embedded wireless sensor node berbasis matchport wi

EMBEDDED WIRELESS SENSOR NODE BERBASIS MATCHPORT WI-FI
DENGAN MIKROKONTROLER AVR ATMEGA32
1
Andry Ongkinata
1
Sekolah Teknik Elektro dan Informatika – ITB
contact:
Andry Ongkinata
Sekolah Teknik Elektro dan Informatika – ITB
Jl.Ganesha 10 Bandung, 40132
Email: [email protected]
Abstrak -Belakangan ini, penggunaan sistem komunikasi
nirkabel(wireless) sebagai media komunikasi pada sistem
jaringan komputer semakin populer. Hal ini membuat
proses pertukaran informasi dan komunikasi menjadi
cepat dan mudah di mana TCP/IP merupakan salah satu
protokol standar dalam komunikasi. Kebutuhan untuk
mengintegrasikan teknologi ini dengan berbagai jenis
peralatan elektronik semakin meningkat. Di sisi lain,
sebagian besar peralatan elektronik hanya menyediakan
akses komunikasi melalui port serial. Tugas akhir ini
bertujuan untuk memberikan salah satu alternatif
pembuatan embedded system wireless node berbasis WiFi. Sistem yang dibuat nantinya dapat digunakan untuk
melakukan fungsi yang kompleks. Untuk itu dalam
sistem ini digunakan mikrokontroler ATMega32.
Perancangan dan implementasi embedded wireless sensor
node pada tugas akhir ini merupakan integrasi dari
beberapa unit. Unit-unit itu antara lain unit MatchPort
yang bertindak sebagai server dan juga tranceiver untuk
komunikasi jaringan wireless, unit ATMega32 yang
digunakan untuk melakukan proses monitoring suhu,
dan unit LM35 sebagai pendeteksi suhu.
Keywords - embedded wireless sensor node, monitoring,
server, Wi-Fi, wireless
I. PENDAHULUAN
Belakangan
ini
penggunaan
sistem
komunikasi
nirkabel(wireless) sebagai media komunikasi pada sistem
jaringan komputer semakin populer. Hal ini membuat proses
pertukaran informasi dan komunikasi menjadi cepat dan
mudah di mana TCP/IP merupakan salah satu protokol
standar
dalam
komunikasi.
Kebutuhan
untuk
mengintegrasikan teknologi ini dengan berbagai jenis
peralatan elektronik semakin meningkat. Di sisi lain,
sebagian besar peralatan elektronik hanya menyediakan
akses komunikasi melalui port serial.
II. PERANCANGAN
Perancangan pada tugas akhir ini bertujuan untuk membuat
suatu embedded wireless sensor node di mana dalam
implementasinya digunakan untuk membuat aplikasi
monitoring suhu berbasis Wi-Fi. Secara garis besar,
perancangan embedded wireless sensor node ini dibagi
menjadi tiga bagian yaitu perancangan perangkat keras,
perancangan konfigurasi MatchPort dan perancangan
perangkat lunak pada ATMega32. Seperti terlihat pada
Gambar 1, unit MatchPort harus dirancang sebagai server
dan digunakan modul tranceiver dan modul komunikasi
serial yang diatur oleh firmware dari MatchPort. Gambaran
arsitektur dari konfigurasi MatchPort yang diatur oleh
firmware MatchPort ditunjukkan pada
Gambar 2.
Komunikasi serial diatur oleh driver tersendiri untuk
kemudian diteruskan oleh server ke client yang telah
terkoneksi dan data dikirimkan ke client melalui tranceiver
Wi-Fi.
Untuk unit sistem minimum AVR, harus dirancang agar
dapat melakukan komunikasi serial serta pembacaan suhu
melalui modul ADC yang semuanya itu diatur pada
perangkat lunak yang diprogram ke ATMega32 yang
digunakan. Gambaran arsitektur perangkat lunak dari
ATMega32 ditunjukkan pada Gambar 3. Pada perancangan
perangkat lunak ATMega32 ini, terdapat dua buah proses
utama. Proses yang pertama adalah proses pada program
utama dan proses interrupt timer. Di sini, dapat dikatakan
interrupt timer berjalan pada foreground sedangkan program
utama berjalan sebagai background. Hal ini dilihat dari sudut
pandang di mana interrupt timer memiliki prioritas paling
tinggi.
Tugas akhir ini bertujuan untuk memberikan salah satu
alternatif pembuatan embedded system wireless node
berbasis Wi-Fi. Sistem yang dibuat nantinya dapat
digunakan untuk melakukan fungsi yang kompleks. Untuk
itu dalam sistem ini digunakan mikrokontroler ATMega32.
Dalam tugas akhir ini, penulis akan mengimplementasikan
sistem monitoring berupa monitoring suhu berbasis
komunikasi Wi-Fi dengan menggunakan embedded system
berbasis Matchport Wi-Fi dengan mikrokontroler AVR
ATMega32 yang telah dirancang.
Gambar 1: Arsitektur embedded wireless sensor node yang dibuat
dengan baud rate 9600 bps, bentuk frame berupa 8-bit data,
No parity, dan 1 stop-bit. Tidak digunakan flow control pada
komunikasi serial MatchPort.
