Prosiding SENTIA 2016 – Politeknik Negeri Malang
Volume 8 – ISSN: 2085-2347
RANCANG BANGUN SIMULASI PALANG KERETA API OTOMATIS MENGGUNAKAN INFRARED GP2Y0A02YK0F David Boy Tonara1, Yuwono Marta Dinata2 1,2 Jurusan, Fakultas, Universitas, 3 Instansi 1 Management Information System, Fakultas Teknik Informatika, Universitas Ciputra Surabaya 2 Information and Multimedia Technology, Fakultas Teknik Informatika, Universitas Ciputra Surabaya 1
[email protected] ,
[email protected]
Abstrak The train is one mode of public transport that become the foundation of many people in Indonesia. In 2015 it is estimated this mode of transportation will transport 338 million passengers. With a passenger volume per schedule which is much higher than public transportation bus or plane, train safety side is the side that is very vital because it deals with the safety of many lives. This study will establish a system of automatic train doorstop that is expected to reduce the risk of accidents on the railways. Not just calculating the distance, the system automatically latch built railway will take into account the speed. Doorstop train system automatically on this research will be built based on Arduino controller. To calculate the speed and acceleration of the train, the train system automatically latch will use two infrared sensors. Where two of these sensors will be used to calculate the speed of the train. Kata kunci: kereta api, arduino, palang pintu, kecepatan, percepatan Indonesia (KAI) membuat solusi dengan membangun jembatan laying (flyover) atau jalan bawah tanah (underpass) (Fitri, 2015). Sebagai contoh, data yang dimiliki oleh PT KAI Daop 1 Jakarta, hanya memiliki 48 titik flyover dari 533 perlintasan. Sedangkan selebihnya, terdapat 158 titik perlintasan dijaga oleh PT. KAI, 35 titik perlintasan dijaga oleh pihak luar dan 106 perlintasan tidak ada yang menjaga dan yang paling mengkhawatirkan terdapat 186 perlintasan liar (Fitri, 2015).
1. Pendahuluan Kereta api adalah salah satu moda transportasi umum yang menjadi tumpuan banyak orang di Indonesia. Berdasarkan data terakhir yang dirilis oleh PT Kereta Api Indonesia pada tahun 2014, volume angkutan penumpang moda transportasi umum ini telah mencapai sekitar 280 juta penumpang (PT. Kereta Api Indonesia, 2015). Nilai ini meningkat sekitar 21% dari tahun 2013. Sehingga dengan tingkat kenaikan yang diasumsikan sama saja untuk tahun 2015, moda transportasi umum ini akan mencapai volume 338 juta penumpang. Dengan jumlah volume penumpang per jadwal yang jauh lebih tinggi dibandingkan moda transportasi umum bus atau pesawat, sisi keselamatan kereta api adalah sisi yang sangat vital karena berhubungan dengan keselamatan banyak jiwa.
Data Direktorat Keselamatan Perkeretaapian menyebutkan bahwa jumlah kecelakaan di tahun 2013 menurun dibandingkan 2012 yakni dari 18 kali menjadi 13 kali. Namun pada kurun waktu yang sama, korban meninggal dan luka-luka justru mengalami kenaikan (Sindonews, 2013). Sebagai contoh di Jakarta pada tahun 2014, tingkat angka kecelakaan sejak bulan Januari 2014 hingga Juni 2014 sebanyak 83 kasus, hal ini dikarenakan kendaraan bermotor nekad melintasi pintu resmi dan melewati perlintasan liar. Data kecelakaan tersebut melonjak 20% dari tahun 2013. Di Jakarta, palang pintu terdapat 481 perlintasan kereta api dan yang mengejutkan bahwa 144 diantaranya tidak berpalang (Kusuma, 2014). Berdasarkan data tersebut, kebutuhan untuk membangun sistem palang pintu kereta api otomatis sudah sangat mendesak.
