UNIVERSITAS GUNADARMA
FAKULTAS ILMU KOMPUTER & TEKNOLOGI
INFORMASI
TULISAN ILMIAH
Nama : Wahyu Ajis Saputra
NPM : 2C114121
Jurusan : Sistem Komputer
Pembimbing : Dr. Jonifan
Diajukan Guna Melengkapi Sebagian Syarat Dalam
Mencapai
Gelar Setara Sarjana Muda
Gelar Setara Sarjana Muda
Jakarta
2017
2017
ABSTRAK
Wahyu Ajis Saputra 2C114121
PROTOTIPE
SISTEM PENGAMANAN PADA PALANG PINTU LINTASAN KERETA API BERBASIS ARDUINO UNO
PI. Sistem Komputer. Fakultas Ilmu Komputer dan
Teknologi Informasi. Universitas Gunadarma. 2017
Kata
Kunci: Mikrokontroller Arduino Uno, Motor servo, Sensor Ultrasonik,
(xii+29+Lampiran)
Kecelakaan lalu lintas pada perlintasan rel kereta api terjadi
akhir-akhir ini di Indonesia. Kecelakaan tersebut telah menimbulkan banyak
korban jiwa baik yang hanya luka-luka maupun yang meninggal serta sejumlah
kerugian material lainnya. Penyebab terjadinya kecelakaan tersebut umumnya
karena tidak adanya pintu perlintasan, atau kegagalan pintu menutup saat
dibutuhkan atau kegagalan operator untuk memerintahkan penutupan pintu
perlintasan (human error). Dalam rangka mengurangi kecelakaan tersebut perlu
kiranya setiap perlintasan diberi pintu perlintasan. Dan untuk mengurangi human
error sebaiknya pintu tersebut bekerja secara otomatis. Untuk itu perlu
dikembangkan teknologi yang mampu mengatasi masalah tersebut. Komponen yang
dipakai pada system ini adalah Arduino uno, sensor ultrasonik, motor servo, dan
buzzer. Berdasarkan hasil uji coba alat ini bekerja dengan baik. Palang pintu
kereta api dapat menutup secara otomatis jika ada kereta api yang akan lewat.
Sebaliknya jika kereta api sudah lewat maka palang pintu kereta api akan
terbuka secara otomatis. Implementasi alat iini pada lokasi yang sesungguhnya
membutuhkan ketersediaan sumber energi listrik bolak-balik. Oleh sebab itu alat
ini perlu dikembangkan lebih lanjut dapat dioperasikan dengan sumber energi
listrik menggunakan aki atau sel surya.
Daftar
Pustaka (1997 – 2017)
Wahyu Ajis Saputra 2C114121
PROTOTIPE
SISTEM PENGAMANAN PADA PALANG PINTU LINTASAN KERETA API BERBASIS ARDUINO UNO
PI. Sistem Komputer. Fakultas Ilmu Komputer dan
Teknologi Informasi. Universitas Gunadarma. 2017
Kata
Kunci: Mikrokontroller Arduino Uno, Motor servo, Sensor Ultrasonik,
(xii+29+Lampiran)
Kecelakaan lalu lintas pada perlintasan rel kereta api terjadi
akhir-akhir ini di Indonesia. Kecelakaan tersebut telah menimbulkan banyak
korban jiwa baik yang hanya luka-luka maupun yang meninggal serta sejumlah
kerugian material lainnya. Penyebab terjadinya kecelakaan tersebut umumnya
karena tidak adanya pintu perlintasan, atau kegagalan pintu menutup saat
dibutuhkan atau kegagalan operator untuk memerintahkan penutupan pintu
perlintasan (human error). Dalam rangka mengurangi kecelakaan tersebut perlu
kiranya setiap perlintasan diberi pintu perlintasan. Dan untuk mengurangi human
error sebaiknya pintu tersebut bekerja secara otomatis. Untuk itu perlu
dikembangkan teknologi yang mampu mengatasi masalah tersebut. Komponen yang
dipakai pada system ini adalah Arduino uno, sensor ultrasonik, motor servo, dan
buzzer. Berdasarkan hasil uji coba alat ini bekerja dengan baik. Palang pintu
kereta api dapat menutup secara otomatis jika ada kereta api yang akan lewat.
Sebaliknya jika kereta api sudah lewat maka palang pintu kereta api akan
terbuka secara otomatis. Implementasi alat iini pada lokasi yang sesungguhnya
membutuhkan ketersediaan sumber energi listrik bolak-balik. Oleh sebab itu alat
ini perlu dikembangkan lebih lanjut dapat dioperasikan dengan sumber energi
listrik menggunakan aki atau sel surya.
Daftar
Pustaka (1997 – 2017)
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1
Latar
Belakang
Pintu perlintasan kereta api merupakan
salah satu dari alat pengaman yang terdapat dalam sistem perkereta apian.
Perlintasan kereta api di bagi dalam dua macam, yaitu perlintasan sebidang dan
perlintasan tidak sebidang. Perlintasan sebidang yang diartikan sebagai elevasi
jalan rel dan jalan raya ada pada satu bidang. Perlintasan tidak sebidang yang
di artikan sebagai elevasi jalan rel dan jalan raya tidak berada pada satu bidang.
Perlintasan sebidang ada yang berpintu dan ada yang tanpa pintu. Pada
perlintasan berpintu di jaga oleh petugas jaga lintasan. Kecelakaan kereta ini
merupakan salah satu peristiwa transportasi yang sering terjadi di Indonesia.
Salah satu permasalahan yang mengemuka adalah persoalan palang pintu
perlintasan kereta api. Kecelakaan yang sering terjadi di sekitar pintu
perlintasan kereta api di sebabkan kelalaian petugas penjaga pintu atau sikap
dari para pengemudi yang tidak disiplin.
