1 bab i pendahuluan

1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Sebagian besar pengguna sumber energi listrik di kalangan rumah
tangga di Indonesia di layani oleh perusahaan listrik negara (PLN).
Pelayanan sumber energi listrik dilakukan dengan memasang sebuah kWh
meter di setiap rumah pelanggan sebagai mesin pencatat pemakaian sumber
energi listrik yang sekaligus dilengkapi dengan pembatas besar daya
maksimal yang digunakan. PLN menerapkan dua sistem tagihan listrik yaitu
sistem prabayar dan sistem paska bayar. Sistem prabayar diterapkan pada
pelanggan yang meminta sambungan listrik baru atau pada pelanggan lama
yang meminta migrasi ke sistem prabayar.
Metode konvensional yaitu
sistem paska bayar masih diterapkan pada pelanggan lama yang belum
melakukan migrasi ke sistem yang baru. Sistem administrasi pembayaran
jasa listrik untuk sistem prabayar menawarkan kelebihan dalam hal
fleksibilitas karena pelanggan dapat membeli energi listrik sesuai dengan
kemampuannya seperti halnya pada pembelian pulsa prabayar pada telepon
seluler. Sebaliknya, administrasi sistem paska bayar melalui proses yang
cukup panjang yang dimulai dengan kedatangan petugas pencatat dari
rumah ke rumah untuk mencatat besarnya penggunaan energi listrik (kWh
meter) setiap bulannya. Proses penagihan rekening listrik ke pelanggan
setiap bulan dengan mengalikan besar penggunaan energi listrik dan harga
1
setiap kWh sesuai dengan yang telah ditetapkan berdasarkan tipe pengguna
jasa listrik.
Kedua sistem tersebut memiliki kelebihan dan kekurangannya
masing-masing.
Kelebihan
pada
sistem
prabayar
terletak
pada
fleksibilitasnya karena pelanggan dapat membeli energi listrik sesuai dengan
kemampuannya dan efisiensi pada pihak PLN karena tidak membutuhkan
sistem pencatatan secara manual.
Kelebihan pada sistem paska bayar
terletak pada kepraktisan bagi sisi pelanggan dan masih diterimanya sistem
ini pada masyarakat luas karena merupakan sistem yang konvensional.
Namun, karena sistem pencatatan yang masih dilakukan secara manual
sehingga rentan terjadi kesalahan dalam pencatatan pengukuran daya listrik
oleh petugas pencatat yang berakibat pada kerugian pada pihak konsumen.
Jika hal ini terus dibiarkan, tingkat kepercayaan konsumen terhadap
penyedia jasa listrik akan semakin menurun. Dalam beberapa kasus juga
ditemukan kesulitan dalam melakukan pencatatan karena kondisi rumah
kosong dengan pagar terkunci sehingga tidak memungkinkan dilakukan
pencatatan oleh petugas. Akibatnya, pelaporan penggunaan energi listrik
pada kasus tersebut dilakukan dengan cara perhitungan estimasi atau
pendekatan sehingga mengakibatkan rendahnya tingkat akurasi pengukuran
penggunaan daya listrik.
Untuk mengatasi kekurangan yang ditimbulkan oleh kedua sistem
tersebut maka perlu adanya pencatatan pengukuran daya listrik secara
2
elektronis, yang mempunyai beberapa keuntungan seperti: ketelitian, efisien,
praktis dan hemat biaya. Dalam hal ini perlu adanya pengukuran daya listrik
secara digital pada tiap rumah pelanggan menggunakan sensor-sensor
pengukur dan ditampilkan di LCD 2x16. Hasil pengukuran tersebut
kemudian dikirimkan secara nirkabel ke suatu Coordinator yang kemudian
diteruskan ke PC untuk ditampilkan datanya supaya konsumsi energi bisa
dimonitor. Hasil pencatatan secara elektronis akan
memudahkan pihak
penyedia energi listrik dan pelanggan dalam mengetahui pemakaian energi
listrik di rumah pelanggan.
