49

BAB 3

PERANCANGAN SISTEM

3.1. Perancangan Perangkat Keras

Perancangan perangkat keras hanya terdiri dari 3 bagian yaitu rangkaian

pusat control, rangkaian pengukuran dan rangkaian simcom300CZ

Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem

• Mikrokontroler sebegai penerima input analog V dan I dari solar panel dan

mengkonversi ke nilai digital, melakukan perkalian antara V dan I untuk

memperoleh W, mengontrol simcom 300CZ untuk mengirimkan data dengan AT

Command, dan mengontrol LCD.

50

• Simcom 300CZ berfungsi sebagai modem untuk mengirim data ke web host

melalui jaringan internet.

• LCD untuk menampilkan data V, I dan W yang dihasilkan solar panel.

• Proses.php untuk memproses data dari terima.php dan melakukan perkalian

antara V dan I untuk memperoleh daya kemudian memasukkan ke database

MySQL. Entitas yang dimasukkan ke database meliputi time now (waktu nyata

saat data dimasukan ke database yang di bangun /generate dari server), volt, arus

dan daya.

• get_latest_data1.php untuk mengambil 10 data “daya” terakhir dari database dan

mengolah ke format XML agar dapat di tampilkan oleh komponen Fusion Charts

ke dalam grafik histori daya.

• get_latest_data2.phpuntuk mengambil 10 data “tegangan” terakhir dari database

dan mengolah ke format XML agar dapat di tampilkan oleh komponen Fusion

Charts ke dalam grafik histori tegangan.

• get_latest_data3.php untuk mengambil 10 data “arus” terakhir dari database dan

mengolah ke format XML agar dapat di tampilkan oleh komponen Fusion Charts

ke dalam grafik histori arus.

• angka.php untuk mengambil data daya, tegangan, arus yang paling terakhir untuk

kemudian ditampilkan dalam bentuk angka.

• Index.html adalah halaman yang menampilkan data dan diakses oleh user melalui

browser.

– Link: http://www.fctickets.co.uk/sistem-pemantau-solar-sel

51

3.1.1. Perancangan Rangkaian Pusat Kontrol

Gambar 3.2 Rangkaian Pusat Kontrol

Pada sistem ini digunakan mikrokontroler jenis ATMega32 sebagai pusat

kontrol. Sistem pusat kontrol ini beroperasi dengan tegangan supplai 5 Volt

sehingga digunakan regulator 7805 agar dapat menghasilkan tegangan operasi

yang diinginkan. Mikrokontroler ini mempunyai memori program flash sebesar

32KB, sehingga mampu memuat program yang panjang.

Mikrokontroler ini juga mempunyai kapasitas RAM internal sebesar 2KB

yang mampu digunakan sebagai buffer untuk menampung data serial yang

cukup besar dari modul simcom 300CZ saat terjadi penerimaan respon dari

52

server. Selain itu ATMega32 juga mempunyai 8 channel ADC. Sistem ini

membutuhkan 2 channel ADC untuk mengukur tegangan dan arus dari solar

panel.

Pada sistem kontrol ini, PORT C digunakan untuk mengontrol LCD dengan

mode data 4 bit, PORTA.0 untuk mengkonversi tegangan analog tegangan (V) ke

digital dan PORTA.1 untuk mengkonversi tegangan analog yang korespondensi

dengan arus (I) ke nilai digitalnya. PORTD.0 (RX) digunakan untuk menerima

data serial dari Simcom 300CZ dan PORTD.1 (TX) digunakan untuk mengirim

perintah-perintah ke SIMCOM agar dapat menjalankan fungsinya. Pin RX dan

TX ini tidak langsung dihubungkan ke simcom tetapi dihubungkan ke MAX232

terlebih dahulu, karena pada sistem ini komunikasi data terjadi secara RS232 Hal

ini dilakukan karena adanya berbeda tegangan operasi antara rangkaian pusat

kontrol dengan modul simcom.

