BAB III PERANCANGAN ALAT Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai bagaimana alat dapat menjalankan perintah inputan dan gambaran sistem monitoring Base Transceiver Station (BTS) yang dapat ditampilkan di web dan jaringan nirkabel untuk mengirimkan peringatan berupa SMS dengan identifikasi password. Penelitian tersebut terdiri dari beberapa tahap yaitu rancangan umum alat, tahap perancangan secara blok diagram, tahap perancangan analisa rangkaian secara detail, tahap perancangan dan analisa secara flowchart, perancangan program software arduino serta perancangan analisis secara program. Secara rinci diuraikan sebagai berikut. 3.1 Perancangan Umum Alat Sistem monitoring status BTS dengan identifikasi password adalah sebuah rancangan alat sistem elektronika yang digunakan untuk mengetahui keadaan dari suatu BTS yang dapat di monitoring pada web browser yang dapat dilihat oleh Network Operation Center (NOC) pada layar monitor. 46 http://digilib.mercubuana.ac.id/ 47 Untuk data yang ditampilkan didapatkan dari komponen sensor suhu, sensor PIR, sensor asap, limit switch, sensor arus dan sensor tegangan. Untuk peringatan adanya pembobolan shelter komponen yang digunakan antara lain buzzer, dan GSM/GPRS Shield. GSM/GPRS Shield berfungsi untuk mengirimkan peringatan jarak jauh berupa SMS yang dikirimkan ke nomor telephon genggam milik NOC yang ditentukan saat melakukan pemograman pada arduino. 3.2 Tahap Perancangan Secara Diagram Blok Pada bagian ini akan dibahas mengenai blok diagram dengan prinsip kerja masing-masing blok diagram. Blok diagram terdiri dari rancangan blok activator (sumber tegangan), rancangan blok input (masukan), rancangan blok proses, dan rancangan blok output (keluaran). Dimana setiap blok memiliki fungsi yang berbeda beda. Gambar 3.1 merupakan bagian yang saling berhubungan antara sumber tegangan yang dibutuhkan, elemen input yang mempengaruhi proses sehingga mengahasilkan suatu keluaran. http://digilib.mercubuana.ac.id/ 48 Gambar 3.1 Blok Diagram Rangkaian Berdasarkan pada Gambar 3.1 dapat dilihat rancangan rangkaian secara blok diagram yang terdiri dari blok sumber tegangan, blok masukan, blok proses dan blok keluaran. Dimana blok masukan menjelaskan tentang masukan untuk mikrokontroler serta media masukannya, blok proses menjelaskan proses setelah masukan masuk dan komponen yang berperan sebagai pemroses masukan, sedangkan blok keluaran menjelaskan tentang keluaran yang dihasilkan serta media keluarannya. Secara rinci uraian Gambar 3.1 dapat dijelaskan sebagai berikut. 3.2.1 Rancangan Blok Masukan Rancangan blok masukan berfungsi untuk mendata setiap komponen yang digunakan sebagai media masukan yang akan di proses sehingga menghasilkan output sesuai yang diharapkan. Masukan yang http://digilib.mercubuana.ac.id/ 49 diperoleh dari rangkaian monitoring status BTS didapatkan dari beberapa jenis komponen berikut. A. Keypad Matrix 4x4 Konstruksi matrix keypad 4×4 cukup sederhana, yaitu terdiri dari 4 baris dan 4 kolom dengan keypad berupas saklar push buton yang diletakan disetiap persilangan kolom dan barisnya. Rangkaian matrix keypad terdiri dari 16 saklar push buton dengan konfigurasi 4 baris dan 4 kolom. 