## PENGENDALI KAMERA JARAK JAUH DENGAN MEMANFAATKAN DUAL TONE MULTI FREQUENCY
BERBASISKAN MIKROKONTROLER AT89C51
Muhammad Rofiq, ST

## Dosen STMIK ASIA Malang

## Abstract
Saat  ini  dipasaran  banyak  sekali  alat  pengaman  dengan  menggunakan  kamera.  Tetapi kebanyakan alat yang telah ada adalah jenis statis. Kalaupun ada yang jenis dinamis, pasti harganya mahal.  Alat  ini  adalah  alat  dengan  sistem  kendali  jarak  jauh  yang  menggunakan  gelombang  FM sebagai  media  transmisinya.  Data  digital  yang  akan  ditransfer,  dikodekan  terlebih  dahulu menggunakan sinyal DTMF.
Prinsip  kerja  alat  ini  diawali  dengan  penekanan  tombol  keypad  pada  bagian  pemancar. Tombol keypad akan mengirim data digital 4 bit pada enkoder DTMF untuk selanjutnya dikodekan menjadi  sinyal  DTMF.  Sinyal  ini  kuatkan  dan  kemudian  akan  ditansmisikan  dalam  bentuk gelombang  FM.  Sinyal  keluaran  dari  penerima  FM  dikodekan  kembali  menjadi  sinyal  digital  oleh dekoder  DTMF  yang  digunakan  sebagai  input  dari  mikrokontroler  untuk  menggerakan  motor  dan relay. Mikrokontroler yang digunakan adalah AT89C51 buatan  ATMEL Corp. Jarak antara modul pemancar  dan  modul  penerima  8  meter.  Presentase  kesalahan  frekuensi  tinggi  DTMF  sebesar  - 0,38% sedangkan presentase kesalahan frekuensi rendah DTMF sebesar -0,25%. Tingkat kesalahan maksimum yang masih bisa ditoleransi sebesar 0,64%

## LATAR BELAKANG
Keamanan  telah  menjadi  kebutuhan  penting  dalam  kehidupan  saat  ini.  Perusahhan  kecil, menengah  atau  besar,  membutuhkan  sistem  keamanan  untuk  meminimalisir  gangguan  baik pencurian atau perampokan. Peralatan keamanan yang digunakan biasanya tanpa memperhitungkan besarnya  biaya.  Salah  satu  peralatan  keamanan  tersebut  adalah  kamera.  Pada  umumnya  kamera diletakkan  disudut  ruangan  atau  tempat  strategis  tertentu  yang  membutuhkan  pengamatan.  Pada perusahaan atau supermarket dengan area yang luas, penempatan posisi kamera biasanya berjauhan dari  pusat  keamanan  dimana  aktifitas  pengamatan  dilakukan.  Hal  ini  akan  memakan  biaya  yang cukup  besar  untuk  proses  transfer  data  antara  ruang  pengontrol  dengan  kamera-kamera  yang ditempatkan.  Belum  lagi  harga  dari  kamera  dengan  motor  penggerak  terintegrasi  yang  harganya cukup mahal.
Suatu  sistem  nirkabel  dengan  transfer  data  digital  dapat  menggunakan  sinyal  DTMF. DTMF dialer merupakan suatu sistem pensinyalan, biasa digunakan pada pelanggan telepon dimana sinyal dikirim dalam dua bentuk frekuensi yang berbeda, yaitu kombinasi frekuensi atas dan bawah. DTMF memiliki kemampuan untuk mengkodekan data digital 4 bit.
Dalam  penelitian  ini  akan  merencanakan  sistem  keamanan  berbasis  mikrokontroler AT89C51,  menggunakan  kamera  analog  dan  gelombang  FM  sebagai  jalur  transmisinya.  Transfer data  pemancar  ke  penerima  dengan  memanfaatkan  sinyal  DTMF.  Pengendali  gerak  motor  yang kemudian  digunakan  untuk  menggerakkan  kemera  dengan  memanfaatkan  IC  Mikrokontroler AT89C51

