4

BAB II

LANDASAN TEORI

Bab ini berisi teori dasar yang melandasi RANCANGAN SISTEM

PENERANGAN DAN PENGAMANAN PINTU RUMAH MENGGUNAKAN

GSM BERBASIS ATMEGA 8535. Teori-teori pada bab ini mencakup hal-hal

yang mendukung dan menjadi dasar rujukan dalam Tugas Akhir. Dalam

perancangan ini banyak hal yang harus kita ketahui dasar pembuatan dari

perancangan ini, oleh sebab itu penulis akan menguraikan secara jelas sensor yang

digunakan, peralatan dan komponen sebagai berikut :

2.1 Mikrokontroller

Mikrokontroler adalah teknologi baru yaitu teknologi semikonduktor dan

kehadiranya sangat membantu perkembangan dunia elektronika. Dengan

arsitektur yang praktis tetapi memuat banyak kandungan transistor yang

terintegrasi, sehingga mendukung dibuatnya rangkaian elektronika yang lebih

portable . Mikrokontroler memiliki perbandingan ROM dan RAM-nya yang

besar, artinya program kontrol disimpan dalam ROM (bisa Masked ROM atau

Flash PEROM) yang ukurannya relatif lebih besar, sedangkan RAM digunakan

sebagai tempat penyimpan sementara, termasuk register-register yang digunakan

pada mikrokontroler yang bersangkutan.

Sedangkan disebutkan pada refrensi lain bahwa Mikrokontroler adalah suatu

alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali

dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus, cara kerja

Universitas Sumatera Utara

5

mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. Sekedar contoh,

bayangkan diri Anda saat mulai belajar membaca dan menulis, ketika Anda sudah

bisa melakukan hal itu Anda bisa membaca tulisan apapun baik buku, cerpen,

artikel dan sebagainya, dan Andapun bisa pula menulis hal-hal sebaliknya.

Begitu pula jika Anda sudah mahir membaca dan menulis data maka Anda

dapat membuat program untuk membuat suatu sistem pengaturan otomatik

menggunakan mikrokontroler sesuai keinginan Anda. Mikrokontroler merupakan

komputer didalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik,

yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya. Secara harfiahnya bisa disebut

"pengendali kecil" dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak

memerlukan komponen-komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat

direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler.

Mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai

masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus

dengan cara khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis

data. Sekedar contoh, bayangkan diri Anda saat mulai belajar membaca dan

menulis, ketika Anda sudah bisa melakukan hal itu Anda bisa membaca tulisan

apapun baik buku, cerpen, artikel dan sebagainya, dan Andapun bisa pula menulis

hal-hal sebaliknya. Begitu pula jika Anda sudah mahir membaca dan menulis data

maka Anda dapat membuat program untuk membuat suatu sistem pengaturan

otomatik menggunakan mikrokontroler sesuai keinginan Anda. Mikrokontroler

merupakan komputer didalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan

elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya. Secara harfiahnya

Universitas Sumatera Utara

6

bisa disebut "pengendali kecil" dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya

banyak memerlukan komponen-komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS

dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh

mikrokontroler ini.

Dengan penggunaan mikrokontroler ini maka :

1. Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas.

2. Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar

dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi.

3. Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena sistemnya yang kompak.

Namun demikian tidak sepenuhnya mikrokontroler bisa mereduksi

komponen IC TTL dan CMOS yang seringkali masih diperlukan untuk aplikasi

kecepatan tinggi atau sekedar menambah jumlah saluran masukan dan keluaran

(I/O). Dengan kata lain, mikrokontroler adalah versi mini atau mikro dari sebuah

komputer karena mikrokontroler sudah mengandung beberapa periferal yang

langsung bisa dimanfaatkan, misalnya port paralel, port serial, komparator,

konversi digital ke analog (DAC), konversi analog ke digital dan sebagainya

hanya menggunakan sistem minimum yang tidak rumit atau kompleks.