1.2. Perumusan Masalah
Pengukuran energi listrik secara digital menggunakan sensor-sensor
nirkabel yang diletakkan di tiap-tiap kWhmeter pelanggan dapat mengatasi
keterbatasan
dalam
pencatatan
daya
listrik
secara
manual.
Permasalahannya adalah bagaimana mengukur energi listrik pelanggan
rumah tangga menggunakan mikrokontroler Arduino Uno dan protokol
komunikasi nirkabel menggunakan piranti Zigbee untuk memonitor
penggunaan energi listrik secara realtime yang terintegrasi dengan sistem
informasi untuk memudahkan pihak penyedia energi listrik dan pelanggan
dalam mengetahui pemakaian energi listrik.
3
1.3. Manfaat Penelitian
Pembahasan dan perancangan mengenai monitor energi listrik
dengan jaringan sensor nirkabel dan menggunakan Arduino dan zigbee pada
pelanggan rumah memiliki beberapa manfaat diantaranya sebagai berikut:
1.
Dari sisi penyedia sumber energi listrik:
a.
Penelitian ini akan menjadi solusi untuk mengatasi batasan fisik
dari sistem pencatatan manual pada metode konvensional (paska
bayar) karena tidak lagi dibutuhkan pencatatan manual oleh
petugas pencatat kWh meter. Pembacaan besarnya energi listrik
yang digunakan akan dilakukan oleh sensor-sensor nirkabel.
b.
Sistem yang akan dirancang memanfaatkan sensor pengukuran
yang dilakukan secara realtime dan berkomunikasi secara nirkabel
sehingga dapat meningkatkan efisiensi penggunaan.
c.
Untuk penggunaan metode prabayar, sistem yang dirancang dapat
memberikan informasi penggunaan energi listrik tiap pelanggan
kepada pihak penyedia sumber energi listrik (PLN) sehingga
besarnya kebutuhan energi listrik dapat selalu dipantau.
2.
Dari sisi Pelanggan:
a.
Pelanggan dapat selalu memonitor energi listrik yang telah
dikonsumsi secara realtime yang tertampil di LCD 2x16.
b.
Dengan adanya sistem informasi penggunaan daya listrik dan
tagihan listrik yang akurat, tingkat kepercayaan pelanggan kepada
penyedia energi listrik akan semakin kuat.
4
1.4. Tujuan Penelitian
Selanjutnya penelitian tentang monitor energi listrik pelanggan
rumah dilakukan dengan tujuan sebagai berikut:
a.
Rancang bangun prototipe menggunakan mikrokontroler Arduino Uno
dengan dengan display LCD 2x16 untuk memonitor pemakaian energi
listrik pelanggan rumah tangga.
b.
Untuk menerapkan teori elektronika daya dan elektronis khususnya
sistem berbasis mikrokontroler menjadi suatu sistem perangkat bantu
elektronis sebagai sebuah alternatif pemecahan beberapa masalah yang
timbul dalam masyarakat sehubungan dengan pelayanan PLN.
c.
Memonitor pemakaian energi listrik pelanggan rumah tangga dengan
menampilkan informasi tegangan, arus, faktor daya, jumlah pemakaian
daya pada pada komputer yang letaknya jauh dari sensor dengan protokol
komunikasi nirkabel berbasis IEEE 802.15.4.
1.5. Batasan Masalah
Dalam pengerjaan laporan tugas akhir ini, agar pembahasan menjadi
terarah, maka perlu membatasi kajian mengenai masalah yang dibahas.
Adapun pembatasan pembahasan tersebut adalah fokus ke analisis konsep
mengukur tegangan, arus, daya semu, daya aktif, faktor daya dan energi
listrik dengan menggunakan mikrokontroler Arduino Uno yang tidak
mengacu pada kelas meter (standart) tertentu dan hanya sekedar pengaturan
5
modul komunikasi XBee sebagai Router dan Coordinator supaya dapat
mengirim secara nirkabel data-data tersebut dan ditampilkan pada PC
ditempat lain. Permasalahan dibatasi dengan asumsi sebagai berikut:
1.
Tegangan pada pelanggan tidak lebih dari Vrms = 350 V.
2.
Arus pada pelanggan tidak lebih dari Irms = 50 A.
3.