## RUMUSAN MASALAH
Sesuai dengan permasalahan diatas, rumusan masalah dalam penelitian ini adalah:
1. Bagaimana merancang dan membuat rangkaian pembangkit dan penerima DTMF
2. Bagaimana  membuat  program  untuk  mikrokontroler  sebagai  antarmuka  dengan  motor stepper
3. Bagaimana membuat rangkaian relay sebagai pengaktif kamera jarak jauh.
4. Bagaimana  mengintegrasikan  rangkaian-rangkaian  DTMF,  mikrokontroler,  motor  stepper, relay dan kamera ke dalam sebuah sistem pengendali kamera jarak jauh

## TUJUAN PENELITIAN
Tujuan dari penelitian ini adalah meracang sebuah alat keamanan pengendali kamera jarak jauh berbasiskan mikrokontroler AT89C51 dengan pengkodean sinyal dari rangkaian DTMF

## TINJAUAN PUSTAKA
DTMF ( Dual Tone Multi Frequency ) dialer merupakan suatu sistem pensinyalan yang biasa digunakan pada pelanggan telepon dimana sinyal dikirim dalam bentuk dua frekuensi yang berbeda yaitu kombinasi frekuensi atas dan frekuensi bawah. (William, 1984)
IC  TP5088  merupakan  jenis  enkoder  DTMF  yang  merupakan  perangkat  yang  dapat menghasilkan  tone-dialing  yang  dalam  aplikasinya  dapat  digunakan  pada  hubungan  telepon.  Data masukan  yang  berupa  4  data  biner  akan  dikodekan  secara  langsung  tanpa  memerlukan  konversi untuk  mensimulasikan  masukan  yang  dibutuhkan  oleh  pembangkit  DTMF  standart.  (National Semiconduktor Coorporation, 3-5)
IC MT8870 adalah salah satu dekoder DTMF yang dapat direspon kode-kode sinyal DTMF ke  dalam  4  bit  data  biner  yang  sesuai.  Salah  satu  jenis  dekoder  DTMF  dalam  bentuk  IC  18  pin adalah  MT8870.  IC  jenis  MT8870  adalah  rangkaian  dekoder  yang  terintegrasi  produk  Mitel  Inc. Fungsinya  adalah  untuk  mendeteksi  atau  menterjemahkan  sinyal  suara  menjadi  kode  biner  4  bit. (Data Book IC Mitel 8870, 1987)
Mikrokontroler  AT89C51  yang  diproduksi  oleh  ATMEL  Company  merupakan  salah  satu anggota keluarga dari MCS-51. IC jenis ini berorientasi pada kontrol yang dapat diprogram ulang. Mikrokontroler  AT89C51  mempunyai  karakteristik  utama  yaitu  CPU  dengan  lebar  data  8  bit, prosesor Boole untuk operasi logika 1 bit, ruang memori program sebesar 64 k byte, ruang memori data  sebesar  64  k byte, EPROM  sebesar  4  k byte untuk  memori  program  pada chip, RAM  sebesar 256 byte untuk  memori  data  pada  c hip, 32  jalur  bidirectional  (dapat  digunakan  sebagai  masukan atau  keluaran)  dan  setiap  jalur  bit  dapat  dialamati,  2  buah counter/timer 16  bit,  UART (Universal Asyncronous  Receiver  Transmitter)  full  duplex, 5  jalur  interupsi  dengan  2  tingkat  prioritas  yang dapat deprogram, osilator internal terdapat dalam chip (Atmel, 1997)
Motor  stepper  adalah  salah  satu  jenis  motor  yang  berputar  berdasarkan  derajat-derajat tertentu  sebagai  respon  terhadap  masukan  pulsa  elektrik.  Ukuran  derajat  pergerakan  normalnya adalah  1,9 o untuk  masing-masing  pulsa  elektrik.  Motor  stepper  memiliki  magnet  permanent  pada rotor  dan  stator  yang  terdiri  dari  empat  lilitan  dc.  Keempat  lilitan  tersebut  diaktifkan  dan dinonaktifkan  berdasarkan  aturan  tertentu  sehingga  dapat  membentuk  masing-masing  step  pada rotor.(Stepper motor information sheet. Pdf2)
Relay  merupakan  saklar  elektromagnetik  dan  menggunakan  medan  magnet  dari  sebuah kumparan  untuk  membuka  dan  menutup  satu  atau  beberapa  kontak  saklar.  Kontak  relay  yang  ada dipasaran  tersedia  dalam  berbagai  konfigurasi.  Konfigurasi  pensaklaran  diidentifikasikan  sesuai
jumlah kutub (P, pole) dan banyaknya posisi saklar (T, throw). Jumlah kutub san banyaknya posisi saklar didahului dengan huruf S (single) dan huruf D (Double). Sehingga berdasarkan jumlah kutub dan banyaknya posisi saklar ada 4 jenis relay, yakni SPST, DPST, SPDT, dan DPDT.
Bagian  utama  dari  kamera  adalah  tabung  kamera  atau  lebih  sering  disebut vidicon .  Pada dasarnya  tabung  kamera  mengambil  bayangan  optic  dari  objek  dan  mengubah  masukan  cahaya menjadi perubahan  listrik yang sesuai  untuk  sinyal  video. Konversi bidang gambar menjadi sinyal video dilakukan dengan proses scanning. Proses scanning dilakukan dari kiri ke kanan dalam tiap- tiap  garis  horizontal  dan  dari  atas  ke  bawah  garis  demi  garis.  Untuk  mengatur  waktu  scanning horizontal  dan  vertical  ditambahkan  pulsa  sinkronisasi.  Sinyal  video  yang  telah  diubah  menjadi sinyal  listrik,  dikuatkan  dan  dimodulasi  dalam  suatu  rangkaian  tertutup.  Pada  bagian  akhir  sistem video,  tabung  gambar  mengubah  tegangan  sinyal  video  dari  masukan  menjadi  cahaya  pada keluaran.  Informasi yang dapat dilihat, dihasilkan kembali pada layer  tabung gambar sebagaimana objek yang ditangkap kamera. (Grob, 1989)

