PERANCANGAN PALANG KERETA API OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51 MENGGUNAKAN SENSOR INFRAMERAH SEBAGAI SENSOR HALANGAN TUGAS AKHIR

Transkripsi

1 PERANCANGAN PALANG KERETA API OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51 MENGGUNAKAN SENSOR INFRAMERAH SEBAGAI SENSOR HALANGAN TUGAS AKHIR RENOVA SIMANULLANG PROGRAM STUDI D3 FISIKA INSTRUMENTASI DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009

2 PERANCANGAN PALANG KERETA API OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51 MENGGUNAKAN SENSOR INFRAMERAH SEBAGAI SENSOR HALANGAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh Ahli Madya PROGRAM STUDI D3 FISIKA INSTRUMENTASI DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009

3 PERSETUJUAN Judul : PERANCANGAN PALANG KERETA API OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51 MENGGUNAKAN SENSOR INFRAMERAH SEBAGAI SENSOR HALANGAN Kategori : TUGAS AKHIR Nama : RENOVA SIMANULLANG Nomor Induk Mahasiswa : Program Studi : DIPLOMA 3 (D3) FISIKA INSTRUMENTASI Departemen Fakultas : FISIKA : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM (MIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Diluluskan di Medan, Juli 2009 Komisi Pembimbing : Diketahui Departemen Fisika FMIPA USU Ketua, Pembimbing, (Drs.Syarul Humaidi, M.Sc) ( Drs.Takdir Tamba, M.Eng.Sc) NIP NIP

4 PERNYATAAN PERANCANGAN PALANG KERETA API OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLLER AT89S51 MENGGUNAKAN SENSOR INFRAMERAH SEBAGAI SENSOR HALANGAN TUGAS AKHIR Saya mengakui bahwa tugas akhir ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa hal kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya. Medan, Juli 2009 RENOVA SIMANULLANG

5 PENGHARGAAN Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Pengasih dan Maha Penyayang, atas Kasih Karunia-NYA yang melimpah penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan. Ucapan terimakasih penulis sampaikan kepada berbagai pihak yang telah banyak membantu penulis dalam penyelesaian tugas ini yaitu kepada: 1. Bapak Dr.Eddy Marlianto, M.Sc, selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. 2. Bapak Drs.Syarul Humaidi, M.sc, selaku Ketua Jurusan Program Studi Fisika Instrumentasi Fakultas Matematika dan ILmu Pengetahuan Alam. 3. Ibu Drs.Justinon, MSi, selaku Sekretaris Jurusan Program Studi Fisika Instrumentasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. 4. Bapak Drs.Takdir Tamba, M.Eng.Sc, selaku Dosen pembimbing Tugas Akhir. 5. Staff dan pegawai di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. 6. Teristimewa kepada kedua orangtua penulis Ayahanda M.Simanullang dan Ibunda R.Simanjorang yang telah banyak membantu melalui Doa, dan moril maupun materil. Tidak ada yang boleh penulis berikan selain doa. Semoga Tuhan memberikan kesehatan dan rezeki makin bertambahtambah. Kepada Kakak saya (K Irma & K Rahma) yang tak hentihentinya memberi perhatian, motivasi, dan dukungan Doa. Serta kepada Adik saya (Suranta & Rizal) tetap semangat ya, semoga cita-citanya tercapai.

6 7. Kepada B Sarto trimakasih atas partisipasinya juga teman-teman 1 kost Gg.Cipta no.13b yang memberikan smangat & Doa. 8. B andika, K Hotmaida, dan K Susi juga abang/kakak senior yang tidak tersebutkan namanya yang telah banyak memberi semangat, pemikiran, dan Doa. 9. Personil BIOS CORP 06, serta teman-teman seperjuangan FIN 06, serta adik-adik FIN 07 dan FIN 08 tetap semangat. Penulis menyadari dalam pembuatan tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari pembaca yang bersifat membangun dalam penyempurnaan tugas akhir ini. Akhir kata penulis mengucapkan banyak terimakasih kepada semua pihak yang telah turut serta membantu dalam menyelesaiakan tugas akhir ini. Tuhan selalu memberkati. Penulis

7 ABSTRAK Palang kereta api otomatis merupakan suatu otomatisasi yang diterapkan pada jalur transportasi Kereta Api guna menutup dan membuka jalan yang membatasi atau menghentikan jalur lalu lintas agar kendaraan berhenti sementara untuk mendahulukan kereta api yang akan lewat. Aplikasi ini hanyalah sebuah prototype kecil yang menggambarkan sebuah aplikasi untuk palang kereta api yang dapat bergerak secara otomatis, dibandingkan penerapan sesungguhnya aplikasi ini mungkin masih jauh sekali dari kejadian sebenarnya, akan tetapi aplikasi ini mungkin dapat sebagai dasar dari palang kereta api yang dapat berjalan secara otomatis. Palang kereta api otomatis ini mempunyai tiga bagian umum yaitu motor DC yang akan berputar untuk membuka dan menutup palang, sensor inframerah sebagai pendeteksi adanya kereta api yang lewat, dan otak yaitu bagian mikrokonrroler AT89S51. Mikrokontroler ini yang akan mengendalikan semua jalannya system yang terdapat pada palang kereta api otomatis. Yaitu mengendalikan masukan system yang berupa sensor-sensor, mengendalikan pergerakan motor DC sebagai penggerak palang, mengendalikan sebuah tampilan berupa teks berjalan, dan pembangkit pulsa 300 Hz, 500 Hz yang dimanfaatkan sebagai Buzzer. Tujuan tugas akhir ini adalah merancang dan mengimplementasikan palang kereta api otomatis dengan menggunakan mikrokontroler AT89S51 dan sensor inframerah. Basis pengetahuan palang ini berisi pengkodean aksi yang harus dilakukan berdasarkan informasi dari sensor.

8 DAFTAR ISI Halaman Persetujuan... i Pernyataan... ii Penghargaan... iii Abstrak... v Daftar Isi... vi Daftar Tabel... viii Daftar Gambar... ix BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Tujuan Penulisan Batasan Masalah Metode Pengumpulan Data Sistematika Penulisan... 4 BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1 Perangkat Keras Arsitektur Mikrokontroler AT89S Konstruksi AT89S Photodioda Dioda Pemancar Cahaya Inframerah Motor DC Rangkaian Buzzer Running Text Perangkat Lunak Bahasa Assembly MCS Software 8051 Editor, Assembler, simulator(ide) Sofware Downloader... 29

9 BAB 3 PERANCANGAN SISTEM 3.1 Perancangan Alat Diagram Blok Perancangan Sensor Inframerah Perancangan Pemancar Inframerah Perancangan Penerima Inframerah Rangkaian Mikrokontroler AT89S Rangkaian Catudaya (PSA) Perancangan Driver Penggerak Motor DC Perancangan Program BAB 4 PENGUJIAN RANGKAIAN DAN ANALISA 4.1 Pengujian Rangkaian Pengujian rangkaian Mikrokontroler At89S Pengujian Rangkaian sensor inframerah Pengujian Rangkaian Jembatan H Pengujian Pangkaian PSA Pengujian Rangkaian Buzzer Analisa BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran Daftar Pustaka Program Running Text

10 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Fungsi Port 1 Mikrokontroler AT89S Tabel 2.2 Fungsi Port 3 Mikrokontroler AT89S

