Implementasi Metode Analisa Pulsa WIM (Weigh in Motion) pada Pengukuran Beban Kendaraan Bergerak Berbasis Mikrokontroler

257

Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 2015

Implementasi Metode Analisa Pulsa WIM (Weigh in Motion) pada Pengukuran Beban Kendaraan Bergerak Berbasis Mikrokontroler Debit Bahtera*), Firdaus**), Dodon Yendri***), Latifah Arief****) * *** **** † † Sistem Komputer, Universitas Andalas ** Teknik Elektro, Politeknik Negeri Padang E-mail : *[email protected], **[email protected], ***[email protected], **** [email protected] Abstrak Salah satu fungsi dan peran jembatan timbang adalah untuk melakukan pengawasan jalan melalui pemantauan angkutan barang. Penelitian ini bertujuan untuk merancang sebuah sistem yang dapat mengukur beban kendaraan bergerak berbasis mikrokontroler. Sistem ini terdiri atas empat komponen utama yaitu sensor load cell untuk mengukur berat kendaraan sedang berjalan, dua sensor infra red sebagai penanda awal dan akhir posisi kendaraan, mikrokontroler sebagai pengolahan metode analisa pulsa WIM (weigh in motion) dan LCD (liquid crystal display) untuk menampilkan hasil pengukuran berat dan kecepatan kendaraan. Pengujian sistem dilakukan dengan mengisi beban berat 100 g, 200 g, 300 g, 400 g, 500 g, 600 g, 700 g, 800 g dan 900 g. Hasil penelitian dari sepuluh kali pengujian diperoleh bahwa nilai error terkecil terjadi pada kondisi kendaraan yang diisi dengan muatan atau beban 400 g pada saat kendaraan melaju dengan kecepatan 0,12 m/s yakni sebesar 5.57 %. Kata kunci: Load Cell, Sensor Infra Red, Mikrokontroler, LCD, Metode Analisa Pulsa WIM.

1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Jembatan timbang adalah seperangkat alat untuk menimbang kendaraan barang yang dapat dipasang secara tetap atau dapat dipindahpindahkan (portable) untuk mengetahui berat kendaraan beserta muatannya. Fungsi dan peranan jembatan timbang adalah untuk melakukan pengawasan jalan melalui kegiatan pemantauan angkutan barang di jalan raya yang hasilnya dapat digunakan untuk perencanaan transportasi[1]. Kendaraan yang biasanya ditimbang seperti truk gandeng, truk tangki dan sebagainya[2]. Sistem WIM (Weigh In Motion) adalah perangkat yang mengukur massa poros dinamis kendaraan yang bergerak untuk memperkirakan massa poros statis yang sesuai. Konsep WIM menggunakan beberapa sensor berat yang dipasang di bawah permukaan jalan dan sinyal output dari sensor dihubungkan ke komputer untuk dilakukan perhitungan mengukur berat kendaraan yang sedang bergerak[3]. 1.2 Tinjauan Pustaka 1.2.1 Metode Analisa Pulsa WIM Metode Taek Kwon and Bibhu Aryal adalah salah satu metode pengolahan pulsa yang dapat dilakukan berdasarkan tinggi pulsa,

ISBN: 979-26-0280-1

luasan dibawah pulsa dan modifikasi dari luasan dibawah pulsa. Pulsa hasil WIM[4] diilustrasikan pada Gambar 1.

Gambar 1. Ilustrasi Metode Analisa Pulsa WIM Pendekatan kalkulasi melalui persamaan 1 [4]. W=∑

–

pulsa

dilakukan

(1)

Dengan N = dan TL = L/S; L = lebar sensor. S adalah kecepatan kendaraan, x(j) adalah output pulsa, dan bj adalah idle level. 1.2.2 Load Cell (Sensor Berat) Load Cell adalah sebuah sensor elektromekanik yang berfungsi untuk

