RANCANG BANGUN HIKING TRACKER UNTUK MONITORING PENDAKI GUNUNG MENGGUNAKAN GPS BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 16

1. Latar BelakangGlobal Positioning System (GPS) merupakan suatu perangkat elektronik yang dapat digunakan untuk menentukan posisi koordinat di bumi berdasarkan kedudukan garis lintang dan garis bujur bumi. GPS receiver menggunakan beberapa satelit yang mengorbit di bumi untuk menentukan keakuratan posisi yang diukur.Selain sebagai penentu koordinat bumi GPS receiver juga dilengkapi dengan radio komunikasi, yang sangat membantu dalam pengiriman data. Data akan dikirimkan ke radio komunikasi lain seperti Handie Talkie (HT) secara half duplex. Agar sistem ini dapat bejalan dengan baik diperlukan Microcontroller sebagai pengendali. Dengan menggabungkan antara microcontroller dengan GPS receiver maka terbentuklah suatu sistem penentuan lokasi Pendaki gunung menggunakan GPS receiver dengan memanfaatkan radio frekuensi sebagai komunikasi data.Skripsi ini adalah untuk merancang dan membuat sistem memantau lokasi pendaki gunung yang melakukan pendakian berdasarkan GPS dan proses komunikasi data dengan Personal Computer (PC) melalui radio frekuensi, selanjutnya oleh PC ditampilkan dalam peta digital. Karena melihat masih ada permasalahan dan kejadian pendaki-pendaki gunung yang hilang saat melakukan pendakian karena kesasar atau hal lainnya, sehingga dalam proses pencarian dan evakuasi oleh pihak keamanan dan yang terkait mengalami kesulitan dan memakan waktu yang lama. Dari situlah kami terinspirasi merancang dan membuat alat sistem monitoring pendaki gunung ini menggunakan GPS. Hasil yang diperoleh adalah dapat mengetahui posisi pendaki dan pemetaan ke dalam sebuah peta digital. Tampilan posisi pendaki pada PC berupa sebuah titik di peta digital.

2. Rumusan MasalahMengacu pada latar belakang yang telah di papakarkan di atas, di dapat beberapa permasalahan yang ada yaitu :1. Bagaimana merancang suatu sistem monitoring yang mampu memantau keberadaan seorang pendaki yang sedang melalukan pendakian secara real time.1. Bagaimana merancang dan membuat alat sistem monitoring pendaki gunung menggunakan mikrokontroller dan GPS untuk bisa ditampilkan pada peta digital.

1. Batasan MasalahDalam penyusunan skripsi ini penulis akan memberikan batasan-batasan agar tidak terjadi penyimpangan maksud dan tujuan utama dalam penyusunan skripsi ini. Adapun batasan-batasan masalah pada skripsi ini adalah :1. Perancangan alat hanya untuk memonitoring dan memantau posisi seorang pendaki gunung.1. Pengiriman informasi menggunakan Radio Frekuensi.1. Tidak membahas tentang GPS secara detail.1. Rangkaian pengontrol menggunakan mikrokontroller ATMEGA 16.1. Tidak membahas metode pendakian.

1. TujuanPembuatan skripsi ini bertujuan untuk membuat suatu alat dan sistem monitoring yang mampu memantau keberadaan seorang pendaki gunung yang sedang melalukan pendakian, sehingga meminimalisasi kejadian pendaki yang hilang saat melakukan pendakian.

1. Metodologi PenelitianAdapun metode penelitian yang digunakan dalam pembuatan skripsi ini adalah sebagai berikut:1. Studi literaturPengumpulan data yang dilakukan dengan mencari bahan-bahan kepustakaan, referensi, dan dari survei lapangan dari berbagai sumber sebagai landasan teori yang ada hubungannya dengan permasalahan yang dijadikan objek penelitian.2. Analisa Kebutuhan AplikasiData dan informasi yang telah diperoleh akan dianalisa agar dihasilkan kerangka global yang bertujuan untuk mendefinisikan kebutuhan sistem dimana natinya akan digunakan sebagai acuan perancangan sistem.3. Perancangan dan ImplementasiBerdasarkan data dan informasi yang telah diperoleh serta analisa kebutuhan untuk membangun sistem ini, akan dibuat rancangan kerangka global yang menggambarkan mekanisme dari sistem yang akan dibuat dan diimplementasikan ke dalam sistem.4. Eksperimen dan EvaluasiPada tahap ini, sistem yang telah selesai dibuat akan diuji coba, yaitu pengujian berdasarkan fungsionalitas program dan penyempurnaan sistem jika diperlukan.5. Penulisan laporan skripsi.

