Perancangan Pengendalian Peralatan Lampu Listrik Jarak Jauh Memggunakan Teleport Seluler

Tulisan  ini berjudul Perancangan Pengendalian Peralatan Lampu Listrik Jarak Jauh Menggunakan Telepon Seluler, dimana pengendalian lampu listrik menggunakan fasilitas SMS (Short Message Service) pada telepon seluler. Alat ini juga diharapkan dapat memantau keadaan peralatan lampu listrik apakah dalam keadaan hidup atau mati. Merk telepon seluler yang digunakan adalah jenis Siemens M35. Sistem yang digunakan adalah sistem komunikasi serial antara telepon seluler Siemens M35 dengan mikrokontroler AT89S51. Mikrokontroler sebagai pengendali dan pemantau keadaan peralatan lampu listrik.

Diagram Kotak Perangkat Keras

            Sistem kendali lampu dengan media SMS ini, dirancang berdasarkan berbasis mikrokontroler AT89S51. Gambar 3.1 menunjukkan blok diagram dari alat ini.

Pada Gambar 3.1 ditunjukkan diagram kotak sistem secara keseluruhan. HP Siemens M35 digunakan sebagai Gateway SMS. HP dengan mikrokontroler terhubung dengan menggunakan kabel data yang memanfaatkan komunikasi serial RS232. Jenis komunikasi yang digunakan adalah model UART.
            Mikrokontroler mempunyai peran sebagai basis sistem. Mikrokontroler akan membaca dan berkomunikasi dengan HP, kemudian mengendalikan lampu dengan bantuan driver relai, serta membaca sensor yang telah dilewatkan sebuah komparator.
Driver dipasang bertujuan untuk mengendalikan lampu yang bekerja pada tegangan AC/220V. Hal ini mutlak diperlukan karena mikrokontroler hanya bekerja pada level tegangan TTL dan CMOS, sehingga tidak mampu secara langsung mengendalikan lampu.
Sensor yang berupa fototransistor digunakan untuk mengubah kondisi cahaya ke dalam besaran listrik. Agar sensor yang bersifat analog mampu dibaca oleh mikrokontroler yang bersifat digital sehingga perlu dipasang sebuah komparator. Komparator ini bertugas untuk membandingkan kondisi sensor yang masuk ke pin (+) op-amp dengan tegangan referensi pada pin (-) op-amp ketika gelap atau terang dan mengubahnya menjadi logika digital pada pin output-nya. Sedangkan gerbang not 74LS14 yang mempunyai kemampuan trigger pulsa masukan dan pada data sheet keluaran dari IC ini sudah standar TTL sehingga dapat langsung dihubungkan dengan mikrokontroler. Gerbang not 74LS14 juga digunakan untuk membalik keadaan tegangan input sehingga pada saat input high maka keluarannya akan bernilai low.

Mikrokontroler
            Mikrokontroler merupakan komponen utama yang mengendalikan seluruh sistem. Mikrokontroler yang digunakan pada penelitian ini adalah mikrokontroler keluaran Atmel dengan seri AT89S51. Seri ini merupakan varian baru dari keluarga AT89C51 yang mengelami perubahan prosedur pengisian program. Pada seri ini memiliki fasilitas ISP (In Sistem Programming) yang tidak dimiliki pada seri sebelumnya. Fasilitas ini memungkinkan pengubahan isi program walaupun sistem sedang berjalan.
            Untuk bekerja dengan mikrokontroler ini diperlukan beberapa komponen tambahan yang sering disebut dengan sistem minimum. Syarat-syarat tersebut antara lain, sistem clock atau osilator, sistem reset dan sistem ISP. Pada penelitian ini sistem minimum disajikan pada Gambar 3.2.

