RANCANG BANGUN PALANG PINTU PERLINTASAN KERETA API OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA8535
TUGAS AKHIR
Diajukan Sebagai Salah Satu Syaratan UntukMenyelesaikan Program Studi Diploma IV (D4) Teknik Elektro Industri
Oleh : DEWI DESDEMONA 2008. 09194
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI PADANG 2012
ABSTRAK
Dewi Desdemona(2008-09194):RANCANG BANGUN PALANG PINTU PERLINTASAN
KERETA
API
OTOMATIS BERBASIS ATMEGA8535 Pembimbing I Pembimbing II
: Krismadinata, S.T, M.T, Ph. D : Irma Husnaini, S.T, M.T
Palang pintu perlintasan kereta api merupakan salah satu sarana prasarana kereta api. Pada persimpangan palang pintu perlintasan kereta api saat ini masih banyak terjadi masalah terutama pada kecelakaan lalu lintas. Penyebab kecelakaan lalu lintas pada persimpangan rel kereta api pada umumnya terjadi karena tidak adanya sarana dan prasarana (palang pintu perlintasan) dan kelalaian petugas penjaga dalam melakukan tugasnya. Oleh karena itu perlu dirancang palang pintu perlintasan kereta api otomatis. Aplikasi ini dibuat berupa prototipe yang menggambarkan aplikasi sesungguhnya dengan menggunakan skala 1:300. Rangkaian palang pintu perlintasan kereta api otomatis ini mempunyai tiga bagian umum yaitu motor servo yang akan berputar menggerakkan palang membuka dan menutup, sensor garis yaitu gabungan dari inframerah dengan photodioda sebagai pendeteksi adanya kereta api yang akan lewat dan mikrokontroler ATMEGA 8535 sebagai otak dari semua kegiatan otomatis alat. Apabila sensor mendeteksi kereta api maka palang pintu pada persimpangan tertutup, modul suara aktif dan tampilan di LCD adalah kereta api akan melintas. Setelah kereta api lewat maka palang pintu terbuka secara otomatis, modul suara mati dan tampilan pada LCD adalah selamat jalan. Pada pengujian akhir alat ini, diperoleh hasil pengujian sensor garis dapat mendeteksi kereta api lewat sedangkan hasil pengujian motor servo dapat bergerak menutup dan membuka palang pintu perlintasan kereta api sesuai dengan yang telah diprogram menggunakan codevision AVR. Kata kunci : Sensor Garis, ATMega8535, Motor Servo, Modul Suara, LCD, LED Indikator
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan judul “Rancang Bangun Palang Pintu Perlintasan Kereta Api Otomatis Berbasis Mikrokontroler ATMega 8535”. Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi syarat untuk menyelesaikan Program Studi Teknik Elektro Industri Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Negeri Padang. Dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih kepada yang terhormat: 1. Bapak Drs. H. Ganefri, M.Pd, Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Negeri Padang. 2. Bapak Oriza Candra, S.T, M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Negeri Padang sekaligus selaku pengarah dan penguji pada Tugas Akhir ini. 3. Bapak Ali Basrah Pulungan, M.T. selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Negeri Padang. 4. Bapak Drs. H. Aslimeri, M.T selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro Industri Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Negeri Padang sekaligus selaku pengarah dan penguji pada Tugas Akhir ini. 5. Bapak Krismadinata, ST, MT, Ph.D selaku pembimbing I yang telah memberikan motivasi dan bimbingan dalam pembuatan Tugas Akhir ini.
6. Ibu Irma Husnaini, ST, MT. selaku selaku pembimbing II yang telah memberikan motivasi dan bimbingan dalam pembuatan Tugas Akhir ini. 7. Bapak Drs. H. Aswardi, M.T selaku pengarah dan penguji dalam Tugas Akhir ini. 8. Bapak/Ibu staf pengajar Fakultas Teknik Universitas Negeri Padang, yang telah memberikan ilmu pengetahuan selama masa studi. 9. Kedua orang tua dan saudara yang telah memberikan dorongan, do’a, dan semangat serta kasih sayangnya kepada penulis. 10. Rekan-rekan
mahasiswa-mahasiswi Jurusan Teknik Elektro UNP,
khususnya Program Studi Teknik Elektro Industri (D4) Universitas Negeri Padang angkatan 2008. Penulis menyadari bahwa di dalam penyusunan Tugas Akhir ini masih banyak terdapat kelemahan dan kekurangan dan penulis mengharapkan saran demi kesempurnaan penulisan Tugas Akhir ini. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Amin. Padang, Juli 2013
DAFTAR ISI
ABSTRAK ..................................................................................................... i KATA PENGANTAR ................................................................................... ii DAFTAR ISI ................................................................................................. iv DAFTAR GAMBAR...................................................................................... vii DAFTAR TABEL .......................................................................................... ix DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. x BAB I
PENDAHULUAN A. Latar Belakang ............................................................................ 1 B. Identifiksi Masalah ...................................................................... 4 C. Batasan Masalah.......................................................................... 4 D. Rumusan Masalah ....................................................................... 5 E. Tujuan ........................................................................................ 5 F. Manfaat ...................................................................................... 5
BAB II LANDASAN TEORI A. Pintu Perlintasan Kereta Api........................................................ 6 B. Sistem Kendali ........................................................................... 7 C. Mikrokontroler ATMega 8535 .................................................... 9 D. Sensor Photodioda....................................................................... 14 E. Inframerah (Infrared) ................................................................. 18 F. Penguat Operasional (IC LM 339) ............................................... 20 G. Motor Servo ............................................................................... 22 H. LCD (Liquid Crystal Display) ..................................................... 25 I.
Modul Suara................................................................................ 27
J.
Transistor .................................................................................... 28
K. LED Indikator ............................................................................. 31 L. Saklar ON/OFF ........................................................................... 32 M. Codevision AVR ......................................................................... 33
N. Flowchart .................................................................................... 38 BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT A. Gambaran Umum ........................................................................ 40 B. Perancangan Umum 1. Diagram Blok ........................................................................ 41 C. Perancangan Hardware 1. Perancangan Mekanik ............................................................ 43 2. Rangkaian Elektrik a. Perancangan Disain Rangkaian 1) Power Supply ............................................................. 47 2) Perancangan Rangkaian ATMega8535 ....................... 48 3) Perancangan Sensor.................................................... 50 4) Perancangan Rangkaian LCD ..................................... 51 5) Perancangan Motor Servo........................................... 52 6) Perancangan Rangkaian Modul Suara......................... 53 7) Perancangan Rangkaian LED Indikator ...................... 55 b. Perancangan Papan PCB .................................................. 55 D. Perancangan Program (Software) 1. Flowchart............................................................................... 58 BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA RANGKAIAN A. Instrumen Pengujian Alat ............................................................ 61 B. Pengujian Alat 1. Pengujian Catu Daya.............................................................. 62 2. Pengujian Sensor ................................................................... 64 3. Pengujian Motor Servo .......................................................... 67 4. Pengujian LCD ...................................................................... 71 5. Pengujian Modul Suara.......................................................... 73 6. Pengujian LED Indikator ....................................................... 77 C. Analisa program .......................................................................... 80 D. Analisa Rangkaian Keseluruhan .................................................. 84
BAB IV PENUTUP A. Kesimpulan ................................................................................. 87 B. Saran ........................................................................................... 87 DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Halaman
Gambar 2.1. Diagram Blok Sistem Kendali Secara Umum .............................. 8 Gambar 2.2. Sistem Kontrol Loop Tertutup ..................................................... 8 Gambar 2.3. Sistem Kontrol Loop Terbuka...................................................... 9 Gambar 2.4. Konfigurasi Pin-Pin ATMega8535............................................... 11 Gambar 2.5. Photodioda dan Simbolnya .......................................................... 16 Gambar 2.6. Kurva Karakteristik Photodioda BPW41N ................................... 16 Gambar 2.7. Kurva Karakteristik LED Inframerah ........................................... 18 Gambar 2.8. Infrared dan Simbolnya................................................................ 19 Gambar 2.9. Simbol Komparator ..................................................................... 20 Gambar 2.10. Pinout IC LM339....................................................................... 21 Gambar 2.11. Lebar Pulsa Motor Servo. .......................................................... 23 Gambar 2.12. Motor Servo............................................................................... 24 Gambar 2.13. Rangkaian LCD Karakter 16 x 2 ................................................ 25 Gambar 2.14. Modul suara dengan IC ISD2560 ............................................... 27 Gambar 2.15. Transistor NPN dan PNP ........................................................... 28 Gambar 2.16. Betuk fisik transistor.................................................................. 29 Gambar 2.17. Bentuk dan Simbol Fisik LED ................................................... 32 Gambar 2.18. Push Botton ............................................................................... 33 Gambar 2.19. CodeVisionAVR........................................................................ 34 Gambar 3.1. Diagram Blok Rangkaian............................................................. 41 Gambar 3.2. Sketsa Palang Pintu Kereta Api.................................................... 43 Gambar 3.3. Rancangan Prototipe Palang Pintu Kereta Api ............................. 44 Gambar 3.4. Rangkaian Power Supply ............................................................. 47 Gambar 3.5. Rangkaian Minimum Sistem........................................................ 49 Gambar 3.6. Skematik Rangkaian Sensor dan Op-Amp LM339 ....................... 51 Gambar 3.7. Rangkaian Antarmuka LCD dengan AVR ATMega8535 ............. 51 Gambar 3.8. Rangkaian Motor Servo dengan AVR ATMega8535 ................... 53
Gambar 3.9. Rangkaian Modul Suara............................................................... 54 Gambar 3.10. LED indikator............................................................................ 55 Gambar 3.11. Flow chart.................................................................................. 59 Gambar 4.1. Pengujian Catu Daya keluaran 12 Volt......................................... 62 Gambar 4.2. Pengujian Catu Daya keluaran 5 Volt........................................... 63 Gambar 4.3. Rangkaian Sensor Garis dan Op-Amp.......................................... 64 Gambar 4.4. Rangkaian Motor Servo dengan AVR ATMega8535 ................... 68 Gambar 4.5. Tampilan LCD Tanpa Software di Program Proteus..................... 71 Gambar 4.6. Tampilan LCD Setelah diberi Program.................................... 73 Gambar 4.7. Rangkaian Modul Suara............................................................... 74 Gambar 4.8. LED indikator ........................................................................... 77 Gambar 4.9. Letak Sensor Photodioda dan Inframerah Pada Miniaturnya ........ 84 Gambar 4.10. Posisi Palang Pintu, LCD dan LED Indikator............................. 86
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
Tabel 2.1. Pengalamatan EEPROM.................................................................. 14 Tabel 2.2. Tabel Deskripsi Pin IC LM 339 ...................................................... 22 Tabel 2.3. Tabel Set Alamat Memory DDRAM LCD ...................................... 26 Tabel 4.1. Hasil Pengujian dan Pengukuran Catu Daya 12 Volt ....................... 62 Tabel 4.2. Hasil Pengujian dan Pengukuran Catu Daya 5 Volt ......................... 63 Tabel 4.3. Tabel Pengukuran Tegangan Keluaran Komparator ......................... 65 Tabel 4.4. Tabel Pengujian Pulsa Motor Servo ................................................ 68 Tabel 4.5. Tabel Pengukuran Tegangan Pada Transistor................................... 75 Tabel 4.6. Tabel Pengukuran Tegangan Keluaran LED Indikator ..................... 78 Tabel 4.7 Tabel Kerja Alat Keseluruhan .......................................................... 85
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran
Halaman
Lampiran 1. Rangkaian Keseluruhan ............................................................... 91 Lampiran 2. Listing Program .......................................................................... 92 Lampiran 3. Datasheet ATMega8535............................................................... 101 Lampiran 4. Datasheet Motor Servo ................................................................ 112 Lampiran 5. Datasheet LM339 ........................................................................ 117 Lampiran 6. Datasheet Modul Suara ............................................................... 123 Lampiran 7. Foto Alat ..................................................................................... 124
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Kereta api merupakan salah satu angkutan massal yang sangat diminati oleh masyarakat. Jaringan rel antar kota sangat mendukung keberadaan kereta api sebagai salah satu jenis angkutan yang efektif dan efisien. Dengan kereta api orang dapat bergerak dengan mudah dari satu kota ke kota lain, bahkan di kota-kota besar. Saat ini, angkutan kereta api di Indonesia masih manual dan diselenggarakan oleh operator tunggal, yakni PT. Kereta Api. Dengan semakin meningkatnya jumlah pengguna kereta api, maka PT. Kereta Api dituntut untuk lebih meningkatkan keselamatan, ketepatan waktu, kemudahan pelayanan dan kenyamanan. Undang-Undang Republik Indonesia nomor 23 tahun 2007 tentang perkeretaapian pada pasal 2 menyatakan bahwa sistem transportasi kereta api terdiri dari 9 asas yaitu asas manfaat, keadilan, keseimbangan, kepentingan umum,
keterpaduan,
kemandirian,
transparansi,
akuntabilitas
dan
berkelanjutan. Pada pasal 35 menyatakan bahwa prasarana kereta api meliputi jalur kereta api, stasiun kereta api dan fasilitas kereta api seperti palang pintu perlintasan disetiap jalan umum, peralatan sinyal, peralatan telekomunikasi dan instalasi listrik. Sejak berlakunya Undang-Undang Nomor 23 Tahun 2007 tentang Perkeretaapian, kondisi perkeretaapian nasional yang masih bersifat kurang
efisien jika dihadapkan pada berbagai masalah, antara lain kontribusi perkeretaapian terhadap transportasi nasional masih rendah, prasarana dan sarana yang belum memadai, jaringan pada sinyal kereta api yang masih belum efektif, tingkat kecelakaan masih tinggi karena gangguan perjalanan kereta api, dan tingkat pelayanan masih jauh dari harapan. Gangguan perjalanan kereta api dapat disebabkan kereta api keluar dari rel maupun kecelakaan pada pintu perlintasan, yaitu kecelakaan kereta api dengan kendaraan umum atau pengguna jalan umum yang melintasi rel kereta api. Kecelakaan lalu lintas pada perlintasan rel kereta api sering terjadi akhir-akhir ini. Penyebab terjadinya kecelakaan tersebut umumnya
karena
tidak adanya pintu perlintasan, dan kegagalan pintu menutup saat dibutuhkan atau kelalaian petugas untuk melakukan penutupan (human error). Hal ini menimbulkan banyak korban jiwa. Untuk mengurangi kecelakaan lalu lintas pada lintasan rel kereta api perlu kiranya setiap lintasan diberi pintu lintasan. Sistem pintu lintasan rel kereta api yang ada di Indonesia pada umumnya masih digerakkan secara sederhana menggunakan switch dan dioperasikan oleh petugas disetiap pintu perlintasan.. Dengan peran teknologi dalam dunia industri saat sekarang ini telah berkembang dengan pesat maka penulis ingin membuat alat otomatisasi pintu perlintasan kereta api. Otomatisasi ini merupakan salah satu contoh perkembangan teknologi dan merupakan satu-satunya alternatif yang dapat digunakan untuk memperoleh sistem kerja yang sederhana, praktis, dan efisien sehingga memperoleh hasil yang tepat guna dan dengan waktu yang lebih
singkat jika dibandingkan dengan pekerjaan secara manual. Selain itu, biaya pengoperasian juga dapat ditekan seminim mungkin karena membutuhkan tenaga manusia yang lebih sedikit yang biasanya membutuhkan 2 sampai 4 orang dalam sehari untuk menjaga pintu perlintasan kereta api. Pada alat ini otomatisasi ini hanya membutuhkan seorang penjaga yang bertugas mengawasi alat jika terjadi error. Sebelumnya sudah pernah dibuat Proyek Akhir dengan judul “Prototype Palang Pintu Kereta Otomatis Berbasis Mikrokontroler At89s51” (Muhammad Hafizd Zulkarnai, 2012), tetapi pada Proyek Akhir ini terdapat kekurangan yaitu sensor yang digunakan disetiap persimpangan hanya satu dan jika suatu benda atau orang melewati sensor itu maka sensor masih mendeteksi sehingga palang dapat menutup walaupun buan kereta api yang melintas. Sedangkan Tugas Akhir yang penulis buat adalah palang pintu perlintasan kereta api yang dilengkapi 2 buah sensor garis disetiap persimpangan yang jarak sensor 1 dan sensor 2 lebih kurang sepanjang gerbong kereta api dan dilengkapi tombol ON/OFF untuk tombol manual jika sensor mengalami kerusakan. Pintu perlintasan kereta api ini memanfaatkan sensor photodioda dan cahaya inframerah sebagai pendeteksi adanya kereta api yang lewat dan mikrokontroler ATMega8535 sebagai otak dari semua kegiatan rangkaian. Mikrokontroler ini merupakan sebuah sistem komputer yang seluruh atau sebagian besar elemennya dikemas dalam satu chip IC, sehingga sering disebut single chip microcomputer. Heryanto, (2008) mengemukakan mikrokontroler AVR ATMega8535 memiliki fitur yang
cukup lengkap. Mikrokontroler AVR ATMega8535 telah dilengkapi dengan ADC internal, EEPROM internal, Timer/Counter, PWM, analog comparator, dll.
