RANCANG BANGUN PERANGKAT PENGENDALI LAMPU LALU LINTAS MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY (SMART TRAFFIC LIGHT) BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 8535

(1)

Vol. I, No. 1 – April 2015 ISSN 2302 - 3309

Rancang Bangun Perangkat Pengendali Lampu Lalu Lintas Menggunakan Logika Fuzzy (Smart Traffic Light) Berbasis Mikrokontroler Atmega 8535

(Aswardi & Irma Husnaini)

RANCANG BANGUN PERANGKAT PENGENDALI LAMPU LALU LINTAS MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY (SMART TRAFFIC LIGHT)

BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 8535

Aswardi Irma Husnaini

Abstract

The control system of traffic lights takes an important role in providing the better arrangement and control the flow of traffic. A better strategy in controling the flow of traffic can increase the movement of vehicles with shorten time-traveler. The aims of this writing is to design and make devices controller traffic lights using fuzzy logic ( smart traffic light ) based mikrokontroler Atmega 8535.

The design of the equipment used governance system traffic light intersection of two phases which meant there would be two cross a flaming green light the at same time. The stage design started from design hardware referried to blok diagram system, next the program was made in accordance with planning. HC-SR04 sensors were used to detect passing vehicles on each cross. The sensors is using to detect the density of vehicles with 5 circumstances, namely a little, middle, normal, many and very much. The minimum time for green and red lights on each cross was 5 seconds, and maximal 30 seconds.

The results of testing of this devices showed the LEDs and seven segment displayed would light up according to the input sensor. Ability HC-SR04 sensors detected object at a distance 30-40 cm with error < 3 % without regarder light or color object. Thus, overall traffic light management system could adjust the flame of the old green light according to the level of the existed vehicle density.

Keywords: Fuzzy Logic, ATmega 8535, and HC-SR04 Sensor.

PENDAHULUAN

Peralatan kendali sistem lalu lintas adalah

suatu alat kendali (kontrol) dengan

menggunakan lampu yang terpasang pada persimpangan dengan tujuan untuk mengatur arus lalu lintas (Departemen Perhubungan Direktorat Jenderal Perhubungan Darat (1996:2). Selain itu, lampu lalu lintas juga merupakan sarana untuk memudahkan pengaturan terhadap

pengemudi kendaraan untuk mendapatkan

antrian berjalan sesuai urutan yang telah ditentukan. Bearti, pengendalian sistem lampu lalu lintas mengambil peran penting dalam memberikan kualitas arus lalu lintas yang lebih baik.

Sistem pengaturan lampu lalu lintas yang dijumpai pada persimpangan jalan khususnya di kota Padang selama ini masih menggunakan sistem fixed time. Sistem tersebut tidak mampu secara otomatis menyesuaikan kondisi nyata di persimpangan jalan yang kondisi panjang antriannya senantiasa berubah setiap saat. Kelemahan pengendalian sistem fixed time adalah mengabaikan keadaan jalur. Sementara

jalur lain yang sedang mendapat lampu merah, dilintasi kendaraan yang sangat padat, sehingga harus menunggu giliran lampu hijau yang mengatur jalur kosong.

Selanjutnya Resmana (2002) merancang alat “Prediksi kepadatan kendaraan bermotor berdasarkan tingkat kebisingan lalu lintas dengan menggunakan Logika Fuzzy”. Sistem tersebut masih mempunyai kelemahan yaitu tingkat kebisingan sangat tergantung dari jenis kendaraan dan bahan bakar kendaraan sehingga prediksi kepadatan masih terlihat semu. Sistem pengendali fuzzy terkenal karena

kehandalan-nya, mudah diperbaiki, memberikan

pengendalian yang sangat baik dibandingkan teknik lain, namun membutuhkan usaha dan dana yang lebih besar (Prihastono, 2009:107). Selanjutnya Kuswadi (2002:2) menyatakan bahwa “Sistem fuzzy adalah sebuah sistem yang dibangun dengan definisi, cara kerja, dan deskripsi yang jelas berdasarkan pada teori logika fuzzy. Kendali fuzzy logic merupakan

klasifikasi sistem kendali modern yang

8

(2)

JTEV (Jurnal Teknik Elektro dan Vokasional),

didasarkan pada kendali kabur”.

Salah satu cara yang dapat digunakan untuk mendapatkan nilai keanggotaan adalah

dengan melalui pendekatan fungsi.

