Miniatur Sistem Palang Perlintasan Otomatis Kereta Api Menggunakan Sensor Infra Merah dan Mikrokontroler AT89S51

Transkripsi

1 Miniatur Sistem Palang Perlintasan Otomatis Kereta Api Menggunakan Sensor Infra Merah dan Mikrokontroler AT89S51 Ferry Sudarto 1, Indrianto 2, Satriyo Budi Santoso 3 STMIK Raharja Jl. Jend Sudirman No. 40 Cikokol-Tangerang Satriyo@raharja.co ABSTRACT Kecelakaan lalu lintas pada perlintasan rel kereta api sering terjadi akhir-akhir tahun belakangan ini di Indonesia. Kecelakaan tersebut telah menimbulkan banyak korban luka-luka hingga menginggal serta kerugian materil lainnya. Penyebab terjadi kecelakaan tersebut di akibatkan lalainya penjagaan pada perlintasan palang pintu kereta api atau (Human Error). Dalam rangka mengurangi kecelakaan tersebut perlu perbaikan dalam sistem penjagaan pada palang perlintasan kereta api. Dan mengurangi terjadinya (Human Error) maka sistem tersebut harus bekerja secara otomatis dan memberikan rasa aman pada para penyebrang perlintasan kereta api. Dengan sistem yang di lakukan oleh sistem sensor pada jalur rel kereta api, agar terciptanya rasa keamanan maka tidak ada lagi kesalahan yang dilakukan oleh Human Error. Komponen-komponen yang di pakai dalam pembuatan sensor palang perlintasan kereta api ini yaitu sebuah sensor Infra Red kemudian mikrokontroler AT89S51 dan motor dc untuk penggerak palang pintu perlintasan kereta api. Pada penelitian ini dilakukan menggunakan metode perancangan yang dimana digambarkan dalam sebuah flowchart, kemudian pada metode pengujian disini menggunakan metode pengujian black box dalam pengujian alat. Kata kunci: mikrokontroler AT89S51, Infra merah, motor dc Abstract Traffic accidents at railroad crossings occur frequently lately in Indonesia in recent years. The accident has caused many injuries to menginggal and other material loss. The cause of the accident in the causes lalainya crossing guard on the train doorstop or (Human Error). In order to reduce such accidents need improvement in surveillance systems at railroad crossings crossbar. And reduce the occurrence of (human error), the system should work automatically and provide a sense of security at the railway crossings defector. With the system will be undertaken by the sensor system on railway lines, in order to create a sense of security then there is nothing wrong done by human error. Components in use in the manufacture of sensor cross railroad crossings this is an Infra Red sensor then microcontroller AT89S51 and dc motors for propulsion doorstop railroad crossings. In this research, the design method which was described in a flowchart, then the test method here using black box testing methods in testing tools. Keywords: microcontroller AT89S51, Infra red, dc motors