8 line yang terdiri dari 4 baris dan 4 kolom tersebut dihubungkan dengan port mikrokontrol 8 bit. Sisi baris dari matrix keypad ditandai dengan nama Row1, Row2, Row3 dan Row4 kemudian sisi kolom ditandai dengan nama Col1, Col2, Col3 dan Col4. Sisi input atau output dari matrix keypad 4×4 ini tidak mengikat, dapat dikonfigurasikan kolom sebagi input dan baris sebagai output atau sebaliknya tergantung programernya. Gambar 3.2 Skema Matrix Keypad 4x4 http://digilib.mercubuana.ac.id/ 50 Proses scanning mikrokontroler pada keypad 4x4 adalah untuk membaca penekanan tombol pada matrix keypad 4x4 yang dilakukan secara bertahap kolom demi kolom, dari kolom pertama sampai kolom ke-4 dan baris pertama hingga baris ke-4. Program untuk scaning matrix keypad 4×4 dapat bermacam-macam, tapi pada intinya sama. Gambar 3.3 Konfigurasi Matrix Keypad 4x4 B. Sensor Suhu Sensor Suhu dan Kelembaban DHT11 akan mengirimkan sinyal informasi berupa data Digital Suhu dan kelembaban dari ruangan sekitar dari Pin 1 Sensor DHT11 yang diterima oleh PIN 42 Digital mikrokontroler Arduino Mega2560. Sinyal tersebut kemudian diolah oleh mikrokontroler Arduino Mega2560 dan ditransmisikan oleh Ethernet Shield untuk kemudian diproses sebagai input data dan ditampilkan secara visual oleh web browser. http://digilib.mercubuana.ac.id/ 51 Gambar 3.4 Skema Rangkaian DHT11 C. Sensor Asap Sensor Gas dan Asap MQ5 akan mendeteksi apakah ada tidaknya Gas atau Asap yang terdeteksi disekitar ruangan, jika terdeteksi maka akan ada nilai dari Gas/Asap part per million (ppm), yang kemudian diterima oleh Arduino, Nilai tersebut kemudian dapat di olah, berapa batasan dari nilai tersebut yang kemudian dapat didefinisikan sebagai Alarm yang di tampilkan pada web browser. Gambar 3.5 Skema Rangkaian Sensor Asap MQ5 D. Sensor PIR Pada alat ini, sensor PIR digunakan untuk mendeteksi ada atau tidaknya seseorang yang berada didalam ruang shelter. Sensor PIR juga di http://digilib.mercubuana.ac.id/ 52 letakan didalam tempat penyimpanan baterai. Pada sensor PIR IR Filter akan menyaring panjang gelombang sinar inframerah pasif. IR Filter dimodul sensor PIR 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 dapat dideteksi oleh sensor. Karena semua benda memancarkan energi radiasi, sebuah gerakan akan terdeteksi ketika sumber infra merah dengan suhu tertentu (misal: manusia) melewati sumber infra merah yang lain dengan suhu yang berbeda (misal: dinding), maka sensor akan membandingkan pancaran infra merah yang diterima setiap satuan waktu, sehingga jika ada pergerakan maka akan terjadi perubahan pembacaan pada sensor. Pin 2 akan bernilai HIGH jika ada Manusia yang terdeteksi didepan sensor PIR, dan bernialai LOW jika tidak ada yang terdeteksi. Gambar 3.6 Skema Rangkaian Sensor PIR http://digilib.mercubuana.ac.id/ 53 E. Sensor Arus Pada sensor Arus SCT 013-000 prinsip kerja yang digunakan adalah mengukuran Arus bolak balik dari kabel beban tegangan AC yang melewati transformer (CT) yang terdapat pada komponen didalam sensor arus ini. Seperti transformator pada umumnya, transformator di sensor arus ini memiliki gulungan primer, inti magnetik, dan gulungan sekunder. Gambar 3.7 Skema Rangkaian Sensor Arus Langkah – langkah pembuatan rangkaian sensor Arus : Arduino hanya dapat menerima tegangan dari 0 – 5 volt, maka perlu mengkonversi arus menjadi tegangan, dan diperlukan penambahan resistor pada sensor ini. http://digilib.mercubuana.ac.id/ 54 Untuk memaksimalkan resolusi pengukuran, tegangan maksimal yang Arduino bisa terima 5V/ 2 = 2.5V. Dan perhitungan untuk menentukan resistor yang digunakan sebagai berikut: Sekarang penulis menghitung