## PENYEREMPAK PENUNJUK WAKTU BERDASARKAN GMT SECARA NIRKABEL

## PENYEREMPAK PENUNJUK WAKTU BERDASARKAN

## GMT SECARA NIRKABEL
Rinaldi Indera Negara, F. Dalu Setiaji, Darmawan Utomo
Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer, Universitas Kristen Satya Wacana
sotdag@yahoo.com

## INTISARI
Adanya  perbedaan  waktu  yang ditampilkan  sejumlah penunjuk waktu  yang dipasang  dalam  lingkup  suatu  instansi,  misalnya  pada  sejumlah  jam  dinding  yang terdapat  di  lingkungan  kampus  UKSW  Salatiga,  dapat  menimbulkan  permasalahan. Sebagai  contoh,  keterlambatan  mahasiswa,  dosen,  maupun  pegawai  salah  satunya disebabkan karena mereka mengacu pada jam yang berbeda-beda.
Untuk  mengatasi  permasalahan  ini,  pada  makalah  ini  direalisasikan  suatu penyerempak  penunjuk  waktu dengan  acuan Greenwich Mean Time (GMT). Sistem penyerempak  terdiri  atas  modul master  clock dan slave  clock yang  dihubungkan secara  nirkabel. Master  clock yang  berfungsi  sebagai  pengendali  utama  akan menerima  data  waktu  dan  tanggal dari GMT dengan  menggunakan Global Position System (GPS) receiver . Selanjutnya Master clock mengirimkan data tersebut ke slave clock . Slave  clock yang  berfungsi  sebagai  penerima  data  waktu  dan  tanggal  dari master clock akan menampilkan data tersebut pada modul penampil dot matrix yang berukuran 60cm x 30cm x10cm yang masih terlihat jelas dari jarak 10 meter.
Pada  pengujian,  modul master  clock ditempatkan  pada  gedung  perpustakaan lantai  tujuh  sedangkan  modul slave  clock ditempatkan  pada  tiap  gedung  dalam lingkup  kampus.  Jarak  maksimum  antara  m aster  clock dan slave  clock yaitu  120 meter.  Pada  saat  cuaca  terang master  clock dapat  menerima  data  dari  satelit  dalam waktu sekitar 39 detik, dan pada saat hujan sekitar 1 menit 22 detik. Halangan berupa gedung  bertingkat  dengan  kondisi  tembok  yang  tebalnya  lebih  dari  30  cm  akan mengganggu ketepatan pengiriman data dari master clock ke slave clock .
Kata kunci : penyerempak, penunjuk waktu, GMT, nirkabel

## 1. PENDAHULUAN
Penunjuk  waktu  (jam)  merupakan  bagian  penting  dalam  dalam  kehidupan manusia. Terdapat beraneka ragam jam yang ada di pasaran Indonesia saat ini namun antar  jam  tersebut  biasanya  tidak  saling  sinkron  sehingga  menimbulkan  perbedaan hasil  penunjukan  waktu.  Sebagai  contoh  pada  lingkup  kampus  Universitas  Kristen Satya Wacana (UKSW) Salatiga, berbagai jam dinding yang ada di sejumlah gedung dan  ruangan,  menunjukan  perbedaan  antara  5  menit  hingga  15  menit.  Hal  ini  dapat menimbulkan masalah jika penunjuk waktu tersebut dijadikan acuan beraktivitas bagi mahasiswa, dosen, maupun pegawai karena mereka mungkin mengacu pada jam yang berbeda-beda.
Contoh  lain  pentingnya  sinkronisasi  berbagai  petunjuk  waktu  adalah  di bidang  perhubungan/transportasi.    Misalnya  di  bandar  udara,  maka  penunjuk  waktu di  ruang  pelayanan  tiket  dan  di  ruang  tunggu,  sedapat  mungkin  harus  sama  karena keberangkatan  pesawat  mengacu  pada  jadwal  yang  ada.  Demikian  juga  di  stasiun kereta  api,    penunjuk  waktu  di  ruang  pelayanan  tiket  dan  di  ruang  tunggu  maupun peron haruslah sama.
Dengan  latar  belakang  tersebut,  pada  makalah  ini  telah  direalisasikan  dua buah  jam  yang  diserempakkan  satu  dengan  yang  lain  dalam  satu  kompleks  gedung. Jam  ini  merupakan  jam  digital  yang  terdiri  dari master  clock dan slave  clock yang dihubungkan  menggunakan  frekuensi  radio  (nirkabel). Master  clock ,  sebagai penunjuk  waktu  acuan,  akan  tersinkronisasi dengan GMT/UTC  melalui  modul  GPS yang terhubung dengan satelit.
Di  pasaran  sudah  terdapat  alat  yang  serupa,  misalnya master  clock seri Sigma  H dan slave  clock seri Style-7 yang  diproduksi Bodet ,    suatu  perusahaan  di Perancis. [1]
Perbandingan  antara master  clock  sigma H dan slave  clock  Style-7 dengan alat yang dirancang ditunjukkan pada Tabel 1 dan Tabel 2.

