BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA8535 APLIKASI
PADA KERETA DIESEL
Disusun dalam memenuhi
Syarat Guna Memperoleh Gelar Sarjana Teknik (S1)
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Semarang
NAMA : SUHENDRO
NIM : C.431.12.0080
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEMARANG
SEMARANG
Nama : SUHENDRO NIM : C.431.12.0080
Judul : Design of Controls Relay 1 Channel Based Microcontroller ATmega 8535 Application On Diesel Train .
Deadman is a security system on Diesel Train, if it is not done resulting directly or sudden braking on the diesel train. Deadman function is to keep the train operators do not fall asleep at the time of running trains. On diesel train system, deadman control system is done by pressing the switch and when the switch is released it will train braking. Any weaknesses in deadman control that still allows the train operator was asleep at the time operate Train Diesel .
Seeing the weakness of the equipment, replacement of equipment made of "control relay 1 chanel-based microcontroller ATmega8535". This equipment will control relay associated with Diesel Train braking system. The Relay will work with two parameters: the timer and speed, so it is expected that this equipment can replace the function of the deadman on Diesel Train.
Dengan mengucap sykur atas kehadirat Allah SWT atas segala rahmat, karunia dan hidayah-nya, penulis diberi kekuatan untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan Tugas Akhir ini. Penulisan Tugas Akhir ini dimaksudkan guna memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan Jenjang Pendidikan Sarjana (S-1) Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Semarang.
Penyelesaian Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bantuan dari berbagai pihak baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu perkenankanlah penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Prof.DR.H. Pahlawansjah Harahap, SE, ME delaku Rektor Universitas Semarang.
2. Bapak Ir. Supoyo, MT selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Semarang.
3. Ibu Budiani Destyningtias, ST.M.Eng selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Semarang.
4. Bapak Andi Kurniawan Nugroho, ST, MT selaku Dosen Pembimbing I yang telah bersedia meluangkan waktunya untuk memberikan arahan, saran, dan bimbingan materi serta kemudahan yang memungkinkan dalam terselesaikannya penyusuna Tugas Akhir ini.
5. Agus Margiantono,SSi,MT selaku Dosen Pembimbing II yang telah bersedia meluangkan waktunya untuk memberikan arahan, saran, dan bimbingan materi serta kemudahan yang memungkinkan dalam terselesaikannya penyusuna Tugas Akhir ini.
6. Ibu Ari Endang Jayati, ST, MT selaku Dosen Wali yang telah bersedia memberikan arahan dan saran dalam penyelesaian Perkuliahan di Universitas Semarang.
8. Semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu, yang telah banyak membantu saya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari bahwa penelitian ini tidak sesempurna sebagaimana yang diharapkan, untuk itu sarat dan kritik yang bersifat membangun diharapkan demi penyempurnaan skripsi ini. Semoga hasil penelitian ini dapat bermanfaan untuk akademisi, praktisi ataupun untuk penelitian penilitian selanjutnya. Akhir kata penulis mohon maaf atas kesalahan dan kekurangan dalam penyusunan laporan ini. Semoga dapat bermanfaat bagi kita semua terutama bagi pihak yang berkepentingan.
Semarang, 03 Agustus 2016
Halaman
HALAMAN JUDUL ...
i
HALAMAN PENGESAHAN ...
ii
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ...
iii
ABSTRAK ...
iv
ABTRACT ...
v
KATA PENGANTAR ...
vi
DAFTAR ISI ...
viii
DAFTAR GAMBAR ...
xi
DAFTAR TABEL ...
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
...
xiv
BAB I PENDAHULUAN
...
1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 1
1.3 Tujuan dan Manfaat ... 2
1.4 Batasan Masalah ... 2
1.5 Metodologi ... 3
1.6 Sistematika Penulisan ... 4
2.1.2 Kofigurasi PIN ATmega 8535 ... 10
2.2 Timer ... 17
2.3 Komunikasi Serial ... 19
2.4 Global Positioning system (GPS) ... 20
2.4.1 Pengertian Global Positioning System (GPS) ... 20
2.4.2 Jenis Header GPS Receiver ... 21
2.5 Transistor ... 22
2.6 Optocoupler ... 24
2.7 Dioda ... 25
2.8 Modul Step Down DC to DC ... 26
2.9 Relai ... 26
2.10 LCD 16x2 ... 27
2.11 Kapasitor ... 29
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
...
31
3.1 Perancangan Perangkat Keras ... 31
3.2 Cara Kerja ... 32
3.3 Perancangan Mikrokontroler ATmega8535 ... 33
3.4 Perancangan Modul Relai ... 34
3.5 Perancangan Modul Buzzer ... 35
3.9 Perancangan Rangkaian Reset ... 39
3.10 Perancangan Perangkat Lunak ... 39
3.10.1 Flowchart ... 40
3.10.2 Algoritma ... 41
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA
...
43
4.1 Umum ... 43
4.2 Rangkaian LCD ... 43
4.3 Rangkaian Reset ... 44
4.4 Rangkaian Relai ... 49
4.5 Percobaab GPS Receiver ... 53
4.6 Ujicoba dan Analisa Alat ... 53
4.6.1 Langkah – Langkah Pengujian ... 54
4.6.2 Analisa Hasil Pengujian ... 55
4.7 Listing Program ... 55
BAB V PENUTUP
...
57
5.1 Kesimpulan ... 57
5.2 Saran ... 58
Gambar 2.1 Arsitektur Mikrokontroler ATmega 8535 ... 7
Gambar 2.2 Peta Memori ATmega 8535 ... 10
Gambar 2.3 Kofigurasi PIN ATmega 8535 ... 11
Gambar 2.4 Register Timer 8 bit ... 17
Gambar 2.5 Register Pembangkit Komunikasi Serial ... 19
Gambar 2.6 Grafik Kondisi Transistor ... 23
Gambar 2.7 Transistor Kondisi Saturasi ... 23
Gambar 2.8 Transistor Pada Kondisi Mati ... 24
Gambar 2.9 Simbol Optocoupler ... 25
Gambar 2.10 Simbol Dioda ... 25
Gambar 2.11 LCD 2x16 ... 29
Gambar 2.12 Grafik Lama Pengisian dan Pengosongan Kapasitor . 30 Gambar 3.1 Bagan Diagram Perangkar Keras (Hardware) ... 31
Gambar 3.2 Blok Diagram Sistem ... 31
Gambar 3.3 Sismin Mikrokontroler ATmega 8535 ... 33
Gambar 3.4 Rangkaian Modul Relai ... 34
Gambar 3.5 Rangkaian Modul Buzzer ... 35
Gambar 3.6 GPS Receiver GM100N ... 36
Gambar 3.7 Modul Stepdown DC – DC ... 38
Gambar 4.2 Grafik Pengisian Tegangan Kapasitor Terhadap Waktu .. 49 Gambar 4.3 Rangkaian Relai ... 49 Gambar 4.4 Data Keluaran GPS Receiver ... 53
Tabel 2.1 Penjelasan PIN pada Mikrokontroler ATmega8535 ... 11
Tabel 2.2 Penjelasan PIN pada PORT A ... 13
Tabel 2.3 Penjelasan PIN pada PORT B ... 14
Tabel 2.4 Penjelasan PIN pada PORT C ... 15
Tabel 2.5 Penjelasan PIN pada PORT D ... 16
Tabel 4.1 Hasil Percobaan Rangkaian LCD ... 44
Tabel 4.2 Analisa Transistor 2 (Q2 BC547) ... 46
Tabel 4.3 Hasil Analisa Tegangan pengisian Kapasitor Terhadap Waktu 48 Tabel 4.4 Hasil Pengukuran Resistansi dan Induktansi Relai 5VDC dengan ESR meter ... 50
Lamp. A. Datasheet ATmega 8535. Lamp. B. Datasheet Transistor BC546. Lamp. C. Datasheet Transistor D313. Lamp. D. Datasheet LCD 16x2 Topway. Lamp. E. Gambar Rangkaian Keseluruhan.
Lamp. F. Wiring diagram sistem kontrol Kereta diesel. Lamp. G. Surat-surat pengantar permohonan.
Lamp. H. Gambar Kereta Diesel. Lamp. I. Listing program.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Kereta Diesel (KRD) adalah sarana yang bergerak di atas rel yang berfungsi untuk mengangkut penumpang, dimana sistem penggerak utamanya menggunakan motor diesel yang terdapat disetiap kereta dan terletak di tengah bawah kursi penumpang kereta.