3.1.2. Perancangan Rangkaian Pengukur Daya Panel Surya

Gambar 3.3 Rangkaian Pengukur Daya Panel Surya

Rangkaian pengukuran ini digunakan untuk mengukur output dari solar

panel. Tegangan analog maksimal yang dapat diterima oleh ADC

53

mikrokontroller adalah 5 V jadi Untuk mengukur tegangan output dari solar

panel digunakan voltage divider dengan nilai 12 K dan 47 K sehingga diperoleh

ratio sekitar 1:5. jadi dengan Vout maksimal solar panel sebesar 22V, maka akan

di peroleh 4.4 volt yang masuk ke PORTA.0 dari mikrokontroller. Untuk

mengukur output arus dari solar panel digunakan R sense sebesar 0.1 ohm. Jika

Solar panel mengeluarkan arus maksimalnya sebesar 3 A maka tegangan yang

jatuh pada R sense ini adalah V=I X R = 3 X 0.1 = 0.3 volt. Tegangan ini akan

diperkuat 10 x dengan penguat tidak membalik.

Gambar 3.4 Penguat Non-Inverting

Dengan menyusun rangkaian agar R4 = R2 dan R3=R1 maka dapat kita

turunkan persamaan berikut

54

Oleh karena itu dipilih R2=R4=10 K dan R3=R1=1K sehingga diperoleh

penguatan sebesar 10 kali.

3.1.3. Perancangan Rangkaian Simcom

Gambar 3.5 Rangkaian Simcom

Simcom 300CZ adalah sebuah modul GSM yang bekerja pada level

tegangan 3.7 V sampai 4.5 V dan pada perancangan rangkaian ini dipilih

tegangan operasi 4 Volt. Pada pin VBAT terdapat 2 buah kapasitor yang

terparalel yaitu 10 uF dan 100 uF. Pada datasheet di jelaskan bahwa Simcom

55

300CZ mampu menarik arus sampai puncak berkisar 2 A sesaat saat baru

pertama kali dinyalakan dan mencari sinyal GSM, oleh karena itu disarankan

untuk meletakan kedua kapasitor tersebut secara paralel pada pin VBAT.

Pin Led pada SIM 300CZ berfungsi sebagai indikator status dari dari SIM

300CZ. Berikut ini adalah tabel beberapa status dari modul GSM SIM300CZ

Tabel 3.1 Kondisi LED dan Status

Pin Powerkey berfungsi untuk menyalakan dan mematikan modul GSM.

Saat mendapat tegangan pada VBAT, pin powerkey akan mengalami pull-up,

tetapi modul GSM masih dalam keadaan belum menyala. Untuk menyalakannya,

pin powerkey harus di pull-down ke ground selama interval waktu tertentu.

Berikut ini adalah timing diagramnya :

Gambar 3.6 Diagram Waktu untuk Menyalakan Sim300cz

56

Untuk mematikan modul GSM, dapat dilakukan dengan cara yang sama.

Berikut timing diagram untuk mematikan modul :

Gambar 3.7 Diagram Waktu untuk Mematikan Sim300cz

Pin RX dan TX pada modul digunakan untuk berkomunikasi dengan

rangkaian pusat kontrol. Karena modul Simcom 300CZ mempunyai tegangan

operasi yang berbeda dengan tegangan operasi pusat kontrol, maka kedua pin ini

dihubungkan ke MAX3232 untuk menghasilkan level tegangan RS232.

MAX3232 ini berfungsi untuk mengkonversi level tegangan logika simcom

(0 - 3.3 volt) menjadi level tegangan RS232. Jadi modul simcom dan perangkat

pusat control berkomunikasi melalui RS232 dengan melakukan persilangan atau

cross pada kabel serial yang digunakan. Selain itu pin RTS dan CTS pada

rangkaian simcom di hubungkan untuk tujuan control alur komunikasi.