Perkembangan teknologi khususnya
dibidang mikrokontroller dapat menciptakan alat-alat yang bermanfaat.
Mikrokontroller dapat dikontrol dengan suatu rangkaian pada palang pintu
perlintasan kereta api yang berupa dikontrol secara otomatis
Untuk
mengurangi kecelakaan kecelakaan diperlintasan kereta api muncul ide untuk
membuat palang pintu otomatis berbasis arduino uno yang menggunakkan sensor
ultrasonic sebagai kontrol pada perlintasan kereta api dan motor servo sebagai
palang pintu otomasi.
Miniatur ini diharapkan dapat mengatur
buka tutup palang pintu perlintasan kereta api dan di operasikan secara
otomatis dengan menggunakan arduino uno.
1.2 Batasan
Masalah
Masalah-maslah yang akan dibahas
dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Menggunakan
sensor ultrasonic pada prototype palang pintu perlintasan kereta api secara
otomatis
2. Menggunakan
motor servo pada prototype palang pintu perlintasan kereta api secara otomatis
3. Menggunakan
buzzer pada prototype palang pintu perlintasan kereta api secara otomatis
1.3
Tujuan
Penelitian
Dalam penelitian ini penulis mempunyai tujuan, yaitu :
Membuat miniatur palang pintu
perlintasan kereta api dengan menggunakan komponen-komponen instrumentasi yaitu
arduino uno, motor servo, buzzer, sensor ultrasonic
1.4
Metode Penelitian
Metode-metode
yang digunakan dalam penulisan ilmiah ini antara lain:
1. Metode
Kepustakaan
Metode ini dilakukan dengan melakukan pengumpulan data dari
berbagai buku yang berhubungan dengan permasalahan yang akan dibahas, yang
dapat dijadikan sebagai referensi dalam pembuatan makalah ini.
2. Perancangan
Sistem
Perancangan
sistem merupakan tahap awal untuk mencoba memahami, menerapkan dan
menggabungkan semua literatur yang diperoleh maupun yang telah dipelajari dan selanjutnya
dapat merealisasikan sistem sesuai dengan tujuan
1.5 Sistematika
Penulisan
Sistematika pembahasan yang akan diuraikan
dalam laporan ini terbagi dalam beberapa bab yang akan dibahas sebagai berikut
BAB 1 PENDAHULUAN
Bab ini
berisi tentang latar belakang masalah, batasan masalah, tujuan penelitian,
metode penelitian, dan sistematika penulisan dari penyusunan makalah pembuatan
alat.
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
Menguraikan
teori-teori yang menujang tulisan/penelitian, yang bisa diperkuat dengan menujukan
hasil penelitian sebelumny
BAB 3 HASIL RANCANGAN
Menguraikan
tentang perancangan dari aplikasi yang akan dibuat, dapat berupa tampilan
rancanagn layaout input, output atau hasil dan menguraikan bagaimana cara
membuat aplikasi tersebut
BAB 4 PENUTUP
Berisikan kesimpulan dan saran,
jawaban dari tujuan yang dituliskan penulis pada Bab 1, yang diperoleh dari
penelitian. Dan saran ditunjukan kepada pihak-pihak terkait ditujukan bagi
pengembangan dari aplikasi atau situs
BAB 3 HASIL RANCANGAN
Menguraikan
tentang perancangan dari aplikasi yang akan dibuat, dapat berupa tampilan
rancanagn layaout input, output atau hasil dan menguraikan bagaimana cara
membuat aplikasi tersebut
BAB 4 PENUTUP
Berisikan kesimpulan dan saran,
jawaban dari tujuan yang dituliskan penulis pada Bab 1, yang diperoleh dari
penelitian. Dan saran ditunjukan kepada pihak-pihak terkait ditujukan bagi
pengembangan dari aplikasi atau situs
BAB
II
LANDASAN
TEORI
2.1
Mikrokontroller
Mikrokontroller terkandung dalam sebuah inti prosesor,
memory ( RAM dan memory program) dan perlengkapan I/O. Mikrokontroller
merupakan sebuah system computer yang seluruh atau sebagian besar elemennya
dkemas dalam satu chip IC, sehingga sering disebut single chip micro computer.
Mikrokontroller adalah suatu system mikroprosessor
lengkap yang terkandung di dalam sebuah chip. Mikrokontroller berbeda dari
mikroprosessor serba guna yang digunakan dalam sebuah PC, karena sebuah
mikrokontroller umumnya telah berisi komponen pendukung system minimal
mikroprosesor, yakni memory dan pemrograman I/O.
2.1.1. Perkembangan Mikrokontroller
Mikrokontroler pertama kali
dikenalkan oleh Texas Instrument dengan seri TMS 1000 pada tahun 1974 yang
merupakan mikrokontroler 4 bit pertama. Mikrokontroler ini mulai dibuat sejak
1971. Merupakan mikrokomputer dalam sebuah chip, lengkap dengan RAM dan ROM.
Kemudian, pada tahun 1976 Intel mengeluarkan mikrokontroler yang kelak menjadi
populer dengan nama 8748 yang merupakan mikrokontroler 8 bit, yang merupakan
mikrokontroler dari keluarga MCS 48. Sekarang di pasaran banyak sekali ditemui
mikrokontroler mulai dari 8 bit sampai dengan 64 bit, sehingga perbedaan antara
mikrokontroler dan mikroprosesor sangat tipis. Masing2 vendor mengeluarkan
mikrokontroler dengan dilengkapi fasilitas2 yang cenderung memudahkan user
untuk merancang sebuah sistem dengan komponen luar yang relatif lebih sedikit.
