Analisa System SMS Gateway dengan Tiga Sensor

1. Mikrokontroler AVR

Arsitektur mikrokontroler jenis AVR (Alf and Vegard RISC) pertama kali

dikembangkan pada tahun 1996 oleh dua orang mahasiswa Norwegian Institute of

Technology yaitu Alf-Egil Bogen dan Vegard Wollan. Mikrokontroler AVR kemudian

dikembangkan lebih lanjut oleh Atmel. Seri pertama AVR yang dikeluarkan adalah

mikrokontroler 8 bit AT90S8515, dengan konfigurasi pin yang sama dengan mikrokontroler

8051, termasuk address dan data bus yang termultipleksi.

Mikrokontroler AVR menggunakan teknologi RISC (Reduced Instruction Set

Computer) dimana set instruksinya dikurangi dari segi ukurannya dan kompleksitas mode

pengalamatannya. Pada awal era industri komputer, bahasa pemrograman masih menggunakan

kode mesin dan bahasa assembly. Untuk mempermudah dalam pemrograman para desainer

komputer kemudian mengembangkan bahasa pemrograman tingkat tinggi yang mudah

dipahami manusia. Namun akibatnya, instruksi yang ada menjadi semakin komplek dan

membutuhkan lebih banyak memori. Dan tentu saja siklus eksekusi instruksinya menjadi

semakin lama. Dalam AVR dengan arsitektur RISC 8 bit, semua instruksi berukuran 16 bit dan

sebagian besar dieksekusi dalam 1 siklus clock. Berbeda dengan mikrokontroler MCS-51 yang

instruksinya bervariasi antara 8 bit sampai 32 bit dan dieksekusi selama 1 sampai 4 siklus

mesin, dimana 1 siklus mesin membutuhkan 12 periode clock.

Dalam perkembangannya, AVR dibagi menjadi beberapa varian yaitu AT90Sxx,

ATMega, AT86RFxx dan ATTiny. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing varian

adalah kapasitas memori dan beberapa fitur tambahan saja.

2. Central Processing Unit (CPU)

Unit pemrosesan pusat (Central Processing Unit, CPU) Terdiri dari dua unit yaitu unit

pengendali (Control Unit, CU) dan unit aritmatika dan logika (Aritmetic and Logical Unit,

ALU). Unit aritmatika dan logika melaksanakan operasi aritmatika untuk data yang melaluinya.

Fungsi aritmatika yang lazim termasuk logika AND, logika OR dan Operasi pergeseran.

Fungsi utama sebuah unit pengendali adalah mengambil, mengkode dan melaksanakan

urutan instruksi sebuah program yang tersimpan dalam memori. Unit pengendali mengatur

urutan operasi sebuah sistem. Khususnya unit ini menghasilkan dan mengatur sinyal pengendali

yang diperlukan untuk mensinkronkan seluruh operasi sebuah sistem, selain itu juga aliran data

dan instruksi program di dalam dan di luar ALU.

3. Memori

Setiap sistem mikrokontroler memerlukan memori untuk dapat menyimpan program dan

data. Pada mikrokontroler sendiri sudah terdapat memori data dan memori program, ada

beberapa tingkatan memori diantaranya adalah register internal, memori utama dan memori

masal. Register internal adalah memori di dalam ALU. Waktu akses register ini sangat cepat

umumnya kurang dari 100ns.

Ada dua tipe logika memori, tergantung dari kemungkinan aksesnya, yaitu yang

dihubungkan secara acak ( Random Access Memory, RAM) yang bisa dibaca atau ditulisi, dan

memori yang hanya untuk dibaca saja (Read Only Memory, ROM). Dalam mikrokontroler, RAM

itu disebut sebagai memori data (Data Memory), sedangkan ROM dikenal sebagai memori

program (Program Memory). Random Access Memory (RAM) adalah memori yang dapat dibaca

atau ditulisi. Data dalam RAM akan terhapus (volatile) bila catu daya dihilangkan. Karena sifat

RAM yang volatile, maka program mikrokontroler tidak tersimpan dalam RAM. RAM hanya

digunakan untuk menyimpan data secara sementara. Terdapat dua teknologi yang dipakai untuk

membuat RAM yaitu RAM Statik dan RAM Dinamik. Dalam RAM statik satu bit informasi

tersimpan dalam sebuah flip-flop. RAM statik tidak memerlukan penyegar dan penangannya

tidak terlalu rumit. Isi RAM tetap selama catu daya diberikan. Sedangkan RAM Dinamik

menyimpan bit informasi sebagai muatan. Sel memori elementer dibuat dari kapasitansi gerbang

substrat transistor MOS.

