Implementasi Mikrokontroler MCS51 Untuk Mendeteksi
Kepadatan Lalu Lintasmenggunakan Sensor Beban
Ummul Khair, Suriati, Ihsan Lubis
Jurusan Teknik Informatika Sekolah Tinggi Teknik Harpan Medan
Email:
Imelia.khairi@yahoo.com
Abstrak
Kemacetan dan ketidakteraturan lalu lintas di kota-kota besar sudah menjadi persoalan pelik dan menahun. Persoalan ini muncul sebagai akibat dari tidak seimbangnya tingkat pertumbuhan jumlah kenderaan dengan tingkat pertumbuhan volume fasilitas jalan. Lampu lalu lintas merupakan suatu alat yang digunakan sebagai petunjuk atau tanda bagi pengguna jalan agar pengguna jalan mengetahui kapan dia harus jalan, hati-hati atau berhenti jika berada pada suatu persimpangan. Bagaimana merancang suatu model menggunakan aplikasi mikrokontroller MCS51 dengan model simulasi kepadatan agar antrian di lampu lalu lintas dapat diatasi. Dengan mikrokontroller MCS51 ini pengaturan lampu lalu lintas lebih efektif karena sensor yang dipasang selalu membaca antrian mana yang paling padat pada suatu jalur ruas jalan raya.
Kata kunci : Persimpangan, MCS51, Sensor
1. Pendahuluan
Jalan raya merupakan salah satu moda transportasi yang penting bagi masyarakat. Dengan semakin banyak jumlah manusia, maka jenis maupun jumlah alat transportasi darat yang digunakan juga semakin beragam dan banyak, seperti mobil, truk, sepeda motor, becak dan lain sebagainya. Pada jalan jalan tertentu akan terdapat persimpangan-persimpangan dan dipastikan kemacetan sering terjadi pada persimpangan. Untuk memberi tanda / mengatur kendaraan yang boleh jalan dulu atau berhenti pada suatu persimpangan, diperlukan suatu alat pengatur lampu lalu lintas (traffic light). Namun walaupun telah ada alat pengatur lampu lalu lintas, kemacetan tetap juga terjadi disebabkan oleh beberapa faktor seperti tingkat kedisiplinan berlalu lintas yang masih rendah, lampu lalu lintas yang mati hingga kerja alat pengatur lampu lalu lintas itu sendiri yang bermasalah (error).
I Wayan Suteja dan Ni Made Yuyun Cahyani (2002) menyatakan bahwa, persimpangan merupakan salah satu lokasi yang rawan terhadap kemacetan akibat konflik pergerakan kendaraan, konflik pergerakan ini menyebabkan tundaan, kecelakann serta kemacetan. Berdasarkan masalah tersebut di atas, timbul ide / gagasan untuk membuat suatu alat pengatur lampu lalu lintas simpang empat dua arah yang dikendalikan dengan menggunakan salah satu dari aplikasi Mikrokontroller . Saat ini penerapan mikrokontroler sebagai basis suatu sistem pengendalian berkembang pesat, baik pada sistem pengendalian dalam kehidupan sehari – hari maupun pada sisitem pengendalian proses produksi di industri. Namun demikian ada keterbatasan dalam penerapan mikrokontroler, hal ini disebabkan karena mikrokontroler yanag bekerja berdasarkan logika boolean yang hanya mengenal True atau False saja. Namun demikian bukan berarti tidak banyak yang dapat dilakukan oleh mikrokontroler.
Salah satu permasalahan yang sering muncul dikalangan umum ialah pengturan lalu lintas yang dirasa kurang efektif, misalkan saja salah satu sisi jalan raya ( kita umpamakan jalur A) pada persimpangan empat jalan raya, telah penuh dengan antrian kendaraan, dan para pengendara tersebut masih harus menunggu waktu lampu merah yang lama untuk menjadi hijau agar para pengendara berjalan. Lamanya waktu yang telah ditetapkan untuk lampu berwarna merah tentu membuat antrian kendaraan tersebut semakin bertambah dan meyebabkan kemacetan, sedangkan disatu sisi lagi ( kita umpamakan jalur C ) telah habis antrian kendaraan lewat tetapi waktu untuk lampu hijau masih tetap banyak. Adanya pengaturan yang tidak efektif ini membuat penulis ingin mengambil masalah ini untuk mendapatkan solusi dari permasalahan tersebut.