Saat ini mikrokontroler yang banyak
beredar dipasaran adalah mikrokontroler 8 bit varian keluarga MCS51(CISC) yang
dikeluarkan oleh Atmel dengan seri AT89Sxx, dan mikrokontroler AVR yang
merupakan mikrokontroler RISC dengan seri ATMEGA8535 (walaupun varian dari
mikrokontroler AVR sangatlah banyak, dengan masing2 memiliki fitur yang
berbeda2). Dengan mikrokontroler tersebut pengguna (pemula) sudah bisa membuat
sebuah sistem untuk keperluan sehari-hari, seperti pengendali peralatan rumah
tangga jarak jauh yang menggunakan remote control televisi, radio frekuensi,
maupun menggunakan ponsel, membuat jam digital, termometer digital dan
sebagainya.
2.1.2. Jenis-jenis Mikrokontroller
Mikrokontroller
terbagi menjadi 3 keluarga besar yang ada dipasaran. Setiap keluarga mempunyai
ciri khas dan karakteristik sendiri berikut pembagian keluarga dalam
mikrokontroller:
1.
Keluarga MCS51
Mikrokonktroler ini termasuk dalam keluarga
mikrokonktroler CISC. Sebagian besar instruksinya dieksekusi dalam 12 siklus
clock. Mikrokontroler ini berdasarkan arsitektur Harvard dan meskipun awalnya
dirancang untuk aplikasi mikrokontroler chip tunggal, sebuah mode perluasan
telah mengizinkan sebuah ROM luar 64KB dan RAM luar 64KB diberikan alamat
dengan cara jalur pemilihan chip yang terpisah untuk akses program dan memori
data. Salah satu kemampuan dari mikrokontroler 8051 adalah pemasukan sebuah
mesin pemroses boolean yang mengijikan operasi logika boolean tingkatan-bit
dapat dilakukan secara langsung dan secara efisien dalam register internal dan
RAM. Karena itulah MCS51 digunakan dalam rancangan awal PLC (programmable Logic
Control).
2.
AVR
Mikrokonktroler Alv and Vegard’s Risc processor atau sering
disingkat AVR merupakan mikrokonktroler RISC 8 bit. Karena RISC inilah sebagian
besar kode instruksinya dikemas dalam satu siklus clock. AVR adalah jenis
mikrokontroler yang paling sering dipakai dalam bidang elektronika dan
instrumentasi. Secara umum, AVR
dapat dikelompokkan dalam 4 kelas. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing
kelas adalah memori, peripheral dan fungsinya. Keempat kelas tersebut adalah
keluarga ATTiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT86RFxx.
3.
PIC
PIC ialah keluarga mikrokontroler
tipe RISC buatan Microchip Technology. Bersumber dari PIC1650 yang dibuat oleh
Divisi Mikroelektronika General Instruments. Teknologi Microchip tidak
menggukana PIC sebagai akronim,melaikan nama brandnya ialah PICmicro. Hal ini
karena PIC singkatan dari Peripheral Interface Controller, tetapi General
Instruments mempunyai akronim PIC1650 sebagai Programmabel Intelligent
Computer.
PIC pada awalnya dibuat menggunakan
teknologi General Instruments 16 bit CPU yaitu CP1600. * bit PIC dibuat pertama
kali 1975 untuk meningkatkan performa sistem peningkatan pada I/). Saat ini PIC
telah dilengkapi dengan EPROM dan komunikasi serial, UAT, kernel kontrol motor
dll serta memori program dari 512 word hingga 32 word. 1 Word disini sama
dengan 1 instruki bahasa assembly yang bervariasi dari 12 hingga 16 bit,
tergantung dari tipe PICmicro tersebut. Silahkan kunjungi www.microchip.com
untuk melihat berbagai produk chip tersebut
Pada awalnya, PIC merupakan kependekan dari Programmable
Interface Controller. Tetapi pada perkembangannya berubah menjadi Programmable
Intelligent Computer. PIC termasuk keluarga mikrokonktroler berarsitektur
Harvard yang dibuat oleh Microchip Technology. Awalnya dikembangkan oleh Divisi
Mikroelektronik General Instruments dengan nama PIC1640. Sekarang Microhip
telah mengumumkan pembuatan PIC-nya yang keenam.
PIC cukup popular digunakan oleh para developer dan para
penghobi ngoprek karena biayanya yang rendah, ketersediaan dan penggunaan yang
luas, database aplikasi yang besar, serta pemrograman (dan pemrograman ulang)
melalui hubungan port serial yang terdapat pada komputer.
Masing-masing mempunyai keluarga
mempunyai turunan sendiri-sendiri. Sekarang kita akan membahas pembagian
jenis-jenis mikrokonktroler yang telah umum digunakan:
1.
Mikrokontroller
AT89S52
Mikrokontroler
89S52 merupakan versi terbaru dibandingkan mikrokontroler AT89C51 yang telah
banyak digunakan saat ini. AT89S52 mmpunyai kelebihan yaitu mempunyai flash
memori sebesar 8K bytei, RAM 256 byte serta 2 buah data pointer 16 bit
Jenis-jenis Atmel lain yang ada di pasaran :
1. Atmel
AT91 series (ARM THUMB architecture)
2. Atmel
AVR32
3. AT90,
Tiny & Mega series – AVR (Atmel Norway design)
4. Atmel
AT89 series (Intel 8051/MCS51 architecture)
5. MARC4
2.
