36
BAB III PERANCANGAN SISTEM
3.1
Diagram Blok Rangkaian Perancangan sistem traffic light pada empat persimpangan pada jalan raya ini
menggunakan Arduino uno, yang berfungsi untuk mengontrol atau memonitor semua aktifitas yang terjadi pada lampu traffic light merah, kuning hijau, relay dan seven segment. Sebuah diagram blok perancangan sistem ditunjukan pada gambar dibawah ini :
A R
RELAY
LAMPU TRAFFIC
D POWER SUPPLY
U I N
IC (Integrated Circuit)
O
Gambar 3.1. Diagram Blok Sistem
SEVEN SEGMENT
37
Secara garis besar perancangan ini terdiri atas 2 bagian utama, yaitu perancangan perangkat keras (Hardware) dan perancangan perangkat lunak (Software). Perancangan perangkat keras meliputi perancangan rangkaian power supply dan perancangan rangkaian kontrol. Dalam rangkaian kontrol ini terdapat rangkaian lampu pilot, relay, led dan IC yang dirancang dalam satu rangkaian kontrol. Untuk perancangan perangkat lunak meliputi program berbasis bahasa C yang sudah tertanam dalam bootloader Arduino. Perangkat lunak adalah otak dari pada mikrokontroler atau arduino yang akan menjalankan atau memberikan perintah kepada perangkat keras untuk bekerja sesuai dengan program yang diberikan melalui arduino.
3.2
Perancangan Perangkat Keras Perancangan perangkat keras meliputi semua perangkat atau rangkaian yang
digunakan untuk mendukung terwujudnya alat ini secara keseluruhan. Secara garis besar, perangkat keras ini terdiri dari rangkaian Arduino yang didalamnya sudah terdapat IC mikrokontroler ATmega 328, rangkaian kontrol yang berfungsi sebagai pengendali dari semua device atau peralatan yang akan dikontrol dan sebagai penghubung masing-masing perangkat dengan arduino dan sebuah papan peraga atau simulasi. Dalam rangkaian kontrol terdapat rangkaian lampu pilot, relay, IC, led, dan rangkaian pendukung lainnya.
38
3.2.1
Rangkaian Arduino UNO
Gambar 3.2. Rangkaian Arduino Uno
Sebuah rangkaian Arduino UNO ditunjukan pada gambar diatas. Arduino UNO menggunakan mikrokontroler ATmega328 dan memiliki 14 input output dan 6 input analog (dimana 6 dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack power, ICSP header, dan tombol reset.
39
Arduino
UNO
berisi
feature-feature
yang
diperlukan
untuk
mendukung
mikrokontroler, antara lain yaitu : •
Mikrokontroler : ATMEGA328
•
Tegangan Operasi : 5V
•
Tegangan Input (recommended) : 7 - 12 V
•
Tegangan Input (limit) : 6-20 V
•
Pin digital I/O : 14 (6 diantaranya pin PWM)
•
Pin Analog input : 6
•
Arus DC per pin I/O : 40 mA
•
Arus DC untuk pin 3.3 V : 150 mA
•
Flash Memory : 32 KB dengan 0.5KB digunakan untuk bootloader
•
SRAM : 2 KB
•
EEPROM : 1 KB
•
Kecepatan Pewaktuan : 16 Mhz
Sumber tegangan untuk Arduino UNO dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan catu daya eksternal. Sumber daya dipilih secara otomatis. Eksternal (nonUSB) daya dapat berasal baik dari AC ke adaptor DC atau baterai. Arduino dapat beroperasi dengan pasokan tegangan eksternal 6 sampai dengan 20V. Apabila diberikan tegangan kurang dari 7V, jika diukur tegangan pada pin 5V kemungkinan akan kurang dari 5V dan dapat menyebabkan board arduino tidak stabil. Jika
40
menggunakan lebih dari 12V, regulator tegangan bisa panas dan merusak board arduino. Kisaran yang disarankan adalah 7 sampai 12 volt.
3.2.2
Rangkaian Power Supply Rangkaian ini digunakan sebagai suplay tegangan ke semua rangkaian.
Rangkaian power supply ditunjukan seperti pada gambar dibawah ini :
Gambar 3.3. Power Supply 12V
Gambar diatas menunjukan sebuah rangkaian power supply 12V. Trafo CT adalah trafo step down 2A yang berfungsi untuk menurunkan tegangan 220VAC ke 15VAC. Keluaran 15VAC kemudian disearahkan oleh 2 buah dioda. Selanjutnya tegangan 12VDC akan diratakan oleh kapasitor 3000µF, sehingga tegangannya menjadi 15VDC. IC 7812 berfungsi untuk menurunkan tegangan dari tegangan
41
15VDC menjadi 12VDC. Setelah tegangan diturunkan, lalu dikuatkan lagi oleh sebuah kapasitor C2. Sebuah LED dipasang sebagai indikator output pada power supply.