6. Sistematika penulisan Penulisan skripsi ini terbagi dalam lima bab dengan sistematika sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUANBab ini berisi tentang penguraian secara singkat latar belakang, tujuan, perumusan masalah, batasan masalah, batasan masalah, metodologi penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB II LANDASAN TEORIPada bab ini akan dijelaskan tentang teori penunjang yang digunakan dalam pembuatan skripsi ini.

BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALATMembahas tentang perancangan alat baik perangkat keras maupun perangkat lunak, serta cara kerja blok diagram.

BAB IV PENGUJIAN ALATMencakup pembahasan tentang proses pengujian alat yang terdiri dari peralatan yang digunakan, langkah kerja dan analisa hasil pengujian.

BAB V PENUTUPPenulis menarik kesimpulan dari apa yang telah diuraikan pada bab-bab sebelumnya dan mengemukakan saran-saran yang mungkin akan bermanfaat bagi laporan akhir ini.

7. Desain dan perancangan Sistem

Gambar 1. Blok DiagramPrinsip Kerja:GPS Receiver akan menerima sinyal-sinyal yang dipancarkan oleh satelit GPS untuk menentukan jarak setiap satelit dari penerima, dan menggunakan informasi ini untuk menentukan lokasi pengamat yang membawa penerima ini (berdasarkan garis lintang dan bujurnya).Data informasi yang diterima dari GPS receiver kemudian diolah mikrokontroller agar bisa dikirimkan melalui Radio Frekuensi Transmitter (RF Tx). Data informasi yang dikirimkan RF Tx akan diterima oleh Radio Frekuensi Receiver (RF Rx). Data dari RF Rx akan melalui level converter TTL RS 232 untuk dapat diproses oleh server/ komputer. Hasil dari proses tersebut berupa tampilan titik posisi di peta digital.

8. Tinjauan Pustaka

1. Mikrokontroler Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer lengkap dalam satu serpih (chip). Mikrokontroler lebih dari sekedar sebuah mikroprosesor karena sudah terdapat atau berisikan ROM (Read-Only Memory), RAM (Read-Write Memory), beberapa bandar masukan maupun keluaran, dan beberapa peripheral seperti pencacah/pewaktu, ADC (Analog to Digital converter), DAC (Digital to Analog converter) dan serial komunikasi.

