Vol.17 No.1. Februari 2015
Jurnal Momentum
ISSN : 1693-752X
PERANCANGAN TRAFFIC LIGHT BERBASIS MICROCONTROLLER ATMEGA 16 Oleh: ALFITH Dosen Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Padang E-mail :
[email protected]
Abstract Today, the highway as a means to facilitate transport often have problems, caused by all road users desire more quickly to the destination, and precede each other, plus more if there is a special car or a group, it is very influential on the impact on the density of traffic congestion . To address them, in fact is not the duty of the police to regulate the traffic, but we can help to regulate traffic in any place such as a T-junction, intersection, or perlimaan densely trafficked rate traffic arrangements necessary tool called the Traffic Light. This is the basis for "Traffic Light Design Based Microcontroller ATmega 16". The traffic light is able to overcome some of the perceived problems, including traffic lights remain lit seek even suply of PLN outages by using backup batteries. The system is able to regulate the rate of traffic by arranging road vehicles alternately passing a certain place every day for almost 24 hours a day and on the tool needs to be paired each day. Keywords: Design Taffic Light, Battery, Microcontroller ATmega 16
Intisari Dewasa ini, Jalan raya sebagai sarana untuk memperlancar transportasi sering mengalami hambatan, disebabkan oleh semua pengguna jalan raya menginginkan lebih cepat sampai tujuan, dan saling mendahului, ditambah lagi apabila ada mobil khusus atau rombongan, hal tersebut sangat berpengaruh pada kepadatan lalulintas yang berimbas pada kemacetan. Untuk menanggulanginya, sebenarnya bukanlah tugas dari polisi saja untuk mengatur lalulintas, namun bisa kita bantu untuk mengatur lalulintas di setiap tempat seperti pertigaan, perempatan, maupun perlimaan yang padat laju lalulintasnya diperlukan alat pengaturan lalulintas yang disebut Traffic Light. Hal inilah menjadi dasar “Perancangan Traffic Light Berbasis Microcontroller ATmega 16”. Traffic light ini dirasa mampu mengatasi beberapa masalah, diantaranya mengusahakan lampu lalulintas tetap menyala meski suply dari PLN padam dengan menggunakan baterai cadangan. Sistem ini mampu mengatur laju lalu lintas dengan mengatur jalan kendaraan secara bergantian yang melewati tempat tertentu setiap hari selama hampir 24 jam sehari dan pada alat ini perlu dipasangkan setiap harinya. Kata kunci : Perancangan Taffic Light, Baterai, Mikrokontroler ATmega 16
Saat ini di Indonesia teknologi kendali lampu lalu lintas terus dikembangkan sedemikian rupa, sehingga peran lampu lalu lintas bukan hanya untuk menghindari kemacetan saja tetapi juga berperan meningkatkan keselamatan lalu lintas. Lampu lalu lintas yang saat ini diterapkan dianggap belum optimal mengatasi kemacetan lalu lintas, belum lagi ada mobil khusus atau rombongan yang berpengaruh pada kepadatan lalulintas yang berimbas pada kemacetan. Untuk menanggulanginya, sebenarnya bukanlah tugas dari polisi saja untuk mengatur lalulintas tersebut. Oleh karena itu, diperlukan alat pengaturan lalu lintas multifungsi. Alat ini mampu mengatur laju lalu lintas dengan mengatur jalan kendaraan
1. PENDAHULUAN Perkembangan teknologi di zaman sekarang ini berjalan dengan sangat cepat. Berbagai macam karya teknologi diciptakan untuk memudahkan manusia dalam menjalankan segala macam bentuk aktivitas sehari–hari. Di Indonesia, khususnya pengguna kendaraan bermotor semakin meningkat, akibatnya jumlah kendaraan naik tetapi jumlah jalan tetap sehingga menambah jumlah kepadatan lalu lintas yang mengakibatkan kemacetan. Kemacetan yang muncul tersebut dapat disebabkan dari beberapa faktor, salah satunya adalah faktor pengatur lampu lalu lintas.
