OTOMATISASI PINTU PERLINTASAN KERETA API BERBASIS MIKROKONTROLLER AT89S51 DAN FREKWENSI ULTRASONIK

OTOMATISASI PINTU PERLINTASAN KERETA API BERBASIS MIKROKONTROLLER AT89S51 DAN FREKWENSI ULTRASONIK Dian Eka Ratnawati Unggul P.J. Risky A.N. Program Studi Ilmu Komputer, Fakultas MIPA Universitas Brawijaya Malang email: [email protected]

ABSTRAK Faktor keamanan dan keselamatan dalam bidang transportasi sangat signifikan, mengingat belakangan ini frewkensi kecelakaan lalu lintas cenderung semakin meningkat. Pintu perlintasan kereta api (KA) otomatis merupakan salah satu aplikasi dari otomatisasi. Pintu perlintasan KA Sebidang yang dapat membuka dan menutup secara otomatis dapat meningkatkan jaminan keselamatan dan keamanan para pengguna jalan. Oleh karena itu, rancang bangun suatu sistem pintu perlintasan KA otomatis menjadi sangat signifikan. Pada rancang bangun sistem otomatisasi pintu perlintasan KA digunakan mikrokontroler AT89S51 sebagai komponen pengontrol utama. Sensor Ultrasonik sebagai pendeteksi kedatangan kereta api dan sensor optokopler sebagai pendeteksi kereta api yang telah lewat. Pengaturan jarak kedatangan kereta, dapat diatur dengan menggunakan trim port yang ada pada rangkaian transmitter ultrasonik. Untuk menutup dan membuka pintu portal digunakan DC Motor Servo sesuai dengan perintah Mikrokontroler. Hasil dari rancang bangun ini diperoleh suatu alat otomatisasi pintu perlintasan KA yang dibuat dengan menggunakan tranduser ultrasonik untuk mendeteksi kedatangan kereta, mikrokontroler AT89S51 sebagai pemroses input, dan DC motor servo sebagai penggerak portal untuk menutup dan membuka. Dengan adanya alat ini diharapkan dapat meminimalisasikan kecelakaan yang terjadi pada pintu perlintasan rel kereta api, sehingga dapat meningkatkan jaminan keselamatan dan keamanan bagi para pengguna jalan. Kata kunci : Otomatisasi, Perlintasan KA, mikrokontroler dan transmitter ultrasonik

1. PENDAHULUAN

Berdasarkan masalah yang dihadapi tersebut, maka dibutuhkan suatu cara untuk mengurangi jumlah kecelakaan yang disebabkan oleh human error sehingga membuat pintu lintasan rel kereta api menjadi aman bagi para pengguna jalan. Cara tersebut adalah dengan membuat suatu sistem yang dapat menjadikan pintu lintasan rel kereta api menjadi otomatis, cara kerja dari sistem ini adalah bila ada kereta api yang lewat maka pintu lintasan akan menutup dan membuka secara otomatis.

Pada saat ini, perkembangan alat transportasi sangatlah pesat. Kereta Api sebagai salah satu alat transportasi telah banyak digunakan untuk menunjang kelancaran aktivitas kehidupan seharihari umat manusia. Namun hal itu tidak diimbangi dengan fasilitas keamanan dan keselamatan yang baik. Di negara kita ini telah banyak terjadi kecelakaan di pintu lintasan rel kereta api yang disebabkan oleh kelalaian atau kesalahan penjaga pintu lintasan sehingga kenyamanan dan keselamatan para pengguna jalan menjadi terganggu. Oleh sebab itu jumlah kecelakaan yang terjadi di pintu lintasan rel kereta api sudah tidak terhitung sedikit lagi.

ISBN No. 978-979-18342-0-9

Jika sistem ini dijalankan, maka kecelakaan yang disebabkan oleh kesalahan penjaga pintu lintasan akan dapat dihilangkan, sehingga pintu lintasan kereta api menjadi aman dan nyaman untuk dilewati para pengguna jalan. Sebelumnya sistem

C-56

Otomotisasi Pintu Perlintasan Kereta Api Berbasis Mikrocontroller AT89S51 dan Frekuensi Ultrasonik

otomatisasi pintu lintasan ini sudah pernah dibuat, tetapi hanya dari satu arah saja dan oleh sebab itu diperlukan suatu sistem baru yang lebih canggih agar sistem ini dapat lebih sempurna dan dapat mendeteksi kedatangan kereta api dari semua arah.

internal. Program memori dapat diprogram ulang dalam sistem atau dengan menggunakan Programmer Nomolately Memori Konvensional. Dalam sistem mikrokontroler terdapat dua hal yang mendasar yaitu: perangkat keras dan lunak yang keduanya saling terkait dan mendukung.

Mengacu pada latar belakang permasalahan yang ada, maka rumusan masalah ditekankan pada bagaimana cara merancang suatu sistem yang dapat menjadikan pintu lintasan rel kereta api jadi otomatis dan bagaimana membuat suatu alat yang dapat menjadikan pintu lintasan rel kereta api menjadi otomatis.

2.1.1. Perangkat Mikrokontroler AT89S51 Mikrokontroler AT89S51 secara umum memiliki CPU 8 bit, memory, port I/O yang dapat diprogram, time dan counter, sumber Interupt, program serial yang dapat deprogram, osilator dan clock (Data Sheet Atmel AT89S51).

Berdasarkan latar belakang dan rumusan masalah yang ada, tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah untuk merancang dan membuat pintu lintasan rel kereta api menjadi otomatis.