Gambar 2. Atmega 16Salah satu mikrokontroler yang banyak digunakan saat ini yaitu mikrokontroler AVR. AVR adalah mikrokontroler RISC (Reduce Instuction Set Compute) 8 bit berdasarkan arsitektur Harvard. Secara umum mikrokontroler AVR dapat dikelompokkan menjadi 3 kelompok, yaitu keluarga AT90Sxx, ATMega dan ATtiny. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral dan fiturnya.AVR memiliki keunggulan di bandingkan dengan mikrokontroler lain, keunggulan mikrokontroler AVR memiliki kecepatan eksekusi program yang lebih cepat karena sebagian besar instuksi di eksekusi dalam 1 siklus clock, lebih cepat di bandingkan dengan mikrokontroler MCS51 yang memiliki arsitektur CISC (Complex Instruction Set Compute) dimana mikrokontroler MCS15 membutuhkan 12 siklus clock untuk mengeksekusi 1 instruksi. Selain itu, mikrokontroler AVR memiliki fitur yang lengkap (ADC internal, EEPROM Internal, Timer/Counter, Watchdog Timer, PWM, Port I/O, komunikasi serial, Komparator, I2C,dll.), sehingga fasilitas yang lengkap ini, programmer dan desainer dapat menggunakannya untuk berbagai aplikasi sistem elektronika seperti robot, otomasi industry, peralatan telekomunikasi dan berbagai keperluan lain. Secara umum mikrokontroler AVR dapat di kelompokan menjadi 3 kelompok, di antaranya: AT90Sxx, ATMega dan ATiny.Mikrokontroler ini menggunakan arsitektur Harvard yang memisahkan memori program dari memori data, baik bus alamat maupun bus data, sehingga pengaksesan program dan data dapat dilakukan secara bersamaan (concurrent).Secara garis besar mikrokontroler ATMega16 terdiri dari :1. Arsitektur RISC dengan throughput mencapai 16 MIPS pada frekuensi 16Mhz.2. Memiliki kapasitas Flash memori 16Kbyte, EEPROM 512 Byte, dan SRAM 1Kbyte3. Saluran I/O 32 buah, yaitu Bandar A, Bandar B, Bandar C, dan Bandar D.4. CPU yang terdiri dari 32 buah register.5. User interupsi internal dan eksternal6. Bandar antarmuka SPI dan Bandar USART sebagai komunikasi serial7. Fitur Peripheral Dua buah 8-bit timer/counter dengan prescaler terpisah dan mode compare Satu buah 16-bit timer/counter dengan prescaler terpisah, mode compare, dan mode capture Real time counter dengan osilator tersendiri Empat kanal PWM dan Antarmuka komparator analog 8 kanal, 10 bit ADC Byte-oriented Two-wire Serial Interface Watchdog timer dengan osilator internal

Konfigurasi pin mikrokontroler Atmega16 dengan 40 pin dapat dilihat pada Gambar di bawah ini. Dari gambar tersebut dapat terlihat ATMega16 memiliki 8 pin untuk masing-masing Port A, Port B, Port C, dan Port D.

Gambar 3. Pin-pin Atmega 16Pin-pin pada ATMega16 dengan kemasan 40 pin DIP (dual inline package) ditunjukkan oleh gambar 1.2. Guna memaksimalkan performa, AVR menggunakan arsitektur Harvard (dengan memori dan bus terpisah untuk program dan data).2. Global Positioning System (GPS)Global Positioning System (GPS) merupakan sistem koordinat global yang dapat menentukan koordinat posisi benda dimana saja di bumi baik koordinat lintang, bujur, maupun ketinggiannya. Teknologi ini sudah menjadi standar untuk digunakan pada dunia pelayaran dan penerbangan di dunia. Kita pun dapat memanfaatkannya untuk kebutuhan kita sendiri. Sistem GPS dapat memberikan data koordinat global karena didukung oleh informasi dari 24 satelit yang ada pada ketinggian orbit sekitar 11.000 mil di atas bumi. Satelit-satelit tersebut terbagi atas 6 bidang orbit yang berbeda dengan masing-masing bidang orbit diisi oleh 4 satelit. Dengan konfigurasi seperti ini, maka setiap titik di bumi selalu akan dapat ditentukan koordinatnya oleh GPS setiap saat selama 24 jam penuh perhari. Teknologi GPS pada awalnya digunakan untuk keperluan militer. Penyedia satelit untuk sistem GPS untuk dunia adalah pemerintah Amerika Serikat. Selain Amerika, dulu pihak Rusia/Uni Soviet juga memiliki dan mengembangkan sistem seperti ini. Kini pihak Uni Eropa juga berkeinginan memiliki dan menyediakan sendiri sistem yang sejenis.

