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
ABSTRAK
Dewi Desdemona(2008-09194):RANCANG BANGUN PALANG PINTU
PERLINTASAN KERETA API
OTOMATIS BERBASIS ATMEGA8535 Pembimbing I : Krismadinata, S.T, M.T, Ph. D
Pembimbing II : 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
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
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
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
BAB IV PENUTUP
A. Kesimpulan ... 87 B. Saran ... 87
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 3.9. 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
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
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
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.
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 :
Pengendalian
(Plant)
Masukan Keluaran
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 masing-masing 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. Arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). 2. 130 instruksi sebagian besar satu siklus instruksi. 3. 32 x 8 register kerja serbaguna.
4. 16 MIPS (Mega Instructions per Second) pada 16 MHZ.
5. 8 Kbytes In-System Programmable Flash (10000 siklus hapus/tulis). 6. 512 bytes SRAM.
7. 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.
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 14 13 12 11 10 9 8
- - - EEAR8 EEARH
EEAR7 EEAR6 EEAR5 EEAR4 EEAR3 EEAR2 EEAR1 EEAR0 EEARL
Read/write R R R R R R R R/W
R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W
Initial/value 0 0 0 0 0 0 0 X
X X X X X X 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 pulsa-pulsa 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 anoda-katoda 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= + 2x Vcc………..………..(1)
keterangan
Vref= tegangan referensi
R2 = resistansi resistor Rs= resistansi trimpot
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 Nama
1 Output komparator 2 Output 2
2 Output komparator 1 Output 1
3 Suplai tegangan = 5V (+36 atau ±18V) Vcc
4 Input inverting komparator 1 Input
1-5 Input non-inverting komparator 1 Input 1+
6 Input inverting komparator 2 Input
2-7 Input non-inverting komparator 2 Input 2+
8 Input inverting komparator 3 Input
3-9 Input non-inverting komparator 3 Input 3+
10 Input inverting komparator 4 Input
4-11 Input non-inverting komparator 4 Input 4+
12 Graound (0V) Graound
13 Output komparator 4 Output 4
14 Output komparator 3 Output 3
Sumber : Datasheet LM339
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, 900atau 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
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 Hitachi)
Tegangan positif backlight
16 Katoda (kabel merah untuk LCD Hitachi)
Tegangan negative backlight
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 :
Vbe sat = Tegangan basis emitor saat saturasi (0,7V)
RB = Tahanan basis
atau bisa dengan menggunakan rumus: Ib = ( )
ℎ ……….………..…………...…(4)
(Malvino, 1999:142) Keterangan :
hfe = DC current gain
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, komunikasi I2C, 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
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
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 :
Gambar 3.1. Diagram Blok Rangkaian Sensor Garis Mikro kontroller Penguat Sinyal Motor servo Modul Suara (alarm) LCD LED indikator Power supply Push button
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 masing-masing. 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 output-output 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
.
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 :
