port serial.

3.1.8 Rancang Bangun : Membuat alat untuk mengukur besaran

tekanan udara menggunakan sensor

MPX4115AP dan mengirim data secara

wireless menggunakan zigbee.

3.1.9 Realisasi Program :

Aplikasi

Dalam merealisasikan rancang bangun

alat tekanan udara dan zigbee, maka

langkah pertama adalah membuat suatu

rancangan sebagai acuan dasar dalam

pembuatan alat. Pada perancangan

dilakukan desain rangkaian elektrik

maupun mekanik dan pemilihan

komponen serta melakukan perhitungan

sehingga dapat berkerja dengan baik

sesuai dengan spesifikasi yang

diharapkan.

3.2 Spesifikasi Alat

3.2.1 Sumber tegangan

a. Komputer : 220V AC, 60Hz

b. Minimum Sistem : +5V DC

c. Sensor : +5V DC

d. Modul RF : +3,3 Volt DC

28

3.2.2 Input sistem

a. Tekanan udara : Sensor MPX4115AP

b. Kecepatan angin : Sensor Photodiode

c. Arah angin : Sensor Photodiode

3.2.3 Output sistem : Data cuaca (tekanan udara, arah

angin dan kecepatan angin)

di monitoring pada komputer.

3.2.4 Sistem kontrol : Arduino UNO Atmega 328P

3.2.5 Interface : Komunikasi Zigbee

3.2.6 Dimensi Alat

a. Panjang : 15 cm

b. Lebar : 80 cm

c. Tinggi : 180 cm

d. Berat : 10 Kg

3.2.7 Dimensi Tekanan udara

a. Panjang : 9 cm

b. Lebar : 8 cm

c. Tinggi : 10 cm

3.2.8 Dimensi Transmiter

a. Panjang : 11 cm

b. Lebar : 21 cm

c. Tinggi : 24 cm

3.2.9 Dimensi Receiver

a. Panjang : 3,8 cm

b. Lebar : 3 m

c. Tinggi : 1 cm

29

3.2.10 Spesifikasi komputer

a. Processor : Intel Pentiun 4

b. RAM : 1 GB

c. Operating Sistem : Windows XP/Vista/Windows 7/8

d. Free Space Hardisk : 80 GB

3.3 Diagram blok

Blok diagram rangkaian merupakan salah satu bagian terpenting

dalam perancangan suatu alat, karena dari blok rangkaian ini dapat

diketahui cara kerja rangkaian keseluruhan. Sehingga blok diagram

rangkaian tersebut akan menghasilkan sistem yang dapat difungsikan

atau dapat bekerja sesuai perancangan.

3.3.1 Blok diagram Tekanan Udara

Untuk Blok diagram Tekanan Udara menggunakan sensor

MPX115AP dan mikrokontroler ATmega 328P

Gambar 3.5 Diagram Blok Tekanan Udara

Table 3.1 Daftar keterangan diagram blok tekanan udara

Blok Keterangan

o Sensor Tekanan udara

(MPX4115AP)

o Mengubah fenomena tekanan udara

menjadi sinyal elektronik.

o Mikrokontroler o Semua input dari sensor diproses oleh

30

(UNO328p) mikrokontroller yang telah diprogram

sehingga mengeluarkan output sesuai yang

terdeteksi oleh sensor.

o Modul arduino to PC o Sebagai antarmuka antara mikrokontrollerdengan PC menggunakan USB.

o Zigbee Transmitter

(Tx)

o berfungsi sebagai wireless pengirim data ke

receiver. Di dalam Tx terdapat LD1117T

yang berfungsi sebagai peregulator tegangan

agar mendapat tegangan 3,3 V.

o Zigbee Receiver (Rx) o berfungsi penerima data yang akan dideteksi

melalui software X-CTU. Di sinilah jenis dan

model Zigbee akan terbaca. Jika sudah

terbaca, maka data akan melakukan

komunikasi serial.

o Personal computer o Sebagai monitoring tekanan udara.

3.3.2 Rancang Bangun Subsistem

Rancang Desain mekanik Tekanan udara

Gambar 3.6 Desain Rancang Bangun Tekanan Udara

31

Gambar 3.7 Desain Atas Rancang Bangun Tekanan Udara

3.3.3 Pembuatan konstruksi mekanik tekanan udara

Pembuatan bagian mekanik terdiri dari : pembuatan alas, poros

untuk udara,dan piringan.

3.3.4 Prinsip kerja tekanan udara

Prinsip kerja dari rangkaian sensor tekanan udara yaitu pada

saat angin memasuki susunan piringan yang didalamnya terdapat

sensor MPX4115AP. Kemudian sensor akan mendeteksi perubahan

gejala fisis (tekanan udara) berupa data analog sehingga harus

diumpankan terlebih dahulu ke ADC microkontroler agar menjadi

bentuk digital.

Dengan demikian akan bisa didapatkan hasil output sensor dari

alat tekanan udara dengan melakukan perbandingan dengan alat

milik BMKG dengan alat tekanan udara yang dibuat.