MatchPort
Connection List
Server
Wi-Fi
tranceiver
recv
send
send
Wi-Fi transceiver
driver
Serial communication
driver
recv
Serial port
Gambar 2: Arsitektur kerja firmware pada MatchPort
Sistem Mikroprosesor
Temperature
Data
Controller
ADC
Module
Read
Temperature
Interrupt
timer
Serial communication
driver
send
recv
Serial port
Gambar 3: Arsitektur perangkat lunak pada ATMega32
III. IMPLEMENTASI
Pada implementasinya, antara ATMega32 dengan MatchPort
dihubungkan dengan sebuah kabel serial di mana digunakan
untuk proses komunikasi serial antara kedua modul RS-232
dari kedua unit. Untuk pembacaan suhu, digunakan
perangkat LM35 yang dihubungkan dengan port A pada
ATMega32 menggunakan sebuah kabel pita. Integrasi ketiga
unit ini ditunjukkan pada Gambar 4.
Konfigurasi yang dilakukan pada MatchPort meliputi
konfigurasi server, channel 1, dan WLAN. Konfigurasi
server dilakukan untuk menentukan kerja MatchPort sebagai
server, konfigurasi channel 1 untuk pengaturan komunikasi
serial MatchPort, dan WLAN untuk konfigurasi WLAN dari
MatchPort.
MatchPort b /g
Untuk implementasi perangkat lunak pada tugas akhir ini
digunakan bahasa C dengan compiler gcc dari aplikasi
WinAVR-20071221. Sesuai dengan perancangan, program
utama cukup sederhana di mana melakukan polling terhadap
input dari komunikasi serial yang masuk kemudian
melakukan parsing input untuk mengetahui input apa yang
masuk dan menjalankan perintah sesuai dengan input yang
dimasukkan.
Sistem hanya dapat menerima tiga buah input yaitu get,
start, dan stop. Input get akan membuat sistem melakukan
pembacaan suhu dan melaporkan hasilnya. Input start akan
membuat sistem melakukan pembacaan suhu dan
melaporkan hasilnya secara berkala. Khusus untuk input
start ini, disertakan nilai interval pembacaan suhu. Sebagai
gambaran, input: start 15. Input ini menandakan sistem akan
melakukan pembacaan suhu setiap 15 detik. Input stop akan
menghentikan proses pembacaan suhu yang dilakukan secara
berkala tadi.
IV. PENGUJIAN
Untuk melakukan pengujian terhadap sistem, digunakan
sebuah PC yang berfungsi sebagai client. Pada PC dibuat
sebuah aplikasi menggunakan Win32 API. Aplikasi ini
berfungsi untuk melakukan monitoring suhu dari embedded
wireless sensor node yang dibuat. Dengan aplikasi ini, user
dapat membangun koneksi dengan embedded wireless
sensor node dan dapat mengirimkan perintah (command)
kepada embedded wireless sensor node untuk melakukan
monitoring suhu. Interaksi antara PC dengan embedded
wireless sensor node ditunjukkan pada Gambar 5.
PC yang digunakan sebagai client harus terhubung ke
jaringan yang dapat memiliki akses pada embedded wireless
sensor node. Pada pengujian ini, disediakan media
konektivitas ke jaringan bagi PC berupa sebuah modul
transceiver Wi-Fi. Selain itu, PC juga dapat dihubungkan ke
jaringan melalui koneksi ethernet.
LM35
MatchPort
development
board
Sistem
Minimum AVR
Gambar 4: Integrasi dari ketiga unit yang digunakan pada
Embedded Wireless Sensor Node
Gambar 5: Gambaran interaksi PC dengan Embedded Wireless
Sensor Node
Pada konfigurasi server, MatchPort dikonfigurasikan untuk
mengunakan koneksi wireless, dan juga dengan alamat IP
static, dalam implementasi kali ini alamat IP MatchPort
adalah 167.205.67.68. Konfigurasi channel 1 pada matchport
dibuat agar komunikasi serial pada matchport bekerja
Pengujian sistem dilakukan dengan beberapa mode
komunikasi antara lain mode komunikasi ad-hoc dan melalui
infrastruktur jaringan. Pada komunikasi melalui infrastruktur
jaringan, dilakukan percobaan terhadap koneksi dengan
multiple client. Pada pengujian dengan multiple client ini,
terlihat bahwa jika salah satu client sedang membangun
koneksi dengan embedded wireless sensor node, client
tersebut dapat berinteraksi dengan baik. Namun di sisi lain,
client yang lain, katakanlah client2 tidak dapat membangun
koneksi dengan embedded wireless sensor node. Jika
koneksi dengan client sebelumnya terputus dan tidak ada
koneksi lagi dari client lain, maka client2 tadi dapat
membangun koneksi dan dapat berinteraksi dengan baik.
Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa server yang
berjalan pada unit MatchPort bekerja secara single threat
sehingga hanya dapat digunakan untuk melayani satu buah
koneksi. Secara umum, hasil pengujian menunjukkan bahwa
sistem dapat bekerja dengan baik dan benar secara
fungsional.
threat sehingga hanya dapat digunakan untuk melayani satu
buah koneksi.