Total Harmonic Distortion yang tidak besar / tidak ada daya yang
signifikan dalam harmonik di atas 10.
4.
Tegangan masukkan Arduino tidak mati.
5.
Tegangan masukkan Arduino menggunakan adaptor 12 V.
6.
Perhitungan Energi atau kWh tidak lebih dari 50 hari.
7.
Beban lebih dari 30 W.
8.
Resolusi ADC pada Arduino 10 bit.
1.6. Sistematika Penulisan
Dalam penulisan laporan tugas akhir menggunakan sistematika
untuk memperjelas pemahaman terhadap materi yang dijadikan objek
penelitian tugas akhir. Adapun sistematika penulisan sebagai berikut.
BAB I PENDAHULUAN
Berisi latar belakang masalah, maksud dan tujuan penulisan,
pembatasan masalah, waktu dan tempat pelaksanaan, metode pengumpulan
data, sistematika penulisan laporan.
6
BAB II DASAR TEORI
Berisi dasar-dasar teori dari penelitian yang dilakukan penulis, yaitu
mengenai energi, daya listrik AC, faktor daya, mikrokontroler Arduino dan
modul komunikasi XBee.
BAB III METODE PENELITIAN
Berisi alur pekerjaan, sumber data, alat yang digunakan dan diagram
alir dari pengerjaan tugas akhir ini.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Berisi mengenai analisa dan pengujian alat hasil perancangan yang
telah dilakukan menggunakan metode bab ketiga.
BAB V PENUTUP
Berisi mengenai kesimpulan secara keseluruhan dari perancangan
tugas akhir mengenai monitor energi listrik menggunakan Arduino dan
modul komunikasi XBee.
7
2
BAB II
DASAR TEORI
2.1. Daya dan Energi
2.1.1. Daya sesaat
Daya sesaat untuk sebuah piranti dikalkulasikan dari tegangan dan
arus yang melewati piranti tersebut. Persamaannya adalah:
p(t) = v(t) · i(t).
(2.1)
p(t) = Fungsi daya sesaat / daya aktif
v(t) = Fungsi tegangan
i(t) = Fungsi arus
(Daniel W. Hart,1997:17).
2.1.2. Energi
Energi atau usaha adalah integral dari daya sesaat. Energi diserap
oleh sebuah komponen dalam interval waktu dari t1 ke t2 . Persamaannya
adalah:
.
(2.2)
Jika v(t) dalam volt dan i(t) dalam ampere maka daya mempunyai satuan
watt dan energi (W) mempunyai satuan joule (Daniel W. Hart,1997:18).
8
2.1.3. Daya Rata–Rata
Daya rata–rata adalah rata–rata waktu dari p(t) melewati 1 atau lebih
siklus. Daya rata–rata (P) dikalkulasikan dari:
∙
.
(2.3)
Dimana T adalah periode dari gelombang daya. Persamaan daya juga
dapat dihitung dari energi per periode.
.
(2.4)
Daya rata–rata kadang disebut daya nyata atau daya aktif, khususnya
dalam rangkaian AC. Istilah daya (power) biasanya berarti daya rata–rata.
Total daya rata–rata yang diserap dalam sebuah rangkaian sama dengan total
daya rata–rata yang disuplai (Daniel W. Hart,1997:18).
2.1.4. Nilai Efektif Root Mean Square
Nilai efektif dari sebuah tegangan atau arus biasa disebut root mean
square atau nilai rms. Untuk tegangan DC yang melewati sebuah resistor
mempunyai persamaan:
.
(2.5)
Untuk tegangan AC yang melewati sebuah resistor, tegangan efektif
didefinisikan sebagai tegangan yang sama efektifnya dengan tegangan DC
dalam memasok daya rata-rata. Tegangan efektif dapat dikalkulasikan
menggunakan persamaan:
.
(2.6)
9
Daya rata–rata resistor dapat dirumuskan sebagai berikut:
∙
, (2.7)
ekspresi persamaan untuk daya rata–rata:
,
(2.8)
atau
!"##
,
(2.9)
menghasilkan persamaan untuk tegangan efektif atau rms:
!"##
!$%&
'
.