32

3.3.5 Flowchart sistem tekanan udara

Gambar 3.8 Flowchart sistem kerja tekanan udara

33

3.3.6 Perancangan dan Pembuatan PCB

Rangkaian tekanan udara pada sensor MPX4115AP

Gambar 3.9 Skematik Rangkaian Modul Tekanan Udara

Gambar 3.10 Layout Rangkaian Modul Tekanan Udara

34

Gambar 3.11 Modul tekanan udara

3.3.7 Prinsip kerja rangkaian Tekanan Udara

Pada perancangan skematik rangkaian tekanan udara ini disebut

sebagai rangkaian decoupling. Pada sensor MPX4115AP yang

digunakan pada rangkaian diatas menggunakan 3 pin diantaranya pin 1

untuk VCC, pin 2 untuk Ground dan pin 3 untuk output. Pin 1 diberikan

tegangan 5V DC kemudian Output sensor diteruskan ke

mikrokontroler untuk di proses.

3.4 Modul Transmitter

Fungsi : Sebagai transmitter untuk mengirimkan data pengukuran.

Spesifikasi :

1. Fungsional

1. Dapat berfungsi sebagai level konverter .

2. Dapat memberikan indikator ketika Xbee sedang mengirim data.

3. Dapat berkomunikasi dengan mikrokontroler Atmega 328P.

4. Dapat mentransmisikan data ke Xbee USB Adapter.

2. Elektronik

1. Vin : 5 VDC (AZ1117T)

2. Vout : 3,3 VDC

35

Skematik dari rangkaian Transmitter dapat dilihat pada gambar 3.12

IC AZ1117 T

IC AZ1117 T

IC AZ1117 T

Gambar 3.12 Skematik Rangkaian Modul Transmitter

Gambar 3.13 Layout Rangkaian Modul Transmitter

36

Gambar 3.14 Modul Transmitter

3.4.1 Prinsip kerja rangkaian modul Transmitter

Pada perancangan ini Xbee disebut sebagai Transmitter dan

hanya 6 pin yang digunakan untuk sistem komunikasi yaitu Vcc, Gnd,

Din, Dout, RSSI dan Reset. Dimana Din dihubungkan ke pin Tx

dari mikrokontroler, Dout dihubungkan dengan pin Rx dari

mikrokontroler. Saat mengirim data modul Xbee ini akan membebani

dengan arus 270mA.

Gambar 3.15 Rangkaian reset

37

Pin riset pada Xbee adalah aktif low, jika sebuah sinyal low

diaplikasikan pada pin ini, maka xbee akan diriset. Sistem Reset pada

gambar 3.15 terdiri dari sebuah push button, sebuah resistor 10KΩ dan

sebuah kapasitor 10µF. Prinsip kerja rangkaian reset adalah

proses pengisian kapasitor yang di tunda oleh sebuah resistor.

Sehingga menjaga pin reset untuk tetap High kecuali diilakukan reset.

IC AZ1117T

Gambar 3.16 Rangkaian Level Konverter 3,3 V ke 5 V

Gambar 3.17 Rangkaian Level Konverter 5 V ke 3,3 V

Karena Xbee bekerja pada level tegangan 3,3 V, sementara

itu mikrokontroler bekerja pada level tegangan 5 V maka jalur

data pengiriman dari mikrokontroler harus disesuaikan dengan

level tegangan Xbee. Untuk itu dibuat rangkaian level konverter

yang akan mengkonversi tegangan 5 V menjadi 3,3 V dan

sebaliknya. Rangkaian level konverter ditunjukan oleh gambar 3.16

dan gambar 3.17.

38

3.5 Modul Receiver (Xbee USB Adapter)

Fungsi : Sebagai receiver untuk menerima data pengukuran

kemudian selanjutnya dikirimkan ke PC menggunakan

kabel serial.

Spesifikasi :

1. Fungsional

a. Dapat menerima data serial yang dikirim secara wireless

b. Dapat digunakan untuk men-setting parameter Xbee

c. Dapat berkomunikasi dengan PC

Gambar 3.18 Modul Xbee USB Adapter

Pada Modul Xbee USB Adapter disebut sebagai Receiver dan

didalam Xbee USB Adapter ini sudah terdapat perangkat komputer

yang menggunakan rangkaian serial IC Max232 sebagai interface

antara modul Receiver sehingga dapat berkomunikasi dengan

perangkat komputer.

39

Gambar 3.19 Skematik Rangkaian Modul Xbee USB Adapter

Didalam Rangkaian Modul Xbee USB Adapter sudah terdapat

rangkaian max232 yang menghubungkan dengan rangkaian konverter

Xbee sebagai masukan data yang selanjutnya dikirim ke PC

menggunakan kabel serial type mini A. Skematik dari rangkaian RS232

dapat dilihat pada gambar 3.20.