1
Vol.17 No.1. Februari 2015
Jurnal Momentum
ISSN : 1693-752X
Untuk pemrograman dalam microcontroller ATMega 16 bisa menggunakan perangkat lunak CodeVisionAVR. Software ini menggunakan bahasa C. Bahasa C memiliki keuntungan-keuntungan yang dimiliki bahasa assembler (bahasa mesin), hampir semua operasi yang dapat dilakukan oleh bahasa mesin, dengan penyusunan program yang lebih sederhana dan mudah. Bahasa C terletak diantara bahasa pemrograman tingkat tinggi dan assembly .
secara bergantian yang melewati tempat tertentu setiap hari selama hampir 24 jam sehari. Berdasarkan alasan diatas, maka perlu dirancang suatu plan lalu lintas berbasis mikcrocintroller. Dari sini, muncul ide untuk mengatasi hal tersebut sehingga terencana suatu sistem plan lalu lintas mini yang berjudul Perancangan Traffic Light Berbasis Mikrokontroler ATmega 16 yang digunakan sebagai judul Paper. Pada plan ini dapat di atur lama penyalaan lampu hijau berdasarkan distribusi kepadatan objek. Aturan lama penyalaan lampu hijau jalur yang telah ditentukan, tentang lama penyalaan lampu hijau adalah jika persentase kepadatan kendaraan pada jalur tersebut kurang dari 30% maka lama penyalaan lampu hijau adalah 10 detik. Jika persentase kepadatan kendaraan pada jalur tersebut lebih besar dari 30% dan kurang dari 60% maka lama penyalaan lampu hijau adalah 20 detik. Dan jika persentase kepadatan kendaraan pada jalur tersebut lebih besar dari 60% maka lama penyalaan lampu hijau adalah 30 detik.
Gambar 2.1 Pin-pin ATMega 16 Kemasan 40-pin Dengan adanya sistem ini, diyakinkan akan bisa mereduksi beberapa macam masalah yang mendera sistem kelalu lintasan yang terjadi saat ini.
2.2. Seven Segment Peraga/Penampil 7 segmen adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk memdekodekan data dari bahasa mesin ke dalam bentuk tampilan data desimal. Peraga/penampil 7 segmen pada dasarnya adalah konfigarasi LED yang disusun sedemikian rupa sehingga nyala dari LED tersebut dapat membentuk karakter angka desimal. Struktur tampilan dari peraga/penampil tujuh segmen tersebut dilabelkan dari A-G yang dapat menampilkan 10 karakter bilangan desimal pertama dari 0 sampai 9. Konstruksi dari penampil tujuh segmen ditunjukan pada gambar berikut :
2. TEORI SINGKAT 2.1. Mikrocontroller ATMega 16 Merupakan microcontroller CMOS 8-bit buatan Atmel keluarga AVR. Mempunyai 32 register general purpose, timer/counter dengan metode compare, interrupt eksternal dan internal, serial UART, programmable Watchdog Timer, ADC dan PWM internal. Beberapa keistimewaan AVR ATMega 16 adalah: 1) Saluran Input/Ouput (I/O) ada 32 buah, yaitu PORTA, PORTB, PORTC, PORTD. 2) ADC/ Analog to Digital converter 10 bit sebanyak 8 channel pada PORTA. 3) 2 buah timer/counter 8-bit dan 1 buah timer/counter 16-bit dengan presclers dan kemampuan pembanding. 4) Watchdog timer dengan osilator internal. 5) Tegangan operasi 4,5-5,5 V . 6) EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi. 7) Antarmuka komparator analog. 8) 4 channel PWM. 9) Kecepatan nilai (speed grades) 0-16 MHz
Gambar 2.2 Konstruksi Internal Peraga/Penampil 7 Segmen
2
Vol.17 No.1. Februari 2015
Jurnal Momentum
ISSN : 1693-752X
LED dapat menyala pada arus searah (DC) maupun arus bolak-balik (AC), yang membedakan adalah kontinuitas. Pada arus DC LED menyala secara kontinu. Sedangkan pada arus AC, LED akan menyala secara tidak kontinyu (nyala-padam secara periodic), menyala pada setengah gelombang pertama dan padam pada setengah gelombang berikutnya. Hal ini terjadi secara periodik pada frekuensi senilai dengan frekuensi AC yang diterapkan. Hal ini terjadi karena LED hanya mengalirkan arus satu arah saja, sebagai akibatnya LED hanya akan menyala pada fasa dimana LED mendapatkan forward biasa (hanya setengah gelombang). Mata manusia terkadang terlalu lambat untuk merespon aktifitas nyala-padam tersebut, pada frekuensi tertentu (biasanya 85Hz atau lebih) LED akan terlihat tetap menyala meskipun faktanya berkedip-kedip. Prinsip ini lebih lanjut digunakan untuk memultipleks LED maupun untuk penghambatan daya.