## METODE PENELITIAN
Perancangan  alat  pada  dasarnya  menggunakan  data  sekunder  dari  literatur  tetapi  jika  data sekunder ini tidak tersedia, percobaan awal dilakukan untuk memperoleh data primer. Perancangan dilakukan dengan menggunakan pendekatan moduler mulai dari masukan menuju keluaran. Metode ini digunakan baik untuk perancangan perangkat keras maupun perangkat lunak.
Hasil rancangan yang berupa rangkaian per blok diimplementasikan menjadi satu kesatuan pada  sebuah  PCB  ( Printed  Circuid  Board ).  Layout  PCB  tersebut  dibuat  dengan  menggunakan Program Protel 98. Perangkat lunak yang dirancang dalam bentuk diagram  alir diimplementasikan sebagai program Assembler dengan menggunakan Program Pinnacle. Untuk memasukkan program ini ke mikrokontroller digunakan emulator HB2000.
Pengujian  dilakukan  terhadap  modul-modul  sistem  dengan  cara  mengevaluasi  hasil keluaran  tiap  modul  untuk  masukan-masukan  tertentu  berdasarkan  rancangan  yang  telah  dibuat. Setelah  masing-masing  blok  bekerja  sesuai  dengan  spesifikasi  yang  diinginkan,  dilakukan pengujian keseluruhan sistem yang berupa alat yang sudah jadi.

