RANCANG BANGUN LAMPU SINYAL DAN PEMINDAH JALUR OTOMATIS PADA PERJALANAN KERETA API SATU SEPUR MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER AT89S51 ABDUL RIZAL NUGRAHA HARTONO SISWONO SETIYONO Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Gunadarma, Margonda Raya 100 Depok 16424 telp (021) 78881112, 7863788 Abstraksi : Rangkaian lampu sinyal dan pemindah jalur otomatis pada perjalanan kereta api satu sepur menggunakan mikrokontroler AT89S51 ini merupakan suatu alat yang berfungsi untuk mengatur lampu sinyal dan memindahkan jalur secara otomatis pada perjalanan kereta api satu sepur atau satu jalur. Tujuannya yaitu untuk menghindari terjadinya kecelakaan kereta api saat melintasi satu jalur yang digunakan secara bersama-sama. Pengontrolan rangkaian ini dengan melewati sensor yakni apabila sensor yang berada di dekat stasiun terlewati, maka lampu sinyal pada arah sebaliknya akan berwarna merah yang berarti kereta tersebut harus menunggu sampai kereta yang menggunakan jalur tersebut tiba di stasiun tujuannya dengan melewati sensor yang berada di dekat stasiun tujuannya tersebut. Begitu pula sebaliknya. Adapun kegunaan dari sensor yang berada di pertengahan antara kedua stasiun tersebut adalah untuk memberi tanda apabila masih terdapat kereta yang berhenti di stasiun dengan arah yang sama. Tanggal Pembuatan : 05 Oktober 2009 1. PENDAHULUAN Perkeretaapian di Indonesia sudah ada sejak 138 tahun yang lalu. Jaringan kereta di Indonesia sebagian besar merupakan peninggalan zaman Belanda meliputi lintasan sepanjang 6.482 km yang tersebar di Jawa dan Sumatera, dimana 70% diantaranya terletak di pulau Jawa. Cukup tingginya korban jiwa dan kerugian sosial ekonomi akibat kecelakaan KA telah menyebabkan citra pelayanan dan manajemen perkeretaapian menurun. Kinerja keselamatan semakin menjadi tuntutan dan perhatian sehingga perlu segera ditingkatkan. Salah satu penyebab tingginya kecelakaan kereta di Indonesia adalah dikarenakan oleh kurangnya akurasi dalam sistem navigasi perkertaapian khususnya perkeretaapian yang masih menggunakan satu jalur atau satu jalur. Gambar 1 : Blok Diagram Rangkaian 2. LANDASAN TEORI Sensor fotodioda Gambar 2: Rangkaian Fotodioda Pada perancangan alat ini sensor yang digunakan adalah dioda yang peka terhadap sinar terutama sinar inframerah atau yang biasa disebut dengan Photodioda. Led inframerah berfungsi sebagai pemancar cahaya inframerah dan photodioda sebagai penerima. Apabila sinar yang dipancarkan oleh led inframerah mengenai Photodioda maka Photodioda akan mengalir arus reverse yang tergantung pada suhu dan intensitas cahaya inframerah yang mengenai Photodioda. Semakin dekat jarak antara led inframerah terhadap Photodioda, maka intensitas cahaya inframerah yang diterima akan semakin besar dan arus reverse yang dihasilkan semakin besar.
