7306030001 Moch Harun Arrosyid Buku PA

FINAL PROJECT

IMPLEMENTATION OF WIRELESS SENSOR NETWORK FOR MONITORING PARAMETERS AS GOOD SERVICES ELECTRICAL DISTRIBUTOR

By : Moch Harun Arrosyid NRP. 7306030001

Supervisors : Ir. Anang Tjahjono , MT NIP. 196411191988031001 Epyk Sunarno, S.ST NIP. 196207231991031002

ELECTRIC INDUSTRY ENGINEERING ELECTRONICS ENGINEERING POLYTECHNIC INSTITUTE OF SURABAYA INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2009i

PROYEK AKHIR

IMPLEMENTASI WIRELESS SENSOR NETWORK UNTUK MONITORING PARAMETER ENERGI LISTRIK SEBAGAI PENINGKATAN LAYANAN BAGI PENYEDIA ENERGI LISTRIK

Oleh: Moch Harun Arrosyid NRP. 7306030001

Dosen Pembimbing : Ir. Anang Tjahjono , MT NIP. 196411191988031001 Epyk Sunarno, S.ST NIP. 196207231991031002

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2009i

FINAL PROJECT IMPLEMENTATION OF WIRELESS SENSOR NETWORK FOR MONITORING PARAMETERS AS GOOD SERVICES ELECTRICAL DISTRIBUTOR

By : Moch Harun Arrosyid NRP. 7306030001

Supervisors : Ir. Anang Tjahjono , MT NIP. 196411191988031001 Epyk Sunarno, S.ST NIP. 196207231991031002

ELECTRIC INDUSTRY ENGINEERING ELECTRONICS ENGINEERING POLYTECHNIC INSTITUTE OF SURABAYA INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2009ii

PROYEK AKHIR IMPLEMENTASI WIRELESS SENSOR NETWORK UNTUK MONITORING PARAMETER ENERGI LISTRIK SEBAGAI PENINGKATAN LAYANAN BAGI PENYEDIA ENERGI LISTRIK

Oleh: Moch Harun Arrosyid NRP. 7306030001

Dosen Pembimbing : Ir. Anang Tjahjono , MT NIP. 196411191988031001 Epyk Sunarno, S.ST NIP. 196207231991031002

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2009ii

IMPLEMENTASI WIRELESS SENSOR NETWORK UNTUK MONITORING PARAMETER ENERGI LISTRIK SEBAGAI PENINGKATAN LAYANAN BAGI PENYEDIA ENERGI LISTRIKOleh : Moch Harun Arrosyid NRP. 7306030001 Proyek Akhir ini Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Ahli Madya (A.Md.) di Politeknik Elektronika Negeri Surabaya Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Disetujui Oleh Dosen Penguji Proyek Akhir : Dosen Pembimbing:

1. Ir. Joke Pratilastiarso , MT NIP. 196209201988031002

1. Ir. Anang Tjahjono , MT NIP. 196411191988031001

2. Ir. Gigih Prabowo ,MT NIP. 196212051991031003

2. Epyk Sunarno, S.ST NIP. 196207231991031002

3. Rusiana, ST NIP. 195701261990032001 Mengetahui : Ketua Jurusan Teknik Elektro Industri

Ainur Rofiq Mansur ST, MT NIP. 196407131989031005 iv

ABSTRAKPertumbuhan energi listrik terus meningkat dari waktu ke waktu sejalan dengan meningkatnya kegiatan ekonomi dan kesejahteraan masyarakat. Energi listrik merupakan salah satu kebutuhan utama masyarakat. Oleh karena itu, untuk meyakinkan konsumen kualitas energi listrik yang dikonsumsi, perlu dilakukan monitoring energi listrik. Wireless Sensor Network (WSN) merupakan suatu jaringan nirkabel yang terdiri dari beberapa sensor (sensor node) yang diletakkan ditempat - tempat yang berbeda untuk memonitoring kondisi suatu plan. Untuk proyek akhir kali ini, parameter energi listrik yang dimonitoring adalah tegangan, arus, frekuensi dan beda phase. Untuk memperoleh data tersebut kami menggunakan beberapa sensor yaitu, trafo tegangan (stepdown), trafo arus, zero crossing detector dan gerbang exor sebagai pendeteksi beda phasa. Data parameter energi listrik pada setiap sensor node dikirimkan secara nirkabel menggunakan RF modules ke gateway. Pada sisi gateway akan terkoneksi gprs menggunakan modem gprs (sim300c) dan mengirim paket paket data ke web database. Konsumen dapat mengakses data data tersebut melalui telepon genggam ke web yang terkoneksi database. Pada web tersebut akan ditampilkan data data nilai energi listrik sesuai waktu dan wilayah yang ingin ditampilkan. Sehingga dapat meyakinkan konsumen akan energi listrik yang dikonsumsi selama ini. Pengiriman data secara nirkabel menggunakan RF modules dapat diandalkan, karena pada pengiriman 1000 data, hanya terjadi kehilangan data kurang dari 0.7 % dari data yang dikirim. RF modules mempunyai kehandalan pada jarak pengiriman data yaitu pada jarak 300 meter masih dapat mengirim data tanpa losses. Output dari sensor arus, tegangan, frekuensi dan beda phasa cukup bagus karena perubahannya cukup linier dan sebanding dengan perubahan pada sisi input.