258


mengukur besarnya gaya statik maupun dinamik yang bekerja padanya. Besarnya deformasi Load Cell ini sebanding dengan besarnya gaya[5]. 1.2.3 Infra Red Sensor (Sensor Infra Merah) Infra red sensor atau sensor infra merah adalah sinar elektromagnet yang panjang gelombangnya lebih dari pada cahaya tampak yaitu diantara 1 mm sampai dengan 700 mm. 1.2.4 LED Infra Merah LED infra merah berkarakteristik cahaya infra merah yang tidak tampak oleh manusia, tidak dapat menembus materi yang tidak tembus pandang dan dapat ditimbulkan oleh komponen yang menghasilkan panas[7] dan ditangkap menggunakan photodiode [8]. 1.2.5. Arduino Uno Arduino Uno [9] adalah board (papan) berbasis mikrokontroler pada ATmega328. 1.2.6 LCD (Liquid Crystal Display) LCD yang digunakan merupakan LCD Character 16x2, dengan 16 pin konektor[10].

mengukur berat kendaraan ketika sensor infra red pertama (IR1) dilewati oleh kendaraan dan berhenti saat sensor infra red kedua (IR2) dilewati kendaraan. Hasil pembacaan sensor infra red dan sensor load cell adalah berupa sinyal analog dan dikirim ke mikrokontroler. Selanjutnya mikrokontroler akan memprosesnya dengan mengkonversi sinyal analog menjadi sinyal digital agar dapat diolah dengan Metode Analisa Pulsa WIM. Hasil berat beban dan kecepatan kendaraan bergerak ditampilkan melalui LCD. 3.2 Rancangan Mekanik

2. METODE PENELITIAN Penelitian ini dimulai dengan perencanaan sistem dalam bentuk breadboard (papan rangkaian) berdasarkan kerja komponen dengan mempertimbangkan faktor kesesuaian komponen dalam sistem, membuat lay-out (rancangan) board arduino, perakitan komponen dan pemrograman perangkat lunak serta pengujian setiap komponen baik perangkat keras maupun perangkat lunak. Perngkat keras untuk pembuatan sistem yaitu 2 buah sensor infra red, sensor berat load cell, weight sensor module Hx711, 2 buah led LCD.

3. PERANCANGAN SISTEM 3.1 Perancangan Perangkat Keras Perancangan perangkat keras ditunjukkan pada blok diagram sistem (Gambar 2). Infra Red

Load Cell

Arduino UNO / Mikrokontroller ATMega328 (Analog Digital Converter)

LCD

Metode Analisa Pulsa WIM

Gambar. 2. Blok Diagram Rancangan Sistem Proses pertama dilakukan oleh dua buah sensor infra red yang bekerja untuk mengawali dan mengakhiri proses pengukuran beban kendaraan bergerak. Proses kedua dilakukan oleh sensor load cell dan akan bekerja

ISBN: 979-26-0280-1

Gambar 3. Rancangan Mekanik Keterangan : 1. Sensor Infra Red 2 (IR2) 2. Weight Sensor Module Hx711 3. Celah Pengukuran load cell 4. Sensor load cell 2 kg 5. Arduino Uno berbasis Mikrokontroler ATMega328 6. LCD 16x2 7. Sensor Infra Red 1 (IR1) Sensor IR1 digunakan sebagai penanda awal perhitungan beban kendaraan bergerak dan dihubungkan dengan satu buah LED penanda yang berwarna hijau. Jika sensor IR1 tidak terhalang benda maka LED hijau tidak akan menyala, sebaliknya jika sensor IR1 terhalang benda maka LED hijau akan menyala. Berikut Tabel 1 memperlihatkan konfigurasi pin sensor IR1.

259


Tabel 1. Konfigurasi pin Sensor Infra Red 1 dengan board Arduino Uno Sensor Infra Red 1 Board Arduino Uno GND GND OUT A2 VCC 5V Sensor berat load cell digunakan sebagai pengukur berat dari kendaraan yang bergerak. Sebelum sensor berat load cell ini terhubung ke board arduino uno, sensor berat load cell akan terhubung ke sebuah modul penguat keluaran output dari load cell. Modul penguat ini bernama Weight Sensor Module Hx711. Konfigurasi pin sensor load cell ditunjukkan pada Tabel 2. Tabel 2. Konfigurasi Pin Sensor Load Cell dengan Weight Sensor Module Hx711 Weight Sensor Module Sensor Load Cell Hx711 MERAH E+ HITAM EPUTIH S+ BIRU SWeight Sensor Module Hx711 ini berfungsi untuk mengeluarkan hasil pembacaan data berat dari load cell berupa data digital. Sensor IR2 dihubungkan dengan satu buah LED berwarna merah. Jika sensor IR2 tidak terhalang benda maka LED yang berwarna merah tidak akan menyala, dan sebaliknya jika sensor IR1 terhalang benda maka LED yang berwarna merah akan menyala. Setelah sensor IR2 mendeteksi halangan/benda maka proses perhitungan beban dilakukan oleh arduino uno. Konfigurasi pin sensor IR2 dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Konfigurasi Pin Sensor Infra Red 2 dengan board Arduino Uno Sensor Infra Red 2 Board Arduino Uno GND GND OUT A3 VCC 5V 4.3 Perancangan Perangkat Lunak Perancangan perangkat lunak dimulai dengan mengukur berat kendaraan yang berisi muatan berjalan. Setelah kendaraan melewati

