RANCANG BANGUN ALAT PENDETEKSI JARAK AMAN PADA KENDARAAN BERBASIS ARDUINO Faizal Zulmi Program Studi Teknik Elektro ⎯ Fakultas Teknik Universitas Mercu Buana, Jakarta1,2
[email protected] Sistem monitoring deteksi jaraka aman kendaraan mempunyai peranan yang sangat penting dalam kehidupan manusia. Terutama saat berkendara maupun sedang akan memarkirkan kendaraan.dengan alat ini pengendara dapat terbantu memperkirakan jarak yang aman pada kendaraanya. Dalam tugas akhir ini penulis menggunakan sensor ultra sonik sebagai alat untuk mendeteksi jarak, dan IC LM7809 sebagai penguat tegangannya dengan Arduino sebagai pusat kendalinya yang mampu menampilkan jarak yang terbaca oleh sensor pada LCD 16x2 dan dilengkapi dengan LED dan Buzzer sebagai display tambahan. Dari hasil pengujian hardware dan software prototype Alat deteksi jarak aman, alat berfungsi dengan baik dan mempunyai rata-rata kesalahan pembacaan hanya selisih satu cm dengan jarak aktual Kata Kunci : Arduino, HC-SR04 I.
PENDAHULUAN
Semakin pesatnya perkembangan dan kemajuan di bidang otomotif dalam hal ini khususnya mobil. mebuat para produsen mobil bersaing menciptakan mobil-mobil yang ramah lingkungan,dengan di dukung fitur-fitur lainnya serta harga yang relative murah menarik perhatian para konsumen untuk membelinya, hal ini tentu saja mempengaruhi keadaan jalan – jalan di Indonesia yang semakin hari semakin sesak di penuhi oleh mobil – mobil ekonomis karena tidak di sertai dengan adanya pelebaran jalan. Hal ini menjadi salah satu pemicu terjadinya kecelakaan lalulintas baik kecelakaan berat maupun ringan. Kecelakaan yang sering terjadi biasanya pada saat lalu lintas padat banyak kendaraan ingin saling mendahului dan pada akhirnya kendaraan saling bersenggolan karena terbatasnya space jalan untuk mendahului, selain itu lahan parkir yang padat pun menyulitkan pengendara untuk memarkirkan kendaraanya. Untuk meminimalisir resiko terjadinya kecelakaan kendaraan saat sedang mengemudikan mobil, pengendara harus dapat memposisikan jarak aman berkendara pada mobilnya. Pengemudi harus mempunyai perkiraan yang tepat. Untuk membantu mempermudah pengemudi memperkirakan jarak aman kendaraanya, maka di buat suatu alat yang berfungsi untuk mendeteksi jarak dari suatu objek yang berada disekitar kendaraan. Alat ini bekerja apabila terdapat objek di sekitar kendaraan dengan jarak tertentu yang harus di waspadai maka akan mengeluarkan bunyi dari buzzer sebagai tanda dan display
sebgai petunjuk objek yang berasal dari arah mana yang harus di waspadai. Alat ini di kendalikana oleh arduino uno sebagai kontrolnya dan sensor ultra sonic sebagai detector jarak pada satu sisi serta komponen lain sebagai penunjangnya.
II. DASAR TEORI 2.1 Sensor ultra sonik Sensor Ultra sonic adalah sebuah alat listrik yang mempnyai fungsi sebagai sensor yang bekerja berdasarkan prinsip pantulan dari sebuah gelombang suara yang di gunakan untuk mendeteksi keberadaan dari suatu benda atu objek tertentu yang ada di depanya. Sensor ini bekerja pada frekuensi di atas gelombang suara dari 40 KHz hingga 400 KHz dan mempunyai jangkauan 3 cm – 300 cm. gelombang ultra sonic ini merambat di udara dengan kecepatan 344 meter per detik. Sensor ini memiliki sebuah pin yang digunakan untuk memicu terjadinya pengukuran dan melaporkan jarak hasil pengukuran.