Kusumadewi (2006:5) mengemukakan bahwa fungsi keanggotaan (membership function) adalah suatu kurva yang menunjukkan pemetaan

titik-titik input data ke dalam nilai

keanggotaannya yang memiliki interval antara 0 sampai 1. Dari beberapa bentuk representasi, pada tulisan ini menggunakan representasi kurva

segitiga. Kurva Segitiga pada dasarnya

merupakan gabungan antara 2 garis (linear) seperti pada gambar 1.

Gambar 1. Kurva Segitiga

(Kusumadewi Sri, 2006:11) Fungsi keanggotaan :

 

                c x b b c x b b x a a b a x c x atau a x x ); /( ) ( ); /( ) ( ; 0 

Jadi terdapat beberapa proses logika fuzzy yang perlu dilakukan untuk mendapat hasil kendali menggunakan logika fuzzy. Struktur dasar kendali tersebut dapat dilihat pada Gambar 2 berikut:

Gambar 2. Struktur Dasar Pengendali Fuzzy (Sri Kusumadewi, 2004: 10)

Sistem logika fuzzy memperbaiki

kelemahan yang dimiliki oleh sistem fuzzy murni untuk menambah suatu perhitungan matematika

sederhana sebagai bagian THEN. Pada

perubahan ini, sistem fuzzy memiliki suatu nilai rata-rata tertimbang (Wiegthed Average Values) di dalam bagian aturan fuzzy IF-THEN seperi pada gambar 3 di bawah ini.

Gambar 3. Proses Dalam Fis Tipe Sugeno (Naba Agus, 2009:37)

Selanjutnya, kedua masukan diproses dengan operasi AND yang akan mengambil nilai paling minimal dari keduanya. Implikasi MIN akan memotong derajat keanggotaan variabel keluaran pada nilai keluaran setelah melalui operator AND.

Keluaran pada proses defuzzifikasi

merupakan hasil dari proses kendali fuzzy secara keseluruhan. Keluaran ini berupa himpunan

crisp yang akan mengendalikan sistem yang

dikontrol.

Berdasarkan persoalan tersebut, penulis membuat perangkat pengendali lampu lalu lintas menggunakan logika fuzzy (smart traffic light) berbasis mikrokontroler ATMega 8535. Sensor yang digunakan dalam pembuatan alat ini adalah sensor ultrasonik jenis HC-SR04. D. Sharon, dkk. dalam Daryanto (2011:94) mengemukakan bahwa, sensor adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mendeteksi sinyal-sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi seperti energi listrik, energi fisika, energi kimia, energi biologi, energi mekanik, dan sebagainya. Prinsip kerja pada tugas akhir smart traffic light yakni sensor HC-SR04 akan mendeteksi kepadatan

(3)

kendaraan pada empat simpang. Selanjutnya data dikirim ke mikrokontroler untuk diproses. Mikrokontroler adalah versi mini dan untuk aplikasi khusus dari mikrokomputer atau komputer (Putra, 2010). Output dari sistem

smart traffic light adalah lampu LED yang

berwarna merah, kuning, dan hijau sebagai lampu rambu lalu lintas yang nilai tahanannya dihitung menggunakan rumus:

RS = ...(1)

(Malvino A.P, 1985:97) Sistem ini memanfaatkan mikrokontroler ATMega 8535 sebagai kontroler dan logika

fuzzy sebagai metode pengendali. Kendali logika fuzzy yang digunakan adalah model Sugeno.

B. Metode Penelitian

Metode yang dilakukan yaitu dengan membuat perangkat pengendali lalu lintas yang dibagi menjadi dua bagian, yaitu perancangan perangkat keras (hardware) dan pembuatan program.

1. Perancangan Hardware

a). Perancangan Rangkaian Catu Daya

Penyearah atau rangkaian catu daya adalah suatu rangkaian yang berfungsi untuk mengubah tegangan bolak balik (AC) menjadi tegangan searah (Daryanto ,2010:46).

Peralatan ini membutuhkan tegangan catu daya sebesar 5VDC yang digunakan untuk

sumber tegangan rangkaian minimum

mikrokontroler , LED, seven segment, dan sensor HC-SR04. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 4 berikut ini yang merupakan skematik dari rangkaian catu daya.