Secara teknis hanya ada 2 yaitu RISC dan CISC dan masing-masing

mempunyai keturunan/keluarga sendiri-sendiri. RISC kependekan dari Reduced

Instruction Set Computer : instruksi terbatas tapi memiliki fasilitas yang lebih

banyak. CISC kependekan dari Complex Instruction Set Computer : instruksi bisa

dikatakan lebih lengkap tapi dengan fasilitas secukupnya.

Universitas Sumatera Utara

7

Tentang jenisnya banyak sekali ada keluarga Motorola dengan seri 68xx,

keluarga MCS51 yang diproduksi Atmel, Philip, Dallas, keluarga PIC dari

Microchip, Renesas, Zilog. Masing-masing keluarga juga masih terbagi lagi

dalam beberapa tipe. Jadi sulit sekali untuk menghitung jumlah mikrokontroler.

2.1.1 Mikrokontroller Atmega 8535

AVR ATMEGA 8535 adalah mikrokontroler yang memiliki arsitektur RISC

8 bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16 bit word dan sebagian

instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock.

AVR berteknologi RISC (Reduced Instruction Set Computing) sedangkan

seri MCS51 berteknologi CISC (Complex Instruction Set Computing) AVR dapat

dkelompokkan menjadi empat kelas, yaitu keluarga ATtiny, keluarga AT90xx,

keluarga ATMega dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-

masing kelas adalah memori, pheriperal dan fungsinya.

Untuk Mikrokontroler AVR yang berukuran kecil, dapat mencoba

AT90S2313 dengan ukuran flash memori 2k dengan dua input analog.

2.1.2 Arsitektur Atmega 8535

Didalam Mikrokontroler Atmega 8535 sudah terdiri dari :

1. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D.

2. ADC (Analog to Digital Converter) 10 bit sebanyak 8 channel.

3. Tiga buah timer/counter dengan kemampuan perbandingan

4. CPU yang terdiri dari 32 buah register.

5. Watchdog timer dengan osilator internal.

6. SRAM sebesar 512 byte.

Universitas Sumatera Utara

8

7. Memori Flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read While Write.

8. Unit interupsi internal dan eksternal.

9. Port Antarmuka PPI.

10. Antarmuka komparator analog.

11. Port USART untuk komunikasi serial.

2.1.3 Konfigurasi Pin Atmega 8535

Berikut ini ialah susunan pin/kaki dari Atmega 8535:

1. VCC merupakan pin masukan positif catu daya, untuk catu daya yang

dibutuhkan yaitu sebesar 5 volt.

2. GND sebagai pin Ground.

3. Port A (PA0 – PA7) merupakan I/O dua arah yang dapat deprogram sebagai

pin masukan ADC.

4. Port B (PB0 – PB7) merupakan I/O dua arah dan pin fungsi khusus yaitu

timer/counter, komparator analog, dan SPI.

5. Port C (PC0 – PC7) merupakan I/O dua arah dan pin fungsi khusus yaitu

TWI, Komparator analog dan Timer Osilator.

6. Port D (PD0 – PD7) merupakan I/O dua arah dan pin fungsi khusus yaitu

Komparator analog, interupsi eksternal dan komunikasi serial.

7. Reset merupakan pin yang digunakan untuk me-reset Mikrokontroler.

8. XTAL 1 dan XTAL 2 sebagai pin masukan clock eksternal. Suatu

Mikrokontroler membutuhkan sumber detak (clock) agar dapat

mengeksekuis instruksi yang ada di memori.

9. AVCC sebagia pin masukan tegangan untuk ADC.

Universitas Sumatera Utara

9

10. AREF sebagai pin masukan tegangan

Gambar 2.1 Konfigurasi pin IC Mikrokontroller ATMega8535

2.2 Transistor

Transistor merupakan alat dengan tiga terminal seperti yang diperlihatkan

oleh simbol sirkit. Setelah bahan semikonduktor dasar diolah, terbentuklah bahan

semikonduktor jenis P dan N. Walaupun proses pembuatannya banyak, pada

dasarnya transistor merupakan tiga lapis gabungan kedua jenis bahan tadi, yaitu

NPN atau PNP.