## PENYEREMPAK PENUNJUK WAKTU BERDASARKAN GMT SECARA NIRKABEL
Tabel 1. Perbandingan master clock sigma H dengan alat yang dirancang Spesifikasi Sigma H Alat yang dirancang Sinkronisasi master terhadap GMT GPS, Internet, DCF ( Deutschland l ong wave signal Frankfurt) GPS Sinkronisasi  terhadap slave clock kabel dan nirkabel Nirkabel Jarak jangkau dalam  radius  100  –  200 meter dalam radius 100 meter Power dan alarm indicator Tersedia Power : Tersedia Alarm : Tidak ada Akurasi waktu Maks 0.2 detik/hari Kurang dari 5 detik Display LCD LCD Dimensi 20 cm x 15 cm 10cm x 10cm x5 cm Format data jam 24 jam dan 12 jam 24 jam Proteksi admin Tersedia Tersedia Baterai back up Tersedia Tersedia Slot USB update Tersedia Tidak tersedia Pengaturan alat lain alarm, pemanas dan penerangan Tidak tersedia Penempatan Indoor dan Outdoor Outdoor Cashing aluminium/plastik aluminium/akrilik Harga Rp. 25.000.000,- Rp. 3.300.000,-
Tabel 2. Perbandingan slave clock dengan alat yang dirancang Spesifikasi Style 7 Alat yang dirancang Format data jam 24 jam dan 12 jam 24 jam Display LED, 7 Segment,Dot matrik  7 Segment, Dot matrik Dimensi 29,7 cm x 34 cm 60 cm x 30 cm x 10cm Akurasi waktu Max 0,2 detik/hari Kurang dari 5 detik Baterai back up Tersedia Tersedia Penempatan Indoor dan outdoor Indoor dan outdoor Cashing aluminium/plastic Aluminium/akrilik Harga Rp. 10.000.000,- Rp. 2.300.000,-
Tabel 1 dan  Tabel 2 menunjukkan bahwa alat buatan Bodet jauh lebih mahal namun memiliki  banyak  keunggulan  dibandingkan  dengan  alat  yang  dirancang.  Namun keunggulan tersebut, misalnya dalam hal akurasi waktu yang mencapai 0,2 detik/hari, tidak selalu diperlukan dalam kebanyakan penerapan. Oleh karena itu, pada makalah ini  dirancang  alat  yang  lebih  murah,  dengan  spesifikasi  yang  lebih  rendah,  namun dengan akurasi yang masih bisa diterima untuk kebanyakan aplikasi, misalnya untuk sinkronisasi waktu antar ruang kantor atau bandar udara.

## 2. PERANCANGAN ALAT
Cara kerja alat yang dibuat digambarkan pada Gambar 1. Sedangkan bentuk fisik desain master clock dan slave clock masing-masing ditunjukkan pada Gambar 2 dan Gambar 3.