lebih tahanan nilai resistor. R (beban) = V (sensor) / I (sensor) = 2.5V / 0.0707A = 35.4Ω Beban resistor yang ideal adalah 35.4Ω, namun disini penulis mengunakan resistor 33Ω. Arduino tidak dapat mengukur tegangan negatif, jadi kita perlu menambahkan 2.5V untuk V (sensor) sehingga membuat tegangan terukur. Antara 0V dan 5V 2 resistor (10kΩ baik untuk menghindari terlalu banyak konsumsi energy, Kapasitor C1 (10uF) memiliki reaktansi rendah - beberapa ratus ohm - dan menyediakan jalur alternatif untuk arus bolak-balik untuk memotong resistor. F. Sensor Tegangan Rangkaian dibawah ini merupakan rangkaian yang digunakan untuk menurunkan tegangan dari 220 Volt AC menjadi 5 Volt AC sehingga yang kemudian dikombinasikan dengan jembatan diode dan multitoned 10k ohm untuk mengubahnya menjadi 5 Volt DC dan mempermudah kalibrasi nilai http://digilib.mercubuana.ac.id/ 55 dari alat tersebut dengan Arduino. Pertimbangan-pertimbangan yang digunakan untuk memilih komponen-komponen ini adalah sebagai berikut: 1. Harga komponen sangat murah. 2. Dapat dilakukan pengaturan ulang untuk level tegangan yang lainnya. 3. Mudah dilakukan penggantian apabila terjadi kerusakan. 4. Bentuk komponen sangat kecil. Cara pembuatan sensor pengukur Tegangan : Pada 2 buah terminal ( 0 Volt AC dan 220 Volt AC ) yang terhubung dengan jala-jala listrik PLN dipasang 2 buah sekering untuk mencegah hubungan pendek terjadi. Pada ujung kedua buah sekering tersebut dihubungkan dengan 2 buah resistor 100 K ohm (masing-masing sekering) untuk membatasi arus yang masuk kedalam rangkaian. Pada ujung kedua buah resistor tersebut dipasang 1 buah jembatan diode ( apabila tidak ada dibuat dari 4 buah diode ) yang memiliki lambang ~. Pada terminal keluaran positif (lambang +) dari jembatan diode dipasang potensiometer multiturn pada ujung kanan kakinya, dan pada output terminal jembatan diode negative ( lambang - ) yang kemudian akan terhubung dengan ujung kiri dari potensimeter tersebut. Pada kaki tengah potensiometer multiturn kemudian terhubung pararel dengan terminal positif kapasitor 1000 uF. Kemudian terminal negatif dari kapasitor akan terhubung dengan ground rangkaian. http://digilib.mercubuana.ac.id/ 56 Pada kaki tengah potensiometer multiturn kemudian diberikan kabel jumper sehingga terhubung dengan Pin analog module Arduino Mega2560. Gambar 3.8 Skema Rangkaian Pengukur Tegangan Pada program Sensor tegangan terdapat perumusan untuk mendapatkan nilai dari Tegangan Power PLN. Dimana nilai tengangan DC yang dihasilkan dari rangkaian minimal – maksimal tengangan Sensor 0 Volt dc – 5 Volt dc, Tegangan akan dibaca oleh Arduino dengan konversi Analog to Digital (IRMS) yang mana nilai IRMS ini ada lah 0 – 1023. Perumusannya sebagai berikut : 440 volt = 5 Volt = 1023 1 IRMS = 0.00488758553 volt http://digilib.mercubuana.ac.id/ 57 G. Limit Switch Limit switch pada Gambar 3.9 berfungsi sebagai penanda apabila pada saat pintu dalam keadaan terbuka atau tertutup. Switch tersebut dalam pengoprasiannya adalah aktif low saat ditekan dan akan menjadi aktif high jika switch tidak ditekan. Dengan pull-up resistor, pin input akan terbaca high saat tombol tidak ditekan. Dengan kata lain, sejumlah kecil arus mengalir antara VCC dan pin input (tidak ke ground), sehingga pin input dibaca mendekati VCC. Ketika tombol ditekan, maka akan menghubungkan pin input langsung ke ground, arus mengalir melalui resistor ke