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 IC mikrokontroler AT89S Gambar 2.2. Photodioda dan simbolnya Gambar 2.3. Symbol dan rangkaian dasar sebuah LED Gambar 2.4. Rangkaian Buzzer Gambar Editor, Assembler, Simulator IDE Gambar 2.6 ISP-Flash Programmer 3.a Gambar 3.1. Diagram Blok Rangkaian Gambar 3.2. Rangkaian Pemancar inframerah Gambar 3.3 Rangkaian Penerima sinar inframerah Gambar 3.4 Rangkaian mikrokontroller AT89S Gambar 3.5 Rangkaian Power Supply (PSA) Gambar 3.6 Rangkaian jembatan H Gambar.3.7 FlowChart Program Gambar 4.1 Rangkaian minimum mikrokontroler AT89S Gambar 4.2 Rangkaian sensor inframerah Gambar 4.3 Rangkaian Jembatan H Gambar 4.4 Rangkaian PSA... 61

12 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Perkembangan teknologi instrumentasi elektronika sekarang mengalami perkembangan yang sangat pesat, memasyarakat dan bukan sesuatu hal yang asing lagi. Manusia membutuhkan bantuan dari sesuatu yang dapat bekerja cepat, teliti, dan tidak mengenal lelah. Sistem otomatisasi dapat menggantikan manusia untuk mengerjakan sesuatu dalam lingkungan berbahaya bagi kesehatan dan keselamatan atau daerah yang harus diamati dengan pengamatan lebih dari kemampuan panca indera manusia. Kemajuan teknologi dalam bidang elektronika akan mampu mengatasi masalah-masalah yang rumit sekalipun, dengan ketelitian dan kecepatan serta ketepatan yang sangat tinggi. Dalam kehidupan masyarakat dikenal transportasi laut, darat dan udara. Dalam hal ini kita akan membahas transportasi darat yaitu Kereta Api sebagai alat transportasi. Tidak jarang kita mendengar terjadi kecelakaan kereta api yang menyebabkan luka parah dan bahkan korban jiwa. Berangkat dari masalah ini penulis membuat tugas akhir yang berjudul Perancangan Palang Kereta Api Otomatis Berbasis Mikrokontroler AT89S51 Menggunakan Sensor Inframerah Sebagai Sensor Halangan.

13 Mikrokontroler AT89S51 adalah chip mikrokontroler produksi Atmel Inc, merupakan keluarga dari MCS-51 rancangan Intel. AT89S51 mempunyai fitur dasar yang cukup lengkap untuk suatu pemrosesan input-output. Bahasa pemrograman yang digunakan AT89S51 hampir tidak jauh berbeda dengan instruksi set pada mikroprosesor intel yang sudah dipelajari pada perkuliahan. Mikrokontroler adalah system computer yang ringkas, dapat menggantikan fungsi computer dalam pengendalian kerja dan desain yang jauh lebih ringkas daripada computer. Dengan ukurannya yang sangat kecil mikrokontroler dapat digunakan pada peralatan yang bersifat bergerak (mobile) dalam hal ini adalah pada sebuah palang kereta api otomatis. Mikrokontroler ini digunakan sebagai otak dari suatu embedded system, sebuah system computer terpadu. Mikrokontroler AT89S51 memiliki perbandingan ROM dan RAM nya yang besar, artinya program control disimpan dalam ROM (bisa masked ROM atau Flash PEROM) yang ukurannya relative lebih besar, sedangkan RAM digunakan sebagai tempat penyimpan sementara, hal ini merupakan kelebihan mikrokontroler. Palang kereta api otomatis ini memanfaatkan cahaya inframerah sebagai pendeteksi adanya kereta api yang lewat dan siyal tersebut akan dikuatkan oleh sebuah penguat sinyal yang disebut dengan penerima sinar inframerah. Pemancar inframerah akan memancarkan inframerah terus menerus, dan jika ada kereta api yang melintas di depannya maka pancaran sinar inframerah ke photodioda akan terputus. Pancaran dari sinar inframerah yang diterima oleh potodioda akan diolah oleh rangkaian penguat sinyal sehingga menghasilkan sinyal high (1) atau dan jika pancaran inframerah terputus maka penguat sinyal akan menghasilkan sinyal low

14 (0) dan kemudian sinyal ini akan dikirimkan ke mikrokontroler. Sinyal-sinyal yang dikirimkan oleh penguat sinyal inilah yang digunakan untuk mendeteksi keberadaan kereta api yang lewat Tujuan Penulisan Tujuan dilakukan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Salah satu syarat yang harus dipenuhi oleh mahasiswa dalam menyelesaikan pendidikan pada program studi D3 Fisika Instrumentasi FMIPA USU. 2. Menerapkan displin ilmu yang berkaitan yang telah diperoleh selama perkuliahan. 3. Studi awal tentang penggunaan sensor inframerah yang berfungsi sebagai sensor halangan dalam sebuah system otomatisasi. 4. Studi awal tentang system kecerdasan. 5. Studi awal dalam pembuatan palang kereta api otomatis dengan Mikrokonteroler AT89S51 sebagai otak dari seluruh system. 1.3 Batasan Masalah Penulisan tugas akhir ini dibatasi pada: 1. Palang kereta api otomatis ini dilengkapi dengan sensor-sensor inframerah dan dan jembatan H sebagai penggerak motor DC.

15 2. Pemancar yang digunakan adalah inframerah dan penerimanya adalah photodiode. 3. Palang kereta api otomatis ini dilengkapi dengan mikrokontroler AT89S51 yang berfungsi sebagai otok atau pengendali dari seluruh system. 1.4 Metode Pengumpulan Data Metode pengumpulan data yang dilakukan oleh perancang adalah : 1. Melakukan studi ke perpustakaan mengenai teori-teori yang berkaitan dengan judul tugas akhir ini. 2. Mengumpulkan dan membaca data sheet mengenai komponen yang digunakan. 3. Melakukan perancangan dan perakitan proyek. 4. Melakukan konsultasi dengan dosen pembimbing serta dosendosen staff pengajar yang berkaiatan dengan realisasi di bidang masing-masing. 5. Melakukan pengujian alat dan kinerja rangkaian. 1.5 Sistematika Penulisan Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman maka penulis membuat sistematika penulisan bagaimana sebenarnya prinsip kerja alat yang dibuat oleh penulis tersebut yaitu Palang Kereta Api Otomatis.

16 BAB 1 PENDAHULUAN Bagian ini meliputi latar belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metode pengumpulan data, dan sistematika penulisan. BAB 2 LANDASAN TEORI Pada bagian ini akan dijelaskan landasan teori meliputi arsitektur dan konstruksi mikrokontroler AT89S51 (hardware dan software), penerima dan pemancar inframerah, selain itu juga membahas komponen pendukung lainnya yang berhubungan dengan Palang Kereta Api Otomatis. BAB 3 PERANCANGAN SISTEM Pada bagian ini akan dijelaskan tentang perancangan alat yang meliputi diagram blok, skematik dari masing-masing rangkaian, diagram alir, serta program yang diisikan ke mikrokontroler AT89S51. BAB 4 PENGUJIAN RANGKAIAN DAN ANALISA Bagian ini meliputi uraian tentang cara menguji dan pembahasan cara kerja Palang Kereta Api Otomatis.

17 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN Bagian ini merupakan penutup yang meliputi tentang kesimpulan dari pembahasan dari laporan proyek ini serta saran yang diberikan demi kesempurnaan dan pengembangan proyek ini pada masa yang akan datang ke arah yang lebih baik.

