PROTOTYPE SISTEM PENDETEKSI JARAK AMAN PARKIR PADA MOBIL DENGAN SENSOR ULTRASONIK BERBASIS MIKROKONTROLLER AVR

Transkripsi

1 PROTOTYPE SISTEM PENDETEKSI JARAK AMAN PARKIR PADA MOBIL DENGAN SENSOR ULTRASONIK BERBASIS MIKROKONTROLLER AVR Muhammad Mirza Antrayasa dan Arman D. Diponegoro Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia Abstrak Pengemudi mobil seringkali mengalami kesulitan untuk memparkir mobilnya di lokasi sempit, disebabkan lahan parkir yang semakin berkurang, ataupun pengemudi sulit untuk mengetahui apakah mobil yang dikendarainya terlalu dekat dengan kendaraan sekitarnya. Tidak sedikit pengemudi yang menabrak tiang listrik atau menggores tembok ketika memundurkan mobilnya. Tujuan dari pembuatan skipsi ini adalah untuk merancang Prototipe sistem pendeteksi jarak aman pada mobil dengan sensor ultrasonik berbasis mikrokontroller AVR sebagai pengendali utamanya. Sebagai input digunakan modul sensor ultrasonic yang terdiri TX (transmitter) dan RX (receiver). Sebagai output digunakan sebuah LCD (Liquid Crystal Display) untuk menampilkan jarak aman, lampu LED sebagai indikator jarak waspada dan bahaya serta buzzer untuk indikator bunyi. Hasil yang didapat dari pembuatan prototipe sistem pendeteksi mobil berbasis mikrokontroler AVR adalah alat tersebut dapat digunakan untuk mengukur jarak aman pada kendaraan. Mikrokontroler AVR berfungsi sebagai pengendali utama pada pemrosesan data jarak parkir yang dihasilkan dari sensor ultrasonik. Penggunaan modul sensor ultrasonic dapat menghasilkan data yang lebih akurat. Jarak parkir ditampilkan melalui LCD dengan satuan ukur centimeter. Buzzer dan LED dapat digunakan sebagai indikator keadaan jarak aman waspada dan jarak bahaya. Kata kunci : Sensor ultrasonik, mikrokontroler AVR. Abstract The car driver is often difficult to park his car in a narrow location, parking lots due to diminishing returns, or the driver is difficult to know whether the car he was driving too close to the surrounding vehicles. Not least the driver who hit a utility pole or scraping the wall when backing the car. The purpose of creation is to design skipsi Prototype safe distance 1

2 detection system on the car with AVR microcontroller based ultrasonic sensors as the main controller. As input use ultrasonic sensor module consisting TX (transmitter) and RX (receiver). As output used an LCD (Liquid Crystal Display) to display a safe distance, the LED light indicator and hazard alert distance and speakers for audible indicator. The results obtained from the manufacture of car detection system prototype is based on microcontroller AVR tools can be used to measure a safe distance to the vehicle. AVR microcontroller serves as the main control on the processing of data generated from parking distance sensors ultrasonic. The use of ultrasonic sensor module can generate more accurate data. Park Distance displayed via the LCD unit of measurement centimeter. Speaker and LED can be used as an indicator of the state of safe distance and distance alert danger. Keywords: Ultrasonic sensor, AVR microcontroller. Pendahuluan Untuk memperkecil resiko terjadinya kecelakaan saat mengemudi mobil, pengemudi tidak boleh memposisikan mobilnya terlalu dekat dengan kendaraan di sekitarnya. Pengemudi harus dapat memperkirakan jarak aman antar kendaraan agar meminimalisir terjadinya benturan antara kendaraan satu dengan lainnya ataupun kendaraan dengan benda yang ada disekitarnya yang tidak terlihat Untuk membantu memperkirakan jarak aman, dibuat suatu alat untuk mendeteksi objek di sekitar kendaraan. Alat ini akan menyalakan LED dan dapat memberi tahu melalui suara yang keluar dari buzzer apabila terdapat obyek di sekitar kendaraan dalam jarak tertentu yang harus diwaspadai. Alat ini juga akan menampilkan jarak antara objek dan kendaraan pada layar LCD. Alat yang mendeteksi jarak ini dikendalikan sepenuhnya oleh sebuah mikrokontroler AVR dengan dua buah sensor ultrasonic yang terdapat di bagian depan mobil satu buah sensor dan dibagian belakang mobil satu buah sensor juga sebagai pendeteksi jaraknya. Teori Dasar Sensor Ultrasonik Gelombang ultrasonic adalah gelombang dengan besar frekuensi diatas frekuensi gelombang suara yaitu lebih dari 20 khz. Seperti telah disebutkan bahwa sensor ultrasonic terdiri dari rangkaian pemancar ultrasonikyang disebut transmitter dan rangkaian penerima 2