Kelemahan pada sistem pengaman (deadman) pada kereta diesel, serta tidak adanya pengaman kecepatan berlebih (over speed), adalah faktor utama rancang bangun kontrol relay 1 channel berbasis mikrokontroler ATmega 8535, karena dimungkinkan peralatan ini akan menggantikan sistem pengaman (deadman) pada Kereta Diesel (KRD).
Selain itu, terdapat kelemahan pada rangkaian sistem pengaman, peralatan tersebut masih berupa rangkaian analog, yang pada dasarnya susah dalam pengendaliannya dibandingkan dengan rangkaian digital. Perubahan timer pada rangkaian analog dilakukan dengan penggantian suatu komponen sedangkan pada rangkaian digital, perubahan timer dilakukan dengan penggantian program yang tertanam pada mikrokontroler.
1.2 PERUMUSAN MASALAH
a. Bagaimana cara merancang relay 1 channel berbasis mikrokontroler ATmega 8535 dengan parameter timer dan kecepatan?
b. Bagaimana hasil penggantian peralatan deadman pada kereta diesel dengan peralatan kontrol relay 1 channel?
1.3 TUJUAN DAN MANFAAT
Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam Laporan Tugas Akhir ini adalah untuk :
a. Merancang kontrol relay 1 channel berbasis mikrokontroler ATmega 8535.
b. Menganalisa hasil penggantian peralatan deadman dengan alat kontrol relay 1 channel berbasis mikrokontroler ATmega 8535.
Sedangkan manfaat dari penelitian ini adalah :
a. Dapat membuat alat pengganti deadman pada kereta diesel. b. Peralatan ini sangat sederhana, dibanding dengan peralatan yang
sudah ada, dan mudah perawatannya.
c. Keamanan kereta lebih baik dibandingkan dengan sebelumnya, karena tidak ada pengaman over speed pada sistem sebelumnya.
1.4 BATASAN MASALAH
Beberapa batasan yang perlu diberikan agar permasalahan yang akan dibahas menjadi terarah. Batasan tersebut adalah sebagai berikut :
a. Hanya membahas tentang cara kerja dari peralatan kontrol relay 1 channel.
b. Tidak membahas sistem pengereman pada Kereta Diesel (KRD).
1.5 METODOLOGI
Pada pelaksanaannya, penilitian ini dilakukan di Dipo Lokomotif dan KRD Semarang Poncol. Dengan metodelogi sebagai berikut : 1. Studi literatur
Metode yang digunakan dalam pencarian studi literatur ini, dengan tinjauan kepustakaan berupa buku-buku, diktat yang ada di perpustakaan dan yang didapat oleh penulis, serta media online dan referensi artikel dari internet.
2. Studi lapangan (Observasi)
Metode studi lapangan digunakan untuk memperoleh data dan mengetahui detail cara kerja peralatan yang akan digantikan (deadman), yang berfungsi sebagai pendukung dalam proyek akhir.
3. Wawancara
Melakukan wawancara dengan teknisi Kereta Diesel (KRD) mengenai cara kerja alat pengaman deadman.
4. Analisa
Melakukan analisa mengenai penggantian peralatan
ATmega 8535, tanpa mengurangi fungsi dari peralatan sebelumnya.
1.6 SISTEMATIKA PENULISAN
Sistematika dalam penuslisan skripsi ini, disusun dengan urutan sebagai berikut :
BAB I Pendahuluan
Dalam bab ini, berisi uraian singkat tentang tugas akhir yang akan dibuat, uraian tersebut antara lain: Latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, pembatasan masalah, metode Penelitian dan sistematika penulisan.
BAB II Dasar Teori
Dalam bab ini, diuraikan penjelasan tentang dasar teori, yang menjadi dasar timbulnya gagasan tema proposal tugas akhir, Penjelasan landasan teori antara lain: Pengertian timer pada mikrokontroler AT mega8535 dan pengetahuan data Global Positioning System
(GPS) receiver , sert a beberapa dasar teori tentang
BAB III Metodologi Penelitian
Dalam bab ini, diuraikan penjelasan yang terdiri dari : komponen utama yang dipakai dalam pembuatan alat, uraian desain dan cara kerja alat.
BAB IV Analisa dan Pembahasan
Dalam bab ini, diuraikan data hasil uji coba kinerja dari alat dan analisa kinerja yang telah diaplikasikan pada Kereta Diesel (KRD)
BAB V Penutup
Dalam bab ini, diuraikan tentang penjelasan mengenai kesimpulan yang berasal dari hasil analisa alat dan saran yang didapat dari pembuatan alat kontrol relay 1 channel.
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Mikrokontroler AVR ATmega 8535
ATmega8535 adalah mikrokontroler CMOS 8 bit daya rendah berbasis arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computing) atau komputasi kumpilan intruksi yang disederhanakan. Selain arsitektur
RISC, terdapat arsitektur lain yaitu CISC (Complex Instruction Set Computing), yang jika diterjemahkan ke dalam bahasa Indonesia berarti
komputasi kumpulan instruksi yang kompleks atau rumit. ATmega8535 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz, hal ini membuat ATmega8535 dapat bekerja dengan kecepatan tinggi, walaupun dengan penggunaan daya rendah. Mikrokontroler ATmega8535 memiliki beberapa fitur atau spesifikasi yang menjadikannya sebuah solusi pengendali yang efektif untuk berbagai keperluan. Fitur-fitur tersebut antara lain:
1. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yang terdiri atas Port A, B, C dan D
2. ADC (Analog to Digital Converter)
3. Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan perbandingan 4. CPU yang terdiri atas 32 register
5. Watchdog Timer dengan osilator internal 6. SRAM sebesar 512 byte
7. Memori Flash sebesar 8kb dengan kemampuan read while write
8. Unit Interupsi Internal dan External.
9. Port antarmuka SPI untuk men-download program ke flash 10. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat
operasi
11. Antarmuka komparator analog
12. Port USART untuk komunikasi serial.
Berikut adalah gambar arsitektur mikrokontroler ATmega 8535.
Gambar 2.1 Arsitektur mikrokontroler ATmega 8535. (sumber : www.atmel.com/images/doc2502.pdf)
2.1.1 Memori Data
Mikrokontroler ATmega8535 memiliki On-Chip In-System
Reprogrammable Flash Memory untuk menyimpan program. Dalam
penggunaannya, memori ini umumnya digunakan untuk penyimpanan program secara internal. Untuk alasan keamanan, memori program dibagi menjadi dua bagian yaitu Boot Flash Section dan Application
Flash Section. Boot Flash Section digunakan untuk menyimpan
program Boot Loader, yaitu program yang harus dijalankan pada saat AVR reset atau pertama kali diaktifkan. Application Flash Section digunakan untuk menyimpan program aplikasi yang dibuat pengguna. Mikrokontroler AVR tidak dapat menjalankan program aplikasi ini sebelum menjalankan program Boot Loader. Besarnya memori Boot
Flash Section dapat diprogram dari 128 word sampai 1024 word
tergantung pengaturan pada konfigurasi bit di-register Jika Boot Loader diproteksi, maka program pada Application Flash Section juga sudah aman.
Untuk memori data pada mikrokontroler ATmega8535 dibagi menjadi tiga yaitu :
Terdapat 32 register keperluan umum yaitu General Purpose
Register (GPR) atau biasa disebut register file di dalam teknologi RISC.
Terdapat 512 byte SRAM internal.
Selain itu terdapat juga EEPROM 512 byte sebagai memori data yang dapat diprogram saat beroperasi.
Dalam mikrokontroler AVR, data dapat ditempatkan pada tiga macam memori yaitu : memori flash, SRAM, dan Electrically Erasable
Programmable Read Only Memory (EEPROM). EEPROM adalah salah
satu memori untuk penyimpanan data internal mikrokontroler yang sifatnya non volatile. Artinya data tidak akan hilang walaupun catu daya mikrokontroler mati. Biasanya memori EEPROM diaplikasikan untuk penyimpanan tabel-tabel data atau konstanta dan penyimpanan
password. ATmega 8535 mempunyai memori EEPROM 512 byte. EEPROM ini disusun sebagai ruang data yang terpisah dengan yang
lain, dimana byte tunggal dapat dibaca dan ditulis. EEPROM diakses melalui register-register akses EEPROM yaitu EEPROM Address
Register (EEAR), EEPROM Data Register (EEDR), dan EEPROM Control Register (EECR). Untuk pengendali dengan EEPROM diatas
256 byte, EEAR sebenarnya ada dua register yaitu EEARL dan EEARH.
