Sistem Komunikasi Sensor Jamak dengan Serial Rs 485

TELAAH Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi
Volume 30 (2) 2012 : 37-44
ISSN : 0125-9121
Sistem Komunikasi Sensor Jamak dengan Serial Rs 485
DWI HANTO DAN PRAWITO
Departemen Fisika Universitas Indonesia
Kampus Depok, Depok 16424
[email protected]
BAMBANG WIDIYATMOKO
Pusat Penelitian Fisika LIPI
Kawasan Puspiptek Serpong, Setu, Tangerang Selatan 15310
Diterima : 9 Agustus 2012
Revisi : 23 September 2012
Disetujui : 29 Oktober 2012
ABSTRAK : Telah dibuat sistem komunikasi sensor jamak dengan menggunakan serial RS 485. Sistem ini dapat menjadi
salah satu pilihan dari kebutuhan pengukuran kompleks yang sering melibatkan banyak sensor untuk memperoleh
informasi gejala fisis yang terjadi sesungguhnya. System ini terdiri atas satu master dan tiga buah slave. Master bertindak
sebagai inisiator kapan meminta dan menerima data dari slave yang dituju, sedangkan slave adalah pengakuisisi data
sensor yang bersifat pasif dan hanya dapat menjawab jika permintaan dari master sesuai dengan alamat slave tersebut.
Hasil percobaan menunjukkan komunikasi antara master dan slave dapat berjalan dengan baik dengan menggunakan
protokol komunikasi yang dibuat secara paket data dan master akan mengulang sebanyak tiga kali pada alamat slave yang
sama jika terjadi kesalahan dan menampilkan status kesalahannya.
KATA KUNCI : sensor jamak, RS 485, master, slave
ABSTRACT : That has been made multiple sensor communication system using a serial RS 485. This system can be one
alternative from the complex measurement thats involves a lot of sensors to obtain information that happens real physical
phenomenas. This system consists of one master and three slave. Master as the initiator when requesting and receiving
data from destination slave, whereas slave as data acquititions that was passive and can only be answered if a request
from the master in accordance with the slave address. The experimental results show the communication between master
and slave can be run well by using a communication protocol generated data packets and the master will repeat three
times on the same slave address in case of errors and display the fault status.
KEYWORDS: multiple sensor, RS 485, master, slave
1. PENDAHULUAN
Kebutuhan pengukuran yang kompleks seperti monitoring terhadap perubahan lingkungan lingkungan
tidaklah cukup hanya mengandalkan data dari tunggal dan satu variable saja. Karena monitoring terhadap
gejala perubahan lingkungan tersebut melibatkan lebih dari beberapa pengukuran untuk memberikan
keputusan status dari kondisinya [1]. Keterkaitannya dengan pengukuran yang kompleks tadi pengaruhnya
terhadap berapa banyak titik yang diukur sehingga digunakan banyak sensor.
Penggunaan banyak sensor atau sensor jamak memang sudah menjadi tren pengukuran saat ini. Selain
itu, kebutuhan riset maupun industri sensor juga diharapkan memiliki sifat cerdas seperti: dapat berinteraksi
langsung dengan instrumen maupun lingkungan, dapat dikonfigurasikan dalam bentuk jaringan, mudah
pemasangan dan pemeliharaannya. Tipe dari jaringan sensor terdiri dari beberapa titik yang dihubungkan satu
sama lain dengan kabel. Setiap titik jaringan terdapat mikroprosesor, sensor tunggal atau jamak yang dapat
dihubungkan dengan perangkat lain [2].
Oleh karena meningkatnya kebutuhan instrumentasi yang melibatkan banyak sensor, makalah ini akan
membahas akses sensor jamak dengan menggunakan komunikasi serial RS 485. Penggunaan RS 485 ini
cukup luas dalam bidang instrumentasi akhir-akhir ini seperti akses informasi pertambangan batubara [3],
control level cairan [4], informasi banjir [5], data logger gas CO2 [6] karena memiliki berbagai
keunggulannya dapat digunakan untuk menghubungkan 32 unit beban sekaligus hanya dengan menggunakan
dua buah kabel saja tanpa memerlukan referensi ground yang sama antara unit yang satu dengan unit lainnya,
jarak jangkarannya sangat panjang mencapai 1,2 km. Selain keunggulan di atas, RS 485 memiliki transmisi
datanya dalam level TTL dan mudah untuk mengatur dalam control transmisi [5].
RS 485 dapat berfungsi secara baik pada mode half dupleks (Gambar 1) maupun full dupleks (Gambar
2). Kebanyakan chip yang ada menyediakan untuk system komunikasi yang mendukung half dupleks. Secara
umum, interfacing jaringan half dupleks mengijinkan hanya satu titik pada suatu waktu untuk mengirimkan
data. Jaringan secara half dupleks antara satu dengan yang lainnya dapat digunakan mikrokontroller dengan
mengatur konfigurasi bit pada input dan output pada kontrol kirim/terima pada chip RS 485 pada pin RE dan
DE sedangkan A dan B untuk jalur kirim dan terima data. Adapun komunikasi full dupleks dapat dilakukan
37
Sistem Komunikasi Sensor Jamak…..