2.1.2. Arsitektur AT89S51 Arsitektur mikrokontroler AT89S51 berupa Central Processing Unit (CPU) 8-bit dengan register A (Accumulator) dan B, 16–bit program counter (PC) dan data pointer (DPTR), 8-bit program status word (PSW), 4bit stack pointer (SP), 4K Byte Flash internal EPROM, 128 Byte internal RAM.(4 bank register, masing-masing berisi 8 register, 16 Byte yang dapat dialamati pada bit level, 80 Byte general purpose memory data), 32 pin input-output tersusun atas P0-P3, masingmasing 8-bit, 2 buah 16-bit timer/counter, control Register yaitu: TCON, TMOD, SCON, PCON, IP, dan IE, 5 buah sumber interupsi (2 buah sumber interupt eksternal dan 3 buah sumber internal), osilator dan Clock Internal, watch Dog, ISP Port (Atmel Inc., 1997:2).

Manfaat yang didapat dari sistem otomatisasi pintu lintasan rel kereta api ini adalah mengurangi kecelakaan yang terjadi di pintu lintasan rel kereta api sehingga pintu lintasan menjadi aman dan nyaman bagi para pengguna jalan 2. TINJAUAN PUSTAKA 3.1. Mikrokontroler AT89S51 Perbedaan mendasar antara mikrokontroler dan mikroprosesor adalah mikroprosesor adalah bagian CPU (Central Processing Unit) dari sebuah komputer, tanpa memori, I/O dan periferal yang dibutuhkan oleh suatu sistem lengkap. Sedang mikrokontroler selain memiliki CPU juga dilengkapi dengan memori dan I/O yang dilakukan dalam level chip yang menghasilkan SCM (Single Chip Mikrokomputer) yang dapat berdiri sendiri. Selain itu mikroprosessor merupakan kelengkapan sebagai sistem minimum mikrokomputer sehingga mikrokontroler dapat dikatakan sebagai mikrokomputer (Bob Murray, 1996)

2.1.3. Konfigurasi Pin-Pin Mikrokontroler Konfigurasi kaki-kaki mikrokontroler terdiri atas 40 kaki (pin). Fungsi dari tiap-tiap kaki Vcc (Power Supply), GND (Ground), PORT 0 Merupakan port yang berfungsi sebagai I/O biasa, low order multiplex address atau data ataupun menerima kode byte pada saat flash memori. Pada fungsi sebagai I/O port ini dapat memberikan output sink ke delapan buah TTL input atau dapat diubah dengan memberikan logika 1 pada port tersebut. Sedang pada fungsi sebagai low order multiplex address atau data port ini mempunyai internal pull up.

Mikrokontroler AT89S51 adalah mikrokontroler ATMEL kompatibel penuh dengan mikrokontroler keluarga MCS–51, membutuhkan daya yang rendah, memiliki performance yang tinggi, dan merupakan mikrokontroler 8 bit yang dilengkapi 4K Byte Flash EPROM (Enable and Programmable Read Only Memory) dan 128 Byte RAM

ISBN No. 978-979-18342-0-9

C-57

Dian Eka Ratnawati, Unggul P.J., Risky A.N.

Pada saat Flash Programming diperlukan externall pull up pada saat verifikasi (pembuktian) program, PORT 1 merupakan port yang berfungsi sebagai I/O biasa atau menerima low order address bytes selama pada saat Flash Programming. Port ini mempunyai internal pull up dan berfungsi sebagai input dengan memberikan logika 1. Sebagai output port ini dapat memberikan output sink keempat buah input TTL. Seperti port 1 pada saat Flash Programming diperlukan externall pull up pada saat verifikasi program.

kaki ini dihubungkan dengn kristal bila menggunakan osilator internal . X-TALL 1 merupakan input inverting osilator amplifier sedangkan X –TALL 2 merupakan output inverting osilator amplifier. (Atmel Inc., 1997:4) 2.1.4. Organisasi Memory Organisasi memori pada mikrokontroler AT89S51 dapat dibagi menjadi dua bagian besar yaitu memori program dan memori data, pembagian tersebut didasarkan atas fungsi dari penyimpanan data maupun program. Memori program digunakan untuk menyimpan instruksi-instruksi yang akan dijalankan oleh mikrokontroler, sedangkan memori data digunakan sebagai tempat yang sedang diolah mikrokontroler.

Port 2 berfungsi sebagai I/O biasa atau menerima high order address bytes, pada saat mengakses memory secara 16 bit (MOVX @DPTR). Pada saat mengakses memori secara 8 bit, (MOV @Rn) port ini akan mengeluarkan isi dari P2 SFR (Special Function Register). Port ini mempunyai internal pull up dan berfungsi sebagai input dengan memberikan logika 1. Dan sebagai output, port ini dapat memberikan sink keempat buah input TTL. PORT 3 sebagai port I/O biasa Port 3 mempunyai yang sifat yang sama dengan port 1 maupun port 2. (Atmel Inc., 1997:3)

Program mikrokontroler disimpan dalam memori berupa ROM. Mikrokontroler AT89S51 dilengkapi dengan ROM internal, sehingga untuk menyimpan program tidak digunakan ROM eksternal yang terpisah dari mikrokontroler. Agar tidak menggunakan memori program eksternal, penyemat /EA dihubungkan dengn Vcc (logika1). Memori program mikrokontroler menggunakan alamat 16 bit mulai 0000H0FFFH, sehingga kapasitas penyimpanan program maksimal adalah 4Kb. Sinyal /PSEN (Program Store Enable) tidak digunakan jika digunakan memori program internal (Atmel Inc., 1997:5).