Gambar 2.2. Simbol untuk transistor PNP dan NPN

Universitas Sumatera Utara

10

Simbol sirkit kedua jenis transistor itu hampir sama. Perbedaannya terletak

pada arah tanda panah di ujung emitter, seperti yang telah diketahui, arah tanda

panah ini menunjukkan arah aliran arus konversional yang berlawanan arah dalam

kedua jenis tadi tetapi selalu dari jenis P ke jenis N dalam sirkit emitter dasar.

2.2.1 Transistor NPN

Kolektor dan emitter merupakan bahan N dan lapisan diantara mereka

merupakan jenis P. Pada mulanya diperkirakan bahwa transistor seharusnya

bekerja dalam salah satu arah, ialah dengan saling menghubungkan ujung-ujung

kolektor dan emitter karena mereka terbuat dari jenis bahan yang sama. Namun,

hal ini tidaklah mungkin karena mereka tidak berukuran sama. Kolektor

berukuran lebih besar dan kebanyakan dihubungan secara langsung ke kotaknya

untuk penyerapan panas. Ketika transistor digunakan hampir semua panas yang

terbentuk berada pada sambungan basis kolektor yang harus mampu

menghilangkan panas ini. Sambungan basis emitter hanya mampu menahan

tegangan yang rendah.

Operasi dalam arah balik dapat dijalankan tetapi tidak efisien, sehingga

tidak sesuai dengan metode hubungan praktis karena sangat sering merusakkan

alat. Pada umumnya transistor dianggap sebagai suatu alat yang beroperasi karena

adanya arus. Kalau arus mengalir ke dalam basis dan melewati sambungan basis

emitter suatu suplai positif pada kolektor akan menyebabkan arus mengalir

diantara kolektor dan emitter. Dua hal yang harus diperhatikan pada arus kolektor

adalah :

Universitas Sumatera Utara

11

1. Untuk arus basis nol, arus kolektor turun sampai tingkat arus kebocoran

yaitu kurang dari 1 mF dalam kondisi normal (untuk transistor silikon).

2. Untuk arus basis tertentu, arus kolektor yang mengalir akan jauh lebih besar

daripada arus basis itu. Arus yang dicapai ini disebut hFE, dengan

dimana, iC = perubahan arus kolektor

iB = perubahan arus basis

hFE = arus yang dicapai

2.2.2 Transistor PNP

Transistor PNP beroperasi dengan cara yang sama dengan piranti NPN.

Disini tegangan VEB menyebabkan emitter tipe P potensialnya lebih tinggi dari

basis tipe –N, sehingga persambungan basis emitter menjadi bias maju.

Persambungan kolektor basis dibias balik oleh tegangan VBC yang menjaga basis

tipe-N berpotensial lebih tinggi dibandingkan kolektor tipe-P. Tidak seperti

transistor NPN, arus dalam piranti PNP terutama disebabkan oleh lubang yang

diinjeksikan dari emitter ke dalam basis sebagai tegangan bias maju VEB. Karena

komponen arus emitter yang disebabkan elektron yang diinjeksikan dari basis ke

emitter dijaga agar kecil dengan menggunakan basis doping ringan, sebagian

besar arus emitter disebabkan oleh lubang. Elektron yang diinjeksi dari basis ke

emitter menghasilkan komponen dominan arus basis iB1. Demikian juga lubang

yang diinjeksi ke dalam basis akan berkombinasi dengan pembawa mayoritas

Universitas Sumatera Utara

12

dalam basis (elektron) dan hilang. Hilangnya elektron basis harus diganti dari

rangkaian luar yang menimbulkan komponen kedua arus basis iB2. lubang-lubang

yang berhasil mencapai batas daerah pengosongan persambungan basis kolektor

akan tarik oleh tegangan negatif pada kolektor. Jadi lubang-lubang ini akan disapu

melintasi daerah pengosongan ke dalam kolektor dan timbul sebagai arus

kolektor.