18 BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1 Perangkat Keras Pada subbab ini akan dibahas perangkat perangkat keras yang digunakan pada palang kereta otomatis ini. Perangkat perangkat keras tersebut antara lain adalah sensor inframerah, fotodioda, motor DC, Buzzer yang berfungsi sebagai alarm, sebuah running text yang berfungsi sebagai tampilan, dan rangkaian mikrokontroler AT89S Asitektur Mikrokontroler AT89S51 Mikrokontroler sebagai teknologi baru yaitu teknologi semikonduktor kehadirannya sangat membantu dunia elektronika. Dengan arsitektur yang praktis tetapi memuat banyak kandungan transistor yang terintegrasi, sehingga mendukung dibuatnya rangkaian elektronika. Mikrokontroler adalah mikrokomputer chip tunggal yang dirancang secara spesifik untuk aplikasiaplikasi control dan bukan untuk aplikasi-aplikasi serbaguna. Perangkat ini sering digunakan untuk kebutuhan control tertentu seperti pada sebuah penggerak motor.

19 Penggunaan mikrokontroler sangat luas, tidak hanya untuk akuisisi data melainkan juga untuk pengendalian di pabrik-pabrik, kebutuhan peralatan kantor; peralatan rumah tangga, automobil dan sebagainya. Hal ini disebabkan mikrokontroler merupakan system mikroprosesor (yang di dalamnya terdapat CPU (Central Prossesing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Acces Memory), dan I/O) yang telah terpadu dalam satu keping, selain itu komponennya (AT89S51) murah dan mudah didapatkan di pasaran. Mikrokontroler merupakan sebuah system computer yang seluruh atau sebagian besar elemennya di kemas dalam satu Chip IC. Mikrokontroler dapat dikelompokkan dalam satu keluarga, masing-masing mikrokontroler memiliki spesifikasi tersendiri namun cocok dalam pemogramannya. Contoh-contoh keluarga mikrokontroler adalah keluarga MCS-51, keluarga MC68HC05, keluargamc68h11, keluarga AVR, keluarga PIC 8, mikrokontroler AT89S51 terdapat dalam keluarga MCS-51, dibandingkan mikrokontroler yang lain seperti AT89C51, AT89C52, dan AT89S52, bahasa-bahasa pemogramannya berbedabeda, dan memori atau kapasitasnya juga lebih kecil, sedangkan mikrokontroler AT89S51 menggunakan bahasa assembly yang mudah dalam pemogramannya, kapasitasnya juga lebih besar dan menjadi dasar pemilihan mikrokontroler ini karena harganya relative terjangkau. Aplikasi mikrokontoler lainnya adalah dalam bidang pengukuran jarak jauh. Misalnya pengukuran di suatu tempat yang membahayakan manusia, maka akan lebih nyaman jika digunakan suatu system pengukuran yang bisa

20 mengirimkan data lewat pemancar lalu diterima oleh stasiun pengamatan dari jarak yang cukup aman dari sumbernya. System pengukuran jarak jauh ini jelas membutuhkan suatu system akuisisi data sekaligus system pengiriman data secara serial (melalui pemancar), yang semuanya itu bisa diperoleh dari mikrokontroler yang digunakan. Tidak seperti system computer, yang mampu menangani berbagai macam program aplikasi (misalnya pengolah data, pengolah angka dan lain sebagainya), mikrokontroler hanya bisa digunakan untuk suatu aplikasi tertentu saja. Perbedaan lainnya terletak pada perbandingan RAM-nya dan ROM. Pada system computer perbandingan RAM dan ROM-nya besar, artinya program-program pengguna di simpan dalam ruang RAM yang cukup besar sedangkan rutin-rutin antarmuka perangkat keras di simpan dalam ruang ROM yang kecil. Sedangkan pada mikrokontroler, perbandingan RAM dan ROM-nya yang besar artinya program control di simpan dalam ROM (bisa masked ROM atau Flash PEROM) yang ukurannya relative lebih besar, sedangkan RAM digunakan sebagai tempat penyimpanan sementara, termasuk register-register yang digunakan pada mikrokontroler yang bersangkutan Konstruksi AT89S51 AT89S51 adalah mikrokontroler keluaran Atmel Coorporation dengan 4K byte Flash programmable and erasable read only memori. Mikrokontroler ini turunan dari keluarga MCS-51, memori dengan teknologi nonvolatile memori. Memori ini

21 digunakan untuk menyimpan instruksi berstandar kode MCS-51 sehingga memungkinkan mikrokontroler ini bekerja dalam mode operasi keping tunggal yang tidak memerlukan external memory. Berikut spesifikasidari AT89S51: 1. kompatibel dengan mikrokontroler MCS K Byte in-system programmable (ISP) flash memori dengan kemampuan 1000 kali baca/tulis x 8 bit RAM internal jalur I/O yang dapat deprogram 5. dua buah 16 bit counter/timer 6. enam sumber interupsi 7. saluran Full duplex serial UART 8. mode pemograman ISP yang fleksibel (byte dan page mode) Penggunaan IC AT89S51 memiliki beberapa keuntungan dan keunggulan, antara lain tingkat kendala yang tinggi, komponen hardware eksternal yang lebih sedikit, kemudahan dalam pemograman, dan hemat dari segi biaya. IC AT89S51 memiliki program internal yang mudah untuk dihapus dan diprogram kembali secara berulang-ulang. Pada pesawat ini IC AT89S51 berfungsi sebagai sentral control dari segala aktivitas pesawat. Mikrokontroler AT89S51 hanya memerlukan 3 tambahan kapasitor, 1 resistor, 1 kristal serta catu daya 5 Volt. Kapasitor 10 mikro-farad dan resistor 10 Kilo-Ohm dipakai untuk membentuk rangkaian reset. Dengan adanya rangkaian

22 reset ini AT89S51 otomatis di reset begitu rangkaian menerima catu daya. Kristal dengan frekuensi maksimum 12 MHz dan kapasitor 30 piko-farad dipakai untuk melengkapi rangkaian oscillator pembentuk clok yang menetukan kecepatan kerja mikrokontroler. Memori merupakan bagian yang sangat penting pada mikrokontroler. Mikrokontroler memiliki 2 macam memori yang sifatnya berbeda yaitu: a. Read Only Memori (ROM) yang isinya tidak berubah meskipun IC kehilangan catu daya. Sesuai dengan keperluannya, dalam susunan MCS-51 memori penyimpanan program ini dinamakam sebagai memori program. b. Random Access Memori (RAM) isinya akan sirna begitu IC kehilangan catu daya. Dipakai untuk menyimpan data pada saat program bekerja. RAM yang dipakai untuk menyimpan data ini di sebut sebagai memori data. Ada berbagai jenis ROM. Untuk mikrokontroler dengan program yang sudah baku dan diproduksi secara masal, program diisikan ke dalam ROM pada saat IC mikrokontroler dicetak di pabrik IC. Untuk keperluan tertentu mikrokontroler menggunakan ROM yang dapat diisi ulang atau Programble- Eraseable ROM yang disingkat menjadi PEROM. Dulu banyak dipakai UV- EPROM (Ultra Violet Eraseable Programble ROM) yang kemudian dinilai mahal dan ditinggalkan setelah ada flash PEROM yang harganya jauh lebih murah.