Sedangkan sebagai fungsi spesial port-port ini memiliki keterangan sebagai berikut. Reset akan aktif dengan memberikan input high selama 2 cycle. ALE/PROG pin ini berfungsi sebagai ALE digunakan untuk proses-proses ‘latching’ byte address’ rendah pada saat mengakses memori eksternal. Sedang pada saat Flash Programming (PROG) berfungsi sebagai pulse input, pada operasi normal ALE akan mengeluarkan sinyal clock sebesar 1/16 frekuensi oscilator kecuali pada saat mengakses memori eksternal sinyal clock pada pin ini dapat pula di disable dengan men-set bit 0 dari SFR (Special Function Register) di alamat 8EH. ALE hanya akan aktif pada saat mengakses memori eksternal (MOVX & MOVC).

Selain program, mikrokontroler AT89S51 juga memiliki data internal 128 byte dan mampu mengakses memori data eksternal sebesar 64 Kb. Semua memori data internal dapat dialamatkan dengan data langsung atau tidak langsung. Ciri pengalamatan langsung adalah operand. Operand adalah alamat register yang berisi alamat data yang akan diolah. Sebagian memori tersebut dapat dialamatkan dengan pengalamatan register, dan sebagian lagi dapat dialamatkan dengan memori satu bit. Untuk membaca data digunakan sinyal /RD sedangkan untuk menulis digunakan sinyal /WR. (D.V. Hall,1998)

PSEN berfungsi pada saat mengeksekusi program yang terletak pada memori eksternal. PSEN akan aktif dua kali setiap cycle. EA / VPP pada kondisi low, pin ini akan berfungsi sebagai EA yaitu mikrokontroler akan menjalankan program yang ada pada memori eksternal setelah sistem di reset. X- TALL 1 dan X – TALL 2 ISBN No. 978-979-18342-0-9

2.1.5. SFR (Special Function Register) Register fungsi khusus (Special Function Register) terletak pada 128 byte bagian atas

C-58


memori data internal dan berisi registerregister untuk pelayanan latch port, timer, program status words, control peripheral dan sebagainya.

bersamaan, permintaan interupsi dengan prioritas tertinggi yang akan dilayani. Jika permintaan interupsi dengan tingkat prioritas yang sama diterima bersamaan, akan dilakukan polling untuk menentukan mana yang akan dilayani.

Beberapa macam register fungsi khusus yang sering digunakan adalah Accumulator (ACC) merupakan register untuk penambahan dan pengurangan. Perintah mnemonic untuk mengakses akumulator disederhanakan sebagai A. Register B merupakan register khusus yang berfungsi melayani operasi perkalian dan pembagian.

3.2. Ultrasonik Ultrasonik adalah suatu gelombang dengan frekuensi di atas daerah pendengaran manusia (20 – 20.000 Hz). Pendegaran manusia tidak sama dalam menanggapi ada perubahan frekuensi tinggi misalnya pada orang yang telah berusia di atas 50 tahun, pada usia ini jarang yang bisa mendengar frekuensi sampai 15 Khz, mereka kira-kira hanya bisa mendengar sampai frekuensi 10 Khz. Kecepatan gelombang ultrasonik tergantung dari medium perambatannya (J.R. Reitz, 1987).

Stack Pointer (SP) merupakan register 8 bit yang dapat diletakkan dialamat manapun pada RAM internal. Data Pointer (DPTR) terdiri dari dua register, yaitu untuk byte tinggi (Data Pointer High, DPH) dan byte rendah (Data Pointer Low, DPL) yang berfungsi untuk mengunci alamat 16 bit. Port 0 sampai Port 3 merupakan register yang berfungsi untuk membaca dan mengeluarkan data pada port 0,1,2,3. Masing-masing register ini dapat dialamati per-byte maupun per-bit. Control Register terdiri dari register yang mempunyai fungsi kontrol.

2.4.1. Tranduser Ultrasonik Tranduser adalah suatu peralatan yang dapat merubah dari satu bentuk energi ke bentuk energi yang lain. Tranduser Ultrasonik merupakan suatu alat yang mengubah energi listrik menjadi gelombang ultrasonik. Pada dasarnya tranduser ultrasonik ini bekerja dengan menggunakan prinsip piezoelektrik, yaitu menggunakan bahan-bahan piezoelektrik yang dapat menghasilkan suatu tegangan apabila dirubah bentuknya oleh suatu tekanan yang diberikan kepadanya (M.Ohring,1992).

Untuk mengontrol sistem interupsi, terdapat dua register khusus, yaitu register IP (Interupt Priority) dan register IE (Interupt Enable). Untuk mengontrol pelayanan timer/counter terdapat register khusus, yaitu register TCON. (Timer/Counter Control) serta pelayanan port serial menggunakan register SCON ( Serial Port Control).

2.4.2. Cara Kerja Tranduser Ultrasonik Prinsip kerja dari tranduser ultrasonik adalah sebuah Kristal yang ditempatkan di antara sebuah alas pejal dan anggota penjumlah gaya. Sebuah gaya yang dimasukkan dari luar memasuki tranduser dari titik dimana gaya tersebut berada. Gaya tersebut akan menimbulkan tekanan terhadap bagian atas kristal, kemudian menghasilkan GGL pada kristal yang besarnya sebanding dengan besar tekanan yang diberikan.