AMCC
Hingga Mei 2004, mikrokontroler ini masih dikembangkan dan
dipasarkan oleh IBM, hingga kemudian keluarga 4xx dijual ke Applied Micro
Circuits Corporation, jenis-jenisnya yaitu:
1. 403 PowerPC CPU (PPC 403GCX)
2. 405 PowerPC CPU (PPC 405EP, PPC 405GP/CR, PPC 405GPr, PPC NPe405H/L)
3. 440 PowerPC Book-E CPU (PPC 440GP, PPC 440GX, PPC
440EP/EPx/GRx, PPC 440SP/SPe)
3.
Freescale
Semiconduktor
Hingga 2004, mikrokontroler ini dikembangkan dan dipasarkan
oleh Motorola, yang divisi semikonduktornya dilepas untuk mempermudah pengembangan
Freescale Semiconductor, adapun jenis-jenisnya yaitu sebagai berikut:
1.
8-bit
(68HC05 (CPU05), 68HC08 (CPU08), 68HC11 (CPU11))
2. 16-bit (68HC12 (CPU12), 68HC16 (CPU16), Freescale DSP56800
(DSPcontroller))
3. 440 PowerPC Book-E CPU (PPC 440GP, PPC 440GX, PPC
440EP/EPx/GRx, PPC 440SP/SPe)
2.2
Arduino
Uno
Gambar
2.1 Karakteristik Board Mikrokontroller Arduino Uno
Arduino
diprogram menggunakan bahasa C dengan penulisan syntax program disoftware IDE
Arduino nightly. Selain itu, mikrokontroller arduino sendiri sudah terdapat
loader yang berupa USB sehingga memudahkan user memprogram dan mengcompile
syntax mikrokontroler didalam arduino.
2.2.1. Fitur
Spesifikasi Arduino Uno IC ATMega328
Mikrokontroller
arduino uno dengan IC ATMega328 memiliki beberapa fitur yang sesuai
spesifikasinya. Jenis IC yang di pakai mikrokontroller arduino uno ini yaitu
ATMega328 yang memiliki 28 kaki. Arduino memiliki memori SRAM sebesar 2KB dan
memori EEPROM 1KB. Kecepatan clock arduino ATMega328 yakni 16 MHZ. Sketch
program storage syntax arduino maksimum 32,256 bytes.
Gambar 2.2 Pin Out dan
Datasheet Mikrokontroller Arduino Uno
2.2.2. Power Supply
Arduino
Power supply arduino dapat
menggunakan adaptor DC yang dapat dikoneksikan dengan port input supply.
Operasi tegangan arduino yakni sebesar 5 volt. Komponen inputan yang terhubung
ke arduino diberi tegangan berkisar antara 3.3 volt – 5 volt dan arduino bisa
dioperasikan menggunakan supply dari adaptor sebesar 9 volt. Jika menggunakan
adapter +12V, tegangan diregulator bisa menjadi sangat panas dan menyebabkan
short dan kerusakan pada arduino
2.2.3
Konfigurasi
Pin Input dan Output Arduino Uno
Beberapa Pin Input
dan Output Arduino Uno ATMega328 seperti berikut.
Serial:
0 (RX) dan 1 (TX). Pin ini terhubung pada pin yang koresponding dari USB FTDI
ke TTL chip serial.
PWM:
3, 5, 6, 9, 10, dan 11. Mendukung 8-bit output PWM dengan fungsi analogWrite().
2.2.4
Bahasa
Pemrograman Arduino Uno
Bahasa Pemrograman
Arduino menggunakan bahasa C dengan penulisan syntax program di software IDE
Arduino nightly. Struktur elemen bahasa C untuk format penulisan pemrograman
arduino atau disebut juga sketch mempunyai dua buah fungsi utama yang harus
ada. Berikut adalah struktur arduino IDE Nightly.
Void
setup ( ){ }
Semua kode didalam
kurung kurawal akan dijalankan hanya satu kali ketika program arduino
dijalankan pertama kalinya.
Void
loop ( ) { }Struktur ini akan dijalankan setelah
setup fungsi void setup selesai. Setelah dijalankan satu kali fungsi ini akan
dijalankan lagi, dan lagi secara terus menerus sampai catu daya (power)
dilepaskan.
2.3
Sensor
Sensor adalah komponen elektronika yang berfungsi
untuk mengubah besaran mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi
besaran listrik berupa tegangan, resistansi, dan arus listrik.
2.3.1. Macam-macam Sensor
Berikut
ini adalah macam-macam sensor sebagai berikut :
1.
Sensor Cahaya (LDR)
Sensor
cahaya adalah salah satu jenis resistor yang nilai habatannya dipengaruhi oleh
cahaya yang diterima olehnya. Besarnya nilai hambatan pada LDR tergantung pada
besar kecilnya cahaya yang diterima oleh LDR itu sendiri.
2.
Sensor Tekanan
Sensor
tekanan adalah sensor yang memiliki tranduser yang mengukur ketegangan kawat,
dimana mengubah tegangan mekanis menjadi sinyal listrik. Dasar pengindraannya
pada perubahan tahanan pengantar (tranduser) yang berubah akibat perubahan
panjang dan luas penampangnya.
3.
Sensor Proxsimity
Sensor
Proxsimity merupakan sensor atau saklar yang dapat mendeteksi adanya target
jenis logam dengan tanpa adanya kontak fisik. Biasanya sensor ini terdiri dari
alat elektronis solid-state yang terbungkus rapat untuk melindungi dari
pengaruh getaran, cairan, kimiawi, dan korosif yang berlebihan.
4.
Sensor Ultrasonik
Sensor
Ultrasonik adalah sebuah sensir yang berfungsi untuk mengubah besaran fisis
(bunyi) menjadi besaran listrik dan sebaliknya.