Kata Kunci : Monitoring listrik, komunikasi nirkabel, koneksi GPRS, database

v

ABSTRACTThe growth of electricity keep increasing from time to time in line with increased economic activities and welfare of the society. Electricity is one of our primary need. Thats why to convince consumer about quality of electricity, we need to monitor it. Wireless Sensor Network (WSN) is a wireless network consisting of spatially distributed autonomous devices using sensors to cooperatively monitor physical phenomenon. For this final project, sensor node will sense voltage, current, frequency and power factor. To get the data, we use several sensors, these are voltage transformer, current transformer, zero crossing and exor gate to detect the difference of phase. All datas of electrical parameter of each node will be sent to the gateway by using RF modules. The gateway will connect to GPRS by using GPRS modem (sim300c) and then send packet data to the web database. Consumer can access the data by using their mobile phone to the available web that connected to the database. In that web, it will show the quality of electricity in accordance with the expected. So, it can convince consumer about quality of electricity that consumed during this time. Transmitting data using RF module can be reliable, because for sending 1000 datas, it only loses data less than 0.7 % from sent data. RF module is reliable to send data in distance, it can send data in distance 300 meters without losing data. The Output of sensors are good enough, because it change proportionally to the input of sensors. Keywords : Monitoring electricity, wireless communication, GPRS connection, database

vi

KATA PENGANTARAlhamdulillah, segala puji syukur bagi Allah SWT karena berkat rahmat dan hidayah-Nya, penulis dapat menyelesaikan proyek akhir yang berjudul :IMPLEMENTASI WIRELESS SENSOR NETWORK UNTUK MONITORING PARAMETER ENERGI LISTRIK SEBAGAI PENINGKATAN LAYANAN BAGI PENYEDIA ENERGI LISTRIK

Pembuatan dan penyusunan proyek akhir ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan studi Diploma-3 (D3) dan memperoleh gelar Ahli Madya (A.Md.) di jurusan Teknik Elektro Industri, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Penulis berusaha secara optimal dengan segala pengetahuan dan informasi yang didapatkan dalam menyusun laporan proyek akhir ini. Namun, penulis menyadari berbagai keterbatasannya, karena itu penulis memohon maaf atas keterbatasan materi laporan proyek akhir ini. Penulis sangat mengharapkan masukan berupa saran dan kritik yang membangun demi kesempurnaan laporan proyek akhir ini. Demikian besar harapan penulis agar laporan proyek akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca.

Surabaya, 10 Juli 2009

Penulis

vii

UCAPAN TERIMA KASIHDengan penuh rasa syukur kehadirat Allah S.W.T dan tanpa menghilangkan rasa hormat yang mendalam, saya selaku penyusun dan penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada pihakpihak yang telah membantu penulis untuk menyelesaikan proyek akhir ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Kedua orang tuaku tercinta dan kakakku tersayang yang selalu memberi dukungan dan mendoakan dalam proses belajar dan penyelesaian proyek akhir ini. 2. Bapak Ir. Dadet Pramadihanto, M.Eng, Ph.D. selaku direktur PENS-ITS. 3. Bapak Ainur Rofiq Mansur ST, MT selaku ketua jurusan Teknik Elektro Industri PENS-ITS. 4. Bapak Ir. Anang Tjahjono , MT dan Bapak Epyk Sunarno, S.ST selaku dosen pembimbing proyek akhir saya yang dengan sabar membimbing saya dalam perencanaan dan pengerjaan proyek akhir ini. 5. Bapak Ir. Joke Pratilastiarso, MT, Bapak Ir. Gigih Prabow , MT dan Ibu Rusiana, ST selaku dosen penguji proyek akhir yang telah menguji dan memberikan pengarahan terhadap proyek akhir yang saya kerjakan. 6. Bapak Agus Indra Gunawan, Bapak Taufik, Bapak Safroodin, Bapak Darwis dan Mas Ismail yang telah membantu dalam pengerjaan proyek akhir ini. 7. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah membimbing dan membekali ilmu kepada saya ketika belajar di PENS ITS. 8. Mas Eka yang sering mengajari logika pemrograman dan membuat rangkaian. 9. Hendi, Ridwan, Syaiful, Sholeh, Nurul Imania, Mas Toufan, Handoko, Roni, Lutfi, Harto dan teman teman lab TA Elin A D3 untuk dukungan dan bantuannya. 10. Semua pihak yang telah membantu penulis hingga terselesainya proyek akhir ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Semoga Allah S.W.T selalu memberikan perlindungan, rahmat dan nikmat-Nya bagi kita semua. Amin

viii

DAFTAR ISIHALAMAN JUDUL ....................................................................... HALAMAN PENGESAHAN ......................................................... ABSTRAK ....................................................................................... ABSTRACT ..................................................................................... KATA PENGANTAR ..................................................................... UCAPAN TERIMA KASIH........................................................... DAFTAR ISI.................................................................................... DAFTAR GAMBAR ....................................................................... DAFTAR TABEL............................................................................ BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ........................................................... 1.2 Tujuan Proyek Akhir .................................................. 1.3 Perumusan Masalah .................................................... 1.4 Batasan Masalah ........................................................ 1.5 Metodologi.................................................................. 1.6 Sistematika Pembahasan............................................. BAB II. TEORI PENUNJANG 2.1 Wireless Sensor Network ........................................... 3.1 Sensor ......................................................................... 2.2 Mikrokontroller........................................................... 2.3 Komunikasi serial ....................................................... 2.4 X-Bee PRO RF Module .............................................. 2.5 Real Time Clock ......................................................... 2.6 Memory Card (SD Card)............................................. 2.7 CodeVisionAVR ......................................................... 2.8 Bahasa C...................................................................... 2.9 Protokol ....................................................................... 2.10 GPRS........................................................................... 2.11 WAP............................................................................ 2.12 Database ...................................................................... i ii iii iv v vi vii ix xi