3 ultrasonic yang disebut receiver. Sinyal ultrasonic yang dibangkitkan akan dipancarkan dari transmitter ultrasonic. Ketika sinyal mengenai benda penghalang maka sinyal ini dipantulkan, dan diterima oleh receiver ultrasonic. Sinyal diterima yang diterima oleh rangkaian receiver dikirimkan ke rangkaian mikrokontroller untuk selanjutnya diolah untuk menghitung jarak terhadap benda didepannya ( bidang pantul ) Prinsip kerja sensor ultrasonik Gambar prinsip kerja sensor ultrasonik Prinsip kerja dari sensor ultrasonik adalah sebagai berikut : 1. Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik. Sinyal tersebut berfrekuensi diatas 20kHz, biasanya yang digunakan untuk mengukur jarak benda adalah 40kHz. Sinyal tersebut di bangkitkan oleh rangkaian pemancar ultrasonik. 2. Sinyal yang dipancarkan tersebut kemudian akan merambat sebagai sinyal / gelombang bunyi dengan kecepatan bunyi yang berkisar 340 m/s. Sinyal tersebut kemudian akan dipantulkan dan akan diterima kembali oleh bagian penerima Ultrasonik. 3. Setelah sinyal tersebut sampai di penerima ultrasonik, kemudian sinyal tersebut akan diproses untuk menghitung jaraknya. Jarak dihitung berdasarkan rumus : S = 340.t/2 dimana S adalah jarak antara sensor ultrasonik dengan bidang pantul, dan t adalah selisih waktu antara pemancaran gelombang ultrasonik sampai diterima kembali oleh bagian penerima ultrasonik. Bagian bagian sensor ultrasonic 3

4 Pemancar Ultrasonik (Transmitter) Pemancar Ultrasonik ini berupa rangkaian yang memancarkan sinyal sinusoidal berfrekuensi di atas 20 KHz menggunakan sebuah transducer transmitter ultraso nik Gambar Rangkaian Pemancar Gelombang Ultrasonik Prinsip kerja dari rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adlah sebagai berikut : 1. Sinyal 40 khz dibangkitkan melalui mikrokontroler. 2. Sinyal tersebut dilewatkan pada sebuah resistor sebesar 3kOhm untuk pengaman ketika sinyal tersebut membias maju rangkaian dioda dan transistor. 3. Kemudian sinyal tersebut dimasukkan ke rangkaian penguat arus yang merupakan kombinasi dari 2 buah dioda dan 2 buah transistor. 4. Ketika sinyal dari masukan berlogika tinggi (+5V) maka arus akan melewati dioda D1 (D1 on), kemudian arus tersebut akan membias transistor T1, sehingga arus yang akan mengalir pada kolektotr T1 akan besar sesuai dari penguatan dari transistor. 4