Dari pengukuran yang dilakukan, dapat dilihat bahwa baud
rate maksimal yang dapat dicapai pada komunikasi serial
antara unit MatchPort dengan unit ATMega32 di dalam
implementasi embedded wireless sensor node adalah
230400 bps. Nilai ini merupakan nilai maksimum yang valid
pada modul komunikasi serial MatchPort. Jadi, bottleneck
dari baud rate pada komunikasi serial ini terdapat pada
MatchPort.
Dari pengukuran kuat arus yang dilakukan dapat dihitung
penggunaan daya maksimum. Pengukuran dilakukan pada
dua keadaan (state), yaitu saat idle di mana unit belum
terkoneksi dengan client manapun, dan saat kerja di mana
unit telah terkoneksi dengan sebuah client dan melakukan
monitoring suhu. Pada mode idle, unit ATMega32 akan
melakukan polling untuk mengecek data serial sedangkan
unit MatchPort melakukan polling terhadap koneksi dengan
client. Pembagian state ini didasarkan pada software yang
diimplementasikan. pada kondisi sistem idle, dan ketika
sistem sedang bekerja. Daya maksimum yang dikonsumsi
ketika sistem dalam kondisi idle adalah 0,586 Watt dan daya
yang dikonsumsi ketika sistem sedang bekerja adalah 0,607
Watt. Dari nilai tersebut, dapat disimpulkan bahwa konsumsi
daya dari sistem ini relatif kecil.
V. SARAN
Gambar 6: Tampilan aplikasi pada PC
V. KESIMPULAN
Perancangan dan implementasi embedded wireless sensor
node pada tugas akhir ini merupakan integrasi dari beberapa
unit. Unit-unit itu antara lain unit MatchPort yang bertindak
sebagai server dan juga tranceiver untuk komunikasi
jaringan wireless, unit ATMega32 yang digunakan untuk
melakukan proses monitoring suhu, dan unit LM35 sebagai
pendeteksi suhu. Sistem yang dibangun dapat berjalan
dengan baik sesuai dengan fungsinya. Maka dapat
disimpulkan bahwa suatu sistem embedded wireless node
berbasis Wi-Fi dapat dibangun dengan mengintegrasikan
MatchPort dan mikrokontroler AVR ATMega32.
Pada pengujian embedded wireless sensor node yang dibuat
pada tugas akhir ini dengan sebuah sistem dengan multiple
client, terlihat bahwa jika salah satu client sedang
membangun koneksi dengan embedded wireless sensor
node, client tersebut dapat berinteraksi dengan baik. Namun
di sisi lain, client yang lain, katakanlah client2 tidak dapat
membangun koneksi dengan embedded wireless sensor
node. Jika koneksi dengan client sebelumnya terputus dan
tidak ada koneksi lagi dari client lain, maka client2 tadi
dapat membangun koneksi dan dapat berinteraksi dengan
baik. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa server
yang berjalan pada unit MatchPort bekerja secara single
Jika memang dibutuhkan proses interaksi lebih dari satu
client pada perangkat embedded wireless sensor node yang
dibuat, maka di sisi client harus terdapat mekanisme untuk
dapat memutuskan koneksi setelah menerima data. Jadi
setiap client akan membentuk koneksi terlebih dahulu,
berinteraksi, kemudian memutuskan koneksinya agar
embedded wireless sensor node dapat di akses oleh client
yang lain.
Perlu dilakukan modifikasi pada perangkat lunak ATMega32
untuk menggunakan mode power sleep pada ATMega32
ketika sedang dalam kondisi idle. Proses ini akan lebih
menghemat penggunaan daya pada sistem.
Untuk pengembangan selanjutnya, sistem yang telah dibuat
dapat diintegrasikan dengan solar cell sebagai sumber catu
daya sistem. Mengingat penggunaan daya yang tidak terlalu
besar, penggunaan sollar cell dirasa cukup untuk digunakan
sebagai sumber catu daya sistem.
VI. DAFTAR PUSTAKA
[1] E. Comer, Douglas, Computer Networks And Internets Second
Edition, Prentice-Hall International Inc.
[2] Mulyanta, Edi S., Pengenalan Protokol Jaringan Wireless
Komputer. Penerbit ANDI.
[3] Pardue, Joe. C Programming for Microcontrollers, Smiley
Micros.
[4] ______________ Datasheet:8 bit AVR Microcontroller with
32K Bytes In-System Programmable Flash, ATmega32
ATmega 32L, Atmel Corporation
[5] _____________ MatchPort b/g User Guide, Lantronix.
[6] _____________ MatchPort b/g Integration Guide, Lantronix.
[7] _____________ MatchPort b/g Quick Start Guide, Lantronix.
[8] _____________ Datasheet: LM35 Precision Centigrade
Temperature Sensors, National Semiconductor
[9] http://www.lantronix.com/learning/networking.html
[10] Petzold, Charles, Programming Windows Fifth Edition,
Microsoft Programming Series.