ground, sehingga pin input terbaca dalam keadaan low. Perlu diingat, jika resistor itu tidak ada, tombol akan menghubungkan VCC ke ground, keadaan ini sangat buruk dan juga sering disebut hubung singkat (short). Gambar 3.9 Konfigurasi Limit Switch 3.2.2 Rancangan Blok Proses Pada alat ini yang berfungsi sebagai proses adalah Arduino Mega2560, GSM/GPRS Shield dan Ethernet Shield. http://digilib.mercubuana.ac.id/ 58 A. Arduino Mega2560 Arduino Mega2560 burfungsi untuk memproses setiap masukan sesuai dengan kondisi logika pemograman yang telah di flash/upload sebelumnya. Setelah mikrokontroler pada arduino memproses setiap masukan maka hasil akan keluar melalui pin digital berupa digit biner ‘0’ atau ‘1’. Dimana nilai biner ‘0’ menyatakan tegangan ‘low’ dan biner ‘1’ merupakan tegangan ‘high’. Dari gambar 3.10 dibawah adalah perancangan blok proses pada Arduino Mega2560 dan beberapa komponen sebagai masukannya yang kemudian akan di proses oleh mikrokontroler dan akan menghasilkan keluaran. Gambat 3.10 Rancangan Blok Proses Arduino Mega2560 http://digilib.mercubuana.ac.id/ 59 Masukan dari keypad, sensor suhu, sensor asap, sensor PIR, switch pintu, sensor arus, dan sensor tegangan terhubung pada Arduino Mega2560 pin : Tabel 3.1 Komponen Masukan ke Pin Arduino Mega2560 No Komponen 1 Keypad 2 3 4 5 6 7 8 Sensor Suhu Sensor Asap Sensor PIR 1 Sensor PIR 2 Swicth Pintu Sensor Arus Sensor Tegangan Pin Arduino Mega2560 A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15 42 A5 40 41 43 A2 A0 B. GSM/GPRS Shield GSM/GPRS shields ini digunakan untuk mengirim SMS ke telepon genggam milik NOC atau PIC (Person In Charge) dari suatu site BTS, yang berisi peringatan tanda adanya ancaman pembobolan keamanan dan juga mengirimkan SMS jika tegangan dari PLN mengalami gangguan atau mati. Pada perancangan alat ini, TX (transmitter) dan RX (receiver) GSM/GPRS shields dan mikrokontroler arduino mega 2560 saling dihubungkan dengan cara cross (saling bertukar). TX (transmitter) pada GPRS shields dihubungkan dengan RX (receiver) pada mikrokontroler arduino mega 2560. Sedangkan pada RX (receiver) GPRS shields dihubungkan dengan TX (transmitter) pada mikrokontroler arduino mega 2560. Sehingga keduanya saling menerima dan mengirim data yang akan mempengaruhi http://digilib.mercubuana.ac.id/ 60 output. Pada gambar 3.12 menjelaskan bahwa GSM/GPRS Shields Arduino menggunakan 2 pin mengirimkan sms yaitu pin 7 TX dan pin 8 RX yang terhubung ke board arduino pin 14 TX dan pin 15 RX. GSM/GPRS Shields merupakan media pengiriman sms yang berupa short massage. Gambar 3.11 Konfigurasi GSM/GPRS Shield C. Ethernet Shield Arduino Mega2560 berkomunikasi dengan ethernet shield menggunakan bus SPI. Komunikasi SPI ini diatur oleh library SPI.h dan Ethernet.h. Bus SPI pada arduino uno menggunakan pin digital 10, 11, 12 dan 13. Pin-pin arduino uno yang dipakai untuk berkomunikasi dengan ethernet shield tidak dapat digunakan untuk kemperluan yang lain. Arduino web server bertindak sebagai sebuah web server yang tertanam, yang menyimpan halaman web sederhana untuk menampilkan status BTS. Pada Ethernet Shield dilakukan pengaturan IP seperti yang diatur pada komputer dan dilakukan pengaturan port forwading untuk koneksi dengan HTML di web browser. http://digilib.mercubuana.ac.id/ 61 Gambar 3.12 Konfigurasi Ethernet Shield Pengaturan yang akan digunakan sebagai PC monitoring dilakukan dengan mengatur IP yang berada dalam satu lingkup jaringan dengan Ethernet Shield. Berikut langkah-langkah melakukan pengaturan IP pada komputer. 