5 5. Ketika sinyal dari masukan berlogika tinggi (0V) maka arus akan melewati dioda D2 (D2 on), kemudian arus tersebut akan membias transistor T2, sehingga arus yang akan mengalir pada kolektotr T2 akan besar sesuai dari penguatan dari transistor. 6. Resistor R4 dan R6 berfungsi untuk membagi tengangan menjadi 2,5 V. Sehingga pemancar ultrasonik akan menerima tegangan bolak balik dengan Vpeak-peak adalah 5V (+2,5 V s.d -2,5 V). Penerima Ultrasonik (Receiver) Penerima Ultrasonik ini akan menerima sinyal ultrasonik yang dipancarkan oleh pemancar ultrasonik dengan karakteristik frekuensi yang sesuai. Sinyal yang diterima tersebut akan melalui proses filterisasi frekuensi dengan menggunakan rangkaian band pass filter (penyaring pelewat pita), dengan nilai frekuensi yang dilewatkan telah ditentukan. Kemudian sinyal keluarannya akan dikuatkan dan dilewatkan ke rangkaian komparator (pembanding) dengan tegangan referensi ditentukan berdasarkan tegangan keluaran penguat pada saat jarak antara sensor kendaraan mini dengan sekat/dinding pembatas mencapai jarak minimum untuk berbelok arah. Dapat dianggap keluaran komparator pada kondisi ini adalah high (logika 1 ) sedangkan jarak yang lebih jauh adalah low (logika 0 ). Logika-logika biner ini kemudian diteruskan ke rangkaian pengendali (mikrokontroler). Gambar Rangkaian Penerima Gelombang Ultrasonik Prinsip kerja dari rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adalah sebagai berikut : 5

6 1. Pertama tama sinyal yang diterima akan dikuatkan terlebih dahulu oleh rangkaian transistor penguat Q2. 2. Kemudian sinyal tersebut akan di filter menggunakan High pass filter pada frekuensi > 40kHz oleh rangkaian transistor Q1. 3. Setelah sinyal tersebut dikuatkan dan di filter, kemudian sinyal tersebut akan disearahkan oleh rangkaian dioda D1 dan D2. 4. Kemudian sinyal tersebut melalui rangkaian filter low pass filter pada frekuensi < 40kHz melalui rangkaian filter C4 dan R4. 5. Setelah itu sinyal akan melalui komparator Op-Amp pada U3. 6. 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. Modul Mikrokontroler AVR Atmega Modul mikrokontroler terdiri dari dua komponen utama, yaitu IC Mikrokontroler AVR Atmega 8535 serta downloader mikrokontroler untuk mendownload program pada IC. Mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran (I/O) serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. Mikrokontroler merupakan komputer didalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya. Secara harfiahnya bisa disebut "pengendali kecil" dimana sebuah system elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponenkomponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini. Sedangkan Mikrokontroler AVR merupakan mikrokontroler berbasis arsitektur RISC 8 Bit, sehingga semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit (16-bits word ) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam satu siklus instruksi clock. Dan ini sangat membedakan sekali dengan instruksi MCS-51 ( Berarsitektur CISC ) yang membutuhkan siklus 12 clock. RISC adalah Reduced Instruction Set Computing sedangkan CISC adalah Complex Instruction Set Computing. AVR dikelompokkan kedalam 4 kelas, yaitu ATtiny, keluarga AT90Sxx, keluargaatmega, dan keluarga AT86RFxx. Dari kesemua kelas yang membedakan satusama lain adalah ukuran onboard memori, on-board peripheral dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan mereka bisa dikatakan hampir sama. Berikut minimum system ATmega