Gambar 3.20 Skematik Rangkaian Serial RS232

40

3.5.1 Pengaturan bagian transmisi Xbee

Sebelum digunakan, XBee perlu untuk dikonfigurasikan

untuk memastikan ia beroperasi dengan benar. Rancang bangun ini

menggunakan 2 buah XBee yang membentuk point-to-point yang

sederhana, maka mode yang digunakan adalah mode transparent

(AT) dengan sistem pengalamatan 16 bit. Software yang dapat

digunakan untuk penyetingan Xbee antara lain adalah X-CTU.

Software X-CTU merupakan software khusus yang disediakan oleh

produsennya (Digi Internasional).

3.5.2 Flowchart sistem komunikasi Zigbee

Gambar 3.21 Flowchart sistem kerja Zigbee

41

3.5.3 Mengkonfigurasikan XBee

Berikut adalah cara menjalankan software X-CTU :

1. Jalankan software X-CTU. Tampilan awal software X-CTU.

Gambar 3.22 Tampilan awal software X-CTU

2. Sebelum melakukan koneksi dengan menekan tombol “Test/Query”

terlebih dahulu harus diperhatikan comunication port (com) berapa

dari komputer yang sedang terhubung dengan RF Module. Lalu

baru klik Test /Query seperti yang ditampilkan oleh gambar 3.23

42

Gambar 3.23 Tekan Test/Query setelah setting

3. Apabila sukses maka akan muncul tulisan communication with moden

OK.

4. Untuk mengkonfigurasi parameter Xbee klik modem konfiguration

kemudian klik read untuk membaca pengaturan sebelumnya.

Tampilan software X-CTU pada saat setting parameter ditunjukkan

pada gambar 3.23.

a. Untuk Transmitter

Channel ID di-set C

Konfigurasi parameter jaringan Xbee yang digunakan pada

perancangan alat ini adalah sebagai berikut.

PAN ID (Personal Area Network Identifier) adalah 1234

Source Address (MY) di-set33 artinya menggunakan sistem

pengalamatan 16-bit dengan alamat pengiriman yang dituju adalah

33.

DH (Destination Address High) = 0.

DL (Destination Address Low) = 11.

Interface Data Rate di-set 115200.

43

b. Untuk Receiver

Channel ID di-set C

PAN ID (Personal Area Network Identifier) adalah 1234

Source Address (MY) di-set 11 artinya menggunakan sistem

pengalamatan 16-bit dengan alamat pengiriman yang dituju adalah

11.

DH (Destination Address High) = 0.

DL (Destination Address Low) = 33.

Interface Data Rate di-set 115200.

Gambar 3.24 Setting Parameter Xbee

44

BAB IV

PENGUJIAN DAN ANALIS DATA

4.1.Pengujian

4.1.1. Deskripsi Pengujian

1. Tujuan pengujian : Mengetahui alat yang dibuat bekerja sesuai

dengan keinginan.

2. Target pengujian : Alat bekerja sesuai dengan keinginan dan

hasilnya sesuai dengan alat yang dimiliki oleh

BMKG.

3. Lingkungan pengujian

a) Lokasi 1 : Laboratorium Kalibrasi BMKG, Jl. Angkasa

I No.2 Kemayoran.

b) Tanggal : 16 Juni 2014 dan 01 Juli 2014

c) Waktu : 10.00 - 15.00 WIB

d) Pelaksana : - Hilman Hadi

- Arief Satriyo S.

- Azis Priantoro

e) Pembimbing : - Anto Hirrawan S.Si (Staff Kalibrasi BMKG)

4. Data pengujian Xbee

a) Lokasi 2 :

b) Tanggal :

c) Waktu :

d) Pelaksana :

Laboratorium Teknik Elektronika Industri, PNJ

27 Juni 2014 dan 08 Juli 2014

7.00-10.00 WIB

- Hilman Hadi

- Arief Satriyo S.

- Azis Priantoro

45

4.2 Pengujian AZ1117T pada Modul Transmitter

4.2.1 Deskripsi Pengujian

Pengujian ini merupakan pengujian rangkaian modul Trasmitter,

khususnya terhadap komponen AZ1117T yang berfungsi men-supply

tegangan input X-Bee dalam berkomunikasi secara wireless.

4.2.2 Tujuan Pengujian

Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui atau memastikan apakah

chip X-Bee sudah mendapatkan tegangan supply sebesar (±3,3V).

4.2.3 Prosedur Pengujian

Pengujian dilakukan terhadap modul transmitter di titik yang

telah ditentukan (test point) seperti yang diperlihatkan pada Gambar 4.1

Berikut urutan test point yang dibuat.

1. Kaki 3 (Vout) IC1 – AZ1117T



4. Pin 1 (VCC) – X-Bee

5. Pin 3 (Din) – X-Bee

4.2.4 Langkah Pengujian

1. Menyiapkan alat ukur, yaitu multimeter digital, posisikan switch

untuk mengukur tegangan arus DC.