2.1.6. Sistem Interupsi Mikrokontroler AT89S51 mempunyai 5 buah sumber interupsi yang dapat membangkitkan permintaan interupsi, yaitu INT0, INT1, T1, T2 dan port serial. Saat terjadinya interupsi, mikrokontroler secara otomatis akan menuju ke subrutin pada alamat tersebut. Setelah interupsi selesai dikerjakan, mikrokontroler akan mengerjakan program semula. Tiaptiap sumber interupsi dapat enable atau disable secara software.

Jika sinyal listrik yang diberikan pada kristal tersebut berosilasi pada frekuensi tinggi, maka kristal akan merapat dan merenggang secara bergantian pada frekuensi yang sama seperti sinyal listrik yang diberikan. Jadi pada dasarnya tranduser ultrasonik adalah

Tingkat prioritas semua sumber interupt dapat deprogram sendiri-sendiri dengan set atau clear bit pada (Interrupt Priority). Jika dua permintaan interupsi dengan tingkat prioritas yang berbeda diterima secara ISBN No. 978-979-18342-0-9

C-59


suatu alat yang mengubah suatu sinyal listrik menjadi gelombang ultrasonik. Tranduser ultrasonic membangkitkan hamburanhamburan dari gelombang ultrasonic yang menuju ke bidang pantul sehingga ultrasonik tersebut dipantulakan kembali ke tranduser (M. Ohring, 1992).

e. Respon frekuensi sampai dengan 100 KHz 3.4. DC Motor Servo DC Motor Servo adalah Motor yang menggunakan magnet permanen. Alasan pemilihan motor tipe ini adalah untuk mendapatkan kemudahan dalam pengontrolan dengan menggunakan pengaturan tegangan DC (searah). Medan stator motor jenis ini dihasilkan oleh magnet permanen bukan oleh elektromagnet. Magnet permanen pada motor servo mempunyai kurva kecepatan torsi yang linier dalam jangka yang lebar. Penggunaan magnet permanen tidak membutuhkan daya listrik untuk menghasilkan medan stator, sehingga daya dan pendinginan yang diperlukan lebih rendah dibandingkan motor yang menggunakan elekromagnet. Perubahan kecepatan motor dapat dengan mudah diatur dengan cara mengubah tegangan DC yang diberikan pada motor.

3.3. Sensor Optokopler Optokopler atau optoisolator adalah suatu device yang melindungi suatu emitor (pemancar cahaya) yang mengkopel secara optik terhadap foto detektor melalui semacam medium terisolasi, sehingga menciptakan keadaan terpisah tetapi tetap terhubung antar bagian input dan output. Emitor atau device pemancar cahaya dapat berupa sebuah lampu pijar atau LED. Medium isolasi dapat berupa udara, gelas, plastik atau fiberoptik. Sedangkan detektor dapat berupa fotokonduktor, fotodioda, fototransistor, foto FET, foto triac dan lainlain (W.L . Porter, 1989). Adapun prinsip kerja dari Optokopler adalah apabila ada aliran arus yang melewati LED, maka LED akan menyala. Cahaya yang dipancarkan LED tersebut dipakai sebagai tegangan catu, sehingga menyebabkan arus mengalir pada transistor. Transistor juga dapat bekerja sebagai saklar, dalam hal ini LED dan foto transistor dalam keadaan normal off. Transistor akan On sepanjang LED mengeluarkan sinar.

DC Motor Servo memiliki beberapa keunggulan, yaitu : § Bentuknya kompak, ringan dan berdaya kerja tinggi. § Dapat bekerja pada daerah atau tempat yang kurang baik. § Kecepatan maksimum yang sangat tinggi. § Biaya perawatan murah. DC Motor Servo mempunyai fasilitas optical encoder yang menjadi satu bagian dengan badan motor dan ikut berputar pada saat motor berputar. Encoder ini berfungsi sebagai feedback untuk pengontrolan close loop (C.M. Gilimore, 1995).

Setiap perubahan pada Vs akan menyebabkan perubahan arus LED, yang akan merubah arus dari fototransistor. Hal ini akan mengakibatkan suatu perubahan tegangan pada kolektor emitor dan oleh sebab itu tegangan sinyal dikopel dari rangkaian input ke rangkaian output. Pengoperasian Optokopler ada 2 macam yaitu aktif high dan aktif low. Pada operasi aktif tinggi, output diambil dari kaki emitor dan pada saat aktif rendah output diambil dari kaki kolektor.

2.4.1. Bagian DC Motor Servo Di dalam sebuah DC Motor Servo terdapat dua bagian yang menunjang kinerja sebuah DC Motor Servo, yaitu stator dan rotor. Stator terdiri dari bahan magnet permanen, artinya memiliki gaya magnet tetap / sendiri, sedangkan rotor merupakan coil lilitan dimana arus listrik mengalir. Dengan mengalirkan arus listrik, maka akan menimbulkan medan listrik disekitar lilitan.

Beberapa keunggulan Optokopler adalah: a. Kecepatan operasi yang tinggi b. Ukuran dimensi yang kecil c. Tahan benturan atau goncangan dan juga getaran d. Kompatibel dengan banyak rangkaian logika dan mikroprosessor

ISBN No. 978-979-18342-0-9

Pada motor–motor arus searah yang kecil biasanya digunakan dua buah kutub. Rotor terdiri dari lilitan magnetik, komutator besi-

C-60


besi bulat dalam jumlah besar, besi tersebut dilapisi isolasi. Bila suatu kumaparan dengan satu lilitan berputar dalam medan magnet, maka akan terinduksikan secara bolak-balik.

diperlukan umpan balik ke unit pengendali mengenai posisi rotor sesaat seperti diperlukan pada motor searah. Frekuensi pulsa maksimum (langkah per detik) dapat dilihat pada spesifikasi motor yang digunakan. (Frank D. Petruzella, 1990)

Pada motor arus searah medan ini terinduksikan dalam sebuah tegangan searah, maka kedua ujung lilitannya dikurangkan dengan dua buah setengah gelang yang satu dan diisolasi, pemasangan ini disebut komutator. Rotor merupakan medan magnet listrik yang berputar. Karena yang berputar tersebut adalah medan magnetnya maka disebut medan magnet berputar. Medan magnet ini membangkitkan tegangan searah pada kumparan tersebut (Robert dan Wilhem, 1987).