EEAR digunakan untuk menenentukan alamat EEPROM ke mana data
akan ditulisi atau dari mana data akan dibaca. EEAR adalah sebuah
register baca/tulis yaitu register yang dapat dibaca untuk melihat
alamat apa saja yang akan digunakan. EEDR adalah register data
EEPROM dan merupakan register baca/tulis. Jika ingin menuliskan
EEDR. Jika ingin membaca data dari EEPROM setelah proses
pembacaan berakhir maka akan membaca EEDR untuk data. EECR mempunyai bit-bit kontrol yang diperlukan untuk pembacaan dan penulisan EEPROM. Penulisan ke suatu EEPROM tidak sesederhana seperti menulis ke SRAM. Waktu akses tulis untuk EEPROM pada mikrokontroler AVR berkisar 2,5 sampai 4 ms, tergantung pada tegangan suplai.
Berikut adalah gambar peta memori pada Mikrokontroler ATmega 8535.
Gambar 2.2 Peta memori ATmega 8535. ( sumber :
www.atmel.com/images/doc2502.pdf)
2.1.2 Kofigurasi PIN ATmega 8535
Mikrokontroler AVR ATmega memiliki 40 pin dengan 32 pin diantaranya digunakan sebagai port paralel.
Satu port paralel terdiri dari 8 pin, sehingga jumlah port pada mikrokontroler adalah 4 port, yaitu port A, port B, port C dan port D. Sebagai contoh adalah port A memiliki pin antara port A.0 sampai dengan port A.7, demikian selanjutnya untuk port B, port C, port D. Diagram pin mikrokontroler dapat dilihat pada gambar berikut:
Gambar 2.3 Kofigurasi PIN ATmega8535. (sumber :
www.atmel.com/images/doc2502.pdf)
Berikut ini adalah tabel penjelasan mengenai pin yang terdapat pada mikrokontroler ATmega8535:
Tabel 2.1 Penjelasan pin pada mikrokontroler ATmega8535. (sumber : Pemprograman mikrokontroler AVR ATmega16 menggunakan BAHASA C (CodeVisionAVR) revisi kedua, 2015).
Vcc Tegangan suplai (5 volt)
RESET
Input reset level rendah, pada pin ini selama lebih dari panjang pulsa minimum akan
menghasilkan reset walaupun clock sedang berjalan. RST pada pin 9 merupakan reset dari AVR. Jika pada pin ini diberi masukan low selama minimal 2 machine cycle maka sistem akan di-reset
XTAL 1
Input penguat osilator inverting dan input pada rangkaian operasi clock internal
XTAL
2 Output dari penguat osilator inverting
Avcc
Pin tegangan suplai untuk port A dan ADC. Pin ini harus dihubungkan ke Vcc walaupun ADC tidak digunakan, maka pinini harus dihubungkan ke Vcc melalui low pass
filter
Aref pin referensi tegangan analog untuk ADC
AGND
pin untuk analog ground. Hubungkan kaki ini ke GND, kecuali jika board memiliki analog ground yang terpisah
Berikut ini adalah penjelasan dari pin mikrokontroler ATmega8535 menurut port-nya masing-masing:
1. Port A
Pin 33 sampai dengan pin 40 merupakan pin dari port A. Merupakan 8 bit directional port I/O. Setiap pin-nya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer port A dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port A (DDRA) harus diatur terlebih dahulu
sebelum port A digunakan. Bit-bit DDRA diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port A yang disesuaikan sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, pin-pin pada port A juga memiliki fungsi-fungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel:
Tabel 2.2 Penjelasan pin pada port A. (sumber : Pemprograman mikrokontroler AVR ATmega16 menggunakan BAHASA C (CodeVisionAVR) revisi kedua, 2015).
2. Port B
Pin 1 sampai dengan pin 8 merupakan pin dari port B. Merupakan 8 bit directional port I/O. Setiap pin-nya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output
Pin Keterangan
PA.7 ADC7 (ADC Input Channel 7) PA.6 ADC6 (ADC Input Channel 6) PA.5 ADC7 (ADC Input Channel 5) PA.5 ADC4 (ADC Input Channel 4) PA.3 ADC3 (ADC Input Channel 3) PA.2 ADC2 (ADC Input Channel 2) PA.1 ADC1 (ADC Input Channel 1) PA.0 ADC0 (ADC Input Channel 0)
buffer port B dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port B (DDRB) harus diatur terlebih dahulu sebelum port B digunakan. Bit-bit DDRB diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port B yang disesuaikan sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, pin-pin port B juga memiliki fungsi-fungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel:
Tabel 2.3 Penjelasan pin pada port B. (sumber : Pemprograman mikrokontroler AVR ATmega16 menggunakan BAHASA C (CodeVisionAVR) revisi kedua, 2015).
Pin Keterangan
PB.7 SCK (SPI Bus Serial Clock)
PB.6 VISO (SPI Bus Master Input/Slave Output) PB.5 VOSI (SPI Bus Master Output/Slave Input) PB.4 SS (SPI Slave Select Input)
PB.3
AIN1 (Analog Comparator Negative Input)OCC (Timer/Counter0 Output Compare Match Output)
PB.2
AIN0 (Analog Comparator Positive Input)INT2 (External Interrupt2 Input)
PB.1 T1 (Timer/Counter1 External Counter Input)
PB.0
T0 (Timer/Counter0 External Counter Input)XCK (JSART External Clock Input/Output)
3. Port C
Pin 22 sampai dengan pin 29 merupakan pin dari port C. Port C sendiri merupakan port input atau output. Setiap pin-nya dapat menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer port C dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port C (DDRC) harus diatur terlebih dahulu sebelum port C digunakan. Bit-bit DDRC diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port C yang disesuaikan sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, pin-pin port D juga memiliki fungsi-fungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel .
Tabel 2.4 Penjelasan pin pada port C. (sumber : Pemprograman mikrokontroler AVR ATmega16 menggunakan BAHASA C (CodeVisionAVR) revisi kedua, 2015).
Pin Keterangan
PC.7 TOSC2 (Timer Oscillator Pin 2) PC.6 TOSC1 (Timer Oscillator Pin 1)
PC.1 SDA (Two-Wire Serial Bus Data Input/Output Line) PC.0 SCL (Two-Wire Serial Bus Clock Line)
4. Port D
Pin 14 sampai dengan pin 20 merupakan pin dari port D. Merupakan 8 bit directional port I/O. Setiap pin-nya dapat
menyediakan internal pull-up resistor (dapat diatur per bit). Output buffer port D dapat memberi arus 20 mA dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port D (DDRD) harus diatur terlebih dahulu sebelum port D digunakan. Bit-bit DDRD diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port D yang disesuaikan sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, pin-pin port D juga memiliki fungsi-fungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihat dalam tabel:
Tabel 2.5 Penjelasan pin pada port D. (sumber : Pemprograman mikrokontroler AVR ATmega16 menggunakan BAHASA C (CodeVisionAVR) revisi kedua, 2015).