1 1 1 2 2 3

5 7 10 11 12 14 15 17 19 21 22 23 23

BAB III. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN HARDWARE DAN SOFTWARE 3.1 Konfigurasi Sistem ..................................................... 25 ix

3.2 Perancangan dan Pembuatan Alat................................ 3.3 Perancangan dan Pembuatan Perangkat Lunak ........... BAB IV. PENGUJIAN DAN ANALISA 4.1 Pengujian Perangkat Keras .......................................... 4.1.1 Data Sensor Arus ................................................ 4.1.2 Data Sensor Tegangan ........................................ 4.1.3 Zerro Crossing .................................................... 4.1.3 Pengujian Pengiriman Data XBee PRO.............. 4.1.4 Pengiriman data melalui koneksi GPRS ............. 4.1.5 Web pada ponsel................................................. 4.2 Analisa.........................................................................

27 32

37 37 38 40 41 47 49 50

BAB V.

PENUTUP 5.1 Kesimpulan ................................................................. 4.2 Saran ............................................................................

51 51

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

x

DAFTAR GAMBARGambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 2.7 Gambar 2.8 Gambar 2.9 Gambar 2.10 Gambar 2.11 Gambar 2.12 Gambar 2.13 Gambar 2.14 Gambar 2.15 Gambar 2.16 Komponen WSN ...................................................... Topologi untuk WSN ............................................... Komponen Pada setiap node pada WSN.................. Rangkaiang dasar trafo............................................. Rangkaian ekivalen trafo arus .................................. Rangkaian zerro crossing ..................................... 5 6 6 7 8 9 10 10 12 15 16 16 17 17 18 18 19 19 2526

Rangkaian zero crossing dan EXOR untuk mendapatkan nilai beda phase .................. Blok diagram sistem mikrokontroller...............

Pin konfigurasi XBee PRO ...................................... Pin konfigurasi DS1307 .......................................... Timing diagram perintah reset.................................. Timing diagram perintah init.................................... Timing diagram perintah read .................................. Timing diagram perintah write ................................. Memulai project baru pada CodeVision AVR.......... Memilih IC, clock dan kebutuhan program yang akan dibuat pada wizard ........................................... Gambar 2.17 Generate , save c file, project file dan wizard........... Gambar 2.18 Mendownload program ke mikrokontroller.............. Gambar 3.1 Konfigurasi sistem WSN.......................................... Gambar 3.2 Blok diagram WSN untuk monitoring parameter listrik ... Gambar 3.3 Gambar 3.4 Rangkaian minimum sistem ATMega 128............... Gambar 3.5 Rangkaian konverter TTl to RS-232 ........................ Gambar 3.6 Rangkaian modul radio frekuensi (XBee PRO) ....... Gambar 3.7 Rangkaian real time clock (DS1307) ....................... Gambar 3.8 Rangkaian penyimpan data (SD Card) ..................... Gambar 3.9 Rangkaian sensor node............................................. Gambar 3.10 Modem GPRS .......................................................... Gambar 3.11 Rangkaiang dasar trafo............................................. Gambar 3.12 Rangkaian zero crossing........................................... Gambar 3.13 Rangkaian zero crossing dan EXOR untuk mendapatkan nilai beda phase ..................... Gambar 3.14 Flowchart sistem sensor node .................................. Gambar 3.15 Flowchart komunikasi data sisi Gateway.......................... xi

27 28 28 29 29 30 30 31 32

323336

Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Gambar 4.7 Gambar 4.8 Gambar 4.9 Gambar 4.10 Gambar 4.11 Gambar 4.12 Gambar 4.13 Gambar 4.14 Gambar 4.15

Grafik tegangan output AC sisi sekunder terhadap arus input AC sisi primer transformator arus ............. Gelombang tegangan (arus di parallel resistor) pada sisi sekunder............................................................... Grafik tegangan output AC terhadap tegangan input AC pada transformator tegangan ...................... Contoh gambar tegangan AC, f = 50Hz pada sisi sekunder trafo tegangan .............................. Tegangan pada sisi sekunder trafo tegangan dengan bentuk gelombang sinus ................................ Hasil zero crossing dari gelombang sinus menjadi gelombang kotak .......................................... Grafik kualitas penerimaan data baud rate 9600........ Grafik kualitas penerimaan data baud rate 4800........ Grafik kualitas penerimaan data baud rate 19200...... Grafik kualitas penerimaan data baud rate 38400...... Grafik kualitas penerimaan data baud rate 57600...... Grafik kualitas penerimaan data baud rate 115200.... Tampilan web pada telepon gengam ......................... Tampilan input web pada telepon genggam............... Tampilan output web pada telepon genggam.............

38 38 39 40 40 41 44 45 45 46 46 47 49 49 50

xii

DAFTAR TABELTabel 2.1 Tabel 2.2 Tabel 2.3 Tabel 2.4 Tabel 4.1 Tabel 4.2 Tabel 4.3 Tabel 4.4 Tabel 4.5 Tabel 4.6 Tabel 4.7 Tabel 4.8 Keterangan pin konfigurasi XBee PRO .................... Data pada bahasa C................................................... Operator arimatika yang digunakan di bahasa C ...... Operator logika yang biasa digunakan di bahasa C .. Pengukuran sensivitas sensor arus ............................ Pengukuran sensivitas sensor tegangan .................... Pengukuran kualitas pengiriman data dari XBee Pro dengan baud rate 4800bps .................... Pengukuran kualitas pengiriman data dari XBee Pro dengan baud rate 9600 bps ................... Pengukuran kualitas pengiriman data dari XBee Pro dengan baud rate 19200bps .................. Pengukuran kualitas pengiriman data dari XBee Pro dengan baud rate 38400bps .................. Pengukuran kualitas pengiriman data dari XBee Pro dengan baud rate 157600bps ................ Pengukuran kualitas pengiriman data dari XBee Pro dengan baud rate 115200bps ................ 13 20 21 21 37 39 41 42 42 43 43 44