Teknologi GPS ini bebas dimanfaatkan oleh siapa saja di dunia secara gratis asal memiliki alat GPS receiver. Alat GPS receiver ini adalah suatu alat yang dapat menerima sinyal satelit-satelit GPS untuk kemudian melakukan perhitungan koordinat posisi dirinya berdasarkan data yang ada. GPS Receiver Untuk memanfaatkan GPS, kita harus menggunakan alat penerima GPS (GPS receiver). Tugas alat penerima sinyal GPS adalah mencari tiga atau lebih satelit-satelit ini (dengan cara mendeteksi sinyal yang dipancarkan dari satelit-satelit itu), untuk menentukan jarak setiap satelit dari penerima, dan menggunakan informasi ini untuk menentukan lokasi pengamat yang membawa penerima ini (berdasarkan garis lintang dan bujurnya). Sebagai informasi, sinyaGPS ini ditransmisikan dalamfrekuensi L Band, yakni pada angka 1575,42 dan 1227,60 Mhz.Alat ini akan menunjukkan lokasi kita dalam format koordinat, seperti pada peta biasa. Jika kita perhatikan, setiap peta selalu dilengkapi dengan garis-garis melintang dan membujur. Berdasarkan koordinat garis lintang dan garis bujur itulah kita menentukan letak suatu tempat. GPS juga memiliki koordinat serupa yang disebut waypoint. Tentu saja, waypoint pada GPS lebih teliti dan lebih akurat ketimbang koordinat peta.Setiap satelit GPS memancarkan sinyal-sinyal gelombang mikro. GPS receiver menggunakan sinyal satelit yang diterima untuk melakukan triangulasi posisi dengan cara mengukur lama perjalanan waktu sinyal dikirimkan dari satelit, kemudian mengalikannya dengan kecepatan cahaya untuk menentukan secara tepat berapa jauh dirinya dari satelit. Dengan mengunci minumum 3 sinyal dari satelit yang berbeda, maka GPS receiver dapat menghitung posisi tetap sebuah titik yaitu koordinat posisi lintang dan bujur (Latitude & Longitude). Penguncian sinyal satelit yang ke-4 membuat pesawat penerima GPS dapat menghitung posisi ketinggian titik tersebut terhadap muka laut (Altitude). GPS receiver akan terus menjaga dan mengunci sinyal satelit yang diperlukan untuk melakukan triangulasi secara bersama dan paralel. Dengan sistem ini, informasi navigasi yang diterima akan selalu up to date.

GPS receiver juga akan terus mencari sinyal satelit sehingga mendapat 10 sampai 12 sinyal satelit sekaligus. Tambahan channel sinyal satelit ini dapat diolah sehingga data koordinat yang diperoleh akan lebih terpercaya serta akurasinya lebih baik.

Gambar 4. Modul GPS Receiver

3. Modul RFModul RF, seperti namanya, beroperasi pada Frekuensi Radio. Rentang frekuensi yang sesuai bervariasi antara 30 kHz & 300 GHz. Dalam sistem RF, data digital direpresentasikan sebagai variasi amplitudo dari gelombang pembawa. Jenis modulasi yang dikenal sebagai Amplitudo Shift Keying (ASK).Penularan melalui RF lebih baik dari IR (inframerah) karena berbagai alasan. Pertama, sinyal melalui RF dapat melakukan perjalanan melalui jarak yang lebih besar sehingga cocok untuk aplikasi jarak jauh. Selain itu, sementara IR kebanyakan bekerja di line-of-sight mode, Sinyal RF dapat melakukan perjalanan bahkan ketika ada halangan antara pemancar & penerima. Selanjutnya, transmisi RF lebih kuat dan dapat diandalkan dibandingkan transmisi IR. RF komunikasi menggunakan frekuensi tertentu tidak seperti sinyal inframerah yang dipengaruhi oleh sumber memancarkan inframerah lain.Modul ini terdiri dari sebuah RF Transmitter RF dan Receiver RF. Pemancar / penerima (Tx / Rx) pasangan beroperasi pada frekuensi 434 MHz. Sebuah pemancar RF menerima data serial dan mengirimkan secara nirkabel melalui RF melalui antena. Transmisi terjadi pada tingkat 1Kbps - data yang dikirimkan 10Kbps.The diterima oleh operasi penerima RF pada frekuensi yang sama dengan pemancar.Modul RF sering digunakan alongwith sepasang encoder / decoder. Encoder ini digunakan untuk encoding data paralel untuk pakan transmisi sementara penerimaan diterjemahkan oleh decoder. HT12E-HT12D, HT640-HT648, dll adalah beberapa IC encoder / decoder pasangan yang umum digunakan.