Pin Keterangan
PD.0 RDX (UART input line) PD.1 TDX (UART output line)
PD.2 INT0 (external interrupt 0 input) PD.3 INT1 (external interrupt 1 input)
PD.4 OC1B (Timer/Counter1 output compareB match output) PD.5 OC1A (Timer/Counter1 output compareA match output) PD.6 ICP (Timer/Counter1 input capture pin)
2.2 Timer
Pada dasarnya setiap mikrokontroler memiliki fungsi timer maupun
counter, tidak terkecuali pada mikrokontroler ATmega 8535. Timer ini
memiliki fungsi terhadap waktu. Fungsi timer yang dimaksud disini adalah penentuan kapan program tersebut akan dijalankan dan kapan program tersebut akan berhenti. Timer mikorokontroler AVR tersusun dari beberapa register, yang nilai nya berkurang dan bertambah secara otomatis. Pada mikrokontroler AVR terdapat dua jenis timer, yaitu : timer 8-bit dan timer 16-bit. Pada timer 8-bit, register yang digunakan memiliki lebar 8-bit yang berarti mampu menghitung sebanyak 2^8=256, yaitu : dari nilai 0 hingga 255. seperti pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.4 Register Timer 8 Bit. (sumber : http://www.insinyoer.com)
pada timer 16-bit lebar register juga sebesar 16-bit. karena memiliki lebar register yang lebih besar, timer 16-bit mampu menghitung sebanyak 216 = 65536, yaitu: dari 0 hingga 65535, sehingga juga dapat digunakan sebagai pencacah (counter) dimana perbedaannya terdapat pada
sumber clocknya. pada timer, sumber clock-nya berasal dari internal mikrokontroler itu sendiri. Sedangkan Counter, sumber clock-nya berasal dari luar mikrokontroler (eksternal). Jika perhitungan atau pencacahan pada timer 8-bit maupun timer 16-bit sudah mencapai nilai maksimumnya yaitu 255 pada timer 8 bit dan 65535 pada timer 16-bit maka yang akan terjadi adalah keadaan overflow (penuh), dimana nilai perhitugan akan kembali ke nilai nol. Keadaan overflow pada
timer/counter ini kemudian bisa dimanfatkan sebagai sumber interupsi
pada aplikasi-aplikasi selanjutnya.
Pada mikrokontroler AVR ATmega 16/8535/32, terdapat 3 jenis
timer antara lain adalah sebagai berikut:
TIMER0, 8-bit timer
TIMER1, 16-bit timer
TIMER2, 8-bit timer
Kebutuhan timer dapat dicari dengan perhitungan sebagai berikut :
Delay yang diinginkan (ms) - 1
Timer(clock) = Periode clock XTAL (KHz) …………(2.1) 1
Periode clock XTAL = frekuensi Kristal …….…….(2.2)
Rendahnya nilai overflow pada mikrokontroler hanya dapat menghasilkan timer yang sebentar, untuk menangani hal tersebut maka dibutuhkan suatu cara agar mikrokontroler dapat menghasilkan timer yang lebih lama atau sesuai kebutuhan. Prescaler adalah Teknik mereduksi
frekuensi clock/F_CPU yang merupakan teknik pembagian atau pen-skala-an frekuensi. Akan tetapi dalam menggunakan prescaler, ada yang harus dikorbankan, yaitu: antara resolusi dan durasi dari timer yang kita gunakan, semakin besar delay yang dihasilkan dengan menggunakan
prescaling maka akan mengurangi resolusi dari timer yang berdampak
pada akurasi timer yang akan menurun. Sistem AVR memberikan pilihan nilai prescaler: 8, 64, 256 dan 1024.
2.3 Komunikasi serial
Agar mikrokontroler dapat berhubungan dengan perangkat lain, mikrokontroler dirancang menggunakan salah satu komunikasi data. Pada mikrokontroler keluarga AVR sudah terdapat sebuah komunikasi data serial Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter (USART). Agar USART dapat berkomunikasi dengan perangkat lain maka register USART harus diatur terlebih dahulu. Berikut adalah register yang perluh diatur untuk membangkitkan USART berserta penjelasannya.
Gambar 2.5 Register pembangkit komunikasi serial. (sumber : www.atmel.com/images/doc2502.pdf).
UCSRA
Adalah register awal dimana register tersebut akan diatur “0x00”
UCSRB
Adalah register untuk memfungsikan mikrokontroler apakah berfungsi sebagai receiver atau transmitter.
UCRSC
Adalah register yang berfungsi untuk menentukan jumlah bit data.
UBRRH dan UBRRL
Adalah seting untuk menentukan baudrate mikrokontroler. Baudrate antara mikrokontroler dengan perangkat lain harus disamakan agar dapat berkomunikasi dengan baik.
2.4 Global Positioning system (GPS)
2.4.1 Pengertian Global Positioning system (GPS)
Global Positioning system (GPS) adalah sistem untuk
menentukan letak di permukaan bumi dengan bantuan penyelarasan (synchronization) sinyal satelit. Sistem ini menggunakan 24 satelit, yang mengirimkan sinyal gelombang mikro ke Bumi, sinyal ini
diterima oleh alat penerima di permukaan, dan digunakan untuk menentukan letak, kecepatan, arah, dan waktu.
GPS receiver atau tracker adalah sebuah modul atau alat yang berfungsi untuk menerima sinyal dari satelit buatan, sinyal yang diterima gps receiver biasanya berisi tentang lokasi, kecepatan dan lain-lain tergantung jenis gps receiver nya.
2.4.2 Jenis Header GPS Receiver
NMEA adalah standar kalimat laporan yang dikeluarkan oleh GPS receiver, standar NMEA memiliki banyak data yang termuat dalam suatu header data yang diterima. Header $GPRMC (Recommended minimum specific GNSS data) adalah salah satu jenis kalimat atau string yang dikeluarkan oleh GPS receiver, dalam string ini terdapat informasi-informasi atau data yang diterima GPS receiver dari satelit. Berikut adalah contoh dan penjelasan dari data string $GPRMC;
$GPRMC,123519,A,4807.038,N,01131.000,E,022.4,084.4,230394,003.1,W*6A
Where:
RMC Recommended Minimum sentence C
123519 Fix taken at 12:35:19 UTC
A Status A=active or V=Void.
4807.038,N Latitude 48 deg 07.038' N
022.4 Speed over the ground in knots
084.4 Track angle in degrees True
230394 Date - 23rd of March 1994
003.1,W Magnetic Variation
*6A The checksum data, always begins with *
(sumber : http://www.gpsinformation.org)
Terlihat pada struktur data header $GPRMC data kecepatan masih dalam satuan knot. Untuk merubah dari satuan knot menjadi km/jam ;
1 knot = 1.852 km/jam
V km/jam = 1.852 * V (knot) ……….(2.3)
Dimana V = kecepatan.
2.5 Transistor
Transistor adalah komponen elektronika semikonduktor yang memiliki 3 kaki elektroda, yaitu : Basis (dasar), kolektor (pengumpul) dan emitor (pemancar), komponen ini berfungsi sebagai penguat, pemutus dan penyambung (switching), stabilitasi tegangan, modulasi sinyal dan masih banyak lagi fungsi lainnya. Transistor juga dapat digunakan sebagai kran listrik, sehingga dapat mengalirkan listrik dengan sangat akurat dari sumber listriknya.
Transistor mempunya 3 kondisi yaitu : saturasi, aktif dan mati. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar berikut.
Gambar 2.6 Grafik kondisi transistor (sumber : http://elektronika-dasar.web.id)
Saturasi (jenuh)
Kondisi saturasi adalah kondisi dimana transistor sebagai saklar tertutup.
Gambar 2.7 Transistor kondisi saturasi (jenuh). (sumber : http://elektronika-dasar.web.id).
Aktif
Kondisi aktif adalah kondisi dimana transistor berada di daerah antara daerah saturasi dan mati (cut off.
Mati (cut off)
Kondisi mati (cut off) adalah kondisi dimana transistor sebagai saklar terbuka.
Gambar 2.8 Transistor pada kondisi mati. (sumber : http://elektronika-dasar.web.id).
2.6 Optocoupler
Optocoupler juga dikenal dengan sebutan Opto-isolator, Photocoupler atau Optical Isolator. Optocoupler adalah komponen elektronika yang berfungsi sebagai penghubung berdasarkan cahaya optik. Pada dasarnya Optocoupler terdiri dari 2 bagian utama yaitu : Transmitter yang berfungsi sebagai pengirim cahaya optik dan Receiver yang berfungsi sebagai pendeteksi sumber cahaya. Masing-masing bagian Optocoupler (Transmitter dan Receiver) tidak memiliki hubungan konduktif rangkaian secara langsung tetapi dibuat sedemikian rupa dalam satu kemasan komponen.
Gambar 2.9 Simbol optocoupler. (sumber : http://elektronika-dasar.web.id).
2.7 Dioda
Dioda (Diode) adalah Komponen Elektronika Aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah, tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Dioda sering dipergunakan sebagai penyearah dalam rangkaian elektronika. Dioda pada umumnya mempunyai 2 elektroda (terminal) yaitu : Anoda (+) dan Katoda (-). Dioda memiliki prinsip kerja yang berdasarkan teknologi pertemuan p-n semikonduktor yaitu dapat mengalirkan arus dari sisi tipe-p (anoda) menuju ke sisi tipe-n (katoda) tetapi tidak dapat mengalirkan arus ke arah sebaliknya.