xiii

BAB I PENDAHULUAN1.1 LATAR BELAKANG Dengan meningkatnya kegiatan ekonomi dan kesejahteraan masyarakat maka akan menuntut kebutuhan energi listrik yang terus meningkat. Energi listrik merupakan salah satu kebutuhan utama masyarakat. Oleh karena itu, untuk meyakinkan konsumen kualitas energi listrik yang dikonsumsi, perlu dilakukan monitoring energi listrik. Wireless Sensor Network (WSN) merupakan suatu jaringan nirkabel yang terdiri dari beberapa sensor (sensor node) yang diletakkan ditempat - tempat yang berbeda untuk memonitoring kondisi suatu plan. Kita biasa menyebutnya sensor node, dimana sensor sensor tersebut akan mendeteksi obyek dan mengirim data dengan nirkabel (xbee - pro) ke gateway. Untuk proyek akhir kali ini obyek yang dideteksi adalah tegangan, arus, frekuensi dan beda phase. Pada sisi gateway akan terkoneksi GPRS menggunakan modem GPRS (sim300c) dan mengirim paket paket data ke web database. Konsumen dapat mengakses data data tersebut melalui telepon gengam ke web yang terkoneksi database. Pada web tersebut akan ditampilkan data data nilai energi listrik sesuai waktu dan titik yang ingin ditampilkan. Sehingga dapat meyakinkan konsumen akan energi listrik yang dikonsumsi selama ini. 1.2 TUJUAN PROYEK AKHIR Proyek Akhir ini bertujuan untuk memonitoring beberapa parameter energi listrik sebagai informasi ke konsumen atas energi listrik yang digunakan. Penggunaan komunikasi nirkabel dan koneksi GPRS membuat pengiriman data lebih fleksibel dan tidak terbatas oleh jarak (selama masih ada koneksi internet). 1.3 PERUMUSAN MASALAH Permasalahan dalam proyek akhir ini adalah: Bagaimana memonitoring parameter energi listrik

1.

1

2.

3.

Bagaimana mengirim data data parameter energi listrik tersebut secara nirkabel ke gateway, dan gateway mengirimnya ke server menggunakan koneksi GPRS. Bagaimana mengakses database melalui WAP (dari telepon genggam).

1.4 BATASAN MASALAH Batasan masalah dalam pengerjaan proyek akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Monitoring yang dilakukan terdapat pada 3 titik (node) dan satu gateway. 2. Parameter energi listrik yang dimonitoring adalah tegangan, arus, frekuensi dan beda phase. 3. Sistem Komunikasi dilakukan pada satu area terbuka (outdoor) tanpa halangan. 1.5 METODOLOGI Metodologi dalam pembuatan proyek akhir ini meliputi : 1.5.1 Pemahaman Materi Pada tahap ini dilakukan upaya memahami materi dari beberapa literatur yang digunakan baik berupa buku, website atau jurnal ilmiah tentang wireless sensor network, topologi, komunikasi serial, bahasa pemrograman C++ (codevision AVR), koneksi GPRS, WAP dan lainlain yang dapat membantu penyelesaian proyek akhir ini. 1.5.2 Perancangan dan Pembuatan Sistem Pada tahap ini yang dilakukan adalah perencanan dan pembuatan hardware dari sensor node, gateway, sensor interface, beserta sistem komunikasi antara node dengan gateway dan web dari WAP dan database.

2

1.5.3 Uji Coba Sistem Pada tahap ini dilakukan uji coba hardware dan program untuk mengetahui hasil dari integrasi hardware dan program yang telah dibuat, serta melakukan perbaikan apabila terjadi kesalahan pada hardware atau program. 1.5.4 Analisa Hasil Program Pada tahap terakhir ini dilakukan analisa terhadap hasil sistem yang telah diuji coba Serta mengambil suatu kesimpulan dari hasil uji coba. 1.6 SISTEMATIKA PEMBAHASAN Sistematika pembahasan dalam penyusunan buku proyek akhir ini adalah sebagai berikut : BAB I PENDAHULUAN Menguraikan secara singkat latar belakang, tujuan proyek akhir, perumusan masalah, batasan masalah, metodologi dan sistematika pembahasan. BAB II TEORI PENUNJANG Menjelaskan landasan teori tentang Wireless Sensor Network, sensor, mikrokontroller, komunikasi serial, XBee PRO RF Module, protokol, Real Time Clock, SD Card, CodeVisionAVR, Bahasa C, Modem GPRS, WAP, Database. BAB III PERANCANGAN DAN DAN SOFTWARE PEMBUATAN HARDWARE

Dalam bab ini akan diuraikan tentang tahap perencanaan serta proses pembuatan perangkat keras (hardware) dan pembuatan perangkat lunak (software).

3

BAB IV ANALISA HASIL PENGUJIAN Bab ini membahas tentang pengujian rangkaian pada masing masing blok dan secara menyeluruh sehingga kekurangan dari alat tersebut dapat diketahui, serta berisi data dan analisa dari hasil pengujian yang telah dilakukan. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini merupakan bab penutup dimana pengambilan kesimpulan dari analisa dan hasil pengujian yang telah diperoleh. DAFTAR PUSTAKA Pada bagian ini berisi tentang referensi-referensi yang telah dipakai oleh penulis sebagai acuan dan penunjang serta parameter yang mendukung penyelesaian proyek akhir ini baik secara praktis maupun teoritis.