(2.10)
Nilai efektif adalah akar kuadrat dari tegangan maka disebut dengan istilah
rms. Demikian pula arus rms dikembangkan dari P = ($%& R sebagai:
($%&
'
.
(2.11)
Nilai rms tegangan dan arus akan berguna untuk menghitung daya yang
diserap oleh resistansi (Daniel W. Hart,1997:29).
2.1.5. Daya Semu
Daya semu adalah hasil dari besaran tegangan rms dan arus rms.
Daya semu diekspresikan dengan persamaan sebagai berikut:
S = Vrms · Irms.
(2.12)
10
2.1.6. Faktor Daya
Faktor daya sebuah beban didefinisikan sebagai rasio daya rata–rata
ke daya semu:
*
)
*
,-. ∙0,-.
+
.
(2.13)
2.1.7. Perhitungan daya untuk rangkaian AC sinusoidal
Umumnya tegangan dan arus dalam rangkaian elektronika daya tidak
sinusoidal. Namun, sebuah gelombang periodik tidak sinusoidal dapat
direpresentasikan oleh Fourier. Ini penting untuk memahami perhitungan
daya dalam kasus sinusoidal. Untuk rangkaian linear yang mempunyai
sumber sinusoidal, daya sesaat dan daya rata–rata untuk rangkaian AC
dihitung menggunakan persamaan:
v(t) = Vm · cos (ωt+θ),
(2.14)
i(t) = im · cos (ωt+ϕ).
(2.15)
Lalu daya sesaat adalah:
1!% ∙ 234 5 6 7 81(% ∙ 234 5 6 9 8.
∙
(2.16)
Menggunakan identitas trigonometri:
cos= ∙ cos>
@
-∙ 0-
1cos = 6 > 6 cos = ? > 8,
A 1cos 25 6 7 6 9 6 cos 7 6 9 8,
(2.17)
(2.18)
daya rata–rata:
@
- ∙0-
A
1cos 25 6 7 6 9 6 cos 7 ? 9 8 . (2.19)
11
Karena kondisi pertama dalam integrasi adalah fungsi cosinus, integral
selama satu periode adalah nol karena luas area atas dan di bawah sama.
Kondisi kedua dalam integrasi adalah cos (θ-ϕ) konstan, yang mempunyai
nilai rata–rata cos (θ-ϕ). Oleh karena itu daya rata–rata dalam beberapa
elemen rangkaian AC adalah:
@
-∙ 0-
A ∙ cos 7 ? 9 ,
(2.20)
persamaan ini seringkali diekpresikan sebagai:
!$%& ∙ ($%& ∙ cos 7 ? 9 ,
(2.21)
dimana Vrms = Vm/√2, Irms = Im/√2, dan θ-ϕ adalah sudut fase antara
tegangan dan arus. Faktor daya ditentukan oleh cos (θ-ϕ).
Daya reaktif dikarakteristikkan sebagai penyimpanan energi selama
setengah siklus dan energi pengambilan selama setengah siklus lainnya.
Daya reaktif dihitung dengan hubungan:
D
!$%& ∙ ($%& ∙ sin 7 ? 9 .
(2.22)
Secara konvensi, induktor menyerap daya reaktif positif dan kapasitor
menyerap daya reaktif negatif (Daniel W. Hart,1997:37).
2.1.8. Daya kompleks
Mengkombinasikan daya aktif dan reaktif untuk rangkaian AC:
G
6 jD
!$%& ∙ ($%& .
(2.23)
Dalam persamaan di atas, Vrms dan Irms adalah kuantitas kompleks sering
diekpresikan sebagai fasor (Magnitude dan sudut) dan (Irms) adalah konjugat
12
kompleks arus fasor yang memberikan hasil yang konsisten dengan
konvensi bahwa induktansi atau arus lagging, menyerap daya reaktif. Daya
semu dalam rangkaian AC adalah magnitude daya kompleks:
G
|J|
K
6D .