2.4.3. Gearbox (Transmisi Gigi) Transmisi gigi ialah pengaturan / penetapan gigi penggerak dalam satu ruang / tempat. Pengaturan gigi transmisi digunakan untuk menghasilkan suatu gaya yang lebih besar, tetapi di bagian lainnya akan mengiurangi kecepatan berputar. Bila suatu benda berputar akan menghasilkan putaran dengan kecepatan “v” dan akan memiliki gaya sebesar “F”. Dari gaya dan kecepatan suatu benda bergerak akan membutuhkan energi “E”, sesuai dengan hokum kekekalan energi “energi tidak dapat dihilangkan tetapi dapat dipindah atau dirubah” (Robert dan Wilhem, 1987).

2.4.2. Prinsip Kerja Dari DC Motor Servo Pada dasarnya prinsip kerja dari motor servo dan motor stepper adalah sama, namun pada motor servo gerakannya kontinyu atau berkelanjutan. Motor DC dibagi menjadi dua jenis, yaitu: Motor DC dengan sikat (mekanis komutasi), motor ini memiliki sikat karbon yang berfungsi sebagai pengubah arus pada kumparan sedemikian rupa sehingga arah tenaga putaran motor akan selalu sama.

3.5. Op Amp Operasional Amplifier atau op-Amp adalah sebuah diferensial amplifier dengan penguatan sangat tinggi dan memiliki impedansi input yang sangat tinggi serta impedansi output yang rendah. Op-Amp dasar mempunyai dua input dan satu output, masing-masing input dapat menghasilkan output dengan polaritas yang sama atau berbeda dengan tegangan input, tergantung input yang digunakan adalah positif(+) atau input negative(-). Op-Amp dapat dihubungkan ke dalam berbagai bentuk rangkaian untuk mendapatkan karakteristik output yang berbedabeda. (Barry G. Woolard, 1987).

Motor DC tanpa sikat, motor ini menggunakan semikonduktor untuk merubah maupun membalik arus sehingga layaknya pulsa yang menggerakkan motor tersebut, biasanya digunakan pada sistem servo, karena mempunyai efisiensi tinggi, umur pemakaian lama, tingkat kebisingan suara rendah, dan karena putarannya halus seperti stepper namun terus menerus tanpa adanya step. Pada Motor servo, magnet permanen berputar kea rah medan magnet yang bekerja, jika kumparan stator dialiri arus sedemikian rupa sehingga timbul medan putar. Setiap pengalihan arus ke kumparan berikutnya menyebakan perputaran sudut yang besarnya tertentu dengan tepat. Jumlah keseluruhan pengalihan menentukan sudut perputaran rotor. Jika pengalihan arus di hentikan, maka rotor berhenti pada posisi tersebut.

Rangkaian ekivalen ac dari sebuah op-amp ditunjukkan pada gambar diatas , sinyal input yang dihubungkan pada kedua terminal input akan menemui impedansi input Ri yang tipikalnya sangat besar. Tegangan output adalah hasil perkalian Ad dengan sinyal input Vd. Secara ideal, impedansi input dari sebuah op-amp adalah tak terhingga, dengan ompedansi output adalah nol, dan factor penguatan tak terhingga. Op amp juga dapat dihubungkan

Jika kecepatan terlalu tinggi maka akan terjadi slip, dan sebaliknya jika kecepatan pengalihan tidak terlalu tinggi, maka tidak akan terjadi slip. Oleh karena itu, tidak ISBN No. 978-979-18342-0-9

C-61


ke dalam berbagai bentuk rangkaian untuk mendapatkan karakteristik output yang berbeda-beda. Berikut adalah beberapa rangkasian dasar yang bias dibuat menggunakan Op Amp aplikasi Op Amp.

3.1. Blok Diagram TRANSMITER ULTRASONIK

3.2.1. Penguat inverting

OP AMP

Penguat yang cukup banyak digunakan adalah penguat inverting. Pada rangkaian ini keluaran didapat dari perkalian input dengan penguatan konstan, yang diset melalui resistor input (R1) dan Resistor feedback (R2). Output yang dihasilkan memiliki polaritas yang berkebaikan dengan tegangan input.

OPTOKOPLER

M C U A T 8 9 S T 1

MOTOR

LED

SPEAKER

Gambar 1. Blok Diagram Sistem Penjelasan dari blok diagram diatas yaitu sebagai berikut : 1. Mikrokontroler AT89S51 Berfungsi sebagai pusat pemroses input / masukan dari sensor sehingga akan menghasilkan ouput / keluaran yang akan mengatur kinerja motor sebagai pengendali pintu lintasan dan menghidupkan serta mematikan Speaker dan LED. 2. Tranduser Ultrasonik Berfungsi sebagai sensor ultrasonik yang akan memberitahu kedatangan kereta api. Pada tranduser terdapat transmiter (pemancar) yang dipasang pada kereta api dan receiver (penerima) yang dipasang pada pos penjaga. 3. Optokopler Berfungsi sebagai sensor yang akan memberikan informasi kepada Mikrokontroler bahwa kereta api telah lewat. 4. Op Amp Berfungsi sebagai penguat gelombang ultrasonic yang dipancarkan oleh tranduser ultrasonik. 5. LED Berfungsi sebagai tanda peringatan pintu lintasan kereta api akan segera ditutup. 6. Motor Berfungsi untuk sebagai penggerak membuka dan menutup pintu lintasan kerta api. 7. Speaker / buzzer Berfungsi sebagai tanda peringatan pintu lintasan kereta api akan segera ditutup.