Berdasarkan data dari Direktorat Perkeretaapian Kemenhub, ada sekitar 8.500 palang pintu perlintasan KA di seluruh Indonesia. Dari jumlah tersebut baru sekitar 2.500 atau sekitar 29% yang dijaga, baik resmi maupun tak resmi. Berarti dapat disimpulkan bahwa masih terdapat sekitar 71% palang pintu yang tidak terjaga. Berdasarkan data besarnya volume penumpang moda transportasi umum kereta api dan prosentase palang pintu perlintasan KA yang dijaga, dapat disimpulkan bahwa moda transportasi umum ini memiliki resiko kecelakaan yang cukup besar. Dengan angka kecelakaan yang tinggi tersebut maka PT Kereta Api
Selain itu ditengarai besarnya jumlah kecelakaan yang melibatkan kereta api juga disebabkan oleh kurang akuratnya waktu tutup palang
C-12
Prosiding SENTIA 2016 – Politeknik Negeri Malang pintu kereta api. Jeda waktu yang cukup lama antara menutupnya palang pintu kereta api dengan lewatnya kereta api menyebabkan pengendara moda transportasi darat lain terbiasa untuk menerobos palang kereta api. Hal tersebut dikarenakan penjaga palang pintu kereta api tidak memiliki acuan waktu yang tepat mengenai lewatnya kereta api yang seharusnya dapat dihitung berdasarkan kecepatan kereta api tersebut.
Volume 8 – ISSN: 2085-2347 interface serial, juga bisa menghasilkan Pulse Width Modulation (PWM). Arduino juga sangat mudah digunakan dalam hal memprogram karena setelah program dibuat dalam komputer, program dapat langsung dikirimkan melalui komunikasi serial yang standart. Harga Arduino juga bervariasi antar empat ratus ribu sampai enam ratus ribu rupiah. Selain itu Arduino merupakan proyek open source dengan kata lain Arduino juga mempuyai sumber-sumber yang terpercaya untuk mendukung pengembangannya. (Kumar & Kumar, 2013)
Maka dari itu perlu dilakukan perhitungan kecepatan kereta api. Sehingga palang pintu dapat segera menutup. Untuk dapat melakukan hal tersebut dibutuhkan sistem palang kereta otomatis yang menggunakan infrared sebagai sensornya. Untuk menekan biaya penelitian ini tidak menggunakan PC, namun mengunakan mikrokontroler.. Diharapkan penelitian ini dapat merancang bangun sebuah simulasi sistem palang kereta api otomatis dengan waktu tutup yang akurat dan biaya yang efisien.
Pengembangan yang didukung oleh komunitas yang seluruh diseluruh belahan dunia maka terdapat berbagai macam pustaka (library). Library yang tersedia bisa yang sudah di dalam program IDE yang disebut dengan sketch (Dinata, Arduino itu Pintar, 2016) ataupun di luar sketch. Sebagai contoh program untuk menghitung waktu yang perlu kita download dulu dari tempat lain dan baru bisa digunakan. Untuk menggunakan library dari pihak ke tiga, terlebih dahulu library tersebut
2. Landasan Teori Dalam penelitian ini, ada beberapa teori yang digunakan untuk melakukan penelitian. Teori yang digunakan yaitu Arduion, Infrared, dan Pulse Width Modulation (PWM).
Arduino mempunyai beragam jenis variasi atau tipe, seperti pada Tabel 1.1 (Dinata, Arduino itu Pintar, 2016).
2.1 Arduino Arduino merupakan salah satu mikrokontroller yang bisa digunakan oleh para seniman maupun desiner dengan mudah. Arduino juga bisa digunakan untuk menghasilkan karya yang canggih bagi pemula. Hal ini seperti yang diungkapkan oleh Mike Schmidt (Dinata, Arduino itu Mudah, 2015). Arduino juga bisa digunakan sebagai pengontrol lampu penerangan otomatis yang dihubungkan dengan dua buah sensor yaitu sensor gerak dan sensor cahaya (Sutono, 2014) .