(2.24)
Penting untuk dicatat bahwa daya kompleks dalam persamaan diatas dan
faktor daya cos (θ-ϕ) untuk sinusoidal rangkaian AC adalah kasus spesial
dan tidak dapat diaplikasikan ke tegangan dan arus nonsinusoidal (Daniel
W. Hart,1997:38).
2.2. Sensor Tegangan
Transformator tegangan adalah trafo yang menurunkan tegangan
tinggi menjadi tegangan rendah yang dapat diukur dengan voltmeter yang
berguna untuk pengukuran, rele proteksi dan alat sinkronisasi.
E1
E2
N1
N2
Gambar 2.1. Prinsip kerja Trafo Tegangan (PT).
Prinsip kerja Trafo Tegangan (PT) berdasarkan rumusan sebagai berikut:
L
L
M
M
N.
(2.25)
a = Perbandingan transformasi
13
N1 = Jumlah belitan primer
N2 = Jumlah belitan sekunder
E1 = Tegangan Primer
E2 = Tegangan Sekunder
(Pusat Pendidikan dan Pelatihan PT PLN (Persero) P3B Jawa Bali, Edisi
Pertama).
2.3. Sensor Arus
Trafo arus digunakan untuk pengukuran arus yang besarnya ratusan
bahkan ribuan amper yang mengalir pada jaringan tegangan tinggi. Jika arus
hendak diukur mengalir pada tegangan rendah dan besarnya dibawah 5
ampere, maka pengukuran dapat dilakukan secara langsung sedangkan arus
yang besarnya ratusan sampai ribuan tadi harus dilakukan secara tidak
langsung dengan menggunakan trafo arus khusus untuk pengukuran arus
yang besar.
Disamping untuk pengukuran arus, trafo arus juga dibutuhkan untuk
pengukuran daya dan energi, pengukuran jarak jauh dan rele proteksi.
Kumparan primer trafo arus dihubungkan secara seri dengan jaringan atau
peralatan yang akan diukur arusnya, sedangkan kumparan sekunder
dihubungkan dengan peralatan meter dan rele proteksi.
Trafo arus bekerja sebagai trafo yang terhubung singkat. Kawasan
kerja trafo arus yang digunakan untuk pengukuran biasanya 0,05 sampai 1,2
14
kali arus yang akan diukur. Trafo arus untuk tujuan proteksi biasanya harus
mampu bekerja lebih dari 10 kali arus pengenalnya.
Gambar 2.2. Prinsip kerja Trafo Arus (CT).
Prinsip kerjanya sama dengan trafo daya satu fasa. Jika pada kumparan
primer mengalir arus I1, maka pada kumparan primer akan timbul gaya
gerak magnet sebesar N1I1. Gaya gerak magnet ini memproduksi fluks pada
inti. Fluks ini membangkitkan gaya gerak listrik pada kumparan sekunder.
Jika kumparan sekunder tertutup, maka pada kumparan sekunder mengalir
arus I2. Arus ini menimbulkan gaya gerak magnet N2I2 pada kumparan
sekunder (Pusat Pendidikan dan Pelatihan PT PLN (Persero) P3B Jawa Bali,
Edisi Pertama).
15
2.4. Pembagi Tegangan AC dan Penguat Non-inverting
Gambar 2.3. Pembagi tegangan AC.
Dalam rangkaian sederhana ini, sumber tegangan AC yang ditandai
dengan Vin dan dua resistor R1 dan R2. Fungsi pembagi tegangan ini adalah
untuk mendapatkan tegangan yang lebih kecil dari Vin. Tegangan
keluarannya dari rangkaian Gambar 2.3. dapat ditentukan dengan persamaan
sebagai berikut:
(2.26)
Penguat non-inverting amplifier merupakan kebalikan dari penguat
inverting, dimana input dimasukkan pada input non-inverting sehingga
polaritas output akan sama dengan polaritas input tapi memiliki penguatan
yang tergantung dari besarnya hambatan feedback dan hambatan input.
Rangkaiaan non-inverting dideskripsikan oleh Gambar 2.4.
16
Gambar 2.4. Rangkaian Non-inverting.
Penguat ini memiliki masukan yang dibuat melalui input noninverting. Dengan demikian tegangan keluaran rangkaian ini akan satu fasa
dengan
tegangan
inputnya. Rumus
dari
rangkaiaan
non-inverting
dideskripsikan oleh persamaan di bawah ini:
(2.27)
2.5.