3.2.2. Penguat non inverting Penguat non inverting lebih banyak lagi digunakan karena memiliki stabilitas frekuensi yang lebih baik. Untuk mendapatkan nilai penguatan tegangan dari rangkaian tersebut, kita dapat menggunakan rangkaian ekivalen. 3.2.3. Buffer Tegangan Rangkaian Buffer Tegangan berguna untuk mengisolasi sinyal input dari beban dengan menggunakan penguatan tunggal, tanpa pembalikan fasa atau polaritas, dan bekerja sebagai rangkaian ideal dengan impedansi input sangat tinggi dan impedansi output sangat rendah.

3. PERANCANGAN DAN CARA KERJA ALAT Rangkaian sistem otomatisasi pintu lintasan rel kereta api dalam tugas akhir ini secara umum dibagi menjadi dua bagian, yaitu hardware dan software. Hardware merupakan sistem perangkat keras yang meliputi sistem kontrol berupa Mikrokontroller, motor dan sensor, sedangkan software berupa program yang menggunakan pemrograman bahasa assembly.

ISBN No. 978-979-18342-0-9

RECEIVIER ULTRASONIK

C-62


3.2. Perancangan Perangkat Keras

diatur. Pada rangkaian transmiter ini terdapat trimpot yang berfungsi untuk mengatur desible Frekuensi Ultrasonik dan terdapat IC timer LM 555, yang berfungsi untuk mengatur pemancaran Gelombang Ultrasonik. Transmiter ini akan dipasang pada lokomotif kereta api. Sedangkan Receiver Ultrasonik adalah suatu alat yang menerima atau mendeteksi gelombang ultrasonik yang dipancarkan oleh Transmiter.

Rancangan hardware ini terdiri dari 3 rangkaian, yaitu: rangkaian sistem minimum Mikrokontroller, rangkaian sistem sensor ultrasonik, dan rangkaian sistem sensor optokopler. Berikut akan dijabarkan satupersatu. 3.2.1. Rangkaian sistem Mikrokontroler AT89S51

minimum

Rangkaian sistem minimum AT89S51 ini merupakan sistem kontrol yang mengatur fungsi kerja sistem otomatisasi pintu lintasasn rel kereta api. Dalam tugas akhir ini, Mikrokontroller digunakan sebagai sistem kontrol input dan output saja. Input (masukan) pada rangkaian sistem kontrol ini dihubungkan dengan sensor ultrasonik, dan sensor optokopler. Sedangkan output (keluaran) dapat dihubungkan dengan LED, Motor dan speaker. Ketiga output ini digunakan sebagai pemberitahuan bahwa salah satu atau kedua sensor mendeteksi kedatangan kereta api.

Pada rangkaian Receiver ultrasonik ini terdapat Tone Decoder LM 567 dan Op Amp yang berfungsi untuk menguatkan sinyal inputan/masukkan. Syarat agar Transmiter dan Receiver bisa berfungsi adalah frekuensi yang dipancarkan transmiter haruslah sama dengan kapasitas Receivernya, bila Transmiter memancarakan frekuensi yang lebih rendah atau lebih tinggi dari kapasistas yang bisa diterima oleh Receiver, maka Tanduser ini tidak akan dapat berfungsi. 3.2.3. Rangkaian Sistem Sensor Optokopler Sistem sensor yang akan digunakan untuk membuka pintu lintasan dalam tugas akhir ini adalah sensor Optokopler. Sensor ini merupakan gabungan antara fototransistor dan LED. Fototransistor adalah sensor solidstate dimana aliran arus kolektor dan emitornya langsung berhubungan dengan penyinaran cahaya yang mengenai basisnya.

Dengan menggunakan Mikrokontroller, variasi output dapat dimungkinkan, sehingga dapat diketahui kedatangan kereta api. Port 1.0 (P1.0) digunakan sebagai input dari sensor ultasonik. Port 3.0 (P3.0) dan 3.1 (P3.1) digunakan sebagai input dari sensor Optokopler. Sedangkan untuk output digunakan port 0.0 sampai port 0.2 (P0.0 – P0.2) dan port 2.0(P2.0) sampai port 2.1 (P2.1).

Pada saat cahaya menyinari basis transistor oleh bidang pantul, pasangan elektron hole akan terbentuk dan arus akan mengalir. Intensitas dari aliran arus berhubungan langsung dengan terangnya cahaya. Daerah utama pembangkit arus adalah basis kolektor. Aliran arus pada basis muncul seakan-akan ada diode diantara basis dan kolektor. Jadi bila ada kereta api lewat maka akan menutupi penyinaran cahaya yang dipancarakan, sehingga akan menimbulkan logika LOW.