Pemancar inframerah LED Inframerah adalah dioda yang dapat memancarkan cahaya dengan panjang gelombang lebih panjang dari cahaya yang dapat dilihat tetapi lebih pendek dari gelombang radio apabila LED Inframerah tersebut dilalui arus. Gambar 3: Lambang infrared dan bentuk fisiknya Intensitas cahaya yang dikeluarkan oleh LED Inframerah tergantung arus yang mengalir pada LED Inframerah tersebut. Semakin besar arus yang melaluinya maka intensitas cahaya yang dikeluarkan akan semakin besar dan semakin kecil arus yang melalui LED Inframerah tersebut maka akan semakin kecil pula intensitas cahaya yang dikeluarkan. Mikrokontroler Mikrokontroler AT89S51 merupakan salah satu jenis Mikrokontroler CMOS 8 bit yang memiliki performa yang tinggi dengan disipasi daya yang rendah, cocok dengan produk MCS-51. Kemudian memiliki sistem pemograman kembali Flash Memori 4 Kbyte dengan daya tahan 1000 kali write/erase. Disamping itu terdapat RAM Internal dengan kapasitas128 x 8 bit. Dan frekuensi pengoperasian hingga 24 MHz. Mikrokontroller ini juga memiliki 32 port I/O yang terbagi menjadi 4 buah port dengan 8 jalur I/O, kemudian terdapat pula Sebuah port serial dengan kontrol serial full duplex, dua timer/counter 16 bit dan sebuah osilator internal dan rangkaian pewaktu. Mikrokontroller ini memiliki 40 konfigurasi pin. Fungsi dari tiap tiap dapat dikelompokkan menjadi sumber tegangan, kristal, kontrol, dan input-output. IC Perekam Suara ISD 2560 IC perekam suara yang digunakan pada alat ini adalah ISD2560. IC ini memiliki 28 pin kaki dan IC ini memiliki memori internal didalamnya sebesar 480 KB dan disuplai dengan tegangan sebesar 5V DC. IC ini mampu menyimpan suara dalam durasi 60 detik. Mengenai perincian dan fungsi pin kaki tersebut kita dapat melihat dari data sheet IC tersebut. Gambar 2.17 adalah konfiguasi pin dari ISD2560 dan Gambar 2.18 adalah blok diagram dari ISD2560 Motor Steper Tidak seperti motor AC dan DC konvensional yang berputar secara kontinyu, perputaran motor steper adalah secara incremental atau langkah per langkah step by step. Gerakan motor steper sesuai dengan pulsa-pulsa digital yang diberikan. Seperti halnya motor konvensional DC biasa, motor steper juga dapat berputar dalam dua arah yaitu searah jarum jam
(CW) atau berlawanan arah jarum jam (CCW) yaitu dengan memberikan polaritas yang berbeda. Ada dua tipe motor steper yaitu motor steper bi-polar dan uni-polar. Pada motor steper unipolar arus yang mengalir melalui koil hanya satu arah. Sedangkan pada motor steper bipolar arus mengalir melalui koil dalam dua arah. Motor steper uni-polar dapat difungsikan untuk perputaran half step dan full step. Sedangkan motor steper bi-polar hanya dapat difungsikan untuk perputaran full step saja. Prinsip dasar dari motor steper adalah berdasarkan prinsip dasar magnet, yaitu kutub senama magnet akan saling tolak-menolak dan kutub yang berbeda akan saling tarik-menarik. Prinsip dasar motor steper yang paling sederhana yang terdiri atas sebuah rotor yang merupakan magnet permanen dan dua buah stator yang dililiti kumparan. Sehingga dapat membentuk magnet listrik jika stator diberi arus listrik maka kedua stator akan membentuk kutubkutub magnet. Jika kutub magnet stator dan rotor sama, kedua magnet akan saling tolak menolak sehingga mengakibatkan rotor berputar. Kecepatan motor steper pada dasarnya ditentukan oleh kecepatan pemberian data pada komutatornya. Semakin cepat data yang diberikan maka motor steper akan semakin cepat pula berputarnya. Pada kebanyakan motor steper kecepatannya dapat diatur dalam daerah frekuensi audio dan akan menghasilkan putaran yang cukup cepat. 3. PERANCANGAN ALAT Dalam perancangan lampu sinyal dan pemindah jalur otomatis ini terdiri dari beberapa buah blok rangkaian yang memiliki fungsi dan cara kerjanya masing masing. Setiap blok rangkaian memiliki fungsi yang berbeda namun saling berinteraksi untuk dapat bekerja dengan baik. Blok 1, Power supply sangat diperlukan dalam perancangan alat ini, karena tanpa power supply alat ini tidak dapat bekerja. Jenis rangkaian power supply gelombang penuh ini dengan mengunakan trafo simetris. Tegangan DC yang dihasilkan adalah tegangan DC +5 Volt dan DC +9 Volt. Blok 2, Sensor merupakan suatu alat yang dapat menerima suatu inputan tertentu sesuai dengan jenisnya. Rangkaian sensor merupakan alat yang berfungsi sebagai pendeteksi adanya kereta api. Ketika ada kereta api yang terdeteksi oleh sensor maka sensor akan memberikan masukan pada komparator, kemudian komparator mengeluarkan output low yang akan