## PERENCANAAN DAN PEMBUATAN ALAT

## 1. Blok diagram sistem
Blok diagram sistem secara keseluruhan ditunjukkan dalam Gambar 1. Secara umum sistem ini  dapat  dikelompokkan  menjadi  dua  bagian,  modul  pengirim  (transmitter)  dan  modul  penerima (receiver). Sedangkan media perantaranya adalah udara.

## Gambar 1 Blok Diagram Pengendali Kamera Jarak Jauh

## 2. Perencanaan Perangkat Keras

## 2.1 Modul Pengirim

## Rangkaian masukan keypad
Rangkaian  keypad  berupa  saklar  push  button  (S1.  S2,  S3,  dan  S4)  yang  apabila  tidak ditekan rangkaian  akan menyebabkan hubung buka (normally open). Rangkaian  keypad terhubung dengan  Enkoder  DTMF  yang  mengubah  nilai  digital  menjadi  frekuensi  dengan  besar  tertentu. Pemicuan Enkoder ini terletak pada pin TOE (Tone Enable) dalam kondisi tepi naik (rising edge). Saat  semua  saklar  belum  ditekan,  maka  seluruh  sinyal  data  dalam  kondisi  tinggi  dan  sinyal  Tone Enable  dalam  kondisi  rendah.  Saat  salah  satu  saklar  ditekan,  maka  sinyal  Tone  Enable  akan berkondisi  tinggi  sehingga  IC  TP5088  akan  bekerja.  Dalam  perancangan  keypad  menggunakan empat gerbang XOR untuk mensinkronisasikan delay time antara TP5088 dengan delay saklar.

## Enkoder DTMF
Rangkaian  enkoder  DTMF  dalam  perencanaan  ini  menggunakan  IC  TP5088  yang  dapat menghasilkan  tone  dialing.  Masukan  IC  ini  berupa  4  buah  data  biner  dan  selanjutnya  akan dikodekan secara langsung menjadi tone sesuai dengan kode masukan yang diberikan. Nada DTMF yang  dihasilkan  akan  diteruskan  ke  sebuah  resistor  variable  yang  berfungsi  untuk  mengatur amplitude dari nada tersebut.

## Penguat audio
Penguat tegangan audio selain berfungsi sebagai buffer, rangkaian ini juga berfungsi untuk menyesuaikan  tegangan  keluaran  DTMF  agar  dapat  dipancarkan  dengan  baik  sehingga  senyal tersebut sesuai dengan tegangan input minimum rangkaian pemancar.

## Pemancar FM
Pemancar FM dalam sistem ini mempunyai frekuensi pancar pada daerah 90 MHz digunakan untuk  mengirimkan  data  dengan  memanfaatkan  media  transmisi  gelombang  radio  FM.  Paket  data yang  dikirim  melalui  keypad  merupakan  data  digital.  Agar  data  tersebut  dapat  ditransmisikan melalaui  udara  atau  gelombang  radio  yang  termodulasi  frekuensi,  maka  data-data  itu  dirubah  ke dalam  bentuk  sinyal  DTMF.  Dekoder  DTMF  ini  mampu  membangkitkan  16  pasang  nada  atau frekuensi yang mewakili bentuk-bentuk data digital tersebut.

## 2.2 Modul penerima

## Penerima FM
Radio  penerima  FM  digunakan  untuk  menerima  sinyal  informasi  yang  telah  dikrimkan  oleh pemancar.  Penerima  ini  memisahkan  sebuah  sinyal  informasi  yang  dikehendaki  dari  sinyal  radio lain  yang  memungkinkan  diterima  oleh  antena  dan  menolak  sinyal  lain  tersebut.  Sinyal  informasi tersebut berupa paket data yang dipisahkan dari sinyal pembawa radio kemudaian diteruskan untuk diubah kembali ke dalam bentuk data digital yakni dalam bentuk sinyal DTMF.