2.2.3 Transistor Sebagai Saklar

Jika arus basis IB nol, arus kolektor IC akan menjadi arus kebocoran yang

rendah dan tegangan yang melalui resistor muatan RL akan sia-sia. Oleh karena

itu:

VCE ≈ VCC tegangan suplai

Kalau jumlah nominal IB kecil, IC akan sama dengan hFE IB dan tegangan

yang melalui RL, akan menjadi:

VR = ICRL

dan VCE = VCC - ICRL

Naiknya IB akan menyebabkan IC naik terus hingga mencapai

titik ICRL ≈ VCC, yaitu ketika IC tidak dapat naik lagi, meski IB tetap naik.

Pada titik ini transistor dikatakan mendapat aliran secara keras, sampai ke

dasar atau sarat, dan tegangan VCE disebut VCE sarat tegangan output yang sarat.

Biasanya tegangan ini sebesar 0,2 Volt untuk transistor silicon serta dapat sekecil

beberapa puluh milivolt, tetapi tidak lebih dari 0,3 Volt.

Universitas Sumatera Utara

13

Gambar 2.3 Transistor sebagai saklar

2.3 Limit Switch

Limit switch merupakan jenis saklar yang dilengkapi dengan katup yang

berfungsi menggantikan tombol. Prinsip kerja limit switch sama seperti saklar

push ON yaitu hanya akan menghubung pada saat katupnya ditekan pada batas

penekanan tertentu yang telah ditentukan dan akan memutuskan saat saat katup

tidak ditekan. Limit switch termasuk dalam kategori sensor mekanis yaitu sensor

yang akan emberikan perubahan elektrik saat terjadi perubahan mekanik pada

sensor tersebut. Penerapan dari limit switch adalah sebagai sensor posisi suatu

benda ( objek ) yang bergerak.

Limit switch umumnya digunakan untuk :

1. Memutuskan dan menyambungkan rangkaian menggunakan objek atau

benda lain.

2. Menghidupkan daya yang besar, dengan sarana yang kecil.

3. Sebagai sensor posisi atau kondisi suatu objek.

Universitas Sumatera Utara

14

Prinsip kerja limit switch diaktifkan dengan penekanan pada tombolnya

yang ada pada batas / daerah yang telah ditentukan sebelumnya sehingga terjadi

pemutusan atau penghubungan rangkaian dari rangkaian tersebut. Limit switch

memiliki 2 kontak yaitu NO ( normally Open ) dan kontak NC ( normally Close )

dimana salah satu kontak akan aktif jika tombolnya tertekan.

2.4 Motor Stepper

Motor stepper adalah perangkat elektromekanis yang bekerja dengan

mengubah pulsa elektronis menjadi gerakan mekanis diskrit. Motor stepper

bergerak berdasarkan urutan pulsa yang diberikan kepada motor. Karena itu,

untuk menggerakkan motor stepper diperlukan pengendali motor stepper yang

membangkitkan pulsa-pulsa periodik. Penggunaan motor stepper memiliki

beberapa keunggulan dibandingkan dengan penggunaan motor DC biasa.

Keunggulannya antara lain adalah :

1. Sudut rotasi motor proporsional dengan pulsa masukan sehingga lebih

mudah diatur.

2. Motor dapat langsung memberikan torsi penuh pada saat mulai bergerak

3. Posisi dan pergerakan repetisinya dapat ditentukan secara presisi

4. Memiliki respon yang sangat baik terhadap mulai, stop dan berbalik

(perputaran)

5. Sangat realibel karena tidak adanya sikat yang bersentuhan dengan rotor

seperti pada motor DC

6. Dapat menghasilkan perputaran yang lambat sehingga beban dapat dikopel

langsung ke porosnya

Universitas Sumatera Utara

15

7. Frekuensi perputaran dapat ditentukan secara bebas dan mudah pada range

yang luas.