4. Input/Output

Input/output diperlukan untuk berkomunikasi dengan dunia luar. Modul masukan

menyediakan informasi bagi ALU atau memori. Alat masukan yang khas seperti keyboard

(keypad) atau sensor (transducer). Modul keluaran menyajikan data yang datang dari ALU atau

melaksanakan perintah-perintah. Modul keluaran yang khas adalah printer, satu set lampu, atau

mekanisme pengendali motor stepper, relay, LED ( Ligh Emmitting Diode), atau LCD (Liquid

Crystal Display). Dalam mikrokontroler ATmega328 terdapat input output atau yang disebut pin

mapping seperti ditunjukkan gambar berikut ini :

5. Arsitektur Mikrokontroler ATmega328

Mikrokontroler ATmega328 bekerja dengan level tegangan TTL, dalam hal ini

digunakan tegangan sebesar 5 volt. Semua port yakni digital pin 0 samapi dengan 13 dan pin

analog 0 sampai 5 bersifat bi-directional I/O dengan internal pull-up.

Untuk membangkitkan frekuensi kerja pada perancangan ini menggunakan osilator

kristal sebesar 16 MHz. Berdasarkan data sheet ATmega328 besar nilai kapasitor yang

digunakan harus berada pada 33 + 10 pF, pada perancangan ini digunakan kapasitor 22 pF.

Dengan demikian maka dapat dihasilkan waktu mendekati 1 mikrodetik setiap satu siklus mesin.

Reset (Pin 1) bekerja pada saat berlogika tinggi, transisi logika dari rendah ke tinggi akan

mereset sistem minimum ATmega328. Untuk menghasilkan sinyal tersebut digunakan kapasitor,

tahanan dan sebuah saklar push bottom. Rangkaian sistem minimum ATMEGA328 dapat

digambarkan seperti Gambar 4. 16

Gambar 4.16 Rangkaian Mikrokontroler ATMEGA328

Penyemat X1 dan X2 dihubungkan dengan kristal yang berfungsi sebagai pembentuk

sebuah isolator bagi mikrokontroler. Kristal 16 MHz ini didukung dua capasitor keramik C1 dan

C2 yang nilainya sama sebesar 22pF. Apabila terjadi beda potensial pada kedua kapasitor

tersebut maka kristal akan berosilasi. Pulsa yang keluar adalah berbentuk gigi gergaji dan akan

dikuatkan oleh rangkaian internal pembangkit rangkaian pulsa pada mikrokontroler sehingga

akan berubah menjadi pulsa clock. Untuk pembagian dari frekuensi internal mikrokontroler itu

sendiri yang diinisialisasi dengan program.

Penyemat Reset dihubungkan dengan saklar yang digunakan untuk me-Reset

mikrokontroller. Karena kaki reset ini aktif berlogic tinggi maka diperlukan Resistor R1 yang

nilainya 10K yang dihubungkan dengan tegangan 0 Volt untuk memastikan penyemat Reset

berlogic rendah saat sistem ini bekerja. Kapasitor C1=10F berfungsi untuk meredam adanya

kesalahan akibat penekanan saklar Reset.

6. Pewaktu CPU

Agar dapat mengeksekusi program, mikrokontroler membutuhkan pulsa clock. Pulsa ini

dapat dihasilkan dengan memasang rangkaian resonator pada pin XTAL1 dan XTAL2. Frekuensi

kerja maksimum ATmega328 adalah 16 MHz. Mikrokontroler ATmega328 memiliki osilator

internal (on-chip oscillator) yang dapat digunakan sebagai sumber clock bagi CPU. Untuk

menggunakan osilator internal diperlukan sebuah kristal atau resonator keramik antara pin

XTAL1 dan XTAL2 dan kapasitor yang dihubungkan ke ground. Jadi clock yang diperoleh CPU

berasal dari sinyal yang diberikan dari sebuah kristal. Penggunaan kristal dengan frekuensi dari 6