1. Membuka Control Panel - Network and Internet - Network and Sharing Center – Change Adapter Setting. 3.2.3 2. Mengklik kanan pilihan Local Area Network – Properties 3. Mengklik Internet Protocol Version 4 (TCP/IP4). 4. Mengatur IP yang satu jaringan dengan Ethernet Shield. Rancangan Blok Keluaran Setelah pemrosesan telah selesai pada blok proses, maka keluarlah output yaitu berupa suara buzzer, cahaya LED (merah dan hijau), SMS, tampilan informasi pada web browser dan LCD. Network Operation Center dapat melihat hasil tampilan sensor di browser dari blok masukan yang telah di proses oleh Arduino Mega2560 untuk dirubah menjadi data digital dan diproses lebih lanjut. Kemudian di transmisikan oleh Ethernet Shield ke http://digilib.mercubuana.ac.id/ 62 jaringan Metro-E. Fungsi LCD adalah sebagai komponen yang digunakan untuk menampilkan setiap nilai atau tombol yang ditekan. LED hijau akan aktif jika pengisian kata sandi sesuai dengan yang ditentukan. LED merah akan aktif jika sistem dalam keadaan standby atau aktif, dalam keadaan seperti ini jika sensor PIR mendeteksi adanya gerakan, buzzer akan berbunyi dan GSM/GPRS Shield akan mengirimkan SMS ke nomor telepon genggam yang sudah ditentukan. Gambar 3.13 Rangkaian Blok Keluaran Arduino Mega2560 Pada gambar 3.13 menjelaskan LCD, LED dan buzzer yang digunakan dan terhubung pada board Arduino pada pin : Tabel 3.2 Komponen Keluaran dari Pin Arduino Mega2560 No 1 2 3 4 Komponen LCD 20x4 LED Hijau LED Merah Buzzer Pin Arduino Mega2560 22, 23, 24, 25, 26, 27 36 37 38 http://digilib.mercubuana.ac.id/ 63 3.3 Tahap Perancangan dan Analisa Rangkaian Secara Detail Analisa secara detail berfungsi untuk mengetahui alur cara kerja alat. Pada gambar 3.14 dibawah ini merupakan rangkaian keseluruhan dari kendali sistem monitoring status BTS dengan identifikasi password. Gambar 3.14 Rangkaian Keseluruhan Alat Monitoring Status BTS dengan Identifikasi Password Rangkaian tersebut menggunakan tegangan atau catu daya DC (Direct Current) sebesar +5 volt yang didapat dari adaptor. Arduino Mega2560 dengan mikrokontroler ATMega2560 merupakan komponen yang memproses data masukan dari keypad, sensor suhu, sensor PIR, sensor asap, limit switch, sensor tegangan dan sensor arus. Kemudian mikrokontroler mengolah data yang diterima sesuai dengan program yang http://digilib.mercubuana.ac.id/ 64 dibuat sebelumnya dan mikrokontroler mengeluarkan output sesuai dengan program yang sudah ditanamkan. Pada alat monitoring keadaan BTS ini, ada beberapa input yang mempunyai fungsinya masing-masing, antara lain ialah : a. Sensor Suhu Berfungsi untuk mengetahui keadaan suhu ruangan BTS. b. Sensor PIR Berfungsi untuk mengetahui apakah ada teknisi yang berada didalam BTS. Dalam pembuatan alat kali ini, PIR digunkan untuk kemanan BTS karena pada saat memasuki dan meninggalkan BTS, teknisi wajib melaporkan ke NOC. c. Sensor Asap Berfungsi untuk mengetahui keamanan BTS dari kebakaran. d. Limit Switch Berfungsi untuk mengetahui keadaan pintu dalam keadaan terbuka atau tertutup. e. Keypad Matrix 4x4 Komponen yang berfungsi untuk memasukan kata sandi. f. Sensor Tegangan Berfungsi untuk mengetahui tegangan power PLN. Jika terjadi tegangan turun, dapat dilakukan percepatan penanganan gangguan. g. Sensor Arus http://digilib.mercubuana.ac.id/ 65 