ISBN: 979-26-0280-1

sensor IR2, proses perhitungan berat kendaraan bergerak ini akan dilakukan dengan beberapa langkah, yaitu : 1. Menghitung kecepatan (V) Untuk menghitung kecepatan kendaraan digunakan persamaan [11] : (2)

adalah kecepatan (meter/detik), adalah jarak antara sensor WIM awal dan akhir (meter), adalah nilai sample dari konversi A/D (Analog/Digital), adalah jumlah periode sampel antara pencocokan awal dan akhir. 2.

Menghitung nilai TL [11].

TL = L S

(3)

adalah periode pengukuran antara lebar sensor dengan kecepatan kendaraan, adalah lebar sensor, dan adalah kecepatan kendaraan. 3.

Menghitung nilai N[11].

N=

(4)

N adalah penyesuaian lebar sensor yang terukur, adalah periode pengukuran antara lebar sensor dengan kecepatan kendaraan rumus referensi, adalah 2 dikali selisih waktu awal dengan waktu akhir, adalah waktu akhir, adalah waktu awal. 4. Menghitung nilai F (Berat Weigh In Motion)[12] Fv = ∑

i

Fi / Te

Ts

(5)

i adalah berat beban sensor yang diukur dari awal sampai akhir, adalah waktu akhir dalam satuan detik (s), adalah waktu mulai dalam satuan detik (s), I adalah nilai beban yang diukur dengan sensor WIM

Tahapan perancangan perangkat lunak ditunjukan pada Gambar 3.

260


Mulai Inisialisasi lcd, IR1, IR2, N, TL,W, V

kendaraan berisi muatan berjalan

T

Sensor IR1 = terhalang kendaraan Y Mulai merekam data berat (∑ 𝑊)

T Sensor IR2 = terhalang kendaraan Y 𝑆

0,77

𝑇𝐿 𝑁

𝑡

3,4 ∑𝑊 𝑡

𝐹

00

77 𝑡

+

𝑡 ∑𝑊

000 00 𝑇𝐿

𝑁

Tampilkan berat kendaraan bergerak dan kecepatan kendaraan dengan LCD

Selesai

Gambar 3. Flowchart Sistem pada Mikrokontroler

4. HASIL DAN ANALISA Sistem WIM terdiri dari lima bagian utama, yaitu (1) lintasan WIM (133x14 cm) dengan celah 3.4 cm yang terhubung ke sensor load cell, (2) dua buah rangkaian sensor infra red (IR1) dan (IR2) berjarak 77 cm., (3) sensor load cell 2 kg dengan modul Hx711, (4) mikrokontroler sebagai pengolah data berat dan (5) LCD untuk menampilkan berat kendaraan yang bergerak (Gambar 4).