## PENYEREMPAK PENUNJUK WAKTU BERDASARKAN GMT SECARA NIRKABEL
Gambar 1. Gambaran cara kerja alat
Gambar 2. Modul master clock
Gambar 3. Modul slave clock
Modul master  clock yang  ditunjukkan  pada  Gambar  2  merupakan  acuan waktu  yang  akan  menyerempakkan slave  clock . Master  clock berfungsi  untuk menerima  data  waktu  dan  tanggal  yang real  time dari  satelit  dengan  menggunakan
modul Parallax  GPS  receiver .  Kemudian  data  itu  diolah  oleh  mikrokontroler  AVR tipe  ATmega8535 untuk  mengatur Real Time Clock (RTC) DS1307 dan selanjutnya menampilkan  data  waktu    pada display LCD,  16x2  karakter  dan  dipancarkan menggunakan modul transmitter YS-1020UA menuju slave clock .
Modul master  clock terdiri  dari  modul  mikrokontroler  AVR  ATmega8535, modul  parallax  GPS receiver ,  modul  RTC  DS1307,  modul  LCD  16x2  karakter, modul keypad dan modul transmitter YS-1020UA .  Blok diagram modul master clock ditunjukkan oleh Gambar 4.
Gambar 4. Diagram kotak modul master clock
Modul slave  clock yang  ditunjukkan  pada  Gambar  3 merupakan  modul penerima  data  waktu  dan  tanggal  yang  dipancarkan  oleh master  clock .  Data  yang diterima diolah  mikrokontroler tipe AVR ATmega8535 untuk mengatur modul RTC DS1307    dan  ditampilkan  pada  modul display dot  matriks.  Penjelasan  tiap  modul pada slave  clock tidak  jauh  berbeda  dengan  penjelasan  pada master  clock . Perbedaannya  adalah  adanya  display  dot  matriks  berukuran  besar  pada slave  clock dan  penggunaan receiver YS1020.  Gambar  5  menunjukkan  diagram  kotak  modul slave clock.

## PENYEREMPAK PENUNJUK WAKTU BERDASARKAN GMT SECARA NIRKABEL
Gambar  5. Diagram kotak modul slave clock

## 3. PENGUJIAN ALAT
3.1 Pengujian Parallax GPS receiver pada Master Clock
Tujuan  dari  pengujian  ini  adalah  untuk  mengetahui  jangka  waktu  GPS terhubung dengan satelit sampai memperoleh data yang valid . Data valid merupakan data  yang  diperoleh  ketika  modul  GPS  terhubung  dengan  3  satelit,  Indikatornya ditunjukkan  dengan  ditampilkannya  huruf  “A”  pada  LCD display master  clock. apabila  GPS belum  terhubung  dengan  3  satelit  maka  ditunjukkan  dengan ditampilkannya  huruf  “V”  pada  LCD display, seperti  ditunjukkan  pada  Gambar  6.
Disamping  itu,  pada  modul  GPS  terdapat  LED  indikator  yang  berfungsi menunjukkan  apakah  GPS  memperoleh  data valid atau  tidak valid .  Jika  GPS memperoleh  data valid maka  LED  menyala  penuh  sedangkan  jika  GPS  belum terhubung dengan satelit atau data tidak valid maka LED menyala secara berkedip.
Pengujian  GPS  ini  dilakukan  di  depan  Lab  Skripsi  FTEK  UKSW  dengan antena  GPS  menghadap  ke  langit  pada  waktu  siang,  dan  dilakukan  pada  sejumlah hari  yang  berbeda.  Hal  ini  dimaksudkan  untuk  mendapat  kondisi  cuaca  yang bervariasi  pada  saat  pengujian.  Di  dalam  pengujian  ini  dipastikan  tidak  ada penghalang berupa benda padat.
(a) (b)
Gambar 6. Indikator GPS pada LCD saat: (a) data tidak valid.  (b) data valid .
Selanjutnya  Tabel  3  menunjukkan  hasil  pengujian Parallax GPS receiver pada master clock .
Tabel 3. Hasil pengujian Parallax GPS receiver pada master Clock
Pengujian ke Waktu data Valid Saat Mendung Waktu data Valid Saat Berawan Waktu data Valid Saat
Terang
Waktu data Valid Saat Hujan 1 1menit 10 detik 1 menit 37 detik 57 detik 4 menit 56 detik 2 57 detik 37 detik 32 detik 1 menit 15 detik 3 36 detik 38 detik 36 detik 44 detik 4 30 detik 36,8 detik 54 detik 2 menit 10 detik 5 1 menit 14 detik 1 menit 3 detik 44 detik 56 detik 6 44 detik 38 detik 26 detik 34 detik 7 40 detik 42 detik 40 detik 1 menit 7 detik 8 1 menit 23 detik 1 menit 20 detik 36 detik 58 detik 9 57 detik 38 detik 31 detik 25 detik 10 40 detik 36 detik 35 detik 32 detik Rata - rata 53.1 detik 50.58 39.1 1 menit 21,7 detik