. Gambar 2.1 Sensor ultra sonic Sensor ultrasonik terdiri dari dari dua unit, yaitu unit pemancar dan unit penerima. Struktur unit pemancar dan penerima sangatlah sederhana, sebuah kristal piezoelectric dihubungkan dengan mekanik jangkar dan hanya dihubungkan dengan diafragma penggetar. Tegangan bolak-balik yang memiliki frekuensi kerja 40 KHz – 400 KHz diberikan pada plat logam. Struktur atom dari kristal piezoelectric akan berkontraksi (mengikat), mengembang atau menyusut terhadap polaritas tegangan yang diberikan, dan ini disebut dengan efek piezoelectric. Kontraksi yang terjadi diteruskan ke diafragma penggetar sehingga terjadi
gelombang ultrasonik yang dipancarkan ke udara (tempat sekitarnya), dan pantulan gelombang ultrasonik akan terjadi bila ada objek tertentu, dan pantulan gelombang ultrasonik akan diterima kembali oleh oleh unit sensor penerima. Selanjutnya unit sensor penerima akan menyebabkan diafragma penggetar akan bergetar dan efek piezoelectric menghasilkan sebuah tegangan bolak-balik dengan frekuensi yang sama. Prinsip kerja dari rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adalah sebagai berikut : 1.
2.
3.
4.
5. 6.
Pertama – tama sinyal yang diterima akan dikuatkan terlebih dahulu oleh rangkaian transistor penguat Q2. Kemudian sinyal tersebut akan di filter menggunakan High pass filter pada frekuensi > 40kHz oleh rangkaian transistor Q1. Setelah sinyal tersebut dikuatkan dan di filter, kemudian sinyal tersebut akan disearahkan oleh rangkaian dioda D1 dan D2. Kemudian sinyal tersebut melalui rangkaian filter low pass filter pada frekuensi < 40kHz melalui rangkaian filter C4 dan R4. Setelah itu sinyal akan melalui komparator OpAmp pada U3. Jadi ketika ada sinyal ultrasonik yang masuk ke rangkaian, maka pada komparator akan mengeluarkan logika rendah (0V) yang kemudian akan diproses oleh mikrokontroler untuk menghitung jaraknya. Secara utuh gambaran cara kerja dari sensor ultra sonic adalah sebagai brikut:
2.2 Arduino Uno
Arduino dikatakan sebagai sebuah platform dari physical computing yang bersifat open source. Pertamatama perlu dipahami bahwa kata “platform” di sini adalah sebuah pilihan kata yang tepat. Arduino tidak hanya sekedar sebuah alat pengembangan, tetapi ia adalah kombinasi dari hardware, bahasa pemrograman dan Integrated Development Environment (IDE) yang canggih. IDE adalah sebuah software yang sangat berperan untuk menulis program, meng-compile menjadi kode biner dan meng-upload ke dalam memory microcontroller. Ada banyak projek dan alat-alat dikembangkan oleh akademisi dan profesional dengan menggunakan Arduino, selain itu juga ada banyak modul-modul pendukung (sensor, tampilan, penggerak dan sebagainya) yang dibuat oleh pihak lain untuk bisa disambungkan dengan Arduino. Arduino berevolusi menjadi sebuah platform karena ia menjadi pilihan dan acuan bagi banyak praktisi.
Gambar 2.3 Arduino Uno Di antara sekian banyak alat pengembangan prototype, Arduino adalah salah satunya yang paling banyak digunakan karena selain harga yang relative terjangkau juga memiliki sifat yang open source baik untuk hardware maupun software-nya. Diagram rangkaian elektronik Arduino digratiskan kepada semua orang. Kemudian Lintas platform, software Arduino dapat dijalankan pada system operasi Windows, Macintosh OSX dan Linux, sementara platform lain umumnya terbatas hanya pada Windows.
Gambar 2.2 Cara kerja sensor Ultra sonic (ping)
2.3 LCD (Liquid Crystal Display) M1632 LCD M1632 merupakan modul LCD matrix dengan konfigurasi 16 karakter dan 2 baris dengan setiap karakternya dibentuk oleh 8 baris pixel dan 5 kolom pixel (1 baris pixel terahir adalah kursor). HD44780 ini sudah tersedia dalam bentuk modul M1632 yang dikeluarkan Hitachi, Hyunday dan modul-modul M1632 lainnya.