4

BAB II TEORI PENUNJANG2.1 Wireless Sensor Network (WSN) Wireless Sensor Network (WSN) atau sensor jaringan nirkabel merupakan suatu jaringan nirkabel yang terdiri dari beberapa sensor (sensor node) yang diletakkan ditempat - tempat yang berbeda untuk memonitoring kondisi suatu plan. Pada gambar 2.1 ditunjukkan komponen dari WSN.

Gambar 2.1. Komponen WSN1 Sebuah WSN dapat menghemat waktu dan biaya untuk penyebaran sensor, menambah efisiensi dan mudah perawatannya. Beberapa keuntungan WSN adalah sebagai berikut : 1. Penyebaran yang flexibel, tidak seperti tradisional wired sensor network, sebuah sensor node dapat terdistribusi secara acak tanpa memperhatikan batasan tempat, seperti flexibelitas yang memungkinkan pada tempat yang sulit dicakup. 2. Jaringan yang dimanis, hubungan jaringan dapat juga disesuaikan secara dinamis dan otomatis untuk menyesuaikan perubahan yang dinamis seperti penambahan node atau ada kerusakan pada sebuah atau beberapa node. 3. Tahan terhadap gangguan (rusak), karena jumlah sensor yang banyak dan hubungan topologi yang kompleks, lebih dari satu hubungan

1

__, What Is a Wireless Sensor Network?. diakses tanggal 1 pebuari 2009 , NI Developer Zone, National Instruments http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/8707, hal 3

5

komunikasi biasanya ada. jika satu hubungan komunikasi rusak, pengiriman data tidak akan berhenti . WSN secara umum mempunyai 3 buah topologi (star, tree dan mesh) seperti ditunjukkan pada gambar 2.2. 1. Topologi Bintang (Star Topology), pada topologi ini setiap node dapat terhubung langsung ke gateway. 2. Topologi Pohon (Tree Topology), pada topologi ini setiap node terhubung ke node yang lebih tinggi pada tree (yang terdekat dengan gateway) baru kemudian ke gateway. 3. Topologi Bertautan (Mesh Topology), dimana setiap node dapat terhubung lebih dari satu node pada sistem dan mengirim data melalui jalur yang paling memungkinkan.

Gambar 2.2. Topologi untuk WSN2 Setiap node pada WSN terdiri dari beberapa komponen, yaitu modul radio frekuensi (komunikasi nirkabel), baterai, mikrokontroller, rangkaian analog dan sensor. Pada gambar 2.3 ditunjukkan komponen dari sensor node.

Gambar 2.3. Komponen pada setiap node pada WSN32 3

Ibid, hal 5 Ibid, hal 6

6

Beberapa penggunaan WSN adalah otomasi industri, kontrol dan managemen energi, monitoring mesin - mesin kesehatan, monitoring lingkungan untuk keperluan kesehatan, monitoring arus lalu-lintas, monitoring bencana alam (pencatatan gempa), monitoring polusi, monitoring hewan liar, monitoring parameter energi listrik dan lain-lain. Sensor sensor tersebut akan mendeteksi obyek dan mengirim data dengan nirkabel ke gateway. Sensor sensor yang digunakan dapat bermacam macam, tergantung dari plan yang dikerjakan. 2.2 SENSOR 2.2.1 Sensor Tegangan

Gambar 2.4. Rangkaian dasar trafo4 Untuk membaca nilai tegangan dari PLN, digunakan Transformator tegangan yang difungsikan step down. Transformator penurun tegangan (step down) seperti pada gambar 2.4 merupakan transformator yang mengubah tegangan bolakbalik yang tinggi pada sisi primer menjadi tegangan yang rendah pada sisi sekunder, transformator penurun tegangan mempunyai jumlah lilitan (kumparan) pada sisi primer yang lebih banyak dari pada jumlah lilitan (kumparan) pada sisi sekunder dan dilambangkan sebagai berikut : (Np > Ns) = Jumlah kumparan primer lebih banyak dari jumlah kumparan sekunder. Vp/Vs = Np/Ns4

Setiawan,Rumusan Dasar Trafo, diakses pada tanggal 1 Agustus 2009, geocities http://www.geocities.com/sap_tech_talk/Formula_Trafo.htm, hal 1

7

Dimana :

Vp= tegangan sisi primer Vs= tegangan sisi sekunder Np= Belitan sisi primer Ns= Belitan sisi sekunder

2.2.2 Sensor Arus Transformator arus digunakan untuk pengukuran arus yang besarnya ratusan amper dari arus yang mengalir dalam jaringan tegangan tinggi. Kumparan primer transformator arus dihubungkan seri dengan jaringan atau peralatan yang akan diukur arusnya, sedangkan kumparan sekunder dihubungkan dengan meter atau relay proteksi. Jika pada kumparan primer mengalir arus I1, maka pada kumparan primer timbul gaya gerak magnet sebesar N1I1. Gaya gerak magnet ini menghasilkan fluks pada inti, kemudian membangkitkan gaya gerak listrik (GGL) pada kumparan sekunder. Jika terminal kumparan sekunder tertutup, maka pada kumparan sekunder mengalir arus I2 , arus ini menimbulkan gaya gerak magnet N2I2 pada kumparan sekunder. Bila trafo tidak mempunyai rugi-rugi (trafo ideal) berlaku persamaan :