Sehingga
dengan
fasilitas
yang
lengkap
ini
memungkinkan
mikrokontroler ATMega8535 digunakan untuk membuat sistem kontrol pintu perlintasan kereta api otomatis. Berdasarkan uraian diatas maka alat ini penulis
kembangkan
melalui
tahapan penelitian yang diberi judul
”RANCANG BANGUN PALANG PINTU PERLINTASAN KERETA API OTOMATIS BERBASIS ATMEGA 8535”
B. Identifikasi Masalah Seperti yang diuraikan di latar belakang, permasalahan yang terjadi pada pintu perlintasan kereta api adalah seringnya terjadi kecelakaan lalu lintas dipintu perlintasan kereta api. Kecelakaan tersebut umunya disebabkan karena tidak adanya pintu perlintasan, dan kegagalan pintu menutup saat dibutuhkan atau kelalaian petugas untuk melakukan penutupan (human error).
C. Batasan Masalah Dalam tugas akhir ini dilakukan perancangan dan pembuatan alat otomatisasi pintu perlintasan kereta api berbasis mikrokontroler ATMega8535 yang berupa
purwarupanya
saja. Hal ini disebabkan karena tidak
memungkinkannyaa pengadaan peralatan yang sesungguhnya seperti rel kereta api dan kereta api yang sesungguhnya.
D. Perumusan Masalah
Berdasarkan permasalalahan yang telah diuraikan di atas, maka peneliti dapat merumuskan masalah
sebagai berikut “Bagaimana merancang dan
membuat suatu alat otomatisasi pintu perlintasan kereta api yang praktis dan efisien sehingga dapat menutup dan membuka secara otomatis ketika dibutuhkan.
E.
Tujuan Tugas Akhir ini memiliki beberapa tujuan. Adapun tujuan dalam pembuatan Tugas Akhir ini adalah: 1. Merancang dan menguji sistem otomatisasi palang pintu perlintasan kereta api berbasis ATMega 8535 dengan menggunakan bahasa C. 2. Membuat purwarupa palang pintu perlintasan kereta api dengan menggunakan skala 1:300
F. Manfaat Adapun manfaat yang ingin dicapai pada perancangan dan pembuatan alat otomatisasi ini adalah sebagai berikut : 1. Mengaplikasikan pengetahuan yang diperoleh selama perkuliahan ke dalam bentuk implementasi/pembuatan alat secara nyata yang dapat diterapkan dibidang industry misalnya perkeretaapian 2. Sebagai salah satu bentuk/model penyelesaian masalah pada pintu perlintasan kereta api yang sering terjadi kecelakaan.
BAB II KAJIAN TEORI
A. Pintu Perlintasan Kereta Api Di Indonesia peminat transportasi kereta api sangatlah banyak. Selain efektif dan efisien, biaya transportasi kereta api untuk antar kota juga lebih murah.
Karena
itu
pemerintah
telah
menentapkan
Undang-Undang
Perkeretaapian nomor 23 tahun 2007. Dari penjelasan latar belakang, terlihat jelas bahwa pentingnya keamanaan di perlintasan kereta api. Pada pintu perlintasan kereta api sekarang yang umumnya masih bersifat manual yaitu masih di kontrol oleh manusia bekerja sebagai berikut : ketika petugas menerima sinyal bahwa akan ada kereta api yang akan lewat maka petugas akan segera menurunkan palang pintu untuk menutup jalan penyeberangan bagi kendaraan bermotor atau pejalan kaki dan membiarkan kereta api melewati penyeberangan terlebih dahulu. Setelah kereta api melintasi sepenuhnya maka petugas akan menaikan palang pintu untuk membuka jalan bagi kendaraan bermotor. Demikian secara berulang-ulang petugas melaksanakan pengendalian palang pintu kereta api. Dari proses tersebut terlihat berbagai kelemahan seperti ketergantungan yang sangat tinggi pada petugas sehingga banyak kecelakaan terjadi akibat petugas tidak ada di tempat, petugas tertidur karena lelah atau jenuh, petugas kurang cepat bertindak
atau petugas
kurang waspada. Kelemahan
lain adalah
petugas tidak menerima sinyal sebagaimana seharusnya sehingga petugas tidak bertindak mengendalikan palang pintu. Inilah yang menyebabkan banyaknya terjadi kecelakaan lalu lintas di perlintasan kereta api. Sebagai salah satu contoh kecelakaan di pintu perlintasan kereta api adalah pada 29-8-2012 terjadi kecelakaan kereta api dengan angdes (angkutan desa) di Kampung Baru. Hal ini disebabkan karena tidak adanya palang pintu perlintasan sehingga sopir tidak mengetahui bahwa kereta api akan lewat. Oleh karena itu dengan berkembangnya teknologi, penulis ingin membuat alat otomatisasi palang pintu perlintasan kereta api berbasis mikrokontroler ATMega8535 untuk meminimalisasi terjadinya kecelakaan lalu lintas di perlintasan kereta api. Selain itu juga dapat membantu petugas dalam melaksanakan pekerjaannya. Petugas hanya bertugas mengawasi alat otomatis pintu perlintasan jika terjadi kegagalan (error). Mikrokontroler ATMega ini akan menjadi otak dari semua kegiatan otomatisasi palang pintu kereta api yang akan diproses kemudian dijalankan oleh output-outputnya yaitu motor servo, modul suara, LCD dan LED indikator
B. Sistem Kendali Sistem kendali adalah hubungan antara komponen yang membentuk sebuah konfigurasi sistem yang akan menghasilkan tanggapan sistem yang diharapkan. Diagram blok sistem kendali secara umum digambarkan sebagai berikut :
Masukan
Pengendalian
Keluaran
(Plant)
Gambar 2.1. Diagram Blok Sistem Kendali Secara Umum Masukan dan keluaran merupakan variabel atau besaran fisik. Keluaran merupakan hal yang dihasilkan oleh kendalian sedangkan pengendalian (Plant) masukan adalah yang mempengaruhi kendalian (keluaran). Kedua dimensi masukanan keluaran tidak harus sama. 1. Sistem Kendali Loop Tertutup Sistem kontrol loop tertutup adalah sistem kontrol yang sinyal keluarannya mempunyai pengaruh langsung pada aksi pengontrolan. Jadi, sistem loop tertutup adalah sistem kontrol umpan balik. Sinyal kesalahan penggerak, yang merupakan selisih antara sinyal masukan dengan sinyal umpan-balik (yang berupa sinyal keluaran atau suatu fuungsi sinyal keluaran dan turunannya), diumpankan ke kontroller untuk memperkecil kesalahan dan membuat agar keluaran sistem mendekati harga yang diinginkan. Gambar berikut merupakan dari sistem kontrol loop tertutup.
Gambar 2.2. Sistem Kontrol Loop Tertutup (Ogata, 1995:4)
2. Sistem Kendali Loop Terbuka Sistem kendali loop terbuka adalah sistem kontrol yang keluarannya tidak berpengaruh terhadap aksi pengontrolan. Jadi pada sistem kontrol lup terbuka, keluaran tidak diukur atau diumpan-balikkan untuk dibandingkan dengan masukan. Gambar berikut menunjukkan hubungan masukan keluaran untuk sistem loop terbuka.
Gambar 2.3. Sistem Kontrol Loop Terbuka (Ogata, 1995:7) Perbandingan antara sistem kontrol loop tertutup dengan loop terbuka adalah pada sistem kontrol loop tertutup terdapat penggunaan umpan-balik yang membuat respon sistem relative kurang peka terhadap gangguan eksternal dan perubahan internal pada parameter sistem. Dari segi kestabilan, sistem loop terbuka lebih mudah dibuat karena kestabilan bukan merupakan persoalan utama. Sebaliknya, kestabilan selalu merupakan persoalan utama pada sistem kontrol tertutup karena cenderung terjadi kesalahan akibat koreksi berlebih yang dapat menimbulkan osilasi pada amplituda konstan maupun tidak konstan.
C. Mikrokontroller ATMega 8535 Menurut Agus Bejo (2007:69), “mikrokontroler adalah IC yang dapat diprogram berulang kali, baik ditulis atau dihapus. Biasanya digunakan untuk pengontrolan otomatis dan manual pada perangkat elektronika”. Sedangkan
Heryanto, dkk (2008:1) mengemukakan bahwa “mikrokontroler merupakan keseluruhan sistem komputer yang dikemas menjadi sebuah chip di mana di dalamnya sudah terdapat Mikroprosesor, I/O, Memori bahkan ADC (Analog Digital Converter), berbeda dengan Mikroprosesor yang berfungsi sebagai pemroses data”. Heryanto, (2008:12) juga mengemukakan “mikrokontroler AVR ATMega8535 memiliki fitur yang cukup lengkap. Mikrokontroler AVR ATMega8535 telah dilengkapi dengan ADC internal, EEPROM internal, Timer/Counter, PWM, analog comparator, dll. Sehingga dengan fasilitas yang lengkap ini memungkinkan kita belajar mikrokontroler keluarga AVR dengan lebih mudah dan efisien, serta dapat mengembangkan kreativitas penggunaan mikrokontroler ATMega8535”. Teknologi yang digunakan pada mikrokontroler AVR berbeda dengan mikrokontroler seri MCS-51. AVR berteknologi RISC (Reduced Instruction Set Computer), sedangkan seri MCS-51 berteknologi CISC (Complex Instruction Set Computer). Mikrokontroler AVR dapat dikelompokkan menjadi empat kelas, yaitu keluarga ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega, dan keluarga AT89RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masingmasing kelas adalah memori, peripheral, dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka bisa dikatakan hampir sama. Sistem CISC terkenal dengan banyaknya instruction set, mode pengalamatan yang banyak, format instruksi dan ukuran yang banyak, instruksi yang berbeda dieksekusi dalam jumlah siklus yang berbeda. Sistem dengan RISC pada AVR mengurangi hampir semuanya, yaitu meliputi jumlah instruksi, mode pengalamatan, dan format. Hampir semua instruksi mempunyai ukuran yang sama yaitu 16 bit.
Sebagian besar instruksi dieksekusi
dalam satu siklus CPU.
Konfigurasi pin-pin mikrokontroler ATMegaA8535 diperlihatkan pada gambar 1.
Gambar 2.4. Konfigurasi Pin-Pin ATMega8535 Syahrul (2012:23) Penjelasan dari masing-masing pin yang tertera di gambar atas adalah sebagai berikut: 1. VCC (kaki 10) dihubungkan ke Vcc dan GND (kaki 31) dihubungkan ke ground. 2. PortA (PA7..PA0) (kaki 33-40) merupakan terminal masukan analog menuju A/D Converter. Port ini juga berfungsi sebagai port I/O 8 bit dua arah (bidirectional), jika A/D Converter tidak diaktifkan. 3. Port B (PB7-PB0) (kaki 1-8) merupakan port I/O 8 bit dua arah (bidirectional) dengan resistor pull-up internal. Port B juga dapat berfungsi sebagai terminal khusus. 4. Port C (PC7..PC0) (kaki 22-29) adalah port I/O 8 bit dua arah (bidirectional) dengan resistor pull-up.
5. Port D (PD7..P0) (kaki 14-21) adalah port 8 bit dua arah I/O dengan resistor pull-up internal. Port D juga berfungsi sebagai terminal khusus. 6. Reset (kaki 9) Kondisi rendah yang lebih lama dari 1,5 µS akan mereset. 7. XTAL1 (kaki 13) masukan bagi rangkaian osilator internal dan masukan clock internal pada rangkaian sirkuit. 8. XTAL2 (kaki 12) keluaran dari rangkaian osilator internal. 9. ICP (kaki 20) adalah kaki masukan untuk fungsi Timer/Counter1 Input Capture. 10. OC1B (kaki 18) adalah kaki keluaran bagi fungsi Output CompareB keluaran Timer/Counter1. 11. AREF (kaki 32) adalah pin referensi analog untuk A/D Converter Menurut syahrul (2008:29) Mikrokontroler AVR ATMega8535 merupakan mikrokontroler 8 bit dengan konsumsi daya rendah produksi ATMEL, yang memiliki beberapa fitur istimewa antara lain: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). 130 instruksi sebagian besar satu siklus instruksi. 32 x 8 register kerja serbaguna. 16 MIPS (Mega Instructions per Second) pada 16 MHZ. 8 Kbytes In-System Programmable Flash (10000 siklus hapus/tulis). 512 bytes SRAM. 512 bytes In-System Programmable EEPROM (100.000 siklus hapus/tulis). 8. Pemrograman terkunci untuk program Flash dan keamanan data pada EEPROM. 9. Satu 8 bit timer/counter dengan Prescaler terpisah. 10. Satu 16 bit timer/counter dengan Prescaler terpisah yang dapat digunakan untuk. mode compare, dan mode capture. 11. 4 saluran PWM 12. 8 terminal, 10 bit ADC 13. Analog comparator dalam chip. 14. Serial UART terprogram. 15. Antarmuka serial SPI master/slave.