Gambar 4. Hardware Sistem WIM

ISBN: 979-26-0280-1

4.1 Pengujian Sensor IR1 dan IR2 dengan Arduino Uno Hasil pengujian sensor IR1 ditunjukkan pada Tabel 4 dan sensor IR2 pada Tabel 4. Tabel 4. Perubahan Nilai V dan ADC pada Sensor IR1 V V AD Erro Posisi (multimeter (teori C r (%) ) ) Terbuka 3.24 V 693 3.39 4.42 V Terhalan 4.76 V 1021 4.99 4.61 g V Tabel 5. Perubahan Nilai V dan ADC pada Sensor IR2 V V AD Erro Posisi (multimeter (teori C r (%) ) ) Terbuka 2.30 V 497 2.43 5.34 V Terhalan 4.77 V 1022 5 V 4.6 g 4.2 Pengujian Sensor Load Cell Pengujian sensor load cell dilakukan ketika benda yang diukur dalam keadaan tidak bergerak (statis). Sensor load cell terhubung dengan Weight Sensor Module Hx711. Weight Sensor Module Hx711 terhubung ke board arduino uno melalui beberapa pin (Tabel 3.2). Untuk komunikasi serial digunakan baud rate 38400. Pengujian hasil pengukuran sensor load cell dan error dtunjukkan pada Tabel 6. Tabel 6. Hasil Pengujian Pada Load Cell Kondisi Beban Statis Hasil Pengukuran (gram) pada Error No. (%) Timbangan Load Cell Analog 1 109.05 100 9.05 2 202.14 200 1.07 3 304.86 300 1.62 4 397.95 400 0.51 5 493.03 500 1.40 6 589.80 600 1.70 7 693.64 700 0.91 8 786.17 800 1.73 9 872.76 900 3.03


Data pada Tabel 6 dapat dihitung nilai ratarata error menggunakan persamaan 6 dengan hasil 2,33%: ∑ (6) 4.3 Pengujian Sistem Keseluruhan Pengujian sistem merupakan pengujian program secara menyeluruh. 4.4 Pengujian Kendaraan dengan Muatan Kosong

Gambar 5. Respon Sistem WIM dengan Muatan Kosong Hasil perhitungan menggunakan persamaan 2, 3, 4, dan 5 didapatkan berat beban kendaraan bergerak tanpa beban sebesar 4 dan kecepatan kendaraan pada perhitungan mikrokontroler sebesar 0,0 . Hasil perhitungan manual sebesar 0,45 . Hasil berat pada timbangan analog sebesar 270 g. Untuk mengetahui nilai F error (%) dihitung menggunakan persamaan 7 dengan hasil 58.82% dan nilai S error (%) sebesar 82.22% pada persamaan 8. 00

(7)

00 (8)

Percobaan pengujian pengukuran kendaraan tanpa beban atau muatan kosong dilakukan sebanyak sepuluh kali dengan hasil seperti (Tabel 7). Tabel 7. Hasil Pengujian KendaraanTanpa Beban N S S F F S F o (Siste (Teo (Siste (anal (Err (Err m ri m g) og g) or or m/s) m/s %) %) ) 1 0.08 0.45 270 82.2 58.8 428.8 2 2

ISBN: 979-26-0280-1

261

2 416. 270 81.4 54.1 30 0 9 3 0.08 0.39 400.1 270 79.4 44.4 2 9 9 4 0.08 0.50 435.9 270 84 61.4 0 4 5 0.08 0.43 416. 270 81.4 54.1 30 0 9 6 0.08 0.53 440.2 270 84.9 63.0 7 1 6 7 0.08 0.45 428.8 270 82.2 58.8 0 2 1 8 0.08 0.43 416. 270 81.4 54.1 30 0 9 9 0.08 0.45 428.8 270 82.2 58.8 0 2 1 1 0.08 0.42 410.2 270 80.9 58.8 0 3 5 2 Berdasarkan Tabel 7 diatas, nilai F error terkecil pada kondisi kendaraan tidak diisi dengan muatan/beban adalah saat kendaraan melaju dengan kecepatan 0,08 m/s pada perhitungan mikrokontroler dan pada perhitungan manual kendaraan melaju dengan kecepatan 0.39 m/s sebesar 44.49 %. 4.5 Pengujian Kendaraan dengan Muatan atau Beban Pengujian sistem dilakukan dengan mengisi beban pada kendaraan dengan berat 100 g, 200 g, 300 g, 400 g, 500 g, 600 g, 700 g, 800 g dan 900 g. Pengujian dilakukan sepuluh kali. Nilai error terkecil terjadi pada kondisi kendaraan yang diisi dengan muatan atau beban 400 g pada saat kendaraan melaju dengan kecepatan 0,12 m/s yakni sebesar 5.57 % (Tabel 8). Tabel 8. Hasil Pengujian Keseluruhan (dengan Nilai Error Terkecil) N S S F F S F o (Sist (Te (Sist (anal (Erro (Err B em ori em og g) r %) or % rt m/s) m/s g) ) ) 1 0.08 0.3 400. 270 79.4 44.4 9 12 9 9 2 0.12 0.5 272. 370 78.5 26.3 6 69 7 0 3 0.09 0.5 826. 570 84.7 44.9 9 2 5 5 2