2.5 LED (Light Emitting Dioda) LED (Light Emitting Dioda) adalah dioda yang dapat memancarkan cahaya pada saat mendapat arus bias maju (forward bias). LED (Light Emitting Dioda) dapat memancarkan cahaya karena menggunakan dopping galium, arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda diata dapat menhasilkan cahaya dengan warna yang berbeda. LED (Light Emitting Dioda) merupakann salah satu jenis dioda, sehingga hanya akan mengalirkan arus listrik satu arah saja. LED akan memancarkan cahaya apabil diberikan tegangan listrik dengan konfigurasi forward bias. Berbeda dengan dioda pada umumnya, kemampuan mengalirkan arus pada LED (Light Emitting Dioda) cukup rendah yaitu maksimal 20 mA. Apabila LED (Light Emitting Dioda) dialiri arus lebih besar dari 20 mA maka LED akan rusak, sehingga pada rangkaian LED dipasang sebuah resistor sebgai pembatas arus. Simbol dan bentuk fisik dari LED (Light Emitting Dioda) dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar 2.7 Modul LCD M1632 HD44780 sebetulnya merupakan mikrokontroler yang dirancang khusus untuk mengendalikan LCD dan mempunyai kemampuan untuk mengatur proses scanning pada layar LCD yang terbentuk oleh 16 COM dan 40SEG sehingga mikrokontroler / perangkat yang mengakses modul LCD ini tidak perlu lagi mengatur proses scanning pada layar LCD. Mikrokontroler atau perangkat tersebut hanya mengirimkan data-data yang merupakan karakter yang akan ditampilkan pada LCD atau perintah yang mengatur proses tampilan pada LCD saja. 2.4 Buzzer mini Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah getaran listrik menjadi getaran suara. Pada dasarnya prinsip kerja buzzer hampir sama dengan loud speaker, jadi buzzer juga terdiri dari kumparan yang terpasang pada diafragma dan kemudian kumparan tersebut dialiri arus sehingga menjadi elektromagnet, kumparan tadi akan tertarik ke dalam atau keluar, tergantung dari arah arus dan polaritas magnetnya, karena kumparan dipasang pada diafragma maka setiap gerakan kumparan akan menggerakkan diafragma secara bolakbalik sehingga membuat udara bergetar yang akan menghasilkan suara. Buzzer biasa digunakan sebagai indikator bahwa proses telah selesai atau terjadi suatu kesalahan pada sebuah alat (alarm).
Gambar 2.9 Simbol dan pisik LED
III. PERANCANGAN SYSTEM
1.1. Perancangan Sistem Pada perancangan kali ini penulis akan memulai dari penempatan komponen-komponen Elektro pada sebuah papan project / bread board (LCD,LED,BUZZER dan komponen pedukung lainya) di port board Arduino. Adapun komponen-komponen tersebut adalah sebagai berikut : Gambar 2.8 Buzzer Mini
1.
Sensor Ultra sonic, di gunakan untuk membaca jarak objek dengan kendaraaan.
2.
LCD (Liquid Crystal Display) M1632, sebagai display penampil jarak hasil pengukuran dari sensor ultra sonic.
3.
LED Light Emitting Dioda yang memancarkan sinar berwarna hijau sebagai tanda standby.
4.
LED Light Emitting Dioda yang memancarkan sinar berwarna merah sebagai tanda bahwa jarak kendaraan pada posisi yang rawan terjadi benturan
5.
Mini Buzzer, di gunakan sebagai alarm peringatan tanda jarak kendaraan pada posisi tidak aman dimana dia bekerja setelah jarak yang terbaca dari hasil pengukuran sensor ultra sonic menujukan angka yang sesuai dengan yang telah di program sebelumnya.
6.
Perancangan catu daya, sebagai sumber tegangan Dari tiap-tiap komponen hardwere yang di gunakan dengan fungsi-fungsinya yang telah di jelaskan di atas dapat di gambarkan secara ringkas dengan diagram blok sebagai berikut.
1.2. Perancangan Sistem Pada perancangan kali ini penulis akan memulai dari penempatan komponen-komponen Elektro pada sebuah papan project / bread board (LCD,LED,BUZZER dan komponen pedukung lainya) di port board Arduino. Adapun komponen-komponen tersebut adalah sebagai berikut : 7.