diproses oleh mikrokontroler. Untuk menghasilkan pancaran sinar inframerah yang maksimum maka digunakan tegangan yang lebih besar yaitu sebesar 5V dengan mempertahankan arus pada led inframerah agar led inframerah tersebut tidak putus. Dengan arus maksimum pada led inframerah 60mA, maka dapat ditentukan nilai resistansinya dengan menggunakan perhitungan seperti berikut ini. R = I V R = 5V 60mA R = 83,3Ω Dengan nilai resistansi 83,3Ω, maka arus pada led inframerah tepat 60mA. Namun pada kenyataannya tidak ada komponen yang sempurna dan sulitnya mendapatkan resistansi dengan nilai 83.3Ω. Oleh karena itu lebih aman dan mudah jika menggunakan resistansi sebesar 100Ω. Dengan cara perhitungan yang sama maka didapat arus pada led inframerah sebesar 50mA. Blok 3, Pada mikrokontroler, input yang diberikan harus berupa sinyal digital yaitu 1 atau 0. Namun output pada sensor masih berupa sinyal analog yang bervariasi keadaannya. Oleh karena itu diperlukan rangkaian yang dapat menyelaraskan sinyal analog tersebut ke dalam sinyal digital. Pada rangkaian, komponen yang digunakan untuk menyelaraskan sinyal tersebut adalah komparator. Blok 4, Blok control ini merupakan jantung rangkaian sebagai pengontrol utama dari keseluruhan rangkaian, dimana sebagai pengontrol digunakan IC mikrokontroller AT89S51. Pada perancangan alat ini digunakakan port 0 (P0), port 1 (P1), port 2 (P2) dan Port 3 (P3). Blok 5, Indikator LED
LED merupakan sebagian dari blok output pada rangkaian ini yang diaktifkan oleh blok rangkaian control. LED disini akan aktif apabila output dari mikrokontroler bernilai 0. Hal ini membuat kutub anoda lebih positif dari kutub katoda dan menyebabkan keadaan LED menjadi aktif dengan cara memancarkan cahaya. Variasi dari aktifnya LED tergantung kondisi input dan program di dalam mikrokontroler. Indikator Buzzer Blok output buzzer memiliki cara kerja adalah apabila tegangan input yang masuk adalah high sebesar 5V, Rekaman Suara Rekaman suara ini disimpan dalam sebuah chip recorder yang mampu merekam sampai 60 detik. ISD2560. Berikut ini adalah cara merekam suara dengan menggunakan ISD 2560. Cara untuk merekam: 1. Pin PD dipasang pada kondisi low, yaitu dengan cara menggeser switch, sehingga pin PD berada pada posisi low. 2. Groundkan pin P/R sehingga berada pada posisi low. 3. Tekan pin CE maka pin tersebut pada kondisi low. Maka mulailah proses perekaman. 4. Selama proses perekaman kondisi pin EOM menjadi high dan indikator led akan menyala. 5. Rekaman dapat dilanjutkan jika kita menekan pin CE pada kondisi low. 6. Ketika proses merekam telah mencapai waktu 60 detik maka proses merekam tersebut akan habis dan pin CE akan low dan indikator led akan mati. Cara memutar hasil dari rekaman: 1. Pin PD harus di hubung ke ground atau kondisi low. 2. Ubah pin P/R pada kondisi high. 3. Pin CE dihubungkan dengan ground maka hasil rekaman akan di putar ulang. 4. Jika pin CE ditekan kembali maka kondisi akan menjadi low, rekaman akan terhenti. 5. Jika di tekan kembali pin CE maka hasil rekaman akan di putar kembali dan seterusnya sampai lamanya perekaman yaitu maksimum 60 detik. 4. PENGAMBILAN DATA DAN ANALISA Uji coba lampu sinyal dan pemindah jalur otomatis pada perjalanan kereta api satu sepur menggunakan mikrokontroler AT89S51 ini dengan tujuan untuk mengetahui apakah alat ini berfungsi atau tidak. Adapun uji coba alat ini dibagi menjadi 5 bagian untuk memudahkan pengambilan data yaitu uji power supply, uji rangkaian sensor, uji coba rangkaian keluaran (led dan indikator buzzer), uji coba motor steper dan uji coba rekaman suara. Rangkaian Sensor Pengambilan data sensor dilakukan dengan mengubah posisi jarak sensor yaitu dengan mengubah jarak pemacar inframerah dengan penerima photodioda. 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 photodioda diuji mulai dari jarak 10 cm sampai dengan 5 meter, sensor ini akan berfungsi jika ada benda yang menghalangi sensor tersebut. Dalam uji coba ini, sensor berada pada keadaan tidak terhalang. Rangkaian Indikator Led Untuk indikator led diperlukan tegangan 5V yang terhubung pada tiap tiap kaki positif dari led. Led dan buzzer akan aktif jika deberi tegangan 0V, tegangan 0V dihasilkan dari keluaran mikrokontroller. Motor Steper Motor steper yang digunakan dalam pembuatan alat ini adalah jenis motor steper aktif high, dimana untuk mengaktifkan tiap tiap koilnya dibutuhkan tegangan sebesar 5V. Tegangan sebesar 5V ini dihasilkan dari keluaran pengendali mikrokontroller yaitu pada port 2.4 sampai port 2.7 yang telah diatur dengan program.