## PENYEREMPAK PENUNJUK WAKTU BERDASARKAN GMT SECARA NIRKABEL
Rinaldi Indera Negara, F. Dalu Setiaji, Darmawan Utomo
Berdasarkan  hasil  rata  - rata pengujian pada Tabel 3 dapat disimpulkan bahwa ketika  cuaca  terang  modul Parallax GPS receiver dapat menerima data secara valid dan cepat dari satelit. Namun ketika cuaca hujan GPS receiver membutuhkan waktu lama  untuk  menerima  data  secara valid .  Dengan  demikian  kondisi  cuaca mempengaruhi kinerja dari GPS .
3.2  Pengujian independent clock dengan menggunakan Real Time Clock (RTC) pada master dan slave tanpa adanya penyerempakan dengan waktu GPS.
Tujuan pengujian ini adalah untuk mengetahui kinerja dari masing - masing kristal osilator  yang digunakan pada master clock maupun pada slave clock .
Cara  pengujiannya,  modul master dan slave  clock diserempakkan  terlebih dahulu  untuk  menghasilkan  waktu  yang  sama,  kemudian  penyerempakan  yang dilakukan  oleh master  clock dimatikan,  sehingga  kedua  modul  bekerja  secara independen berdasarkan  waktu  dari  RTC  yang  dipakai  masing–masing,  seperti ditunjukkan pada Gambar 7.
(a) (b)
Gambar 7. Tampilan independent clock pada: (a) master clock (b) slave clock .
Pengujian ini dilakukan selama 24 jam, pada sejumlah hari seperti ditunjukkan pada Tabel 4.
Tabel 4. Pengujian independent clock tanpa adanya penyerempakan Percobaan ke Tanggal Pengujian
Selisih waktu antara Master dengan Slave 1 28 Juli 2010 < 1 detik 2 29 Juli 2010 < 1 detik 3 30 Juli 2010 1 detik 4 31 Juli 2010 < 1 detik 5 10 Agt 2010 1 detik 6 11 Agt 2010 < 1 detik 7 12 Agt 2010 1 detik 8 13 Agt 2010 2 detik 9 14 Agt 2010 < 1 detik 10 15 Agt 2010 1 detik
Berdasarkan  hasil  pengujian  pada  Tabel  4  dapat  disimpulkan  bahwa  jika  hanya menggunakan RTC secara terus menerus, terdapat adanya selisih waktu maksimum 2 detik per 24 jam, yang akan terakumulasi dari hari ke hari. Oleh karena itu diperlukan penyerempakan  secara  berkala  agar  beda  waktu  tersebut  dapat  dikoreksi  sebelum terakumulasi menjadi perbedaan yang lebih signifikan.
3.3 Pengujian penyerempakan waktu antara master dan slave cloc k
Tujuan  dari  pengujian  ini  adalah  untuk  mengetahui  kemampuan  modul master  clock dalam  menerima  data  GPS,  mengolah  dan  menyerempakkan  dengan RTC  pada master  clock ,  dan  mengirimkan  RTC master  clock ke slave  clock .  Dari