57

3.2. Perancangan Perangkat Lunak

Perancangan perangkat lunak pada sistem meliputi pembuatan firmware

diantaranya inisialisasi SFR (special Function Register) dari mikrokontroller,

pengaturan baudrate dan flow control komunikasi serial dari modul GSM, HTTP

request, pengaturan konfigurasi database, perancangan table database, perancangan

website dan diagram alir.

3.2.1. Inisialisasi SFR (special Function Register)

Inisialisasi SFR perlu dilakukan untuk menggunakan fitur-fitur dari AVR

yang digunakan pada system :

• SFR Berkaitan dengan Interrupt Timer

• TCCR1B & TCCR1A

TCCR1B bernilai 0x02 karena akan digunakan pembagi untuk clock

oscilator 1024.

• TCNT1

Timer 1 memiliki nilai yang lebih besar dari timer yang lain yaitu sebesar

2 byte. Pada sistem, timer akan menghitung naik dari 0000 sampai FFFF

untuk sampai overflow. Maka dalam pengaturannya akan diberikan nilai

TCNT1 sebesar 3036 untuk menghasilkan timer sebesar 4 detik.

• TIMSK

Register TIMSK merupakan register untuk menjalankan interrupt timer,

dimana nilai yang akan diset adalah untuk mengaktifkan interrupt

overflow. TIMSK diset 0x04 untuk mengaktifkan interrupt timer 1

(TOIE1)

58

• SREG

SREG merupakan register untuk mengaktifkan interrupt, dimana dalam

pengaktifannya akan digunakan asm(sei), yang akan mengaktifkan I

sehingga memiliki nilai logika satu yang berfungsi untuk mengaktifkan

seluruh interrupt.

• SFR Berkaitan dengan Serial

• UCSRB

Pada sistem, register UCSRB akan diberi nilai sebesar 0xD8 dalam

heksadesimal. Karena yang akan diaktifkan adalah RXCIE berfungsi

untuk mengetahui jika terjadi pengiriman secara serial, RXEN untuk

mengaktifkan pin Receive, sehingga dapat menerima input-an serial, dan

yang terakhir adalah TXEN berfungsi untuk mengirim data secara serial.

• UCSRC

UCSRC diset untuk pengaktifan bit URSEL, dan untuk pengiriman data

penampung sebesar 8 bit diset pada UCSZ1 dan UCSZ0 bernilai 1.

Sehingga dalam pemberian bitnya diberikan nilai UCSRC sebesar 0X86

dalam heksadesimal.

• UBRRH & UBRRL

Frekuensi oscilator yang digunakan adalah 16 MHz, sehingga jika ingin

menggunakan baudrate sebesar 9600, maka akan digunakan UBRR

bernilai 103 dan ketika dikonversi menjadi heksadesimal nilainya akan

menjadi 0x67.

59

• SFR Berkaitan dengan ADC (Analog Digital Converter)

• ADMUX

ADMUX diset untuk memilih pin tegangan referensi untuk ADC,

mengatur resolusi bit konversi dan channel yang digunakan. Dalam

sistem tegangan referensi yang digunakan adalah pin AREF sehingga bit

REFS1 dan REFS0 di set 11. Sistem menggunakan resolusi 8 bit sehingga

bit ADLAR di set 1.

• ADCSRA

ADCSRA diatur untuk menggunakan fitur ADC pada mikrokontroller.

ADCSRA di set dengan nilai 0x87 dengan Bit ADEN diset menjadi 1

untuk mengaktifkan ADC dan frekuensi ADC yang digunakan adalah 125

KHz sehingga dengan osilator 16MHz, ADPS2-ADPS0 di set 111 untuk

menggunakan factor pembagi sebesar 128.