16. Mode power down dan catu rendah senggang. 17. Sumber interupsi internal dan eksternal. 18. 32 jalur I/O terprogram. Interupsi adalah kondisi yang membuat CPU berhenti dari rutinitas yang sedang dikerjakan (rutin utama) untuk mengerjakan rutin lain (rutin interupsi). AVR atmega8535 memiliki 21 sumber interupsi dan 3 pin untuk interupsi eksternal yaitu INT0 (PORTD2), INT1 (PORTD3) dan INT2 (PORTB2). Interupsi eksternal dapat dibangkitkan apabila terdapat perubahan logika atau logika 0 pada pin interupsi tersebut. Untuk inisialisasi awal interupsi, perlu dituliskan dahulu vektor interupsi dari interupsi yang terdapat pada sistem. Vektor interupsi adalah nilai yang disimpan ke program counter pada saat terjadi interupsi sehingga program akan menuju ke alamat yang ditunjukkan oleh program counter. Sedangkan memori pada mikrokontroler ATMega8535 memiliki 3 jenis yaitu memori program, memori data dan memori EEPROM. Ketiga memori ini memiliki ruang sendiri dan terpisah. Memori program memiliki kapasitas memori program sebesar 8Kb yang terpetakan dari alamat 0000h-0FFFh dimana masing-masing alamat memiliki lebar data 16 bit. Memori data memiliki kapasitas sebesar 608 byte yang terbagi menjadi 3 bagian yaitu register serbaguna (32 byte), register I/O (64 byte) dan register SRAM (512 byte). Dan memori EEPROM yang memiliki kapasitas sebesar 512 byte. memori ini hanya bisa diakses dengan menggunakan register-register I/O yaitu register EEPROM Address, register EEPROM Data dan register EEPROM Control.
Tabel 2.1. Pengalamatan EEPROM Bit
15 EEAR7 Read/write R R/W Initial/value 0 X
14 13 EEAR6 EEAR5 R R R/W R/W 0 0 X X
12 11 10 EEAR4 EEAR3 EEAR2 R R R R/W R/W R/W 0 0 0 X X X
9 EEAR1 R R/W 0 X
8 EEAR8 EEARH EEAR0 EEARL R/W R/W X X
Sumber : Datasheet ATMega8535 Mikrokontroler AVR ATMEGA8535 telah didukung penuh dengan program dan sarana pengembangan seperti: kompiler-kompiler C, simulator program, emulator dalam rangkaian, dan kit evaluasi. ATMEGA8535 adalah mikrokontroler handal yang dapat memberikan solusi biaya rendah dan fleksibilitas tinggi pada banyak aplikasi kendali. Kelebihan mikrokontroler ATMega8535 selain harganya yang saat ini relative murah, ATMega8535 memiliki empat port yang dapat digunakan untuk banyak masukan atau keluaran, memiliki ADC, Timer dan fasilitas lainya. Keuntungan lain mikrokontroler ini adalah cara memrogramnya juga mudah karena dapat menggunakan downloader USB yang bisa dihubungkan ke laptop atau computer yang memiliki masukan USB. Pada alat otomatis ini, mikrokontroller ATMega8535 berfungsi sebagai otak dari keseluruhan kegiatan alat.
D. Sensor Photodioda Photodioda adalah suatu jenis dioda yang resistansinya berubah-ubah jika cahaya yang jatuh pada dioda berubah-ubah intensitasnya. Dalam gelap nilai tahanannya sangat besar hingga praktis tidak ada arus yang mengalir.
Semakin kuat cahaya yang jatuh pada dioda maka semakin kecil nilai tahanannya. Photodioda digunakan sebagai teknologi elektronik yang dapat dibentuk
menjadi
sensor
inframerah.
Cahaya
diserap
pada
daerah
penyambungan atau daerah instrinsik menimbulkan pasangan electron-hole, kebanyakan pasangan tersebut menghasilkan arus yang berasal dari cahaya. Menurut Ikhwan (2009 : 12) Bahwa “prinsip kerja photodioda adalah ketika sebuah photon (satu satuan energi dalam cahaya) dari sumber cahaya diserap, hal tersebut membangkitkan suatu elektron dan menghasilkan sepasang pembawa muatan tunggal sebuah elektron dan sebuah hole. Dimana suatu hole adalah bagian dari kisi-kisi semikonduktor yang kehilangan elektron. Arah arus yang melalui sebuah semikonduktor adalah kebalikan dengan gerak muatan pembawa. Cara tersebut di dalam sebuah photodioda digunakan untuk mengumpulkan photon menyebabkan pembawa muatan (seperti arus atau tegangan) mengalir/terbentuk di bagian-bagian elektroda”. Photodioda dapat dioperasikan dalam 2 macam mode yang berbeda yaitu : 1.
Mode photovoltaic : seperti solar sell, penyerapan pada photodioda menghasilkan tegangan yang dapat diukur. Bagaimanapun, tegangan yang dihasilkan dari tenaga cahaya ini sedikit tidak linear, dan range perubahannya sangat kecil
2.
Mode photokonduktivitas : disini photodioda di aplikasikan sebagai tegangan revers (tegangan balik) dari sebuah dioda (yaitu tegangan pada arah tersebut pada dioda tidak akan menghantarkan tanpa terkena cahaya) dan pengukuran menghasilkan arus photo (hal ini juga bagus untuk mengaplikasikan tegangan mendekati nol)
Gambar 2.5. Photodioda dan Simbolnya (http://ebookbrowsee.net/3-sensor-pdf-d94536998) Photodioda digunakan sebagai penangkap gelombang cahaya yang dipancarkan oleh Infrared. Besarnya tegangan atau arus listrik yang dihasilkan oleh photodioda tergantung besar kecilnya radiasi yang dipancarkan oleh infrared. Sebuah photodioda mempunyai karakteristik yang lebih baik daripada phototransistor dalam responya terhadap cahaya inframerah. Biasanya photodioda mempunyai respon 100 kali lebih cepat daripada phototransistor.
Gambar 2.6. Kurva Karakteristik Photodioda BPW41N (http://ebookbrowsee.net/3-sensor-pdf-d94536998) Sebuah photodioda biasanya dikemas dengan plastik transparan yang juga berfungsi sebagai lensa fresnel. Lensa ini merupakan lensa cembung yang mempunyai sifat mengumpulkan cahaya. Lensa tersebut juga merupakan filter cahaya, lebih dikenal sebagai ‘optical filter’, yang hanya melewatkan cahaya
inframerah saja. Walaupun demikian cahaya yang nampak pun masih bisa mengganggu kerja dari dioda inframerah karena tidak semua cahaya nampak bisa difilter dengan baik. Faktor lain yang juga berpengaruh pada kemampuan penerima inframerah adalah ‘active area’ dan ‘respond time’. Semakin besar area penerimaan suatu dioda inframerah maka semakin besar pula intensitas cahaya yang dikumpulkannya sehingga arus bocor semakin besar. Selain itu semakin besar area penerimaan maka sudut penerimaannya juga semakin besar. Kelemahan area penerimaan yang semakin besar ini adalah noise yang dihasilkan juga semakin besar pula. Begitu juga dengan respon terhadap frekuensi, semakin besar area penerimaannya maka respon frekuensinya turun dan sebaliknya jika area penerimaannya kecil maka respon terhadap sinyal frekuensi tinggi cukup baik. Respond time dari suatu dioda inframerah (penerima) mempunyai waktu respon yang biasanya dalam satuan nano detik. Respond time ini mendefinisikan lama agar dioda penerima inframerah merespon cahaya inframerah yang datang pada area penerima. Sebuah dioda penerima inframerah yang baik paling tidak mempunyai respond time sebesar 500 nano detik atau kurang. Jika respond time terlalu besar maka dioda inframerah ini tidak dapat merespon sinyal cahaya yang dimodulasi dengan sinyal carrier frekuensi tinggi dengan baik. Hal ini akan mengakibatkan adanya data loss (kerugian). Optikal Filter ini mempunyai dua fungsi yaitu sebagai lensa fresnel dan juga sebagai filter cahaya yang masuk ke area penerimaan dioda inframerah.
E. Inframerah (Infrared) Ikhwan (2009:35) mengemukakan LED Inframerah adalah dioda yang dapat memancarkan cahaya dengan panjang gelombang lebih panjang dari cahaya yang dapat dilihat tetapi lebih pendek dari gelombang radio, apabila LED Inframerah tersebut dilalui arus. Komponen yang dapat menerima inframerah ini merupakan komponen yang peka cahaya yang dapat berupa dioda (photodioda) atau transistor (phototransistor). Inframerah memiliki panjang gelombang yang berbeda dengan LED lainnya. Panjang gelombang ini yang menjadi karakteristik masing-masing LED termasuk LED inframerah. Sinar inframerah tergolong ke dalam sinar yang tidak tampak. jika dilihat denan spektroskop sinar maka radiasi sinar inframerah tampak pada spectrum gelombang electromagnet dengan panjang gelombang diatas panjang gelombang sinar merah.
Gambar 2.7. Kurva Karakteristik LED Inframerah Afrie Setiawan (2011: 41) Komponen ini akan merubah energi cahaya, dalam hal ini energi cahaya inframerah, menjadi pulsa-pulsa sinyal listrik. Komponen ini harus mampu mengumpulkan sinyal inframerah sebanyak mungkin sehingga pulsapulsa sinyal listrik yang dihasilkan kualitasnya cukup baik.
Semakin besar intensitas inframerah yang diterima maka sinyal pulsa listrik yang dihasilkan akan baik jika sinyal inframerah yang diterima intensitasnya lemah maka inframerah tersebut harus mempunyai pengumpul cahaya (light collector) yang cukup baik dan sinyal pulsa yang dihasilkan oleh sensor inframerah ini harus dikuatkan. Pada prakteknya sinyal inframerah yang diterima intensitasnya sangat kecil sehingga perlu dikuatkan. Selain itu agar tidak terganggu oleh sinyal cahaya lain maka sinyal listrik yang dihasilkan oleh sensor inframerah harus difilter pada frekeunsi sinyal carrier yaitu pada 30KHz sampai 40KHz. Selanjutnya baik photodioda maupun phototransistor disebut sebagai photodetector. Tegangan maju mundur anodakatoda berkisar antara 1.5V-2V. Simbol dan bentuk fisik dari LED Inframerah diperlihatkan pada gambar dibawah ini :
Gambar 2.8. Infrared dan Simbolnya Afrie Setiawan (2011:36) Dari penjelasan diatas, inframerah dan photodioda merupakan sensor untuk mendeteksi kereta api yang lewat pada proyek akhir penulis ini. Photodioda dirangkaian menjadi rangkaian sensor penerima sinar inframerah dan membentuk sebuah garis. Jika photodioda menerima pantulan cahaya dari
inframerah maka perintah akan disampaikan ke mikrokontroller dan output dari mikrokontroler akan mengeluarkan logika low (0), namun jika photodioda tidak menerima pantulan sinar inframerah, maka perintah juga akan disampaikan ke mikrokontroler dan output dari mikrokontroler akan mengeluarkan logika high (1).
F. Penguat Operasional (IC LM339) Komparator adalah salah satu aplikasi dari op-amp (operational amplifier), dimana memiliki fungsi membandingkan besar dua potensial yang diberikan.
Gambar 2.9. Simbol Komparator (http://pdf1.alldatasheet.com/datasheetpdf/view/3064 /LM339) Cara kerja dari piranti komparator adalah membandingkan beda potensial yang diberikan pada input terminal A (+) dan B (-). Jika tegangan A > B maka out akan saturasi, jika tegangan A < B atau A = B maka out = 0. Bentuk fisik IC (Integrated Circuit) dari komparator LM339 adalah sebagai berikut :
Gambar 2.10. Pinout IC LM339 (http://www.engineersgarage.com/electronic-components/lm339-datasheet) IC LM339 biasa disebut sebagai komparator gunanya adalah untuk meng-compare (membandingkan). Dengan kata lain, sesuatu yang berbentuk analog harus dikonversi dulu ke dalam bentuk digital (deretan biner) pada dunia elektronika. Hal ini bertujuan untuk mempermudah processing. LM339 adalah IC komparator dengan empat pembanding (yang berbentuk segitiga). Komparator adalah rangkaian sederhana yang bergerak sinyal antara dunia analog dan digital. Satu buah komparator terdiri dari 2 input, yaitu Vin (input masukan dari sensor) dan Vref (tegangan referensi). Vref =
+ 2
x Vcc……………..……………………………..(1)
keterangan
Vref = tegangan referensi R2 = resistansi resistor Rs = resistansi trimpot Vcc = tegangan sumber
Pada dasarnya, jika tegangan Vin lebih besar dari Vref, maka Vo akan mengeluarkan logika 1 yang berarti 5 Volt atau setara dengan Vcc. Sebaliknya, jika tegangan Vin lebih kecil dari Vref, maka output Vo akan mengeluarkan logika 0 yang berarti 0 Volt.Spesifikasi dari IC LM 339 terdiri dari : 4 channel, 0.050 mS respon time, VDC min 2 V dan max 36 V, supply current = 0.20 mA serta output current = 16 mA. Tabel 2.2. Deskripsi Pin IC LM 339 No. Pin Fungsi 1 Output komparator 2 2 Output komparator 1 3 Suplai tegangan = 5V (+36 atau ±18V) 4 Input inverting komparator 1 5 Input non-inverting komparator 1 6 Input inverting komparator 2 7 Input non-inverting komparator 2 8 Input inverting komparator 3 9 Input non-inverting komparator 3 10 Input inverting komparator 4 11 Input non-inverting komparator 4 12 Graound (0V) 13 Output komparator 4 14 Output komparator 3 Sumber : Datasheet LM339
Nama Output 2 Output 1 Vcc Input 1Input 1+ Input 2Input 2+ Input 3Input 3+ Input 4Input 4+ Graound Output 4 Output 3
G. Motor Servo Motor servo adalah sebuah motor DC dengan sistem umpan balik tertutup dimana posisi rotor-nya akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam motor servo. Motor servo biasanya digunakan untuk robot berkaki, lengan robot atau sebagai aktuator pada mobil robot. Motor servo terdiri dari sebuah motor DC, beberapa gear, sebuah potensiometer, sebuah output shaft dan sebuah rangkaian kontrol elektronik.
