PROTOTYPE SISTEM PENGAMAN MOBIL TERHADAP OBJEK DENGAN METODE SELF HOLDING BERBASIS MIKROKONTROLLER AVR M. Akmaluddin Parampasi Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia Abstrak Lahan yang sempit merupakan salah satu faktor pengemudi kendaraan roda empat mengalami kesulitan dalam mengatur posisi jarak aman kendaraannya menjadi lebih aman dan nyaman. Penulisan skripsi ini bertujuan untuk merancang alat bantu sistem pengaman kendaraan roda empat terhadap objek dengan menggunakan rangkaian self holding berbasis mikrokontroller ATmega 8535. Sistem perangkat ini terdiri dari dua buah sensor ultrasonic (PING) yang memancarkan gelombang ultrasonic ketika menerima trigger dari mikrokontroller. Setelah menerima pantulan tersebut, modul sensor PING akan mengirimkan sinyal kembali ke mikrokontroller. Ketika mencapai jarak tertentu, mikrokontroller memberikan indikasi berupa lampu LED dan buzzer dengan interval yang berbeda. Di saat mencapai batas tidak aman, mikrokontroller memberikan perintah ke rangkaian self holding untuk memutuskan sistem kelistrikan pada kendaraan tersebut sehingga kendaraan menjadi berhenti dan tidak menabrak objek yang ada disekitarnya. Dari hasil pengujian terlihat jarak pada alat tidak sama dengan jarak aktualnya dengan persentase kesalahan antara 0.82% sampai 34.40%. Tetapi secara umum, semakin jauh jarak yang diukur maka semakin kecil persentase kesalahan. Kata Kunci : Sensor ultrasonik, Mikrokontroller ATmega 8535, Self holding Abstract A limited area is one factor the driver of a four-wheeled vehicle have difficulties regulated position safe distance his vehicle become more secure and comfortable. This thesis is aimed to design an auxiliary safe system four-wheeled vehicle against the objects by using self holding circuit based microcontroller ATmega8535. A system of this device consisting of two pieces of ultrasonic sensor ( PING ) that transmitted ultrasonic waves when it received trigger from microcontroller. After receiving the reflection, PING module will send signals back into microcontroller. When it reaches a certain distance, microcontroller giving indications LED light and buzzer at intervals of different. In the not safe condition, microcontroller give a command to a self holding circuit to disconnected the electricity system on the vehicles so vehicles must be stopped and not hitting the object that is to be around. The result of testing distance are not equal to the actual distances with the percentage of error between 0.82 % to 34.40 %. But in general, the more distance measured the more a small percentage a mistake. Keyword : Sensor Ultrasonic, Microcontroller ATmega 8535, Self Holding 1
1. Pendahuluan Untuk memperkecil resiko terjadinya kecelakaan saat mengemudi mobil, pengemudi tidak boleh memposisikan mobilnya terlalu dekat dengan suatu benda yang berada disekitarnya. Pengemudi harus memperkirakan jarak aman kendaraannya. Tidak hanya wanita saja yang merasa kesulitan ketika akan melakukan parkir. Pria pun pasti akan mengalami hal serupa apabila lahan parkir garasi sangat terbatas. Apalagi dengan kecenderungan desain perumahan berkonsep minimalis dengan lahan terbatas. Tentu ruang parkir untuk kendaraan pun dibuat seminimal mungkin. Dalam kondisi pengemudi fit, tentu hal itu bukan perkara sulit lantaran tingkat konsentrasi yang optimal. Tapi hal berbeda bisa terjadi bila pengemudi terlampau lelah ketika sampai di rumah. Kemungkinan bodi mobil bersentuhan dengan tembok pembatas di rumah, bisa saja terjadi. Kesulitan memperkirakan jarak antara bodi dengan tembok menjadi penyebabnya [1]. Kecelakaan juga sering terjadi jika mobil mundur dalam keadaan gelap, dimana pengemudi tidak dapat memperkirakan ada atau tidaknya suatu benda yang berdekatan dengan kendaraannya. Hal yang tidak diinginkan tersebut akan