Pada penelitian ini, penulis mencoba menyempurnakannya dengan mengusulkan sebuah solusi algoritma yang berkenaan dengan metode simulasi yang menggabungkan antara software dengan hardware sehingga software yang ada akan mengatur hardware yang dibuat. Sehingga tidak
ditemukan lagi adanya waktu lampu hijau dan lampu merah yang menyala tidak sesuai dengan jumlah antrian, misalkan di sebelah utara hanya ada 50 kendaraan tetapi waktu lampu hijaunya sampai 100 detik sedangkan di sebelah barat ada 80 kendaraan tetapi waktu lampu hijaunya hanya 53 detik tentu antrian di barat akan semakin banyak sementara didaerah lainya telah kosong, berdasarkan penelitian inilah penulis kembali ingin memperbaiki sistem yang ada agar pengaturan lalu lintas lebih sempurna. Dengan kata lain, penelitian ini bertujuan meyempurnakan sistim lampu lalu lintas yang telah ada.
2. Analisa Masalah
2.1 Sistem Pengkajian lalu lintas simpang empat
Lampu lalu lintas adalah suatu rangkaian peralatan elektronika yang digunakan untuk mengatur lalu lintas di jalan raya. Outputnya berupa led merah, led kuning dan led hijau (Sigit Novianto, 2007). Rangkaian ini diharapkan dapat mengatur ketertiban kenderaan bermotor pada persimpangan jalan dua arah. Pengendara bermotor dapat merasakan waktu berhenti dan waktu berjalan yang sama dengan tidak memperhatikan tingkat kepadatan yang ada. Kemacetan dan ketidakteraturan lalu lintas di kota-kota besar sudah menjadi persoalan pelik dan menahun. Persoalan ini muncul sebagai akibat dari tidak seimbangnya tingkat pertumbuhan jumlah kenderaan dengan tingkat pertumbuhan volume fasilitas jalan. Pertumbuhan jumlah kenderaan lebih besar daripada tingkat pertumbuhan volume jalan, ditambah lagi manajemen lalu lintas yang tidak berjalan dengan baik. Adanya lampu lalu lintas merupakan sarana yang sangat membantu para pengguna jalan raya agar lebih teratur dan aman dalam memakai fasilitas jalan raya. Lampu lalu lintas merupakan suatu alat yang digunakan sebagai petunjuk atau tanda bagi pengguna jalan agar pengguna jalan mengetahui kapan dia boleh jalan, hati-hati atau harus berhenti jika berada pada suatu persimpangan.
Dengan adanya lampu lalu lintas diharapkan lalu lintas kendaraan menjadi teratur dan lancar. Berbeda tipe simpang berbeda juga sistem yang mengaturnya, ada dua arah, tiga arah atau emapt arah. Dalam suatu pergerakan arus di jalan raya, terdapat tiga komponen utama yang digunakan untuk menggambarkan karakteristik operasional arus lalu lintas yaitu Kecepatan yang didefinisikan sebagai jarak yang dapat ditempuh suatu kendaraan persatuan waktu, Volume didefinisikan sebagai jumlah kendaraan yang melewati suatu titik tertentu dalam satuan waktu tertentu, serta Kerapatan yang
didefinisikan sebagai jumlah kendaraan persatuan panjang jalan tertentu, biasanya dinyatakan sebagai kendaraan per mil atau per km.
Terdapat perbedaan kecepatan perjalanan yang cukup mendasar pada kedua ruas jalan yang diamati, akibat perbedaan karakteristik / type geometric jalan tersebut seperti antara jalan yang tak terbagi oleh median, dengan jalan yang terbagi median. Disamping itu pula, tidak terjadi pertambahan kerapatan yang cukup signifikan sebagai akibat bertambahnya volume, disebabkan karena arus lalu lintas merupakan gabungan dari beberapa jenis kendaraan dan komposisi sepeda motor lebih dari 55%.
Dalam studi ini diukur dan dianalisa hubungan antara ketiga komponen utama arus tersebut dalam empat pendekatan model matematis seperti model tinier oleh Greenshields, model logaritma oleh Greenberg, model eksponensial oleh Underwood, serta model eksponensial kuadratis oleh Grup Universitas Northwestern. Diambil sample jalan yang ada di kota Medan yang mempunyai simpangan empat, berdasarkan basil analisa regresi sederhana (r2) diperoleh model Underwood memberikan hasil yang lebih baik dari model lain yaitu r2 = 0.70581 untuk Jl. Brigjen Katamso, r2 = 0.7166 untuk Jln. AH. Nasution arah utara serta r2 = 0.7285 untuk Jl. AH. Nasution arah selatan. Namun dari tinjauan terhadap keadaan sesungguhnya dilapangan model Greenshields merupakan model yang paling sesuai untuk menggambarkan karakteristik lalu lintas kedua ja lan yang diamati.