23 Jenis memori yang dipakai untuk memori program AT89S51 adalah Flash PEROM, program untuk mengendalikan mikrokontroler diisikan ke memori itu lewat bantuan alat yang dinamakan sebagai AT89S51 Flash PEROM Programmer. Sarana Input/Output yang disediakan cukup banyak dan bervariasi. AT89S51 mempunyai 32 jalur Input/Output. Jalur Input/Output parallel dikenal sebagai Port 1 (P1.0 P1.7) dan Port 3 (P3.0 P3.5 dan P3.7). Gambar 2.1 IC mikrokontroler AT89S51

24 Deskripsi pin-pin pada mikrokontroler AT89S51 : Pin 1 sampai 8 Pin 1 sampai 8 merupakan port 1 yang menjadi saluran (bus) dua arah input/output 8 bit. Dengan internal pull-up yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan dan dapat mengendalikan empat iuput TTL. Port ini juga digunakan sebagai saluran alamat pada saat pemograman dan verifikasi. Pin Port Fungsi Aternatif P1.0 T2 (input cacah eksternal ke timer/counter 2 clock out) P1.1 T2EX (Timer/counter 2 capture/reload dan control arah) P1.5 MOSI (digunakan untuk In-system programming) P1.6 MISO (digunakan juga untuk In-sistem programming) P1.7 SCK (digunakan untuk In-sistem programming) Tabel 2.1 Fungsi Port 1 Mikrokontroler AT89S51 Pin 9 (RST) Merupakan masukan reset (aktif tinggi). Pulsa transisi dari rendah ke tinggi akan mereset mikrokontroler ini. Pin 10 sampai pin 17 (Port 3) Port 3 merupakan 8 bit port Input/Output dua arah dengan internal pull-up. Port 3 ini juga mempunyai funsi pin masing-masing yaitu sebagai berikut:

25 Nama Pin Fungsi P3.0 (pin 10) RXD (Port input serial) P3.1 (pin 11) TXD (Port output serial) P3.2 (pin 12) INT0 (interrup 0 eksternal) P3.3 (pin 13) INT1 (interrupt 1 eksternal) P3.4 (pin 14) T0 (input eksternal timer 0) P3.5 (pin 15) T1 (input eksternal timer 1) P3.6 (pin 16) WR (untuk menulis eksternal data memori) P3.7 (pin 17) RD (untuk membaca eksternal data memori) Tabel 2.2 Fungsi Port 3 Mikrokontroler AT89S51 Pin 18 dan pin 19 Jalur ini merupakan masukan ke penguat isolator berpenguatan tinggi. Mikrokontroler ini memiliki seluruh rangkaian osilator yang diperlukan pada chip, kecuali rangkaian kristal yang mengendalikan frekuensi osilator. Oleh karena itu pin 18 dan 19 sangat diperlukan untuk dihubungkan dengan kristal. Selain itu EXTAL 1 juga dapat digunakan sebagai input untuk inverting isolator amplifier dan input ke rangkaian internal clok sedangkan EXTAL 2 merupakan output dari inverting osilator amplifier. Pin 20 (GND) Merupakan ground sumber tegangan yang diberi symbol gnd.

26 Pin 21 sampai pin 28 (port 2) Port 2 ini berfungsi sebagai Input/Output biasa atau high order address, pada saat mengakses memori 16 bit. Pada saat mengakses memori 8 bit, port ini akan mengisi dari P2 special function register. Port ini mempunyai internal pull-up dan berfungsi sebagai input dengan memberikan logika 1. sebagai output, port ini dapat memberikan output sink ke empat buah input TTL. Pin 29 (PSEN) Program Store Enable (PSEN) merupakan sinyal pengontrol untuk mengakses program memori eksternal yang masuk ke dalam saluran (bus) selama proses pemberian atau pengambilan instruksi (fetching). Pin 30 (ALE/PROG) Address Latch Enable (ALE/PROG) merupakan penahan alamat memori eksternal (pada port 1) selama mengakses ke memori eksternal. Pin ini juga berfungsi sebagai pulsa (sinyal) input program (PROG) selama proses pemograman. Pin 31 EA Pada kondisi low pin ini akan berfungsi sebagai EA yaitu mikrokontroler akan menjalankan program yang ada pada memori eksternal setelah system direset. Jika kondisi high pin ini akan berfungsi untuk menjalankan program yang ada pada memori internal. Pada saat flash programming pin ini akan mendapat tegangan 12 Volt. Pin 32 sampai pin 39 (port 0)

27 Port 0 dapat berfungsi sebagai I/O biasa, low order multiplex address/data atau pun penerima kode byte pada saat flash programming. Pada fungsi I/O biasa port ini dapat memberikan output sink ke delapan buah TTL input atau dapat diubah sebagai input dengan memberikan logika 1 pada port tersebut. Pada fungsi sebagai low order multiplex address/data, port ini akan mempunyai internal pull-up. Pada saat flash programming diperlukan ekternal pull-up, terutama pada saat verifikasi program. Pin 40 (VCC) Merupakan sumber tegangan positif yang diberikan symbol vcc Photodioda Fotodioda adalah suatu jenis dioda yang resistansinya berubah-ubah jika cahaya yang jatuh pada dioda berubah-ubah intensitasnya. Dalam gelap nilai tahanannya sangat besar hingga praktis tidak ada arus yang mengalir. Semakin kuat cahaya yang jatuh pada dioda maka semakin kecil nilai tahanannya. Foto dioda ini digunakan terutama sebagai saklar elektronik yang bereaksi akibat perubahan intensitas cahaya. Photodioda adalah dioda sambungan p-n yang secara khusus dirancang untuk mendeteksi cahaya dan biasanya terdapat lapisan instrinsik antara lapisan p dan n. Piranti yang memiliki lapisan instrinsik disebut pin atau PIN photodiode. Energi cahayanya lewat melalui lensa yang mengekspos sambungan.

28 Photodioda dirancang beroperasi pada mode bias-mundur. Arus bocor bias mundur meningkat dengan peningkatan level cahaya. Harga arus umumnya adalah dalan rentang micro-ampere. Photodiode mempunyai waktu respon yang cepat terhadap berbagai cahaya. Cahaya diserap pada daerah penyambungan atau daerah instrinsik menimbulkan pasangan electron-hole, kebanyakan pasangan tersebut menghasilkan arus yang berasal dari cahaya. Mode operasi: Photodiode dapat dioperasikan dalam 2 animal mode yang berbeda: 1. Mode photovoltaic: seperti solar sell, penyerapan pada photodiode menghasilkan tegangan yang dapat diukur. Bagaimanapun, tegangan yang dihasilkan dari tenaga cahaya ini sedikit tidak linier, dan range perubahannya sangat kecil. 2. Mode photokonduktivitas: disini photodiode di aplikasikan sebagai tegangan revers (tegangan balik) dari sebuah dioda (yaitu tegangan pada arah tersebut pada dioda tidak akan menghantarkan tanpa terkena cahaya) dan pengukuran menghasilkan arus photo (hal ini juga bagus untuk mengaplikasikan tegangan mendekati nol) Gambar 2.2. Photodioda dan simbolnya

