PEMANFAATAN INFRARED DAN REED SWITCH PADA SIMULASI OTOMATISASI PALANG PINTU KERETA API MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ATMEGA16
NASKAH PUBLIKASI
diajukan oleh Irfan Al Ghazali Ibrahim 06.11.1113
kepada SEKOLAH TINGGI MANAJEMEN INFORMATIKA DAN KOMPUTER AMIKOM YOGYAKARTA 2010
i
UTILIZATION OF INFRARED AND REED SWITCH IN SIMULATION USING CROSS GATE RAILWAY ATMEGA16 MICROCONTROLLER
PEMANFAATAN INFRARED DAN REED SWITCH PADA SIMULASI OTOMATISASI PALANG PINTU KERETA API MENGGUNAKAN MIKROKONTROLLER ATMEGA16
Irfan Al Ghazali Ibrahim Jurusan Teknik Informatika STMIK AMIKOM YOGYAKARTA
ABSTRACT This simulation tool is designed to provide a shadow to us that by automating a doorstop train to provide comfort and safety for road users and rail itself. Utilization of Infrared and reed switches that use a magnetic field as a trigger is expected to be useful in this simulation. The function of this tool is to use infrared mounted on both sides of the railroad tracks and the reed switch mounted on the central rail. As the lifter bar the door I use that have a servo motor drivers. In the controller, using a microcontroller atmega16 because it does not require many registers and configuration pins are not so complex. To take advantage of logic programming logic gates AND, ie when two conditions have logic "1" will trigger the second servo to go down so shut the road. How it works is pretty simple tool but have their uses and functions that are very large in the application in the real world.
Keyword : simulation, otomatisation, sensor, gate railway
ii
1.
Pendahuluan Perkembangan terus
berjalan termasuk
dalam
rancang bangun, teknologi
komunikasi dan informasi, dan teknologi bahan. Hal ini membawa pula perkembangan sarana dan prasarana kereta api semakin berkembang dengan cepatnya di dunia khususnya di Indonesia. Banyak jalur lintasan kereta api yang dibangun di Indonesia, sehingga banyak pula dibangun palang pintu kereta api. Sejak beberepa tahun terakhir ini palang pintu kereta api menjadi salah satu penyebab terjadinya kecelakan lalu lintas. Hal ini dikarenakan masih minimnya sarana keamanan di semua palang pintu kereta api sehingga membuat para pengguna jalan masih melanggar peraturan lalu lintas. Lintasan kereta api di Indonesia masih banyak yang tidak dilengkapi palang pengaman disamping harus memasang rambu-rambu juga memasang alarm/ serine, sebab seluruh panca indra yang paling sensetif adalah telinga (pendengaran), sebab pendengaran dapat merespon informasi tanpa dilihat oleh indera penglihatan terutama lintasan yang di sekitarnya banyak bangunan tinggi. Penggunaan otomatisasi pada palang pintu kereta api dapat meningkatkan tingkat keamanan bagi para pengguna jalan dan kereta api itu sendiri. Karena dengan sistem otomatisasi semua kegiatan palang pintu kereta api dapat dijalankan secara otomatis menggunakan sistem komputerisasi yang tingkat kesalahannya bisa dibuat sangat minim. Tentu saja dengan teknologi ini dapat memberikan rasa aman kepada semua pihak yang ada di dalamnya.
2.
Landasan Teori 2.1 Hardware Hardware merupakan perangkat fisik dari sebuah system sehingga dapat dilihat
secara kasat mata. 2.1.1 Mikrokontroler Mikrokontroler adalah suatu keping IC dimana terdapat mikroprosesor dan memori program (ROM) serta memori serbaguna (RAM), bahkan ada beberapa jenis
1
mikrokontroler yang memiliki fasilitas ADC, PLL, EEPROM dalam satu kemasan. Penggunaan mikrokontroler dalam bidang kontrol sangat luas dan populer. Pin-pin pada ATMega16 dengan kemasan 40-pin DIP ( dual in-line package ) ditunjukkan oleh gambar 1. Guna memaksimalkan performa, AVR menggunakan arsitektur Harvard (dengan memori dan bus terpisah untuk program dan data).
