PENGHITUNG JUMLAH KENDARAAN PADA AREA PARKIR DENGAN MIKROKONTROLER AT89S51

Transkripsi

1 PENGHITUNG JUMLAH KENDARAAN PADA AREA PARKIR DENGAN MIKROKONTROLER AT89S51 Alfan Rachman Dipranoto Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Gunadarma, Margonda Raya 100 Depok telp (021) , Tanggal pembuatan 8 Februari 2010 Alat ini berfungsi untuk menghitung jumlah kendaraan yang ada didalam area parkir. Komponen utama dari alat ini terdiri dari pasangan led inframerah dengan fototransistor untuk mendeteksi keluar masuknya kendaraan. Mikrokontroler AT89S51 berfungsi untuk mengendalikan buka/tutupnya palang pintu diarea parkir dan penampilan seven segment. Kapasitas jumlah kendaraan ditampilkan oleh seven segment. Setiap ada 1 kendaraan yang masuk tampilan akan bertambah 1, dan berkurang 1 setiap ada kendaraan yang keluar. Kapasitas area parkir dibatasi sampai 99 kendaraan. 1. PENDAHULUAN Kendaraan seperti mobil, motor dan lainnya membutuhkan suatu area untuk tempat parkir. Kita dapat melihat seperti di Mal, Perkantoran, Supermarket memiliki tempat parkir yang cukup luas, namun terkadang pada area parkir pengguna kendaraan tidak tahu apakah tempat parkir tersebut sudah penuh atau belum. Itu dikarenakan tidak adanya media yang menampilkan bagaimana keadaan yang ada di area parkir. Penulis terinspirasi dari permasalahan diatas untuk merancang suatu sistem yang setidaknya dapat membantu para pengguna area parkir untuk memastikan apakah pada area parkir tersebut sudah penuh dengan kendaraan atau belum. Dan juga dibuat sistem yang otomatis apabila ada satu kendaraan yang masuk dan keluar dari area parkir. Untuk membuat sistem yang otomatis, penulis merancang dengan menggunakan mikrokontroler. Karena mikrokontroler adalah suatu komponen elektronika yang memiliki kemampuan menyimpan program sesuai dengan output yang diinginkan berdasarkan inputnya. Mikrokontroler selain lebih praktis digunakan juga lebih murah. Seperti yang digambarkan pada sketsa di bawah ini. 2. LANDASAN TEORI LED adalah dioda yang dapat memancarkan cahaya dengan panjang gelombang lebih panjang dari cahaya yang dapat dilihat, tetapi lebih pendek dari gelombang radio apabila LED tersebut dilalui arus. Simbol dan bentuk fisik dari LED diperlihatkan pada Gambar 2.1. Gambar 2.1 Lambang infrared dan bentuk fisiknya Spektrum gelombang elektromagnetik dikelompokkan berdasarkan panjang gelombangnya atau bisa juga dikelompokkan berdasarkan frequensinya. Mengenai spektrum

2 gelombang elektromagnetik berdasarkan panjang gelombangnya atau Frequensinya dapat dilihat pada Tabel 2.1. Tabel 2.1 Pembagian jenis gelombang elektromagnetik Pada perancangan alat ini menggunakan komponen optoelektronika yaitu phototransistor. Yang berfungsi sebagai pendeteksi sensor. Untuk jenis yang digunakan pada rangkaian ini adalah phototransistor seperti jenis transistor bipolar NPN dengan sambungan kolektor-basis PN yang peka cahaya. Gambar 2.3 Rangkaian Phototransistor Intensitas cahaya yang dikeluarkan oleh LED tergantung arus yang mengalir pada LED tersebut. Semakin besar arus yang melaluinya maka intensitas cahaya yang dikeluarkan akan semakin besar, dan semakin kecil arus yang melalui LED tersebut maka akan semakin kecil pula intensitas cahaya yang dikeluarkan. Gambar perbandingan antara intensitas cahaya yang dikeluarkan LED dengan arus yang melaluinya diperlihatkan pada Gambar 2.2. Phototransistor yang ada terdiri dari tipe yang memiliki dua kaki atau tiga kaki. Pada phototransistor tipe tiga kaki, maka kaki yang terhubung ke rangkaiannya yaitu kaki kolektor dan emitor saja (kaki basis tidak terhubung), sedangkan untuk tipe dua kaki pada phototransistor-nya hanya terdiri dari kaki kolektor dan emitor (kaki basis tidak terdapat). Pada rangkaian ini digunakan tipe phototransistor dengan tiga kaki, dimana apabila tidak ada cahaya yang masuk pada lensa yang membuka di phototransistor, maka hanya terdapat arus bocor yang sangat kecil mengalir antara kolektor dan emitor sekitar 10 na. Apabila cahaya mengenai sambungan PN kolektor-basis, arus basis yang dihasilkan berbanding lurus dengan intensitas cahaya. Aksi tersebut menghasilkan arus kolektor sekitar 10 ma. Apabila sambungan tersebut dikenai cahaya melalui lensa yang membuka maka timbul aliran arus kontrol yang menghidupkan phototransistor ON. Gambar 2.2 Kurva Karakteristik LED Phototransistor Gambar 2.4 Bentuk fisik Phototransistor 2.2 Mikrokontroler