5.
Sensor Suhu
Sensor
Suhu adalah komponen elektronika baik aktif maupun pasif yang dapat merespon
perubahan temperature atau suhu disekitar komponen tersebut dan mengjasilkan
perubahan elektrik sesuai dengan perubahan suhu atau temperatue yang direspon
komponen tersebut.
Pada prototype palang pintu perlintasan kereta api
saya menggunakan Sensor Ultrasonik, karena jenis sensor ini bisa mendeteksi
jarak objek dengan cara memantulkan gelombang ultrasonic dengan frekuesi 40 KHz
kemudian mendeteksi pantulannya.
2.4 Sensor Ultrasonik
Sensor
Ultrasonik atau biasa disebut juga dengan sensor Ping HC-SR04 yakni sensor yang
mendeteksi jarak objek dengan cara memantulkan gelombang ultrasonic dengan
frekuensi 40 KHz kemudian mendeteksi pantulannya. Ultrasonik kini memancarkan
gelombang ultrasonic sesuai dengan
perintah kontrol dari mikrokontroller atau arduino sebagai pengendali.
Sensor
ultrasonik memiliki 4 kaki yang terdiri dari VCC, Trigger, Echo, GND. Pin Vcc
dan Gnd dihubungkan dengan tegangan positif dan ground sedangkan pin Trigger
dan Echo dihubungkan kearduino pin digital. Fungsi pin Trigger untuk keluarnya
sinyal dari sensor dan fungsi pin Echo untuk menangkap sinyal pantul dari
objek.
Gambar 2.3 Sensor Ultrasonik
Gelombang ultrasonik adalah gelombang
bunyi yang mempunyai frekuensi sangat tinggi yaitu 20.000 Hz. Bunyi ultrasonik
tidak dapat di dengar oleh telinga manusia. Bunyi ultrasonik dapat didengar
oleh anjing, kucing, kelelawar, dan lumba-lumba. Bunyi ultrasonik nisa merambat
melalui zat padat, cair dan gas. Reflektivitas bunyi ultrasonik di permukaan
zat padat hampir sama dengan reflektivitas bunyi ultrasonik di permukaan zat
cair. Akan tetapi, gelombang bunyi ultrasonik akan diserap oleh tekstil dan
busa.
2.5 Motor
servo
Motor servo adalah sebuah perangkat atau
actuator putar (motor) yang dirancang dengan sistem control umpan balik loop
tertutp (servo), sehingga dapat di set-up atau daitur untuk menentukan dan
memastikan posisi sudut dari poros output motor. Motor servo merupakan
perangkat yang terdiri dari motor DC, serangkaian gear, rangkaian control dan
potensiometer. Sedangkan gear yang melekat pada poros motor DC akan
memperlambat putaran poros dan meningkatkan torsi motor servo, sedangkan
potensiometer dengan perubahan resistansinya saat motor berputar berfungsi
sebagai penentu batas posisi putaran poros motor servo.
Penggunaan
sistem kontrol loop tertutup pada motor servo berguna untuk mengontrol gerakan
dan posisi akhir dari poros motor servo. Penjelasan sederhananya begini, posisi
poros output akan di sensor untuk mengetahui posisi poros sudah tepat seperti
yang di inginkan atau belum, dan jika belum, maka kontrol input akan mengirim
sinyal kendali untuk membuat posisi poros tersebut tepat pada posisi yang
diinginkan. Untuk lebih jelasnya mengenai sistem kontrol loop tertutup,
perhatikan contoh sederhana beberapa aplikasi lain dari sistem kontrol loop
tertutup, seperti penyetelan suhu pada AC, kulkas, setrika dan lain sebagainya.
Motor servo biasa digunakan dalam aplikasi-aplikasi di
industri, selain itu juga digunakan dalam berbagai aplikasi lain seperti pada
mobil mainan radio kontrol, robot, pesawat, dan lain sebagainya.
Gambar 2.4 Motor Servo
Gambar 2.5 Komponen Motor Servo
Ada
dua jenis motor servo, yaitu motor servo AC dan DC. Motor servo AC lebih dapat
menangani arus yang tinggi atau beban berat, sehingga sering diaplikasikan pada
mesin-mesin industri. Sedangkan motor servo DC biasanya lebih cocok untuk
digunakan pada aplikasi-aplikasi yang lebih kecil. Dan bila dibedakan menurut
rotasinya, umumnya terdapat dua jenis motor servo yang dan terdapat di pasaran,
yaitu motor servo rotation 180⁰ dan servo rotation continuous.
1. Motor servo standard (servo rotation
180⁰)
adalah jenis yang paling umum dari motor servo, dimana putaran poros
outputnya terbatas hanya 90⁰ kearah kanan dan 90⁰ kearah kiri. Dengan kata lain total
putarannya hanya setengah lingkaran atau 180⁰.
2. Motor servo rotation continuous
merupakan jenis motor servo yang sebenarnya sama dengan jenis servo standard,
hanya saja perputaran porosnya tanpa batasan atau dengan kata lain dapat berputar
terus, baik ke arah kanan maupun kiri
Prinsip
kerja motor servo:
Motor servo dikendalikan dengan memberikan sinyal modulasi
lebar pulsa (Pulse Wide Modulation / PWM) melalui kabel kontrol. Lebar pulsa
sinyal kontrol yang diberikan akan menentukan posisi sudut putaran dari poros
motor servo. Sebagai contoh, lebar pulsa dengan waktu 1,5 ms (mili detik) akan
memutar poros motor servo ke posisi sudut 90⁰. Bila pulsa lebih pendek dari 1,5
ms maka akan berputar
pulsa
yang diberikan lebih lama dari 1,5 ms maka poros motor servo akan berputar ke
arah posisi 180⁰ atau ke kanan (searah jarum jam). Lebih jelasnya perhatikan
gambar dibawah ini.