Pada Gambar 3.2 disajikan skema rangkaian

            minimum mikrokontroler AT89S51/52. Sistem pendukung yang pertama yaitu sistem osilator yang terdiri dari x-tal senilai 11,0592 MHz dan dua buah kapasitor senilai 33pF. Nilai 11,0592MHz dipilih dengan pertimbangan untuk menghasilkan nilai baud rate yang tidak terjadi error.

Komunikasi mikrokontroler dan HP
            Untuk berkomunikasi antara mikrokontroler dan HP diperlukan fasilitas komunikasi serial dengan model UART dengan kecepatan 19200bps untuk jenis HP Siemens M35. Kecepatan ini akan bervariasi tergantung dari jenis HP yang digunakan. Level tegangan yang digunakan adalah RS232. Sementara itu mikrokontroler hanya menyediakan fasilitas komunikasi serial UART dengan pin TX, dan Rx dengan level tegangan RS232. Untuk itu diperlukan sebuah sistem adapter yang mampu mengubah level tegangan TTL ke level RS232.
            Pada HP Siemens M35 terdapat konektor untuk berkomunikasi dengan piranti luar. Biasanya konektor ini mampu diakses dengan kabel data serial. Umumnya kabel data sudah dilengkapi dengan konverter RS232 untuk itu mikrokontroler memerlukan piranti tambahan yaitu modul konverter dari TTL ke RS232. Pada Gambar 3.3 disajikan skema rangkaian komunikasi serial RS232.

Untuk memenuhi standar komunikasi RS232 diperlukan IC konverter MAX232. IC ini diproduksi oleh  Maxim dallas semiconductor. Pada IC ini sudah dilengkapi dengan sistem adapter RS232 sehingga tinggal menghubungkan pin T1IN dengan pin TXD dari mikrokontroler pada P3.1, dan menghubungkan pin R1IN dengan pin RXD dari mikrokontroler pada P3.0.
            Pada bagian HP sebelum masuk ke terminal harus dikonversi dulu ke level tegangan yang mampu diakses oleh Hand Phone. Umumnya pengkonversian ini sudah otomatis dilakukan oleh kabel data dari Hand Phone tersebut. Model koneksi kabel data untuk HP Siemens M35 di gambarkan pada Gambar 3.4.

            Pada Gambar 3.4 disajikan model koneksi kabel data yang kompatibel dengan PC. Pada Gambar 3.5 disajikan koneksi pada HP Siemens M35. Pada konektor ini terdapat 2 pin sebagai jalur komunikasi. Pada koneksi Hand Phone Siemens M35, pin-pin yang ada harus dihubungkan sesuai dengan fungsi terminal masing-masing. Adapun fungsi masing-masing terminal disajikan pada tabel 3.1

Tabel 3.1. Fungsi terminal HP Siemens M35
No Nama Fungsi In/Out
1. GND Ground
2. SELF SERVICE Recognition / Battery Charger In/Out
3. LOAD Charging Voltage In
4. BATTERY Battery Out
5. DATA OUT Data Send Out
6. DATA IN Data Receive In
7. Z_CLK Recognition / Control Accesoris
8. Z_DATA Recognition / Control Accesoris
9. MICG Ground for Microphone In
10. MIC Microphone input
11. AUD Loudspeaker output Out
12. AUDG Ground for Loudspeaker

Sensor dan Komparator
            Pada sistem aplikasi SMS untuk kendali lampu ini bersifat close loop. Untuk itu perlu dipasang sensor cahaya untuk memantau cahaya yang dihasilkan oleh lampu. Selain itu juga sensor cahaya juga akan memberikan interupsi atau sinyal pemberitahuan ke mikrokontroler.
            Sensor ini menggunakan komponen utama fototransistor. Fototransistor adalah komponen peka cahaya yang bekerja sebagaimana transistor bekerja. Keluaran fototransistor dikuatkan oleh penguat pembanding atau yang biasa disebut sebagai komparator. Keluaran komparator dimasukkan ke sebuah masukan schmitt trigger sebelum diakses ke mikrokontroler. Maksud dari pemasangan schmitt trigger adalah, agar level tegangan keluarannya sesuai dengan level tegangan TTL. Gambar 3.6 disajikan gambar sensor cahaya.