3.2.3
Rangkaian Kontrol Lampu Pilot Rangkaian kontrol adalah sebuah rangkaian yang terdiri dari rangkaian input
dan output yang berfungsi sebagai pengendali dari semua device atau peralatan yang akan dikontrol. Sebagai input adalah sebuah relay 5V/220V yang berfungsi sebagai kontak NC (Normally Close) atau NO (Normally Open). Sedangkan outputnya yaitu lampu pilot merah, kuning dan hijau sebagai penampil indikator traffic yang mempuyai tegangan 220V. Sedangkan tiga buah led, yaitu led warna merah, kuning dan hijau. Led warna merah, kuning, hijau mengindikasikan bahwa sistem sedang bekerja secara normal.
Table.3.1. Lampu traffic 1 dan lampu traffic 2
Hijau 1 Hijau 2 Kuning 1 Kuning 2 Merah 1 Merah 2
25 detik 1 0 0 0 0 1
5 detik 0 0 1 0 0 1
5 detik 20 detik 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0
5 detik 0 0 0 1 1 0
5 detik 0 0 1 0 0 1
42
Traffic Light 2
Traffic Light 1
Traffic Light 2
Traffic Light 1
Gambar 3.4. Skema Traffic Light Simpang Empat
3.2.4
Rangkaian Kontrol Seven Segment Prinsip kerja dari seven segment pada rangkaian ini adalah segmen yang
digunakan untuk menampilkan angka dari angka 0 sampai dengan angka 9. Seven
43
segmen ini tersusun atas 7 batang LED yang disusun membentuk angka 8 dengan menggunakan huruf a-f. Agar menghemat penggunaan pin I/O maka digunakan sebuah IC 74HC595. IC 74HC595 (8-bit serial-in/ serial or parallel-output shift register) ini memiliki 8-bit input serial dengan 8-bit output serial atau output paralel dan IC ini juga memiliki storage register yang mana mempunyai pin input pulsa clock yang terpisah dengan shift registernya. IC 74HC595 adalah shift register dengan input berupa clock, data dan latch. Berguna untuk menghemat penggunaan pin I/O pada MCU atau Arduino.
Salah satu cara untuk menghasilkan sinyal-sinyal pengendali dari suatu seven segment display yaitu dengan menggunakan sebuah sevent-segment decoder. Seven-segment decoder membutuhkan 4 input sebagai angka berbasis heksadesimal yang dinyatakan dalam bahasa mesin (bilangan berbasis biner) kemudian sinyalsinyal masukan tersebut akan “diterjemahkan” decoder ke dalam sinyal-sinyal pengendali seven-segment display. Sinyal-sinyal pengendali berisi 7 sinyal yang setiap sinyalnya mengatur aktif-tidaknya setiap LED.
Selanjutnya kita akan mencoba merancang sebuah hex to seven-segment decoder untuk seven-segment berjenis common-cathode, yakni seven-segment yang setiap LED nya aktif jika diberi sinyal HIGH atau 1. Gambar ilustrasi dan tabel kebenaran dari dekoder tersebut adalah sebagai berikut.
44
Gambar 3.5. Rangkaian Seven Segment dengan menggunakan IC 74HC595
45
Tabel 3.2. Kebenaran Seven Segment
Dekoder tersebut memiliki 7 keluaran yang masing-masing keluarannya memiliki fungsi tertentu. Kita dapat mendapatkan 7 buah fungsi Boolean a, b, c, d, e, f, dan g dengan membuat peta Karnaugh nya sebagai berikut.
a = A’BD + AB’C’ + B’D’ + A’C + BC + AD’
46
b = A’C’D’ + A’CD + AC’D + B’C’ + B’D’
c = B’C’ + B’D + C’D + A’B + AB’
d = BC’D + B’D’ + B’C + CD’ + AD’ + AB’
e = B’D’ + CD’ + AB + AC
47
f = A’BC’ + ACD + AB’D + C’D’ + BD’
g = A’BD’ + BC’ D + B’C + AC + AB’
Dengan demikian, kita dapat memperoleh fungsi-fungsi Booleannya :
3.2.5
Led Seperti telah dijelaskan sebelumnya, dalam perancangan ini terdapat tiga buah
led yang berfungsi sebagai indikator untuk memonitor lampu traffic light yang
48
bertegangan 220V. Sistem berjalan normal, jika lampu led merah, kuning hijau menyala secara bergantian sesuai dengan waktu yang kita inginkan.
3.3
Perancangan Perangkat Lunak Perangkat lunak yang direncanakan adalah perangkat lunak untuk mendukung
perangkat keras. Perangkat lunak berisi program-program yang akan digunakan untuk memberikan sejumlah perintah yang akan dieksekusi oleh mikrokontroler. Sebuah perangkat lunak akan dapat bekerja dengan baik jika sejumlah perintah yang diberikan mikrokontroler dapat dieksekusi dengan baik sesuai dengan perintah program yang diberikan. Maka, antara perangkat lunak dan perangkat keras harus sinkron, sehingga sistem dapat bekerja dengan baik. Pada gambar dibawah ini menunjukan flowcart dari keseluruhan sistem traffic light.