2. Menghubungkan kabel merah (+) ke port V,Ω, dan kabel hitam (-) ke

port COM. (Pada sisi multimeter)

3. Menghubungkan kabel merah (+) multimeter dengan kaki 3 IC

regulator 3,3V AZ1117T dan kabel hitam (-) dengan kaki 2

AZ1117T

4. Menghubungkan kabel merah (+) multimeter dengan kaki 1 (VCC)

X-Bee, dan kabel hitam (-) dengan salah satu titik GND pada

rangkaian.

5. Menghubungkan kabel merah (+) multimeter dengan kaki 3 (Din) X-

Bee, dan kabel hitam (-) dengan salah satu titik GND pada

rangkaian.

46

6.

(a) (b)

Gambar 4.1 (a) Tampilan pada multimeter digital (Fluke 87) (b)Test

Point pada Rangkaian Modul Transmitter

4.2.5 Data Hasil pengujian

Dari pengukuran terhadap test point dari modul Transmitter

didapatkan data sebagai berikut:

Tabel 4.1. Hasil Pengujian AZ1117T pada Modul Transmitter

Nomor Test Point Komponen Hasil (volt)

TP1 Kaki 3, IC1 AZ1117T 3,32V



TP4 Pin 1 X-Bee 3,32V

TP5 Pin 3 X-Bee 3,32V

4.2.6 Analisis Data hasil pengujian

Hasil pengujian nilai tegangan output pada AZ1, AZ2, AZ3, pin 1

(VCC) dan Pin 3 (Din) menunjukkan nilai 3,32V. Nilai ini termasuk

dalam nilai yang ideal karena sesuai datasheet. Oleh karena itu,

AZ1117Tyang ada pada modul Trasmitter X-Bee berfungsi dengan baik.

47

4.3 Pengujian Komunikasi Data Xbee


Pengujian penerimaan data ini akan dilakukan dalam dua kondisi

yaitu saat penerimaan di luar ruangan dan penerimaan di dalam ruangan

(indoor). Inputan transmitter berasal dari mikrokontroler, yang diterima

oleh rangkaian receiver yang terkoneksi dengan netbook. Penerimaan data

pada netbook dilakukan menggunakan hyperterminal.

4.3.2 Tujuan pengujian

1. Memastikan data yang dikirim oleh transmitter dapat diterima dengan

baik dan benar oleh bagian receiver .

2. Mengetahui apakah indikator led hidup pada saat proses pengiriman dan

penerimaan data.

4.3.3 Prosedur Pengujian Sistem

Konfigurasi Pengujian

Gambar 4.2 konfigurasi pengujian Modul Komunikasi Xbee.

4.3.4 Daftar alat dan bahan pengujian komunikasi data Xbee

Tabel 4.2 Peralatan pendukung pengujian komunikasi data Xbee

No Nama alat dan bahan Fungsi

1 komputerMemonitoring output yang

dihasilkan dari sensor.

2 Mikrokontroler ATmega328P Membaca dan menulis data.

3 Kabel serial Penghubung PC

48

4 Modul Transmitter Pengirim

5 Modul Receiver Penerima

4.3.5 Langkah Pengujian

Langkah-langkah yang dilakukan adalah sebagai berikut :

1. Menyiapkan modul Tx dan Rx yang akan digunakan.

2. Siapkan netbook agar mudah dibawa.

3. Hidupkan notebook dan koneksikan Xbee adapter ke notebook dengan

kabel USB mini. Jangan lupa untuk menginisialisasi port terlebih

dahulu dan konfigurasikan Rx pada Software X-CTU sebagai tanda

modul siap digunakan dan mengatur konfigurasi parameter Xbee

(Transmitter dan Receiver) seperti pada tabel 4.2

4. Membuat listing program tekanan udara pada mikrokontoler

ATMega328P untuk mengirimkan data.

5. Catat seberapa panjang jarak komunikasi yang mampu dicapai, yaitu

pada saat data ditulis dan diterima sampai data yang sudah ditulis tidak

dapat diterima oleh netbook lain.

Tabel 4.3 Konfigurasi Parameter Xbee

No Transmitter Receiver

1 PAN ID 1234 1234

2 MY 33 11

3 DH 0 0

4 DL 11 33

1. Membuka program hyperterminal dengan pengaturan, Connect Using =

COM1; baudrate = 115200; Data bits = 8; Parity = None; Stop bits =

1; dan Flow Control = none.

2. Melakukan pengiriman data dengan dua kondisi penerimaan yang

berbeda.

3. Mengamati indikator penerimaan dan pengiriman data.

49

(a) (b)

Gambar 4.3 (a) pengujian komunikasi zigbee (b) Kontrol Panel

pada PC

4.3.6 Data hasil pengukuran

Tabel 4.4 Hasil pengujian komunikasi data Xbee pada saat kondisiLOS (Line of Sight)

Jarak

(m)Data yang dikirim

Data yang

diterimaInd. Ket.