3 Mikrokontroler adalah single chip komputer yang memiliki kemampuan untuk diprogram dan digunakan untuk tugas-tugas yang berorientasi control. Pada alat ini penulis menggunakan mikrokontroler tipe AT89S51, dimana fitur-fitur yang dimiliki oleh tipe tersebut adalah : 1. 4K bytes ROM bytes RAM 3. 4 buah 8-bit I/O port 4. 2 buah 16-bit timer 5. Interface komunikasi serial 6. 64K pengalamatan code (program) memory 7. 64K pengalamatan data memory 8. Processor Boolean (satu bit-satu bit) lokasi bit-addressable bus operasi pengalian atau pembagian Penjelasan Fungsi Pin Mikrokontroler AT89S51 Konfigurasi pin pada AT89S51 dapat dilihat pada Gambar 2.8. Tabel 2.2 Fungsi dari pin AT89S51 Gambar 2.8 Konfigurasi Pin pada AT89S51 Penjelasan mengenai konfigurasi pin AT89S51 terdapat pada tabel 2.2.

4 Tabel 2.3 Nilai Register Setelah di reset 3. PERANCANGAN ALAT Dalam perancangan alat ini, terdapat masukan berupa sensor yang diproses oleh mikrokontroller AT89S51 dan menghasilkan keluaran pada led, seven segment, dan motor stepper seperti gambar 3.1. Gambar 3.1 Blok Diagram Penghitung Kendaraan Otomatis Secara keseluruhan alat ini dirancang dengan menggunakan hardware (Masukan berupa sensor dan keluaran berupa seven segment dan motor stepper) dan software (kendali mikrokontroller). Masukan pada alat ini berupa sensor yang menghasilkan dua kondisi yaitu high dan low, dengan menggunakan program maka hanya masukan low sajalah yang akan diproses. Setelah masukan diproses maka keluaran seperti seven segment, motor stepper akan aktif. Rangkaian keseluruhan dari perancangan digambarkan pada gambar Blok Catu Daya AC 220V IN 4002 X Y Z D1 CT IN 4002 D µf 1000µf Gambar 3.3 Rangkaian Catu Daya Pada blok rangkaian catu daya digunakan IC 7812 dan IC7805. IC ini mempunyai karakeristik diantaranya sebagai berikut : 1. Tegangan keluarannya 7805 adalah 4,8 V sampai 5,2 V 12 V 5 V 1000µf