Untuk menggunakan peraga/penampil 7 segmen katoda bersama (common cathoda), maka pin A–G penampil 7 segment harus diberikan input berupa tegangan DC positif kemudian terminal common pada penampil 7 segmen dihubungkan ke ground. Untuk mengoperasikan penampil 7 segmen anoda bersama (common anoda) maka terminal input A – G pada penampil 7 segmen harus dihubungkan ke ground. Kemudian terminal common dihubungkan ke sumber tegangan DC positif. Resistor pembatas arus untuk LED pada penampil 7 segmen sebaiknya dipasang seri pada setiap pin atau jalur input A – G pada peraga/penampil 7 segmen tersebut. Pemasangan resistor seperti ini bertujuan untuk mendapatkan arus bias LED yang stabil pada setiap perubahan karakter tampilan pada penampil 7 segmen. 2.3. LED LED merupakan singkatan dari Light Emitting Diode. Dari sisi penggolongan, LED merupakan komponen aktif bipolar semikonduktor, karena itu hanya mampu mengalirkan arus dalam satu arah saja. Untuk menyalakan LED, cukup dengan mengalirkan arus dari anoda ke katoda (forward biass) dengan beda potensial minimum berkisar antara 1,5 hingga 2 volt dan arusnya berkisar di 20mA. Perlu diperhatikan juga bahwa LED juga memiliki tegangan nyala maksimum, jika tegangan tersebut terlewati maka LED akan rusak. Di pasaran umumnya LED dikemas berkaki dua (katoda dan anoda) dengan bermacam‐macam warna nyala. Untuk membedakan kedua kaki tersebut, kaki anoda biasanya dibuat lebih panjang dari pada katoda. Harganya sangat terjangkau, berkisar dari 250 rupiah hingga beberapa ribu rupiah. LED banyak digunakan untuk indikator dan transmisi singal atau bahkan untuk penerangan. LED banyak digunakan karena hemat daya, tahan lama dan ekonomis, maka wajar jika popularitas LED mengalahkan tabung nixie maupun lampu pijar.
2.4. Resistor Resistor disebut juga dengan tahanan atau hambatan, berfungsi untuk menghambat arus listrik yang melewatinya. Semakin besar nilai resistansi sebuah resistor yang dipasang, semakin kecil arus yang mengalir.
Gambar 2.4 Resistor 2.5. Kapasitor Kapasitor ialah suatu komponen listrik/elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik.
Gambar 2.5 Kapasitor 2.6 Transistor Merupakan salah satu elektronika yang berfungsi otomatis.
dari komponen sebagai sakelar
Gambar 2.6 Transistor
Gambar 2.3 LED
3
Vol.17 No.1. Februari 2015
Jurnal Momentum
ISSN : 1693-752X
Gambar 3.1 Blok Diagram Perancangan Traffic Light Berbasis Microcontroller Atmega 16
3. METODE PENELITIAN Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah dengan studi lapangan mengenai aktifitas lalulintas secara riil yang kemudian akan diubah menjadi bentuk kecilnya berupa sample maket mengikuti bentuk sebenarnya. Semua aktifitas lalulintas pada miniature tersebut semuanya akan terprogram melalui mikrokontroler menggunakan software CodeVision AVR. Selain menggunakan program, metode yang digunakan dalam penelitian ini juga mensimulasikan salah satu bagian dari blok system yaitu penyearah satu fasa gelombang penuh. Simulasi ini dilakukan untuk mendapatkan hasil gelombang dc murni setelah melalui filter C. Gelombang murni tersebut digunakan untuk supplay driver agar tidak menimbulkan ripple yang dapat membuat keluaran suatu rangkaian kurang bagus. Software yang digunakan adalah Power Simulator (PSIM) untuk melihat hasil gelombang input maupun output suatu rangkaian. Selengkapnya dari sistem secara keseluruhan, dapat dilihat dalam blok diagram yang ditunjukkan pada Gambar 3.1. Tegangan dari trafo, sebagian digunakan untuk sumber dari penyearah, sebagian lagi digunakan untuk sumber charger accu. Dalam proyek ini, digunakan sebuah mikrokontroler ATMega 16, port dalam mikrokontroler ini digunakan untuk dipswitch. Mikrokontroler ini mendapat sumber dari baterai aki agar pada saat main supply padam, kerja dari mikrokontroler ini akan tetap berjalan dengan mendapat back-up-an dari baterai sehingga sistem kerja plan tetap berjalan.