## PENYEREMPAK PENUNJUK WAKTU BERDASARKAN GMT SECARA NIRKABEL
pengujian  ini  juga  diharapkan  dapat  diketahui  seberapa  jauh  jangkauan  pengiriman data yang dilakukan oleh master clock .
Pengujian  dilakukan  di  lingkungan  kampus  UKSW  dengan  denah  seperti ditunjukkan pada Gambar 8.
Gambar 8. Lokasi pengujian di kampus UKSW Salatiga Pengujian  penyerempakan  waktu  antara master dan slave  clock dilakukan dengan cara menempatkan master clock di LAB – XT FTEK, lalu juga di lantai 6 dan lantai  7  Gedung  Perpustakaan  UKSW.  Pengiriman  data  dari master ke slave  clock dilakukan  setiap  sepuluh  detik  sekali  pada  saat  pengujian. Slave  clock ditempatkan secara  berpindah-pindah  di  dalam  lingkup  kampus. Display pada  pengujian slave clock ini  menggunakan  LCD  16x2.  Dari  LCD  ini  tertampil  waktu  RTC  (tertampil sebagai  ‘Time’)  dan  waktu  yang  diterima slave  clock dari master  clock (tertampil sebagai  ‘MST’).    Jika  nilai  yang  ditampilkan  Time  berselisih  lebih  dari  10  detik terhadap data MST,  maka  berarti slave clock tidak dapat menerima data dari master
clock . Sebaliknya, jika dapat menerima dengan baik maka slave clock akan menerima data setiap sepuluh detik sekali lalu menyerempakkan data Time terhadap MST.
Apabila slave  clock tidak  dapat  menerima  data,  maka  Time  akan  akan menampilkan data waktu berdasarkan internal clock (RTC slave clock ).
Data  dari master  clock yang  dipancarkan  ke slave  clock ditunjukkan  pada Gambar  9a.  Sewaktu  data  dapat  diterima  slave clock ditunjukkan  pada  Gambar  9b, sedangkan saat data tidak dapat diterima slave clock ditunjukkan pada Gambar 9c, di mana terdapat selisih waktu 5 detik antara tampilan Time dan MST.
(a) (b)

## (c)
Gambar 9. (a) Data waktu yang dikirimkan master clock . (b) Data waktu dapat diterima slave clock . (c) Data waktu tidak dapat diterima slave clock
Selanjutnya,  hasil  pengujian  saat  modul master dan slave diletakkan  antar  gedung ditunjukkan pada Tabel 5. Sedangkan hasil pengujian jika modul slave diletakkan di dalam gedung ditunjukkan pada Tabel 6.
Tabel 5. Pengujian pengiriman data antar gedung saat cuaca terang
Gdg A Gdg B Gdg C Gdg E Gdg F Gdg G BU  Lap. Bola Per- pus Bara  Cafe Depan LAB- XT x x √ x
x x
√ √ √ x x Lt 7 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √

## PENYEREMPAK PENUNJUK WAKTU BERDASARKAN GMT SECARA NIRKABEL
perpus
Lt 6 perpus √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √
Keterangan: √ = data dapat diterima oleh slave clock
x = data tidak dapat diterima oleh slave clock
Berdasarkan  hasil  pengujian  pada  Tabel  5.  Transmisi  data  dari master  clock dapat mencapai gedung-gedung di lingkup UKSW ketika master clock di tempatkan pada tempat yang tinggi seperti diletakkan di lantai 7 gedung perpustakaan UKSW.
Tabel 6. Pengujian penerimaan data di dalam gedung saat cuaca terang
Lt 1 Lt2 Lt3 Lt 4 Lt5 Lt 6 Perpus √ √ √ √ √ √ Gedung F √ √ √ √ √ - Bara √ √ - - - - Gedung  G  / Pasca Sarjana x √ √ √
√ - Gedung C √ √ - - - -
Keterangan:  Lokasi master clock di lantai 6 dan 7 gedung perpustakaan UKSW
Berdasarkan  hasil  pengujian  pada  Tabel  6.  dapat  disimpulkan  bahwa slave clock tidak dapat menerima data ketika berada pada lantai satu gedung Pasca Sarjana karena  lokasinya  yang  tertutup,  dikelilingi  oleh  halangan  berupa  tembok  yang tebalnya lebih dari 30 cm. Selain itu gedung tersebut terletak jauh dari lokasi di mana master clock berada.
3.4 Pengujian display slave clock dengan menggunakan tampilan dot matriks
Modul display slave  clock dibuat dengan ukuran 60 cm x 30cm x 10cm agar data waktu dan tanggal dapat dilihat pada ruang tertutup maupun terbuka pada jarak sampai10 meter.
Diplay ini  diuji  dengan  cara  menampilkan  data  waktu  dan  tanggal  yang  ada pada RTC. Lalu modul diuji untuk menampilkan data yang diterima slave clock dari master  clock .  Kedua  pengujian  tersebut  dapat  berhasil  dengan  baik .  Selain  data waktu,  display juga  dapat  menampilkan  data  karakter  seperti  ditunjukkan  pada Gambar 10. Pengujian secara subyektif juga menunjukkan bawa tulisan pada display masih dapat dilihat dengan jelas pada jarak 10 meter seperti yang direncanakan.
Gambar 10. Pengujian display dot matriks modul slave clock