Tabel 1.1 Jenis Arduino Tipe Gambar Arduino Arduino USB
Menurut Parkash Kumar Arduino merupakan sebuah platform perangkat keras open source dengan papan I/O yang sederhana dan pengembangan software IDE untuk membuat program. Arduino dapat dihubungkan dengan berbagai macam input sehingga bisa digunakan untuk mengembangkan berbagai keperluan. Arduino dapat digunakan untuk menerima masukan dari switch atau sensor dan mengontrol berbagai macam lampu, motor dan output yang lainnya. Arduino dapat dibuat sebagai program yang stand alone ataupun bisa dihubungkan dengan computer melalui interface program komputer, seperti program Flash, Processing ataupun MaxMSP (Kumar & Kumar, 2013). Arduino mempunyai berbagai macam jenis dan kemampuan yang berbeda-beda. Pada umumnya Arduino sangatlah mudah digunakan karena mempunyai berbagai input-output digital dan analog. Selain itu Arduino juga mempunyai fasilitas SPI dan
C-13
Keterangan Menggunakan interface USB sebagai antarmuka pemrograman atau komunikasi komputer. Contoh: Arduino yang menggunakan interface USB untuk download kode program, yaitu: Arduino Uno Arduino Duemilanove Arduino Diecimila Arduino Extreme dan Arduino Extreme v2 Arduino USB dan Arduino USB v2.0
Prosiding SENTIA 2016 – Politeknik Negeri Malang Tipe Gambar Arduino Arduino Mega
Keterangan Arduino jenis ini memiliki spesifikasi yang lebih tinggi, dilengkapi tambahan pin digital, pin analog, port serial, dan sebagainya. Contoh: Arduino Mega Arduino Mega 2560
Volume 8 – ISSN: 2085-2347 Penelitian ini dilakukan dengan mempelajari literatur yang ada seperti yang telah dituliskan pada latar belakang, kemudian tahapan selanjutnya melakukan perangcangan desain sistemnya dan melakukan implemenatasinya. 3.1 Desain Sistem Desain penelitian ini dilihat pada Gambar 2.
Sensor Kereta Api
Sharp GP2Y0A02YK0F (S1)
10 cm
Pada penelitian ini, tipe Arduino yang digunakan adalah tipe Arduino Mega 2560. Pertimbangan menggunakan Arduino tersebut adalah memory yang besar dibandingkan Arduino Uno. Arduino Mega 2560 dilengkapi dengan 54 pin digital sehingga bisa digunakan untuk banyak input digital. Selain itu juga terdapat 16 pin analog dengan tiap pin mempunyai kemampuan resolusi DAC 10 bit.
Mikrokontroller
Motor (Sebagai pengerak palang pintu kereta api)
Sharp GP2Y0A02YK0F (S2)
Gambar 2. Desain Penelitian Blok diagram sistem yang dibuat bisa dilihat pada Gambar 2. Sensor Sharp GP2Y0A02YK0F terdapat dua buah. Sensor ditempatkan di sebelah kiri palang kereta api dua buah. Hal ini untuk mengetahui dari mana kereta berasal. Saat sensor menangkap ada benda yang melewati sensor, maka sensor akan terbaca oleh mikrokontroler. Proses yang terjadi di mikrokontroller adalah membaca output dari sensor, lalu menghitung waktu yang diperlukan benda (dalam hal ini kereta api) saat melewati S1 ke S2. Setelah itu mikrokontroler akan menghitung kecepatan kereta api. Dan kemudian menutup palang kereta api.
2.2 Infrared Infrared transmitter dan receiver ini digunakan secara berpasangan. Infrared merupakan cahaya yang tidak tampak mata saat menyala. Infrared ini perlu tempat yang tidak terhalang agar signal yang dikirimkan dari transmitter ke receiver bisa ditangkap. Jarak efektif infrared saat tidak terhalang adalah 20 kaki (Warren, Adams, & Molle, 2011). Agar jarak pengiriman signal bisa bertambah jauh perlu dilakukan modulasi menggunakan frekuensi 30 – 50 Hz. Sebagai receivernya digunakan phototransistor yang akan berada pada kondisi saturasi saat menerima sinar infrared dan akan cut off saat tidak ada sinar infrared. Sensor infrared yang digunakan adalah jenis Sharp GP2Y0A02YK0F, yang mengukur jarak 20 – 150 cm.