2 PENDAHULUAN Pada saat ini kereta api adalah salah satu alat transportasi publik yang sampai saat ini masih sangat digemari oleh masyarakat pada umumnya untuk melakukan perjalanan jauh dan dekat. Dari kalangan mahasiswa sampai pekerja pun menggunakan transportasi kereta api untuk melakukan aktifitasnya sehari-hari.banyak jalur perlintasan kereta api yang dibangun, sehingga banyak pula dibangun palang perlintasan kereta api. Jumlah pengguna jalur lalu-lintas darat terus mengalami peningkatan dari tahun ke tahun. Hal tersebut mengakibatkan banyak terjadi kemacetan lalu-lintas di daerah-daerah jalur lalu lintas padat, sehingga sebagian orang kehilangan waktu untuk sampai di tempat tujuan karena kemacetan tersebut. Para pengguna jalur lalu lintas banyak yang tidak memperhatikan peraturan lalu lintas karena kemacetan terebut. Sejak beberapa tahun belakangan ini palang pintu kereta api salah satu penyebab terjadinya kecelakaan di jalur perlintasan kereta api. Hal tersebut dikarenakan kurangnya keamanan atau penjagaan pada palang/penghenti atau human error. Tidak sedikit palang/penghenti tidak dijaga oleh penjaga perlintasan palang pintu. Akibatnya banyak terjadi yang menerobos palang pintu tersebut dan akhirnya mengalami kecelakaan di perlintasaan kereta api, itu dikarenakan kurangnya keamanan pada penjagaan pada palang pintu kereta api dan masih banyak penyebab terjadinya kecelakaan di daerah perlintasan palang pintu kereta api.dengan teknologi yang semakin maju maka untuk menekan tingkat kecelakaan pada perlintasaan kereta api, maka sangat penting diketahui penyebab utama terjadinya kecelakaan dan berupaya pemecahan masalahnya. Sehingga kerugian hilangnya waktu, energi dan faktor psikologis dapat dihindari sedini mungkin, agar tidak terjadi korban yang lebih banyak lagi pada perlintasan kereta api. Oleh sebab itu perlu dikembangkan teknologi yang dapat mengurangi jumlah operator sekaligus mengurangi tingkat kecelakaan akibat human error. METODE PENELITIAN Adapun metode penulisan yang digunakan adalah: 1. Studi Pustaka 2. Metode penulisan yang digunakan dalam penulisan ini adalah studi pustaka, dimana penulis menggunakan beberapa sumber tertulis berupa buku-buku pustaka, situs internet, buku-buku referensi, data sheet dan jurnal-jurnal yang berkaitan sebagai bahan referensi dan perbandingan. 3. Perancangan Alat Penulis menjelaskan tahapan yang berkaitan dengan perancangan alat, sebagai berikut : a. Mengumpulkan bahan-bahan yang akan dipergunakan untuk perancangan alat. b. Melakukan perencanaan dan perancangan alat dengan menggunakan mikrokontroler AT89S51. c. Melakukan kegiatan-kegiatan atau percobaan di laboratorium yang dapat menunjang perencanaan alat. 4. Pengujian alat Peralatan yang telah dibuat dengan menggunakan metode Black Box kemudian diuji apakah telah sesuai yang telah direncanakan. Gambar 1 Metode Black Box Pengujian black box bukan teknik alternatif dari pengujian white box. Lebih dari itu, pengujian black box merupakan pendekatan pelengkap dalam mencakup error dengan kelas yang berbeda dari metode pengujian black box. Adapun kategori error yang akan diketahui melalui pengujian black box: a. Fungsi yang hilang atau tidak benar

3 b. Error dari antar muka (interface) c. Error dari struktur data atau akses eksternal database d. Error dari kinerja atau tingkah laku e. Error dari inisialisasi dan terminasi HASIL dan ANALISIS Perancangan alat pada sistem palang perlintasan kereta api secara garis besarnya digambarkan dalam suatu blok diagram seperti yang ditunjukkan pada gambar. Gambar 2 Blok Diagram Pada blok diagram diatas maka dijelaskan alur kerja sistem tersebut yaitu pada awalnya rel kereta api yang diberi input sensor infra red untuk membaca kereta yang lewat, kemudian ada sensor photodiode yang di mana fungsinya sebagai penerima dari sensor infra red, ketika sensor photodiode sudah menerima data dari sensor infra red, maka akan dilanjutkan ke mikrokontroller dan akan diprosesnya, kemudian output dari mikrokontroller memerintahkan untuk buzzer berbunyi, led menyala, dan motor dc bergerak makan palang akan tertutup. 1. Blok Rangkaian Catu Daya Rangkaian catudaya berfungsi untuk mengubah tegangan AC 220V dari jala-jala listrik menjadi tegangan DC 5V yang akan digunakan untuk menghidupkan rangkaianrangkaian. Dengan menggunakan trafo 1ACT, tegangan AC220V diubah menjadi tegangan AC9V, karena tegangan masih bersifat AC maka perlu disearahkan dengan dioda IN4002. Setelah melalui dioda IN4002, bentuk gelombang searah tapi masih berupa potonganpotongan gelombang AC dan mengandung ripple yang besar. Untuk menghilangkan ripple tersebut digunakan kapasitor 1000uf/35V. Gambar 3 Skematika Rangkaian catu daya