Arduino
Arduino adalah sebuah board mikrokontroler yang didasarkan pada
IC Atmega328. Salah satu contohnya adalah Arduino Uno. Arduino Uno
mempunyai 14 pin digital input/output (6 di antaranya dapat digunakan
sebagai output PWM), 6 input analog, sebuah osilator Kristal 16 MHz,
sebuah koneksi USB, sebuah power jack, sebuah ICSP header, dan sebuah
tombol reset. Arduino Uno memuat semua yang dibutuhkan untuk
menunjang mikrokontroler, mudah menghubungkannya ke sebuah computer
dengan sebuah kabel USB atau mensuplainya dengan sebuah adaptor AC ke
DC atau menggunakan baterai untuk memulainya.
17
Arduino Uno berbeda dari semua board Arduino sebelumnya,
Arduino Uno tidak menggunakan chip driver FTDI USB-to-serial.
Sebaliknya, fitur-fitur Atmega16U2 (Atmega8U2 sampai ke versi R2)
diprogram sebagai sebuah pengubah USB ke serial.
“Uno” berarti satu dalam bahasa Italia dan dinamai untuk
menandakan keluaran (produk) Arduino 1.0 selanjutnya. Arduino Uno dan
versi 1.0 akan menjadi referensi untuk versi-versi Arduino selanjutnya.
Arduino Uno adalah sebuah seri terakhir dari board Arduino USB dan
model referensi untuk papan Arduino, untuk suatu perbandingan dengan
versi sebelumnya (http://arduino.cc/).
Tabel 2.1. Ringkasan Arduino Uno.
Spesifikasi
Keterangan
Mikrokontroler
ATmega328
Tegangan pengoperasian
5V
Tegangan input yang
7-12V
disarankan
Batas tegangan input
6-20V
Jumlah pin I/O digital
14 (6 di antaranya menyediakan keluaran PWM)
Jumlah pin input analog
6
Arus DC tiap pin I/O
40 mA
Arus DC untuk pin 3.3V
50 mA
18
32 KB (ATmega328), sekitar 0.5 KB digunakan oleh
Memori Flash
bootloader
SRAM
2 KB (ATmega328)
EEPROM
1 KB (ATmega328)
Clock Speed
16 MHz
2.6. Zigbee
Banyak orang berpikir bahwa Zigbee dan XBee adalah sama.
Zigbee adalah standar prosedur komunikasi untuk daya rendah, topologi jala
nirkabel. XBee adalah sebuah brand radio yang mendukung sebuah variasi
prosedur komunikasi, termasuk Zigbee, 802.15.4 dan WiFi dll (Robert
Faludi,2011:25).
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.
Teknologi yang memenuhi spesifikasi dari ZigBee adalah perangkat
dengan pengoperasian yang mudah, sederhana, membutuhkan daya sangat
rendah serta biaya yang murah jika dibandingkan dengan bluetooth. ZigBee
19
fokus pada aplikasi Radio Frequency (RF) yang membutuhkan data tingkat
rendah, baterai tahan lama, serta jaringan yang aman.
ZigBee adalah standar jaringan mesh nirkabel dengan daya rendah
dan biaya yang murah. Pertama, biayanya yang murah memungkinkan
teknologi ini banyak digunakan sebagai pengendali jaringan nirkabel dan
aplikasi pemantauan. Kedua, penggunaannya dengan daya yang rendah
membuatnya dapat bertahan lama bahkan dengan baterai berukuran lebih
kecil. Ketiga, jaringan mesh memberikan realibilitas yang tinggi serta
jangkauan yang lebih luas.
Terdapat tiga jenis perangkat ZigBee:
1.
ZigBee Coordinator (ZC)
Perangkat yang paling ulung, dimana Coordinatornya membentuk
pangkal dari jaringan yang menjembataninya ke jaringan-jaringan lain.
Tepatnya terdapat satu Coordinator ZigBee pada tiap jaringan, karena alat
ini adalah alat yang menjalankan jaringan dari awal. Alat ini juga dapat
menyimpan informasi mengenai jaringan, termasuk di antaranya pula
bertindak sebagai trust center dan respositori untuk kunci keamanan.