Gambar 2.6 Pulse Width Modulation
Ketika lebar pulsa kendali telah diberikan, maka poros motor
servo akan bergerak atau berputar ke posisi yang telah diperintahkan, dan
berhenti pada posisi tersebut dan akan tetap bertahan pada posisi tersebut.
Jika ada kekuatan eksternal yang mencoba memutar atau mengubah posisi tersebut,
maka motor servo akan mencoba menahan atau melawan dengan besarnya kekuatan
torsi yang dimilikinya (rating torsi servo). Namun motor servo tidak akan
mempertahankan posisinya untuk selamanya, sinyal lebar pulsa kendali harus
diulang setiap 20 ms (mili detik) untuk menginstruksikan agar posisi poros
motor servo tetap bertahan pada posisinya.
2.6 Buzzer
Buzzer Listrik adalah sebuah komponen elektronika yang
dapat mengubah sinyal listrik menjadi getaran suara. Pada umumnya, Buzzer yang
merupakan sebuah perangkat audio ini sering digunakan pada rangkaian
anti-maling, Alarm pada Jam Tangan, Bel Rumah, peringatan mundur pada Truk dan
perangkat peringatan bahaya lainnya. Jenis Buzzer yang sering ditemukan dan
digunakan adalah Buzzer yang berjenis Piezoelectric, hal ini dikarenakan Buzzer
Piezoelectric memiliki berbagai kelebihan seperti lebih murah, relatif lebih
ringan dan lebih mudah dalam menggabungkannya ke Rangkaian Elektronika lainnya.
Buzzer yang termasuk dalam keluarga Transduser ini juga sering disebut dengan
Beeper.
Efek Piezoelectric (Piezoelectric Effect) pertama kali
ditemukan oleh dua orang fisikawan Perancis yang bernama Pierre Curie dan
Jacques Curie pada tahun 1880. Penemuan tersebut kemudian dikembangkan oleh sebuah
perusahaan Jepang menjadi Piezo Electric Buzzer dan mulai populer digunakan
sejak 1970-an.
Gambar 2.7 Buzzer
BAB III
ANALISIS DAN PEMBAHASAN
3.1.
Gambaran Umum Prototipe Palang Pintu Perlintasan Kereta Api
Palang pintu kereta api menggunakan microkontroler merupakan suatu sistem keamanan yang dibuat
dalam bentuk prototype, yang di kendalikan oleh mikrokontroler, berfungsi untuk
mengatur alur kereta api secara otomatis yang sudah di buat dan dimasukan soure
code kedalam microkontroler.
3.2.
Analisa Rangkaian Secara Blok Diagram
Pada gambaran 3.1 dijelaskan analisa
rangkaian dari alat palang pintu perlintasan kereta api
otomatis secara blok diagram.
Blok diagram dibagi menjadi tiga blok dan masing-masing
blok mempunyai fungsi yang berbeda satu sama lainnya. Blok masukan yang terdiri dari ultrasonic yang diukur oleh jarak sebagai sensor untuk palang pintu
kereta, blok proses terdiri
dari arduino UNO sebagai pengendali utama dan blok keluaran terdiri dari satu buah motor servo untuk menggerakan palang pintu kereta api, dan
1 buah buzzer untuk memberi tanda bahwa ada kereta yang sedang melintas, semua
masukan membutuhkan activator berupa tegangan 5 volt.
Gambar 3.1. Blok
Diagram Rangkaian
3.2.1 Blok Aktivator
Blok aktivator
merupakan sumber daya yang memberikan daya untuk komponen input dan output
serta mikrokontroler itu sendiri, tegangan yang digunakan pada alat ini yaitu
sebesar +5v. Aktivator pada alat ini memakai adaptor atau power bank yang
bertegangan +5v.
3.2.2
Blok Masukan
Pada blok masukan ini terdapat sensor ultrasonic yang
berfungsi untuk mendeteksi kedatangan kereta dari jarak 15 cm yang sudah di
ukur, sensor ini akan berfungsi apabila pada kondisi yang terhalang, pantulan
dari kereta dan kemudian membalik lagi kepada ultrasonic tersebut. Ketika
menuliskan program kita harus mengukur dulu jaraknya hingga tercipta jarak yang
kita inginkan. Pin Trigger untuk mengeluarkan sinyal pantul dari ultrasonic dan
pin echo untuk menangkap sinyal pantulan dari benda dalam jangkauan ultrasonic
pin tersebut sebagai pin masukan, kemudian di proses pada blok pemrosesan
3.2.3
Blok Proses
Blok proses ini terdiri dari Arduino uno ATMega328 yang telah ditanam dengan program berupa inisialisasi perintah digital. Inisialisai
ini berfungsi untuk pendeklarasian port port yang kita pakai, arduino ini
sebagai mikrokontroler atau otak alat tersebut, pengendalaian bisa kita
deklarasikan di source code yang telah kita buat di dalamnya, bertugas untuk
mengkontrol motor servo dan buzzer, kondisi high motor akan tertutup dan buzzer berbunyi dan
kondisi low motor akan naik kekondisi awal dan buzzer akan berhenti berbunyi.
Mikrokontroler ini akan memproses semua masukan yang diterima dari inputan
ultrasonic, ketika ultrasonic mnegirimkan sinyal melalui pin trigger dan pin
echo menerima sinyal, itu menandakan bahwa ada objek yang berada di depan
ultrasonic, ketika pin echo menerima pantulan dari sinyal yang dipancarkan
melalui pin trigger maka ultrasonic akan mengirimkan sinyal digital ke IC
ATmega 328 melalui port 8 pada arduino yang kemudian akan diproses untuk
menghasilkan keluaran.