bertambah buruk bila benda tersebut berwarna gelap. Gambar 1. Posisi aman mobil terhadap dinding 2. Teori Dasar Sensor Ultrasonik PING Sensor ultrasonik adalah sensor yang bekerja berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara dan digunakan untuk mendeteksi keberadaan suatu objek tertentu di depannya, frekuensi kerjanya pada daerah di atas gelombang suara dari 40 KHz hingga 400 KHz. Seperti telah disebutkan bahwa sensor ultrasonik terdiri dari rangkaian pemancar ultrasonik yang disebut transmitter dan rangkaian penerima ultrasonik yang disebut receiver. Sinyal ultrasonik yang dibangkitkan akan dipancarkan dari transmitter ultrasonik. Ketika sinyal mengenai benda penghalang maka sinyal ini dipantulkan, dan diterima oleh receiver ultrasonik. Prinsip Kerja Sensor Ultrasonik Gambar 2. Prinsip kerja sensor ultrasonik [2] 2
Prinsip kerja dari sensor ultrasonik adalah sebagai berikut : 1. Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik, 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 Ultrasonik 1. Pemancar Ultrasonik (Transmitter) Pemancar Ultrasonik ini berupa rangkaian yang memancarkan sinyal sinusoidal berfrekuensi di atas 20 KHz menggunakan sebuah transducer transmitter ultrasonik. 2. 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). Module Mikrokontroller AVR ATmega 8535 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. Modul mikrokontroler terdiri dari dua komponen utama, yaitu IC Mikrokontroler AVR ATmega 8535 serta downloader mikrokontroler untuk mendownload program pada IC. Gambar 3. Skema ATmega 8535 [3] 3
Arsitektur Mikrokontroller 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 LCD 16 x 2 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). Gambar 4. LCD 16 x 2 Rangkaian Self Holding Rangkaian Self holding merupakan rangkaian kontrol yang terdiri dari beberapa saklar dengan kontaktor. Rangkaian Self holding adalah rangkaian yang dapat mempertahankan kondisi ON meskipun push button hanya sekali ditekan kemudian dilepas. Adapun cara kerja dari Self holding yaitu dengan menggunakan sebuah relay yang terdiri dari koil dan beberapa kontak Normally Open (NO) dan beberapa kontak Normally Close (NC). Pada saat kondisi normal, kontak NO akan terbuka dan kontak NO akan tertutup. Apabila koil relay diberi supply, maka relay tersebut mulai bekerja dan kontak NO yang tadinya terbuka akan tertutup, sebaliknya kontak NC yang tadinya tertutup akan terbuka. Untuk kembali ke kondisi awal, koil dari relay tersebut harus diputuskan dari sumber tegangan. Gambar 6. Rangkaian Self Holding 4
3. Perancangan Sistem Skema tahapan dalam proses perancangan sistem ini akan sangat membantu dalam menyelesaikan masalah dan mencapai tujuan yang diharapkan. Adapun skema tahapannya adalah sebagai berikut : Identifikasi masalah Analisa fungsi Alternatif Rancangan Konsep Rancangan Perancangan Penyelesaian Gambar 7. Skema tahap perancangan Sistem ini menggunakan sensor ultrasonik dimana sensor tersebut menembakkan suara sehingga semua benda padat yang ada didepannya dapat dibaca jaraknya walaupun berbentuk transparan seperti kaca / gelas. Prototype sistem ini menggunakan dua buah sensor ultrasonik yaitu dibagian depan mobil dan bagian belakang mobil, serta memakai LCD 2x16, lampu LED, dan buzzer sebagai indikasi tumbukannya. Pada sistem ini dua sensor ultrasonic, LCD, Buzzer dan lampu LED akan di kendalikan oleh sebuah mikrokontroller AVR yang di program dengan menggunakan bahasa pemrograman C, dimana mikrokontroller ini berperan sebagai pengendali utama. Mikrokontroller disini akan memberikan sinyal kepada kedua sensor ultrasonik sehingga sensor tersebut akan menembakkan suara terhadap benda didepannya dan akan mengembalikan sinyal tersebut kepada mikrokontroller, sehingga mikrokontroller tersebut memberikan data ke LCD, LED dan Buzzer untuk menampilkan jarak dilayar LCD, suara di buzzer dan lampu indikasi di LED. Setelah mencapai jarak yang tidak aman maka mikrokontroller memberikan perintah ke rangkaian self holding untuk memutuskan sistem kelistrikan yang ada pada kendaraan tersebut. Rangkaian Self Holding Gambar 8. Diagram blok untuk sistem pendeteksi jarak 5