5. KESIMPULAN Kesimpulan yang dapat diambil dari pembuatan lampu sinyal dan pemindah jalur otomatis pada perjalanan kereta api satu sepur menggunakan mikrokontroler AT89S51 ini adalah: 1. Alat sudah dapat terealisasi pada setiap kondisi yang ditentukan. 2. Komparator pada rangkaian ini bukan berfungsi sebagai penguat tetapi untuk menselaraskan sinyal berupa tegangan untuk input dari mikrokontroler. 3. Semakin jauh jarak antara inframerah terhadap photodioda, maka intensitas yang diterima semakin kecil. 4. Buzzer sebagai alarm akan berbunyi apabila terjadi kesalahan atau pelanggaran terhadap lampu sinyal yang berwarna merah. 6. SARAN. Sensor pada alat ini sangat peka terhadap gerakan yang menghalangi sensor tersebut. Oleh karena itu dalam peletakan sensor haruslah memiliki ketinggian yang cukup dan sudut yang lurus terhadap photodioda agar tidak terjadi kesalahan dalam penggunaannya. Penambahan sebuah lampu sinyal yang dihubungkan secara paralel pada lampu sinyal 1 dan lampu sinyal 4 sangat berguna untuk mencegah kecelakaan, apabila kereta dari stasiun Pondok Ranji berjalan pada waktu yang bersamaan dengan kereta dari stasiun Sudimara. Karena dengan tambahan lampu sinyal tersebut, masisnis dapat melihat kondisi lampu sinyal yang sebelumnya. Agar sensor tidak mendeteksi benda lain selain kereta api, maka penambahan satu sensor pada setiap titik dengan jarak ±1m sangat berguna. Hal ini dikarenakan setiap gerbong kereta yang sebenarnya memiliki panjang lebih dari 1m DAFTAR PUSTAKA [1] Anonim. Komponen Elektronika, URL: http://www.pdf-search. com/komponenelektronika-pdf.html, Agustus 2009 [2] IC Datasheats, URL : http://www.alldatasheats.com, Juli 2009. [3] Malvino, Albert Paul Ph.D, Prinsip-prinsip Elektronika, Erlangga, Jakarta, Agustus 1981. [4] Paulus, Andi Nalwan, Teknik Pemrograman dan Antarmuka Mikrokontroler AT89C51, Edisi Pertama, Elex Media Komputindo, Jakarta, 2003. [5] Putra, Agfianto Eko, Belajar Mikrokontroller AT89C51/52/55 (Teori dan Aplikasi), Edisi Kedua, Gava Media, Yogyakarta, 2004. [6] Tim Asisten Laboratorium Elektronika, Tutorial Praktikum Analog, Universitas Gunadarma, Depok, 2006. [7] Tim Asisten Laboratorium Elektronika, Tutorial Praktikum Elektronika Dasar, Universitas Gunadarma, Depok, 2007. [8] Tim Asisten Laboratorium Elektronika, Tutorial Praktikum Instalasi Listrik, Universitas Gunadarma, Depok, 2007. [9] Tim Asisten Laboratorium Menengah Elektronika dan Komputer, Tutorial Praktikum Mikroprosesor, Universitas Gunadarma, Depok, 2008. [10] Yayasan Bakti Ghanesa, Kecelakaan Kereta Api Di Indonesia, Institut Teknologi Bandung, Bandung, 2007.