            Cara kerja dari rangkaian ini adalah jika terkena cahaya maka fototransistor akan tertutup atau bertahanan kecil. Sehingga pada kaki komparator input non inverting akan bernilai rendah atau lebih rendah dari tegangan input inverting. Sehingga tegangan keluaran komparator akan rendah. Kemudian tegangan ini akan dibalik menjadi logika tinggi oleh inverting schmitt trigger 74LS14 sehingga akan menjadi logika 1. Jika tidak terkena cahaya maka nilai tahanan fototransistor akan tinggi, atau transistor hubung buka. Sehingga nilai input inverting akan lebih tinggi dari input non inverting. Hal ini akan menyebabkan keluaran komparator tinggi dan kemudian dibalik oleh schmitt trigger 74LS14 menjadi rendah.
            Jadi pada saat terkena cahaya, ouput sensor akan tinggi, dan jika tidak terkena cahaya output sensor akan rendah. Potensiometer R2 berfungsi untuk mengatur besar tegangan pembanding atau tegangan referensi.

Driver Relai
            Mikrokontroler mampu mengeluarkan tegangan 0V dan 5V. Namun dalam kenyataannya tegangan ini tidak bisa digunakan secara langsung untuk menggerakkan beban. Hal ini disebabkan karena arus yang mampu dilewatkan oleh kaki-kaki mikrokontroler sangat kecil. Untuk itu perlu dipasang piranti yang mampu menguatkan arus, sehingga dapat digunakan untuk menggerakkan beban. Piranti ini biasa disebut dengan driver.
            Rangkaian driver biasanya terdiri dari transistor-transistor daya. Mikrokontroler ini digunakan untuk menyalakan suara yang dihasilkan dari relai yang memerlkan tegangan 12 Vdc, maka digunakan transistor D313 untuk pensaklarannya. Pada Gambar 3.7 disajikan driver untuk relai 12 Vdc dengan kendali port mikrokontroler.

            Pada rangkaian driver Gambar 3.7, digunakan transistor D313. Hal ini dilakukan karena arus dari mikrokontroler terlalu kecil. Sementara itu transistor TIP 31 digunakan untuk menggerakkan relai. Cara kerja dari rangkaian ini adalah, jika diberikan logika low atau 0V dari port mikrokontroler, maka Transistor D313 akan bekerja atau terhubung maka pada basis T2 NPN akan berlogika high, sehingga T2 NPN akan bekerja atau terhubung. Maka jika T2 terhubung relai akan mendapatkan suplai tegangan 12 Vdc. Setelah relai ON, maka pada titik NO (Normaly open) akan menutup dan akan terhubung dengan phase 220 VAC dan akan ada arus yang mengalir ke lampu 1 sehingga lampu 1 menyala.

Perancangan Flow chart
            Perancangan perangkat lunak untuk menangani sistem kendali dengan SMS ini, disusun berdasarkan flow chart yang disajikan pada Gambar 3.8 berikut.