Berikut adalah gambar simbol diode.
2.8 Modul step down DC to DC
Modul step down dc to dc adalah sebuah modul yang berfungsi untuk menurunkan tegangan, dari tegangan dc yang tinggi ke tegangan dc yang lebih rendah. Modul digunakan sebagai power suplay pada alat, pada kereta diesel elektrik tersedia tegangan sumber sebesar ± 27 V. Alat membutuhkan tegangan sebesar 5 V untuk dapat bekerja, sehingga tegangan 27 V tersebut harus dirubah ke 5 V dengan modul step down (penurun tegangan) DC to DC.
2.9 Relai
Relai adalah komponen yang berfungsi menyambung dan memutus arus listrik dengan prinsip elektromagnetik. Bila sebuah induktor atau kawat lilitan dialiri arus listrik maka di sekitar lilitan atau kumparan tersebut akan timbul medan magnet. Tegangan transien adalah suatu tegangan yang timbul pada rangkaian yang diakibatkat terjadinya perubahan arus dari posisi on atau stabil ke posisi off atau tidak ada arus yang mengalir. Tegangan transien dapat dituliskan dengan persamaan matematis sebagai berikut.
V=-(Ldi/dt) ……….(2.4)
Keterangan :
dt = waktu (s)
L = induktansi (H)
2.10 LCD 16x2
LCD (Liquid Cristal Display) adalah salah satu jenis display elektronik, dibuat dengan teknologi CMOS logic yang bekerja dengan tidak menghasilkan cahaya tetapi memantulkan cahaya yang ada di sekelilingnya terhadap front-lit atau mentransmisikan cahaya dari
back-lit. LCD (Liquid Cristal Display) berfungsi sebagai penampil data baik
dalam bentuk karakter, huruf, angka ataupun grafik.
Dalam modul LCD (Liquid Cristal Display) terdapat mikrokontroler yang berfungsi sebagai pengendali tampilan karakter LCD (Liquid Cristal Display). Mikrontroler pada suatu LCD (Liquid Cristal
Display) dilengkapi dengan memori dan register. Memori yang digunakan
mikrokontroler internal LCD adalah : DDRAM (Display Data Random
Access Memory) merupakan memori tempat karakter yang akan
ditampilkan berada. CGRAM (Character Generator Random Access
Memory) merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter,
dimana bentuk dari karakter dapat diubah-ubah sesuai dengan keinginan.
CGROM (Character Generator Read Only Memory) merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakter, dimana pola tersebut merupakan karakter dasar yang sudah ditentukan secara permanen oleh
pabrikan pembuat LCD (Liquid Cristal Display) tersebut sehingga pengguna tinggal mangambil sesuai alamat memorinya dan tidak dapat merubah karakter dasar yang ada dalam CGROM. Register control yang terdapat dalam suatu LCD diantaranya adalah Register perintah yaitu register yang berisi perintah-perintah dari mikrokontroler ke panel LCD (Liquid Cristal Display), pada saat proses penulisan data atau tempat status dari panel LCD (Liquid Cristal Display) dapat dibaca pada saat pembacaan data. Register data yaitu register untuk menuliskan atau membaca data dari atau ke DDRAM. Penulisan data pada register akan menempatkan data tersebut keDDRAM sesuai dengan alamat yang telah diatur sebelumnya. Pin / kaki jalur input dan kontrol dalam suatu LCD (Liquid Cristal Display) diantaranya adalah :
Pin data
Adalah jalur untuk memberikan data karakter yang ingin ditampilkan menggunakan LCD (Liquid Cristal
Display), dapat dihubungkan dengan bus data dari
rangkaian lain seperti mikrokontroler dengan lebar data 8 bit. Pin RS (Register Select) berfungsi sebagai indikator atau yang menentukan jenis data yang masuk, apakah data atau perintah. Logika low menunjukan yang masuk adalah perintah, sedangkan logika high menunjukan data.
Pin R/W (Read Write)
Berfungsi sebagai instruksi pada modul jika low tulis data, sedangkan high baca data. Pin E (Enable) digunakan untuk memegang data baik masuk atau keluar.
Pin VLCD
Berfungsi mengatur kecerahan tampilan (kontras) dimana pin ini dihubungkan dengan trimpot 5 KOhm, jika tidak digunakan dihubungkan ke ground, sedangkan tegangan catu daya ke LCD sebesar 5 Volt.
Gambar 2.11 LCD 16x2. (sumber : http://elektronika-dasar.web.id).
2.11 Kapasitor
Sifat-sifat kapasitor diantaranya :
Kapasitor terhadap tegangan dc merupakan hambatan yang sangat besar setelah kapasitor terisi penuh.
Lama pengisian dan pengosongan dapat diketahui dengan perhitungan pengisian kapasitor untuk tegangan dan arus yang dapat dinyatakan bagai berikut :
tegangan kapasitor saat t detik
………..(2.5) apabila sebelum pengisian tidak terdapat adanya tegangan awal pada kapasitor, Vc(0)=0V, maka persamaan diatas menjadi :
………..(2.6) arus pengisian setelah t detik
………(2.7)
Apabila digambarkan dalam grafik maka tegangan dan arus pada pengisian kapasitor akan membentuk grafik eksponensial seperti berikut.
Gambar 2.12 Grafik lama pengisian dan pengosongan kapasitor. (sumber : http://yosmedia.blogspot.co.id).
BAB III
PERANCANGAN ALAT
3.1 Perancangan Perangkat Keras
Berikut adalah blok diagram perancangan alat perangkat keras dan blok diagram sistem alat.
Gambar 3.1 Bagan diagram perangkat keras (hardware)
Gambar 3. 2 Blok diagram sistem Power suplay 5v Sismin mikrokontroler ATmega 8535 GPS Receiver LCD 16x2 Relai Buzzer GPS (NMEA 0183 “GPRMC) ATmega 8535 Relai kerja Buzzer peringatan Tampilan LCD : Timer (s) kecepatan
3.2 Cara kerja rangkaian
Terlihat pada bagan diagram sumber tegangan digunakan untuk menyuplai mikrokontroler, GPS Receiver serta LCD 16x2, rangkaian di atas berfungsi untuk mengendalikan kerja relai dengan buzzer sebagai peringatan sebelum relai tersebut bekerja, kerja dari relai diatur oleh 2 parameter yaitu Timer dari mikrokontroler itu sendiri serta dengan parameter kecepatan yang didapat dari data GPS Receiver.
1. Timer
Saat sumber tegangan mengalirkan arus ke 3 modul di atas, mikrokontroler akan mulai menghitung dari 0 sampai 30 (fungsi timer) setelah GPS receiver menerima data dari satelit. Angka tersebut dapat dilihat melalui LCD 16x2 karena telah dihubungkan dengan mikrokontroler, saat LCD 16x2 menampilkan angka 22 keatas maka mikrokontroler melalui port-nya akan mengeluarkan arus yang kemudian digunakan untuk mengerjakan buzzer, saat LCD 16x2 menunjukan angka 28-30 maka mikrokontroler akan mengalirkan tegangan melalui port yang dimiliki untuk mengerjakan relai.
2. Kecepatan
GPS receiver akan menunggu data dari satelit setelah mendapatkan arus listrik, saat GPS receiver sudah menerima data, data tersebut kemudian dikirimkan ke mikrokontroler, data yang dikirimkan GPS Receiver sangat banyak mulai dari ketinggian, koordinat ,
kecepatan dan lain-lain, selain itu juga banyak header yang dikirimkan oleh GPS Receiver, karena rangkaian hanya membutuhkan data kecepatan, maka pada mikrokontroler ditanamkan program untuk mengambil hanya data kecepatan saja yang kemudian data tersebut akan dikirim ke LCD 16x2. Saat LCD 16x2 menunjukan angka kecepatan sebesar 80 km/jam ke atas maka mikrokontroler akan mengeluarkan arus melalui port nya untuk mengerjakankan Buzzer, ketika LCD 16x2 menunjukkan angka 90-100km/jam maka mikrokontroler akan mengeluarkan arus melalui port-nya untuk mengerjakan relai.
3.3 Perancangan Mikrokontroler ATmega 8535.
Berikut adalah rangkaian sistem minimum mikrokontroler ATmega 8535.