Ada 2 jenis motor servo yaitu : 1. Motor servo standard Yaitu motor servo yang mampu bergerak CW dan CCW dengan sudut operasi tertentu, misalnya 600, 900 atau 1800 2. Motor servo continuous Yaitu motor yang mampu bergerak CW dan CCW tanpa batasan sudut operasi (berputar secara continue) Motor servo adalah motor yang mampu bekerja dua arah (CW dan CCW) dimana arah dan sudut pergerakan rotornya dapat dikendalikan dengan memberikan variasi lebar pulsa (duty cycle) sinyal PWM pada bagian pin kontrolnya.
Gambar 2.11. Lebar Pulsa Motor Servo (Data Sheet Motor Servo: 4} Pada saat Ton duty cycle dari sinyal yang diberikan kurang dari 1.5 ms, maka rotor akan berputar ke berlawanan arah jarum jam (Counter Clock wise = CCW) dengan membentuk sudut yang besarnya linier terhadap besarnya Ton duty cycle, dan akan bertahan diposisi tersebut. Dan sebaliknya, jika Ton duty cycle dari sinyal yang diberikan lebih dari 1.5 ms, maka rotor
akan berputar searah jarum jam (Clock Wise = CW) dengan membentuk sudut yang linier pula terhadap besarnya Ton duty cycle, dan bertahan diposisi tersebut.
Gambar 2.12. Motor Servo (digi-ware.com/file/AN-08.pdf) Keunggulan dari penggunaan motor servo adalah: 1. Tidak bergetar dan tidak ber-resonansi saat beroperasi. 2. Daya yang dihasilkan sebanding dengan ukuran dan berat motor. 3. Penggunaan arus listik sebanding dengan beban yang diberikan. 4. Resolusi dan akurasi dapat diubah dengan hanya mengganti encoder yang dipakai. 5. Tidak berisik saat beroperasi dengan kecepatan tinggi. Motor servo mempunyai spesifikasi seperti tegangan supply 4volt hingga 6volt dengan torsi putarnya 3,4 kg.cm dan kecepatan putar maksimum 52.6 rpm. Motor servo dikendalikan dengan cara mengirimkan sebuah pulsa yang lebar pulsanya bervariasi. Pulsa tersebut dimasukkan melalui kabel kontrol motor servo. Sudut atau posisi shaft motor servo akan diturunkan dari lebar pulsa. Biasanya lebar pulsanya antara 1ms sampai 2ms dengan periode lebar pulsa sebesar 20ms. Pergerakkan motor ditentukan saat motor diprogram menggunakan bahasa pemograman. Pada program bahasa C atau bahasa basic
lebar pulsa motor servo standart mempunyai rentang dari 1 ms (00) dengan delay 600, 1.5 ms (900) dengan delay 1600 sampai 2 ms (1800) dengan 2600
H. LCD (Liquid Crystal Display) LCD adalah
display
dari
bahan
cairan
Kristal
yang
yang
pengoperasiannya menggunakan system dot matrik. LCD banyak digunakan sebagai display dari alat-alat elektronika seperti kalkulator, multimeter digital, jam digital dan sebagainya. LCD dapat dengan mudah dihubungkan dengan mikrokontroler ATMega8535. LCD yang digunakan adalah LCD 2x16 karakter dengan lebar display 2 baris 16 kolom, yang mempunyai 16 pin konektor.
Gambar 2.13. Rangkaian LCD Karakter 16 x 2 Syahrul (2012:68) Syahrul (2012:67) mengemukakan bahwa “modul LCD 16 x 2 sudah dilengkapi dengan kontroler yang memiliki dua register 8 bit yaitu register instruksi (IR) dan register data (DR)”. IR manyimpan kode instruksi, seperti display clear, cursor shift dan informasi address untuk display data RAM (DDRAM) dan character generator (CGRAM).
Tabel 2.3. Konfigurasi pin LCD 2 x 16 karakter No Nama Pin
Deskripsi
1
VCC
+5V
2
GND
0V
3
VEE
Tegangan kontras LCD
4
RS
Register seelct,0=register perintah, 1=register data
5
R/W
1=read,0=write
6
E
Enable Clock LCD, logika 1 setiap kali pengiriman atau pembacaan data
7
D0
Data Bus 0
8
D1
Data Bus 1
9
D2
Data Bus 2
10
D3
Data Bus 3
11
D4
Data Bus 4
12
D5
Data Bus 5
13
D6
Data Bus 6
14
D7
Data Bus 7
15
Anoda (kabel coklat untuk lcd
Tegangan positif backlight
Hitachi) 16
Katoda (kabel merah untuk
Tegangan negative backlight
LCD Hitachi)
Sumber : Innovative Electronics Penampil LCD sangat membantu dalam memprogram karena tidak perlu menggunakan program debug. Diperlukan tampilan hasil perhitungan ke LCD untuk memudahkan pengamatan. LCD dapat digunakan untuk menampilkan hasil pengambilan data dari sensor, bahkan bisa digunakan untuk interaksi mikrokontroler dengan manusia. Pada alat otomatisasi palang pintu perlintasan kereta api ini LCD digunakan untuk tampilan pengingat bahwa kereta api akan lewat.
I. Modul Suara Modul suara adalah sebuah modul yang digunakan dalam bidang elektronika untuk menghasilkan suara yang sebelumnya harus direkam melalui mikrofone yang telah disediakan pada modul itu sendiri. module suara ini dilengkapi mikrofone, potensio untuk volume suara, VCC, ground, reset dan ic isd2560. Ic ini adalah ic perekam suara yang dapat merekan suara selama 30 detik dan maksimal 60 detik dan bisa direkan sampai 100.000 kali. Modul ini modul lebih simple dan pastinya lebih murah digunakan dengan menggunakan input 12 volt. Modul suara ini menggunakan speaker 12 watt karena arus yang diberikan pada modul ini adalah 1 ampere dari catu daya.
Gambar 2.14. Modul suara dengan IC ISD2560 Modul suara pada alat otomatisasi palang pintu kereta api ini merupakan sebuah modul yang digunakan untuk mengahsilkan suara alarm pengingat adanya kereta api yang akan melintasi jalan raya. Modul suara ini dapat dipasang parallel, gunanya untuk suara alarm dan untuk suara manusia sebagai pengingat
J. Transistor Transistor berasal dari kata transfer dan resistor yang artinya merubah bahan dari bahan yang dapat menghantar aliran listrik menjadi bahan penghantar atau setengah penghantar (semi konduktor). Perlu diketahui bahwa komponen transistor adalah komponen aktif. Transistor sendiri diciptakan oleh tiga orang bangsa Amerika yang bernama J. Barden, WH. Brottain dan W. Shockley pada Tahun 1984. Sama halnya dengan komponen semi konduktor lainnya, transistor dibuat dari bahan Indium, Germanium dan Silikon. (Tadius uria,1988: 57) Jenis transistor ada dua macam, yaitu transistor PNP (Positif Negatif Positif) dan NPN (Negatif Positif Negatif). Transistor asal mulanya adalah pengembangan dari dua buah dioda jenis PN dan NP yang dipertemukan menjadi satu sehingga akan menghasilkan satu elektroda ketiga yang berfungsi sebagai pengontrol parameter antar bahan PN dan NP. Seperti yang terlihat pada Gambar 2.13, apabila yang dipertemukan bahan jenis N-nya maka akan diperoleh transistor jenis PNP. Apabila yang dipertemukan bahan jenis P-nya maka akan diperoleh transistor jenis NPN.
Gambar 2.15. Transistor NPN dan PNP (http//id.wikipedia.org/wiki/transistor)
Gambar 2.16. Betuk fisik transistor (http//id.wikipedia.org/wiki/transistor) Penggunaan transistor dalam Tugas Akhir ini adalah dengan memanfaaatkan beberapa fungsi dari transistor, yaitu : 1. Transistor sebagai saklar Transistor sebagai saklar memiliki dua keadaan, yaitu pada posisi cut off dan saturasi. a. Transistor pada posisi cut off Daerah cut off merupakan daerah kerja transistor dimana keadaan transistor menyumbat pada hubungan kolektor – emitor. Daerah cut off sering dinamakan sebagai daerah mati karena pada daerah kerja ini transistor tidak dapat mengalirkan arus dari kolektor ke emitor. Pada daerah cut off transistor dapat di analogikan sebagai saklar terbuka pada hubungan kolektor – emitor. Dengan mengatur Ib = 0 atau tidak memberi tegangan pada bias basis diberi tegangan mundur terhadap emitor maka transistor akan dalam kondisi mati (cut off). Sehingga tidak ada arus mengalir dari kolektor ke emitor (Ic≈0) dan Vce ≈Vcc.
Besarnya tegangan antara kolektor dan emitor transistor pada kondisi mati (cut off) adalah : Vce = Vcc b. Transistor pada posisi saturasi Kondisi transistor akan menjadi jenuh (saturasi) seakan kolektor dan emitor short circuit. Arus mengalir dari kolektor ke emitor tanpa hambatan Vce ≈ 0. Besar arus yang mengalir dari kolektor ke emitor sama dengan Vcc / Rc. Keadaan seperti ini menyuplai saklar dalam kondisi tertutup (ON). Berdasarkan Data Sheet transistor, dapat dihitung besar arus Ic, besarnya arus pada keadaan ini adalah: −
IC(sat) =
……………………………………………..…..(2) (Malvino, 1999:131)
Keterangan : Vcc
= Tegangan sumber
Vce sat = Tegangan kolektor emitor saat saturasi Re
= Tahanan resistor Berdasarkan Data Sheet transistor, dapat dihitung
besar arus IB, besarnya arus pada keadaan ini adalah: IB =
−(
)
…………………………………..………...…(3) (Malvino, 1999:129)
Keterangan : Vi
= Tegangan input
Vbe sat = Tegangan basis emitor saat saturasi (0,7V) RB
= Tahanan basis
atau bisa dengan menggunakan rumus: Ib =
(
ℎ
)
…………………….………..…………...…(4) (Malvino, 1999:142)
Keterangan : = DC current gain
hfe
2. Transistor sebagai penguat arus Fungsi lain dari transistor adalah sebagai penguat arus.. Transistor harus dibias tegangan yang konstan pada basisnya, supaya pada emitor keluar tegangan yang tetap.
K. LED Indikator LED (Light Emitting Dioda) adalah dioda yang dapat memancarkan cahaya pada saat mendapat arus bias maju (forward bias). LED (Light Emitting Dioda) dapat memancarkan cahaya karena menggunakan dopping galium, arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda diata dapat menghasilkan cahaya dengan warna yang berbeda. LED (Light Emitting Dioda) merupakan salah satu jenis dioda, sehingga hanya akan mengalirkan arus listrik satu arah saja. LED akan memancarkan cahaya apabila diberikan tegangan listrik dengan konfigurasi forward bias.
Gambar 2.17. Bentuk dan Simbol Fisik LED (http://www.scribd.com/doc/33692040/25/Rangkaian-LED) Berbeda dengan dioda pada umumnya, kemampuan mengalirkan arus pada LED (Light Emitting Dioda) cukup rendah. Led memiliki karakteristik berbeda-beda menurut warna yang dihasilkan. Semakin tinggi arus yang mengalir pada led maka semakin terang pula cahaya yang dihasilkan, namun perlu diperhatikan bahwa besarnya arus yang diperbolehkan pada tegangan tertentu harus sesuai dengan karakter warna yang dihasilkan led. Apabila arus yang mengalir pada led lebih besar maka led mudah terbakar. Untuk menjaga agar LED tidak terbakar perlu kita gunakan resistor sebagai penghambat arus.
L. Saklar ON/OFF Saklar ON/OFF adalah alat elektronik yang bekerja dengan cara ditekan, alat ini sangat umum, banyak digunakan diberbagai mesin produksi yang terdapat diindustri-industri dan lainnya, alat ini juga paling mudah untuk dipelajari atau dipahami karena fungsi dan cara kerjanya yang sangat sederhana. Saklar ON/OFF bekerja, untuk mengubah status dari padam (off) ke nyala (on), dimana bila ditekan ke satu arah, saklar memutus sambungan
sehingga sirkuit membuka, dan bila ditekan ke arah sebaliknya, saklar mengubungkan sambungan sehingga sirkuit menutup. Kelebihan saklar ini adalah pengoperasiannya menggunakan tungkai (lever), sehingga bisa diperpanjang atau diperjauh jarak pasangnya.
Gambar 2.18. Push Botton (nonoharyono.blogspot.com/2009/12/saklar-tekan-push-button.html) Tombol tekan pada alat otomatisasi palang pintu kereta api ini merupakan
rangkaian
manual
yang
difungsikan
jika
sensor
atau
mikrokontroler terjadi kerusakan/error. Rangkaian manual ini merupakan alternative lain untuk mengendalikan palang pintu kereta api jika alat otomatisasi terjadi kerusakan/error dan masih membutuhkan petugas penjaga untuk mengendalikannya dan merupakan rangkaian tambahan.
M. Codevision AVR CodeVisionAVR
pada
dasarnya
merupakan
perangkat
lunak
pemrograman mikrokontroler keluarga AVR berbasis bahasa C. Ada tiga komponen penting yang telah diintegrasikan dalam perangkat lunak ini: Compiler C, IDE dan Program generator.
CodeVisionAVR juga menyediakan fungsi-fungsi tambahan yang sangat bermanfaat dalam pemrograman antarmuka AVR dengan perangkat luar yang umum digunakan dalam aplikasi kontrol. Beberapa fungsi library yang penting diantaranya adalah fungsi-fungsi untuk pengaksesan LCD, 2
komunikasi I C, IC RTC (Real time Clock), sensor suhu LM75, SPI (Serial Peripheral Interface) dan lain sebagainya. Menurut Heri Andrianto (2007:22) CodeVisionAVR juga dilengkapi IDE yang sangat user friendly. Selain menu-menu pilihan yang umum dijumpai pada setiap perangkat lunak berbasis Windows, CodeVisionAVR ini telah mengintegrasikan perangkat lunak downloader (in system programmer) yang dapat digunakan untuk mentransfer kode mesin hasil kompilasi kedalam sistem memori mikrokontroler AVR yang sedang diprogram.