29 Karakteristik bahan photodiode: 1. Silicon (Si) : arus lemah sangat gelap, kecepatan tinggi,sensitivitas bagus antara 400 nm sampai 1000 nm (terbaik antara 800 nm sampai 900 nm). 2. Germanium (Ge) : arus tinggi sangat gelap, kecepatan lambat, sensitivitas baik antara 600 nm sampai 1800 nm (terbaik 1400 nm sampai1500 nm). 3. Indium Gallium Arsennida (InGaAs) : mahal, arus kecil saat gelap, kecepatan tinggi sensitivitas baik pada jarak 800 nm sampai 1700 nm (terbaik antara 1300 nm sampai 1600 nm) Dioda Pemancar Cahaya Inframerah (LED Inframerah) Prinsip utama dari rangkaian sensor ini seperti layaknya sebuah saklar yang memberikan perubahan tegangan apabila terdapat penghalang diantara transceiver dan receiver. Sensor ini memiliki dua buah piranti yaitu rangkaian pembangkit/pengirim (Led Inframerah) dan rangkaian penerima (Fotodiode). Rangkaian pembangkit/pengirim memancarkan sinar inframerah kemudian pancarannya diterima oleh penerima (fotodioda) sehingga bersifat menghantar akibatnya tegangan akan jatuh sama dengan tegangan ground (0). Dan sebaliknya apabila tidak mendapat pancaran sinar inframerah maka akan menghasilkan tegangan. Led inframerah adalah suatu jenis dioda yang apabila diberi tegangan maju maka arus majunya akan membangkitkan cahaya pada pertemuan PN-nya. Disini cahaya yang dibangkitkan adalah infra merah yang tidak dapat dilihat dengan mata. Dioda-dioda yang digunakan terbuat dari bahan Galium (Ga), Arsen (As), dan Fosfor (P) atau disingkat GaAsP. Tegangan maju antara anoda-katoda

30 berkisar antara 1,5V-2V, sedangkan arus majunya berkisar 5mA-20mA. Led inframerah sesuai dengan rancangannya memancarkan cahaya pada spectrum inframerah dengan panjang gelombang λ = 940 nm. Spectrum cahaya inframerah ini mempunyai level panas yang paling tinggi diantara sinar-sinar yang lain walaupun tidak tampak oleh mata dan mempunyai efek fotolistrik yang terkuat. LED adalah dioda yang menghasilkan cahaya saat diberi energi listrik. Dalam bias maju sambungan p-n terdapat rekombinasi antara electron bebas dan lubang (hole). Energi ini tidak seluruhnya diubah ke dalam bentuk energi cahaya atau photon melainkan dalam bentuk panas sebagian. Untuk dioda yang memancarkan cahaya inframerah (infrared emiting dioda = IRED). Sinar inframerah tidak dapat dilihat manusia, dengan menambahkan obat gallium arsenide dengan berbagai bahan dapat dibuat LED dengan output yang dapat dilihat seperti sinar merah, hijau, kuning, atau biru. Dioda yang memancarkan cahaya (LED) digunakan untuk display alphabet dan digital serta sebagai lampu tanda. Sebagian besar LED membutuhkan 1,5 V sampai 2,2 V untuk memberi bias maju dan membutuhkan arus sekitar 20 ma sampai 30 ma untuk memancarkan cahaya. Dengan level-level tegangan yang lebih tinggi, LED dapat terbakar apabila tegangan maju yang diberikan melebihi 2 V. untuk mengatasi hal ini LED biasanya dihubungkan secara seri dengan tahanan yang membatasi tegangan dan arus pada nilai yang dikehendaki. Proses pemancaran cahaya akibat adanya energi listrik yang diberikan terhadap suatu bahan disebut dengan sifat elektroluminesensi. Material lain misalnya galiumarsenida pospat (GaP): photon energi cahaya dipancarkan untuk menghasilkan cahaya tampak. Jenis lain dari

31 LED digunakan untuk menghasilkan energi tidak tampak seperti yang dipancarkan oleh pemancar laser atau inframerah. VCC 5V 330 Gambar 2.3 Simbol dan rangkaian dasar sebuah LED Pemancar inframerah adalah dioda solid state yang terbuat dari bahan Galium Arsenida (GaAs) yang mampu memancarkan fluks cahaya ketika dioda ini dibias maju. Bila diberi bias maju electron dari daerah-n akan menutup lubang electron yang ada di daerah-p. selama proses rekombinasi ini, energi dipancarkan dari permukaan p dan n dalam bentuk photon. Photon-photon yang dihsilkan ini ada yang diserap lagi dan ada yang meninggalkan permukaan dalam bentuk radiasi energi Motor DC Motor DC akan berputar searah/berlawanan arah dengan jarum jam jika salah satu kutubnya diberi tegangan positif dan kutub yang lainnya diberi tegangan negative atau ground. Dan motor DC akan berputar kea rah sebaliknya jika polaritasnya dibalik. Dengan sifat yang demikian maka dibutuhkan suatu rangkaian yang dapat membalikkan polaritas yang diberikan ke motor DC tersebut, sehingga perputaran motor DC dapat dikendalikan oleh rangkaian tersebut. Motor DC jarang digunakan pada aplikasi industri umum karena semua system utilyti listrik

32 dilengkapi dengan perkakas arus bolak-balik, meskipun demikian, pada aplikasi khusus adalah menguntungkan jika mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah digunakan dimana control torsi dan kecepatan dengan rentang yang lebar diperlukan untuk memenuhi kebutuhan aplikasi. Motor DC umum yang menggunakan sikat (brush), yang menggunakan lilitan pada rotor dan menggunakan magnet tetap pada sisi stator, pada dasarnya dapat dianggap sebagai suatu beban yang dapat dihubungkan langsung ke rangkaian switching arus DC. Oleh karena itu, pemilihan ruang tepat cukup diperoleh dengan memperhatikan besar kebutuhan arus untuk memutar motor DC dapat diidentikkan dengan lilitan pada kumparan relay sehingga rangkaian drivernya relative sama. Tujuan motor DC adalah untuk menghsilkan gaya yang menggerakkan (torsi). Pada beberapa kasus sering diperlukan arah putaran motor DC yang berubah-ubah. Prinsip dasar untuk mengubah arah perputarannya adalah dengan membalik polaritas pada catu daya tegangannya Rangkaian Buzzer Rangkaian buzzer ini berfungsi untuk memberitahukan kepada pemilik, ketika terjadi kesalahan memasukkan password. Rangkaiannya seperti gambar di bawah ini:

33 5 Volt Buzzer C k P0.0 AT89S51 Gambar 2.4 Rangkaian Buzzer Pada alat ini, alarm yang digunakan adalah buzzer 5 volt. Buzzer ini akan berbunyi jika positifnya dihubungkan ke sumber tegangan positif dan negatifnya dihubungkan ke ground. Pada rangkaian di atas transistor berfungsi sebagai saklar elektronik yang dapat menghidupkan dan mematikan buzzer. Dari gambar dapat dilihat bahwa negatif buzzer dihubungkan ke kolektor dari transistor NPN (2SC945), ini berarti jika transistor dalam keadaan aktif maka kolektor akan terhubung ke emitor dimana emitor langsung terhubung ke ground yang menyebabkan tegangan di kolektor menjadi 0 volt, keadaan ini akan mengakibatkan buzzer berbunyi. Sebaliknya jika transistor tidak aktif, maka kolektor tidak terhubung ke emitor, sehingga tegangan pada kolektor menjadi 5 volt, keadaan ini menyebabkan buzzer mati. Transistor yang digunakan dalam rangkaian di atas adalah transistor jenis NPN, transistor jenis ini akan aktif apabila tegangan pada basis lebih besar dari 0,7 volt. Resistor 4,7 Kohm pada basis berguna untuk membatasi arus yang masuk pada basis agar transistor tidak rusak.