3.2.2. Pengaturan Baudrate dan Flow Control Komunikasi Serial Modul GSM

Komunikasi serial pada sistem hanya menggunakan 3 kabel yaitu TX,RX

dan GND sehingga flow control dari simcom diatur menjadi XON/XOFF

terlebih dahulu dengan PC. Untuk mengaturnya digunakan AT Command :

AT+IFC = 1,1

Modul SIMCOM 300CZ memiliki fitur autobaudrate sehingga dapat

mendeteksi baudrate dari lawan komunikasinya. Namun pada perancangan

sistem ini modul sengaja diatur untuk beroperasi pada baudrate 9600 sesuai

60

dengan baudrate yang digunakan pada rangkaian pusat control. Tujuannya adalah

untuk menghindari kemungkinan gagalnya deteksi baudarate dari simcom yang

dapat menyebabkan gangguan komunikasi. Pengaturan Baudrate dapat di atur

dengan AT Command :

AT+IPR=9600

Setelah pengaturan selesai dilakukan, maka di simpan dengan ke dalam

ROM modul sehingga modul akan berjalan sesuai dengan pengaturan di atas saat

dinyalakan . Penyimpanan pengaturan dilakukan dengan AT Command :

AT&W

3.2.3. Perancangan format HTTP Request

Untuk mengirim data ke web host melalui modem GSM maka diperlukan

HTTP request. Format request yang dikirim perlu di perhatikan agar web host

yang menerima request dapat memahami. Berikut ini adalah request paling

sederhana yang di kirim untuk meminimalkan bandwidth upload dan dapat

diterima dengan baik oleh web host :

POST /proses.php HTTP/1.1

Host: www.fctickets.co.uk

Content-Type: application/x-www-form-urlencoded

Content-Length : <jumlah karakter pada body>

volt=<data tegangan>&arus=<data arus>&send=kirim

61

Pada request yang dikirim, harus terdapat <CR><LF> (<Carriage

Right><Left Feed> ) pada setiap akhir baris dan harus terdapat <CR><LF> pada

baris kosong sebelum bagian body. <CR> pada keyboard diketik dengan Ctrl+m

dan <LF> diketik dengan Ctrl+j. Content-Length harus berisi jumlah karakter

yang terdapat pada bagian Body.

3.2.4. Pengaturan Konfigurasi database

Pada sistem ini dibuat sebuah fungsi konfigurasi database yang digunakan

untuk mengkonek database pada MySQL. Fungsi ini diberi nama

open_connection (); disimpan dalam file PHP dengan nama dbconfig.php yang

akan dipanggil setiap saat akan melakukan koneksi ke database. Dalam fungsi ini

terdapat :

• $host = "localhost"

Deklarasi variable untuk menyimpan nama host pada web host. Web host

yang digunakan dalam sistem ini menggunakan platform Cpanel dan

dijelaskan pada manual book value dari hostnya harus localhost

• $user = "fcticket_solar";

Deklarasi variable untuk menyimpan username dari akun database MySQL

pada host web host. Dalam sebuah web host bisa dibuat lebih dari 1 akun, dan

pada sistem ini dibuat akun khusus dengan username fcticket_solar

• $pass = "1100032905";

Deklarasi variable untuk menyimpan value password dari akun database yang

digunakan.

62

• $database = "fcticket_solarmonitoring";

Deklarasi variable untuk menyimpan value nama database yang digunakan

pada akun. Dalam 1 akun bisa dibuat mempunyai lebih dari 1 database. Dalam

sistem ini dibuat database dengan nama fcticket_solarmonitoring

• $namatable = "solar_info";

Deklarasi variable untuk menyimpan value nama table (entitas) dalam

database fcticket_solarmonitoring yang digunakan pada sistem.

• $connect = mysql_connect($host,$user,$pass) or die("Koneksi gagal");

Melakukan konekes ke database dengan paramaeter host, username dan

password. Jika gagal maka akan dicetak koneksi gagal

• $pilih_db = mysql_select_db($database) or die("Database tidak ada");

Memilih database yang akan digunakan. Jika gagal akan mencetak Database

tidak ada.