            Alur program yang diberikan ke HP yang pertama adalah pengaturan mode stanby. Dengan mode ini, HP akan secara otomatis memberikan pemberiahuan ke mikrokontroler jika ada SMS masuk. Dengan adanya mode ini, mikrokontroler memantau adanya pemberitahuan dari HP jika ada SMS masuk. Mode stand-by diberikan dengan perintah AT+CNMI=1,1. Dengan perintah ini secara otomatis HP akan diset pada posisi stand-by. Setelah perintah ini HP diberi perintah AT+CMGD=1. Perintah ini digunakan untuk menghapus inbox pada index memory pertama. Jika index pertama kosong, maka secara otomatis jika ada SMS masuk akan masuk ke lokasi index pertama.
Jika ada SMS masuk, mikrokontroler akan memberikan perintah untuk membaca isi inbox. Perintah yang diberikan adalah AT+CMGR=1. Angka 1 menunjukkan lokasi inbox yang akan dibaca. Setelah perintah ini diberikan HP akan memberikan data-data PDU yang merupakan isi dari SMS.
Isi SMS akan dikomparasi dengan kata kunci yang ada. Jika sesuai maka mikrokontroler akan mengeksekusi perintah tersebut. Namun jika isi SMS tidak dikenali, maka mikrokontroler akan memberikan pesan error. Dan tidak akan mengeksekusi perintah tersebut. Jika perintah sesuai kata kunci mikrokontroler akan mengeksekusi perintah tersebut. Kemudian memantau kondisi sensor dan memberikan SMS balasan.

Perancangan Kode SMS
            Untuk memberikan perintah ke sistem, tidak semua SMS mampu dikenali oleh sistem. Hanya SMS tertentu yang sudah disesuaikan yang mampu dikenali oleh sistem. Berbagai rancangan kode-kode SMS disajikan pada Tabel 3.2 berikut ini.
Tabel 3.2 Rancangan Kode SMS
No Isi SMS Status Kegunaan
1. DTE 1 ON Valid Menyalakan lampu 1
2. DTE 2 ON Valid Menyalakan lampu 2
3. DTE 1 OFF Valid Memadamkan lampu 1
4. DTE 2 OFF Valid Memadamkan lampu 2
5. CEK STATUS Valid Melihat status lampu 1 & 2
6. Lampu 1 on Invalid Pesan error (UNKNOW COMMAND)
7. Lampu 2 on Invalid Pesan error (UNKNOW COMMAND)
            Hasil perancangan sistem Pengendalian Peralatan Lampu Listrik Jarak Jauh Menggunakan Telepon Seluler ini dapat dilihat pada Gambar 4.1.

Koneksi HP
            Pengujian terhadap konektivitas HP dilakukan dengan menggunakan soft ware hyper terminal dari windows. Yang perlu diperhatikan adalah setting baud rate yang digunakan. HP Siemens C35 / M35 memiliki baud rate 19200 bps. Berikut ini adalah gambar software hyper terminal ketika mikrokontroler direset :

            Perintah pertama yang diberikan adalah AT+CMGD =1 yang artinya menghapus lokasi inbox sms no 1 pada handphone. Setelah itu mikrokontroler mengirimkan kode AT+CNMI=1,1 yang artinya mengirimkan mode stand-by ke HP agar dapat menerima SMS.
Setelah ada SMS yang masuk, maka perintah yang kedua adalah ‘AT+CMGR=1’ perintah ini digunakan untuk membaca inbox HP pada lokasi memory no 1. Kemudian perintah yang ketiga adalah ‘AT+CMGS=30’ yang artinya mengirim SMS balasan ke nomor pengirim yang pada Gambar 4.5 terlihat nomor pengirim adalah 0D91261808624919F8.

            Data ini merupakan data PDU yang terdiri dari beberapa header. Header-header tersebut adalah:
 0D§ = No pengirim/penerima berjumlah 13 angka.
 91261808624919F8§ = No HP penerima, dan bila diartikan nomornya adalah 6281802694918.
 00§ = Bentuk SMS yang terima dalam format SMS biasa.
 00§ = Skema encoding yang dipakai 7 bit
 09CC18E8E904096153 = Isi balasan SMS, bila diartikan menjadi ‘L1 ON BOS’§
Perintah yang ke-empat setelah tanda panah adalah ‘AT+CMGD=1’ perintah ini digunakan untuk menghapus inbox pada lokasi pertama. Jika perintah ini berhasil, maka respon HP adalah ‘OK’.
 

sumber : http://cobacobo-cobacobi.blogspot.sg/2012/02/perancangan-pengendalian-peralatan.html

Gambar Rangkaian Keseluruhan