MHz sampai 16 MHz, sedangkan untuk kapasitor dapat bernilai 27 pF sampai 33 pF. Hubungan

oscilator untuk ATmega328 dapat dilihat pada gambar 4.17

Gambar 4.17 crystal 16 Mhz

Dalam mikrokontroler dikenal istilah Machine Cycle (MC) / Siklus Mesin, dimana :

1 MC = 6 state = 12 periode clock

ATmega328

XTAL 2

XTAL 1

Crystaloscilator

ATmega328

XTAL 2

XTAL 1

Jika frekuensi crystal yang digunakan adalah 12 MHz maka 1 MC = 12/frekuensi crystal = 12/12

MHz =1uS

Gambar 4.18 Siklus Mesin

7. Sistem Kerja Keseluruhan

Sytsem kerja keseluruhan dari alat ini terbagi menjadi empat bagian penting dari blok

skematik seperti gambar diatas yang memiliki fungsinya masing-masing. Terdiri dari :

Blok serial converter RS232 : berfungsi untuk memprogrammer mikrokontroler

ATmega8 menggunakan komunikasi serial ke computer dengan menafaatkan IC

max232 seperti yang sudah penulis jelaskan dalam bab sebelumnya.

Blok Mikrokontroler yang berfungsi sebagai pusat pengendali input/output

seperti yang sduah penulis jelaskan pada bagian atas

Blok driver motor L293d yaitu sebuah IC yang berfungsi sebagai driver motor

stepper yang penulis gunakan untuk menggerakkan pintu otomatis tersebut.

Blok sensor PIR yaitu terdiri dari sensor gerak passive infra red (PIR) berfungsi

sebagai detector gerakan manusia yang dideteksi oleh sensor seperti yang sudah

dijelaskna pada bab sebelumnya.

System yang penulis rancang menggunakan satu buah sensor yaitu dengan menggunakan

sensor gerak passive infra merah (PIR). Proses kerja sensor ini dilakukan dengan mendeteksi

adanya radiasi panas tubuh manusia yang diubah menjadi perubahan tegangan. Dengan kata

lain modul PIR (Passive Infra Red) adalah modul pendeteksi gerakan yang bekerja dengan cara

mendeteksi adanya perbedaan/perubahan suhu sekarang dan sebelumnya. Jika lebih banyak

radiasi dipancarkan. Sensor detektor akan melihat besar kecilnya IR dari yang lain, dan output

akan berayun tinggi atau rendah. Benda yang bisa dideteksi oleh sensor ini biasanya adalah

tubuh manusia dikarenakan tubuh manusia memancarkan gelombang infra merah alami 8 hingga

14 mikron. Sensor PIR hanya bereaksi pada tubuh manusia saja, hal ini disebabkan karena

adanya IR Filter yang menyaring panjang gelombang sinar inframerah pasif. IR Filter dimodul

sensor PIR ini mampu menyaring panjang gelombang sinar inframerah pasif antara 8 sampai 14

mikrometer, sehingga panjang gelombang yang dihasilkan dari tubuh manusia yang berkisar

antara 9 sampai 10 mikrometer ini saja yang dapat dideteksi oleh sensor.

Jadi, ketika seseorang berjalan melewati sensor, sensor akan menangkap pancaran sinar

inframerah pasif yang dipancarkan oleh tubuh manusia yang memiliki suhu yang berbeda dari

lingkungan sehingga menyebabkan material pyroelectric bereaksi menghasilkan arus listrik

karena adanya energi panas yang dibawa oleh sinar inframerah pasif tersebut. Kemudian sebuah

sirkuit amplifier yang ada menguatkan arus tersebut yang kemudian dibandingkan oleh

comparator sehingga menghasilkan output.

Ketika manusia berada di depan sensor PIR dengan kondisi diam, maka sensor PIR akan

menghitung panjang gelombang yang dihasilkan oleh tubuh manusia tersebut. Panjang

gelombang yang konstan ini menyebabkan energi panas yang dihasilkan dapat digambarkan

hampir sama pada kondisi lingkungan disekitarnya. Ketika manusia itu melakukan gerakan,

maka tubuh manusia itu akan menghasilkam pancaran sinar inframerah pasif dengan panjang

gelombang yang bervariasi sehingga menghasilkan panas berbeda yang menyebabkan sensor

merespon dengan cara menghasilkan arus pada material Pyroelectricnya dengan besaran yang

berbeda beda. Karena besaran yang berbeda inilah comparator menghasilkan output.