Pada aplikasi untuk output dari Mikrokontroller AT89S51, P0.0 dihubungkan dengan Speaker. P01 dan P0.2 dihubungkan dengan LED, sedangkan P2.0 dan P2.1 dihubungkan dengan Motor. 3.2.2. Rangkaian Sistem Sensor Ultrasonik Sistem sensor Ultrasonik dalam tugas akhir ini adalah sensor yang dapat mendeteksi adanya gelombang Ultrasonik yang dipancarkan, yaitu terdiri dari Tranduser Ultrasonik yang mempunyai Transmiter Ultrasonik dan Receiver Ultrasonik.

Pada Sensor ini dipasang dua buah sensor Optokopler. Sensor yang pertama berfungsi sebagai tanda bahwa kereta api telah melewati sensor 1, maka agar pintu lintasan bisa terbuka kereta api harus melewati sensor 2. Pemakaian 2 sensor ini dimasudkan untuk keamanan pada pintu lintasan. Jadi apabila kereta api belum sepenuhnya

Transmiter ultrasonik akan memancarkan frekuensi ultrasonik yang akan ditangkap oleh Receiver sesuai dengan berapa besar jangkauan frekuensi ultrasonik tersebut ISBN No. 978-979-18342-0-9

C-63


melewati pintu lintasan atau keadaan pintu lintasan belum aman untuk dilewati, maka portal pintu lintasan tidak akan terbuka.

dengan mengikuti diagram alir (flowchart) tersebut. 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.3. Cara Kerja Alat

Untuk mengetahui sistem Otomatisasi pintu lintasan rel kereta api berbasis mikrokontroler AT89S51 dan frekuensi ultrasonic dapat bekerja sesuai dengan perancangan dan perencanaan, maka diperlukan pengujian terhadap alat tersebut. Pengujian ini terdiri dari pengujian perangkat keras (hardware) dan pengujian secara keseluruhan (hardware dan software). Adapun pengujian terhadap hardware meliputi beberapa komponen rangkaian, yaitu: pengujian tranduser ultrasonik, pengujian optokopler dan pengujian DC motor servo.

Adapun cara kerja dari alat ini yaitu, terdapat tranduser ultrasonik yang dipasang pada kereta api yang berfungsi sebagai transmiter atau pemancar gelombang ultrasonik dengan frekuensi 36 KHz. Kemudian, Receiver atau penerima gelombang ultrasonic tersebut dipasang pada pos penjaga pintu lintasan sehingga kedatangan kereta api bisa dideteksi sesuai dengan pengaturan jarak gelombang yang telah diatur terlebih dahulu. Setelah receiver menerima gelombang ultrasonik yang dipancarkan oleh transmitter yang ada di kereta, maka gelombang tersebut akan dikuatkan menggunakan Op Amp, kemudian input atau masukannya akan masuk dan diproses oleh Mikrokontroler, dan setelah Mikrokontroler bekerja sesuai dengan program yang telah dibuat, maka Mikrokontroler akan menghidupkan Motor, LED dan Speaker. Motor berfungsi sebagai penggerak menutup dan membuka pintu lintasan, sedangkan Speaker dan LED berfungsi sebagai tanda peringatan pintu lintasan akan segera ditutup.

4.1. Pengujian Tranduser Ultrasonik Pengujian terhadap Tranduser Ultrasonik yang terdiri dari transmiter dan receiver dilakukan dengan cara mengukur besarnya tegangan yang dihasilkan oleh tranduser ultrasonik pada saat memancarkan dan menerima frekuensi ultrasonik. Besar Jarak pemancaran gelombang dapat diatur dengan menggunakan trimpot pada transmiternya. 4.2. Pengujian Optokopler

Selain itu terdapat satu sensor lagi, yaitu Optokopler yang akan berfungsi sebagai pemberi informasi atau tanda bila kereta api telah lewat dan akan memberikan input kepada Mikrokontroler untuk memerintahkan Motor untuk membuka pintu lintasan dan mematikan LED, serta Speaker.

Pengujian terhadap optokopler dilakukan dengan cara mengukur besarnya tegangan yang dihasilkan oleh sensor optokopler pada saat berada dalam kondisi high dan low. Kondisi high, yaitu pada saat optokopler tidak terhalang oleh media apapun (LED hidup) dan Kondisi low adalah pada saat optokopler tehalang oleh benda (LED mati ).

3.4. Perancangan Perangkat Lunak Perangkat lunak yang digunakan untuk membuat program Mikrokontroller yaitu 8051 Integrated Development Environment dengan menggunakan bahasa assembler. Perangkat lunak ini memiliki simulator yang dapat digunakan untuk melihat jalannya program, sehingga penelusuran kesalahan dan tahapan program dapat langsung diketahui.

4.3. Pengujian DC Motor Servo Pengujian DC motor servo dimaksudkan agar motor dapat bekerja dengan baik. Tegangan yang diperlukan DC motor servo adalah sebesar 12 volt. Untuk menggerakkan motor agar bias membuka dan menutup portal diberikan logika, motor portal akan menutup bila receiver mendeteksi adanya frekuensi ultrasonik yang ada pada kereta dan motor akan membuka portal jika kereta api telah melewati kedua buah sensor optokopler.

Perancangan software terlebih dahulu dilakukan dengan membuat diagram alir (flowchart). Setelah itu, program dibuat

ISBN No. 978-979-18342-0-9

C-64


4.4. Pengujian Secara Keseluruhan

4.6. Pembahasan

Pengujian secara keseluruhan dilakukan dengan menggabungkan masing-masing rangkaian atau blok dan menjalankan perangkat lunak (software) yang telah dibuat. Pengujian ini dimaksudkan untuk mengetahui apakah sistem yang telah dibuat mampu bekerja sesuai dengan perancangan.