Terlihat dirangkaian terdapat Crystal yang dihubungkan dengan kapasitor keramik serta dihubungkan ke mikrokontroler pada PIN ke 12 dan 13, rangkaian di atas berfungsi untuk pembangkit gelombang sinus yang besarnya sesuai dengan nilai crystal yang dipakai, meski pada mikrokontroler ATmega 8535 sudah terdapat ocsilator internal sebesar 8MHz, tetapi ocsilator tersebut masih kurang, sehingga pada rangkaian ini ocsilator internal dinonaktifkan dan digantikan ocsilator external yang besarnya 12 MHz.
Terlihat juga ada beberapa rangkaian yang dihubungkan ke PIN no 9 atau PIN Reset, pada dasarnya untuk me-reset mikrokontroler maka PIN
reset harus berlogika low, rangkaian tersebut berfungsi untuk
menghilangkan noise-noise yang dapat menyebabkan PIN reset mendapat logika low.
3.4 Perancangan Modul Relai.
Berikut adalah rangkaian modul relai.
Cara kerja rangkaian
Ketika mikrokontroler mengeluarkan arus maka di dalam optocopler akan memancarkan cahaya inframerah yang mengakibatkan kaki 5 dan 6 pada optocopler menjadi terhubung, arus mengalir dari VCC 5V menuju resistor kemudian ke basis, saat basis pada transistor dialiri arus maka kaki kolektro dan emitor menjadi terhubung dan arus dari vcc yang menuju relai akan menuju ground sehingga relai menjadi On, saat mikrokontroler tidak mengeluarkan arus yang menuju ke optocopler maka kaki 5 dan 6 optocopler menjadi terputus yang mengakibatkan relai menjadi off, perpindahan dari on menuju off pada relai mengakibatkan terjadinya tegangan transien. Tegangan transien atau induksi diri pada kumparan akan tinggi jika nilai induktansi dan perubahan kuat arus tinggi serta perubahan dari on menuju off sangat cepat, untuk meredam efek transien dipasangkanlah dioda yang dipararel dengan relai.
3.5 Perancangan Modul Buzzer
Berikut adalah rangkaian modul buzzer.
Cara kerja
Saat mikrokontroler mengeluarkan arus, arus akan menuju resistor kemudian menuju basis yang mengakibatkan kaki kolektor dan emitor menjadi terhubung sehingga arus VCC 5V buzzer terhubung dengan
ground yang mengakibatkan buzzer berbunyi, sebaliknya saat mikrokontroler tidak mengalirkan arus maka transistor menjadi saklar tertutup atau dalam kondisi off yang mengakibatkan buzzer tidak berbunyi karena tidak terhubung dengan ground.
3.6 GPS Receiver
Pada rangkaian ini menggunakan sebuah modul gps receiver GM100N is a G-Mouse receiver dengan spesifikasi sebagai berikut :
GM100N is a G-Mouse receiver product by CHT features the Atmel 16 channels which performs ultra low.
Ultra low power design (38mA, typical).
Compact size.
Built-in low noise, high gain active antenna.
Super-cohesive magnetic for installation.
High sensitivity (up to -152dBm).
Key technology: atmel ultra low power GPS module.
Frequency: L1, 1575.42MHz.
C/A Code: 1.023MHz chip rate.
Channel: 16 channels all in view.
Tracking sensitivity: -152dBm.
Altitude: < 18,000m.
Velocity: < 515m/sec.
Acceleration: <4g.
GPS protocol: NMEA-0183(V3.0)—GGA(1), GSA(3),
GSV(3), RMC(1),VTG(1) W x D x H (mm): 53 x 60 x 26.
Berikut adalah gambar GPS Receiver GM100N.
3.7 Modul Catu Daya
Catu daya adalah rangkaian elektronik yang berfungsi sebagai sumber tegangan kerja rangkaian alat. Pada kereta diesel (KRD) sudah terdapat arus sumber dengan tegangan ± 27V, sedangkan tegangan yang dibutuhkan alat sebesar 5V. Modul converter DC ke DC menggunakan IC LM2596 digunakan sebagai catu daya pada rangkaian alat. Berikut adalah gambar modul stepdown DC-DC dengan IC LM2596.
Gambar 3.7 Modul stepdown DC-DC.
3.8 Rangkaian LCD 16x2
LCD yang digunakan adalah LCD LMB162ABC data sheet terlampi. Berikut adalah rangkaian LCD 16x2.
3.9 Perancangan rangkaian Reset
Berikut adalah rangkaian alat reset mikrokontroler yang berfungsi sebagai saklar reset timer pada mikrokontroler.
Gambar 3.9 Rangkaian reset.
Terlihat pada rangkaian ini adalah rangkaian timer. Prinsip kerja dari rangkaian ini adalah lama pengisian pada kapasitor. Apabila saklar dikerjakan maka beberapa saat kemudian led akan menyala. Pada rangkaian sebenarnya led akan ditiadakan dan arus akan dimasukkan ke mikrokontroler yang kemudian me-reset timer mikrokontroler.
3.10 Perancangan Perangkat Lunak
mikrokontroler adalah sebuah ic yang bila mana tidak ditanamkan program didalamnya maka ic tersebut tidak dapat dipakai. Perangkat lunak atau software dirancang pada komputer yang kemudian akan diunduh ke mikrokontroler. Perancangan perangkat lunak terdiri dari penginisialisasian LCD, pembacaan dan pengambilan data kecepatan dari
GPS receiver, serta pembangkitan fungsi timer yang kemudian akan ditampilkan pada LCD.
Pada tugas akhir ini, perancangan software menggunakan bahasa c. dengan bantuan software compiler CodeVisionAVR. Penggunaan program ini karena bahasa C dirasa lebih mudah dimengerti oleh pembuat.
3.10.1 Flowchart
Berikut adalah diagram alir dari algoritma perancangan sistem.
ya tidak mulai Hitung 0 - 30 detik Tampilkan pada LCD GPS menunggu terhubung satelit Baca header “$GPRMC” Ambil data kecepatan Konversi knot ke km/jam RESET timer Inisialisasi timer,LCD dan USART A C B
ya
tidak ya
ya
tidak
ya
Gambar 3.10 Flowchat software.
3.10.2 Algoritma
Untuk memudahkan dalam pemprogramaan maka algoritma harus dibuat terlebih dahulu. Algoritma kali ini akan dibagi menjadi 2 yaitu untuk timer dan GPS receiver
1. Algoritma timer
Mulai.
Inisialisasi timer (seting register timer).
Membuat timer menghitung dari 0 sampai 30 detik.
Menampilkan pada LCD. Tampilkan pada LCD selesai Kec = 80-90 km/jam Kec = 90-100 km/jam Timer = 22-28 detik Timer = 28- 30 detik A B Buzzer kerja Relai kerja C
Membuat fungsi reset timer.
Membuat kondisi jika timer berada di antara 22-28 detik maka
buzzer bekerja.
Membuat kondisi jika timer berada di antara 28-30 detik maka relai bekerja.
Selesai
2. Algoritma GPS receiver
Mulai
Inisialisasi GPS receiver (mengaktifkan fungsi receiver)
Membaca data gps header $GPRMC.
Pemecahan data header $GPRMC.
Ambil data kecepatan (knot)
Konversi knot ke km/jam
Tampilkan data kecepatan km/jam pada LCD.
Membuat kondisi jika kecepatan 80<90 km/jam maka buzzer bekerja.
Membuat kondisi jika kecepatan 90<100 km/jam maka relai bekerja.
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1 Umum
Perancangan mikrokontroler sebagai pengendali relai, merupakan sebuah sistem yang diharapkan mampu menggantikan peralatan deadman pada kereta diesel (KRD), dengan memanfaatkan fungsi timer dan counter yang dimiliki mikrokontroler serta pengolahan data gps, dalam hal ini kecepatan.