4 Pada posisi ini tegangan DC yang terbentuk mengikuti rumusan 1,414 X Vin = Vdc, 1,414 X 9V = 12,726V. Tegangan 12,726V ini terlalu tinggi untuk dibebani maka digunakan IC regulator AN7805. Setelah melalui AN7805 ini, tegangan menjadi 5V dan untuk menjaga agar tegangan 5V ini lebih stabil pada saat akan dibebani, dipergunakan kapasitor 100uf / 16V. 2. Modul Sistem Drive Motor DC Gambar 4 Rangkaian Motor DC Pada saat masukan 1 diberi logika maka arus basis akan mengalir melalui resistor 10k menuju ke basis transistor C9013 (Q1), memyebabkan transistor C9013(Q1) menjadi aktif, dan arus mengalir dari kolektor C9013(Q1) yang terhubung ke basis TIP42C(Q2) sedangkan emitor C9013(Q1) terhubung ke basis TIP41C (Q3), hubungan tersebut dibatasi oleh resistor 100 ohm dan membuat Q2 dan Q3 aktif, dan motor bergerak kearah kiri. Pada saat masukan 2 diberi logika maka arus basis akan mengalir melalui resistor 10k menuju ke basis transistor C9013 (Q4), memyebabkan transistor C9013(Q4) menjadi aktif, dan arus mengalir dari kolektor C9013(Q4) yang terhubung ke basis TIP42C(Q5) sedangkan emitor C9013(Q4) terhubung ke basis TIP41C (Q6), hubungan tersebut dibatasi oleh resistor 100 ohm dan membuat Q5 dan Q6 aktif, dan motor bergerak kearah kanan. Untuk mengatur putaran motor dc dilakukan dengan mengatur trimport 2K yang terhubung ke basis TIP41C(Q7), dengan di seri dengan resistor 100 ohm untuk membentuk rangakaian voltage divider. Tegangan jatuh diantara trimport 2K dan trimport 2K dikuatkan oleh TIP41C(Q7) sehingga dapat diumpankan ke motor dc

5 3. Blok Rangkaian Buzzer Jika port diberi logika low buzzer akan berbunyi, tetapi jika port diberi logika hight buzzer tidak berbunyi. Gambar 5 Rangkaian Buzzer Apabila port diberi logika low(0v) maka arus akan mengalir dari +5V melalui buzzer menuju ke port yang berlogika low, sehingga buzzer akan berbunyi. Sedangkan apabila port diberi logika high(5v) maka arus tidak mengalir dari +5V melalui buzzer menuju ke port yang berlogika high, sehingga buzzr tidak berbunyi. 4. Blok Rangkaian Push Button Modul Push Button terdiri dari button kemudian resistor 10K. Cara sistem ini akan berjalan apabila sw tertutup (NC) Normally Close, maka logic di output menjadi low (0V), tetapi jika sw terbuka (NO) normally Open, maka logic di output menjadi high (5V). Gambar 6 Rangkaian Push Button Normally Open (NO) Tombol tekan ini apabila ditekan akan menutup dan jika dilepaskan kan ke posisi semula membuka sedangkan normally menutup. Jika tombol tersebut ditekan maka kaitannya akan membuka dan jika dilepaskan akan kembali pada keadaan semula yaitu menutup. Apabila switch menutup maka arus dari resistor 10K menuju ke ground mengakibatkan logika low(0v). demikian apabila switch membuka maka arus tidak mengalir dari resistor 10K ke ground sehingga keluaran berlogika high(5v). Keluaran logika switch ini akan dihubungkan ke mikrokontroler. 5. Blok Rangkaian / Led (Light Emiting Diode) Modul Led terdiri dari Led kemudian resistor 330 Ohm. Sistem led in jika port diberi logika low, maka led akan menyala, tetapi jika port diberi logika high, led akan mati. Gambar 6 menunjukan sistem Led.

6 Gambar 7 Sistem Led Apabila port mikrokontroler berlogika low(0v) maka lampu led akan menyala akibat arus yang mengalir dari +5V melalui led dan resistor menuju ke port yang berlogika low. Sedangkan apabila mikrokontroler berlogika high(5v) maka lampu led akan padam akibat arus tidak mengalir dari +5V melalui led dan resistor menuju port yang berlogika high. Led disini juda ada yang berfungsi untuk menandakan ada atau tidaknya kereta api. 6. Blok Rangkaian Sensor Infra Merah Modul sensor infra merah terdiri dari bagian pemancar dan penerima. Bagian pemancar terdiri dari LED dan resistor 330 Ohm sebagai pembuka arus led, sedangkan pada bagian penerima terdiri dari diode photo tipe QED122 sebagai penerima cahaya sensor dan transistor NPN tipe C 5343 sebagai saklar. Gambar 8 Sistem Sensor Infra Merah Rangkaian sensor infra merah ini bertujuan untuk mendeteksi adanya obyek yang melintasi antara led inframerah dengan sensor photodioda. Apabila tidak ada obyek yang melintas maka keluaran modul sensor infra merah ini menjadi high(5v), demikian sebaliknya apabila ada obyek yang melintas maka keluaran menjadi low(0v). Resistor 330 ohm berfungsi untuk membatasi arus yang masuk ke led infred. Ketika led inframerah menyala, sinarnya terpancar dan diterima oleh photodiode. Pada kondisi tidak ada halangan, photodioda menjadi aktif dan mengalirkan arus dari trimport 500K menuju ke ground, mengakibatkan tidak ada arus yang menuju ke basis