I1 I2

N2 N1

atau

N1 I 1

N2I2

Gambar 2.5. Rangkaian ekivalen transformator arus55

Peralatan input relay diakses pada tanggal 1 Agustus 2009, elista elista.akprind.ac.id/upload/files/8357_Pertemuan_ke_4.ppt, hal 17

8

Keterangan : Tegangan terminal sekunder (V2 ) tergantung pada impedansi peralatan (Z2 ) yang bisa berupa alat ukur / relay, sehingga dapat ditulis persamaan :

V2

I2Z2

Gambar 2.5 merupakan rangkaian ekivalen transformator arus. Jika tahanan dan reaktansi bocor kumparan trafo dinyatakan (Z i ), maka ggl pada kumparan sekunder harus lebih besar dari pada tegangan sekunder agar rugi-rugi tegangan pada (Z i ) dapat dikompensasi, maka persamaan yang harus dipenuhi adalah :

E 2 V22.2.3 Zero Crossing

E2

I2Z2

I2Zi

Untuk mengukur frekuensi dan beda phase, kita perlu merubah sinyal sinus keluaran dari sensor arus dan tegangan menjadi sinyal persegi. Pembentukan sinyal persegi dilakukan dengan metode zero crossing detector, yaitu dengan membandingkan sinyal sinus keluaran dari sensor arus dan tegangan dengan ground (0 v) seperti ditunjukkan pada gambar 2.6.

Gambar 2.6. Rangkaian zero crossing6 sehingga bila sinyal sinus berada di phase positif, maka output dari zero crossing detector adalah high. Dan bila sinyal sinus berada di phase negatif, maka outputnya adalah low. Untuk mendapatkan nilai beda phase, digunakan gerbang EXOR yang mana keluarannya akan

6

B.Yoyok W.P, Perancangan Watt Meter Digital 1 Fasa Dengan Mikrokontroller AT89S51, diakses pada tanggal 1 Agustus 2009, Unika Sogijapranata http://joaldera.blogspot.com/2008/05/perancangan-watt-meter-digital-1-fasa.html, hal 1

9

high bila input sinyal kotak tegangan dan arus dimulai pada waktu yang berbeda seperti ditunjukkan pada gambar 2.7.

Gambar 2.7. Rangkaian zero crossing detector dan EXOR untuk mendapatkan nilai beda phase7 2.3 MIKROKONTROLLER 2.3.1 Pengertian Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer fungsional dalam sebuah chip. Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejumlah kecil RAM, memori program, atau keduanya), dan perlengkapan input output. Dengan kata lain, mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus, seperti ditunjukkan pada gambar 2.8.

Gambar 2.8. Blok diagram sistem mikrokontroller87 8

Ibid, hal 1 Hermawan Sutanto ,Konsep Mikrokontroler, diakses pada tanggal 1 Agustus 2009, tripod http://mikrokontroler.tripod.com/6805/bab1.htm, hal 1

10

2.3.2 ATmega128 ATmega128 merupakan salah satu jenis mikrokontroller buatan ATMEL yang mana mempunyai beberapa kelebihan sebagai berikut : Nonvolatile Program and Data Memories 128K Bytes of In-System Reprogrammable Flash Daya Tahan: 10,000 Write/Erase Cycles. 4K Bytes EEPROM Daya Tahan: 100,000 Write/Erase Cycles 4K Bytes Internal SRAM Peripheral Features 8-channel, 10-bit ADC 8 Single-ended Channels 7 Differential Channels 2 Differential Channels with Programmable Gain at 1x, 10x, or 200x Byte-oriented Two-wire Serial Interface (I2C) Dual Programmable Serial USARTs Master/Slave SPI Serial Interface Operating Voltages 4.5 - 5.5V Speed Grades 0 - 16 MHz 2.4 Komunikasi Serial Komunikasi serial RS232 adalah suatu protokol komunikasi serial yang mode pengoperasiannya single ended artinya Signal RS232 di representasikan dengan level tegangan +3V sampai +12V kondisi 0 atau disebut sebagai kondisi SPACE, sedangkan tegangan -3V sampai -12V direprensentasikan sebagai kondisi 1 atau disebut sebagai kondisi MARK. Komunikasi data pada RS232 dilakukan dengan satu transmitter dan satu reciever, Jadi sistem komunikasinya yaitu antara 2 device saja. RS232 dirancang untuk data rate maksimum 20 kb/s dan dengan jarak maksimum sekitar 20 kaki. Dipasaran sudah tersedia IC yang dapat digunakan untuk merubah level tegangan TTL menjadi level tegangan RS232 dan sudah kompatibel dengan mikrokontroller yaitu IC 232 seperti MAX232, dll. IC ini banyak digunakan dalam aplikasi-aplikasi komunikasi data dengan RS232.

11

2.5 XBee PRO RF Module XBee PRO merupakan modul radio frekuensi yang beroperasi pada frekuensi 2.4 GHz. Sesuai datasheet, Modul ini memerlukan tegangan suplai 2.8 V sampai dengan 3.3 V saat mengirim data, modul ini akan membebani dengan arus 270 mA, dan arus 55mA untuk penerimaan data Pada XBee PRO terdapat 20 pin, namun yang sementara ini digunakan adalah 6 pin, yaitu VCC dan GND untuk tegangan suplai, DOUT merupakan pin Transmit (TX), DIN merupakan pin Receive (RX), RESET merupakan pin reset XBee PRO dan yang terakhir adalah PWMO/RSSI merupakan indikator bahwa ada penerimaan data yang biasanya dihubungkan ke led yang didrive oleh transistor. Pada gambar 2.9 ditunjukkan bentuk fisik dari XBee PRO dan untuk keterangan dari setiap kaki XBee PRO dijelaskan pada table 2.1.