Adapun analisa yang dilakukan ialah : - Bagaimana melakukan pemodelan untuk sistem
antrian pada lampu lalu lintas dua arah?
- Bagaimana mengimplementasikan model antrian ini kedalam perangkat lunak?
- Bagaimana melakukan pengujian model simulasi ini kedalam dunia nyata?
- Bagaimana kinerja dari alat Mikrokontroler MSC51 yang dipasang pada lampu lalu lintas dua arah dapat bekerja dengan baik?
2.2 Tahap Perancangan Sistem dan Pembuatan Alat
Sistem yang dirancang di khususkan untuk membaca antrian kepadatan suatu ruas jalan yang jumlah antriannya lebih banyak dibanding dengan ruas jalan lainya, sistem yang dibuat akan mengabaikan timer yang ada dimana penentuan lamanya lampu hijau hidup berdasarakan jumlah antrian disatu jalur yang lebih padat dari jalur lainya.
2.2 Desain Alat yang Dipasang
Blok diagram sistem perancangan model simulasi untuk pengendalian lampu lalu lintas menggunakan Mikrokontroller MCS51 ini secara lengkap ditunjukkan pada gambar 5.1 .yang dibahas pada bab 5.
Gambar 1. Diagram Blok Sistem Perancangan Model Simulasi Untuk Pengendalian Lampu Lalu
Lintas Menggunakan Mikrokontroller MCS51
3. Implementasi Sistem dan Pengujian
Penerapan dari sistem merupakan hasil rancangan dari sistem dan alat yang dibuat, dengan simulasi dan aplikasi mikrokontroller yang digunakan dipasang pada simpang empat lampu lalu lintas. Pengujian dilakukan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh alat yang dipasang untuk mengurangi antrian kepadatan suatu jalur lalu lintas, dan bagaimana kinerja dari alat tersebut menggunakan MCS51 seri AT89C51 satu jalur yang kepadatannya telah sangat padat maka itulah yang didahulukan, lamanya lampu hijau yang menyala mempengaruhi padatnya suatu antrian. Sistem yang dirancang di khususkan pada antrian kepadatan suatu ruas jalan yang jumlah antriannya lebih banyak dibanding dengan ruas jalan lainya, sistem yang dibuat akan mengabaikan timer yang ada dimana penentuan lamanya lampu hijau hidup berdasarakan jumlah antrian disatu jalur yang lebih padat dari jalur lainya.
3.1 Perancangan tata letak (lay out)
Dari hasil penelitian terlihat dapat diaplikasikan pada sistem pengatur lampu lalu lintas simpang empat dua arah. Adapun jumlah perangkat I/O yang digunakan adalah dua buah timer (T000 dan T001) dan enam buah output (1000, 1001, 1002, 1005, 1006 dan 1007). Penyetelan waktu pada timer dilakukan dengan perhitungan satu fals untuk 0,1 detik, sehingga jika diinginkan timer bekerja selama dua detik, maka data yang dimasukkan adalah dua puluh. Dari hasil protetipe yang telah dibuat alat dapat bekerja dengan baik. Alat bekerja sebagai berikut : pada arah pertama lampu merah (1002) ON selama 15 detik; sedangkan pada arah kedua lampu hijau (1005) ON selama 15 detik. Setelah 15 detik pada arah kedua maka lampu hijau (1005) OFF, kuning (1006) ON. Dua detik kemudian pada arah pertama lampu
kuning (1006) OFF, lampu merah (1007) ON; pada arah pertama lampu hijau (1002) OFF, hijau (1000) ON. Dua detik kemudian pada arah pertama lampu hijau (1000) OFF, kuning (1001) ON. Demikian seterusnya siklus berulang.
3.2 Cara Kerja Sensor
Sensor yang dipasang dimaksudkan untuk mempermudah deteksi kendaraan yang antri di salah satu jalur, sensor yang dipasang akan membaca setiap ruas jalan dan membandingkan apa yang dibacanya untuk menentukan tingkat kepadatan suatu ruas jalan, apakah sedang, padat atau sangat padat. Cara sensor membaca kendaraan yang terdeteksi olehnya dapat digambarkan dalam diagram State Mechine dibawah ini yang akan menggambarkan proses berjalan program yang dibuat untuk membaca sensor. Seperti pada gambar berikut .
Gambar 4.8 Diagram State Machine
4. Implementasi
Blok diagram Sistem Perancangan Model Simulasi Untuk Pengendalian Lampu Lalu Lintas Menggunakan Mikrokontroller MCS51 ini secara lengkap ditunjukkan pada gambar 5.1 .