4.
HASIL PENELITIAN PEMBAHASAN
Dalam penelitian ini dirancang penyearah gelombang penuh satu fasa, charger baterai, display seven segment, dengan pembahasan seperi di bawah ini: 4.1
Penyearah Gelombang Penuh Satu Fasa Penyearah pada pembuatan alat ini digunakan sebagai sumber batteray charger yang bekerja secara online untuk terus menyuplai mikrokontroler agar tetap menyala walaupun sumber utama padam. Untuk mendesain rangkaian penyearah gelombang penuh 1 phase yang baik diperlukan perhitungan nilai komponen-komponen yang tepat. Karena nilai komponen yang tidak tepat, dapat menyebabkan hasil output yang kurang baik, seperti keluarnya ripple tegangan dan tegangan output yang terlalu besar. Untuk mendesain rangkaian ini, perlu ditetapkan beberapa variable, yaitu: Tegangan input : 12 V Kapasitor : 4700 uF 50 V Dari data yang ditetapkan diatas, dapat dihitung nilai-nilai komponen yang digunakan, yaitu: Nilai Vm Ns xVp Np 3 x 220 55 12 Volt
Vs AC Transformator
Charger
Vs
Accu
Vs Driver seven segmen dan trafic light
Microcontroller ATmega 16
Vm
2 xVs
Vm
2 x 12
Vm
16 . 97 Volt
Tegangan Keluaran 1 Vdc Vm 1 4 fRC 1 Vdc 16.971 4 50 9.3 4700uF Vdc 15.029Volt Trafic Light 1 (Simpang 1)
Trafic Light 2 (Simpang 2)
DAN
Trafic Light 3 (Simpang 3)
4
Vol.17 No.1. Februari 2015
Jurnal Momentum
ISSN : 1693-752X
Gambar
4.2.
Nilai Ripple Factor RF
1 4 3 fRC
RF
1
(a) Hasil Simulasi Penyearah Gelombang Penuh Tegangan Keluaran tanpa Filter C (b) Hasil Simulasi Penyearah Gelombang Penuh Tegangan Keluaran dengan Filter C
4 3x50 x9.3x 4700u RF 0.0976Volt
4.2 Charger Battery Battery Charger di sini berfungsi untuk mengisi baterai dengan arus konstan hingga mencapai tegangan yang ditentukan. Bila level tegangan yang ditentukan itu telah tercapai, maka arus pengisian akan turun secara otomatis ke level yang aman tepatnya yang telah ditentukan dan menahan arus pengisian hingga menjadi lebih lambat sehingga indikator led menyala menandakan baterai telah terisi penuh. Rangkaian pengisian baterai yang digunakan dalam proyek akhir ini ditunjukkan pada Gambar 4.3 dan hasil pengujian battery charger ditunjukkan pada Tabel 1 di bawah ini.
Dari nilai-nilai komponen di atas, dapat disimulasikan penyearah gelombang dengan menggunakan PSIM seperti terlihat pada Gambar 4.1dan Gambar 4.2 di bawah ini.
Gambar 4.1. Rangkaian Simulasi Penyearah Gelombang Penuh Satu Fasa
Gambar 4.3. Rangkaian Battery Charger Tabel 1. Hasil Pengisian Accu Gambar 4.2. (a)
No
Tegangan Input (Vin)
Gambar 4.2. (b)
1 2 3 4 5 6 7
15 volt 16 volt 17 volt 18 volt 19 volt 20 volt 21 volt
5
Tegangan Output sebelum terhubung aki (Vout) 13.49 volt 14.05 volt 14.05 volt 14.05 volt 14.05 volt 14.05 volt 14.05 volt
Tegangan Output sesudah terhubung aki (Vout) 12. 87 volt 13.01 volt 13.01 volt 13.01 volt 13.01 volt 13.01 volt 13.01 volt
Vol.17 No.1. Februari 2015
Jurnal Momentum
Pengujian dilakukan dengan menggunakan aki 12 Volt 5 Ah dengan hasil : Tegangan Pengisian : 12.87 Volt Arus Pengisian : 1 Ampere Lama Pengisian (Ta)
ISSN : 1693-752X
Rangkaian d-latch ini digunakan untuk meminimalisir port yang digunakan pada mikrokontroler. Jika tidak menggunakan rangkaian ini, port yang digunakan untuk seven segment sendiri berjumlah 4 port. Karena terbatasnya jumlah port dengan kebutuhan port yang diperlukan, maka rangkaian ini digunakan sehingga hanya satu setengah port saja yang dipakai. 1 port penuh untuk output dan 4 bit untuk kontrol tiap IC-nya. IC yang digunakan adalah IC D-Latch tipe 9049. Skematik rangkaian driver yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 4.5.