Pada dasaranya terdapat 3 tipe motor stepper yaitu:

1. Motor stepper tipe Variable reluctance (VR)

Motor stepper jenis ini telah lama ada dan merupakan jenis motor yang

secara struktural paling mudah untuk dipahami. Motor ini terdiri atas sebuah

rotor besi lunak dengan beberapa gerigi dan sebuah lilitan stator. Ketika

lilitan stator diberi energi dengan arus DC, kutub-kutubnya menjadi

termagnetasi. Perputaran terjadi ketika gigi-gigi rotor tertarik oleh kutub-

kutub stator. Berikut ini adalah penampang melintang dari motor stepper

tipe variable reluctance (VR):

Gambar 2.4 Penampang melintang dari motor stepper tipe variable reluctance (VR)

2. Motor stepper tipe Permanent Magnet (PM)

Motor stepper jenis ini memiliki rotor yang berbentuk seperti kaleng bundar

(tin can) yang terdiri atas lapisan magnet permanen yang diselang-seling

Universitas Sumatera Utara

16

dengan kutub yang berlawanan. Dengan adanya magnet permanen, maka

intensitas fluks magnet dalam motor ini akan meningkat sehingga dapat

menghasilkan torsi yang lebih besar. Motor jenis ini biasanya memiliki

resolusi langkah (step) yang rendah yaitu antara 7,50 hingga 150 per langkah

atau 48 hingga 24 langkah setiap putarannya. Berikut ini adalah ilustrasi

sederhana dari motor stepper tipepermanent magnet:

Gambar 2.5 Ilustrasi sederhana dari motor stepper tipe permanent magnet (PM)

3. Motor stepper tipe Hybrid (HB)

Motor stepper tipe hibrid memiliki struktur yang merupakan kombinasi dari

kedua tipe motor stepper sebelumnya. Motor stepper tipe hibrid memiliki

gigi-gigi seperti pada motor tipe VR dan juga memiliki magnet permanen

yang tersusun secara aksial pada batang porosnya seperti motor tipe PM.

Motor tipe ini paling banyak digunkan dalam berbagai aplikasi karena

kinerja lebih baik. Motor tipe hibrid dapat menghasilkan resolusi langkah

yang tinggi yaitu antara 3,60 hingga 0,90 per langkah atau 100-400 langkah

setiap putarannya. Berikut ini adalah penampang melintang dari motor

stepper tipe hibrid:

Universitas Sumatera Utara

17

Gambar 2.6 Penampang melintang dari motor stepper tipe hybrid

Berdasarkan metode perancangan rangkain pengendalinya, motor stepper

dapat dibagi menjadi jenis unipolar dan bipolar. Rangkaian pengendali motor

stepper unipolar lebih mudah dirancang karena hanya memerlukan satu switch /

transistor setiap lilitannya. Untuk menjalankan dan menghentikan motor ini cukup

dengan menerapkan pulsa digital yang hanya terdiri atas tegangan positif dan nol

(ground) pada salah satu terminal lilitan (wound) motor sementara terminal

lainnya dicatu dengan tegangan positif konstan (VM) pada bagian tengah (center

tap) dari lilitan.

Gambar 2.7 Motor stepper dengan lilitan unipolar

Universitas Sumatera Utara

18

Untuk motor stepper dengan lilitan bipolar, diperlukan sinyal pulsa yang

berubah-ubah dari positif ke negatif dan sebaliknya. Jadi pada setiap terminal

lilitan (A & B) harus dihubungkan dengan sinyal yang mengayun dari positif ke

negatif dan sebaliknya. Karena itu dibutuhkan rangkaian pengendali yang agak

lebih kompleks daripada rangkaian pengendali untuk motor unipolar. Motor

stepper bipolar memiliki keunggulan dibandingkan dengan motor stepper unipolar

dalam hal torsi yang lebih besar untuk ukuran yang sama.

Gambar 2.8 Motor stepper dengan lilitan bipolar

2.5 Modem GSM

GSM adalah singkatan dari Global System for Mobile Communication.