4.2 Rangkaian LCD
Pengujian rangkaian LCD dilakukan untuk mendapatkan data berupa Vin (tegangan masuk) dan kuat arus yang terdapat pada rangkaian lcd, untuk mendapatkan data tegangan LCD yaitu dengan menggunakan alat ukur AVO meter, dengan mengarahkan selektor alat kearah pengukuran tegangan DC, dengan menyambungkan terminal positif (merah) AVO meter dengan PIN 2 (VDD) LCD dan terminal negatif (hitam) AVO meter dengan PIN 1 (VSS) LCD maka pada layar alat ukur akan ditampilkan berapa besar tegangan yang ada. Sedangkan untuk pengambilan data kuat arus, digunakan alat ukur AVO meter denga tentu selektor sudah diarahkan untuk pengukuran kuat arus, dengan menghubungkan terminal positif (merah) AVO meter dengan Vin (5VDC) dan terminal negatif (hitam) AVO meter dengan PIN 2 (VDD) LCD, maka
pada layar AVO meter akan ditampilkan berapa besar kuat arus yang mengalir pada lcd. Berikut adalah tabel percobaan pengukuran sebanyak 5 kali.
Tabel 4.1 Hasil percobaan Rangkaian LCD.
Percobaan Tegangan/Vin (volt) Kuat arus/Iin (mA)
1 5 115,1 2 5 115 3 5 115,1 4 5 115,1 5 5 115,2 4.3 Rangkaian RESET
Pada rangkaian reset ini akan dilakukan analisa secara teori dan kemudian akan dibandingkan antara hasil teori dengan hasil alat saat pengujian.
1. Analisa pada Transistor 2 (Q2 BC547)
pada transistor 2 terdapat Rl sebesar 1kΩ = 1000Ω. Jika diketahui hfe = 110-800 dan Vin = 5VDC maka ib minimal dan Rb maksimal adalah untuk hfe = 110 ib = ic/hfe ic = Vin/Rl = 5v/1000Ω = 5mA ib = 5mA/110 = 0,045mA. Rb = (Vin-VBE)/ib
= (5V-0,7V)/0,045mA (VBE untuk silicon = 0,7V)
= 95,56KΩ
Sedangkan untuk hfe = 800
ib = ic/hfe
ic = Vin/Rl = 5v/1000Ω = 5mA
Ib = 5mA/800
= 0,00625mA.
Rb = (Vin-VBE)/ib
= 688 KΩ
Berikut adalah tabel analisa dari Transistor 2 (Q2 BC547) dengan hfe minimal dan maksimal dari datasheet transistor tersebut.
Tabel 4.2 Analisa Transistor 2 (Q2 BC547).
no hfe Ic (mA) Ib (mA) Rb (KΩ)
1 110 5 0.045 95.56
2 800 5 0.00625 688
2. Analisa pengisian kapasitor.
Jika diketahui
Vin = 5V R = 5kΩ
C = 100uf = 100x10-6F
Maka waktu yang dibutuhkan untuk pengisian kapasitor dapat diketahui. Sebagai contoh akan dibuat perhitungan waktu yang dibutuhkan untuk pengisian kapasitor sebesar 25%, 50%, 75%, 99% dan 100%.
a. Pengisian 25%
Vc(t) = Vin (1-e-t/RC). 1,25 = 5 (1-e-t/5kΩ.0.00001F) 0.25 = 1-e-t/0.05
Ln 0.75 = - t/0.05 - 0.288 = - t/0.05 t = 0.288 x 0.05 = 0.0144 detik. b. pengisian 50% Vc(t) = Vin (1-e-t/RC). 2.5 = 5 (1-e-t/5kΩ.0.00001F) 0.5 = 1-e-t/0.05 - 0.5 = -e-t/0.05 Ln 0.5 = - t/0.05 - 0.693 = - t/0.05 t = 0.693 x 0.05 = 0.035 detik. c. pengisian 75% Vc(t) = Vin (1-e-t/RC). 3.75 = 5 (1-e-t/5kΩ.0.00001F) 0.75 = 1-e-t/0.05 - 0.25 = -e-t/0.05 Ln 0.25 = - t/0.05 - 1.386 = - t/0.05 t = 1.386 x 0.05 = 0.069 detik. d. pengisian 99% Vc(t) = Vin (1-e-t/RC). 4.95 = 5 (1-e-t/5kΩ.0.00001F) 0.99 = 1-e-t/0.05
- 0.01 = -e-t/0.05 Ln 0.01 = - t/0.05 - 4.6 = - t/0.05 t = 4.6 x 0.05 = 2.3 detik. e. pengisian 100% Vc(t) = Vin (1-e-t/RC). 5 = 5 (1-e-t/5kΩ.0.00001F) 1 = 1-e-t/0.05 0 = -e-t/0.05 Ln 0 = - t/0.05 Tidak bisa = - t/0.05 t = tidak diketahui.
Table 4.3 Hasil analisa tegangan pengisian kapasitor terhadap waktu. No Tegangan pada kapasitor (%) Waktu yang dibutuhkan (s)
1 25 0.0144
2 50 0.035
3 75 0.069
4 99 2.3
5 100 -
Berikut adalah gambar grafik pengisian kapasitor dengan bantuan software GeoGebra. A adalah titik pengisian 25%, B = 50%, C = 75% dan D = 99% dari hasil perhitungkan. Sedangkan kurva yang terlihat adalah persamaan dari rumus pengisian kapasitor :
Gambar 4.2 Grafik pengisian tegangan kapasitor terhadap waktu
4.4 Rangkaian relai
Berikut adalah pengujian dan analisa rangkaian relai.
Gambar 4.3 Rangkaian relai.
Pada pengujian didapatkan hasil sebagai berikut ;
Tegangan dari mikrokontroler sebesar 4,82 VDC hasil didapat dengan cara pengukuran secara langsung pada alat, menggunakan alat ukur AVO Meter.
Analisa.
Saat mikrokontroler mengeluarkan tegangan maka pada kaki 5 dan 4 optocoupler akan terhubung yang mengakibatkan Ib (Arus basis) mendapatkan arus
Ib = Vin/Rb
= 5VDC/480Ω
= 10mA
Pada pengukuran relai dengan ESR meter didapat data sebagai berikut :
Tabel 4.4 Hasil pengukuran resistansi dan induktansi Relai 5VDC dengan ESR meter.
Pengukuran Resistansi (Ω) Induktansi (mH)
1 75,5 23,5
2 75,4 23,5
3 75,4 23,9
4 75,2 23,5
5 75,1 23,5
Dengan tabel di atas maka beban yang terdapat pada transistor (relai) sekitar ± 75,4Ω dengan induktansi sebesar ± 23,5 mH.
Jika diketahui beban = 75,4Ω, Vin = 5VDC serta induktasi = 23,5mH. Maka besar Rb maksimal dapat diketahui serta dapat menentukan tegangan transien dimana data tegangan transien dapat digunakan untuk menentukan jenis diode yang dipakai untuk mengontrol tegangan transien tersebut.
Ic = V/Rl
= 5VDC/75,4Ω
= 66mA
Ib = Ic/hfe (hfe untuk transistor D313 adalah 40 – 320)
Untuk hfe 40
Ib = 66mA/40
= 1,65mA
Rb = (Vin-VBE)/Ib
= (5VDC-0,7V)/1,65mA (VBE untuk silicon adalah 0,7V)
= 2,6 KΩ
Untuk hfe 320
Ib = 66mA/320
= 0,21mA
Rb = (Vin-VBE)/Ib
= (5VDC-0,7V)/0,21mA (VBE untuk silicon adalah 0,7V)
= 20,5 KΩ
Berikut adalah tabel analisa dari Transistor D313 dengan hfe minimal dan maksimal dari datasheet transistor tersebut.
Tabel 4.5 Analisa Transistor D313.
no hfe Ic (mA) Ib (mA) Rb (KΩ)
1 40 66 1.65 2.6
2 320 66 0.21 20.5
Induktansi diri
= -L ( ΔI/ Δt )
= -23,5mH (0-(66mA)/ Δt
Karena tidak mendapatkan data perubahan waktu (Δt) maka akan dibuat perumpamaan jika Δt = 0,1 detik dan 1 detik.
Untuk Δt = 0,1 detik = -23,5mH (0-(66mA)/ 0,1 detik) = 0,156 V Untuk Δt = 1 detik = -23,5mH (0-(66mA)/ 1 detik) = 0,00156V
Dengan hasil tersebut maka didapat kesimpulan semakin kecil perubahan waktu (Δt) maka semakin besar tegangan transien (induksi diri) yang dihasilkan. Dalam rangkaian, diode yang digunakan adalah seri 1N4001 karena tegangan kerja maksimal adalah 30V jadi masih mampu mengatasi induksi diri pada relai.