3.2 Skematik Rangkaian Dari desian yang telah direncanakan pada Gambar 2, maka dibuatlah rangkaian skematik. Rangkaian ini dibuat dengan menggunakan software Fritzing. Program ini bisa didapatkan secara gratis di internet. Komponen yang digunakan pada Gambar 3 yaitu dua buah sensor sharp GP2Y0A02YK0F, satu mikrokontroler Arduino Mega 2560, satu motor shield dan satu motor DC 12 Volt. Output dari sensor sharp S1, dan S2 yang masing-masing dimasukkan ke dalam pin Arduino A1 dan A2. Untuk dapat mengendalikan motor DC maka diperlukan koneksi antar pin yang terdapat pada Arduino ke Motor Shield. Pin yang perlu dihubungkan adalah pin 12, 9 dan 3 Arduino ke pin 12, 9 dan 3 Motor Shield. Sedangkan untuk motor, masing-masing koneksinya dihubungkan ke bagian chanel yang digunakan. Pada penelitian ini channel yang digunakan adalah chanel A. Sehingga pin motor di hubungkan ke A+ dan A-.
2.3 Motor DC Pada penelitan ini, motor yang digunakan yaitu GMX023 DC Gear Motor 3-12V, dengan ratio 1:120, putaran motor 100rpm. GMX023 dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Motor DC 3. Metode Penelitian
C-14
Prosiding SENTIA 2016 – Politeknik Negeri Malang Untuk sumber daya motor Shield diperlukan sumber tegangan eksternal sebesar 12 Volt.
Volume 8 – ISSN: 2085-2347 Start
A
Inisialisasi Sensor Inisialisasi Serial
Hitung Waktu Kereta sampai di S2 dan kecepatan Kereta
Baca Sensor (S1)
Tidak
Menutup Palang Selama 2 detik Lalu membuka
End
Ada Kereta Api?
YA Setting t0 = 0
Baca Sensor (S2)
Tidak
Ada Kertea Api?
Gambar 3. Skematik Rangkaian YA A
3.3 Flowchart program Program terlebih dahulu melakukan insialisasi untuk sensor sharp dan inisialisasi serial. Inisialisasi sensor digunakan untuk mempersiapkan pembacaan data sensor. Sedangkan inisialisasi serial digunakan untuk menampilkan hasil pembacaan sensor, waktu pembacaan sensor dan menghitung kecepatan.
Gambar 4. Flowchart Program 3.4 Program Program yang dibuat terbagi menjadi tiga bagian, yaitu untuk pendefinisian library, setup dan loop. Pada bagian pendefinisian library perlu disiapkan library SharpIR.h. Library tersebut berfungsi untuk mikrokontroler dapat melakukan pembacaan sensor sharp.
Setelah itu program akan membaca sensor S1 dan S2 secara bergantian. Hal ini dahulu dari mana datangnya, dari arah kanan atau kiri. Dari Flowchart Gambar 4, Awalnya dilakukan inisiallisasi serial dan sensor. Mikrokontroller akan membaca sensor S0, jika terdapat benda yang melewatinya maka S0 akan memberikan signal bahwa ada benda yang lewat (kereta api). Kemudian akan mengeset waktu t0 = 0. Kemudian mikrokontroler akan menghitung waktu yang digunakan kereta api menuju sensor S2. Setelah S2 dilewati maka akan mendapatkan nilai waktu. Mikrokontroller akan menghitung kecepatan kereta dan kemudian akan menjalankan motor untuk menutup palang kereta api. Pada simulasi ini palang ditutup selama 2 detik, kemudian akan membuka kembali.