10Ketinggian = 81.70

meter

Ketinggian = 81.70

meterON

Delay 2

detik


meter dpl

Ketinggian = 81.70

meter dplON

Delay 2

detik


meter dpl

Ketinggian = 81.70

meter dplON

Delay 2

detik


meter dpl

Ketinggian = 81.70

meter dplON

Delay 2

detik


meter dpl

Ketinggian = 81.70

meter dplON

Delay 2

detik


meter dpl

Ketinggian = 81.70

meter dplON

Delay 2

detik

70 Ketinggian = 81.70 Ketinggian = 81.70 ON Delay 2

50

meter dpl meter dpl detik


meter dpl

Ketinggian = 81.70

meter dplON

Delay 2

detik


meter dpl

Ketinggian = 81.70

meter dplON

Delay 3

detik

Tabel 4.5 Hasil pengujian komunikasi data Xbee saat penerima didalam ruangan (indoor)

Jarak

(m)Data yang dikirim

Data yang

diterimaInd. Ket.

1Ketinggian = 81.70

meter dpl

Ketinggian = 81.70

meter dplON

Delay 2

detik

5Ketinggian = 81.70

meter dpl

Ketinggian = 81.70

meter dplON

Delay 2

detik


meter dpl

Ketinggian = 81.70

meter dplON

Delay 2

detik


meter dpl

Ketinggian = 81.70

meter dplON

Delay 2

detik


meter dpl

Ketinggian = 81.70

meter dplON

Delay 2

detik


meter dpl

Ketinggian = 81.70

meter dplON

Delay 2

detik


meter dpl

Ketinggian = 81.70

meter dplON

Delay 2

detik

4.3.7 Analisa data hasil pengujian

Dari data yang diperoleh pada Tabel 4.4 dapat diketahui bahwa data

yang dikirim maupun yang diterima pada saat kondisi LOS telah sesuai

tanpa kehilangan satu karakter pun sampai dengan jarak 91 meter, namun

pada jarak ini dibutuhkan delay selama 2 detik sampai data diterima.

51

Dari data yang diperoleh pada Tabel 4.5 dapat diketahui bahwa data

yang dikirim maupun yang diterima pada saat kondisi indoor telah sesuai

tanpa kehilangan satu karakterpun sampai dengan jarak maksimal 30 m,

namun pada jarak ini dibutuhkan delay selama 2 detik sampai data

diterima.

4.4 Prosedur Pengujian Sistem tekanan udara


4.4.1.1 Tujuan pengujian

a. Untuk mengetahui nilai dari tekanan udara yang dibuat dan dibandingkan

pada alat milik BMKG.

b. Untuk mengetahui apakah Trasmitter bekerja dengan baik atau tidak.

c. Mengetahui alat yang dibuat bekerja sesuai dengan keinginan.

4.4.1.2 Konfigurasi pengujian

Gambar 4.4 konfigurasi pengujian Modul Tekanan Udara

4.4.2 Langkah – langkah pengujian tekanan udara pada alat kalibrasi

BMKG

Langkah – langkah pengujian dan mengkalibrasi adalah sebagai

berikut :

1. Mempersiapkan alat dan bahan yang akan digunakan.

2. Merangkai alat dan bahan seperti gambar diagram blok diatas.

3. Koneksikan Sensor dengan Arduino UNO.

4. Koneksikan Arduino UNO dengan komputer menggunakan

Komunikasi Zigbee.

SensorMPX4115AP

ModulArduino

ssvUUNOU

PC /KomputerTransmitter Receiver

52

5. Letakkan netbook (monitor alat TA) berdampingan dengan alat ukur

pembanding.

6. Setting Set Point tekanan udara pada Alat Kalibrasi barometer BMKG.

7. Catat nilai tekanan udara yang terbaca oleh alat tugas akhir.

8. Catat nilai tekanan udara yang dikeluarkan oleh Alat Kalibrasi

barometer BMKG.

9. Ulangi langkah 4 sampai 6

4.4.3 Daftar alat dan bahan pengujian serta mengkalibrasi

Tabel 4.6 Alat dan Bahan PengujianNo Nama alat dan bahan Fungsi

1 Kabel penghubung/ jumper Penghubung output

2 Modul arduino UNOMengubah data analog

menjadi digital

3 Display PCMemonitoring output yang


(a)

53

(b) (c)

Gambar 4.5 (a) Tunnel menaruh alat tekanan udara; (b) Kontrol Panel BMKG; (c)

Kontrol Panel pada PC di X-CTU

Dari hasil percobaan dapat disimpulkan bahwa data yang didapat

oleh sistem bernilai stabil, karena pada sistem ini penulis menggunakan

rumus:

- ADC = ((A0/1023.0)* 5.0)

- kPa = (((ADC/5.0)+ 0.095) /0.009)

- milibar= ((kPa/100.0)*1000.0)

Keterangan:

A0 = pin input analog sensor tekanan pada arduino

ADC = varabel penyimpanan sementara nilai konversi analog to digital

kPa = konversi nilai tegangan sensor tekanan udara kesatuan kPa

miliBar = konversi dari satuan kPa ke satuan miliBar

54

4.4.4 Data Hasil Pengujian Tekanan Udara di BMKG

Tabel 4.7 Hasil Pengujian tekanan udara di BMKG

No.Alat Ukur

Standar (hpa) XAlat Ukur Tugas

Akhir (hpa) YKoreksi (hpa)

