Open Loop Controller Berbasis Kontrol On-Off pada Sistem Timer Lampu Lalu Lintas #1
#1
Dyah Kusuma Mauliyani (21060111130067), Ismail Ismail Rifqi Pratama (21060111130068) ,Ahmad Siddik P. (21060111130072) Yuandhica Adi Pradana(21060110120032) #2
#1
Teknik Elektro, Universitas Diponegoro Jalan Prof. H. Soedarto, S.H., Tembalang, Semarang Semarang Kode Pos 50275 Telp. (024) 7460053, 7460055 Fax. (024) 746055
[email protected] Abstract — O Open pen loop control atau kontrol lup terbuka adalah suatu sistem yang keluarannya tidak mempunyai pengaruh terhadap aksi kontrol. Artinya, sistem kontrol terbuka keluarannya tidak dapat digunakan sebagai umpan balik dalam masukan.Saat ini cukup banyak sistem yang menerapkan kontroler open loop,salah satunya adalah pewaktu pada lampu lalu lintas. Dalam sistem ini ada suatu perangkat pewaktu yang mengatur lamanya nyala tiap lampu pada tiap jalur. Karena keluaran tidak dapat dibandingkan dengan masukan acuan. Jadi, untuk setiap masukan acuan berhubungan dengan operasi tertentu, sebagai akibat ketetapan dari sistem tergantung kalibrasi. Maka keakuratan dari sumber detak yang dipakai sangatla kritis. Kata kunci : LED,timer,kontroler,clock. Timer/Counter. Terjadinya overflow ini akan dicatat dalam suatu register tertentu.
I. PENDAHULUAN
Konsep dasar Timer/Counter ditampilkan dalam bentuk blok diagram di bawah ini: ini:
A. Latar A. Latar Belakang Di era yang semakin maju ini orang-orang menggunakan kendaraan untuk aktivitas sehari-hari. Orang-orang zaman modern dituntut dalam mobilitas aktivitasnya. Makin lama kendaraan di jalan makin banyak dan padat. Dalam perkembangannya, semakin banyaknya kendaraan malah membuat jalan kacau dan tidak teratur. Ketidak teraturan ini menyebabkan perjalanan dalam beraktivitas makin terhambat dan lama. Oleh sebab itu untuk membuat para pengendara rapid an teratur dalam berkendara di jalan dibuatlah lampu lalu lintas. Pada makalah ini dijelaskan Sistem timer lampu lalu lintas menggunakan open loop controller.
Membaca Kedudukan Pencacah
Sumber Detak yang Bisa Diatur
Pencacah Biner
Overflow Pencacah
Merubah Kedudukan Pencacah
Gambar 1 Konsep Kerja Timer/Counter
Sinyal detak yang diberikan ke pencacah dibedakan menjadi dua macam, yaitu sinyal detak dengan frekuensi tetap yang sudah diketahui besarnya dan sinyal detak dengan frekuensi yang bisa bervariasi. Jika sebuah pencacah bekerja dengan frekuensi tetap, maka dikatakan pencacah tersebut bekerja sebagai Timer atau pewaktu, karena kondisi pencacah tersebut setara dengan waktu yang bisa ditentukan secara pasti. Sedangkan jika sebuah pencacah bekerja dengan frekuensi yang bervariasi, dikatakan pencacah tersebut bekerja sebagai Counter atau pencacah, karena kondisi pencacah tersebut menyatakan banyaknya pulsa detak yang sudah diterima. Untai kedua pencacah tersebut merupakan pencacah biner naik ( count up binary counter ). ).
B. Tujuan Tujuan dari pembuatan makalah tugas akhir ini adalah 1) Memberitahu cara kerja Open Loop Controller pada Sistem Timer Lampu Lalu Lintas. 2) Memenuhi Tugas Akhir Praktikum Dasar Sistem Kontrol. II. DASAR TEORI A. Pengertian A. Pengertian Timer / Counter Pada dasarnya, Timer/Counter merupakan seperangkat pencacah (counter ( counter ) biner yang terhubung langsung ke saluran data mikrokontroler, sehingga mikrokontroler bisa membaca kondisi pencacah dan bila diperlukan mikrokontroler dapat pula merubah kondisi pencacah tersebut. Seperti layaknya pencacah biner, saat sinyal detak (clock ( clock ) yang diberikan sudah melebihi kapasitas pencacah, maka pencacah akan memberikan sinyal overflow atau limpahan. Sinyal overflow ini merupakan suatu hal yang penting dalam pemakaian
B. Rangkaian B. Rangkaian Digital Rangkaian logika terbentuk dari sekumpulan komponen aktif dan pasif yang membentuk suatu fungsi pengolah sinyal. Komponen itu terdiri dari hubungan beberapa gerbang ( gate) gate) logika. Rangkaian logika bekerja secara digital. Output dari suatu rangkaian logika 1
ditentukan oleh karakterisitik dan gerbang-gerbang yang digunakan.
hubungan
dari
hanya jika hubungan antara masukan dan keluaran diketahui dan tidak terdapat gangguan internal maupun eksternal.