Gambar 2.19. CodeVisionAVR Heri Andrianto (2007:28) Selain itu, CodeVisionAVR juga menyediakan sebuah tool yang dinamakan dengan Code Generator atau CodeWizardAVR. Secara praktis, tool ini sangat bermanfaat membentuk sebuah kerangka program (template), dan juga memberi kemudahan bagi programmer dalam peng-inisialisasian register-register yang terdapat pada mikrokontroler AVR yang sedang
diprogram. Dinamakan Code Generator, karena perangkat lunak CodeVision ini akan membangkitkan kode-kode program secara otomatis setelah fase inisialisasi pada jendela CodeWizardAVR selesai dilakukan. 1. Bahasa C Bahasa pemrograman adalah suatu kumpulan kata (perintah) yang siap digunakan untuk menulis suatu kode program sehingga kode-kode program yang kita tulis tersebut akan dapat dikenali oleh kompilator yang sesuai. Kata-kata tersebut dalam dunia pemrograman sering dikenal dengan istilah keyword (terkadang disebut reserved word). Mikrokontroler AVR ATmega8535 dapat diprogram menggunakan berbagai bahasa pemrograman, seperti Java, Cobol, C, Pascal, Assembly, Basic, dan lain sebagainya, tergantung compiler yang digunakan dan penguasaan programmer tentang suatu bahasa pemrograman. Dari sekian banyak bahasa pemrograman yang dapat digunakan untuk memprogram mikrontroler AVR ATmega8535, bahasa C dipilih sebagai bahasa untuk memprogram mikrokontroler AVR ATmega8535 dengan pertimbangan sebagai berikut: a. Bahasa C merupakan bahasa yang powerful dan fleksibel yang telah terbukti
dapat
menyelesaikan
program-progam
besar
seperti
pembuatan sistem operasi, pengolahan kata, pengolahan gambar (seperti pembuatan game) dan juga pembuatan kompilator untuk bahasa pemrograman baru.
b. Bahasa C merupakan bahasa yang portabel sehingga dapat dijalankan dibeberapa sistem operasi yang berbeda. Sebagai contoh progam yang ditulis dalam sistem operasi windows dapat dikompilasi didalam didtem linux dengan sedikit perubahan atau tanpa perubahan. c. Bahasa C merupakan bahasa yang bersifat modular, yaitu yang tersusun atas rutin-rutin tertentu yang dinamakan dengan fungsi (function) dan fungsi-fungsi tersebut dapat digunakan kembali untuk pembuatan program-program lainnya tanpa harus menulis ulang implementasinya. d. Bahasa C merupakan bahasa tingkat menengah (middle level language) sehingga mudah untuk melakukan interfacing (pembuatan progam antar muka) ke perangkat keras (hardware). Karena banyaknya para programmer profesional yang masih bertahan menggunakan bahasa C sebagai bahasa pemrograman dan sebagai bahasa untuk pengembangan suatu sistem, mengakibatkan compilator dan tutorial untuk belajar bahasa C tidak terlalu sulit dicari. Heri Andrianto (2007:12) mengungkapkan “setiap program yang ditulis dengan bahasa C harus mempunyai fungsi utama, yang bernama main()”.
Fungsi inilah yang akan dipanggil pertama kali pada saat proses
eksekusi program. Artinya apabila kita mempunyai fungsi lain selain fungsi utama, maka fungsi tersebut baru akan dipanggil pada saat digunakan. Fungsi main() ini dapat mengembalikan nilai 0 ke sistem
operasi yang berarti bahwa program tersebut berjalan dengan baik tanpa adanya kesalahan. Menurut Heri Andrianto (2007:21) ada dua bentuk kerangka fungsi main()
didalam bahasa C yang sama-sama dapat digunakan yaitu sebagai
berikut: a. Bentuk pertama (tanpa pengambalian nilai ke sistem operasi) Void main (void) { Statement_yang_akan_dieksekusi; ......... }
(Heri Andrianto,2007:51) Kata kunci void diatas bersifat opsional, artinya bisa dituliskan atau bisa juga tidak dituliskan. contoh : . . . . . . void delay (unsigned char i) { #asm nop nop #endasm } };
b. Bentuk kedua (dengan mengembalikan nilai 0 ke sistem operasi) Int main (void) { Statement_yang _akan_dieksekusi; ..... Return 0; } }
(Heri Andrianto,2007:63) contoh : ..... Int luas (int pj, int lb) { luas=pj*lb Return luas; } }
N. Flowchart (Diagram Alur) Menurut Yulikus Partono (2007:31), “flowchart merupakan logika atau urutan instruksi program dalam suatu diagram”. Diagram Alur dapat menunjukan secara jelas arus pengendalian Algoritma, yaitu bagaimana rangkaian pelaksanaan kegiatan. Adapun tujuan dari pembuatan flowchart adalah untuk mengambarkan suatu tahapan penyelesaian masalah secara sederhana, terurai, rapi dan jelas dengan menggunakan simbol-simbol standar. Yulikus Partono juga mengemukakan simbol-simbol yang dipakai dalam flowchart dibagi menjadi 3 kelompok yaitu: a.
Flow Direction Symbol Flow direction symbol digunakan untuk menghubungkan simbol yang satu dengan simbol yang lain disebut juga connecting line, adapun contoh simbolnya adalah : :Simbol arus/flow, yaitu menyatakan jalannya arus suatu proses. :Symbol Off-line Connector (Simbol untuk keluar/ masuk prosedure atau proses dalam lembar/halaman yang lain). :Simbol Connector (Simbol untuk keluar/masuk prosedur atau proses dalam lembar/halaman yang sama). Yulikus Partono(2007:52)
b.
Processing symbol Processing symbol digunakan untuk menunjukan jenis operasi pengolahan dalam suatu proses atau prosedur. Ada beberapa simbol yang digunakan pada jenis flowchart ini diantarnya adalah: : Simbol process, yaitu menyatakan suatu tindakan (proses) yang dilakukan oleh komputer. : Simbol decision, yaitu menunjukan suatu kondisi tertentu yang akan menghasilkan dua kemungkinan jawaban: ya/tidak.
: Simbol terminal, yaitu menyatakan permulaan atau akhir dari suatu program. : Simbol keying operation, menyatakan segala jenis operasi yang akan diproses dengan menggunakan suatu mesin yang mempunyai keyboard. Yulikus Partono(2007:53) c.
Input/ output symbol Input/ output symbol digunakan untuk menunjukan jenis peralatan yang digunakan sebagai media input dan output. : Simbol input/output, menyatakan proses input atau output tanpa tergantung jenis peralatannya. : Simbol display, mencetak keluaran dalam layar monitor Yulikus Partono(2007:53)
BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT
A. Gambaran umum Rancangan alat adalah suatu proses, rencana terinci dan spesifik mengenai cara pembuatan alat. Sedangkan pembuatan alat adalah suatu proses yang dilakukan sesuai dengan rencana yang telah dirancang sebelumnya sehingga alat yang dibuat sesuai dengan yang di harapkan. Jadi perancangan dan pembuatan alat adalah suatu proses keseluruhan kegiatan dimana sebelumnya telah direncanakan dan dilakukannya pembuatan alat sehinnga alat ini jadi. Tujuan dilakukan perancangan dan pembuatan alat ini adalah untuk merencanakan, memberi gambaran alat, menguji, memecahkan atau menyelesaikan masalah yang terjadi dalam proses pembuatan alat. Pada bab perancangan dan pembuatan alat ini akan menjelaskan mengenai tahap-tahap perancangan dalam melakukan pembuatan alat otomatisasi ini. Tahap-tahap perancangannya adalah perancangan umum (meliputi diagram blok dan perancangan konseptual), perancangan hardware (meliputi perancangan mekanik dan perancangan elektrik), perancangan software (perancangan program)yang meliputi pembuatan penyusunan Algoritma dan flowchart
B. Perancangan Umum Perancangan hardware merupakan hal yang sangat penting dalam pembuatan Tugas Akhir ini.Karena dengan adanya hardware barulah sistem dapat diuji secara nyata apakah alat ini dapat bekerja dengan baik atau tidak. Perancangan hardware ini meliputi diagram blok, perancangan prototype palang pintu perlintasan kereta api dan perancangan rangkaian elektronik yang digunakan. 1. Diagram Blok Secara garis besar, diagram blok dari rangkaian palang pintu rel kereta api ini ditunjukkan pada gambar dibawah ini : Power supply
Motor servo Sensor Garis
Penguat Sinyal Mikro kontroller Push button
Modul Suara (alarm) LCD LED indikator
Gambar 3.1. Diagram Blok Rangkaian
Keterangan dari diagram blok diatas adalah : palang kereta api ini dirancang hanya prototipenya saja. Pada perencanaan palang pintu kereta api ini terdapat 9 blok rangkaian utama yang mempunyai fungsi masingmasing. Blok pertama power supply dimana rangkaian ini merupakan rangkaian yang berfungsi untuk men-supply arus dan tegangan keseluruh rangkaian yang ada. Blok kedua adalah rangkaian sensor inframerah dimana rangkaian sensor ini berfungsi sebagai pendeteksi ada atau tidaknya kereta api yang lewat. Blok ketiga adalah penguat sinyal yang merupakan rangkaian photodioda dan IC LM339 sebagai penguat sinyal sensor agar keluaran sensor lebih akurat. Blok keempat adalah rangkaian mikrokontroler dimana rangkaian ini merupakan rangkaian kontrol yang mengatur segala kerja alat agar dapat bekerja secara sistimatis. Blok kelima adalah rangkaian push button yang merupakan rangkaian on /off manual jika sensor tidak berfungsi. Blok keenam adalah rangkaian motor servo dimana motor servo merupakan alat penggerak palang pintu perlintasan kereta api. Blok ketujuh adalah modul suara yang berfungsi sebagai alarm pengingat jika sensor mendeteksi adanya kereta api lewat. Modul suara ini dirangkaian dengan transistor sebagai sakar untuk mengaktifkannya. Blok kedelapan adalah rangkaian LCD yang berfungsi sebagai tampilan pengingat pengguna jalan jika kereta api akan lewat atau sudah lewat. Dan blok terakhir adalah rangkaian LED indakator yang berfungsi sebagai indikator pengingat pengguna jalan jika sensor mendeteksi kereta api lewat.
C.
Perancangan Hardware 1. Perancangan Mekanik a. Perancangan purwarupa palang pintu kereta api
Gambar 3.2. Sketsa Palang Pintu Kereta Api Otomatis Berbasis Mikrokontroler.
Pada gambar diatas merupakan sketsa palang pintu kereta api otomatis berbasis mikrokontroller ATMega8535 yang menggunakan sensor photodioda. Sensor photodioda dipasang berseberangan dengan sensor inframerah sebagai rangkaian sensor garis. Sensor inframerah merupakan sensor pemancar sinar yang terus menerus kepada photodioda dan akan membentuk sebuah garis. Itulah sebabnya sensor ini disebut sensor garis. Pada keadaan normal sensor ini akan berlogika 1 (high) dan jika ada kereta api yang melintas di tengah-tengah sensor garis ini maka pemancar inframerah ke photodioda akan terputus
kemudian sensor akan berlogika 0 (low). Logika ini lah yang akan dikirim ke rangkaian op-amp untuk diperkuat. Dari rangkaian op-amp, logika ini akan dikirim ke rangkaian mikrokontroler untuk diproses. Setelah itu mikrokontrolerlah yang akan memerintahkan semua outputoutput sesuai dengan yang telah diprogram. Jika sensor berlogika 1 (high) maka palang akan membuka atau pada posisi normal, LCD akan menampilkan kalimat “Selamat Jalan” sedangkan jika sensor berlogika 0 (low) maka palang akan menutup, alarm hidup, LED indiator akan hidup bergantian dan LCD akan menampilkan kalimat hati-hati bagi pengguna jalan. b. Perancangan bentuk palang pintu perlintasan kereta api tampak depan yang digunakan dapat dilihat pada gambar dibawah ini .
Gambar 3.3. Rancangan Prototipe Palang Pintu Kereta Api
Berikut akan dijelaskan tentang perancangan penempatan komponen tersebut: 1) Alarm Alarm adalah sebuah speaker peringatan ketika kereta api akan melewati palang. Alarm ini berfungsi untuk memperingati petugas dan pengguna jalan agar hati-hati dalam melintasi perlintasan kereta api karena akan ada kereta api yang melintas. 2) Lampu indikator peringatan Lampu indikator peringatan adalah lampu indikator yang berfungsi sebagai lampu peringatan bahwasanya akan ada kereta api yang melintas. Lampu ini hidup bersamaan dengan alarm. Lampu ini dipasang dua agar semua pengguna jalan dapat melihat dengan jelas tanda peringatan kereta api lewat itu. 3) LCD LCD berfungsi sebagai tampilan peringatan hati-hati bagi pengguna jalan jika kereta api akan melintas di persimpangan jalan dan tampilan selamat jalan pada pengguna jalan jika kereta api telah melintas 4) Mikrokontroler Mikrokontroler merupakan otak dari kegiatan otomatisasi palang pintu perlintasan kereta api. Semua perintah yang akan dijalankan terdapat dalam mikrokontroler. Mikrokontroler digunakan sebagai pusat pemprosesan kendali sesuai dengan input yang
diberikan. Semua input akan disimpan dan diproses dalam mikrokontroler ini sesuai dengan program yang digunakan yaitu Bahasa C. 5) Motor servo Motor servo berfungsi untuk menggerakkan palang pintu perlintasan kereta api (membuka atau menutup), pergerakkan palang pintu perlintasan dengan besar sudut 700, dimana bila diberikan pulsa dengan besar 1.5ms (range delay pada program 800). 6) Palang pintu perlintasan Palang pintu perlintasan berfungsi sebagai penghambat kegiatan lalu lintas di setiap perlintasan kereta api ketika ada kereta api yang akan melintas. Palang pintu perlintasan ini bertujuan agar tidak terjadi kecelakaan lalu lintas di perlintasan kereta api baik itu dengan kendaraan bermotor ataupun dengan pengguna jalan kaki. 2. Perancangan Elektrik Pada
perancangan
elektrik
ini
akan
dijelaskan
mengenai
perancangan masing-masing rangkaian yang menjadi penunjang dalam pembuatan alat. Proses perancangan rangkaian elektronik ini memiliki tahap-tahap pengerjaannya yaitu perancangan rangkaiandan perancangan papan PCB.
a. Perancangan Disain Rangkaian 1) Rangkaian Power Supply Rangkaian ini berfungsi sebagai sumber tegangan untuk seluruh rangkaian yang ada. Rangkaian catu daya yang dibuat terdiri dari dua keluaran, yaitu 5 volt dan 12 volt, keluaran 5 volt digunakan untuk sumber tegangan ke sensor, LCD, LED indikator, sedangkan keluaran 12 volt digunakan untuk sumber tegangan motor servo dan modul suara.
(a)
(b) Gambar 3.4. Rangkaian Power Supply (a) Keluaran 5V dan (b) Keluaran 12V Pada rangkaian power supply di bawah digunakan trafo 1A jenis CT dengan Sumber tegangan jala-jala listrik 220 Volt AC yang diturunkan menjadi 12 Volt AC dan disearahkan oleh dioda jempatan menjadi tegangan 12 Volt DC. Dua buah kapasitor
digunakan sebagai filter tegangan setelah tegangan disearahkan oleh dioda. AN7812 dan AN7805 adalah IC regulator untuk menstabilkan tegangan menjadi 12 volt DC dan 5 volt DC.