Gambar 2.1 Pin-pin ATMega16 kemasan 40-pin 2.1.2 Buzzer Alat output yang berfungsi untuk mengubah gelombang elektromagnetik yang di berikan oleh baseband menjadi gelombang suara yang merambat pada udara dimana rambatan gelombang tersebut akan terdengar oleh manusia sebagai tanda
Gambar 2.2 BUZZER
2
2.1.3
Motor servo
Gambar 2.3 Fisik Motor servo
Penggunaan motor servo pada proyek akhir ini karena motor servo berbeda dengan motor DC dan motor Stepper, tidak seperti kedua motor tersebut, motor servo tidak memerlukan rangkaian driver lagi karena motor servo telah memiliki rangkaian driver didalamnya. Motor servo adalah sebuah motor dengan system closed feedback di mana posisi dari motor servo akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam motor servo. Motor servo terdiri dari sebuah motor, serangkaian gear, potensiometer dan rangkaian kontrol.
2.1.4 Sensor Reed Switch Ketika kekuatan magnetis dihasilkan sejajar dengan saklar buluh, alang-alang menjadi pembawa fluks dalam rangkaian magnetik. Yang tumpang tindih ujung-ujung ilalang menjadi magnet berlawanan kutub, yang menarik satu sama lain.
Jika gaya
magnet antara kutub cukup kuat untuk mengatasi gaya pemulih dari alang-alang, alangalang akan diambil bersama-sama.
Gambar. 2.4 Penampang sensor reed switch
3
2.2 Software Secara umum, sebuah robot digerakan dengan menggunakan sebuah program yang dimasukkan ke dalam mikrokontroller. Program yang dijalankan oleh mikro controller tersusun dari bahasa pemrograman tingkat rendah (low level language) atau disebut juga bahasa mesin. 2.2.1 Bahasa Pemrograman Basic PBASIC dikembangkan oleh Parallax, Inc. untuk mendukung produk mereka, BASIC Stamp. Program yang ditulis dengan PBASIC akan disimpan dalam bentuk token, dalam sebuah EEPROM eksternal, kemudian akan dibaca, diterjemahkan dan dieksekusi saat program dijalankan. Interpreter BASIC ditanam dalam memori program di dalam chip
mikrokontroler
yang
mereka
jual
(berbasis
PIC
atau
Ubicom).
Dalam
penggunaannya, Parallax menjual modul yang terdiri dari mikrokontroler, EEPROM serial, dan komponen pendukung lainnya. 3.1. Perancangan dan pembuatan perangkat keras Elektronik Tahap ini merupakan tahap perencanaan, perancangan, dan pembuatan alat, dari mulai pencarian judul, referensi-referensi, hingga ke analisa rangkaian. Adapun perancangan-perancangan rangkaian yang penulis lakukan meliputi :
Atmega16
Buzzer
Input DC 5V Gambar 3.1 Diagram Alat
4
Mikrokontroler Otak dari aplikasi pintu rel kereta api otomatis adalah mikrokontroller ATMega16. Mikrokontroler ini yang akan mengendalikan semua jalannya system yang terdapat pada pintu rel kereta api otomatis. Yaitu mengendalikan masukan system yang berupa sensorsensor, mengendalikan pergerakan motor stepper sebagai penggerak pintu dan pembangkit pulsa 300 Hz, 500 Hz yang dimanfaatkan sebagai Sirine.
Gambar 3.2 Pemasangan mikrokontroler beserta rangkaian lengkap 3.1.1
Sensor reed swicth
Penerapan sensor ini adalah untuk mendeteksi keberadaan magnet yang terpasang pada kereta. Sehingga sensor memberikan input masukan, yang nantinya akan memicu motor penggerak servo, untuk diturunkan sebagai pertanda kereta api akan melewati perlintasan. Selain itu sensor ini juga akan memicu BUZZER, sebagai pengganti sirine untuk diaktifkan. 3.1.2
Infra Red dan Photodioda
Gambar 3.3 Sistem Infra Red
5
3.1.3
Buzzer
Alat output yang berfungsi untuk mengubah gelombang elektromagnetik yang di berikan oleh baseband menjadi gelombang suara yang merambat pada udara dimana rambatan gelombang tersebut akan terdengar oleh manusia sebagai tanda. 3.1.4
Catu daya Rangkaian
Power Supply yang pakai menggunakan Transformator 1 A sebagai penurun daya 12 VAC, dua buah Dioda IN4002 sebagai penyearah arus dari AC menjadi DC, dan Elco 2200 uF sebagai perata arus. Arus yang keluar dari rangkaian tersebut masih 12 VDC sehingga untuk menghasilkan 5 VDC haruslah ditambahkan komponen regulator 7805.