3.2.4
Blok Keluaran
Blok keluaran ini terdiri dari motor servo dan buzzer, ketika
sensor ultrasonic terhalang maka buzzer dan motor servo akan bergerak sesuai
perintah yang dituliskan. Motor servo berfungsi sebagai penggerak untuk menutup
dan membuka palang pintu kereta api, dan buzzer bertugas untuk memberitahukan
bahwa ada kereta yang melintas, maka dari itu ketika ultrasonic mendeteksi
adanya objek yang menghalangi, maka sinyal digital akan di kirimkan ke
mikrokontroler, sehingga output yang berupa motor servo dan buzzer akan
bergerak dan berbunyi sesuai dengan perintah yang dituliskan, jika kereta sudah
melewati sensor dan palang pintu, dengan otomatis palang akan terbuka dan buzzer
pun akan berhenti berbunyi.
3.3
Rancangan Rangkaian Secara Detail
Rancangan rangkaian
secara detail dapat dilihat pada gambar 3.2 dibawah ini:
Gambar 3.2 Skematik alat
Sensor ultrasonic yang telah mendapa tegangan dari
arduino sebesar 5v, pada sensor ultrasonic dibangkitkan melalui sebuah alat
yang disebut dengan piezoelektrik dengan frekuensi tertentu. Piezoelektrik ini
akan menghasilkan gelombang ultrasonik (umumnya berfrekuensi 40KHz) ketika
sebuah osilator diterakpan pada benda tersebut. Sensor ini merupakan sensor
ultrasonic yang siap pakai, satu alat yang berfungsi sebagai pengirim,
penerima, dan pengontrol gelombang ultrasonic. Alat ini bisa digunakan untuk
mengukur jarak benda dari 2cm – 4cm, dengan akurasi 3mm. Alat ini memiliki 4
pin yaitu pin vcc, pin GND, pin Trigger dan pin Echo. Pin Vcc untuk listrik
positif dan Gnd untuk grundnya. Pim Trigger untuk trigger keluarnya sinyal dari
sensor dan Pin Echo untuk menangkap sinyal pantul dari benda. Ketika diberi
tegangan positif pada pin trigger selama 10uS, maka sensor akan mengirim 8 step
sinyal ultrasonik dengan frekuensi 40KHz. Selanjutnya, sinyal akan diterima
pada pin Echo, untuk mengukur jarak benda yang memantukan benda tersebut, maka
selisih waktu ketika mengirim dan menerima sinyal digunakan untuk menentukan
jarak benda tersebut.
Sensor ultrasonic yang digunakan untuk mendeteksi kereta
api, pin yang tedapat pada sensor
ultrasonik adalah pin Vcc, Pin Trigger, Pin Echo, dan Pin GND, pin daya dari
sensor ultrasonik adalah Pin GND dihubungkan ke port GND
Arduino uno, pin vcc dihubungkan ke port 5V arduino uno, pada pin
Trigger yang dihubungkan ke port 9 pada arduino uno, dan pin Echo yang
dihubungkan ke port 8 pada arduino uno.
Arduino uno dengan
IC ATMega328 yang telah di program berupa inisialisasi perintah digital
maupun analog. Perintah-perintah yang telah di inisialisasi terdiri dari
komponen-komponen yang digunakan sebagai
input dan output pada rankaian seperti Sensor Ultrasonik, Buzzer, dan Motor
Servo, pin yang digunakan pada arduino uno adalah Pin 5v pada vcc yang terletak
di pin sensor ultrasonic sebagai daya dari ultrasoniknya. Pada GND buzzer juga
sebagai penyalur daya. Jika kabel hitam yang dihubungkan ke port GND pada
arduino uno ketika sensor ultrasonic mendapatkan objek maka arduino uno akan
menyambungkan daya buzzer sehingga buzzer mengeluarkan bunyi, begitu sensor
tidak mendapatkan objek kereta apimaka buzzer tidak mengeluarkan bunyi.
Moltor servo dikendalikan dengan memberikan sinyal
modulasi lebar pulsa (Pulse Wide Modulation / PWM) melalui kabel control. Lebar
pulsa sinyal control yang diberikan akan menentukan posisi sudut putaran dari
poros motor servo. Ketika lebar pulsa dengan waktu 1,5ms akan memutar poros
motor servo ke posisi sudut 90 deraja. Bila pulse lebih pendek dari 1,5ms maka
akan berputar kea rah posisi 0 derajat atau ke kiri (berlawanan dengan arah
jarum jam), sedangkan bila pulsa yang diberikan lebih lama dari 1,5ms maka
poros motor servo akan berputar posisi 180 derajat (searah jarum jam).
Motor servo yang terlah di hubungkan ke port arduino uno
yaitu port 3,3V, port GND dan port 7, motor servo ini sama juga sepert buzzer,
motor servo ini hanya sebgai outputan saja, untuk motor servo saya beri
tegangan 3.3V, jika sensor ultrsonik tidak ada objek makan motor servo tidak
berjalan sesuai yang dikondisikan. Motor servo ini akan menutup jika keadaan
sensor ultrasonic terkena objek, pada kaki GND terlihat menyambung antara
buzzer dengan motor servo di karenakan pengoprasiannya berjalan secara
bersamaan.
Tegangan listrik yang diberikan ke piezoelektrik akan menyebabkan gerakan mekanis, gerakan
tersebut kemudian diubah menjadi suara atau bunyi yang dapat didengar oleh
telinga manusia dengan menggunakan diafragma dan resonator.