4.5 Percobaan GPS receiver
Percobaan GPS Receiver yaitu dengan menyambungkan kabel positif Gps receiver dengan VCC 5V dan negatif Gps receiver ke ground dan ground komputer serta kabel TX dengan kabel RX dari computer, dengan bantuan software hiperterminal dengan baudrate 19200kbps, sesaat setelah diberi catu daya dan software telah dihubungkan maka gps akan mengirimkan data. Berikut contoh data yang dikeluarkan GPS
receiver yang diambil dalam posisi diam, tanda panah menunjukkan
header GPS receiver dan kecepatan dalam satuan knot.
Gambar 4.4 Data keluaran GPS Receiver.
4.6 Ujicoba dan Analisa alat
Tujuan dari pengujian tugas akhir ini adalah untuk mengetahui kinerja sistem yang telah dibuat dan untuk mengetahui penyebab-penyebab
ketidak sempurnaan alat dan menganalisanya untuk perbaikan selanjutnya, dalam pengujian ini yang perlu diperhatikan adalah tentang ketepatan perangkat lunak dalam mengakomodasi dan mengkoneksikan semua perangkat apakah sesuai dengan yang direncanakan atau belum, dari hasil percobaan yang dilakukan untuk simulasi alat ini, maka penulis memberikan analisa berdasarkan hasil pengujian dan perancangan sistem.
4.6.1 Langkah – Langkah Pengujian
Berikut adalah langkah-langkah pengujian alat.
1. Mengunduh program ke mikrokontroler dengan bantuan ISP
programmer.
2. Memasang mikrokontroler dan menghidupkan sistem dengan menekan tombol hard on-off.
3. Sesaat setelah sistem dinyalakan maka pada LCD akan keluar timer dan kecepatan.
4. Timer akan menghitung dari 0-30. Jika hitungan sampai diangka 22-28 maka buzzer menyala dan ketika 22-28-30 maka relai akan bekerja. 5. jika tombol reset timer ditekan maka timer akan mulai menghitung
dari 0-30 lagi.
6. Saat dalam kondisi bergerak maka kecepatan akan tampil pada LCD. 7. Saat kecepatan mencapai 80-90 maka buzzer menyala dan saat
4.6.2 Analisa hasil pengujian.
Sistem akan bekerja jika GPS Receiver sudah tersambung dengan satelit (GPS Receiver telah mengirim data ke mikrokontroler).
Sistem berfungsi sesuai apa yang telah dirancang diawal pembuatan.
Gps akan lebih cepat memperoleh data valid atau terhubung dengan satelit jika gps berada di luar ruangan terbuka.
4.7 Listing Program
Berikut adalah potongan listing program pada pembuatan alat kontrol relai 1 channel.
Cuplikan program ini digunakan untuk mengambil data header $GPRMC if(getchar()=='$' &&getchar()=='G' && getchar()=='P' && getchar()=='R') {
for(i=0;i<60;i++) { data[i]=getchar(); }
cuplikan program berikut digunakan untuk parsing data $GPRMC. gps[0]=strtok(data,",");
for(i=0;i<30;i++)
cuplikan program ini berfungsi untuk mengkonversi satuan knot ke km/jam
speed=atof(gps[6]); kec=(float)speed*1.852; itoa(kec,temp);
cuplikan program timer menghitung 0 – 30 detik. {
if(timer>=31){ timer=0; lcd_clear();} }
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Setelah melakukan pengujian alat, maka penulis menyimpulkan sebagai berikut ;
Pada percobaan nyata, rangkaian reset mempunyai delay ± 2 detik, pada analisa teori delay 2,3 detik di dapat saat kapasitor terisi 99%, hal tersebut menunjukkan untuk membloking arus DC kapasitor tidak terisi penuh.
Pada saat hfe 110 arus ib sebesar 0.045 mA, saat hfe sebesar 800 arus ib sebesar 0.00625 mA, hal tersebut menunjukkan bahwa hfe berbanding terbalik dengan nilai kuat arus yang mengalir pada basis transistor.
Induktansi diri berbanding terbalik dengan perubahan waktu, pada sebelumnya perubahan waktu disimulasikan selama 1 detik dan didapat induktansi sebesar 0.00156V, hasil tersebut akan menjadi lebih tinggi jika perubahan waktu menjadi sangat cepat, yang mengakibatkan penggantian diode dengan seri yang berbeda sehingga dapat mengatasi pengaaruh induksi diri dari relai yang bersifat merusak komponen.
Sistem dapat memfungsikan timer sesuai perancangan di awal proyek setelah GPS receiver terhubung dengan satelit.
Sistem dapat menampilkan data kecepatan jika data yang dikirim gps
receiver telah lengkap / valid.
Gps receiver akan cepat terhubung dengan satelit jika berada di luar ruangan (out door).
5.2 Saran
Berdasarkan hasil pengujian dan analisa, maka dapat dibuat saran sebagai berikut :
Alat belum dapat terkoneksi dengan jaringan internet, sebaiknya dihubungkan dengan jaringan internet agar dapat memantau kinerja alat sewaktu-waktu secara real time, dan memungkinkan untuk pengendalian relai jarak jauh saat terjadi keadaan emergency.
Untuk menampilkan data kecepatan sebaiknya digunakan komponen seven-segment display, karena penggunaan LCD 2x16 pada alat terlalu kecil.
DAFTAR PUSTAKA
1. Heri Andrianto, (2015), Pemprograman Mikrokontroler AVR ATmega16 Menggunakan Bahasa C (CodeVisionAVR) revisi kedua, INFORMATIKA, BANDUNG.
2. http://www.insinyoer.com/timer-pada-mikrokontroler-avr/ 3. http://elektronika-dasar.web.id
4. http://yosmedia.blogspot.co.id
5. Meka mulyadi. 2015. Diktat PENGENDALIAN MUTU PERAWATAN KERETA DIESEL DI BALAI YASA DAN DEPO, Yogyakarta. Balai Pelatihan Teknik Traksi Darman Prasetyo.
6. PT keretaapi Indonesia (persero). 1998. Maintainence Intruction kereta diesel (KRD), Bandung. Kantor pusat.
7. www.atmel.com/images/doc2502.pdf 8. www.b2b-antenna.com
LAMPIRAN
A
– 130 Powerful Instructions – Most Single Clock Cycle Execution – 32 x 8 General Purpose Working Registers
– Fully Static Operation
– Up to 16 MIPS Throughput at 16 MHz – On-chip 2-cycle Multiplier
• Nonvolatile Program and Data Memories
– 8K Bytes of In-System Self-Programmable Flash Endurance: 10,000 Write/Erase Cycles
– Optional Boot Code Section with Independent Lock Bits In-System Programming by On-chip Boot Program True Read-While-Write Operation
– 512 Bytes EEPROM
Endurance: 100,000 Write/Erase Cycles – 512 Bytes Internal SRAM
– Programming Lock for Software Security • Peripheral Features
– Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare Modes
– One 16-bit Timer/Counter with Separate Prescaler, Compare Mode, and Capture Mode
– Real Time Counter with Separate Oscillator – Four PWM Channels
– 8-channel, 10-bit ADC 8 Single-ended Channels
7 Differential Channels for TQFP Package Only
2 Differential Channels with Programmable Gain at 1x, 10x, or 200x for TQFP Package Only
– Byte-oriented Two-wire Serial Interface – Programmable Serial USART
– Master/Slave SPI Serial Interface
– Programmable Watchdog Timer with Separate On-chip Oscillator – On-chip Analog Comparator
• Special Microcontroller Features
– Power-on Reset and Programmable Brown-out Detection – Internal Calibrated RC Oscillator
– External and Internal Interrupt Sources
– Six Sleep Modes: Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-down, Standby and Extended Standby
• I/O and Packages
– 32 Programmable I/O Lines
– 40-pin PDIP, 44-lead TQFP, 44-lead PLCC, and 44-pad QFN/MLF • Operating Voltages – 2.7 - 5.5V for ATmega8535L – 4.5 - 5.5V for ATmega8535 • Speed Grades – 0 - 8 MHz for ATmega8535L – 0 - 16 MHz for ATmega8535
8-bit
Microcontroller
with 8K Bytes
In-System
Programmable
Flash
ATmega8535
ATmega8535L
Summary
2502KS–AVR–10/06Note: This is a summary document. A complete document is available on our Web site at www.atmel.com.