2.
ZigBee Router (ZR)
Selain dari menjalankan fungsi aplikasi, Router juga dapat bertindak
sebagai perantara, yang dapat menyampaikan data dari perangkat yang satu
ke perangkat yang lain.
3.
ZigBee End Device (ZED)
20
Memiliki fungsi untuk menyampaikan pada parent node (baik
Coordinator maupun Router), yang mana, alat ini tidak dapat merelay data
dari perangkat atau lainnya. Hubungan ini memungkinkan simpul untuk
berada dalam keadaan padam dalam waktu yang cukup lama, sehingga
menghasilkan daya baterai yang lebih tahan lama. ZED hanya membutuhkan
memori dalam jumlah kecil, oleh karena itu produksinya dapat lebih murah
dibandingkan dengan ZC dan ZR.
2.6.1. Spektrum Elektromagnetik
Radio adalah salah satu bagian dari spektrum elektromagnetik.
Gambar 2.5. Grafik Spektrum Elektromagnetik.
Spektrum elektromagnetik lainnya adalah sinar gamma, sinar-X, gelombang
mikro, inframerah, dan cahaya tampak. Panjang gelombang radio lebih
panjang dari gelombang cahaya dan dapat menembus zat buram seperti
pakaian, perabotan, dan dinding bata. Energi radio tidak memerlukan media.
Radio dapat merambat dengan baik dalam ruang hampa oleh karena itu
21
radio ideal untuk komunikasi. Ketika gelombang radio menabrak konduktor,
seperti logam, gelombang radio tesebut diinduksi menjadi arus listrik. Ini
berarti radio tidak dapat merambat dengan baik melalui dinding logam,
tetapi ini dapat dimanfaatkan untuk membuat antena logam yang
menginduksi gelombang radio menjadi sinyal listrik dan dapat dideteksi dan
diproses oleh computer (Robert Faludi,2011:24).
2.6.2. Hukum Kuadrat Terbalik
Sinyal radio membutuhkan lebih banyak daya karena perambatannya
nirkabel
yang
mengakibatkan
konsumsi
dayanya
tinggi.
Radio
memancarkan sinyal lalu dengan cepat menyebar seperti sebuah riak di air
semakin jauh dari sumber, maka riaknya akan mengecil. Seperti halnya
suara, jika sumber suara dekat maka kita dapat mendengarnya dengan jelas
dan sebaliknya. Suara dan radio melemah sesuai dengan hukum kuadrat
terbalik. Setiap kali menjauh dua kali lipat jaraknya, maka memerlukan
empat kali jumlah daya sehingga untuk jarak yang jauh memerlukan
konsumsi daya yang tinggi dibandingkan dengan jarak yang pendek.
Topologi jala Zigbee dirancang dengan hukum kuadrat terbalik. Alih-alih
menggunakan baterai besar untuk menghasilkan daya yang dibutuhkan
untuk mengirim sinyal melalui jarak yang sangat jauh, masing-masing radio
cukup membutuhkan daya yang kecil untuk jarak pendek ke tetangga
terdekat dalam jaringan (Robert Faludi,2011:24).
22
Gambar 2.6. Hukum Kuadrat Terbalik (Robert Faludi, 2011:22).
2.6.3. Pengalamatan Dasar (PAN, Channel)
Hampir setiap orang memiliki alamat yang bisa dihubungi. Ada
alamat surat, alamat email, nomor telepon, nomor paspor, dan lain – lain.