5 2. Tegangan keluarannya 7812 adalah 11,8 V sampai 12,2 V 3. Arus keluarannya adalah 5 ma sampai 1A Rangkaian ini disebut sebagai rangkaian Power Suplay atau biasa disebut sebagai power regulator. Jenis rangkaian power regulator tersebut adalah rangkaian rectifer dua fase. Tegangan dc yang dihasilkan adalah tegangan dc 12Volt (untuk motor stepper) dan tegangan dc 5 Volt (untuk mikrokontroler AT89S51, led inframerah, seven segment). Pada setengah siklus positif, titik X akan positif terhadap titik Y. Sama halnya, titik Y akan positif terhadap Z. Dalam hal ini dioda D1 1N4002 akan menghantar (anoda akan positif terhadap katodanya). Sedang dioda D2 1N4002 tidak menghantar (anodanya akan negatif terhadap katodanya) sehingga hanya dioda D1 1N4002 saja yang menghantar dalam setengah siklus positif. Pada setengah siklus negatif, titik Z akan positif terhadap titik Y. Sama halnya, titik Y akan positif terhadap titik X. Dalam kondisi ini dioda D2 1N4002 akan menghantar (anodanya akan positif terhadap katodanya) sementara dioda D1 1N4002 tidak akan menghantar (anodanya akan negatif terhadap katodanya). Sehingga hanya dioda D2 1N4002 saja yang akan menghantarkan setengah siklus negatif. Tegangan puncak yang dihasilkan oleh masing-masing gulungan lilitan sekunder adalah sekitar 17 V (Vpk = 1,414 x Vr.m.s = 1,414 x 12 V =16,87 V dibulatkan menjadi 17 V) setenggah siklus negatif di blok oleh D1 1N4002 sehingga hanya setengah siklus positif sajalah yang muncul. Tegangan puncak aktual adalah tegangan positif puncak 17 V yang di berikan oleh sisi sekunder trafo, dikurangi nilai ambang tegangan maju 0,7 V dari D1 1N4002. Dengan kata lain akan muncul pulsa-pulsa setengah siklus positif dengan amplitudo sebesar 16,87 V pada tahanan beban. Kemudian tegangan akan melewati sebuah kapasitor 4700 µf, kapasitor pada rangkaian catu daya berfungsi sebagai filter yang akan memperlemah ripple dan kapasitor tersebut juga berfungsi untuk memastikan bahwa tegangan keluaran akan tetap berada pada atau mendekati tegangan puncak. Bahkan ketika dioda tidak menghantar tegangan, kapasitor tersebut biasa disebut sebagai kapasitor resevoir. Kapasitor tersebut menyimpan muatan selama setengah siklus positif dari tegangan sekunder dan melepaskannya selama setengah siklus negatif. Tegangan setelah melewati kapasitor lalu menuju ke kaki 1 pada IC 7812 dengan keluaran tegangan pada kaki 3 dan kemudian akan melewati kapasitor 1000uF lalu akan menuju ke IC7805 dimana keluaran dari kaki 3 IC 7812 adalah 12V dan IC 7805 adalah 5 V. 3.2 Rangkaian Sensor Rangkaian Sensor pada perancangan alat ini terdiri dari fototransistor, inframerah dan Op-amp. Rangkaian sensor merupakan alat yang berfungsi sebagai pendeteksi adanya kereta. Ketika ada kendaraan yang terdeteksi oleh sensor maka sensor akan memberikan data masukan pada mikrokontroler untuk diproses. Pada perancangan alat ini sensor yang digunakan adalah fototransistor. Led inframerah berfungsi sebagai pemancar cahaya inframerah dan fototransistor sebagai detektor penerima cahaya. akan aktif jika diberikan masukan cahaya inframerah pada kaki basisnya dimana kaki basis pada fototransistor tersebut terletak pada lensa fototransistor. Besar arus basis pada fototransistor tergantung terhadap besarnya intensitas cahaya yang diberikan langsung terhadap basis atau radiant flux density H (mw/cm 2 ). Besar intensitas cahaya yang masuk pada fototransistor juga berpengaruh pada jarak jangkauan sensor. Untuk menghasilkan pancaran sinar inframerah yang maksimum maka digunakan tegangan yang lebih besar yaitu sebesar 12 V dengan mempertahankan arus pada led inframerah agar led inframerah tersebut tidak putus. Dengan arus maksimum pada inframerah 60 ma maka dapat dipasang resistansi sebesar 220Ω dengan menggunakan perhitungan seperti berikut ini. R = I V R = 12 60mA R = 200Ω Dengan nilai resistansi minimal 200Ω maka untuk lebih aman maka digunakan resistansi sebesar 220Ω. Rangkaian sensor yang digunakan dalam perancangan alat ini ditunjukkan pada gambar 3.4.