Gambar 5.1 Diagram Blok Sistem Perancangan Model Simulasi Untuk Pengendalian Lampu Lalu
Beberapa istilah yang digunakan dalam pengendalian lampu Lalulintas (LL), antara lain, untuk sebaran kendaraan adalah : Tidak Padat (TP), Cukup Padat (CP) dan Sangat Padat (SP).
Sistem pengendalian lampu lalu lintas ini dirancang mempunyai 12 masukan sensor dan 12 buah lampu beserta driver nya. Adapun 12 masukan sensor tersebut berupa sensor metal yang akan memberikan logika 1 jika sensor tersebut telah mendeteksi metal (dalam hal ini metal yang dimaksud adalah body bagian bawah dari mobil) yang ada tepat diatasnya. Sedangkan 12 keluarannya berupa 12 buah driver menggunakan relay sebagai saklar untuk lampu 220V dimana sebelum relay digunakan rangkaian optocoupler sebagai saklar buat relay.
5. Cara Kerja masing-masing Sistem
5.1 Sensor Detektor MetalSaat kendaraan berhenti tepat diatas dari sensor, maka sensor akan memberikan logika 1 pada keluarannya, namun jika tidak ada kendaraan yang berada tepat diatas sensor maka sensor akan memberikan logika 0 pada keluarannya.
Sensor ini bekerja jika disekitar area tangkapannya ditemukan adanya bahan yang terbuat dari metal. Pada Perancangan Model Simulasi Untuk Pengendalian Lampu Lalu Lintas Menggunakan Mikrokontroller MCS51 digunakan sebuah simulasi sensor yang ukurannya kecil, dimana area tangkapannya tidak jauh atau berkisar antara 1mm hingga 70mm. Sedangkan untuk aplikasi langsung tentunya sensor ini tidak dapat dipakai, jadi harus menggunakan sensor yang mampu mendeteksi benda metal sebesar kendaraan dan memiliki jarak tangkapan setinggi benda metal kendaraan tersebut.
Mikrokontroller AT89C51
Mikrokontroller berfungsi untuk membaca sensor pada masing-masing ruas jalan untuk dibandingkan dengan ruas jalan di seberangnya. Pada setiap simpang jalan dipasangkan 3 buah sensor, ketiga sensor tersebut dapat mengindikasikan tingkat kemacetan dalam simpangan jalan tersebut. Urutan sensor yang paling depan (dekat lampu trafict light) disebut dengan Sensor 1, kemudian disusul dengan Sensor 2 dan urutan yang paling belakang disebut dengan Sensor 3. Jika hanya Sensor 1 yang aktif (memberi logika 1) maka dapat dikatakan bahwa kondisi kepadatan di simpangan jalan tersebut, dinamakan dengan istilah Tidak Padat (TP), jika Sensor 1 dan Sensor 2 yang aktif maka kondisi kepadatan di
simpangan jalan tersebut dikatakan dengan istilah Cukup Padat (CP) sedangkan jika Sensor 1, Sensor 2 dan Sensor 3 yang aktif maka kondisi kepadatan di simpangan jalan tersebut dikatakan dengan istilah Sangat Padat (SP).
Adapun lamanya waktu untuk hidupnya Lampu Hijau, Kuning maupun Merah adalah sebagai berikut :
A. Untuk Lampu Hijau
Kondisi kepadatan TP adalah sebesar 5 detik Kondisi kepadatan CP adalah sebesar 10 detik Kondisi kepadatan SP adalah sebesar 15 detik B. Untuk Lampu Kuning
Lamanya 1 detik untuk semua Lampu C. Untuk Lampu Merah
Disesuaikan dengan lamanya waktu Lampu Hijau hidup pada lawan Ruas Jalan
Lamanya waktu bergantung situasi dari panjangnya jarak penempatan sensor. Angka 5, 10 dan 15 detik dapat diganti sesuai dengan panjangnya jalan (dilakukan penelitian lanjutan).Adapun pedoman untuk menentukan pilihan lamanya lampu hijau hidup pada sebuah ruas jalan adalah berdasarkan tingkat kepadatan dari masing-masing ruas jalan, jika pada suatu simpangan, misalnya pada Simpang Jalan A kondisi kepadatannya adalah TP (Tidak Padat) atau dengan kata lain hanya sensor S1 yang aktif, sedangkan pada Simpang Jalan B kondisi kepadatannya adalah CP (Cukup Padat) atau dengan kata lain sensor S1 dan S2 yang aktif maka selanjutnya mikrokontroller akan lampu Hijau pada L1 dan L2 selama 10 detik, hal ini terjadi karena mikrokontroller akan mengambil lamanya waktu berdasarkan tingkat kepadatan yang paling padat dari kedua Simpang Jalan pada Ruas Jalan yang sama. Demikian sebaliknya untuk Ruas Jalan yang satunya mikrokontroller akan melakukan pembacaan pada masing-masing sensor yang ada di setiap simpang pada Ruas Jalan yang sama dan akan menentukan lamanya Lampu Hijau hidup berdasarkan Tingkat kepadatan pada kedua simpang tersebut.