Gambar 4. Rangkaian Skematik Catu Daya

b). Rangkaian Minimum Sistem ATMega 8535

Rangkaian minimum sistem mikrokontroler ATMega 8535 dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

Gambar 5. Rangkaian Minimum Sistem ATMega 8535

XTAL mempengaruhi kecepatan

mikrokontroler ATMega 8535 dalam

mengeksekusi setiap perintah dalam program. Mikrokontroler ATMega 8535 memiliki 32 pin untuk masukan dan keluaran, berikut adalah penjelasan pemanfaatan pin pada rangkaian smart traffic light:

Tabel 1. Fungsi Masing-Masing Port

c). Rangkaian LED

LED (Light Emitting Dioda) ini berfungsi untuk menampilkan lampu pada lalu lintas. Rangkaian LED ditunjukkan pada gambar berikut:

10

4

(4)

Gambar 6. LED Traffic Light

d). Rangkaian Seven Segment

Seven segment yang digunakan adalah seven segment jenis common anode yakni akan

menyala apabila common anode diberi logika 1 dan pin data dari seven segment diberi logika 0. Berikut adalah gambar rancangan seven segment sebagai penampil waktu lampu hijau dan lampu merah.

2. Pembuatan Program

Pembuatan program dibagi menjadi 2 bagian yakni perancangan fuzzy logic control dan perancangan flowchart.

a). Perancangan Sistem Fuzzy Logic Control

1). Fuzzifikasi

Sistem pengendali smart traffic light ini terdiri dua input masukan yang akan di

fuzzifikasikan ke himpunan fuzzy dan menjadi

fungsi keanggotaan fuzzy. Menurut

Kusumadewi (2006:5) fungsi Keanggotaan (membership function) adalah suatu kurva yang menunjukkan pemetaan titik-titik input data ke dalam nilai keanggotaannya yang memiliki

interval antara 0 sampai 1. Fuzzifikasi yang digunakan pada tulisan ini menggunakan representasi kurva segitiga. Oleh karena itu,

dipilih 5 buah nilai linguistik untuk

mendefinisikan jumlah kendaraan pada lampu hijau dan lampu merah di empat simpang yaitu Sedikit (SI), Sedang (SE), Normal (N), Banyak (B), dan Sangat Banyak (SB) seperti terlihat pada gambar 8.

Sedangkan keluaran untuk menentukan lama waktu lampu merah hidup menggunakan empat buah nilai linguistik yaitu Singkat (SK), Sebentar (SB), Cukup Lama (L), Lama (L), dan Sangat Lama (SL). Berikut adalah gambar

member function nya:

Gambar 9. Model Pengaturan Lampu

Membership function yang sudah dibuat di

atas, maka dapat dirumuskan aturan sesuai kondisi yang ada.Aturan dasar terdiri dari aturan kontrol fuzzy yang dibutuhkan untuk mencapai tujuan pengendalian. Rancangan basis aturan kendali logika fuzzy menggunakan 25 aturan seperti pada tabel 2 berikut.

Gambar 7. Rancangan Rangkaian Seven

Segment

Gambar 8. Fungsi Keanggotaan pada Kendaraan Lampu Hijau dan Lampu Merah

(5)

Tabel 2. Bentuk Matrik FAM Lampu Lalu Lintas

b). Perancangan Flowchart

Berikut ini adalah diagram alir (flowchart) pada perancangan smart traffic light:

Gambar 10. Diagram Alir Smart Traffic Light Keterangan flowchart:

Pada saat sistem mulai di aktifkan, ia akan mengecek kepadatan kendaraan yang datang menuju persimpangan. Ketika kepadatan tiap

simpang telah terdeteksi, selanjutnya data tersebut di fuzzifikasi, dan diakhiri dengan penentuan lama waktu lampu merah menyala. Terdapat waktu minimum sebuah lampu hijau menyala dan waktu maksimum lampu hijau menyala. Ini digunakan untuk mencegah adanya

starvation atau dengan kata lain ada simpang

yang tidak kunjung mendapat giliran. Jika suatu batas telah terpenuhi, misalnya sudah melewati waktu maksimum lampu hijau menyala, maka lampu tersebut tidak boleh lagi berwarna hijau.

C. Hasil Pengujian dan Analisa

Segmen ini akan membahas tentang hasil pengujian dan analisa sistem diantaranya; yaitu:

1. Pengujian Rangkaian LED

Pengujian rangkaian LED berfungsi untuk mengetahui tegangan dan arus yang melalui LED.