Gambar 6. Modul RF4. Peta DigitalPeta digital, atau disebut juga kartografi digital adalah proses pengumpulan data peta yang dikompilasi dan diformat menjadi gambar virtual. Fungsi utama dari teknologi ini adalah untuk menghasilkan peta yang memberikan representasi akurat dari suatu daerah tertentu, merinci jalan-jalan dan tempat-tempat lainnya. Teknologi ini juga memungkinkan perhitungan jarak dari tempat sekali untuk yang lain dan dapat digunakan untuk melakukan manipulasi tampilan peta sesuai dengan kebutuhan. Peta digital mempunyai bagian-bagian penyusun yang membentuk satu kesatuan yang disebut sebagai layer/lapisan peta digital. Peta digital diperoleh dari proses digitasi dari peta fisik, dan dikonversi ke dalam data. File peta digital dari hasil digitasi peta tersebut dikelompokkan berdasarkan pada layer-layer yang sesuai dengan tipenya masing-masing, misalnya layer garis diperuntukkan untuk data digital batas wilayah, layer poligondigunakan untuk data digital kawasan prioritas dan penggunaan lahan lain, layer titik digunakan untuk memberikan label nama untuk setiap kawasan. Penggunaan layer yang berbeda-beda ini memungkinkan fleksibilitas dalam pengolahan data. Misalkan untuk hal pemilihan jalur yang digunakan untuk menunjukkan jalan dari satu tempat ke tempat yang lain, maka digunakanlah layer jalan. Sedangkan untuk menunjukkan wilayah tertentu, maka digunakanlah layer area/wilayah.

Gambar 7. Tampilan Peta DigitalDAFTAR PUSTAKAHasanuddin, A.Z., 1995., Penentuan Posisi dengan GPS dan Aplikasinya. Pradnya Paramita. Jakarta.

Andrianto Heri. 2008. Pemrograman Mikrokontroler AVR ATMEGA 16. Bandung: Informatika bandung.

Abidin, Hasanuddin Z, 2000, Penentuan Posisi dengan GPS dan Aplikasinya, Pradnya Paramita, Jakarta.

Budiharto, Widodo, 2008, Panduan Praktikum Mikrokontroler AVR Atmega16, Elex Media Komputindo, Jakarta.

Yannis E, Papananors, 1999. Radio-Frequency Microelectronic Application, Springer 1 edition.

http://maxembedded.wordpress.com/2011/09/06/rf-module-interfacing-without-microcontrollers/Tanggal akses 30 Mei 2012

http://students.netindonesia.net/blogs/talingtarung/archive/2012/02/17/gis-series-map-digital.aspxTanggal akses 30 Mei 2012

http://en.wikipedia.org/wiki/Radio_frequencies#Radio_frequency_spectrum.Tanggal akses 30 Mei 2012

RANCANG BANGUN HIKING TRACKER UNTUK MONITORING PENDAKI GUNUNG MENGGUNAKAN GPS BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 16

PROPOSAL SKRIPSI

Disusun oleh :

Abdul Sodiq Amrulloh NIM (08.12.209)

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIJURUSAN TEKNIK ELEKTRO S-1KONSENTRASI TEKNIK ELEKTRONIKAINSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL MALANG2012

INSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL MALANGFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIJURUSAN TEKNIK ELEKTRO S-1KONSENTRASI TEKNIK ELEKTRONIKA

RANCANG BANGUN HIKING TRACKER UNTUK MONITORING PENDAKI GUNUNG MENGGUNAKAN GPS BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 16

PROPOSAL SKRIPSIDisusun oleh :

Abdul Sodiq Amrulloh NIM (08.12.209)

Diperiksa dan DisetujuiDosen Pembimbing II

Michael Ardita, ST, MTNIP.P. 1031000434

Dosen Pembimbing I

Ir. Yusuf Ismail Nakhoda, MTNIP.Y. 1018800189

3