C. Gerbang Logika Gerbang logika adalah piranti dua keadaan, yaitu mempunyai keluaran dua keadaan: keluaran dengan nol volt yang menyatakan logika 0 (atau rendah) dan keluaran dengan tegangan tetap yang menyatakan logika 1 (atau tinggi). Gerbang logika dapat mempunyai beberapa masukan yang masing-masing mempunyai salah satu dari dua keadaan logika, yaitu 0 atau 1. Gerbang logika dapat digunakan untuk melakukan fungsi-fungsi khusus, misalnya AND, OR, NAND, NOR, NOT atau EX-OR (XOR).
III. PERANCANGAN A. Blok diagram Pada sistem ini diterapkan suatu open loop kontroler dengan diagram sebagai berikut:
Kontroller (Timer,Flipflop,Gerbang logika)
Plant (transistor,switch LED Relay)
Gambar Blok diagram sistem Kontroler berfungsi sebagai pewaktu untuk mengatur keluaran dari plant yang terdiri dari rangkaian timer,dan counter.Untuk Plant digunakan transistor switching dan relay. Mulai
Tambah Hitungan timer
Gambar 2 Gerbang-gerbang logika
D. Open Loop Controller Open loop control atau kontrol lup terbuka adalah suatu sistem yang keluarannya tidak mempunyai pengaruh terhadap aksi kontrol. Artinya, sistem kontrol terbuka keluarannya tidak dapat digunakan sebagai umpan balik dalam masukan
Waktu telah 10 detik?
Ganti nyala lampu dan waktu reset lagi menjadi 0
Gambar 3 Diagram blok system Open Loop
Dari gambar 1 di atas dapat diketahui persamaan untuk sistem lup terbuka : C(s)= R(s).G(s)
Selesai
()
( () () () () Dalam suatu sistem kontrol terbuka, keluaran tidak dapat dibandingkan dengan masukan acuan. Jadi, untuk setiap masukan acuan berhubungan dengan operasi tertentu, sebagai akibat ketetapan dari sistem tergantung kalibrasi. Dengan adanya gangguan, system control open loop tidak dapat melaksanakan tugas sesuai yang diharapkan. System control open loop dapat digunakan
Gambar Diagram alir proses Pada rancangan ini dijelaskan cara kerjanya melalui flowchart proses pada gambar di atas. B. Pengaturan frekuensi clock yang digunakan Untuk menimbulkan suatu clock untuk digunakan sebagai timer,digunakan suatu rangkaian penimbul detak
2
atau clock generator.Pada rancangan ini kami memakai IC NE555 sebagai penimbul detak.
Dari grafik di atas dan dengan pengaturan T/div = 200ms terlihat bahwa frekuensi clock yang dihasilkan 1Hz dan telah sesuai untuk dimasukkan ke sistem counter selanjutnya. C. Rancangan rangkaian counter Untuk rancangan selanjutnya akan dirancang suatu counter yang bisa membuat lampu LED bergantian nyala tiap selang waktu tertentu. Dalam rancangan ini akan digunakan IC Decade counter 7490.Rangkaiannya seperti berikut.
Gambar 4 Rangkaian IC 555 sebagai multivibrator astabil
Gambar 6 rangkaian counter
Pada rangkaian ini masukan clock A berasal dari pulsa detak IC 555 yang berfrekuensi 1 Hz.Clock B berasal dari keluaran Q0 dari IC 7490 sendiri.semua kaki R dihubungkan ke ground agar counter dapat bekerja.Di sini Counter akan menghitung sampai bilangan 9 (overflow) kemudian kembali lagi ke nol untuk menghitung lagi dari awal hingga 9 lagi.tiap hitungan mempunyai waktu 1 detik,sesuai dengan frekuensi clock yang dimasukkan.Keluaran dari counter selanjutnya akan disambungkan ke LED penunjuk lampu lalu lintas, ke gerbang NAND dan ke BCD to seven segment decoder.
Gambar adalah rangkaian IC 555 yang di rangkai untuk menghasilkan detak dengan fitur multivibrator astabil.Nilai frekuensi detak yang dihasilkan ditentukan dengan rumus:
( () ( )
Dari rumus di atas kita akan mencari nilai kapasitor yang tepat untuk menghasilkan frekuensi 1Hz. Dengan nilai resistor yang telah ditentukan yaitu R6=22kOhm dan R7=51kOhm makadidapatkan nilai kapasitor 11.6uF.Untuk gelombang keluaran dapat dilihat pada grafik virtual osiloskop berikut.
D. Rancangan penunjuk lampu lalu lintas Pada pengaturan nyala lampu lalu lintas digunakan gerbang NAND dan D flip-flop pengatur nyalanya lampu berdasarkan nilai counter yang keluar.Pertama dari gerbang NAND.
Gambar 7 Gerbang NAND
Masukan gerbang NAND berasal dari kaki Q0 dan Q3 dari IC counter 7490.Maksud dari pemakaian gerbang NAND ini adalah,ketika counter bernilai 9, yang ditandai dengan logika keluaran pada Q0 dan Q3 High, maka keluaran logika keluaran gerbang NAND
Gambar 5 Frekuensi gelombang yang dihasilkan IC 555 1Hz
3
akan berubah dari 1 ke 0 yang menunjukkan falling edge pada perubahan logika dan akan memicu D flip-flop untuk merubah keluarannya jika diasmbungkan pada kaki clock.