## Dekoder DTMF
Pendekode  sinyal  DTMF  menggunakan  IC  MT8870.  IC  MT8870  merupakan  chip  yang dibuat  khusus  sebagai  pendekode  sinyal  DTMF  yang  dalam  bekerjanya  ditambahkan  beberapa komponen  penunjang.  Prinsip  kerjanya  adalah  jika  ada  sinyal  nada  yang  diterima  input  akan diterjemahkan  dan  menghasilkan  keluaran  yang  berupa  kode  biner  4  bit  yang  akan  menunjukkan pasangan nada yang diterimanya.

## Mikrokontroler AT89C51
Sistem  mikrokontroler  beserta  komponen  pendukungnya  secara  lengkap  ditunjukkan  dalam Gambar 2.
Gambar 2  Sistem mikrokontroler

## Unit relay
Rangkaian  ini  berfungsi  untuk  mengaktifkan/menonaktifkan  kamera  dan  video  sender.  Jenis relay  yang  dipakai  adalah  DPDT  karena  saluran  yang  diputus  sepasang.  Dalam  rangkaian  relay diperlukan transistor sebagai penguat arus. Hal ini dikarenakan karena keluaran port mikrokontroler sangat kecil yaitu sebasar 10mA.

## Motor stepper
Motor  stepper  digunakan  sebagai  penggerak  dari  kamera  yang  dikendalikan  oleh mikrokontroler  sesuai  dengan  program  yang  telah  ditulis.  Motor  stepper  bergerak  sebesar  2 0 tiap step, sehingga memudahkan perancangan dalam menentukan besar sudut yang diinginkan.

## 3. Perancangan Perangkat Lunak

## Diagram Alir Program Utama
Pada diagram  alir program utama menjelaskan proses  kerja sistem secara keseluruhan. Flow chat untuk program utama ditunjukkan dalam Gambar 3

## Gambar 3  Diagram alir program utama pengendali kamera

## PENGUJIAN
Pengujian  ini  dilakukan  untuk  mengetahui  tingkat  keberhasilan  perancangan  alat.  Pengujian yang  dilakukan  meliputi  pengujian  tiap  blok  rangkaian  dan  keseluruhan  sistem.  Hasil  pengujian kemudian dibandingkan dengan perancangan, dan selanjutnya dianalisa.
Pengujian rangkaian meliputi :
 Pengujian keypad
 Pengujian enkoder DTMF
 Pengujian dekoder DTMF
 Pengujian minimum sistem
 Pengujian relay
 Pengujian driver motor
 Pengujian keseluruhan

## Analisis
1. Dari hasil pengujian keypad dapat dilihat dari menyala tidaknya peraga 4 bit led. Nyala led sesuai  dengan  data  yang  diberikan.  Dari  hasil  pengujian  menunjukkan  bahwa  keypad bekerja dengan baik sesuai dengan keluaran yang diinginkan.
2. Dari  hasil  pengujian  enkoder  DTMF,  prosentase  kesalahan  frekuensi  tinggi  terhadap standart  adalah  -0,38%,  sedangkan  pada  frekuensi  rendah  adalah  -0,25%.  Sehingga  dapat disimpulkan  bahwa  pembangkit  DTMF  telah  memenuhi  syarat,  karena  tingkat  kesalahan yang diperbolehkan adalah 64%.
3. Dari  hasil  pengujian  dekoder  DTMF  didapatkan  hasil  bahwa  rangkaian  dekoder  DTMF dapat  menunjukkan  data  biner  4  bit  sesuai  dengan  pengindra  yang  aktif,  sehingga  dapat disimpulkan bahwa rangkaian dapat bekerja sesuai dengan perencanaan.
4. Pada pengujian minimum sistem diperoleh hasil bahwa perangkat lunak yang  dituliskan ke dalam mikrokontroler sudah sesuai dengan perancangan.
5. Pada  pengujian  relay  diperoleh  hasil  bahwa  relay  dapat  bekerja  dengan  baik.  Hal  ini ditunjukkan dengan nyala led.
6. Pada  pengujian  motor  stepper  dengan  mikrokontroler  diperoleh  hasil  bahwa  rangkaian dapat bekerja dengan baik, yaitu ketika keenpat kaki basis D400 diberi masukan sinyal dari mikrokontroler, maka motor dapat berputar baik ke kanan maupun ke kiri.
7. Dari  hasil  pengujian  secara  keseluruhan,  dapat  diamati  bahwa  keseluruhan  alat  berfungsi dengan baik pada jarak ± 8 meter.