Lamanya waktu pengisian aki yang diperkirakan hanya 3 jam ternyata dalam prakteknya 5 jam, dikarenakan tegangan input yang digunakan masih kurang besar. Namun, dalam pengisian aki, standar arus pengisian aki berkisar 10% - 30% dari Ah aki, yang lebih baik digunakan adalah kisaran 10% dari Ah aki karena tidak akan merusak aki. Dalam praktik ini ternyata kisaran yang digunakan adalah :
Tabel 2. Data Pengujian Kerja Relay N o 1
Referensi Tegangan Aki 13 volt
Pembacaan ADC (5) 255
2
12.8 volt
231
Kondisi Relay NO (Fully Charging) Relay NC (Charging)
Gambar 4.5. Skematik Rangkaian D-Latch Dari skematik rangkaian tersebut, dapat dilihat bahwa inputan berasal dari board seven segment sendiri yang menggunakan rangkaian BCD dengan IC 9049. Tiap inputan BCD, disambung kan dengan input masing-masing IC d-latch 9049. Semua output IC 9049 dirangkai paralel pada konektor untuk masuk ke port mikrokontroler yang membutukan satu port penuh, kemudian Vcc tiap IC dirangkai dalam konektor tersendiri sebagai kontrolnya yang juga masuk dalam port mikrokontroler namun hanya empat bit saja yang digunakan.
4.3 Dispaly Seven Segment dan Rangkaian D-Latch Rangkaian yang digunakan adalah rangkaian BCD to 7 segment untuk display seven segment pada tiap-tiap sisi perempatan. Seven segment yang digunakan adalah common anoda. Tiap seven segment di drive oleh 1 buah IC 9049 sehingga total keseluruhan untuk rangkaian BCD to 7 segment membutuhkan 4 port mikrokontroler. Adapun rangkaian BCD to 7 segment yang digunakan pada proyek akhir ini ditunjukkan pada Gambar 4.4.
5. KESIMPULAN Setelah dilakukan proses perencanaan, pembuatan dan pengujian alat serta dengan membandingkan dengan teori-teori penunjang dan dari data yang didapat maka dapat diambil kesimpulan berupa, 1. Project mengantarmukakan microcontroller dengan LED dan seven segment melibatkan semua port pada ATmega 16 yang digunakan sebagai output.
Gambar 4.4. Rangkaian BCD to 7 Segment 6
Vol.17 No.1. Februari 2015
Jurnal Momentum
ISSN : 1693-752X
Rashid, H.M. 2011. “Power Electronics Handbook”. Academic Press. USA
2. Seven segment yang digunakan dalam miniature traffic light ini bekerja dengan perintah program sebagai counter down, dan nyala LED dikendalikan oleh program agar bekerja sesuai dengan realnya rafic light. 3. Battery dapat memback up kerja main supply ketika padam dengan sistem online battery.
www.google.com/teknik_dasar_rectifier_dan_ inverter.pdf (1-Mei-2014) http://en.wikipedia.org/wiki/Traffic_light.htm (11-Mei-2014) www.google.com/skema-rangkaian.html (7-Mei-2014)
DAFTAR PUSTAKA Budihartono, Widodo. 2005. Panduan Lengkap Belajar Mikrokontroler Perancangan Sistem dan Aplikasi Mikrokontroler, Jakarta : PT. Elekx Media Komputindo.
www.alldatasheet.com (7-Mei-2014)
Budioko, Totok. 2005. Belajar dengan Mudah dan Cepat Pemograman Bahsa C dengan SDCC (Small Device C Compiler) Pada Mikrokontroler AT89X051/AT89C51/52 Teori, Simulasi dan Aplikasi. Edisi Pertama. Yogyakarta : Penerbit Gava Media.
7