3.2.5. Perancangan Table (entitas) Database

Pada sistem hanya digunakan 1 tabel dengan atribut-atribut sebagai berikut:

Tabel 3.2 Tabel Database

Entitas Atribut Deskripsi Tipe data Nulls

Solar_info

waktu Waktu data dikirim Date Time No

Volt Data tegangan yang

dikirim modem Float No

Arus Data arus yang

dikirm modem Float No

daya Data daya hasil

perkalian volt dan arus Float No

63

3.2.6. Perancangan Web

• Halaman Penerima Data

Halaman penerima data adalah halaman yang diakses oleh modem

dengan metode POST. Halaman ini akan menerima data, setelah itu akan

melakukan perhitungan perkalian antara volt dan arus untuk memperoleh watt.

Setelah itu data volt, arus dan watt akan di insert ke dalam database dengan

waktunya di generate dengan fungsi now(). Halaman ini dibuat dengan PHP

dan disimpan pada root dengan nama proses.php.

• Struktur Web

Website yang digunakan sebagai bagian yang berinteraksi dengan

pengguna mempunyai struktur sebagai berikut :

Gambar 3.8 Struktur Web

Home

Proses.php

Sistem-pemantau-solar-sel

Index.php

Kemarin.php

3 hari.php

7 hari.php

30 hari.php

Kinerja.php

64

• Proses.php

Halaman ini berfungsi untuk menerima data.

• Index.php

Halaman ini adalah halaman utama yang menampilkan grafik dari 10 data

terakhir. Halaman ini akan memanggil file get_latest_data1.php untuk data

grafik daya, get_latest_data2.php untuk data grafik volt, get_latest_data3.php

untuk data grafik arus, angka.php yang menampilkan data numerik terakhir yang

diterima web host. Pada halaman ini akan terjadi refresh secara periodik dengan

interval 5 detik sehingga file-file PHP di atas akan terpanggil kembali dan data

akan terupdate.

• Kemarin.php

Halaman ini menampilkan grafik data daya, volt, arus pada hari kemarin

terhitung dari hari halaman ini di akses. Halaman ini langsung mengambil data

dari database sesuai dengan waktu yang diinginkan. Halaman ini tidak terjadi

refresh.

• 3 hari.php

Halaman ini menampilkan grafik data daya, volt, arus pada 3 hari yang lalu

terhitung dari hari halaman ini di akses. Halaman ini langsung mengambil data

65

dari database sesuai dengan waktu yang diinginkan. Halaman ini tidak terjadi

refresh.

• 7 hari.php

Halaman ini menampilkan grafik data daya, volt, arus pada 7 hari yang lalu

terhitung dari hari halaman ini di akses. Halaman ini langsung mengambil data

dari database sesuai dengan waktu yang diinginkan. Halaman ini tidak terjadi

refresh.

• 30 hari.php

Halaman ini menampilkan grafik data daya, volt, arus pada 30 hari yang lalu

terhitung dari hari halaman ini di akses. Halaman ini langsung mengambil data

dari database sesuai dengan waktu yang diinginkan. Halaman ini tidak terjadi

refresh.

• Kinerja.php

Halaman ini menampilkan grafik data daya, volt, arus sesuai dengan waktu yang

diinginkan user. Waktu ini dibatasi pada interval bulan dan tahun. Halaman ini

langsung mengambil data dari database sesuai dengan waktu yang diinginkan

dan tidak terjadi refresh.

66

3.2.7. Diagram Alir

Diagram Alir sistem terbagi menjadi diagram alir rangkaian pusat

kontrol dan diagram alir program web host.