Sensor Ultra sonic, di gunakan untuk membaca jarak objek dengan kendaraaan.
Gambar 3.2 Flowchart rangkaian
Dari gambar diagram alur di atas LCD akan
LCD (Liquid Crystal Display) M1632, sebagai display penampil jarak hasil pengukuran dari sensor ultra sonic.
menampilkan kata “JARAK AMAN” dan LED hijau akan
LED Light Emitting Dioda yang memancarkan sinar berwarna hijau sebagai tanda standby.
yang di pasang pada bagian depan dan belakang
10. LED Light Emitting Dioda yang memancarkan sinar berwarna merah sebagai tanda bahwa jarak kendaraan pada posisi yang rawan terjadi benturan
tersebut mendeteksi benda atau objek yang ada di
8.
9.
11. Mini Buzzer, di gunakan sebagai alarm peringatan tanda jarak kendaraan pada posisi tidak aman dimana dia bekerja setelah jarak yang terbaca dari hasil pengukuran sensor ultra sonic menujukan angka yang sesuai dengan yang telah di program sebelumnya. 12. Perancangan catu daya, sebagai sumber tegangan
menyala pada saat awal start, kemudian LCD akan menampilkan jarak yang terbaca oleh sensor ultra sonik
kendaraan. apabila salah satu dari sensor ultra sonic
sekitarnya, jika jarak benda yang terdeteksi masih dalam keadaan jarak aman atau lebih dari 20cm atau seperti yang sudah di set sebelumnya buzzer tidak berbunyi. Tapi, jika jarak yang terbaca menunjukan kurang kurang dari 20 yang berarti jarak dalam keadaan tidak aman, maka buzzer akan berbunyi dan lampu merah berkedip per 10s atau sesuai dengan yang di seting pada progran, kemudian jika jarak benda atau objek yang terdeteksi semakin dekat maka
bunyi buzzer dan kedipan LED berwarna merah semakin cepat, sesuai dengan pengaturan awal pada program. 1.3. PERANCANGAN HARDWARE Pada perancangan hardwere ini, penulis Gambar 3.4 Skematik rangkaian power supply 9 volt
menggunakan port-port digital dari papan arduino untuk di hubungkan pada LCD, sensor ultra sonic dan LED serta buzzer. Penggunaan port-port pada arduino tersebut dapat di lihat pada tabel berikut ini : Tabel 3.1 Penggunaan port arduino
1.3.2.
Perancangan Rangkaian sensor Ultra Sonik Sensor ultra sonic adalah sebuah alat yang bekerja
berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara sehingga dapat mendeteksi keberadaan suatu objek No Port Arduino 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
1.3.1.
Komponen Not Used Not Used LCD 16 x 2 LCD 16 x 2 LCD 16 x 2 LCD 16 x 2 echo pin sensor ultra sonic 1 Trig pin sensor ultra sonic 1 Echo pin sensor ultra sonic 2 Trig pin sensor ultra sonic 2 LCD 16 x 2 LCD 16 x 2 LCD 16 x 2 Buzzer
di depanya.
Sensor ini bekerja di daerah batas gelombang suara dari 40 KHz sampai dengan 400 KHz. sensor ultra sonic memerlukan catu daya 5v untuk dapat bekerja.arus pada mode siaga : < 2 mA lebar sudut deteksi ± 15º hingga mempunyai jarak deteksi akurat mencapai 1m dapat mendeteksi (namun kurang presisi) hingga 3m.
Aplikasi rangkaian sensor ultra sonik pada alat yang akan di buat ini adalah sebagai berikut:
Perancangan Rangkaian Power Supply
Untuk dapat mengoprasikan alat pendeteksi jarak aman kendaraan ini memerlukan power suplay 7-12 volt, maka dalam rangkaian di tambahkan rangkaian untuk penstabil tegangan yaitu : •
Tegangan 9 volt DC Tegangan 9 volt DC digunakan untuk membrikan supply tegangan pada Arduino, karena akan bekerja secara maksimal jika mendapat tegangan diantara 7 – 12 volt. Komponen yang digunakan dalam rangkaian power supply ini adalah IC regulator 7809, dengan aplikasi rangkaian sebagai berikut:
Gambar 3.5 Skematik rangkaian sensor ultra sonic
1.3.3. Perancangan LCD Dalam tugas akhir ini penulis menggunakan LCD 16 x 2, karena kompenen ini mampu menanpilkan 2 baris karakter yang masing-masing dapat menampilkan 16 karakter. Dengan penggunaan port-portnya seperti pada gambar dibawah.