Jadi sensor PIR tidak akan menghasilkan output apabila sensor ini dihadapkan dengan

benda panas yang tidak memiliki panjang gelombang inframerah antar 8 sampai 14 mikrometer

dan benda yang diam seperti sinar lampu yang sangat terang yang mampu menghasilkan panas,

pantulan objek benda dari cermin dan suhu panas ketika musim panas. Jika terdapat gerakan

maka driver motor L293D akan aktif dan menggerakkan motor stepper dan pintu akan terbuka.

Demikianlah prinsip kerja dari system yang penulis rancang ini.

Untuk supply tegangan yang dipakai pada system ini menggunakan tegangan sebesar 12

volt DC. Tegangan ini diperoleh dari transformator universaldengan tegangan 12 volt, dengan

arus 1.2 Ampere. Karena pada masing-masing rangkaian membutuhkan tegangan sebesar 5 volt

maka untuk itu dibuatkan rangkaian regulator agar mendapatkan tegangan sebesar 5 volt.

Gambar 4.8 Rangkaian Power Supply

Pada rangkaian ini digunakan IC regulator 7805 untuk mendapatkan tegangan sebesar 5 volt.

Pada Gambar 3.7 merupakan skema rangkaian supply untuk ke masing-masing bagian

diantaranya tegangan 5 volt ke board minimum system ATMega8.

Perencanaan Program bahasa C pada system SMS gateway

Penulisan program C menggunakan software Arduino-21. Software tersebut berfungsi

untuk membuat listing program yang akan dimasukkan ke dalam mikrokontroler nantinya.

Tampilan software Arduino-21 dan cara bagaimana memasukkan program ke dalam

mikrokontroler dapat dilihat pada gambar 3.11.

Gambar 3.11 tampilan awal program

Untuk membuat bahasa C, pertama kita membuat file baru dengan cara mengklik new.

Kemudian kita ketikkan bahasa C pada kolom yang sudah tersedia. Namun kita juga dapat

membuka file program yang sudah dibuat sebelumnya dengan klik file kemudian klik

sketchbook dan selanjutnya pilih file program tersebut seperti terlihat Pada gambar 3.12.

Gambar 3.12 Membuka File Program

Selanjutnya adalah meng-compile program C dengan cara klik toolbar sebelah kiri jendela

program dan apabila tidak terdapat error maka program sudah siap untuk di upload ke rangkaian

mikrokontroler. Seperti terlihat dalam gambar 3.11. Status error dapat terjadi apabila dalam

penulisan program tidak sesuai dengan tata cara penulisan program dalam bahasa C yang sudah

ada, ini dapat diperbaiki dengan cara meng-klik file program yang error kemudian mengecek

dimana letak kesalahannya. Kemudian di-compile sekali lagi, jika tidak terdapat error maka

program sudah siap dimasukkan ke mikrkontroler.

Gambar 3.13 Proses Compile

Apabila tidak terdapat error pada proses compiler maka akan terlihat tulisan done compiling

pada program bagian bawah, itu menandakan bahwa program yang sudah dibuat sebelumnya

tidak mengalami kesalahan penulisan program. Selanjutnya adalah meng-upload program yang

sudah dibuat ke dalam mikrokontroler namun, sebelum meng-upload program terlebih dahulu

mengatur board yang digunakan dan serial port seperti terlihat pada gambar 3.14 .

Gambar 3.14 Mengatur board yang Digunakan

Untuk memilih mikrokontroler yang akan digunakan maka cukup meng-klik tool kemudian pilih

board selanjutnya pilih Arduino NG older w/ATmega8. Hal ini dilakukan karena mikrokontroler

yang digunakan adalah ATmega8. Selanjutnya adalah mengatur port serial yang digunakan agar

proses pemprograman dapat berjalan. Gambar 3.15 memperlihatkan proses pengaturan port

serial.

Gambar 3.15 Pemilihan port serial

Yang terakhir adalah proses uploading program ke dalam mikrokontroler dengan meng-klik

tombol upload pada toolbar sebelah kanan seperti terlihat pada gambar 3.16 apabila proses

uploading berhasil maka ditandai dengan tulisan done uploading. Maka mikrokontroler sudah

selesai diporgram.

Gambar 3.16 Program Selesai di-uploading