Gambar 2.9. Pin konfigurasi XBee PRO99 Tabel 2.1. Keterangan pin konfigurasi XBee PROPin 1 2 3 4 5 6 7 Name VCC DOUT DIN / CONFIG CD* / DOUT_EN* / DO8* RESET PWM0 / RSSI [reserved] Direction Output Input Output Input Output Description Power supply UART Data Out UART Data In Carrier Detect, TX_enable or Digital Output 8 Module Reset PWM Output 0 or RX Signal Strength Indicator Do not connect

9

Datasheet Xbee PRO.diakses 1 pebuari 2009, dari Stanford http://ssdl.stanford.edu/ssdl/images/stories/AA236/0708A/Lab/Rover/Parts/xbeepr oproductmanual.pdf, hal 5

12

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

[reserved] DTR / SLEEP_RQ / DI8 GND RF_TX* / AD4* / DIO4* CTS* / DIO7* ON / SLEEP VREF* Associate / AD5* / DIO5* RTS* / AD6* / DIO6* COORD_SEL* / AD3* / DIO3* AD2* / DIO2* AD1* / DIO1* AD0* / DIO0*

Input Either Either Output Input Either Either Either Either Either Either

Do not connect Pin Sleep Control Line or Digital Input 8 Ground Transmission Indicator, Analog Input 4 or Digital I/O 4 Clear-to-Send Flow Control or Digital I/O 7 Module Status Indicator Voltage Reference for A/D Inputs Associated Indicator, Analog Input 5 or Digital I/O 5 Request-to-Send Flow Control, Analog Input 6 or Digital I/O 6 Analog Input 3, Digital I/O 3 or Coordinator Select Analog Input 2 or Digital I/O 2 Analog Input 1 or Digital I/O 1 Analog Input 0 or Digital I/O 0

*Untuk sementara ini, pin tersebut masih belum bisa digunakan. Ada beberapa parameter XBee PRO yang perlu diatur agar modul ini dapat berkomunikasi dengan modul yang lain, Sebenarnya ada 24 AT Command yang bisa digunakan, namun yang sering di gunakan hanya 5 buah. Cara mengatur parameter XBee PRO adalah sebagai berikut : request=+++ response=OK request=atmy1 response=OK request=atdl2 response=OK request=atchc response=OK request=atid3328 response=OK request=atbd3 //membuka AT Command //alamat diri =1

//alamat yang dikirim

// chanel RF connection

//Personal Area Network

//Baud rate 3 = 9600bps 13

response=OK request=atwr response=OK request=atcn response=OK 2.6 Real Time Clock Real-time clock disingkat RTC adalah jam di komputer yang umumnya berupa rangkaian terpadu yang berfungsi sebagai pemelihara waktu. RTC umumnya memiliki catu daya terpisah dari catu daya komputer (umumnya berupa baterai litium) sehingga dapat tetap berfungsi ketika catu daya komputer terputus. Kebanyakan RTC menggunakan osilator kristal. Jenis RTC yang digunakan adalah DS1307 yang mempunyai spesifikasi sebagai berikut : Real-time clock (RTC) meyimpan data-data detik, menit, jam, tanggal, bulan, hari dalam seminggu, dan tahun valid hingga 2100 56-byte, battery-backed, RAM nonvolatile (NV) RAM untuk penyimpanan Antarmuka serial Two-wire (I2C) Sinyal keluaran gelombang-kotak terprogram (Programmable squarewave) Konsumsi daya kurang dari 500nA menggunakan mode baterai cadangan dengan operasional osilator Pada gambar 2.10 ditunjukkan pin konfigurasi dari RTC DS1307 //menyimpan dimemori XBee PRO

//menutup AT Command

Gambar 2.10. Pin konfigurasi DS130710

10

Datasheet DS1307.diakses 1 pebuari 2009, dari Datasheet catalog http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/D/S/1/3/DS1307.shtml, hal 1

14

2.7 Memory Card (SD Card) Secure Digital (SD) card atau MultiMedia Card (MMC) sering digunakan sebagai sarana penyimpan data pada Personal Digital Assistant (PDA), kamera digital, dan telepon seluler (ponsel). Beberapa perintah dasar untuk SD Card juga dapat digunakan untuk MMC sehingga kita dapat menggunakan SD atau MMC. Format data pada SD maupun MMC umumnya menggunakan format FAT. FAT12 digunakan untuk kapasitas 16 MB ke bawah. FAT16 digunakan untuk kapasitas 32 MB hingga 2 GB. FAT32 digunakan untuk kapasitas di atas 2 GB (SDHC). Berikut ini adalah penjelasan mengenai cara menggunakan SD Card dengan FAT16. SD card terbagi atas sektor-sektor dan setiap satu sektornya berisi 512 byte. Secara default, proses baca atau tulis selalu melibatkan satu sektor (512 byte). Hal pertama yang harus dilakukan adalah membaca parameter SD Card yang urutan langkahnya adalah sebagai berikut : 1. Mengirimkan perintah reset dan init ke SD card. 2. Karena SD card yang digunakan memiliki format FAT16, maka parameter yang harus dibaca disesuaikan dengan format FAT16. Yang pertama harus dilakukan adalah membaca Master Boot Record (berada di sektor 0) untuk mengetahui lokasi Boot Sector. Lalu Boot Sector dibaca secara keseluruhan. 3. Nilai pada alamat-alamat tertentu diambil dan dihitung sehingga didapat parameter antara lain : alamat FAT Region, alamat Root Directory, alamat Data Region, jumlah sector per cluster, tipe FAT, dan kapasitas SD card. Langkah selajutnya adalah menulis data pada SD Card Mengirimkan perintah reset dan init ke SD card. Karena SD card yang digunakan memiliki format FAT16, maka proses menulis file harus disesuaikan dengan format FAT16. Program akan menulis tabel FAT pada FAT Region, kemudian menulis Nama Kartu dan Nama File pada Root Directory. Nilai Root Directory akan dibaca untuk mengetahui posisi sector awal untuk file. Data sebanyak 512 karakter dituliskan ke posisi sector awal mulai alamat 0. Program akan membaca Root Directory, kemudian parameter ukuran file diubah lalu dituliskan kembali ke Root Directory.