2) Perancangan Rangkaian ATMega 8535 Rangkaian ini berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh sistem
yang
ada.Komponen
utama
rangkaian
ini
adalah
mikrokontroller ATMega8535.Pada mikrokontroler inilah semua program diisikan dan disimpan, sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki.Bagian utama rangkaian sistem minimum adalah mikrokontroler ATmega8535. Dikatakan sistem minimum karena rangkaian ini hanya membutuhkan komponen dasar elektronika seperti kapasitor, resistor, led, kristal dan mikrokontroler ATmega8535 sebagai komponen utama.Rangkaian skematik minimum sistem Mikrokontroler ATMega 8535 dapat dilihat pada Gambar dibawah ini :
U1
C3
C2
22pF
22pF
X1
14 15 16 17 18 19 20 21
+5 V
CRYSTAL
13 12 9
R1
PB0/T0/XCK PB1/T1 PB2/AIN0/INT2 PB3/AIN1/OC0 PB4/SS PB5/MOSI PB6/MISO PB7/SCK PD0/RXD PD1/TXD PD2/INT0 PD3/INT1 PD4/OC1B PD5/OC1A PD6/ICP1 PD7/OC2 XTAL1 XTAL2 RESET
PA0/ADC0 PA1/ADC1 PA2/ADC2 PA3/ADC3 PA4/ADC4 PA5/ADC5 PA6/ADC6 PA7/ADC7 PC0/SCL PC1/SDA PC2 PC3 PC4 PC5 PC6/TOSC1 PC7/TOSC2
AREF AVCC
40 39 38 37 36 35 34 33 22 23 24 25 26 27 28 29
+5 V
1 2 3 4 5 6 7 8
GND
32 30
R2 100k
ATMEGA8535
10k
C4
100uF
C1 100n GND
GND
Gambar 3.5. Rangkaian Minimum Sistem Pada Gambar 3.5 dapat dilihat bahwa pada pin 12 dan 13 dihubungkan
ke
XTAL1
dan
XTAL2.
XTAL
ini
akan
mempengaruhi kecepatan mikrokontroler ATMega8535 dalam mengeksekusi setiap perintah dalam program. Pin 9 merupakan masukan reset (aktif rendah). Pulsa transisi dari tinggi ke rendah akan me-reset mikrokontroler ini. Untuk men-download file heksadesimal ke mikrokontroler, Mosi, Miso, Sck, dan Reset dari kaki mikrokontroler dihubungkan ke RJ45. RJ45 sebagai konektor yang akan dihubungkan ke ISP Programmer. Dari ISP Programmer inilah dihubungkan ke komputer melalui port paralel.Kaki Mosi, Miso, Sck dan Reset, pada mikrokontroler terletak pada kaki 6, 7, 8, dan 9.Apabila terjadi keterbalikan pemasangan jalur ke ISP Programmer, maka pemograman mikrokontroler tidak dapat dilakukan karena mikrokontroler tidak akan bisa merespon.
3) Perancangan Rangkaian Sensor Rangkaian sensor adalah rangkaian yang terdiri dari beberapa komponen seperti photodioda, inframerah, resistor, konektor, trimpot 502 (5KΩ) dan IC LM339 yang bertujuan untuk memperkuat logika yang dikeluarkan sensor. Pada keadaan normal sensor ini akan berlogika 1 (high) dan jika ada kereta api yang melintas di tengah-tengah sensor garis ini maka pemancar inframerah ke photodioda akan terputus kemudian sensor akan berlogika 0 (low). Logika ini lah yang akan dikirim ke rangkaian op-amp untuk diperkuat. Dari rangkaian op-amp, logika ini akan dikirim ke rangkaian mikrokontroler untuk diproses. Setelah itu mikrokontrolerlah yang akan memerintahkan semua output-output sesuai dengan yang telah diprogram. Jika sensor berlogika 1 (high) maka palang akan membuka atau pada posisi normal, sedangkan jika sensor berlogika 0 (low) maka palang akan menutup, Rangkaian op-amp ini disebut juga dengan rangkaian komparator. Rangkaian skematik komparator adalah seperti gambar berikut ini.
Gambar 3.6. Skematik Rangkaian Sensor dan Op-Amp LM339
4) Perancangan Rangkaian LCD Penampil LCD sangat membantu dalam memprogram karena tidak perlu menggunakan program debug.Diperlukan tanpilan hasil perhitungan ke LCD untuk memudahkan pengamatan. LCD dapat digunakan untuk menampilkan hasil pengambilan data dari sensor.
5V
U1 1 2 3 4 5 6 7 8 14 15 16 17 18 19 20 21 13 12 9
PB0/T0/XCK PB1/T1 PB2/AIN0/INT2 PB3/AIN1/OC0 PB4/SS PB5/MOSI PB6/MISO PB7/SCK PD0/RXD PD1/TXD PD2/INT0 PD3/INT1 PD4/OC1B PD5/OC1A PD6/ICP1 PD7/OC2 XTAL1 XTAL2 RESET
PA0/ADC0 PA1/ADC1 PA2/ADC2 PA3/ADC3 PA4/ADC4 PA5/ADC5 PA6/ADC6 PA7/ADC7 PC0/SCL PC1/SDA PC2 PC3 PC4 PC5 PC6/TOSC1 PC7/TOSC2
AREF AVCC
40 39 38 37 36 35 34 33
RS RW E
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 7 8 9 10 11 12 13 14
4 5 6
1 2 3
V SS V DD V EE
LCD
R1
10k
22 23 24 25 26 27 28 29
32 30
ATMEGA8535
Gambar 3.7. Rangkaian Antarmuka LCD dengan AVR ATMega8535
Gambar diatas adalah rangkaian antar muka LCD dengan mikrokontroler
AVR
ATMega8535.
Untuk
konektor
LCD,
digunakan pin header 16 kaki dimana tata letak urutan pin ada pada gambar diatas sesuai dengan konfigurasi kaki pin LCD. Vcc terletak pada pin no 2, ground pada pin no 1, sedangkan kaki tegangan kontras Vcc pada pin no 3 dihubungkan ke potensio pengatur kontras LCD. Akses LCD yang digunakan bertipe 4 bit. Dengan demikian hanya pin data d4 sampai d7 saja yang dihubungkan dengan port C pada mikrokontroler. LDC yang digunakan adalah jenis LCD M1632.LCD M1632 merupakan modul LCD dengan tampilan 16 x 2 baris dengan konsumsi daya rendah.Modul tersebut dilengkapi dengan mikrokontroler yang didesain khusus untuk mengendalikan LCD. Operasi dasar pada LCD adalah intruksi mengakses proses internal, intruksi menulis data, intruksi membaca kondisi sibuk dan intruksi membaca data.
5) Perancangan Rangkaian Motor Servo Bentuk motor servo dapat dilihat pada gambar dibawah ini. Terdapat tiga utas kabel dengan warna merah, hitam, dan kuning. Kabel merah dan hitam harus dihubungkan dengan sumber tegangan 4-12 volt dc agar motor servo dapat bekerja normal. Sedangkan
kabel berwarna kuning adalah kabel data yang dipakai untuk mengatur arah gerak dan posisi servo. U1 1 2 3 4 5 6 7 8
VCC
+88.8
VCC
+88.8
PB0/T0/XCK PB1/T1 PB2/AIN0/INT2 PB3/AIN1/OC0 PB4/SS PB5/MOSI PB6/MISO PB7/SCK
14 15 16 17 18 19 20 21
PD0/RXD PD1/TXD PD2/INT0 PD3/INT1 PD4/OC1B PD5/OC1A PD6/ICP1 PD7/OC2
12 13 9 GND
PA0/ADC0 PA1/ADC1 PA2/ADC2 PA3/ADC3 PA4/ADC4 PA5/ADC5 PA6/ADC6 PA7/ADC7 PC0/SCL PC1/SDA PC2 PC3 PC4 PC5 PC6/TOSC1 PC7/TOSC2
XTAL1 XTAL2 RESET
AREF AVCC
40 39 38 37 36 35 34 33 22 23 24 25 26 27 28 29
32 30
ATMEGA8535
Gambar 3.8. Rangkaian Motor Servo dengan AVR ATMega8535
6) Perancangan Rangkaian Modul Suara Rangkaian
ini
berfungsi
sebagai
alarm
untuk
memberitahukan kepada petugas dan pengguna jalan raya yang ada di perlintasan kereta api bahwasanya ada kereta api yang akan lewat. Alarm pada rangkaian ini menggunakan modul suara 12 Volt dan speaker.Rangkaiannya seperti gambar dibawah ini
12 volt
Q1 R1
PORTD
1k
LS1
modul suara
SPEAKER
Gambar 3.9. Rangkaian Modul Suara
Pada rangkaian diatas transistor berfungsi sebagai saklar elektronik yang dapat menghidupkan dan mematikan alarm, dari gambar dapat dilihat bahwa negatif modul suara dihubungkan ke kolektor dari transistor NPN, ini berarti jika transistor dalam keadaan aktif maka kolektor akan terhubung ke emitor dimana emitor langsung terhubung ke ground yang menyebabkan tegangan di kolektor menjadi 0 volt, keadaan ini akan mengakibatkan modul suara berbunyi. Sebaliknya jika transistor tidak aktif, maka kolektor tidak terhubung ke emitor, sehingga tegangan menjadi 12 volt keadaan ini yang menyebabkan modul suara mati.
7) Perancangan Rangkaian LED Indikator LED indikator digunakan adalah berwarna merah yang dipasang 2 seri dan 2 paralel dengan resistor yang nilai resistansi harus sesuai dengan LED. Untuk menyalakan LED maka sumber tegangan yang diberikan adalah 5 volt. VCC
R1
R2
220
220
D1
D3
LED
LED
PORTB
PORTB
R4
R3
220
220
D2
D4
LED
LED
GND
Gambar 3.10. LED indicator
(b) Perancangan Papan PCB Penentuan tata letak dari tiap-tiap komponen yang akan dipindahkan ke PCB polos, fungsi dasarnya tidak jauh berbeda kita menghubungkan kaki-kaki komponen dengan menggunakan kabel atau kawat. Papan rangkaian yang tercetakmempunyai tempat untuk meletakan komponen sehingga aspek-aspek keamanan, keindahan dan koefisien pada rangkaian dapat dicapai. Proses-proses yang perlu
dilakukan dalam pembuatan rangkaian pada papan PCB ini meliputi beberapa langkah kerja diantaranya adalah: 1) Pembuatan jalur Untuk
pembuatan
jalur
pada
PCB
kita
biasanya
memanfaatkansoftware yang ada. Pada pembuatan jalur ini penulis menggunakan software proteus 7.9 untuk pembuatan layout pada PCB. 2) Pemindahan Jalur Sebelum memindahkan layout kepermukaan PCB sebaiknya papan PCB dibesihkan terlebih dahulu.Untuk membersihkannya bisa menggunakan kertas amplas yang halus atau menggunakan lotion. Ini bertujuan agar permukaan PCB bersih dari kotoran dan debu yang bisa mengakibatkan proses pemindahan layout tidak maksimal. Untuk memindahkan layout pada PCB, caranya gambar layout yang dibuat dicetak menggunakan printer. Hasil dari cetakan tersebut kemudian foto copy ke kertas foto. Setelah gambar layout dipindahkan ke kertas foto, kemudian kertas foto di setrika ke permukaan PCB yang akan dibuat layout.Hasil dari setrika tersebut kemudian dibersihkan dengan air mengalir dan membuka kertas dari PCB tersebut dengan perlahan. 3) Pelarutan Proses pelarutan ini berfungsi sebagai pengangkatan tembaga permukaan PCB yang tidak dibutuhkan, sehingga bagian
tembaga yang tertinggal hanya bagian yang tertutupi strika tadi. Untuk membuang tembaga yang tidak diinginkan biasanya digunakan larutan Ferit choride (FeC13). 4) Pembersihan Setelah proses pelarutan pada PCB selesai, bersihkan permukaan PCB dengan sisa larutan Ferit choride (FeC13). Untuk membersihkannya bisa menggunakan air.Setelah
dibersihkan
amplas permukaan PCB dengan menggunakan kertas amplas yang halus untuk membersihkan tembaga dari kertas foto agar nanti pada saat penyolderan timah dapat melekat dengan baik. 5) Pengeboran Langkah pertama sebelum melakukan pengeboran yaitu menitik papan PCB dengan penitik setelah selesai menitik papan PCB sesuai dengan yang diinginkan lalu lubangi papan PCB dengan menggunakan bor, ukuran mata bor yang dipakai sesuai dengan ukuran kaki komponen agar pada saat pemasangan komponen terlihat rapi. 6) Pemasangan Komponen Untuk pemasangan komponen pada papan PCB pastikan komponen terpasang sesuai dengan tata letak yang akan ditentukan. Setelah komponen terpasang ada beberapa yang perlu diperhatikan untuk menghindari kerusakan pada komponen diantaranya adalah:
a) Polaritas Komponen Komponen yang memiliki polaritas (katup positif atau negatif) agar lebih teliti dalam pemasangannya. Pemasangan polaritas yang terbalik akan mengakibatkan rangkaian tidak bekerja dan rangkaian bisa rusak. b) Daya Tahan Komponen Panas yang berlebihan waktu penyolderan dapat merusak komponen.Walaupun tidak secara langsung, tetapi dapat merusak karakteristik suatu komponen dan merusak sistem yang dirancang.Untuk mengatasi hal ini dapat digunakan soket untuk mikrokontroler dan IC.Kegunaan soket ini selain agar komponen tidak kena panas langsung juga berguna untuk memudahkan dalam penggantian mikrokontroler dan IC. c) Kesalahan Pemasangan Sedapat mungkin hindari kesalahan dalam pemasangan komponen, Teliti telebih dahulu komponen yang hendak di pasang serta atur letaknya dan dilakukan perancangan mekanik.
D. Perancangan Program (Software) 1. Flowchart Dari algoritma diatas maka alat otomatisasi palang perlintasan kereta api ini dirancang dan dibuat dalam bentuk diagram alir yaitu seperti gambar dibawah ini:
MULAI tidak Baca sensor 1 dan sensor 2
tidak
Sensor1 aktif
ya tidak
Sensor2 aktif
ya
Palang pintu tutup, alarm,LCD dan LED aktif
Baca sensor3 dan sensor4
tidak
Sensor3 aktif
ya tidak
Sensor4 aktif
ya
Palang pintu tutup, alarm,LCD dan LED aktif
END Gambar 3.11. Flow chart Program diawali dengan program pembacaan sensor yaitu pembacaan sensor 1 dan sensor 2. Jika sensor 1 aktif dan dilanjutkan dengan sensor 2 aktif maka perintah dari mikrokontroler adalah membuka palang pintu, mengaktifkan alarm, LCD dan LED. Setelah pembacaan sensor 1 dan sensor 2 maka dilanjutkan dengan membaca sensor 3 dan sensor 4. Jika sensor 3 dan sensor 4 aktif tidak berpengaruh terhadap
palang pintu, palang pintu tetap menutup. Setelah seluruh badan kereta api melewati ke-4 sensor maka ke-4 sensor tersebut akan nonaktif sehingga mikrokontroler akan memerintahkan palang akan membuka, menonaktifkan alarm, LCD dan LED. Begitu juga sebaliknya jika arah kereta api lewat dari arah yang berlawanan.