Gambar 3.4
Skematik rangkaian catu daya
3.1.5 Downloader Rangkaian Downloader versi ATMega16 yang digunakan sangat berbeda dengan Downloader versi AT89S51, dalam hal penyambungan antar komponen serta letak pinya pun berbeda. 3.1.6 Sistem Reset Sistem reset berfungsi mengembalikan kondisi kerja mikrokontroler pada posisi awal. pin ini harus diberi logika 1 selama 2 siklus mesin untuk mengaktifkannya. 3.2 Perancangan Mekanik
Gambar 3.5 Rancangan Mekanis
6
3.2.1
Motor servo sebagai palang pintu
Gambar 3.6 Rancangan Motor Servo 3.2.2
LED Penanda
LED ini akan mati apabila reed swetch pembuka terpicu. Bahan yang digunakan adalah acrylic sepanjang 8,5 cm. Diujungnya dipasang sebuah red lamp biasa. LED Penanda berjumlah 2 buah yang dipasang di pinggir rel kereta api.
Gambar 3.7 Rancangan LED Penanda 3.3 Perancangan dan Pembuatan Perangkat Lunak
Gambar 3.8 Flowchart Program
7
3.
Pembahasan dan Pengujian Alat
4.1 Bagian Elektronis Bagian elekntronis sesungguhnya merupakan bagian yang paling rentan terhadap kerusakan dan kesalahan pembuatan. Oleh karena itu agar sistem pengendalian tidak mudah rusak, saya membagi menjadi tiga bagian elektronis ditambah sumber daya listrik. 4.1.1 Board Mikrokontroler
Gambar 4.1 Board Mikrokontroler 4.1.2 Sensor reed switch
Gambar 4.2 Peletakan Reed Switch Reed switch dipasang atau ditanam dibawah rel kereta api agar tidak mengganggu perjalanan kereta api. Hal ini juga dimaksudkan agar reed switch tidak terlindas oleh batangan kereta api mengingat switch ini terbuat dari kaca yang rentan terhadap tekanan yang kecil sekalipun.
Gambar 4.3 Magnet Lokomotif
8
4.1.3 Infra Red
Gambar 4.4 Infrah Red dan Photodioda Pemasangan
Infra reed
ini harus sejajar dengan pemasangan photodiode
sebagai satu kesatuan sistem yang seri. Sehingga apabila satu komponen elektronika ini tidak berfunsi, maka seluruh sistem sensor ini juga tidak berfungsi. Cara kerja alat ini adalah, apabila infra merah mendapat arus, maka akan memancarkan cahaya. 4.1.4 LED Penanda
Gambar 4.5 LED Penanda 4.1.2
Buzzer
Gambar 4.6 Buzzer Buzzer ini berfungsi sebagai bel penanda saat kereta api melintas. Buzzer ini aktif saat sensor inframerah dan reed switch ke 1 aktif secara bersamaan sebagai penanda bahwa kereta api sedang melewati wilayah tersebut.
9
4.2 Pembuatan Mekanik
Gambar 4.7 Mekanik Rel Kereta Api
4.2.1
Servo Palang Pintu
Gambar 4.8 Servo Palang Pintu
Reed switch ke -2 terpicu, maka palang pintu tersebut bergerak berlawan arah jarum jam (ccw) sebagai asumsi kereta sudah lewat dan pintu gerbang sudah terbuka sehingga pengendara bisa melaju. Tinggi palang pintu ini adalah 8.5cm dengan jarak antar servo adalah 9 cm. 4.3
Pembuatan Perangkat Lunak
Kode program tersebut dapat menjelaskan bahwa dalam setiap pemberian inputan pada mikrokontroler didahului dengan karakter $ atau dollar, hal ini menunjukan bahwa kita sedang memberikan instruksi fungsi kepada mikro kontroler. Regfile menunjukan pengalamatan jenis mikrokontroler. Crystal adalah memori clock pada mikrokontroler yang besarnya antara 1-8000000 Hz.