34 2.1.7 Running Text Running text merupakan rangkaian yang dikendalikan oleh mikrokontroler AT89S51 dan terdiri dari beberapa buah LED dan IC Rangkaian ini akan memberikan informasi berupa teks berjalan kepada pengemudi. Running teks disini dibuat seminimum mungkin karena mengingat proyek yang dibuat oleh penulis hanya sebatas simulasi. 2.2 Perangkat Lunak Bahasa Assembly MCS-51 Bahasa yang digunakan untuk memprogram IC mikrokontroler AT89S51 adalah bahasa assembly untuk MCS-51. Angka 51 merupakan jumlah instruksi pada bahasa ini hanya ada 51 instruksi. Dari 51 instruksi, yang sering digunakan orang hanya 10 instruksi. Instruksi-instruksi tersebut antara lain : 1. Instruksi MOV Perintah ini merupakan perintah untuk mengisikan nilai ke alamat atau register tertentu pengisian nilai dapat secara langsung atau tidak langsung. Contih pengisian nilai secara langsung : MOV R0,20h Perintah di atas berarti: isikan nilai 20 Heksadesimal ke register 0 (R0). Tanda # sebelum bilangan menunjukkan bahwa bilangan tersebut adalah nilai.contoh pengisian nilai secara tidak langsung

35 MOV 20h,#80h MOV R0,20h Perintah di atas berarti : isikan nilai yang terdapat pada alamat 20 Heksadesimal ke register 0 (R0). Tanpa tanda # sebelum bilangan menunjukkan bahwa bilangan tersebut adalah alamat. 2. Instruksi DJNZ Decreament Jump If Not Zero (DJNZ) ini merupakan perintah untuk mengurangi nilai register tertentu dengan 1 dan lompat jika hasil pengurangannya belum nol. Contoh: MOV R0,#80h Loop: DJNZ R0,Loop... R0-1, jika belum 0 lompat ke loop, jika R0 = 0 maka program akan meneruskan ke perintah pada baris berikutnya. 3. Instruksi ACALL Instruksi ini berfungsi untuk memanggil suatu rutin tertentu. Contoh :...

36 ACALL TUNDA... TUNDA: Instruksi RET Instruksi RETURN (RET) ini merupakan perintah untuk kembali ke rutin pemanggil setelah instruksi ACALL dilaksanakan. Contoh: ACALL TUNDA... TUNDA:... RET 5. Instruksi JMP (JUMP) Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu. Contoh: Loop: JMP Loop

37 6. Instruksi JB (Jump if bit) Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu jika pin yang dimaksud berlogika high (1). Contoh: Loop: JB P1.0,Loop Instruksi JNB (Jump if not bit) Instruksi ini merupakan perintah untuk lompat ke alamat tertentu, jika pin yang dimaksud berlogika low (0). Contoh: Loop: JNB P1.0,Loop Instruksi CJNZ (Compare Jump if Not Equal) Instruksi ini berfungsi untuk membandingkan nilai dalam suatu register dengan suatu nilai tertentu. Contoh: Loop:... CJNE R0,#20h,Loop...

38 Jika nilai R0 tidak sama dengan 20h, maka program akan lompat ke rutin Loop. Jika nilai R0 sama dengan 20h, maka program akan melanjutkan instruksi selanjutnya.. 9. Instruksi DEC (Decreament) Instruksi ini merupakan perintah untuk mengurangi nilai register yang dimaksud dengan 1. Contoh: MOV R0,#20h R0 = 20h... DEC R0 R0 = R Instruksi INC (Increament) Instrusi ini merupakan perintah untuk menambahkan nilai register yang dimaksud dengan 1. Contoh: MOV R0,#20h R0 = 20h... INC R0 R0 = R

39 2.2.2 Softe 8051 Editor, Assembler, Simulator (IDE) Instruksi-instruksi yang merupakan bahasa Assembly tersebut dituliskan pada sebuah editor, yaitu 8051 editor, assembler, simulator (IDE). Tampilannya adalah sebagai berikut: Gambar Editor, Assembler, Simulator IDE Setelah program selesai ditulis, kemudian di-save dan kemudian diassemble (di-compile). Pada saat di-assemble akan tampil pesan peringatan dan kesalahan. Jika masih ada kesalahan atau peringatan, itu berarti ada kesalahan dalam penulisan perintah atau ada nama subrutin yang sama, sehingga harus diperbaiki terlebih dahulu sampai tidak ada pesan kesalahan lagi. Software

40 8051IDE ini berfungsi untuk merubah program yang kita tuliskan ke dalam bilangan heksadesimal, proses perubahan ini terjadi pada saat peng-compile-an. Bilangan heksadesimal inlah yang akan dikirimkam ke mikrokontroler Software Downloder Untuk mengirimkan bilangan-bilangan heksadesimal ini ke mikrokontroler digunakan software ISP-Flash Programmer 3.0a yang dapat didownload dari internet. Tampilannya seperti gambar berikut ini. Gambar 2.6 ISP-Flash Programmer 3.a

41 Cara menggunakannya adalah dengan meng-klik open file untuk mengambil file heksadesimal dari hasil kompilasi 8051IDE, kemudian klik write untuk mengisikan hasil kompilasi tersebut ke mikrokontroler.

42 BAB 3 PERANCANGAN SISTEM 3.1 Perancangan Alat Diagram Blok Secara garis besar, diagram blok dari rangkaian palang otomatis ini ditunjukkan pada gambar 3.1. berikut ini: Sensor kanan luar Sensor kanan dalam Sensor kiri luar Sensor kiri dalam Penguat sinyal Penguat sinyal Penguat sinyal Penguat sinyal P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 MIKROKONTROLER AT89S51 P0.0 & P0.1 P0.2 & P0.3 P3.1 Jembatan H 1 Jembatan H 2 Buzzer MOTOR 1 MOTOR 2 Gambar 3.1. Diagram Blok Rangkaian Keterangan dari diagram blok: Palang kereta api otomatis ini dirancang hanya sebatas simulasi. Pada palang ini terdapat 14 blok rangkaian utama yang mempunyai fungsi masing-

43 masing. Terdapat 4 buah sensor yaitu: sensor kanan luar berfungsi untuk mendeteksi kereta api yang datang dari sebelah kanan, sensor kanan dalam berfungsi untuk memberitahukan kepada mikrokontroler bahwa seluruh badan kereta api yang dating dari sebelah kanan sudah seluruhnya melewati palang, sensor kiri luar berfungsi untuk mendeteksi kereta api yang datang dari sebelah kiri, dan sensor kiri dalam berfungsi untuk memberitahukan kepada mikrokontroler bahwa seluruh badan kereta api yang dating dari sebelah kiri sudah seluruhnya melewati palang. Pada palang kereta api otomatis ini sensor yang digunakan adalah sensor inframerah. Sensor ini terletak tidak jauh dari palang dan menghadap rel sehingga dapat mendeteksi adanya kereta api yang lewat. Sensor ini terhubung pada P1.4, P1.5, P1.6, dan P1.7 dari mikrokontroler AT89S51 sehingga dapat bekerja sesuai dengan yang telah terprogram. Output dari sensor akan dikuatkan kembali oleh penguat sinyal sebelum masuk ke mikrokontroller. Hasil penguatan sensor yang telah diolah oleh penguat sinyal inilah yang akan di kirimkan oleh mikrokontroller. Mikrokontroller AT89S51 yang merupakan otak dari keseluruhan system berfungsi untuk mengolah semua data yang masuk. Untuk mengendalikan pergerakan motor, digunakan sebuah rangkaian driver penggerak motor DC yaitu jembatan H. Jembatan H ini akan memutar motor DC searah/berlawanan jarum jam bila diberi pulsa 1 atau 0. Dengan demikian pergerakan motor dapat dikendalikan melalui program. Pin-pin jembatan H ini dihubungkan ke P0.0, P0.1, P0.2, dan P0.3 dari mikrokontroler AT89S51. Alarm berfungsi untuk