Gambar 4.1 Pengujian prototype dengan mistar Setelah melakukan pengujian alat di dapatkan data seperti paada tabel Tabel 4.3 Hasil pengukuran alat Analisa hasil Dari data hasil pengukuran di atas dapat di hitung persentae kesalahan jarak yang di ukur oleh alat
Gambar 3.6 Skematik rangkaian LCD
IV PENGUJIAN DAN ANALISA DATA Setelah prototype alat pendeteksi jarak aman pada kendaraan di realisasikan di lakukan pengujian – pengujian pada alat ini dengan tujuan memeriksa apakah alat ini sudah dapat bekerja dengan baik sesuai dengan teori – teori dan rancangan yang di buat pada alat. Pengujian – pengujian itu meliputi beberapa hal antara lain : 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Pengujian rangkaian catu daya 9 volt. Pengujian pada Board Arduino uno. Pengujian pada LCD 16 X 2 Penguian Buzzer Pengujian Pada Sensor ultra sonic HC-SR04 Pengujian pada prototype alat
No
JARAK AKTUAL (DENGAN MISTAR)
JARAK TERBACA PAD LCD
1
5 cm
4
2
10 cm
9
3
15 cm
14
4
20 cm
13
5
25 cm
24
6 30 cm dengan perhitungan sebagai berikut :
29
Kesalahan (%) hasil dari pembacaan prototype pada jarak 5cm: =
aktual − terbaca x100% aktual
=
5−4 x100% 5
= 20 %
Kesalahan (%) hasil dari pembacaan prototype pada jarak 10cm: =
aktual − terbaca x100% aktual
=
10 − 9 x100% 10
= 11,1 % Kesalahan (%) hasil dari pembacaan prototype pada jarak 15cm:
2.
dapat terbantu oleh jarak yang di tampilkan alat dan bunyi alarm yang di hasilkan oleh buzzer pada jarak tertentu. Dari data hasil pengujian di dapat akurasi ketepatan pengukuran alat ini kurang 1 cm selisih dari jarak aktual.
1.2. Saran Setelah melakukan penelitian ini diperoleh beberapa hal yang dapat dijadikan saran untuk melakukan penelitian lebih lanjut, yaitu:
aktual − terbaca x100% = aktual
1.
15 − 14 = x100% 15
2.
Mengganti sensor ultra sonik HC-SR04 dengan sensor jarak lain yang lebih tahan pada kodisi cuaca khususny hujan, sehingga memungkinkan alat dapat di aplikasikan pada kehidupan nyata. Memodifikasi alat menjadi ukuran yang lebih kecil sehingga dapat di pasang pada kendaraan nyata secara mudah.
= 7,14 % DAFTAR PUSTAKA Kesalahan (%) hasil dari pembacaan prototype pada jarak 20cm:
Alvino, Barnawi. 1994. Prinsip-Prinsip Elektronika, Edisi ketiga, jilid I. Jakarta: Erlangga
=
aktual − terbaca x100% aktual
Hanapi Gunawan. 1999. Prinsip-Prinsip Elektronik. Jakarta: Erlangga
=
20 − 19 x100% 20
LM7809 Precision Centrigate Temperature Sensor © National Semiconductor. Noname, 1994. Datasheet LM7809.
=5% Kesalahan (%) hasil dari pembacaan prototype pada jarak 25cm: =
aktual − terbaca x100% aktual
Yuliza. 2012. Pengukuran Besaran Listrik. Jakarta: Universitas Mercubuana. Djuandi, Feri. 2011. PengenalanArduino. Jakata: Tokobuku.com
=
25 − 24 x100% 25
=4% V KESIMPULAN DAN SARAN 1.1. Kesimpulan
1.
Dari hasil pengujian pada BAB VI dapat di simpulakan sebagai berikut: Prototype ini dapat berfungsi dengan baik karena dapat menampilkan jarak objek pada layar LCD sehingga memungkinkan pengendara kendaraan