7 transistor, transistor menjadi tidak aktif, led padam dan keluaran menjadi high (5V). Pada kondisi ada halangan, photodioda menjadi tidak aktif dan arus dari trimport 500K tidak menuju ke ground, mengakibatkan ada arus yang menuju ke basis transistor, transistor menjadi aktif, led menyala dan keluaran menjadi low (0V). Perancangan Program Dengan Diagram Alir (Flowchart) Pada pembuatan alat ini dibutuhkan program untuk pengendalikan semua proses kerja dari palang. Untuk memudahkan pembuatan program diperlukan flowchart pada sistem palang perlintasan. Yang pertama harus dilakukan adalah mempersiapkan seluruh rangkaian sensor, rangkaian driever motor DC dan mikrokontroller. Untuk lebih memaksimalkan kinerja dari palang perlintasan tersebut, maka terlebih dahulu mengecek seluruh kerangka dan rangkaian pada sensor dan palang perlintasan apakah sudah dipasang dengan benar. Hal ini dapat mempengaruhi kinerja robot apabila terdapat pemasangan yang kurang sempurna. Pada gambar tersebut dapat dilihat flowchart program utama dari palang perlintasan otomatis menggunakan sensor dan mikrokontroller AT89S51. Gambar 9 Flowchart Perangkat lunak dibutuhkan untuk memprogram cara kerja dari mikrokontroller agar sistem dapat bekerja secara otomatis. Gambar 8 menunjukkan diagram alir program yang digunakan untuk mengendalikan pintu lintasan kereta api secara otomatis. Cara kerja dari flowchart tersebut adalah sebagai berikut: sensor infrared mendeteksi ada tidaknya kereta api yang akan melewati jalur penyebrangan. Data yang dideteksi oleh sensor diteruskan ke modul FR bagian pemancar modul FR bagian pemancar kemudian mengirimkan data ke modul FR bagian penerima untuk diteruskan kepada mikrokontroller. Data yang

8 diterima diolah sedemikian rupa oleh mikrokontroller. Jika data tersebut mengandung informasi yang mengatakan bahwa ada kereta api yang terdeteksi dari sebelah kiri palang pintu, maka mikrokontroller akan memerintahkan motor dc untuk menggerakkan palang pintu ke posisi menutup. Setelah pintu menutup mikrokontroller akan menunggu sampai ada data dari sensor sebelah kanan. Jika data dari sensor di sebelah kanan menunjukkan informasi bahwa tidak ada kereta api yang lewat, maka mikrokontroller memerintahkan motor dc untuk membuka palang pintu. Hal sebaliknya berlaku jika kereta api datang dari sebelah kanan palang pintu. Tabel 1 Pengujian Menggunakan Black Box No Nama Form Kondisi Pengujian Hasil pengujian Sensor Sensor mampu mendeteksi dan alat terhalang/tertutup berfungsi 1 Sensor Jika sensor pemancar dan penerima Sensor tidak tidak terhubung maka alat tidak akan terhubung berfungsi Tabel 2 Hasil Pengujian Menggunakan Black Box No Nama Pengujian 1. Sensor Hasil Yang Diharapkan Kereta lewat melewati Sensor Hasil Pengujian Maka alat output na akan bekerja dengan baik Status Diterima 2 Sensor Jika sensor terhalang Maka alat output akan tetap bekerja Diterima 3. Sensor Jika sensor pemancar dan penerima tidak searah Alat tidak akan berfungsi karna input yang diperintahkan dari sensor tidak sampai ke sensor penerima Ditolak Pada tabel diatas dijelaskan pada pengujian sensor infrared hasil yang diharapkan ketika kereta melewati sensor maka outputnya adalah sebuah led, buzzer, motor dc maka statusnya akan diterima, pada pengujian kedua ketika sensor terhalang maka alat output akan bekerja dan status diterima, dan pada saat pengujian ketiga jika sensor pemancar dan penerima tidak searah dengan sensor penerima maka alat output tidak akan bekerja atau ditolak. Tabel 3 Hasil Percobaan Status Sensor dan Pintu Percobaan ke Status Sensor Status Pintu 1 Terhalang 2 Tanpa Penghalang 3 Terhalang 4 Tanpa Penghalang 5 Terhalang 6 Tanpa Penghalang