44 memberitahukan bahwa kereta api sedang lewat dan dihubungkan ke pin P3.1 pada mikrokontroler AT89S51 sehingga akan bekerja sesuai dengan yang telah terprogram Perancangan Sensor Inframerah Perancangan Pemancar Inframerah Untuk dapat mendeteksi adanya kereta api yang akan lewat, maka palang otomatis ini dilengkapi dengan 4 buah sensor inframerah. Semua sensor ini mempunyai rangkaian yang sama, hanya penempatannya saja yang berbeda. Masing-masing sensor menggunakan 3 buah pemancar inframerah dan sebuah potodioda. Sensor ini memanfaatkan pantulan dari pemancar inframerah yang diterima oleh potodioda. Digunakan 3 buah pemancar inframerah pada masing-masing sensor bertujuan agar sinyal pantulan semakin kuat, sehingga kereta api dapat terdeteksi dengan baik. Setiap pantulan yang diterima oleh potodioda akan diolah dan dijadikan data digital, sehingga bila potodioda mendapatkan pantulan dari pemancar inframerah, maka akan mengirimkan sinyal low (0) ke mikrokontrolert AT89S51. Dengan demikian mikrokontroler dapat mendeteksi sensor yang mengirimkan sinyal low dan mengambil tindakan untuk mengatur putaran motor ke kanan atau ke kiri. Rangkaian pemancar inframerah tampak seperti gambar di bawah ini:

45 VCC 5V Infra Merah Infra Merah Gambar 3.2 Rangkaian Pemancar inframerah Pada rangkaian di atas digunakan 3 buah LED inframerah yang diparalelkan, dengan demikian maka intensitas yang dipancarkan oleh inframerah semakin kuat, karena merupakan gabungan dari buah LED inframerah. Resistor yang digunakan adalah 100 ohm sehingga arus yang mengalir pada masingmasing LED inframerah adalah sebesar: V 5 i 0, 05 A atau 50 ma R 100 Dengan besarnya arus yang mengalir ke LED inframerah, maka intensitas pancaran inframerah akan semakin kuat, yang menyebabkan jarak pantulannya akan semakin jauh.

46 Perancangan Penerima Inframerah Pantulan dari sinar inframerah akan diterima oleh potodioda, kemudian akan diolah oleh rangkaian penerima agar menghasilkan data biner, dimana jika potodioda menerima pantulan sinar inframerah maka output dari rangkaian penerima ini akan mengeluarkan logika low (0), namun jika potodioda tidak menerima pantulan sinar inframerah, maka output dari rangkaian penerima akan mengeluarkan logika high (1). Rangkaian penerima inframerah seperti gambar di bawah ini: AT89S51 VCC 5V Q4 1.0k Q2 10k 1.0k 2SA k 2SA733 Poto dioda k 4.7k 2SC945 10k C k 330k LED1 Gambar 3.3 Rangkaian Penerima sinar inframerah Potodioda memiliki hambatan sekitar 15 s/d 20 Mohm jika tidak terkena sinar inframerah, dan hambatannya akan berubah menjadi sekitar 80 s/d 300 Kohm jika terkena sinar inframerah tergantung dari besarnya intensitas yang mengenainya. Semakin besar intensitasnya, maka hambatannya semakin kecil.

47 Pada rangkaian di atas, output dari potodioda diumpankan ke basis dari transistor tipa NPN C828, ini berarti untuk membuat transistor tersebut aktif maka tegangan yang keluar dari potodioda harus lebih besar dari 0,7 volt. Syarat ini akan terpenuhi jika potodioda mendapatkan sinar inframerah. Analisanya sebagai berikut: Jika tidak ada sinar inframerah yang mengenai potodioda, maka hambatan pada potodioda 15 Mohm, sehingga: R Vo = xvcc = x5 = 0,107Volt R1 + R Vout akan diumpankan ke basis dari transistor C828, karena tegangannya hanya 0,107 Volt maka transistor tidak aktif. Jika ada sinar inframerah yang mengenai potodioda, maka hambatan pada potodioda 300 Kohm, sehingga: R Vo = xvcc = x5 = 2, 619Volt R1 + R Vout akan diumpankan ke basis dari transistor C828, karena tegangannya lebih besar dari 0,7 volt yaitu 2,619 Volt maka transistor akan aktif. Aktifnya transistor C828 akan menyebabkan colektornya terhubung ke emitor, sehingga colektor mandapat tegangan 0 volt dari ground, tegangan ini

48 diumpankan ke basis dari transistor ke-2 tipe PNP A733, sehingga transistor ini juga aktif. Seterusnya aktifnya transistor A733 akan menyebabkan colektornya terhubung ke emitor, sehingga colektor mandapat tegangan 5 volt dari Vcc, tegangan ini diumpankan ke basis dari transistor ke-3 tipe NPN C945, sehingga transistor ini juga aktif. Kolektor dari transistor C945 dihubungkan mikrokontroler AT89S51 sehingga jika transistor ini aktif, maka kolektor akan mendapatkan tegangan 0 volt dari ground. Tegangan 0 volt inilah yang merupakan sinyal low (0) yang diumpankan ke mikrokontroler AT89S51, sehingga mikrokontroler dapat mengetahui bahwa sensor ini mengirimkan sinyal, yang berarti bahwa kreta api akan lewat. Transistor ke-4 tipe PNP A733 berfungsi untuk menyalakan LED sebagai indikator bahwa sensor ini menerima pantulan sinar inframerah dari pemancar. LED ini akan menyala jika sensor menerima sinar inframerah, dan akan mati jika sensor tidak menerima sinar inframerah Rangkaian Mikrokontroler AT89S51 Rangkaian ini berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh system yang ada. Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC mikrokontroler AT89S51. Pada IC inilah semua program diisikan, sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan

49 yang dikehendaki. Rangkaian mikrokontroler ini ditunjukkan pada gambar berikut ini: VCC 5V AT89S51 10uF VCC 5V P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST 40 Vcc 39 P0.0 (AD0) 38 P0.1 (AD1) 37 P0.2 (AD2) 36 P0.3 (AD3) 35 P0.4 (AD4) 34 P0.5 (AD5) 33 P0.6 (AD6) 32 P0.7 (AD7) 2SA733 LED1 VCC 5V 30pF 4.7k XTAL 12 MHz pF 10 P3.0 (RXD) 11 P3.1 (TXD) 12 P3.2 (INT0) 13 P3.3 (INT1) 14 P3.4 (T0) 15 P3.5 (T1) 16 P3.6 (WR) 17 P3.7 (RD) 18 XTAL2 19 XTAL1 20 GND 31 EA/VPP 30 ALE/PROG 29 PSEN 28 P2.7 (A15) 27 P2.6 (A14) 26 P2.5 (A13) 25 P2.4 (A12) 24 P2.3 (A11) 23 P2.2 (A10) 22 P2.1 (A9) 21 P2.0 (A8) Gambar 3.4 Rangkaian mikrokontroller AT89S51 Pin 31 External Access Enable (EA) diset high (H). Ini dilakukan karena mikrokontroller AT89S51 tidak menggunakan memori eskternal. Pin 18 dan 19