## KESIMPULAN DAN SARAN HASIL PENELITIAN

## 1. KESIMPULAN
a. Jarak maksimal antara modul pemancar dengan modul penerima sejauh ± 8 meter.
b. Beda  amplitude  antara  kelompok  atas  (High  Group)  dan  kelompok  bawah  (Low  Group) DTMF Tone adalah 1,85 dB atau sebesar 92,5% dari nilai maksimum yang diperbolehkan yaitu sebesar 2 dB.
c. Persentase  kesalahan  frekuensi  tinggi  DTMF  adalah  -0,38%  sedangkan  persentase kesalahan  frekuensi  rendah  DTMF  adalah  -0,25%.  Tingkat  kesalahan  maksimum  yang masih bisa ditoleransi adalah 0,64%.
d. Peralatan yang mendukung proses pengubahan sinyal video menjadi gelombang VHF (Very High  Frequency)  berupa  video  sender.  Dalam  hal  ini  menggunakan  channel  9  VHF  atau frekuensi 186 MHz. Jarak maksimal antara gelombang VHF yang dipancarkan video sender dengan pesawat televise adalah 40m.

## 2. SARAN
a. Untuk pengembangan lebih lanjut proses komunikasi data dapat mempergunakan pemancar FM  dengan  daya  pancar  lebih  tinggi  atau  media  RF  yang  berbeda  dengan  daya  jangkau yang lebih jauh. Jika jarak antara modul pemancar dan penerima dapat melebihi 40m, maka diharapkan  juga  memberikan  rangkaian  penguat  RF  pada  video  sender  agar  gelombang VHF yang dipancarkan dapat diterima dengan baik.
b. Agar proses transfer data dapat lebih cepat dapat digunakan modem FSK (Frequency Shift Keying) yang memiliki boud rate yang lebih tinggi dibandingkan dengan DTMF.
c. Penambahan mekanis untuk mengatur focus kamera dapat lebih mempertajam gambar yang akan ditangkap kamera.

## DAFTAR PUSTAKA
Atmel, 1997. AT89C51 8-bit Mikrokontroler with 4K Byte flash : http://www.atmel.com Coughlin, Robert F dan Frederick F. Driscoll. 1994. Penguat Operasional dan Rangkaian Terpadu Linear, Edisi kedua, Terjemahan Herman Widodo S. Jakarta: Erlangga Grob. 1989. Prinsip-prinsip Elektronik . Jakarta: Erlangga Malvino, Albert Paul. 1993. Elektronika Komputer Digital Pengantar Mikrokomputer , Edisi kedua, Alih bahasa Tjia may On . Jakarta: Erlangga Malvino,  Albert  Paul.  1996. Prinsip-Prinsip  Elektronik,  Edisi  kedua,  Terjemahan  Hanapi Gunawan. Jakarta: Erlangga
Mismail, Budiono. 1995. Rangkaian Listrik, jilid 1. Bandung : ITB
Nalwan, Paulus Andi. 2003. Panduan Praktis Teknik Antarmuka dan Pemrograman Mikrokontroler AT89C51. Jakarta: PT Elek Media Komputindo
National Semiconductor Coorporation. 1999. Dual Tone Multi Frequency: http://www.national.com Soejana. 2000. Pengukuran Alat-alat Listrik . Jakarta: Erlangga Wiiliam. 1984. Dual Tone Multi Frequency . Jakarta: Erlangga