10
4.3.1
Inisialisasi
Sebelum melakukan proses aplikasi algoritma pemrograman, terlebih dahulu harus melakukan inisialisasi port yang digunakan mikrokontroler sebagai gerbang input output atau I/O gate yang nanti akan tesambung dengan rangkaian luar, sehingga tidak ada kesalahan pengalamatan register pada mikrokontroler. Config Timer1 = Timer , Prescale = 1
Config 'buzzer
Pina.0
=
Config Pina.5 = Output 'led
status
Config Pina.1 = Input Config Pina.2 = Input Config Pina.3 = Input Config Pina.4 = Input Config Pind.0 = Input Config Pind.1 = Input
Declare Sub Buka Declare Sub Tutup
Declare Sub Tanda Declare Sub Bunyi Declare Sub Diam
Dim Cacah As Byte
Pwm_1 Alias Portd.5
11
Output
Pwm_2 Alias Portd.4 Sw1 Alias Pina.4 Sw2 Alias Pina.3 Sw3 Alias Pina.2 Sw4 Alias Pina.1
Photo1 Alias Pind.0 Photo2 Alias Pind.1
Led_sts Alias Porta.5 Buzzer Alias Porta.0 '================================================================= ============== Set Porta.4 merah
'
Set Porta.3 orange
'
Set Porta.2 kuning
'
Set Porta.1 hijau
'
Set Portd.0 Set Portd.1 Reset Porta.5
4.3.2
Rutin
Do If Photo2 = 1 And Sw2 = 0 Then Do Call Tutup Call Tanda
12
Call Bunyi Loop Until Sw4 = 0 Bitwait Sw4 , Set For Cacah = 1 To 100 Call Buka Next Cacah
Elseif Photo1 = 1 And Sw3 = 0 Then Do Call Tutup Call Tanda Call Bunyi Loop Until Sw1 = 0 Bitwait Sw1 , Set For Cacah = 1 To 100 Call Buka Next Cacah End If Loop Kode diatas digunakan untuk mengaktifkan buzzer, yaitu apabila buzzer dapat inputan aktif maka buzzer akan berbunyi “bep” selama 25ms kemudian mati selama 25 ms, begitujuga seterusnya, sehingga suara akan terputus – putus.
Gambar 4.9 Downloader
13
4.4 Pengujian 4.4.1
Pengujian Elektronik
Pengujian ini meliputi pengujian pada board mikrokontroler, reed switch, LED dan photodiode. 4.4.1.1 Pengujian Board Mikrokontroller
Gambar 4.10 Pengujian Board Mikrokontroler Output yang keluar dari board mikrokontroler tersebut harus kurang dari 5 - 6 volt sehingga board tersebut dikatakan sudah bekerja dengan baik. Apabila tegangan melebihi 6 volt, maka akan mengakibatkan mikrokontroler mati dan tidak dapat digunakan.
Gambar 4.11 Hasil Pengukuran 4.4.1.2
Pengujian Reed Switch
Gambar 4.12 Pengujian Reed Switch
14
Pengujian ini menggunakan magnet yang didekaatkan ke switch, apabila switch hidup maka arus akan mengalir sebesar inputan dari catu daya. 4.4.1.3
Pengujian LED
Gambar 4.13 Pengujian LED 4.4.1.4
Pengujian Infra merah dan Photodioda
Gambar 4.14 Infra merah dan Photodioda 4.
Kesimpulan Dari beberapa tahap perancangan, pembuatan dan pengujian yang telah
dilakukan dapat diambil kesimpulan antara lain : 1. Mekanik dapat bekerja sesuai fungsi yang dinilai sangat rapi sehingga tidak terlalu banyak mengalami modifikasi. 2. Sudut dari servo yang paling efektif digunakan dalam palang pintu adalah 90
0
3. Penggunaan logika AND pada reed switch dan infra merah dapat mengatasi noise yang ditimbulkan oleh lingkungan luar. 4. Buzzer dan LED dapat bekerja dengan sinkron, sehingga dapat dianggap sebagai simulasi yang efektif.
5. Penentuan letak reed switch yang membutuhkan sinkronisasi dengan timer yang ada dimikrokontroler relative sulit. 6. Reed switch harus terlindung dari tekanan sekecil apapun. 7. Input photodiada dan infra merah ke dalam mikrokontroler yang kurang cepat 15
DAFTAR PUSTAKA Budiarto. Widodo, S.Si, M.Kom, 2004 “interfacing Komputer dan Mikrokontoler” , Penerbit Elex Media Komputindo H.M.Jogiyanto, 1994 “Teori dan Aplikasi Program Komputer Bahasa BASIC untuk IBM dan Kompetibelnya” Iswanto, 2008 “Desain dan Implementasi Desain Embeded Mikrokontroler ATMega8535 dengan Bahasa Basic”, Penerbit Gava Media, Yogyakarta
16