6 5 V 5v 5v 5 V 5v 5v 100 Ω 5 V 100 Ω 1KΩ (V+) (V+) 5 4 1KΩ 14 Sensor 3 P3.2 2 Sensor 1 P Ω 5 V 100 Ω Gambar 3.4 Rangkaian Sensor keseluruhan 1KΩ (V+) (V+) 7 6 1KΩ 13 Sensor 4 P3.3 1 Sensor 2 P3.1 Sistem kerja keseluruhan dari alat palang pintu kereta otomatis menggunakan catu daya dengan tegangan 5 volt dan 12 volt. Tegangan 5 V dibutuhkan untuk tegangan masukkan sensor, kendali mikrokontroller AT89S51, mengaktifkan keluaran (seven segment). Sedangkan tegangan 12 V dibutuhkan sebagai sumber tegangan untuk mengaktifkan motor stepper. Tegangan pada lilitan sekunder adalah sekitar 17 V (Vpk = 1,414 x Vr.m.s = 1,414 x 12 V =16,87 V dibulatkan menjadi 17 V) karena dibutuhkan tegangan 12 V maka diperlukan IC regulator 7812 yang mampu menghasilkan tegangan sebesar 12V dan untuk menghasilkan tegangan sebesar 5 V maka keluara dari IC regulator 7812 diredam menjadi 5 V dengan menggunakan IC regulator Hasil uji coba Tegangan B (V) catu daya terdapat pada tabel 4.1. Tabel 4.1 Hasil Uji Coba Catu Daya Sensor ini berfungsi sebagai masukan untuk mikrokontroller. Keluaran dari sensor akan menghasilkan dua kondisi yaitu low dan high. Pada alat ini digunakan mikrokontroller yang akan aktif jika diberikan masukan low (aktif low). Hanya masukan low sajalah yang digunakan sebagai clock masukan, sedangkan pada saat kondisi high tidak mempengaruhi memberikan clock pada mikrokontroller 4. PENGAMBILAN DATA DAN ANALISA Uji coba alat penghitung kendaraan ini dengan tujuan untuk mengetahui apakah alat ini berfungsi atau tidak. Adapun uji coba alat ini dibagi menjadi 4 bagian untuk memudahkan pengambilan data yaitu uji catu daya, uji rangkaian sensor, uji coba seven segment, dan uji coba motor stepper sebagai palang pintu masuk dan keluar. 4.1 Catu Daya AC220V IN4002 X D1 Y CT IN4002 A µf 1000µf 12 V 5 V B 1000µf 4.2 Rangkaian Sensor Pengambilan data sensor dilakukan dengan mengubah posisi jarak sensor yaitu dengan mengubah jarak pemacar inframerah dengan penerima fototransistor. Pengujian sensor ini ditujukan untuk mengetahui berapa jauhnya jarak jangkauan sensor apakah sensor tersebut masih aktif atau tidak. Jarak jangkauan sensor antara pemancar inframerah dengan penerima fototransistor diuji mulai dari jarak 1 meter sampai dengan 5 meter, sensor ini akan berfungsi jika ada benda yang menghalangi sensor tersebut. Dalam uji coba sensor ini untuk keadaan tidak terhalang, hasil pengujian terdapat pada tabel 4.2. Tabel 4.2 Uji Coba Sensor Pada Saat Tidak Terhalang Z D2 Gambar 4.1. Titik Pengambilan Data Tegangan (V) Pada Catu Daya Pada keadaan sensor tidak terhalang besar tegangan yang dihasilkan pada kaki

7 noninverting lebih besar dibandingkan dengan tegangan pada kaki inverting. kedua tegangan tersebut dibandingkan dengan Op-Amp karena tegangan pada kaki noninverting lebih besar dari pada tegangan inverting maka keluaran Op-Amp akan menuju +90% dari Vcc yaitu sekitar 4.5 V. Akan tetapi pada percobaan ini tegangan yang dihasilkan sebesar 4.86 V kondisi high. Pada jarak sensor 5 meter sudah tidak ada lagi cahaya yang diterima oleh fototransistor sehingga sensor ini sudah tidak aktif lagi. Pada keadaan seperti ini sama saja pada keadaan sensor terhalang dimana tidak ada cahaya yang diterima oleh fototransistor. Untuk percobaan pada saat sensor terhalang terdapat pada tabel 4.3. Pada kondisi terhalang tegangan keluaran yang dihasilkan pada komparator sebesar - 90% dari Vcc. Karena tegangan pada kaki - Vcc terhubung ke ground maka tegangan keluaran dari komparator sekitar 0 V. program. Hasil pengukuran yang didapat terlihat pada tabel 4.5. Tabel 4.4 Tegangan Yang Terukur Untuk Mengaktifkan Motor Stepper1 Berikut adalah pengambilan data pada motor stepper2 yang digunakan sebagai pintu keluar area parkir Tabel 4.5 Tegangan Yang Terukur Untuk Mengaktifkan Motor Stepper2 Tabel 4.3 Uji Coba Sensor Pada Saat Terhalang Keterangan : Tegangan 4.96 V Koil Motor Aktif Untuk Tiap Langkahnya Tegangan 0.13 V Koil Motor Tidak Aktif Pada saat fototransistor terhalang maka tidak ada cahaya inframerah yang diterima oleh fototransistor tersebut. Pada kondisi terhalang besar tegangan pada kaki inverting lebih besar dari pada tegangan noninverting kemudian kedua tegangan tersebut dibandingkan manakah yang lebih besar. Karena tegangan pada kaki inverting lebih besar maka tegangan yang dihasilkan pada keluaran komparator sebesar 0.12 V kondisi low. Dengan kondisi sensor terhalang mengeluarkan kondisi low maka kondisi low tersebut dimanafatkan untuk masukkan pada pengendali mikrokontroller yang akan aktif jika diberi masukan low. Untuk pergerakan motor stepper yang digunakan pada alat palang pintu kereta otomatis ini berputar sebesar Akan tetapi dalam satu siklus (langkah 1 sampai langkah 4) motor ini hanya berputar sebesar 30 0 maka untuk membuatnya berputar menjadi 90 0 dibuat dengan menggunakan bantuan program yang berulang sebanyak 3 kali. 4.3 Motor Stepper Motor stepper yang digunakan dalam pembuatan alat ppenghitung kendaraan ini adalah jenis motor stepper aktif high, dimana untuk mengaktifkan tiap tiap koilnya dibutuhkan tegangan sebesar 5 V. Tegangan sebesar 5V ini dihasilkan dari keluaran pengendali mikrokontroller yaitu pada port 1.0 sampai port 1.3 yang telah diatur dengan