Dwi Hanto
komunikasi secara dua arah secara penuh karena menggunakan empat kabel data, namun kerugiaannya
menghabiskan kabel yang lebih banyak maka untuk keperluan jaringan jarak jauh banyak digunakan half
dupleks [7].
Gambar 1. RS 485 mode half dupleks.
Gambar 2. RS 485 mode full dupleks.
2. METODOLOGI PENELITIAN
Sistem komunikasi sensor jamak dengan menggunakan serial RS 485 pada makalah ini menggunakan
topologi jaringan jenis bus karena paling banyak digunakan dalam berbagai aplikasi. Pada sistem yang
dikembangkan terdiri satu buah master yang merupakan node ke 0 dan tiga slave untuk node ke 1, 2, dan 3.
Pada sistem ini, master bertindak sebagai pusat pengontrol jalannya kerja dari sistem instrumentasi yang
berdasarkan komunikasi RS 485. Sedangakan slave merupakan tempat untuk sensor-sensor yang dilibatkan
untuk pengukuran [8].
Secara hardware, rangkaian pada master seperti ditunjukkan Gambar 3. Pusat pengendali aktivitas
kontrol digunakan mikrokontroler Atmega 32. Terdapat IC MAX 485 sebagai driver RS 485 sebagai media
komunikasi dengan sensor jamak yang terdapat dalam slave. Output port C dihubungkan dengan LCD
sebagai penampil data diterima dari slave.
38
TELAAH Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi
Volume 30 (2) 2012 : 37-44
ISSN : 0125-9121
Gambar 3. Rangkaian pada master.
Algoritma pada master seperti ditunjukkan pada Gambar 4. Master mula-mula mengirim perintah
untuk ambil data kepada slave dengan urutan nomor ID secara sekuensial setelah selang waktu 1 menit.
Master mengirim perintah pada semua slave dengan format protokol seperti berikut: [header alamat]. Setelah
mengirim paket data ke semua slave, master menunggu respon berupa paket data dari slave kemudian
mengecek paket data yang masuk. Jika paket data benar maka master menampilkan alamat slave dan datanya
pada LCD. Tetapi, jika paket data gagal melewati pengecekan maka master menampilkan pesan kesalahan
dan meminta kiriman lagi sebanyak tiga kali.
Start
Inisialisasi USART, waktu, dan
LCD
Stand by
ΔT = 1 menit
T
Y
Kirim alamat ke slave
Tampilan pesan kesalahan
T
cek paket data
kiriman slave
Y
Tampilan ke LCD
Y
Alamat sudah ke
slave akhir
T
Gambar 4. Diagram alir software pada master.
39
Sistem Komunikasi Sensor Jamak…..
Dwi Hanto
Adapun bagi slave, secara hardware disusun seperti ditunjukkan pada Gambar 5. Setiap slave
terdapat mikrokontroler Atmega 8. Dengan fitur yang dimilikinya mikrokontroler jenis ini dapat
mengakuisisi enam input dari sensor analog. Seperti halnya pada rangkaian pada master, slave juga terdapat
IC MAX 485 sebagai driver RS 485.
Gambar 5. Rangkaian pada slave.
Secara sederhana, algoritma software pada setiap slave seperti ditunjukkan pada Gambar 6. Slave
memiliki sifat selalu membaca nilai dari sensor melalui konversi digital dengan menggunakan ADC akan
tetapi dalam hal menampilkan data bersifat pasif yaitu menunggu permintaan dari master. Slave akan
mengirimkan data kepada master jika dan hanya jika alamat/nomor ID yang dikirim oleh master bersesuaian
dengan ID slave itu sendiri, sedangkan jika alamat tidak bersesuaian akan diabaikan atau melalukan rutin
sebelumnya. Format paket data yang dikirimkan oleh slave adalah sebagai berikut: [header alamat data1
data2 data 3 checksum]. Header paket data dari slave adalah karakter ‘:’ dan alamat slave berupa karakter 1,
2, dan 3 yang bersesuaian dari nama slave. Sedangkan checksum merupakan jumlah dari alamat, data
1sampai dengan data 3.