• Diagram Alir Rangkaian Pusat Kontrol

Pada saat sistem pertama kali dinyalakan, sistem akan di

inisialisasi. Setelah itu sistem akan melakukan delay selama 10 detik

dengan tujuan untuk menunggu modem hingga ready. Setelah itu

pengaturan GPRS pun dilakukan sesuai operator GSM yang digunakan.

Setelah itu inputan analog V dan I akan di sampling untuk diperoleh data

digitalnya. Dari kedua data ini dilakukan operasi perkalian untuk

memperoleh daya. Hasil ini segera di cetak pada LCD. Setelah itu

dilakukan pengecekan apakah sudah 3 menit yang merupakan interval

pengiriman data. Jika tidak maka akan kembali melakukan sampling

inputan analog V dan I. Untuk memperoleh data terbaru. Jika ya akan

segera dilakukan koneksi ke web host, Jika gagal mengkoneksi ke web

host akan diulang sebanyak 3 kali. Jika masih gagal maka pengiriman

data pada interval tersebut diabaikan dan menunggu interval berikutnya.

Jika berhasil terhubung ke soket web host maka data akan segera dikirim

dan dan setelah itu koneksi diputuskan dan segera memulai sampling

data analog berikutnya.

67

Gambar 3.9 Diagram Alir Rangkaian Pusat Kontrol

68

• Diagram Alir Program Web host

Diagram alir pada web host terbagi menjadi 2 yaitu diagram alir penerima

data, dan diagram alir menampilkan data pada halaman web.

• Diagram Alir Penerima Data

Saat halaman diakses, maka data yang dikirm akan segera diterima. Data

yang diterima ini akan di cek formatnya apakah benar atau salah. Jika salah maka

akan mencetak ”format data salah” dalam tag html dan dikirim ke modem

sebagai respon. Jika format benar, maka akan di lakukan perkalian antara V dan I

untuk di peroleh dayanya. Setelah itu dibangun koneksi ke database dan data

segera di insert dengan waktu di generate dengan fungsi now (); untuk

memperoleh waktu saat ini. Setelah itu akan di cetak ”data stored” yang berarti

data telah tersimpan.

Gambar 3.10 Diagram Alir Penerima Data

69

• Diagram Alir Menampilkan Data Grafik pada Web

Saat halaman di akses, akan segera dilakukan koneksi ke database. Setelah itu

langsung dilakukan query untuk mengambil data dari database sesuai dengan

waktu yang ditentukan. Data dari database ini masih berada dalam array dan

untuk menampilkannya ke grafik perlu di ubah ke format XML yang di mengerti

oleh komponen Fusion Chart. Oleh karena itu data di ubah ke format XML,

kemudian di render sehingga diperoleh grafik yang kemudian ditampilkan.

Gambar 3.11 Diagram Alir Menampilkan Data Grafik pada Web

70

• Diagram Alir ubah ke Format XML

Pertama-tama menginisialisais nilai jumlah baris, index, dan i. Setelah itu

menyimpan tag buka <graph> dan parameter ke dalam variabel XMLdata.

Setelah itu akan di cek apakah nilai i masih lebih kecil dari nilai jumlah baris.

Jika ya maka data baris ke index akan di simpan lagi ke dalam variabel

XMLdata pada tag <set>. Jika Tidak maka akan disimpan tag tutup </graph>

pada variabel XMLdata. Setelah itu nilai-nilai dari variabel XMLdata akan

dicetak sebagai sebuah file XML.

Gambar 3.12 Diagram Alir Diubah ke Format XML

71

3.4. Perancangan Bangun

Pada gambar rancang bangun sistem secara keseluruhan berukuran 30cm x

20xm x 7 cm. Pada rancang bangun dapat dilihat terdapat beberapa komponen

utama yaitu modul AVR, modul Simcom, LED lampu indikator kabel serial yang

telah di cross, LCD, rangkaian metering, kancing baterai, baterai, antena, simcard,

switch ON/OFF, terminal kabel solar panel.

Gambar 3.13 Rancang Bangun