7 Gambar Skema ATMega 8535 Arsitektur Mikrokontroller ATMega 8535 adalah sebagai berikut: a. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu port A, port B, port C, dan port D b. ADC 10 bit sebanyak 8 channel c. Tiga buah timer / counter d. 32 register e. Watchdog Timer dengan oscillator internal f. SRAM sebanyak 512 byte g. Memory flash sebanyak 8 Kb h. Sumber interrupt internal dan eksternal i. Port SPI ( Serial Pheriperal Interface ) j. EEPROM onboard sebanyak 512 byte k. Komparator analog Konfigurasi Pin ATMEGA8535 Port A Merupakan 8 Bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pull up resistor ( dapat diatur per bit ). Output buffer port A dapat memberi arus 20 ma dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port A ( DDRA ) harus diatur terlebih dahulu sebelum port A digunakan. Bit bit DDRA diisi 0 jika ingin memfungsikan pin pin port A yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, kedelapan pin port A juga digunakan untuk masukan sinyal analog bagi A/D converter. Port B 7

8 Merupakan 8 bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pullup resistor ( dapat diatur per bit ). Output buffer port B dapat member arus 20 ma dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction register port B ( DDRB ) harus diatur terlebih dahulu sebelum port B digunakan. Bit bit DDRB diisi o jika ingin memfungsikan pin-pin port B yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Pin-pin port B juga memiliki fungsi-fungsi alternative khusus seperti yang dapat dilihat dalam table berikut. Table 2.1 Fungsi Pin pada Port B Port Pin PB0 PB1 PB2 PB3 PB4 PB5 PB6 PB7 Fungsi Khusus T0 = timer/counter 0 external counter input T1 = timer/counter 0 external counter input AIN0 = analog comparator positive input AIN1 = analog comparator negative input SS = SPI slave select input MOSI = SPI bus master output / slave input MISO = SPI bus master input / slave output SCK = SPI bus serial clock Port C. Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pullup resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port C dapat memberi arus 20 ma dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port C (DDRC) harus diatur terlebih dahulu sebelum Port C digunakan. Bit-bit DDRC diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port C yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai output. Selain itu, dua pin port C (PC6 dan PC7) juga memiliki fungsi alternatif sebagai oscillator untuk timer/counter. Port D. Merupakan 8-bit directional port I/O. Setiap pinnya dapat menyediakan internal pullup resistor (dapat diatur per bit). Output buffer Port D dapat memberiarus 20 ma dan dapat mengendalikan display LED secara langsung. Data Direction Register port (DDRD) harus diatur terlebih dahulu sebelum Port D digunakan. Bit-bit DDRD diisi 0 jika ingin memfungsikan pin-pin port D yang bersesuaian sebagai input, atau diisi 1 jika sebagai 8

9 output. Selain itu, pin-pin port D juga memiliki untuk fungsi-fungsi alternatif khusus seperti yang dapat dilihatdalam tabel berikut. Table 2.2 Fungsi Pin pada Port D Port Pin PD0 PD1 RDX (UART input line) TDX (UART output line) Fungsi Khusus PD2 INT0 ( external interrupt 0 input ) PD3 INT1 ( external interrupt 1 input ) PD4 PD5 PD6 PD7 OC1B (Timer/Counter1 output compare B match output) OC1A (Timer/Counter1 output compare A match output) ICP (Timer/Counter1 input capture pin) OC2 (Timer/Counter2 output compare match output) Berikut adalah gambar fisik dari ATMega8535 Gambar IC Mikrokontroller ATMega LCD 2x16 LCD adalah sebuah dot matrik Liquid Crystal Display yang mampu menampilkan 16x2, membutuhkan daya kecil 5 V Dc dan dilengkapi panel LCD dengan tingkat kontras yang cukup tinggi serta pengendali LCD CMOS yang telah terpasang dalam modul tersebut. Pengendali memiliki pembangkit karakter ROM/RAM, sehingga modul LCD ini dengan mudah dapat disambungkan dengan unit Mikroprosesor (MPU). LCD type ini memiliki penyemat (kaki) sebanyak 16pin dengan fungsi tiap-tiap pin yang dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel 2.3 Fungsi Pin-Pin LCD 9