40
TELAAH Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi
Volume 30 (2) 2012 : 37-44
ISSN : 0125-9121
start
Inisialisasi ADC
dan USART
Baca sensor dan
konversi digital
Baca kiriman ID
dari master
T
ID kiriman master
sama dengan
Slave
Y
Kirim data ke master
Gambar 6. Diagram alir algoritma pada slave.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Sistem komunikasi sensor jamak seperti yang telah dirancang seperti di atas dilakukan pengujian
untuk mengetahui apakah komunikasi antara master ke slave dan slave ke master dapat berjalan secara baik
dan ada kesalahan. Dari hasil pengujian sistem, master menginisiasikan untuk meminta data dari slave setelah
jeda waktu 1 menit dengan mengirim alamat ID secara sekuensial dari 1, 2, kemudian 3 dan diulang secara
terus menerus. Master mengirim ke seluruh slave dengan format protokol pengiriman data:
‘
ID yang
dituju
$’
Sedangkan slave yang diakses datanya memberikan respon dengan mengirim data yang sudah
ditentukan format protokol juga sebagaimana berikut:
‘:’
ID
Data
1
Data
2
Data
Checksum
3
Sebelum data dari slave benar-benar diambil oleh master, data dari respon dari slave ini diseleksi
sebanyak dua tahap yaitu dilihat dari header paket data dari slave dan pengecekan checksum. Apabila paket
data tidak sesuai dengan dua kondisi tersebut master menampilkan pesan kesalahan “Header not found”
untuk jenis kesalahan header paket data seperti pada gambar 7 (a). Sedangkan pesan “Checksum Error”
terjadi saat kesalahan terjadi pada checksum seperti yang ditunjukkan gambar 7 (b). Pengecekan protokol
data ini sangat penting karena untuk memastikan data benar-benar dari slave atau tidak apalagi diaplikasikan
pada kabel yang sangat panjang yang memiliki resiko terhadap derau. Apabila terjadi kesalahan salah satu
dari keduanya, master melakukan pengulangan lagi untuk pemanggilan slave yang terjadi kesalahan sebanyak
tiga kali baru kemudian dinyatakan time out kemudian dilanjutkan pemanggilan pada slave berikutnya seperti
yang ditunjukkan pula pada Gambar 7 (a) dan 7 (b).
41
Sistem Komunikasi Sensor Jamak…..
(a)
Dwi Hanto
(b)
Gambar 7. Tampilan pesan kesalahan (a) Kesalahan pada header paket data (b) kesalahan pada
checksum.
Gambar 8. Hasil respon slave yang yang tidak ada kesalahan.
Gambar 8 menunjukkan hasil pengujian komunikasi RS 485 yang berhasil dari data slave ke master
dengan paket data dari slave. Setiap pemanggilan master terhadap slave dengan alamat ID = ‘1’ maka master
akan menampilkan respon dari slave 1 berupa alamat dari slave yaitu ‘1’ kemudian data Vx yang merupakan
data 1, data Vy adalah data 2, data Vz adalah data 3, dan checksum. Begitu juga, jika master memanggil slave
dengan alamat ID ‘2’ dan ‘3’ maka akan menampilkan data-data dari slave yang bersangkutan. Pemberian ID
pada slave-slave ini sangat berguna sekali di dalam untuk mengidentifikasi bagian mana sensor yang dibaca.
4. KESIMPULAN
Pengembangan system komunikasi pada sensor jamak menggunakan serial RS 485 dapat diaplikasikan
secara baik dan memiliki berbagai manfaat diantaranya: memudahkan akses pada sensor jamak, jarak
jangkauan penempatan sensor dangan alat baca dapat lebih jauh hal ini lebih manfaat lagi jika diaplikasikan
42
TELAAH Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi
Volume 30 (2) 2012 : 37-44
ISSN : 0125-9121
pada monitoring lingkungan yang resiko besar, sistem ini bersifat modular sehingga beda kebutuhan hanya
melakukan perubahan sedikit algoritma pada slave dan master, sistem ini juga dikembangkan dengan paket
data dan penyeleksian data sehingga membantu menjaga keaslian data.
UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih penulis tujukan kepada Tim Pengelola DIPA Tematik LIPI 2011/2012 dan
teman-teman satu grup di Terahertz Photonics Pusat Penelitian Fisika LIPI.
DAFTAR PUSTAKA
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
Artiola, J. F., I. L. Pepper, M. L. Brusseau, Environmental Monitoring And Characterization. London:
Elsevier Academic Press, 2004.
Hac, A., Wireless Sensor Network Designs. Chichester: John Wiley & Sons Ltd, 2003.
Wei, S., Li Li-li, “Multi-parameter Monitoring System for Coal Mine based on Wireless Sensor
Network Technology”, 2009 International Conference on Industrial Mechatronics and Automation.
(2009):225-227.
Xiu-xia, L., et al, “On Course Parameter On-line Monitoring System of Process control Based on
RS485 Bus” , ICIEA 2009, (2009): 947-949.
Ardiansyah, M., et al, “Sistem Informasi Bencana Banjir (Akusisi Data Multiple Sensor)”, The 13th
Industrial Electronics Seminar 2011 (IES 2011), (2011): 137-150.
Awaludin, A., et al, “Rancang Bangun Alat Pengukur Dan Sistem Jaringan Data CO2 Di Indonesia
Berbasis Web”, Jurnal Sains Dirgantara, Vol 8 No. 1, (2010): 79-101.
Axelson, J., Serial Port Complete:COM Ports, USB Virtual COM Ports, and Ports for Embedded
Systems Second Edition, Madison: Lakeview Research, 2007.
Montiel, F. C., et al, “Microcontroller Hybrid network for distributed Instrumentation”, Jurnal of
Applied Research and Technology, Vol. 2 No. 2, (2004): 179-188.
43
Sistem Komunikasi Sensor Jamak…..
44
Dwi Hanto