3.4
Rancangan Diagram Alur Secara Detail
Rancangan Diagram Alur
Secara Detail dapat kita lihat pada gambar 3.3 dibawah ini :
Gambar 3.3 Diagram Alur serta Alat Kerja
Diagram
alur ini di awali dengan “Mulai” untuk mengawali program diawal, yang
menandakan komponen sudah disusun sesuai rangkaian dan pin-pin terhubung dengan
benar, dan siap untuk proses kerja. Namun, berlanjut menuju ‘selesai’ bila
tidak melanjutkan program inisialisasi
Sebelum
menuju kekondisi awal program, dilakukannya inisialisasi pada program untuk
memastikan kesiapan pin-pin yang akan digunakan dalam void setup pada komponen
hardware dan mikrokontroller sebagai pusat proses data. Dan penginisialisasian
digunakan untuk menjalankan void loop setelah memastikan void setup pada
program rangkaian.
Langka
pertama untuk memulai, yakni mengaktifkan power on sebagai activator tegangan
yang mempunyai tegangan sebesar 5v. setelah mengaktifkan tegangan, lampu
indicator menyala pada komponen yang bertanda
bahwa penginisialisasian pin input dan output yang deprogram diap jika
dilanjutkan. Namun, program selesai bila tidak melanjutkan program
inisialisasi.
Langkah
selanjutnya yang terjadi berupa, jika sensor ultrasonik memenuhi kondisi
mendeteksi objek kereta api maka akan kekondisi awal, jika sensor ultrasonik
tidak mendeteksi objek kereta api maka program akan selesai
Langka
pertama dalam kondisi awal, jika ada kereta melintas maka output yang keluar
yaitu motor servo akan menutup secara otomatis dan buzzer akan bunyi. Namun
program akan selesai jika tidak melanjutkan programnya
Langkah
terakhir dalam kondisi kedua, bila kereta tidak melintas makan yang akan
terjadi motor servo akan membuka dan begitu juga buzzer akan mati.
3.4
Uji Coba Alat
Berikut ini akan dijelaskan bagaimana cara
mengenai pengoprasian alat prototipe sistem pengamanan pada palang pintu
lintasan kereta api berbasis arduino uno. Sumber tegangan yang mendukung
sebagai aktivator pada prototipe ini sebesar +5 volt
Adapun gambar dibawah ini akan disebutkan secara
rinci komponen-komponen sebagai pengenalan alat prototipe sistem pengamanan
pada palang pintu lintasan kereta api berbasis arduino uno.
Langkah-langkah pengoprasian alat :
1. Aktivator sebesar +5 volt dari adaptor
(power bank) dihubungkan ke arduino uno sebagai tegangan dari keseluruhan
komponen
2. Lampu indikator dari arduino uno telah
menyala sesuai fungsinya yang berarti siap menjalankan kondisi awal
3. Prototipe alat ini akan terus bekerja
selama mendapat tegangan dengan kondisi looping dan berhenti bila tegangan dari
adapor (powerbank) dilepas atau tanpa tegangan +5 volt.
Adapun tahap dibawah ini sebagai gambaran secara
jelas mengenai pengoprasian alat prototipe sistem pengamanan pada palang pintu
lintasan kereta api berbasis arduino uno
1. Kondisi prototipe sebelum mendapat
tegangan sebesar +5 volt hingga diaktifkan aktivator tegangan +5 volt.
2. Kondisi kereta api saat melintasi jalur
kereta sebelum sensor ultrasonik mendeteksi objek kereta api
3. Jika sensor ultrasonik mendeteksi objek
kereta api maka motor servo menutup secara otomatis
4. Setealah kereta api melewati sensor
ultrasonik selama 3 detik, maka motor servo akan membuka
BAB IV
PENUTUP
4.1
Kesimpulan
Telah dibuat dan
diuji cobakan prototipe system pengaman pada palang pintu lintasan kereta api
berbasis arduino uno yang bekerja berdasarkan adanya objek kereta api.
Prototipe alat ini
dirancang menggunakan kereta api mainan dengan rancangan komponen sensor
ultrasonik untuk mendeteksi objek kereta api tersebut, kemudian mikrokontroller
arduino uno sebagai pusat pengendali untuk memberikan perintah ke seluruh
komponen.
Pengujian sistem pengamanan pada palang pintu lintasan kereta api
berbasis arduino uno. Saat pengujian sistem pengamanan pada palang pintu lintasan kereta api
berbasis arduino uno untuk
berjalan baik dan sensor bekerja ketika terkena objek kereta api yang sedang
melintasi sensor ultrasonik. Ketika sensor ultrasonik terkena objek kereta api,
motor servo akan menutup secara otomatis dan buzzer akan bunyi. Dan ketika
sensor ultrasonik tidak terkena objek kereta api maka motor servo akan membuka
dan buzzer akan mati dengan delay yang sudah di tentukan yaitu 3 detik setelah
tidak ada objek.
4.2
Saran
Alat keamanan palang pintu
kereta otomatis berbasis microkontroler menggunakan sensor ultrasonic ini dapat
dikembangkan dengan menambahkan inputan satu buah sensor lagi jika ada
pengendara sepeda motor yang melanggar maka ada peringatan di sebuah lcd atau
buzzer akan berbunyi, atau juga bisa ditambah dengan lampu lalu lintas agar
bisa di implementasikan di rel yang berada di jalanan dan lebih efisien. Selain
itu alat elektronik yang dikendalikan diharapkan dapat lebih banyak sehingga
alat ini dapat digunakan secara maksimal sesuai dengan jumlah pin yang ada pada
Arduino UNO.