(Y - X)1 750,52 750,11 -0,412 755,76 755,34 -0,423 760,87 760,46 -0,414 765,96 765,52 -0,445 770,87 770,41 -0,466 775,93 775,51 -0,427 780,81 780,38 -0,438 785,94 785,53 -0,419 790,74 790,32 -0,4210 795,92 795,51 -0,4111 800,84 800,39 -0,4512 805,76 805,29 -0,4713 810,92 810,52 -0,414 815,59 815,18 -0,4115 820,49 820,08 -0,4116 825,58 825,17 -0,4117 830,79 830,37 -0,4218 835,48 835,06 -0,4219 840,97 840,58 -0,3920 845,78 845,37 -0,4121 850,69 850,28 -0,4122 855,58 855,19 -0,3923 860,66 860,23 -0,4324 865,79 865,36 -0,4325 870,51 870,12 -0,3926 875,62 875,22 -0,427 880,96 880,52 -0,4428 885,73 885,31 -0,4229 890,64 890,24 -0,430 895,91 895,54 -0,3731 900,97 900,49 -0,4832 905,59 905,13 -0,4633 910,68 910,25 -0,4334 915,69 915,27 -0,42

55

35 920,72 920,32 -0,436 925,63 925,22 -0,4137 930,79 930,38 -0,4138 935,82 935,43 -0,3939 940,91 940,5 -0,4140 945,68 945,27 -0,4141 950,93 950,51 -0,4242 955,84 955,41 -0,4343 960,64 960,21 -0,4344 965,68 965,28 -0,445 970,69 970,25 -0,4446 975,97 975,52 -0,4547 980,75 980,29 -0,4648 985,63 985,19 -0,4449 990,92 990,51 -0,4150 995,83 995,42 -0,4151 999,33 999,33 052 1005,97 1005,76 -0,2153 1010,86 1010,53 -0,3354 1015,69 1015,31 -0,3855 1020,79 1020,42 -0,3756 1025,75 1025,33 -0,4257 1030,69 1030,28 -0,4158 1035,84 1035,42 -0,4259 1040,98 1040,55 -0,4360 1045,67 1045,26 -0,4161 1050,59 1050,11 -0,48

56

Gambar 4.6 Grafik hasil Perbandingan pengujian alat TA dengan alat ukurStandar

4.5 Prosedur Pengujian ketinggian daerah stasiun


4.5.1.1 Tujuan pengujian

a. Untuk mengetahui nilai dari ketinggian alat yang dibuat dan dibandingkan

pada setiap stasiun.

b. Mengetahui alat yang dibuat bekerja sesuai dengan keinginan.

4.5.1.2 Konfigurasi pengujian

Gambar 4.7 konfigurasi pengujian Modul ketinggian

700

750

800

850

900

950

1000

1050

1100

700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100

ALAT

UKU

R ST

ANDA

R (M

iliBa

r)

ALAT TA (miliBar)

PERBANDINGAN HASIL PENGUJIANALAT

Series1

Linear (Series1)

SensorMPX4115AP

ModulArduino

ssvUUNOU

PC /KomputerTransmitte

r

Receiver

57

4.5.2 Langkah – langkah pengujian daerah stasiun

Langkah – langkah pengujian sebagai berikut :

1. Mempersiapkan alat dan bahan yang akan digunakan.

2. Merangkai alat dan bahan seperti gambar diagram blok diatas.

3. Koneksikan Sensor MPX4115AP dengan Arduino UNO.

4. Koneksikan Arduino UNO dengan komputer menggunakan

Komunikasi Zigbee.

5. Letakkan netbook (monitor alat TA) berdampingan dengan papan

nama satasiun.

6. Catat nilai ketinggian yang terbaca oleh alat tugas akhir.

7. Catat nilai ketinggian yang ada di papan nama stasiun

8. Ulangi langkah 4 sampai 7

4.5.3 Daftar alat dan bahan pengujian

Tabel 4.8 Alat dan Bahan PengujianNo Nama alat dan bahan Fungsi

1 Kabel penghubung/ jumper Penghubung output

2 Display PCMemonitoring output yang


(b)

(a) (b)

Gambar 4.8 (a) papan nama stasiun Univ. Pancasila; (b) Kontrol Panel pada

PC

58

4.5.4 Data Hasil Pengujian ketinggian daerah stasiun

Tabel 4.9 Hasil Pengujian ketinggian di stasiun

No. Nama StasiunKetinggian

(meter)Alat UkurTA(meter)