Pada bagian setup, yang dilakukan adalah melakukan inisialisasi serial untuk menampilkan hasil pembacaan sensor dan perhitungan kecepatan kereta api. Program untuk setup bisa dilihat pada Program 1. Program 1. Setup Serial.begin(9600); pinMode (ir1, INPUT);// initiates input sensor S1 pinMode (ir2, INPUT); // initiates input sensor S2 pinMode(12, OUTPUT); //Initiates Motor Channel A pin pinMode(9, OUTPUT); //Initiates Brake Channel A pin jarak = 100;
C-15
Prosiding SENTIA 2016 – Politeknik Negeri Malang Pada bagian loop, menjelaskan tentang program utama untuk membaca sensor, menghitung kecepatan dan menutup palang pintu kereta api. Program loop dapat dilhat pada Program 2. Program 2. program loop //membaca sensor S1 while (!S1) { delay(10); int dis1 = s1.distance(); if (dis1 > 0 and dis1 <= 35) { Serial.println("lewat S1 "); S1 = true; t1 = 0; S2 = false; } } //membaca sensor S2 while (!S2) { delay(10); t1 = t1 + 1; int dis2 = s2.distance(); if (dis2 > 0 and dis2 <= 35) { Serial.print("t1 (lewat S2 : "); Serial.println(t1); S2 = true; //hitung kapan motor bergerak kec = jarak/t1; Serial.print("Kec : "); Serial.println(kec); int waktu = hitungwaktu(kec,500); Serial.println(waktu); delay(waktu*10+2000); jumlahtutup = jumlahtutup + 1; tutup(2000,jumlahtutup); S1 = false; } } 4. HASIL PENGUJIAN Hasil maket dari penelitian yang telah dilakukan dapat dilihat pada Gambar 5.
Volume 8 – ISSN: 2085-2347 Mikrokontroller
Sharp GP2Y0A02YK0F (S0)
Sharp GP2Y0A02YK0F (S1)
Palang Pintu Kereta Api
Jalur Kereta Api
Gambar 6. Konsep Maket Penelitian Hasil pembacaan sensor dan perhitungan kecepatan kereta api dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7. Hasil Pembacaan Kereta Api Pada Gambar 7, memperlihatkan hasil bawah jika kereta berhasil melewati sensor S1 mikrokontroler akan menuliskan kalimat “lewat S1”. Waktu t1 saat kereta telah lewat sensor S2. Dan menghitung kecepatannya. Sedangkan angka 55, 70, 60, dan 40 adalah angka yang dihitung untuk mengetahui waktu yang dibutuhkan kereta untuk sampai di palang pintu kereta api. Pada penelitian ini angka tersebut masih berubah-ubah sehingga waktunya masih belum dapat ditentukan dengan tepat. Hasil ini mungkin diperkirakan adanya percepatan yang timbul karena terdapat rel yang timbul, seperti diperlihatkan pada Gambar 8 (yang dilingkari warna merah).
Gambar 8. Gambar rel yang timbul
Gambar 5. Maket penelitian Pada Gambar 5, memperlihatkan penempatan sensor dan mikrokontroler. Bila dilihat secara konsep dapat dilihat pada Gambar 6.