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA Pada bab ini akan dijelaskan mengenai cara pengujian dari perangkat keras (hardware) yang meliputi pengujian mininum sistem, sensor, LCD, alarm dan LED indikator. Dari pengujian ini akan didapatkan data-data maupun bukti-bukti hasil akhir dari kenyataan bahwa alat otomatisasi palang pintu perlintasan kereta api ini bisa bekerja dengan baik setelah diprogram. Berdasarkan data-data dan bukti-bukti tersebut dapat dilakukan analisa terhadap proses kerja yang nantinya dapat digunakan untuk menarik kesimpulan dari apa yang telah dibuat dalam Tugas Akhir ini. Tujuan pengujian ini adalah untuk melihat hasil dari kerja alat tersebut yang bekerja secara baik atau tidak, begitu juga dengan software yang di buat, sehingga didapatkan hasil dan perbandingan dari apa yang direncanakan sebelumnya. Pengujian dilakukan dengan cara menghubungkan alat dengan sumber tegangan jala-jala 220VAC. Pengujian alat ini dilakukan terpisah atau secara bergantian agar lebih mudah dalam pengukuran tegangan masing-masing komponen.
A. Instrumentasi Pengujian Alat Dalam melakukan pengujian alat ada beberapa instrumentasi yang digunakan demi selesai dan berhasilnya alat ini diantaranya adalah multitester. Multitester merupakan alat yang digunakan untuk mengukur tegangan keluaran baik yang menggunakan tegangan AC maupun tegangan DC.
B. Pengujian Alat Pengujian yang dilakukan pada alat otomatis palang pintu kereta api ini diantaranya pengujian respon atau tidaknya sensor, pengujian rangkaian, pengujian motor servo, pengujian transistor sebagai saklar pada modul suara beserta program, pengujian LED indikator dan pengujian tampilan LCD. Berikut ini adalah poin-poin pengujian tersebut. 1. Pengujian Catu Daya Pengukuran tegangan catu daya dilakukan dengan menggunakan alat multimeter digital merek Heles. Pengujian catu daya dilakukan untuk mengetahui apakah rangkaian catu daya dapat bekerja dengan baik.
1
2
3
Gambar 4.1.Pengujian Catu Daya keluaran 12 Volt Dari gambar 4.1, hasil pengukuran catu daya dengan keluaran 12V terdapat pada tabel dibawah ini. Tabel 4.1.Hasil Pengujian dan Pengukuran Catu Daya 12 volt No
Parameter yang Diukur
Titik
Hasil
Pengukuran
Pengukuran
1
Tegangan sekunder trafo
1
12 VAC
2
Tegangan penyearah sebelum
2
11,9 VDC
3
11,6 VDC
masuk ke regulator 3
Tegangan keluaran IC 7812
Tabel 4.1 ini merupakan hasil pengujian dan pengukuran pada catu daya. Tegangan AC 220 volt dari jala – jala, diturunkan melalui trafo step down menjadi tegangan AC 12 volt. Tegangan AC tersebut kemudian disearahkan dengan penyearah jembatan dioda dan ditapis oleh kapasitor untuk memperkecil riak sehingga tegangan AC berubah menjadi tegangan DC.. Karena adanya rugi – rugi daya, maka tegangan keluarannya menjadi 11,6 VDC.
1
2
3
Gambar 4.2.Pengujian Catu Daya keluaran 5 Volt Dari gambar 4.2 diatas, hasil pengukuran dengan keluaran 5 volt terdapat pada tabel dibawah ini : Tabel 4.2.Hasil Pengujian dan Pengukuran Catu Daya 5 volt No
Parameter yang Diukur
Titik
Hasil
Pengukuran
Pengukuran
1
Tegangan sekunder trafo
1
6 VAC
2
Tegangan penyearah sebelum
2
5,8 VDC
3
4,8 VDC
masuk ke regulator 3
Tegangan keluaran IC 7805
Tabel 4.2 ini merupakan hasil pengujian dan pengukuran pada catu daya 5 volt. Tegangan AC 220 volt dari jala – jala, diturunkan melalui trafo step down menjadi tegangan AC 6 voltt. Tegangan AC tersebut kemudian disearahkan dengan penyearah jembatan dioda dan ditapis oleh kapasitor untuk memperkecil riak sehingga tegangan AC berubah menjadi tegangan DC. Karena adanya rugi – rugi daya, maka tegangan keluarannya menjadi 4,8 VDC.
2. Pengujian Sensor Sensor yang dipakai adalah gabungan antara inframerah dan photodioda
yang
dikuatkan
menggunakan
rangkaian
komparator.
Komparator berperan sebagai penguat sinyal dari sensor sehingga respon dari sensor lebih mudah diamati dibandingkan tidak menggunakannya.
VCC VCC
R10 3
R9 3
U1:B
R1
R2
R5
U1:A
7
R6
5
2
1
4
6
LM339 12
12
LM339
J1 1 2 3 4 5 6
GND GND
TBLOCK-M6 VCC
R12
VCC 3
U1:C
3
U1:D
R11
R4
R7
11
R8
9
14
13
8
10
LM339 12
LM339 12
R3
GND GND
Gambar 4.3. Rangkaian Sensor Garis dan Op-Amp
Tabel 4.3. Tabel Pengukuran Tegangan Keluaran Komparator Percobaan
Sensor Garis
Tegangan sumber
1 2 3 4 5 6
S1=1,S2=1 S1=0,S2=0 S3=1,S4=1 S3=0,S4=0 S2=1,S3=1 S1=0,S4=0
5 volt 5 volt 5 volt 5 volt 5 volt 5 volt
Keluaran Komparator (VDC) 4.4 volt 0,4 volt 4.4 volt 0,6 volt 4.3 volt 0,5 volt
Dari enam percobaan diatas, sumber setiap sensor adalah ± 5 volt dan setiap tahanan pada op-amp bernilai sama yaitu Rs = 5 kΩ dan R = 10 kΩ. maka tegangan referensi komparator dapat ditentukan dari rumus berikut : Vref =
+ 2
keterangan Vref = tegangan referensi R2 = resistansi resistor Rs = resistansi trimpot Vcc = tegangan sumber
Vref = =
+
5
x Vcc
5+10
x 5
= 1,667 volt
x Vcc
Jadi tegangan referensi pada komparator adalah 1,67 volt. KomparatorLM339 pada blog ini digunakan dengan mode inverting yang saat Vref diberi tegangan 1,67 V, di dapat dari pembagi tegangan 2 resistor. Sehingga, saat Vout >1,67 V maka Vo nya akan menjadi 5V atau sama dengan Vcc(pada keluaran komparator akan berlogika 1), dan saat Vout <1,67 V, maka Vo akan menjadi 0 V atau sama dengan GND (pada keluaran komparator akan berlogika 0). Hasil perbandingan ini kemudian dikirimkan ke mikrokontroler atmega 8535 untuk kemudian diproses dan dikirimkan ke output-output alat. Sintak program untuk sensor adalah sebagai berikut: #include #include #include . . . . . . // Declare your global variables here #define sensor_a PINA.0 #define sensor_b PINA.1 #define sensor_c PINA.2 #define sensor_d PINA.3 #define aktif 1 #define normal 0 . . . . . . .
if(sensor_a==normal&&sensor_b==normal&&sensor_c==aktif&&sen sor_d==aktif) {tutup_a(); delay_us(100); tutup_b(); delay_us(100); . . . . . . . } if(sensor_a==aktif&&sensor_b==aktif&&sensor_c==normal&&senso r_d==normal) { tutup_a(); delay_us(100); tutup_b(); delay_us(100); . . . . . . . }
3. Pengujian Motor Servo Dari tabel 4.4, percobaan pertama pada saat sensor 1 dan sensor 2 pada kondisi logika 1 (high), pulsa yang dikirimkan dari mikrokontroler ke motor servo 1 adalah 2600 ms dan pada motor servo 2 adalah 1800 ms. Saat kondisi kedua sensor berlogika 1 (high) kedua motor bergerak 700 ke kiri searah jarum jam untuk membuka palang pintu perlintasan. Begitu
juga saat kondisi sensor 3 dan sensor 4 berlogika 1 (high). Pada saat sensor 1 dan sensor 2 berlogika 0 (low), pulsa yang dikirimkan dari mikrokontroler ke motor servo 1 adalah 1800 ms dan pada motor servo 2 adalah 1000 ms. Saat kondisi kedua sensor berlogika 0 (low) kedua motor bergerak 700 kearah kanan atau berlawanan arah jarum jam untuk menutup palang pintu perlintasan. Begitu juga saat kondisi sensor 3 dan sensor 4 berlogika 0 (low). U1 1 2 3 4 5 6 7 8
VCC
+88.8
VCC
+88.8 +88.8 Volts
PB0/T0/XCK PB1/T1 PB2/AIN0/INT2 PB3/AIN1/OC0 PB4/SS PB5/MOSI PB6/MISO PB7/SCK
14 15 16 17 18 19 20 21
PD0/RXD PD1/TXD PD2/INT0 PD3/INT1 PD4/OC1B PD5/OC1A PD6/ICP1 PD7/OC2
12 13 9 GND
PA0/ADC0 PA1/ADC1 PA2/ADC2 PA3/ADC3 PA4/ADC4 PA5/ADC5 PA6/ADC6 PA7/ADC7 PC0/SCL PC1/SDA PC2 PC3 PC4 PC5 PC6/TOSC1 PC7/TOSC2
XTAL1 XTAL2 RESET
AREF AVCC
40 39 38 37 36 35 34 33 22 23 24 25 26 27 28 29
32 30
ATMEGA8535
Gambar 4.4. Rangkaian Motor Servo dengan AVR ATMega8535
Tabel 4.4. Tabel Pengujian Pulsa Motor Servo N
Sensor
Pulsa
Tegangan Pulsa
Tegangan Arah Putaran
o
Garis
motor 1 motor 1
motor 2
motor 2
1
S1=1,S2=1
2600
4,8 volt
1800
4,7 volt
Kanan
2
S1=0,S2=0
1800
0 volt
1000
0 volt
Kiri
3
S3=1,S4=1
2600
4,6 volt
1800
4,7 volt
Kanan
4
S3=0,S4=0
1800
0 volt
1000
0 volt
Kiri
Perbedaan pemberian nilai pulsa ini dapat dijadikan sebagai titik acuan untuk menggerakkan motor servo searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam. Motor servo ini diberi tegangan 12 volt dari catu daya. Pengujian motor servo bergerak tidak dapat dilakukan dengan cara manual (tanpa program), oleh karena itu untuk menguji motor servo tersebut harus dibuatkan program tersendiri dan di-download ke mikrokontroler. Sintak program untuk menguji motor servo adalah sebagai berikut: int i,j; void buka_a() { for(i=0;i<20;i++) { servo_a=on;delay_us(2600); servo_a=off;delay_ms(20); } } void tutup_a() { for(i=0;i<40;i++) { servo_a=on;delay_us(1800); servo_a=off;delay_ms(20); }
} void buka_b() { for(j=0;j<20;j++) { servo_b=on;delay_us(1800); servo_b=off;delay_ms(20); } } void tutup_b() { for(j=0;j<40;j++) { servo_b=on;delay_us(1000); servo_b=off;delay_ms(20); } } Sintak program diatas dibangun dalam bentuk fungsi, tujuannya untuk memudahkan pemanggilan ketika debug program, sedangkan i dan j pada pengulangan dibuat dalam bentuk variabel dengan tipe data integer.
4. Pengujian LCD Pengujian LCD ini untuk mengetahui apakah LCD yang dipakai rusak atau bisa dipakai semestinya. LCD memiliki 16 kaki yang terdiri dari 8 pin jalur data, 2 pin power supply, 1 pin untuk mengatur kontras, 3 pin control dan 2 pin ground. Pengujian pertama yang dilakukan dengan memberi tegangan pada kaki power supply (5VDC), maka LCD akan menyala dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 4.5. Tampilan LCD Tanpa Software di Program Proteus Pada Gambar dapat dilihat tampilan LCD tanpa program, namun demikian tidak berarti LCD akan bekerja dengan baik jika dapat menyala, maka tahap selanjutnya yaitu dengan memasangkan LCD ke Port B mikrokontroller, dan kemudian didownloadkan program ke dalamnya. sehingga akan tertampil pada layar LCD seperti Gambar. Adapun programnya adalah:
. . . . . . . // Alphanumeric LCD Module functions #asm .equ __lcd_port=0x18 ;PORTC #endasm #include . . . . . . lcd_gotoxy(0,0); lcd_putsf("Berhati-hatilah"); lcd_gotoxy(0,1); lcd_putsf("Pengguna Jalan"); delay_ms(700); lcd_clear(); lcd_gotoxy(0,0); lcd_putsf("Kereta Api"); lcd_gotoxy(0,1); lcd_putsf("Akan Melintas"); delay_ms(700); lcd_clear();
Berikut adalah bentuk tampilan program pada LCD :
Gambar 4.6. Tampilan LCD Setelah diberi Program Jika LCD sudah bisa menampilkan karakter seperti gambar diatas, itu bertanda LCD dalam keadaan baik dan dapat digunakan untuk menampilkan tulisan peringatan pada pengguna jalan.
5. Pengujian Modul Suara Pengontrol modul suara adalah keluaran dari PORTD pada Mikrokontroller ATMega8535. Rangkaian modul suara ini terdiri dari sebuah modul suara, transistor, dan resistor. Transistor yang dipakai
adalah transistor tipe TIP31 jenis NPN. Dalam perancangan transistor digunakan nilai resistansi Rmodul = 250Ω, hfemin = 25 dan tegangan Vcc = 12 Volt. Pada prinsipnya transistor pada rangkaian ini adalah sebagai saklar. dimana jika transistor dalam keadaan aktif maka kolektor akan terhubung ke emitor dimana emitor langsung terhubung ke ground yang menyebabkan tegangan di kolektor menjadi 0 volt, keadaan ini akan mengakibatkan modul suara berbunyi. Sebaliknya jika transistor tidak aktif, maka kolektor tidak terhubung ke emitor, sehingga tegangan menjadi 12 volt keadaan ini yang menyebabkan modul suara mati.