## 3.5 Pengujian ketahanan baterai sebagai sumber tegangan darurat
Tujuan  dari  pengujian  ini  adalah  untuk  mengetahui  ketahanan  baterai  yang digunakan  sebagai  sumber  tegangan  darurat  baik  pada master  clock maupun  pada slave  clock ketika  listrik  PLN  padam.    Berdasarkan  pengukuran,  arus  yang dibutuhkan  oleh master  clock 0,22  A,  sedangkan  pada slave  clock dengan menggunakan display berupa dot matriks arusnya 0,35 A.
Ketahanan  baterai  Panasonic  12V,7Ah  yang  digunakan  pada master  clock mencapai  26  jam,  sedangkan  pada slave  clock yang  menggunakan display dot matriks mencapai 15 jam.

## PENYEREMPAK PENUNJUK WAKTU BERDASARKAN GMT SECARA NIRKABEL

## 4. KESIMPULAN
Beberapa  kesimpulan  yang  dapat  diambil  pada  makalah  ini  adalah  sebagai berikut :
1. Kondisi cuaca  menentukan watu yang diibutuhkan GPS receiver agar dapat menerima  data  waktu  dan  tanggal  secara valid dari  satelit,  yaitu  sekitar  39 detik pada saat cuaca cerah dan 1 menit 22 detik saat hujan.
2. Selisih  waktu  antara master  clock dengan slave  clock yang  bekerja  secara independen  tanpa  adanya  penyerempakan,  adalah  maksimal  2  detik  dalam waktu 24 jam.
3. Modul slave  clock tidak dapat  menerima data  jika  berada di  dalam gedung dengan tembok tebal (dalam pengujian sekitar 30 cm).
4. Jarak  maksimal  antara master  clock dan slave  clock dimana  data penyerempakan masih dapat diterima dengan baik mencapai 120 meter.
5. Tampilan data dot matriks pada slave clock yang berukuran 60cm x 30cm x 10cm masih dapat dilihat dengan jelas pada jarak maksimal 10 meter.
6. Dengan masing-masing menggunakan baterai 12V,7Ah, slave clock mampu bekerja sampai 15 jam sedangkan master clock sampai 26 jam.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] http://www.bodet.fr/en/activities/clock-systems/technical-leaflet.html.
(akses terakhir 19 September 2011).
[2] www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2502.pdf
(akses terakhir 6 Januari 2011)
[3] http://www.rfidglobal.org/uploadfiles/2008_2/2008021861669329.pdf
(akses terakhir 6 Januari 2011)
[4] http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/DS1307.pdf
(akses terakhir 6 Januari 2011)
[5] http://www.parallax.com/dl/docs/prod/acc/GPSManualV1.1.pdf,
(akses terakhir 6 Januari 2011)
[6] http://home.mira.net/~gnb/gps/nmea.html
(akses terakhir 6 Januari 2011)
[7] www.national.com/ds/LM/LM2576.pdf
(akses terakhir 6 Januari 2011)