Berfungsi untuk mengetahui arus di pada salah satu phasa panel power di BTS. Jika terjadi kelebihan arus pada phasa dapat dilakukan percepatan penanganan gangguan. Data output dari mikrokontroler diolah menjadi program webserver kemudian ditransmisikan menggunakan Ethernet shield lalu di tampilkan pada web browser. Pada alat ini, ada pula output yang berfungsi sebagai indikator yaitu cahaya LED, suara buzzer dan SMS. 3.4 Tahap Perancangan dan Analisis Secara Flowchart Untuk mempermudah pembuatan program, penulis terlebih dahulu membuat diagram alur atau bisa juga disebut dengan flowchart. Flowchart ini di maksudkan sebagai pemandu penulis dalam membuat program agar kesalahan dapat diminimalisir, juga bertujuan agar program yang dibuat merupakan suatu algoritma yang tepat. Cara kerja alat secara diagram alur dijabarkan dalam bentuk flowchart pada gambar 3.15. Dalam flowchart tersebut memiliki 2 kondisi utama yaitu ketika sistem keamanan aktif dan kondisi dimana password ditekan dengan benar. Pada keadaan sistem aktif dan sensor PIR menangkap adanya pergerakan, GSM/GPRS Shield akan mengirimkan SMS peringatan kepada NOC. Pada kondisi password dimasukan dengan benar, penulis mengasumsikan bahwa pada saat itu sedang ada teknisi yang bekerja dilokasi BTS itu berada. Jika password yang dimasukan salah, makan akan muncul notifikasi pada LCD. Dalam flowchart ini juga memiliki kondisi dimana sewaktu PLN sedang http://digilib.mercubuana.ac.id/ 66 mengalami gangguan, GSM/GPRS Shield juga akan mengirimkan peringatan berupa SMS. Untuk pergantian password tidak dapat diganti secara manual dikarenakan program yang tertanam hanya menyimpan data password, bukan pergantian data password. Untuk output pada flowchart tersebut adalah tampilan berupa informasi dari beberapa sensor yang dapat dilihat pada web browser. Gambar 3.15 Flowchart Rancangan Alat http://digilib.mercubuana.ac.id/ 67 3.5 Perancangan Program Software Arduino Perancangan software ini akan membahas mengenai tahap perancangan perangkat lunak yang menggunakan software Arduino. Tujuan perancangan lunak ini adalah untuk mempermudah dalam memprogram yang akan dimasukan atau ditanamkan kedalam mikrokontroler ATMega2560 menggunakan software Arduino. a. Langkah pertama membuka software Arduino dengan mengklik 2 kali Arduino.exe b. Membuat koding yang akan dimasukan ke dalam mikrokontroler sesuai dengan kebutuhan alat. c. Lalu untuk mengecek struktur dan kebenaran koding dapat diklik tombol verify untuk mendeteksi apakah masih ada syntax yang error. d. Jika kodingan sudah tidak ada kesalahan, maka untuk memasukan program ke dalam mikrokontroler pilih tombol Upload pada software. Gambar 3.16 Software Arduino http://digilib.mercubuana.ac.id/ 68 3.6 Perancangan Analisis Secara Program Berikut ini adalah daftar program yang telah di upload ke dalam mikrokontroler Arduino Mega2560, agar semua masukan yang berupa sensor dapat bekerja dengan baik dan mengahasilkan keluaran yang diinginkan. Gambar 3.17 Program Password dengan Keypad http://digilib.mercubuana.ac.id/ 69 Gambar 3.18 Program Sensor Suhu Gambar 3.19 Program Sensor Asap http://digilib.mercubuana.ac.id/ 70 Gambar 3.20 Program Sensor PIR Gambar 3.21 Program Limit Switch http://digilib.mercubuana.ac.id/ 71 Gambar 3.22 Program Sensor Arus Gambar 3.23 Program Sensor Tegangan http://digilib.mercubuana.ac.id/ 72 Gambar 3.23 Program LCD http://digilib.mercubuana.ac.id/