9 Pada tabel diatas bahwa ketika status sensor terhalang oleh kereta maka pintu palang akan menutup, dan ketika status palang tanpa penghalang maka pintu palang akan terbuka. Kinerja sistem secara keseluruhan diuji dengan melewatkan kereta api mainan pada sistem yang dibangun. Untuk itu dibutuhkan kereta api mainan yang dapat bergerak dengan sumber energy baterai serta lintasan berupa rel kereta mainan. Pengujian dilakukan dari 2 arah yang berlawanan secara berurutan. Pengujian dilakukan 6 kali. Hasilnya dapat dilihat pada Tabel 3. Dari Tabel 3 tersebut ditunjukkan bahwa saat ada kereta api yang akan lewat dan terdeteksi oleh sensor, maka pintu otomatis menutup. Selanjutnya jika badan kereta api sudah lewat sepenuhnya pada sensor sisi lainya, maka pintu otomatis terbuka. Tabel 4 Hasil Pengujian posisi kereta api terhadap status pintu Percobaan ke Posisi Kereta Api mendekati lokasi sensor berada di lokasi sensor berada di sisi pintu melewati pintu mendekati lokasi sensor berada di lokasi sensor berada di sisi pintu melewati pintu mendekati lokasi sensor berada di lokasi sensor berada di sisi pintu melewati pintu mendekati lokasi sensor berada di lokasi sensor berada di sisi pintu melewati pintu Status Pintu Tabel diatas pengujian kereta api ini ketika kereta mendekati lokasi sensor maka status pintu palang tetap membuka, tetapi ketika kereta sudah dilokasi sensor makan status pintu menutup sebab kereta telah diposisi sensor dan terbaca. Dan ketiaka kereta disisi pintu perlintasan masih tetap menutup, tetapi jika kereta sudah melewati sensor dua maka palang pintu akan terbuka. KESIMPULAN Dengan banyaknya kecelakaan diperlintasan kereta api maka dengan melihat pokok permasalahan tersebut dibuatlah sistem palang otomatis supaya tidak lagi ada kecelakaan dan human error disistem palang tersebut. Dan palang otomatis ini tidak lagi dioprasikan oleh manusia melainkan dengan alat yang modern. Palang tersebut juga memudahkan bagi penjaga palang karena palang tersebut sudah sistem otomatis. DAFTAR RUJUKAN Julianto, Darmawan PERANCANGAN OTOMATISASI PINTU PADA SHELTER BUSWAY DENGAN MIKROKONTROLER AT89S51. Makalah Skripsi Santoso, Martinus, dan Sugiyanto PEMBUATAN OTOMASI PENGATURAN KERETA API, PENGEREMAN, DAN PALANG PINTU PADA REL KERETA API MAINAN BERBASIS MIKROKONTROLER. Bandar Lampung. Jurnal FEMA Volume1, Nomor 1, Januari 2013:16-23

10 Sitepu, Antonius dan Ignatius Indra PROTOTPE PINTU LINTASAN REL KERETA API OTOMOMATIS. Surabaya. Jurnal WIDYA TEKNIK Vol.7,No. 1,2009: Suwamo, Thomas S.W, Suryono SIMULASI SISTEM PEMBAYARAN RETRIBUSI GERBANG PARKIR MENGGUNAKAN MIKROKONTROLLER AT89S51. Jurnal Teknik Elektro Vol. 1 No.1 Januari - Juni 2009: Ibrahim, Irfan Al Ghazali PEMANFAATAN INFRARED DAN REED SWICH PADA SIMULASI OTOMATISASI PALANG PINTU KERETA API MENGGUNAKAN MIKROKONTROLLER ATMEGA16. Makalah Skripsi