Jadi proses pembacaan akan dilakukan secara bergantian pada setiap Ruas Jalan. Namun jika pada suatu Ruas Jalan tidak ada satu pun sensor yang aktif maka Lampu Hijau pada Ruas Jalan tersebut tidak akan dihidupkan, selanjutnya mikrokontroller akan membaca Ruas Jalan berikutnya dan akan menghidupkan Lampu Hijau sesuai dengan Tingkat kepadatan pada Ruas Jalan tersebut.
5.2 Perancangan Perangkat Keras
Digunakan mikrokontroler AT89C51 karena sistem minimum mikrokontroler ini sangat sederhana. Internal flash PEROM 4 Kbyte membuat
rangkaian sistem minimum menjadi sederhana, dan tidak memerlukan chip pendukung sama sekali. Jumlah dari portnya memadai untuk merelaisasikan perancangan. Rangkaian sistem minimumnya dapat dilihat pada gambar berikut .
Gambar 5.3 Rangkaian Sistem Minimum
Mikrokontroler AT89S51
5.3. Perancangan Driver Lampu
Gambar 5.3 Rangkaian Driver Lampu Pada perancangan driver lampu menggunakan sebuah relay yang akan berfungsi untuk menghubungkan sumber tegangan menuju beban lampu. Relay yang digunakan mampu mendrive arus sebesar 2A, jadi beban lampu maksimal berdaya 400W. Sebagai driver untuk relay digunakan sebuah transistor BC547 yang berfungsi untuk melakukan sambungan ke ground. Pada perancangan ini selain transistor BC547, digunakan juga komponen optocoupler yang berfungsi untuk menghindari efek spark pada saat terjadinya sambungan beban dengan sumber tegangan menuju ke mikrokontroller. Pemilihan optocoupler untuk sebagai proteksi akan sangat berguna bagi mikrokontroller.
5.4. Beberapa Keadaan Kepadatan Pada
Simpang Empat Dua Arah
Gambar Simulasi Lampu Lalu lintas saat sensor Belum Di Hidupkan
Gambar 5.4 Sensor Belum Aktif
a. Gambar Simulasi Lampu Lalu lintas sedang berjalan sesuai dengan kepadatan
b. Gambar Simulasi Sensor mencari jalur
Terpadat dan mengaktifkan otomatis lampu Hijau
c. Gambar Simulasi jalur mengalami lampu
kuning
6. Kesimpulan
Model simulasi yang dibuat pada lampu lalu lintas dua arah dapat digunakan untuk mengatasi masalah kepadatan antrian yang selama ini terjadi
di simpang empat lampu lalu lintas dengan menggunakan metode membaca antrian kepadatan yang dikendalikan oleh mikrokontroller MCS51.
Mikrokontroller dapat digunakan untuk pengatur lampu lalu lintas (traffic light) simpang empat dua arah yang dibuat dapat menggantikan rele dan timer, Program kontrol yang dipasang sesuai dengan komponen-komponen pendukung untuk membuat suatu model pengaturan lalu lintas yang lebih efektif dibandingkan dengan model yang telah ada.
Lebih efektif untuk mengatasi antrian kepadatan karena alat yang dipasang selalu membaca dan membandingkan jalur mana yang lebih padat dan memudahkan dalam melakukan pengecekan sekiranya terdapat kesalahan.
Daftar Pustaka
[1] Bonett Satya lelono Djati (2007), ”Simulasi Teori dan Aplikasinya : Penerbit ANDI. Yogyakarta.
[2] Chapman, Stephan J. (2004), ”Electrical Machinery Fundamental”, 4th. Ed. New York : Mic GrawHill Int.
[3] Mohammad NUH, Son Kuswandi(1995), ”Kontrol Automatik”, Surabaya : Politeknik Negeri Surabaya.
[4] Barry B.Brey, (2001) “Microprosesor Intel”, Edisi2, Jakarta:Erlangga
[5] Barry B. Brey, (2001). ”Microprosesor Intel”, Edisi 2, Jakarta : Erlangga