49
START
INISIALISASI PROGRAM
DATA
RELAY “NC”
DATA
RELAY “NO” IC 74 HC595
LAMPU TRAFFIC 1 220V MERAH
LAMPU TRAFFIC 2 220V MERAH
SEVEN SEGMENT
DATA DATA RELAY “NC”
RELAY “NO” IC 74 HC595
LAMPU TRAFFIC 1 220V KUNING
LAMPU TRAFFIC 2 220V KUNING SEVEN SEGMENT DATA
RELAY “NC”
RELAY “NO”
LAMPU TRAFFIC 1 220V HIJAU
LAMPU TRAFFIC 2 220V HIJAU
Gambar.3.6. Flowchart Sistem Traffic Light
Perancangan perangkat lunak merupakan perancangan algoritma program untuk merealisasikan algoritma-algoritma pada sistem perancangan ini. dari gambar
50
flowcart diatas, maka dapat ditentukan alogaritma untuk masing-masing elemen. yang meliputi alogaritma relay 220VAC/5VDC untuk memberi tegangan kepada lampu indikator, alogaritma arduino, dan alogaritma IC 74HC595 untuk seven segment.
3.3.1
Algoritma Relay 220VAC/5VDC Pada perancangan ini terdapat beberapa relay 220VAC/5VDC, yaitu
komponen yang berfungsi sebagai switch untuk menghidupkan lampu 220VAC yang mendapat inputan/perintah dari Arduino yang bertegangan 5VDC, dimana ia akan mendeteksi keadaan NC atau NO.
Relay 220VAC/5VDC dengan spesifikasi sebagai berikut: Coil Data •
Nominal Voltage 3 VDC to 48 VDC
•
Coil Resistance 50 ±10%
•
Operate Voltage 3.75V
•
Release Voltage 0.5V
•
Nominal Power Consumption 360 to 450 mW
Contact Data •
Contact Material AgCdo
•
Contact Rating 15A 120VAC / 24 VDC (1A)
•
Max. Switching Voltage 110 VDC / 240 VAC
•
Max. Switching Current 15A
51
•
Max. Switching Power 1800 VA , 360W
•
Contact Resistance ( Initial ) 50 m••. at 6 VDC 1A
•
Life Expectancy: Electrical 100,000 operations at nominal load / Mechanical 10,000,000 operations
General Data •
Insulation Resistance Min.100M•• at 500 VDC
•
Dielectric Strength 750VAC , 1min between open contacts
•
1,500VAC , 1min between contacts and coil
•
Operate Time Max. 8ms
•
Release Time Max. 5ms
•
Temperature Range -30 to +85 ••
•
Shock Resistance 10G
•
Vibration Resistance 10 - 55 Hz , Amplitude 1.5mm
3.3.2. Alogaritma IC 74 HC 595 IC 74HC595 (8-bit serial in, serial/parallel output shift register) yang memiliki paralel output untuk menentukan alamat atas karena IC ini mempunyai shift register 8 tingkat untuk mengatur/mengubah input data serial 8-bit menjadi output data paralel. IC ini selain memiliki shift register juga memiliki storage register untuk menyimpan hasil atau data yang didapat dari shift registernya yang mana input pulsa clock untuk storage register terpisah dengan input clock bagi shift registernya.
52
Input data serial berasal dari pin 14 (DS) yang kemudian masuk ke shift register. Untuk pulsa clock pemicu inputan shift register berasal dari pin 11 (SHCP). Kemudian data paralel yang dihasilkan oleh shift register dikirimkan ke storage register dengan pulsa clock pemicunya berasal dari pin 12 (STCP). Lalu data yang telah disimpan pada storage register akan dikeluarkan pada pin Q0 sampai Q7 bila pada pin 13 (OE’) diberikan kondisi masukan rendah (LOW).
Gambar 3.7. Diagram Fungsi 74HC595
53
Gambar 3.8. Diagram Logika 74HC595
Data serial akan masuk dari DS masuk ke pin input flip-flop pertama (FF0) yang kemudian bila pada pin SHCP diberikan pulsa dari rendah ke tinggi maka data dari FF0 pada pin Q akan diteruskan ke latch pertama dan juga ke FF1 untuk melakukan stage berikutnya. Kemudian dari latch, data akan dikeluarkan bila pada STCP diberikan pulsa rendah ke tinggi dan juga bila pada OE’ diberikan nilai kondisi rendah (low). Untuk proses stage berikutnya akan sama dengan stage 0 namun data awal yang diterima pada masing-masing flip-flopnya pada pin D berasal dari output yang
54
dihasilkan oleh flip-flop sebelumnya. Atau untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada timming diagram IC 74HC595.
Gambar 3.9. Timming Diagram 74HC595
Pin 13 (OE’/G’) langsung digroundkan untuk mengaktifkan IC ini sehingga dapat mengeluarkan data paralel yang telah dihasilkan pada pin outputnya Q0-Q7 atau QA-QH. Pin 10 (MR’/CLR’) langsung dihubungkan ke VCC untuk meniadakan fungsi master reset pada IC 74HC595 ini. Sama seperti Blok Pengontrol, input data serial berasal dari sumber yang sama (D0).
55