1. 2.

3.

15

Perintah reset diwakili oleh timing diagram pada gambar 2.11.

Gambar 2.11. Timing diagram perintah reset11

Perintah init diwakili oleh timing diagram pada gambar 2.12.

Gambar 2.12. Timing diagram perintah init12

11

Tim IE , Application Note Mengenal SD Card & FAT16, Inovative Electronic, Surabaya, 2009, hal 1 12 Ibid, hal 2

16

Perintah read diwakili oleh timing diagram pada gambar 2.13.

Gambar 2.13. Timing diagram perintah read13 Perintah write diwakili oleh timing diagram pada gambar 2.14.

Gambar 2.14. Timing diagram perintah write14 2.8 CodeVision AVR CodeVision AVR merupakan salah satu C Compiler untuk mikrokontroler keluarga AVR buatan ATMEL yang didisain untuk dioperasikan di operating system Windows 98, Me, NT 4, 2000, XP dan Vista 32 bit. Pada Code Vision AVR, kita bisa membuat file baru atau project, tergantung kebutuhan, namun biasanya untuk pembuatan program baru, kita membuat project baru dengan memilih menu new >>project seperti pada gambar 2.15.13 14

Ibid, hal 3 Ibid, hal 4

17

Gambar 2.15. Memulai project baru pada CodeVision AVR Setelah itu pilih IC mikrokontroler dan clock yang digunakan. Juga sesuaikan kebutuhan program yang akan dibuat (seperti Usart untuk serial, LCD dan lain - lain) seperti pada gambar 2.16.

Gambar 2.16. Memilih IC, clock dan kebutuhan program yang akan dibuat pada wizard Setelah semua disetting, maka generate dan save c file, project file, dan project wizard seperti pada gambar 2.17.

18

Gambar 2.17. Generate, save c file, project file dan project wizard Bila program telah selesai dibuat, maka compile, make project dan download ke mikrokontroller seperti pada gambar 2.18.

Gambar 2.18. Mendownload program ke mikrokontroller 2.9 Bahasa C Sebuah mikrokontroler tidak akan bekerja bila tidak diberikan program. Program adalah instruksi yang memerintahkan mikrokontroller apa yang harus dilakukan. Instruksi-instruksi ditulis dengan aturan tertentu 19

yang disebut bahasa pemrograman. Instruksi-instruksi ini, kemudian disebut sebagai perangkat lunak. Instruksi-instruksi yang dibuat untuk mikrokontroller dapat ditulis dalam bahasa assembler, C, basic, dan pascal. Mikrokontroler AVR dirancang dengan mempertimbangkan sifatsifat pengkodean bahasa C, sehingga bahasa inilah yang kemudian cenderung digunakan daripada bahasa lainnya seperti bahasa basic atau pascal. Bahasa C yang digunakan pada AVR ini adalah ANSI (American National Standard Institute) C. Alasan utama pemilihan bahasa C ini karena bahasa C merupakan gabungan dari bahasa tingkat tinggi dan juga bahasa tingkat rendah yang menyediakan kemampuan operasi-operasi bit, byte, alamat-alamat memori, dan register. Bahasa C yang digunakan untuk memprogram mikrokontroler ini disebut sebagai embedded C, yang selanjutnya oleh compiler listing program C ini diubah menjadi bahasa tingkat rendah mikrokontroller yang bersangkutan yang kemudian diterjemahkan menjadi kode-kode bahasa mesin yang selanjutnya didownload ke dalam chip mikrokontroler. 2.9.1 Tipe data : Pada table 2.2 ditunjukkan tipe data pada bahasa C. Tabel 2.2. Tipe data pada bahasa C Tipe Data char (Character) int (Integer) Short (Short Integer) Jumlah Bit 8 16 16 Jangkauan -128 s/d 127 -32768 s/d 32767 -32768 s/d 32767 -2.147.438.648 s/d 2.147.438.647 s/d 32767 3.4E-38 s/d 3.4E+38

Long (Long Integer) float (Floating Point) void

32 32 0

20

2.9.2 Operator Arimatika Pada table 2.3 ditunjukkan operator logika yang biasa digunakan pada bahasa C. Tabel 2.3. Operator arimatika yang biasa digunakan di bahasa C Simbol * / % + ++ -Arti Perkalian Pembagian Sisa pembagian (MOD) Penjumlahan Pengurangan Penjumlahan dengan 1 Pengurangan dengan 1

2.9.3 Operasi Logika (operasi bit) Pada table 2.4 ditunjukkan Operator arimatika yang biasa digunakan di bahasa C Tabel 2.4. Operator logika yang biasa digunakan di bahasa C Simbol >>
Wireless Sensor Network
Monitoring Electrical Parameters
1.3//EN"

Let's Monitor Electricity input.wml Please select :
date, place and electrical parameter you want to monitor


Date :

Place :

Mulyosari Keputih Semolowaru

Gebang
Parameters :

Voltage Current Frequency Power Factor All show.php