Tekananudara

(milibar)1 Jakarta Kota 4 4 1007,04

2 Jayakarta 13 13 1006,05

3 Mangga Besar 14 14 1006,05

4 Sawah Besar 15 15 1006,05

5 Juanda 15 15 1006,18

6 Gambir 16 16 1006,18

7 Gondangdia 17 17 1006,18

8 Cikini 20 20 1005,91

9 Cawang 26 26 1005,25

10 Duren kalibata 26 26 1005,38

11 Pasar minggu baru 36 36 1004,18

12 Tanjung barat 47 47 1002,85

13 Univ. Pancasila 57 57 1001,61

14 Univ. indonesia 69 69 1001,60

15 Depok baru 93 93 998,58

16 Depok lama 93 93 998,71

17 Citayem 120 120 995,25

18 Bojong gede 140 140 992,71

19 Cilebut 150 150 991,51

20 Bogor 246 246 978,85

4.5.5 Analisa data hasil pengujian tekanan udara dan ketinggian

Perbedaan antara alat ukur pembanding dengan alat ukur TA

menimbulkan sebuah gap atau celah. Celah tersebut dapat diminimalisir

dengan memberikan selisih antara alat ukur TA dengan alat ukur

pembanding yang berasal dari rata-rata kedua alat tersebut.

Persentase kesalahan pembacaan dapat dicari dengan rumus :

% kesalahan = (A - B) / A X 100%

Keterangan:

A = pengukuran BMKG

B = pengukuran Alat Monitoring

59

Tabel 4.10 Hasil Persentase kesalahan

No. Parameter A B%

Kesalahan

1. Tekanan (milibar) 54945,13 54920,26 0,046

2 Ketinggian (meter) 60,85 60,85 0

Berdasarkan hasil uji dan kalibrasi untuk pengukuran tekana udara,

terdapat perbedaan antara alat yang dibuat dengan alat BMKG. Perbedaan

alat terjadi akibat kesalahan dari memperoleh data tentang alat yang akan

dibuat, machine error dan human eror.

60

BAB V

PENUTUP

5.1 Simpulan

Kesimpulan yang dapat penulis ambil dari Tugas Akhir yang berjudul

Rancang Bangun Sistem Monitoring Kecepatan Angin, Arah Angin dan

Tekanan Udara Berbasis Arduino. Dengan sub judul. “Pengukuran

Tekanan Udara dan Komunikasi Zigbee”. adalah sebagai berikut :

a. Sistem yang dibuat dapat mengukur tekanan dalam satuan

miliBar dan meter. Alat ini juga sudah dapat digunakan untuk

memonitoring tekanan udara di suatu wilayah secara otomatis dengan

range tekanan udara 750-1050 hPa. Range tersebut ditentukan

berdasarkan spesifikasi yang diinginkan.

b. Pengiriman data lewat modul Transmitter X-Bee dengan keadaan terbuka

(open area) dapat dilakukan dengan baik, terutama pada kondisi lurus

tanpa halangan (line of sight). Jarak yang ditempuh kurang lebih 91

meter. Jika jarak sudah mencapai lebih dari 91 meter maka akan terjadi

gangguan transmisi data seperti hilangnya data maupun delay.

c. Pengiriman di dalam ruangan berhasil dengan baik pada jarak kurang

lebih 1 s/d 30 meter. Pada keadaan ini, selama posisi transmitter dan

receiever dalam keadaan horisontal (point to point) dengan sedikit

halangan maka jarak yang bisa ditempuh akan semakin jauh. Akan tetapi

jika keadaan transmitter dan receiver horisontal dengan dihalangi gedung

atau ruangan maka pengiriman data rentan mengalami losses bahkan bisa

juga data tidak bisa diterima oleh receiver.

d. Alat pengukur tekanan udara telah dirancang bangun dan sudah

dikalibrasi dengan alat BMKG yang menghasilkan alat yang dibuat sudah

dapat mengukur tekanan udara dengan keakuratan data sebesar 99,95%.

61

5.2 Saran

Adapun saran dalam pembuatan Tugas Akhir ini yaitu:

a. Untuk mendapat jangkauan komunikasi line-of-sight yang lebih jauh,

maka modul RF Xbee dapat diganti dengan RF Xbee-Pro versi yang

menggunakan antena whip.

b. Diharapkan untuk jangka waktu kedepannya alat ini bisa diakses melalui

handhone dan dapat diakses melalui Web.

62

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, 2014, 8-bit Microcontroller with 4/8/16/32KBytes In SystemProgrammable Flash, Atmel, http://www.atmel.com/Images/8271s.pdf.(Diakses Tanggal 19 Januari 2014 Pukul 22.20 WIB)

Anonim, 2014, Integrated Silicon Pressure Sensor MPX4115A, Motorola,http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/motorola/MPX4115A.pdf.(Diakses Tanggal 19 Januari 2014 Pukul 22.29 WIB)

Anonim, 2014, BDC Semiconductor Manufacturing Limited, AZ1117T,http://pdf.datasheet/AZ1117T.pdf. (Diakses Tanggal 15 Maret 2014 Pukul06.25 WIB)

J.M, Nico. 2009. Zigbee dan Aplikasinya. Surabaya

Kodoatie, Robert J. Dan Roestam Syarif . 2010 . Tata Ruang Air. C.V AndiOffset, Yogyakarta