Setiap jenis alamat atau pengenal memiliki tujuan yang sedikit berbeda. Hal
ini sama dengan radio. Jika ingin mengirim sebuah pesan ZigBee, maka
perlu tahu alamat radio tujuan. Sama seperti dengan orang-orang, masingmasing radio dikenal dengan beberapa alamat yang berbeda, yang masingmasing memiliki tujuan. Sebagai permulaan, masing-masing radio memiliki
keunikan dan ditugaskan secara permanen 64-bit serial number. Setiap
Zigbee antara satu dengan yang lainnya tidak ada yang sama serial numbernya. Lalu ada alamat yang lebih pendek 16-bit yang dinamis ditugaskan
untuk masing-masing radio oleh Coordinator ketika menyiapkan sebuah
jaringan. Alamat ini unik hanya dalam jaringan yang diberikan, tapi karena
lebih pendek, lebih banyak dari mereka dapat dimanipulasi dalam memori
yang sangat terbatas yang tersedia pada chip ZigBee. Akhirnya, masing-
23
masing radio XBee dapat diberikan serangkaian teks singkat disebut
pengenal simpul.
Gambar 2.7. Tipe Alamat (Robert Faludi, 2011:29).
Setiap jaringan ZigBee seperti sebuah "kota" virtual, dan
penamaannya dengan angka bukan dengan nama atau disebut Personal Area
Network (PAN) address. Ada 65.536 alamat PAN berbeda yang tersedia,
masing-masing memiliki kemampuan untuk menghasilkan alamat 65.536
radio 16-bit yang lain di bawahnya.
Jika semua pengalamatan sudah diatur dengan sempurna, selanjutnya
kedua radio disetel ke frekuensi yang sama. Semua radio dalam satu
jaringan harus menggunakan saluran yang sama. Secara default, radio XBee
sudah mengeset pilihan saluran secara otomatis.
Jadi untuk sebuah pesan yang akan dikirim, radio harus berada di
channel yang sama dan memiliki informasi PAN yang sama, dan radio
pengirim harus tahu setidaknya satu dari alamat penerima radio (Robert
Faludi,2011:28).
24
Gambar 2.8. Diagram untuk Channel, PAN dan Pengalamatan (Robert Faludi,
2011:30).
2.6.4. API Mode
Sebuah antarmuka pemrograman aplikasi (application programming
interface, API) hanyalah sebuah set antarmuka standar yang diciptakan
untuk memungkinkan satu program perangkat lunak untuk berinteraksi
dengan yang lain. API memungkinkan satu permintaan layanan aplikasi
komputer dari aplikasi lain dengan cara standar. Hal yang paling penting
untuk dicatat adalah bahwa API secara khusus dirancang untuk
memungkinkan komputer untuk berbicara secara efisien ke komputer lain.
Dan umumnya tidak dirancang untuk berinteraksi dengan manusia secara
langsung. Ketika interaksi dibuat mudah bagi manusia, mereka tidak kuat,
tegas, dan efisien untuk komputer seperti pada AT mode apa yang diketik di
keyboard pengirim maka apa yang diterima di penerima dan langsung
ditampilkan dilayarnya. Komputer peduli terhadap hal-hal seperti koreksi
kesalahan algoritmik, identifikasi modus kedap udara, dan transfer data
25
yang efisien untuk mendapatkan pekerjaan yang dilakukan dengan cepat,
bisa ditebak, dan andal. Konsekuensinya pembacaannya datanya agak rumit.
Komputer lebih mudah untuk berurusan dengan angka, dan dapat bekerja
dengan maksimal ketika kumpulan angka-angka ini memberikan metode
yang jelas dan sangat terstruktur untuk transfer. Hal ini dapat diatasi dengan
API mode. Dengan menyediakan sebuah antarmuka untuk komunikasi
program dengan XBee, API Mode memungkinkan radio untuk melayani
manusia dan komputer sama baiknya, masing-masing sesuai dengan
kebutuhannya (Robert Faludi,2011:111).
2.7. Teorema Nyquist
Untuk mengkonversi isyarat analog menjadi digital maka isyarat
analog tersebut harus dicuplik.
Gambar 2.9. Pencuplikan (Sampling) Isyarat Kontinyu.
Isyarat tercuplik makin mewakili jika frekuensi atau pesat pencuplikan
semakin tinggi. Isyarat analog 1 siklus = sekali naik + sekali turun maka
26
untuk isyarat tercupliknya juga minimal sekali naik dan sekali turun. Syarat
teorema Nyquist adalah frekuensi cuplik minimal adalah dua kali komponen
frekuensi tertinggi pada isyarat kontinu (analog) yang dicuplik.
27