VCC
Q1 R1 TIP31
PORTD
1k Vbe +88.8 Volts
modul suara
GND
Gambar 4.7. Rangkaian Modul Suara Dari gambar di atas dapat diukur tegangan yang masuk pada modul suara menggunakan alat ukur. Hasil pengukuran terdapat pada tabel 4.6
Tabel 4.5. Tabel Pengukuran Tegangan Pada Transistor Logika
Tegangan
Tegangan Untuk
Arus (mA)
port
referensi
Mengaktifkan Transistor
perhitungan
Low (0)
5 volt
0.4 VDC
IC (sat) = 30,9
High
5 volt
4.4 VDC
IB = 3,09
(1)
Fungsi transistor pada rangkaian driver buzzer sebagai saklar dengan posisi tertutup (close). Untuk memfungsikannya maka dirancang agar transistor dalam keadaan saturasi (jenuh). Jika diketahui VCE (sat) max = 1,2 V dan VBE (sat) max = 1,8 V (datasheet TIP31), VPORT= 5 V, maka IC(sat) dapat diketahui dengan persamaan sebagai berikut :
Ic(sat) =
−
Keterangan : Ic(sat) : arus pada colektor saat saturasi Vcc : tegangan sumber Vce : tegangan pada colektor emitor Rmodul : resistansi modul Ic(sat) = =
− 12−1.2 250
= 0,0432 A = 43,2 mA
Dari nilai Ic(sat), maka dapat diketahui nilai Ib : (
Ib = =
)
ℎ
43,2 10
= 4,32 mA maka : RB =
−
=
5−1,8 4,32
= 0,7407 k Ω = 740Ω Karena nilai RB = 740Ω tidak tersedia dipasaran, maka dalam perancangan digunakan resistor dengan nilai yang mendekati yaitu sebesar 1kΩ. Pada program codevisionnya untuk mengaktifkan modul suara perintah yang di masukan adalah modul=off karena jika off tegangan ke kolektor 0 yang menyebabkan modul suara aktif, contoh programnya sebagai berikut: // Declare your global variables here #define modul PORTD.7 #define on 1 #define off 0 . . . . . . . if(sensor_a==normal) {
modul=off; } 6. Pengujian LED indikator Pada alat otomatisasi palang pintu perlintasan kereta api ini LED indikator yang digunakan adalah LED merah. LED ini dirangkaian dengan 4 buah led yang terhubung dalam dua kondisi. Rangkaian LED ini diberi tegangan 5 volt yang bersumber dari catu daya. berikut ini adalah hasil yang diukur dari rangkaian. VCC
R1
R2
220
220
D1
D3
+88.8
LED
LED
Volts
PORTB
PORTB
R4
R3
220
220
D2
D4
LED
LED
GND
Gambar 4.8. LED indikator Dari gambar rangkaian diatas tegangan sumber yang diberikan dari catu daya 5 volt sehingga dapat diukur tegangan pada masing-masing LED indikator menggunakan alat ukur tegangan. hasil dari pengukuran yang telah dilakukan terdapat pada tabel dibawah ini.
Tabel 4.6. Tabel Pengukuran Tegangan Keluaran LED Indikator LED
Tegangan
Tegangan
Persentase
indikator
Referensi
Terukur
Kesalahan
1
5 volt
4.8 volt
4%
2
5volt
4,9 volt
2%
3
5 volt
4.9 volt
2%
4
5 volt
4,8 volt
4%
Dari data di atas dapat dibandingkan antara nilai referensi dengan nilai yang terbaca di alat ukur. Sehingga dapat dilakukan perhitungan persentase kesalahan LED indikator untuk menyala berkedip rumus berikut :
%
−
=
×
Keterangan: NP
= Nilai Pengukuran
NR
= Nilai Referensi a. NR = 5 V NP = 4,8 V %
= =
5−4,8 5
=4%
× ×
% %
%
dengan
b. NR = 5 V NP = 4,9 V %
= =
5−4,9 5
=2%
× ×
% %
c. NR = 5 V NP = 4,9 V %
= =
5−4,9 5
=2%
× ×
% %
d. NR = 5 V NP = 4,8 V %
= =
5−4,8 5
=4%
× ×
% %
Rangakain LED yang terdiri dari dua kondisi ini yang dihubungkan ke dua port lalu di program untuk menghasilkan LED berkedip. program LED berkedip adalah sebagai berikut:
// Port B initialization // Func7=Out Func6=Out Func5=Out Func4=Out Func3=Out Func2=Out Func1=Out Func0=Out // State7=0 State6=0 State5=0 State4=0 State3=0 State2=0 State1=0 State0=0 PORTB=0x00; DDRB=0xFF; . . . . . . . . while (1) { PORTB=0x00; delay_ms(500); PORTB=0xFF; delay_ms(500); }
C. Analisa Program Interupsi adalah kondisi yang membuat CPU berhenti dari rutinitas yang sedang dikerjakan (rutin utama) untuk mengerjakan rutin lain (rutin interupsi). AVR atmega8535 memiliki 21 sumber interupsi dan 3 pin untuk interupsi eksternal yaitu INT0 (PORTD2), INT1 (PORTD3) dan INT2 (PORTB2). Pada alat otomatisasi palang pintu perlintasan kereta api ini menggunakan interup internal yang terdapat pada ATMega8535 itu sendiri.
Interupt ini digunakan untuk mengaktifkan tombol ON/OFF jika salah satu sensor ada yang mengalami kerusakan. Program yang dibuat adalah program dimana tombol ON/OFF ini ebih didahulukan untuk dilakukan jika salah satu sensornya mengalami error sedangkan sensor yang lain dapat mendeteksi. Program interrupt pada program alat otomatisasi palang pintu perlintasan ini adalah sebagai berikut: . . . . . . . . while (1) { // Place your code here if(sensor_a==normal&&sensor_b==normal&&sensor_c==aktif&& sensor_d==aktif) { tutup_a(); delay_us(100); tutup_b(); delay_us(100); PORTC=0x00; delay_ms(500); PORTC=0xFF; delay_ms(500);
modul=off; lcd_gotoxy(0,0); lcd_putsf("Berhati-hatilah"); lcd_gotoxy(0,1); lcd_putsf("Pengguna Jalan"); delay_ms(700); lcd_clear(); lcd_gotoxy(0,0); lcd_putsf("Kereta Api"); lcd_gotoxy(0,1); lcd_putsf("Akan Melintas"); delay_ms(700); lcd_clear(); if(PIND.0==0) { tutup_a(); tutup_b(); while(PIND.0==0) { tutup_a();
tutup_b(); modul=off; lcd_gotoxy(0,0); lcd_putsf("Hati-hati ada"); lcd_gotoxy(0,1); lcd_putsf("Kereta Api"); delay_ms(700); lcd_clear(); }}} if(PIND.0==0) { tutup_a(); delay_us(100); tutup_b(); delay_us(100); modul=off; lcd_gotoxy(0,0); lcd_putsf("Hati-hati ada"); lcd_gotoxy(0,1); lcd_putsf("Kereta Api");
delay_ms(700); lcd_clear(); } D. Analisa Rangkaian Keseluruhan Pada prinsipnya, palang pintu perlintasan kereta api menggunakan 4 buah sensor garis. Sebuah sensor garis diposisikan sedemikian rupa pada jarak tertentu sebelum persimpangan yang akan dipasang palang pintu. Pada gambar dibawah ini terlihat bahwa sensor dipasang berseberangan pada miniaturnya
Gambar 4.9. Letak Sensor Photodioda dan Inframerah Pada Miniaturnya Pada keadaan normal sensor akan mengirimkan logika 1 ke mikrokontroler Atmega8535, jika kereta api melintasi rel sensor akan mendeteksi
keberadaan
kereta
api
dan
mengirimkan
logika
0
ke
mikrokontroler Atmega8535. Perbedaan logika yang dikirimkan sensor dijadikan sebagai tolak ukur untuk menentukan palang pintu kereta api
menutup atau membuka. Output yang dihasilkan jika kereta api melintasi rel adalah palang pintu menutup dengan otomatis, alarm berbunyi, lampu peringatan dan tampilan pesan ke LCD. Berikut adalah gambar palang pintu yang dikendalikan motor servo, LCD dan LED indikator.
Gambar 4.10. Posisi Palang Pintu, LCD dan LED Indikator Untuk rangkaian keseluruhan berikut ini adalah tabel dari kerja alat otomatisasi palang pintu perlintasan kereta api. Tabel 4.7. Tabel Kerja Alat Keseluruhan Sensor
Palang pintu
Modul suara
LCD
LED
S1=1, S2=1
Menutup
Aktif
Aktif
Berkedip
S1=0, S2=0
Membuka
Non-aktif
Non-aktif
Normal
S3=1, S4=1
Menutup
Aktif
Aktif
Berkedip
S3=0, S4=0
Membuka
Non-aktif
Non-aktif
Normal
Dari tabel diatas menunjukkan kerja input dan output-output pada alat otomatisasi palang pintu perlintasan kereta api menggunakan Mikrokontroler atmega8535. Pada alat ini, mikrokontroler atmega8535 digunakan sebagai kontroler untuk mengontrol keseluruhan sistem, diantaranya membaca respon dari sensor, mengontrol pergerakkan motor servo, menampilakan pesan ke LCD, menghidupkan alarm dan mengontrol LED untuk nyala berkedip. Saat respon sensor menyatakan kereta api lewat (sensor garis terputus) maka semua output-output dari rangkaian keseluruhan akan diberi perintah oleh mikrokontroler. Motor servo akan menutup palang pintu, alarm berbunyi, lcd menampilkan peringatan berupa tulisan dan led indikator akan hidup berkedip untuk memberi peringatan kepada pengguna jalan yang akan melintasi perlintasan kereta api. Jika respon sensor menyatakan bahwa kereta api tidak terdeteksi lagi maka motor servo akan membuka palang pintu, alarm mati, lcd menampilkan tulisan selamat jalan dan led indikator normal.
BAB V PENUTUP
A. Kesimpulan Dari pengujian alat yang telah dilakukan, beberapa kesimpulan yang dirasa perlu diantaranya: 1. Sistem otomatisasi pang pintu kereta api ini hanya berbentuk prototype saja yang menggunakan skala 1:300 dari yang sesungguhnya. Dengan skala tersebut penulis dapat menentukan jarak sensor ke palang dan jarak sensor1 ke sensor 2 dengan membandingkan jarak yang sesungguhnya dengan miniaturnya. 2. Pada pengujian alat, miniatur palang pintu perlintasan mampu menutup palang pintu sebelum kereta api melewati daerah perlintasan dan semua output-outputnya berkerja sesuai dengan interuksi yang telah di download ke mikrokontroler ATMega8535 menggunakan bahasa C melalui ISP (In System Programming).
B. Saran Setelah menyelesaikan alat ini, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: 1. Dalam pemasangan sensor, yaitu Inframerah dan Photodioda dilakukan sejajar mungkin. Inframerah dan Photodioda disini berperan sebagai sensor halangan, jika pemasangan tidak sejajar, titik jatuh cahaya dari
Inframerah ke Photodioda tidak tepat sehingga output dari sensor tidak baik. Dengan kata lain, terjadi kesalahan (error) pembacaan logika sensor. 2. Sebelum membuat program lengkap, sebaiknya membuat program untuk menguji coba arah putaran motor servo. Sebagaimana yang kita tahu, motor servo dikendalikan dengan pulsa tertentu, jika tidak dilakukan pengujian pada motor servo, dikawatirkan program utama sulit untuk dibangun. 3. Penyusunan algoritma dan flowchart dilakukan dengan sebaik mungkin agar mudah dipahami dan mudah diperbaiki jika terjadi kesalahan penyusunan logika. 4. Alat ini masih bisa dikembangkan lagi dengan fitur yang lebih lengkap, seperti penambahan sensor garis untuk penutupan palang yang lebih cepat, pemasangan kamera, menggunakan mikrokontroler AVR dengan fasilitas dan fitur yang lebih lengkap pula serta pengembangan logika pemrograman.
DAFTAR PUSTAKA
Agus, Bejo. 2007. C & AVR Rahasia Kemudahan Bahasa C dalam Mikrokontroler ATMega8535. Yogyakarta. Graha Ilmu. Andri, Rahmadhani. 2007. Tutorial Pemrograman Mikrokontroler AVR (Bagian I). Bandung: Laboratorium Elektronika dan Instrumentasi Fisika ITB. Andrianto,
Heri.
2007.
Pemrograman
Mikrokontroler
AVR
ATmega16
Menggunakan Bahasa C (CodeVision AVR). Jakarta : Informatika Bishop, Owen. 2004. Dasar-dasar Elektronika, Edisi Pertama, Jakarta: Erlangga. Budiharto, Widodo. 2005. Perancangan system dan Aplikasi Mikrokontroller. Edisi Pertama. Jakarta: PT Elex Media Komputindo Ikhwan, 2009, Prinsip Kerja Photodioda. Http://ikhwanpcr.blogspot.com/2009/12/prinsip-kerja-photodioda.html.
diakses
Rabu 26 Agustus 2012. Jam 16.15 WIB. M. Ary, Heryanto & Wisnu, Adi. 2008. Pemograman Bahasa C Untuk Mikrokontroler ATMEGA 8535. Yogyakarta : Penerbit Andi. Meri, Wardana, 2011, Prinsip Kerja Motor DC. Http://meriwardana.blogspot.com/2011/11/prinsip-kerja-motor-dc.html. diakses Rabu 26 Agustus 2012. Jam 15.30 WIB. Partono, Yulikus. 2007. Pengantar Logika dan Algoritma. Jakarta : Andi Publisher Syahrul. 2012. Mikrokontroler AVR ATMEGA 8535.Bandung: Informatika Bandung Syamsull. 2012. OP-Amp Operasional Amplifiers.
Http://blog.ub.ac.id/syamsull/2012/09/22/op-amp-operasional-amplifiers/. Diakses 26 Agustus 2012. Jam 12.26 WIB. Tooley, Mike. 2002. Rangkaian elektronik prinsip dan aplikasi. Jakarta: Penerbit Erlangga Universitas Negeri Padang. 2011. Buku Panduan Penulisan Tugas Akhir/ Skripsi. Universitas Negeri Padang: Padang Wardhana L, 2006, Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR Seri ATMega8535 Simulasi, Hardware, dan Aplikasi, Yogyakarta, Penerbit Andiko ____, ATmega 8535 Data Sheet. www.atmel.com/avr/8535. diakses Senin 17 Agustus 2012. Jam 20.38 WIB. ____, Infrared dan Simbolnya, repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/14215/1/09E00088.pdf.
diakses
Selasa 25 Agustus 2012. Jam 13.35 WIB. ____, LED Indikator. http://elektronika-dasar.com/komponen/led-light-emittingdioda/. Diakses 27 Agustus 2012. Jam 15.45 WIB. ____, Limit Switch. Www.robotindonesia.com/article/bagianrobot1.pdf. diakses Rabu 26 Agustus 2012. Jam 16.55 WIB. ____, Motor Servo, 2012, Http://www.hookedonrcairplanes.com/servotutorial.html. diakses Kamis 27 Agustus 2012. Jam 20.45 WIB.