GSM adalah standar telepon 2G yang mendominasi digital mobile untuk sebagian

besar dunia. Menentukan cara di mana ponsel berkomunikasi dengan jaringan

berbasis menara.

Universitas Sumatera Utara

19

GSM adalah salah satu dari dua teknologi ponsel besar di AS lainnya adalah

CDMA. AT & T dan T-Mobile menggunakan GSM. Sprint dan Verizon

menggunakan CDMA. GSM juga umum digunakan oleh Operator seluler di

Eropa.

Meskipun GSM dan CDMA menyediakan fitur dan layanan dasar yang

sama, (seperti panggilan suara, pesan teks, dan layanan data) mereka beroperasi

sangat berbeda di berbagai tingkatan teknis. Hal ini membuat ponsel GSM

sepenuhnya kompatibel dengan jaringan CDMA, dan sebaliknya.

Fitur yang paling terlihat dari GSM adalah kartu SIM. Kartu SIM yang

removable, berukuran smart card yang mengidentifikasi pengguna pada jaringan,

dan juga dapat menyimpan informasi seperti entri buku telepon. Kartu SIM

memungkinkan pengguna untuk beralih ponsel hanya dengan memindahkan kartu

SIM mereka dari satu ponsel ke yang lain.

Di Indonesia teknologi GSM masih lebih banyak digunakan, ada beberapa

Operator seluler yang menggunakan GSM sebagai teknologi seluler mereka,

diantaranya Telkomsel, XL dan Indosat. Sementara Operator seluler Smartfren

berjalan pada teknologi CDMA.

Modem yang digunakan adalah modem tipe SIM 800L. SIM800 adalah

salah satu modul GSM yang paling umum digunakan. Meskipun referensi

perintah AT banyak tersedia , itu sangat tidak mudah bagi pemula untuk benar

memahami dan menggunakan SIM800l . Oleh karena itu , ini merangkum

bagaimana bisa berinteraksi dengan SIM800l.

Universitas Sumatera Utara

20

Satu perintah yaitu AT Command (Attention Command) digunakan untuk

berkomunikasi atau berhubungan antara komputer dengan terminal modem.

Diawali prefiks AT dan diakhiri dengan (=0x0D). AT Command untuk sms

biasanya diikuti dengan masukan data I/O yang diwakili oleh unit-unit data PDU

(Protocol Data Unit).

Dalam pembuatan sms gateway, kita biasanya menjalankan perintah At

command untuk mengoperasikan modem, dalam pembuatan sms gateway ada

beberapa perintah yang paling sering digunakan, berikut daftar perintah yang

digunakan dalam pembuatan sms gateway.

Tabel 2.1 Daftar Perintah AT Command

NAMA PERINTAH FUNGSI

AT Cek koneksi modem dengan AT command

AT+CGMI Mendapatkan nama produsen modem

AT+CGMM Mendapatkan tipe model

AT+CGSN Mendapatkan nomor imei

AT+CGMR Mendapatkan software version

AT+CMGF Menentukan format mode SMS status 0 : mode PDU status 1 :

mode teks

AT+CMGS Mengirim pesan sms contoh at+cmgs="<no tujuan>"

AT+CMGR Membaca pesansms berdasarkan indexs pesan sms

AT+CMGL Membaca daftar sms

AT+CMGD Menghapus pesan sms

AT+CNMI Mendeteksi jika ada pesan sms baru masuk

AT+CPMS Mengatur memori peyimpanan

Universitas Sumatera Utara

21

Gambar 2.9 Modem GSM SIM 800l

Mikrokontroller yang kita gunakan adalah jenis AVR, gunakan fungsi

printf untuk mengirim At Command ke modem GSM. Adapun contoh perintah At

Command ke dalam mikrokontoller adalah sebagai berikut:

printf("AT+CMGS=0811653010");

delay_ms(1000);

printf("%c",0x0D)

Merupakan perintah mengirim kode AT Command yaitu AT + CMGS =

0811653010 ke modem GSM untuk proses mengirim sms.

Universitas Sumatera Utara