Tabel 3. Hasil Pengujian Tegangan LED

Untuk menghidupkan LED, maka

diperlukan arus pada basis transistor yakni:

+ = 0

= = 2.05 mA.

Dengan demikian, transistor dalam keadaan saturasi (saklar tertutup) jika arus pada basis

bernilai 2.05 mA atau saat keluaran

mikrokontroler berlogika high, sehingga LED akan menyala karena arus pada kaki kolektor

mengalir menuju kaki emitter. Untuk

mengetahui arus jenuh dan tegangan cutoff maka perlu dihitung dan digambarkan hubungan antara kolektor dan emiter, yakni:

Arus jenuh :

. tegangan cutoff: VCE(cutoff) VCC = 4.8 V.

Selanjutnya, untuk melihat kemampuan tahanan untuk mengaliri arus yang masuk ke LED adalah dengan pembuktian rumus arus LED berikut:

Iled

= = 12.2 mA

12

(6)

Keterangan: Iled = arus LED (A)

VCC = tegangan sumber (V)

Vled= tegangan LED (V)

Dengan demikian besarnya arus yang melalui LED masih dalam rentang normal, karena kemampuan mengalirkan arus LED cukup rendah yaitu 10 mA - 20 mA.

2. Pengujian Rangkaian Sensor HC-SR04

Pengujian dilakukan dengan membanding-kan jarak yang diukur mistar dengan jarak yang diukur oleh sensor. Berikut ini adalah hasil pengujian sensor HC-SR04.

Tabel 4. Hasil Pengujian Tegangan Sensor HC-SR04

Berdasarkan hasil pengujian sensor

ultrasonic HC-SR04 terlihat bahwa sensor ultrasonik bekerja berdasarkan nilai perioda. Untuk mencari nilai waktu yang dibutuhkan maka dapat dicari dengan persamaan:

jadi, Sehingga: 1) Saat S = 4.5 cm 2) Saat S = 5 cm 3) Saat S = 50 cm 4) Saat S = 80.5 cm 5) Saat S = 100. 5 cm 6) Saat S = 251 cm 7) Saat S = 388.5 cm

Grafik karakteristik pengaruh perubahan jarak dengan waktu tempuh diperlihatkan pada gambar di bawah ini:

Gambar 11. Grafik Perubahan Jarak Terhadap Waktu Tempuh

Gambar 11 memperlihatkan karakteristik sensor ultrasonic HC-SR04, dengan jarak sensor ke objek mempengaruhi lamanya waktu tempuh yaitu waktu antara pemancaran gelombang suara (transmitter) dengan penerimaan gelombang suara (receiver).

Dari data di atas, persentase kesalahan hasil pengukuran sensor dengan hasil pengukuran

mistar dihitung dengan menggunakan

rumus: Sehingga: 1) Saat jarak 2 cm 2) Saat jarak 400 cm

6

8

(7)

Berikut ini adalah grafik % kesalahan antara

pengukuran manual menggunakan mistar

dengan pengukuran menggunakan sensor HC-SR04:

Gambar 12. Persentase Kesalahan Pengukuran Sensor

Sedangkan, berdasarkan hasil perhitungan lamanya waktu pemancaran dan penerimaan pantulan gelombang (Tin) berbanding lurus dengan jarak. Semakin jauh jarak sensor mendeteksi benda maka waktu pemancaran dan penerimaan pantulan gelombang juga akan semakin lama.

3. Pengujian Rangkaian Sistem Traffic Light Secara Keseluruhan

Pengujian pertama dilakukan dengan

menghidupkan seluruh rangkaian tanpa ada objek yang melewati sensor, sehingga LED keempat simpang menyala selama 5 detik bergantian (merah, kuning, dan hijau). Ketika ada kendaraan yang melewati sensor U1 atau S1 maka LED pada simpang utara dan selatan akan menyala hijau 7 detik, serta LED pada pada simpang barat dan timur menyala merah 7 detik. Sistem kerja peralatan ini secara lengkap dijelaskan menggunakan tabel 5 berikut:

Tabel 5. Sistem Kerja Rangkaian Secara Keseluruhan

Berdasarkan tabel 5, hasil sistem kerja

rangkaian secara keseluruhan berdasarkan

parameter on (hidup) dan off (mati). Lamanya waktu LED merah dan hijau menyala diatur berdasarkan kepadatan kendaraan masing-masing simpang yang dideteksi sensor, semakin padat kendaraannya, maka lama penyalaan LED hijaunya juga akan semakin lama, yakni maksimal 30 detik dan minimial 5 detik. Berikut ini adalah diagram waktu nyala lampu traffic

light:

Gambar 13. Diagram Waktu Penyalaan Lampu

Traffic Light

Diagram pewaktu (Timing diagram) dibuat untuk 2 lampu merah, 2 lampu kuning, dan 2 lampu hijau karena hanya menggunakan sistem lampu lintas 2 fase, sehingga gambar 46 di atas dianggap sudah mewakili timing diagram masing-masing simpang. Angka 1 dan 3 pada gambar 13 menunjukkan bahwa lampu terletak disimpang utara dan selatan, sedangkan angka 2 dan 4 pada menunjukkan bahwa lampu terletak

14

(8)

disimpang barat dan timur. Pada tugas akhir ini, nyala lampu kuning selalu tetap yakni 3 detik.

D. Kesimpulan

Berdasarkan hasil perancangan dan

pembuatan prototipe sitem pengendali lampu lalu lintas secara keseluruhan maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut:

1.Perancangan dan pembuatan perangkat

prototipe sitem pengendali lampu lalu lintas menggunakan sistem pengaturan traffic light simpang empat 2 fase dengan aturan larangan belok kanan.

2.Pengujian kinerja perangkat pengendali lampu lalu lintas dilakukan dengan membandingkan antara hasil pengukuran dengan kajian teori. Secara keseluruhan, rangkaian dapat bekerja dengan baik yakni, sensor ultrasonik HC-SR04 dapat mendeteksi objek yang melalui lalu lintas tanpa terpengaruh cahaya ataupun warna objek, serta LED dan seven segment akan menyala sesuai dengan kepadatan objek yang terdeteksi oleh sensor.

E. Saran

Untuk kesempurnaan sistem ini, penulis

memberikan beberapa saran dalam

penyempurnaan sistem ini.

1. Untuk mengantisipasi munculnya

pelanggaran yang mengakibatkan kemacetan, serta meningkatkan efesiensi penggunaan sensor, disarankan menggunakan sensor kamera.

2. Agar sistem dapat berjalan lebih baik, sebaiknya sistem diganti menggunakan sistem pengaturan traffic light simpang empat 4 fase.

3. Untuk memperoleh kerja sistem yang lebih baik, lakukan pengubahan dan pengaturan fungsi keanggotaan pada pengendali logika Fuzzy.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Direktur Jendral Perhubungan Darat. 1996. “PEDOMAN TEKNIS : Pengaturan Lalu Lintas Dipersimpangan Berdiri Sendiri dengan Alat Pemberi Isyarat Lalu Lintas”. Jakarta: Departemen Perhubungan Darat

[2] Kusumadewi Sri.dkk. 2004. “Fuzzy Multy

Attribute decision making (fuzzy MADM”).Yogyakarta: Graha Ilmu.

[3] Kusumadewi Sri.dkk. 2006. “Fuzzy Multy

Attribute decision making (fuzzy MADM”).Yogyakarta: Graha Ilmu.

[4] Kuswadi, Son. 2007. Kendali Cerdas: Teori

dan Aplikasi Praktisnya. Yogyakarta:

Andi.

[5] Malvino, A.P. 1984. Prinsip-prinsip

elektronika. Jakarta: Salemba Teknika. [6] Naba, Agus. 2009. “Belajar Cepat Fuzzy

Logic Menggunakan MATLAB”.

Yogyakarta: CV ANDI.

[7] Prihastono, Endro. 2009. “Teknolologi Sistem Fuzzy”. JURNAL DINAMIKA INFORMATIKA (Volume I Nomor 2). Hlm. 107-114.

[8] Putra, Agfianto E. 2010. “Tip dan Trik Mikrokontroler AT89 dan AVR: Tingkat Pemula dan Lanjut”. Yogyakarta: Gava Media.

[9] Resmana, dkk.2002. Prediksi Kepadatan Kendaraan Bermotor Berdasarkan Tingkat

Kebisingan Lalu Lintas dengan

Menggunakan Logika Fuzzy. JURNAL INFORMATIKA (Volume 3 Nomor 2). Hlm. 61 – 67.