0.08

0.43

262


4

0.12

5

0.11

6

0.10

7

0.10

8

0.09

9

0.09

0.6 3 0.6 4 0.6 6 0.5 1 0.5 8 0.5 8

707. 35 805. 24 920. 38 1220 .38 1302 .05 1302 .05

670 770 870 970 1070 1170

80.9 5 82.8 1 84.8 5 80.3 9 84.4 8 84.4 8

5.57 4.58 5.79 25.8 1 21.6 9 11.2 9

5. KESIMPULAN Kesimpulan yang dihasilkan dari percobaan yang dilakukan, antara lain : a) Ratarata error hasil pengukuran beban statis pada sensor load cell dibandingkan dengan timbangan analog adalah sebesar 2,33 %; b) Nilai error terkecil diperoleh pada kendaraan yang diisi dengan muatan atau beban 400 g pada saat kendaraan melaju dengan kecepatan 0,12 m/s; c) Kecepatan kendaraan berpengaruh pada berat yang dihasilkan.

6.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Ilham, A.A. dan Suwoyo. 2013. Rancang Bangun Sistem Otomatisasi Pengawasan Jembatan Timbang dengan Mikrokontroler AT89S51. Jurnal Penelitian Enjiniring S-1. Makassar: Fakultas Teknik - Universitas Hasanuddin. 13:1. [2] Systems, P.W. Tanpa Tahun. Weighbridge Technology. Titan Works, Bridge Way Chesterfield Trading Estate, Chesterfield, Derbyshire S41 9QJ. [3] Incorporated, A. 2000. Weigh-In-Motion Technology. National Library of Australia. Sydney: Australia. 50:9. [4] Widiyatmoko, B., D. Hanto, A. Setiono, H. Adinanta, dan I. Mulyanto. 2013. Sistem pengukuran beban kendaraan berjalan berbasis serat optik. Grup Tera-Hertz Photonics, Bidang Instrumentasi dan Optoelektronika, Pusat Penelitian Fisika, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI). Tangerang Selatan: Kompleks PUSPIPTEK Serpong. 170-171.

ISBN: 979-26-0280-1

[5] Samadikun, S., R. Rio dan T. Mengko. 1988/1989. Sistem Instrumentasi Elektronika: Bahan Pengajaran. Bandung: Pusat Antar Universitas bidang Mikroelektronika – Institut Teknologi Bandung. 106:75-76. [6] Group, V.P. 2012. (Datasheet) Aluminum Single-Point Load Cell Model 1002. URL: http://www.vishaypg.com/doc?12001, diakses tanggal 27 Agustus 2014. [7] Yohannes, C. 2011. Sistem penghitung jumlah barang otomatis dengan sensor ultrasonic. Jurnal Ilmiah “ElektrikalEnjiniring” UNHAS. Volume 09/No.02/Mei-Agustus/2011. 66-71:2. [8] Dahnilia, N.T. Tanpa Tahun. Hand dryer otomatis dengan menggunakan sensor infra merah berbasis mikrokontroller atmega16. Skripsi S-1. Surabaya: Program Studi Sistem Komputer, Fakultas Ilmu Komputer – Universitas Narotama Surabaya. 10:3. [9] Developers, Arduino. 2014. Arduino Uno. URL: http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardUn o, diakses tanggal 30 Agustus 2014. [10] Whitford, B.R.K. 1998. Truck weight monitoring plan using weigh-in-motion devices : plan for wim for the state of Alaska. Presented at the North American Travel Monitoring Exhibition and Conference, Charlotte NC May 11-15, 1998 NATMEC ’98. School of Civil Engineering at Purdue University. 11:1-2.

Implementasi Metode Analisa Pulsa WIM (Weigh in Motion) pada Pengukuran Beban Kendaraan Bergerak Berbasis Mikrokontroler

Recommend Documents