50 dihubungkan ke XTAL 12 MHz dan capasitor 30 pf. XTAL ini akan mempengaruhi kecepatan mikrokontroller AT89S51 dalam mengeksekusi setiap perintah dalam program. Pin 9 merupakan masukan reset (aktif tinggi). Pulsa transisi dari rendah ke tinggi akan me-reset mikrokontroller ini. Pin 32 sampai 39 adalah Port 0 yang merupakan saluran/bus I/O 8 bit open collector dapat juga digunakan sebagai multipleks bus alamat rendah dan bus data selama adanya akses ke memori program eksternal. Pin 1 sampai 8 adalah port 1. Pin 21 sampai 28 adalah port 2. Dan Pin 10 sampai 17 adalah port 3. Pin 17 yang merupakan P3.7 dihubungkan dengan transistor dan sebuah LED. Ini dilakukan hanya untuk menguji apakah rangkaian minimum mikrokontroller AT89S51 sudah bekerja atau belum. Dengan memberikan program sederhana pada mikrokontroller tersebut, dapat diketahui apakah rangkaian minimum tersebut sudah bekerja dengan baik atau tidak. Jika LED yang terhubug ke Pin 17 sudah bekerja sesuai dengan perintah yang diberikan, maka rangkaian minimum tersebut telah siap digunakan. Pin 20 merupakan ground dihubungkan dengan ground pada power supplay. Pin 40 merupakan sumber tegangan positif dihubungkan dengan + 5 volt dari power supplay Rangkaian Catu Daya (PSA) Rangkaian ini berfungsi untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian yang ada. Rangkaian PSA yang dibuat terdiri dari dua keluaran, yaitu 5 volt dan 12 volt, keluaran 5 volt digunakan untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian.

51 Rangkaian power supplay ditunjukkan pada gambar 3.2 berikut ini : TIP32C LM7805CT 12 Volt Vreg 220V 50Hz 0Deg 1N5392GP 100ohm IN OUT 5 Volt 330ohm 1N5392GP 2200uF 1uF 100uF TS_PQ4_12 Gambar 3.5 Rangkaian Power Supply (PSA) Trafo CT merupakan trafo stepdown yang berfungsi untuk menurunkan tegangan dari 220 volt AC menjadi 12 volt AC. Kemudian 12 volt AC akan disearahkan dengan menggunakan dua buah dioda, selanjutnya 12 volt DC akan diratakan oleh kapasitor 2200 μf. Regulator tegangan 5 volt (LM7805CT) digunakan agar keluaran yang dihasilkan tetap 5 volt walaupun terjadi perubahan pada tegangan masukannya. LED hanya sebagai indikator apabila PSA dinyalakan. Transistor PNP TIP 42C disini berfungsi untuk mensupplay arus apabila terjadi kekurangan arus pada rangkaian, sehingga regulator tegangan (LM7805CT) tidak akan panas ketika rangkaian butuh arus yang cukup besar. Tegangan 12 volt DC langsung diambil dari keluaran 2 buah dioda penyearah.

52 Perancangan Driver penggerak Motor DC (Jembatan H) Untuk dapat bergerak membuka dan menutup, maka alat ini harus dapat mengendalikan palang. Alat ini menggunakan 2 buah motor DC 6 volt untuk menggerakkan palang, dimana 1 motor untuk menggerakkan palang sebelah kanan dan 1 motor lagi untuk menggerakkan palang sebelah kiri. Motor DC akan berputar searah/berlawanan arah dengan jarum jam jika salah satu kutubnya diberi tegangan positip dan kutub yang lainnya diberi tegangan negatif atau ground. Dan motor DC akan berputar kearah sebaliknya jika polaritasnya dibalik. Dengan sifat yang demikian maka dibutuhkan suatu rangkaian yang dapat membalikkan polaritas yang diberikan ke motor DC tersebut, sehingga perputaran motor DC dapat dikendalikan oleh rangkaian tersebut. Dan jika rangkaian tersebut dihubungkan dengan mikrokontroler AT89S51, maka pergerakan motor dapat dikendalikan oleh program. Rangkaian untuk mengendalikan perputaran motor DC tersebut adalah sebuah rangkaian yang dikenal dengan jembatan H. Jembatan H ini terdiri dari 4 buah transistor, dimana 2 buah transistor bertipe NPN dan 2 buah transistor lagi bertipe PNP. Ke- 4 transistor ini dirangkai sedemikian rupa sehingga dengan memberikan sinyal low atau high pada rangkaian maka perputaran motor dapat diatur. Untuk perintah buka, maka motor akan berputar ke arah kanan kedua motor sehingga kedua palang akan terangkat sebesar Untuk perintah tutup,

53 maka motor akan berputar ke arah kiri kedua motor sehingga kedua palang akan turun. Rangkaian jembatan H, ditunjukkan pada gambar di bawah ini: VDD 6.2V VDD 6.2V 1.0k 1.0k 330 2SC VCC 5V Tip 127 MOTOR Tip 127 VCC 5V 18 2SC P k 1.0k P Tip 122 Tip SC945 2SC Gambar 3.6 Rangkaian jembatan H Pada rangkaian di atas, jika P0.0 diset high yang berarti P0.0 mendapat tegangan 5 volt, maka kedua transistor tipe NPN C945 yang disebelah kiri akan aktif. Hal ini akan membuat kolektor dari kedua transistor C945 itu akan mendapat tegangan 0 volt dari ground. Kolektor dari transistor C945 yang berada di sebelah kiri atas diumpankan ke basis dari transistor tipe PNP TIP 127 sehingga basis dari transistor TIP 127 mendapatkan tegangan 0 volt yang menyebabkan transistor ini aktif (transistor tipe PNP akan aktif jika tegangan pada basis lebih kecil dari 4,34 volt). Aktifnya transistor PNP TIP 127 ini akan mengakibatkan kolektornya terhubung ke emitor sehingga kolektor mendapatkan tegangan 5 volt dari Vcc.

54 Sedangkan kolektor dari transistor C945 yang berada di sebelah kiri bawah diumpankan ke basis dari transistor tipe NPN TIP 122 sehingga basis dari transistor TIP 122 mendapatkan tegangan 0 volt yang menyebabkan transistor ini tidak aktif (transistor tipe NPN akan aktif jika tegangan pada basis lebih besar dari 0,7 volt). Karena transistor TIP 122 ini tidak aktif, maka kolektornya tidak terhubung ke emitor, sehingga kolektor tidak mendapatkan tegangan 0 volt dari ground. Karena kolektor TIP 122 dihubungkan dengan kolektor TIP 127 yang mendapatkan tegangan 5 volt dari Vcc, maka kolektor dari TIP 122 juga mendapatkan tegangan yang sama. Hal ini menyebabkan motor sebelah kiri mendapatkan tegangan 5 volt (polaritas positif). Agar motor dapat berputar ke satu arah maka motor harus mendapatkan tegangan 0 volt (polaritas negatif). Hal ini diperoleh dengan memberikan logika low (0) pada P2.7 mikrokontroler AT89S51. Pada rangkaian di atas, jika P0.1 diset low yang berarti P0.1 mendapat tegangan 0 volt, maka kedua transistor tipe NPN C945 yang disebelah kanan tidak akan aktif. Hal ini akan membuat kolektor dari kedua transistor C945 itu akan mendapat tegangan 5 volt dari Vcc. Kolektor dari transistor C945 yang berada di sebelah kanan atas diumpankan ke basis dari transistor tipe PNP TIP 127 sehingga basis dari transistor TIP 127 mendapatkan tegangan 5 volt yang menyebabkan transistor ini tidak aktif. Karena transistor PNP TIP 127 tidak aktif maka