10 No Simbol Level Function 1 Vss power supply,0 V (GND) 2 Vcc power supply,5 V Vee H/L power supply,lcd Drive 4 RS H/L H : data input,l : instruction input 5 R/W H : Read, L : Write 6 E H,transisi turun Enable signal 7 Db0 H/L Data Bus 8 Db1 H/L Data Bus 9 Db2 H/L Data Bus 10 Db3 H/L Data Bus 11 Db4 H/L Data Bus 12 Db5 H/L Data Bus 13 Db6 H/L Data Bus 14 Db7 H/L Data Bus 15 V+ BL Back light supply V, ma 16 V-BL Back light supply 0 V (GND) Gambar LCD 2x16 Ringkasan System yang akan dirancang mulai dari pembuatan program yang akan dimasukkan ke dalam mikrokontroller dimana dapat mengatur sensor ultrasonic dan menampilkan di LCD. Diagram fungsi dari keseluruhan sistem dapat dilihat pada gambar 3.2 dibawah ini : 10

11 Gambar 3.2 Diagram Blok untuk system pendeteksi jarak Dimana antara sensor ultrasonic depan dan belakang penulis menggunakan dua jenis sensor berbeda walaupun satu tipe yaitu sensor ultrasonic. Sehingga dalam pembuatan programnya pun berbeda antara program untuk sensor ultrasonic bagian depan dan sensor ultrasonic bagian belakang. Karakteristik kedua sensor hampir mendekati kesamaan dalam proses batas maksimal dan minimal pembacaan jaraknya, walaupun secara fisik sensor ini berbeda dimensinya. Mikrokontroller menggunakan ATMega8535 karena mikrokontroller ini familiar dikalangan mahasiswa atau yang biasa disebut mikrokontroller AVR, karena lumayan mudah dalam pembuatan programnya yaitu menggunakan bahasa C pada software CodeVision AVR ataupun cara pendownloadan nya menggunakan K-125R USB ( Universal Serial Bus ) downloader yang juga sudah digunakan oleh banyak mahasiswa. Setelah memperoleh konsep yang pasti, maka tahap selanjutnya adalah merancang program untuk membuat system pendeteksi jarak dengan menggunakan sensor ultrasonic yang di program dengan bahasa pemrograman C. Berikut flowchart dari keseluruhan system pendeteksi jarak : 11

12 M u l a i S e n s o r m e l a k u k a n p r o p a g a s i A p a k a h a d a o r a n g / b e n d a t e r d e t e k s i S i n y a l d a r i s e n s o r d i t e r u s k a n k e m i k r o k o n t r o l l e r M i k r o k o n t r o l l e r m e n t e r j e m a h k a n s i n y a l B u z z e r d a n L E D m e r e s p o n s i n y a l d a r i m i k r o k o n t r o l l e r A l a r m d a n L a m p u b e r b u n y i d a n m e n y a l a K e n d a r a a n d i m a t i k a n S e l e s a i Gambar 3.5 Flowchart untuk system pendeteksi jarak Sistem pendeteksi jarak ini mempunyai beberapa bagian yang saling berhubungan, setiap komponen tersambung kepada mikrokontroller sebagai otak atau pengendali dari system tersebut. Dimana LCD disambungkan ke port B dimana masingmasing kakinya mempunyai konfigurasi yang berhubungan dengan kaki pada port B pada mikrokontroller. Sensor Ultrasonik dihubungkan pada port D, sedangkan buzzer pada port C dan lampu led dihubungkan pada port A. Masing-masing device dikendalikan oleh sinyal balik yang dikirim dari sensor ultrasonic menuju mikrokontroller lalu melalui mikrokontroller mentransfer sinyal ke LCD, lampu LED dan buzzer sebagai indikasi yang ditampilkan. Berikut skematik diagram dari keseluruhan system pendeteksi jarak : 12