Kosasi, Alva. Interface USB, http://kuliahinterface.blogspot.com/p/interface-usb.html (Diakses Tanggal 23 Juni 2014 Pukul 08.35 WIB)

Rahadian, Helmy. 2010. Instrumentasi Zigbee. Jakarta

Riska, ZigBee: Komunikasi Wireless Berdaya Rendah,http://journal.uii.ac.id/index.php/Snati/article/view/1389/1169. (DiaksesTanggal 15 Maret 2014 Pukul 07.35 WIB)

[IEEE Standard, Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer(PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs), http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.15.4-2003.pdf. (Diakses Tanggal 16 Maret 2014 Pukul 08.15 WIB)

Utami, N.P . 2011 . Akuisisi Data Temperature dan Tekanan Udara BerbasisMikrokontroler H8/3069 F. Skripsi .Universitas Indonesia. FMIPA.Jurusan Fisika. Prodi Fisika Instrumentasi Elektronika. Depok

RIWAYAT HIDUP

Penulis bernama Hilman Hadi lahir di

Bogor, pada tanggal 22 Oktober 1993.

Latar belakang pendidikan formal

adalah Sekolah Dasar (SD) di SD

Muhammadiyah 38, Depok (1999-

2005).Kemudian melanjutkan

pendidikan SMP Muhammadiyah 19,

Depok (2005-2008). Kemudian

melanjutkan pendidikan ke SMK Negeri

2 Depok (2008-2011) . Kemudian

melanjutkan studinya di PNJ (Politeknik

Negeri Jakarta) pada jurusan Teknik

Elektronika, dengan program studi Teknik Elektronika Industri (2011-2014).

Penulis lulus dengan menyelesaikan tugas akhir yang berjudul : “Rancang

Bangun Sistem Monitoring Kecepatan Angin, Arah Angin dan Tekanan Udara

Berbasis Arduino”. Dengan sub judul. “Pengukuran Tekanan Udara dan

Komunikasi Zigbee”. E-mail : [email protected]

LAMPIRAN

Lampiran 1

SKEMATIK RANGKAIAN TRANSMITTER XBEE

Lampiran 2

FLOWCHART KESELURUHAN

Lampiran 3

SKEMATIK KESELURUHAN

Lampiran 4

WIRING DIAGRAM KESELURUHAN

SUMBERTEGANGAN AC

220V, 60HZ

MODUL POWERSUPPLY 12VDC

DAN 5 VDC

5VDC 12VDC+ - + -

+

-

ARDUINO UNO

TXRX

TX RX

5VD

C+

-12

VD

C2345

5VDC

MODULTRANSMITTER

XBEE

+ -

+ -

5VDC

MODUL SENSORKECEPATAN ANGIN

(Photodioda)

MODUL SENSORARAH ANGIN

(Photodioda)

RangkaianKomparator

5VDC 5VDC+ -+ -

TRAFO CTPENURUN

TEGANGAN 15VAC

+ - + -

+ -

MODUL SENSORTEKANAN UDARA

(MPX4115AP)

MODUL TRANSMITTER XBEE

MODUL RECEIVER XBEE

MODUL TEKANAN UDARA

Program tekanan udara pada Arduino UNO Atmega 328p

#define ECHO_TO_SERIAL 1 // echo data to serial port

int DataLogInterval;

int SamplingInterval=1; //Number of seconds in the LogInterval

const byte nsamp=10;

// Digital pins

#define PressurePin = A0

// Wind variables

float press_kPa=0.0;

float press_milibar=0.0;

float nilai_adc=0.0;

unsigned long StartTime; //Log Interval counter

void setup(void)

DataLogInterval=SamplingInterval*1000; // sec between entries

Serial.begin(115200);

Serial.println();

StartTime=millis(); //Initialize StartTime

void loop(void)

#if ECHO_TO_SERIAL

int pressure = analogRead(A0); // port A0 membaca sensor tekanan udara lalu

nilainya dipindahkan ke variabel pressure

float nilai_adc = ((pressure/1023.0)* 5.0); // read value of adc

float x = ((nilai_adc/5.0)+ 0.095); // konversi nilai ADC ke satuan

KiloPascal

press_kPa=(x/0.009);

press_milibar=(press_kPa*10); // konversi satuan kPa ke satuan

milibar

float press_mmHg= (press_kPa/101.325)*760.0;

int ketinggian= ((760.0 - press_mmHg)*10.0)- 30 ; // 30, 41, 42 ,12

//send to serial monitor

Serial.print(pressure);

Serial.print(" ");

Serial.print(nilai_adc);

Serial.print(" ");

Serial.print("volt");

Serial.print(" ");

Serial.print(press_milibar);

Serial.print(" ");

Serial.print("milibar");

Serial.print(" ");

Serial.print(ketinggian);

Serial.print(" ");

Serial.print("meter");

Serial.print(" ");

Serial.println();

#endif // ECHO_TO_SERIAL

StartTime = millis(); //Get StartTime for next LogInterval

rancang bangun sistem monitoring kecepatan angin, arah angin dan tekanan udara berbasis arduino...

Documents