Tabel 1.2 Hasil Pembacaan Sensor
C-16
Prosiding SENTIA 2016 – Politeknik Negeri Malang Waktu
Per cob aan ke
lewat S1
lewat S2 (ms)
Menutup Palang Kereta (ms)
Kecepa tan
1
0
10
50
10,00
2
0
14
70
7,14
3
0
16
80
6,25
4
0
8
40
12,50
5
0
10
50
10,00
6
0
8
40
12,50
7
0
10
50
10,00
8
0
11
55
9,09
9
0
12
60
8,33
10
0
16
80
6,25
11
0
13
65
7,69
12
0
10
50
10,00
13
0
16
80
6,25
14
0
10
50
10,00
15
0
9
45
11,11
16
0
9
45
11,11
17
0
11
55
9,09
18
0
10
50
10,00
19
0
14
70
7,14
20
0
14
70
7,14
21
0
11
55
9,09
22
0
10
50
10,00
23
0
10
50
10,00
24
0
9
45
11,11
25
0
15
75
6,67
26
0
10
50
10,00
27
0
16
80
6,25
28
0
15
75
6,67
29
0
8
40
12,50
30
0
11
55
0,38
Volume 8 – ISSN: 2085-2347 Dari hasil yang didapatkan dari Tabel 1.2 waktu rata-rata menutup palang kereta api yaitu 57,6 ms. 5. Simpulan Dan Saran Pada penelitian yang telah dilakukan ini dapat diambil kesimpulan dan saran yang akan di bahas pada subbab 5.1 dan 5.2. 5.1 Simpulan Kesimpulan yang dihasilkan pada penelitian ini adalah prototipe simulasi telah berhasil dibuat. Waktu rata-rata kereta api sebelum melewati perlintasan yaitu 57,6 ms. 5.2 Saran Penelitian ini masih dapat terus dikembangkan. Dengan menambahkan unsur percepatan sehingga waktu untuk menutup palang kereta api bisa lebih tepat. 6. Ucapan Terima Kasih Peneliti mengucapkan terima kasih kepada Kementrian Riset dan Teknologi (KemenRisTek) Republik Indonesia atas bantuan dana hibah penelitian dosen pemula. Universitas Ciputra tempat peneliti bernaung untuk kesempatan dan kepercayaan untuk melakukan penelitian. 7. Daftar Pustaka Dinata, Y. M. (2015). Arduino itu Mudah. Jakarta: Elex Media Komputindo. Dinata, Y. M. (2016). Arduino itu Pintar. Jakarta: Elex Media Komputindo. Fitri. (2015, Maret 29). Kesadaran Keselamatan Masyarakat Rendah, PT KAI ingin tambah Flyover dan Underpass. Dipetik April 10, 2015, dari http://kereta-api.info/: http://kereta-api.info/kesadarankeselamatan-masyarakat-rendah-pt-kaiingin-tambah-flyover-dan-underpass4132.htm King, T. (2016). https://arduinoinfo.wikispaces.com. Dipetik Mei 14, 2016, dari https://arduinoinfo.wikispaces.com/Arduino-YourDuinoMEGA2560-1280 Kumar, P., & Kumar, P. (2013). Arduino Based Wireless Intrusion Detection Using IR Sensor and GSM. International Journal of Computer Science and Mobile Computing, 2(5), 417-424. Kusuma, H. (2014, Juni 12). Waspada, 144 Perlintasan KA di Jakarta Tidak Berpintu. Dipetik April 10, 2015, dari
C-17
Prosiding SENTIA 2016 – Politeknik Negeri Malang http://beritajakarta.com/: http://beritajakarta.com/read/2819/Waspada _144_Perlintasan_KA_di_Jakarta_Tidak_B erpintu#.VSctEvmUeSo PT. Kereta Api Indonesia. (2015, January 14). Pusat Informasi dan Berita KA. Dipetik April 24, 2015, dari Situs Resmi PT. Kereta Api Indonesia (Persero): www.kereta-api.co.id Sindonews. (2013, Oktober 03). Sering kecelakaan di perlintasan KA, Kemenhub dinilai lalai. Dipetik April 2015, 09, dari http://nasional.sindonews.com/: http://nasional.sindonews.com/read/790252 /15/sering-kecelakaan-di-perlintasan-kakemenhub-dinilai-lalai-1380774145 Sutono. (2014). Perancangan Sistem Aplikasi Otomatisasi Lampu Penerangan Menggunakan Sensor Gerak Dan Sensor Cahaya Berbasis Arduino Uno (ATMEGA
328). Majalah Ilmiah UNIKOM, 12(2), 223-232. Warren, J.-D., Adams, J., & Molle, H. (2011). Arduino Robotics. New York: Apress.
C-18
Volume 8 – ISSN: 2085-2347