Otomatisasi pintu lintasan rel kereta api merupakan salah satu penerapan sistem otomatis dalam kehidupan manusia sehari– hari. Otomatisasi pintu lintasan rel kereta api ini mempunyai beberapa kelebihan, diantaranya tidak membutuhkan tenaga operator (manusia) untuk mengoperasikan dan menjadikan pintu lintasan rel kereta api menjdai aman untuk dilewati.

4.5. Cara Pengoperasian Alat

Pada proses pengujian alat, tahap awal yang dilakukan yaitu pengujian tranduser ultrasonik yang digunakan sebagai masukan awal. Pengujian tranduser ultrasonik dilakukan dengan menguji trasmiter dan receiver nya, Jarak frekuensi yang dipancarkan transmiter dapat diatur dengan menggunakan trim port yang ada pada rangkaiannya.

Cara pengoperasian alat ini yaitu, transmiter ultrasonic dipasang pada kereta api yang berfungsi sebagai pemancar gelombang ultrasonik dengan frekuensi 36 KHz. Kemudian, terdapat Receiver atau penerima gelombang ultrasonik yang dipasang pada pos penjaga pintu lintasan sehingga kedatangan kereta api bisa dideteksi sesuai dengan pengaturan jarak frekuensi yang telah diatur terlebih dahulu dengan menggunakan trimpot pada transmiternya, yang berada pada kereta.

Pengujian selanjutnya adalah pengujian sensor optokopler, Langkah - langkah yang dilakukan yaitu mengecek kondisi high dan low pada optokopler, bila dalam kondisi high atau tidak terhalang maka LED dalam rangkaian drivernya akan menyala dan bila optokopler dalam kondisi low atau terhalang maka LED pada rangkaian drivernya akan mati.. Kemudian dilakukan pengujian pada DC motor servo, yaitu dengan cara melihat kinerja motor untuk memutar pintu portal menutup dan membuka sesuai dengan logika yang ada pada Mikrokontroler AT89S51.

Setelah receiver menerima frekuensi ultrasonik yang dipancarkan oleh transmiter, maka sinyal frekuensi tersebut akan dikuatkan menggunakan Op Amp, kemudian input atau masukannya akan masuk dan diproses oleh Mikrokontroler, dan setelah Mikrokontroler bekerja sesuai dengan program yang telah dibuat, maka Mikrokontroler akan menghidupkan Motor, LED dan Speaker. Motor berfungsi sebagai penggerak menutup dan membuka pintu lintasan, sedangkan Speaker dan LED berfungsi sebagai tanda peringatan pintu lintasan akan segera ditutup.

Berdasarkan dari pengujian rangkaian yang telah dilakukan maka dapat diketahui bahwa tiap–tiap rangkaian dapat bekerja dengan baik. Pengujian keseluruhan dilakukan dengan menggabungkan semua proses pengujian hardware dan software.

Selain itu terdapat satu sensor lagi, yaitu Optokopler yang akan berfungsi sebagai pemberi informasi atau tanda bila kereta api telah lewat, pada sensor ini diberikan logika high dan low, jika sensor optokopler tidak terhalang, maka bernilai high, sedangkan jika sensor optokopler terhalang maka akan bernilai low, jadi motor portal akan membuka jika kedua buah sensor optokopler telah terlewati oleh kereta, dan kemudian akan memberikan input kepada Mikrokontroler untuk memerintahkan Motor untuk membuka pintu lintasan dan mematikan LED portal, serta Speaker.

ISBN No. 978-979-18342-0-9

5. KESIMPULAN & REKOMENDASI 5.1. Kesimpulan Setelah melakukan perancangan dan pengujian alat maka dapat diambil kesimpulan bahwa alat otomatisasi pintu lintasan rel kereta api dapat dibuat dengan menggunakan tranduser ultrasonik untuk mendeteksi kedatangan kereta, Mikrokontroler AT89S51 sebagai pemroses input, dan DC motor servo sebagai penggerak portal untuk menutup dan membuka. Pengaturan jarak kedatangan

C-65


kereta, dapat diatur dengan menggunakan trim port yang ada pada rangkaian transmitter ultrasonik. Untuk menutup dan membuka pintu portal digunakan DC Motor Servo sesuai dengan perintah Mikrokontroler.

6. DAFTAR ACUAN ATMEL AT89S51 Data Sheets. W.L.Porter. 1989, Sensors a comprehensive survey, Federal Republic of Germany. http://www.alds.stts.edu Diakses Juni 2006. http://www.newscientist.com Diakses Juni 2006.

5.2 Rekomendasi Berpijak dari kesimpulan tersebut diatas, maka rekomendasi yang perlu diperhatikan adalah bahwa untuk pengembangan alat ke depan adalah dengan penambahan sensor atau komponen hardware di dalam alat ini akan dapat menjadikan pintu lintasan rel kereta api otomatis menjadi lebih sempurna.

Malik, Mh, Anistrad, Bereksperimen dengan mikrokontroller 8051, PT Elex Media Komputindo, Jakarta. M.Ohring.. 1995, Dasar – dasar Fisika, Penerbit Erlangga, Jakarta Barry G.Wollard. 1994, elektronika praktis, Penerbit Erlangga, Jakarta. Sensor Optokopler 4N25 Data Sheets. C.M. Gilimore. 1995, Elektronika, Penerbit Jakarta.

ISBN No. 978-979-18342-0-9

C-66

Vademekum PT Erlangga,

OTOMATISASI PINTU PERLINTASAN KERETA API BERBASIS MIKROKONTROLLER AT89S51 DAN FREKWENSI ULTRASONIK

Recommend Documents