IV. SIMULASI Hasil dari rancangan tersebut adalah seperti gambar berikut.
Gambar 8 Rangkaian D flip flop
PadaD flip-flop perubahan terjadi pada saat falling edge pada kaki clock yang ditimbulkan oleh keluaran pada gerbang NAND.Untuk mengubah keluaran menjadi invers dari sebelumnya, maka kaki keluaran dari Qinvers dikembalikan lagi ke dalam kaki D.kaki Set dan Reset dihubungkan ke ground,sesuai dengan ketentuan datasheet IC 4013.kemudian keluaran dari kaki Q untuk lampu hijau dan keluaran dari kaki Qinvers untuk lampu merah.
Gambar 10 Rangkaian Simulasi
Pada saat dijalankan,IC 555 mulai menimbulkan clock yang menambah jumlah nilai pada counter .
E. Rancangan penampil waktu
Gambar 11 Gelombang keluaran IC 555 frekuensi 1Hz Gambar 9 Rangkaian BCD to Seven Segment
Keluaran dari counter menjadi masukan bagi gerbang NAND dan BCD to 7 Segment Se gment sebagai penampil waktu agar mudah dibaca.
Untuk penampil jumlah waktu dalam detik yang dibutuhkan, diperlukan 7 segment.Keluaran yang masih berbentuk biner di awasandikan dengan IC 7447 agar dapat dilihat pada tampilan 7 Segment.Ada 2 & Segment yang terpasang dan pemilihan penampilan ditentukan oleh relay yang dikendalikan dari keluaran D flipflop.Untuk penggunaan IC 7447 ini diperlukan 7 Segment common anode.
Gambar 12 Rangkaian penampil waktu
Setelah mencapai waktu 10 detik maka keluaran dari D flip-flop berubah yang menyebabkan penampil 7 Segment berganti dan lampu yang menyala juga berganti
4
Gambar 13 Lampu lalu lintas
Gambar di atas menunjukkan lampu LED sebagai representasi dari lampu lalu lintas sebenarnya.terlihat bahwa lampu kuning menyala sebagai tanda bahwa lampu merah akan bergantian menyala dalam waktu dekat. V. PENUTUP A. Kesimpulan A. Kesimpulan 1.
Sistem kontrol terbuka keluarannya tidak dapat digunakan sebagai umpan balik dalam masukan 2. Output pada alat ini adalah timer dan warna lampu lalu lintas yaitu merah, kuning, dan hijau. 3. Pada Open Loop Controller pada Sistem Timer Lampu Lalu Lintas ini perubahan keadaan bergantung pada timer. 4. Frekuensi Clock yang digunakan 1Hz. B. Saran 1.
Sumber frekuensi clock yang digunakan lebih baik dengan toleransi error lebih sedikit agar waktu tidak bergeser sangat jauh. 2. Sistem lalu lintas lebih lancer apabila diberi system closed loop.
5
Daftar Pustaka
[1] Datasheet IC 555
Mengetahui dan Mengesahkan,
[2] Datasheet IC Decade Counter 7490 [3] Datasheet IC 7447
Koordinator
Asisten Pembimbing
Dian Wesly Putra Sijabat NIM. L2F 009 108
Yuandicha Adi Pradana NIM. 21060110120032
[4] http://wisnukusbandono.blogspot.com/2013/03/pengertian -open-loop-dan-close-loop.html [5] http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/gerbanglogika-dasar-elektroni logika-dasar-elektronika-digital/ ka-digital/ [6] http://www.slideshare.net/gandenggandeng/materirangkaian-digital-i
BIODATA MAHASISWA
Ismail Rifqi Pratama (21060111130068) lahir pada tanggal 3 Februari 1993 di Jakarta. Memiliki hobi berenang, menonton film, dan bermain game. Telah menempuh pendidikan di TK PGRI, kemudian SD Negeri Tambak Aji 04, SMP Negeri 1 Semarang, SMA Negeri 3 Semarang dan saat ini menjadi mahasiswa di Jurusan Teknik Elektro Universitas Diponegoro.
Dyah Kusuma Mauliyani Lahir di Semarang pada tanggal 29 Agustus 1993. Telah menempuh pendidikan mulai dari TK Merpati Cirebon, SD Negeri 1 Karangsembung, SMP Negeri 5 Cirebon dan SMA Negeri 1 Cirebon, dan saat ini sedang menempuh pendidikan di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang. Konsentrasi Telekomunikasi
Ahmad Siddik Prayogi Lahir di Semarang pada tanggal 28 Maret 1993. Telah menempuh pendidikan mulai dari SD Negeri Sompok 02 Semarang, SMP Negeri 2 Semarang dan SMA Negeri 3 Semarang, dan saat ini sedang menempuh pendidikan di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang. Konsentrasi Elektronika
6