13 Gambar 3.6 Skematik Diagram Sistem pendeteksi jarak Analisa Dari hasil pengujian seperti Table 4.1. terlihat jarak hasil pengujian pada alat tidak tepat sama dengan jarak hasil perhitungan dengan persen kesalahan antara 0.82% hingga 34.40%. Secara umum, semakin jauh jarak yang diukur, semakin kecil persen kesalahan. Perbedaan jarak hasil pengujian dengan jarak hasil perhitungan dapat disebabkan oleh adanya noise. Modul sensor PING bekerja berdasarkan prinsip pemantulan gelombang ultrasonik, terkadang pantulan gelombang ultrasonik menjadi tidak periodik dan menyebabkan hasil pengukuran tidak akurat. Selain itu, kesalahan pengukuran juga dapat terjadi karena pembulatan perhitungan pada saat pembuatan program. Tabel 4.1. Hasil Pengukuran Jarak Rata-rata dan Persen Kesalahan Jarak yang diinginkan Jarak hasil pengukuran rata-rata Kesalahan ( % ) 10 cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm

14 60 cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm 2, cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm 1.63 Data hasil penghitungan jarak dari keluaran sensor ultrasonik dihitung berdasarkan jarak yang diinginkan simasukkan kedalam rumus : S = 340,29t/2 Dimana didapat hasil seperti pada table dibawah : S ( Jarak ) t ( waktu ) 2 cm 117,5568 us 5 cm 293,867 us 10 cm 587,734 us 25 cm 1469,335 us 50 cm 2938,67 us 75 cm 4408,005 us 14

15 100 cm 5877,34 us 125 cm 7346,675 us 150 cm 8816,01 us 175 cm 10285,34 us 200 cm 11754,68 us 225 cm 13224,01 us 250 cm 14693,35 us 275 cm 16162,68 us 300 cm 17632,02 us Dimana 340,29 ialah kecepatan m/s dari udara normal Dalam satuan jarak lama waktu yang ditempuh oleh sensor ultrasonik dari berangkat sampai balik ke mikrokontroller Kesimpulan 1. Dari hasil pengujian sensor jarak ultrasonic ini dapat mendeteksi benda pada jarak sejauh 2 meter dengan baik. 2. Dari hasil pengujian terlihat jarak hasil pengujian pada alat tidak tepat sama dengan jarak hasil perhitungan dengan persen kesalahan antara 0.82% hingga 34.40% antara sensor PING maupun sensor USIR. Secara umum, semakin jauh jarak yang diukur, semakin kecil persen kesalahan. 3. Modul sensor PING dan sensor USIR bekerja berdasarkan prinsip pemantulan gelombang ultrasonik, terkadang gelombang pantulan ultrasonik mengalami gangguan seperti interfensi dari gelombang lain atau mendapat pantulan dari benda lain dan menyebabkan hasil pengukuran tidak akurat. 4. Selain itu, kesalahan pengukuran juga terjadi karena pembulatan nilai waktu tempuh gelombang ultrasonic pada proses perhitungan untuk diproses pada perangkat lunaknya. Daftar Pustaka [1] Andrianto, Heri Pemrograman Mikrokontroller AVR ATMega16 menggunakan Bahasa C ( CodeVision AVR). Penerbit : Informatika. Bandung. 15

16 [2] Heryanto, Hari Pemrograman Bahasa C untuk mikrokontroller ATMEGA8535. Penerbit : Andi. Yogyakarta. [3] Winoto, Ardi Mikrokontroller AVT ATMEGA8/16/32/8535 dan pemrogramannya dengan bahasa C pada WinAVR. Penerbit : informatika. Bandung. [4] Boylestadt, Robert dan Louis Nashelsky Electronic Device and Circuit Theory. Fourth Edition. USA: Prentice Hall, Inc. [5] Wardhana, Lingga. ( 2006 ). Belajar Sendiri : Mikrokontroller AVR ATMEGA8535, Simulasi Hardware, dan Aplikasi. Yogyakarta : Penerbit Andi. 16