8 5.2 Saran Penggunaan sensor ultrasonik dapat digunakan pada pengaplikasian alat ini karena kepekaannya jauh lebih baik. LCD dapat digunakan sebagai pengganti tampilan seven segment. Sensor 1 (Masuk) Mobil (Masuk) Mobil Sensor 3 Infra Red Infra Red Infra Red Infra Red Mobil (Keluar) Mobil (Keluar) Sensor 4 Sensor Kesimpulan Dari hasil uji coba dapat disimpulkan bahwa perancangan dan pembuatan Penghitung Jumlah Kendaraan Pada Area Parkir Dengan Mikrokontroler AT89S51 berfungsi dengan baik dan sesuai dengan yang diinginkan. Adapun sebagai tambahan, didapatkan kesimpulan sebagai berikut : Alat ini dapat menghitung kendaraan yang masuk area parkir sebanyak 99 kendaraan. Jika ada kendaraan yang keluar area parkir maka tampilan akan berkurang sejumlah kendaraan yang keluar tersebut. Keempat sensor akan aktif bila terhalang selama ±2 detik. Sensor 1 dan sensor 2 membuat palang pintu membuka kemudian menutup. Waktu yang diperlukan untuk membuka kemudian menutup tersebut ±5 detik. Sensor 3 dan sensor 4 merupakan penggerak seven segment masingmasing sebagai pencacah angka yang bertambah dan berkurang. Motor stepper1 dan motor stepper2 digunakan untuk membuka dan menutup palang pintu. Pergerakan dari motor stepper yaitu 90 o untuk membuka searah jarum jam dan 90 o untuk menutup berlawanan arah jarum jam. Sensitivitas sensor sangat bergantung pada jarak pemasangan sensor. Jarak maksimal agar sensor dapat bekerja secara optimal didapat sejauh ±5 meter. DAFTAR PUSTAKA [1.] adibakri.wordpress.com/2008/05/25/lightdependent-resistor, September 2008 [2.] Anomin, Desember 2008 [3.] Anomin, Agustus 2008 [4.] Anomin, Agusus [5.] Anomin, ell [6.] Boylestad, Robert. Nashelsky, Louis. Electronic Devices and Circuit Theory, Prentice Hall International, New Jersey, [7.] Budiharo, Widodo. Perancangan Sistem dan Aplikasi Mikrokontroler, Penerbit Elex Media Komputindo, Jakarta, [8.] Eko Putra, Agfianto. Belajar Mikrokontroler AT89C51/52/55( Teori dan Aplikasi), Gava Media, Yogyakarta, [9.] en.wikipedia.org/wiki/phototransistor, September [10.] en.wikipedia.org/wiki/led-infrared, September [11.] en.wikipedia.org/wiki/motor-stepperbipolar, September [12.] Hughes, Fredrick W. Panduan Op - Amp, Elex Media Komputindo, Jakarta, [13.] Malvino dan Hanapi Gunawan Diktat Kuliah, Prinsip-Prinsip Elektronik, Edisi Kedua. Jakarta : PT. Gelora Aksara Pratama 1981 [14.] Soeparlan, Soepono. Yahdi, Umar. Teknik Rangkaian Listrik Jilid 1, Gunadarma, Depok, [15.] su.wikipedia.org/wiki/simulasi. Desember 2008