Sistem pendeteksi jarak ini mempunyai beberapa bagian yang saling berhubungan, setiap komponen tersambung kepada mikrokontroller sebagai otak atau pengendali dari sistem tersebut. Dimana LCD disambungkan ke port B dimana masing-masing 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 ultrasonik menuju mikrokontroller lalu melalui mikrokontroller mentransfer sinyal ke LCD, lampu LED dan buzzer sebagai indikasi yang ditampilkan. Ketika mencapai jarak yang ditentukan, maka mikrokontroller memberikan tegangan sebesar 5 volt ke rangkaian self holding yang mengakibatkan relay 1 bekerja dan memutuskan jalur power supply yang masuk ke sistem kelistrikan mobil. Untuk menyalakan kembali, kendaraan harus distarter ulang. Berikut skematik diagram dari keseluruhan sistem pendeteksi jarak : Gambar 10. Skematik diagram sistem pendeteksi jarak 4. Analisa Dari hasil pengujian seperti Tabel dibawah 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. 6
Tabel 1. Hasil Pengukuran Jarak Rata-rata dan Persen Kesalahan Jarak yang diinginkan Jarak hasil pengukuran Kesalahan ( % ) rata-rata 10 cm 13.44 cm 34.40 20 cm 22.58 cm 12.90 30 cm 32.51 cm 8.37 40 cm 43.24 cm 8.10 50 cm 51.66 cm 3.32 60 cm 62.42 cm 4.03 70 cm 72.66 cm 3.80 80 cm 82.45 cm 3.06 90 cm 91.59 cm 1.76 100 cm 102.35 cm 2,35 110 cm 111.52 cm 1.38 120 cm 123.26 cm 2.71 130 cm 132.80 cm 2.15 140 cm 141.42 cm 1.01 150 cm 152.50 cm 1.67 160 cm 163.31 cm 2.07 170 cm 172.62 cm 1.54 180 cm 182.42 cm 1.34 190 cm 191.55 cm 0.82 200 cm 203.26 cm 1.63 Dari hasil percobaan yang dilakukan, tampak bahwa sensor ultrasonik mulai bekerja ketika berhadapan dengan suatu rintangan dengan jarak 15 cm. Pada saat jarak tersebut Indikator LED dan buzzer mulai bekerja yang memberikan informasi kepada si pengendara agar mulai mengurangi kecepatan kendaraannya. Begitupula dengan display kendaraan yang memberikan data berupa jarak kendaraan terhadap benda yang berada disekitarnya. Disaat kendaraan makin mendekat, maka indikator LED dan buzzer mulai memberikan indikasi dengan frekuensi yang lebih cepat. Ketika kendaraan mencapai titik jarak yang telah ditentukan maka rangkaian self holding secara otomatis akan bekerja dan memutuskan jalur power supply yang masuk ke sistem kelistrikan mobil sehingga diasumsikan bahwa kendaraan ini tidak dapat bergerak lagi. Untuk menghidupkan kembali, hanya dengan menghubungkan kunci kontak mobil sehingga kendaraan dapat berfungsi kembali. 7
5. Kesimpulan Dari hasil pengujian terlihat alat bantu sistem pengaman kendaraan mobil terhadap objek menggunakan rangkaian self holding berbasis mikrokontroller ATmega 8535 bekerja dengan baik. Dari hasil pengujian terlihat jarak hasil pengujian pada alat tidak tepat sama dengan jarak hasil perhitungan. Dari hasil pengujian didapatkan tingkat persentase kesalahan antara 0.82% hingga 34.40% Secara umum, semakin jauh jarak yang diukur, semakin kecil persen kesalahan. Kendaraan akan tidak berfungsi secara otomatis ketika berada pada jarak yang tidak aman sehingga pengemudi terhindar dari benturan benda yang ada disekitarnya. DAFTAR PUSTAKA [1] Vierko Moviarto, 2011, http://m.autobild.co.id/read/2011/05/30/3059/16/6/posisi- Parkir- Aman-Di-Garasi [2] PING Ultrasonic Distance Sensor (#28015), 2006, (Online), (http://www.parallax.com/portals/o/downloads/docs/prod/acc/28015- PING v1.5.pdf, [1 Desember 2012] [3] Winoto, Ardi. 2008. Mikrokontroller AVT ATMEGA8/16/32/8535 dan pemrogramannya dengan bahasa C pada WinAVR. Penerbit : informatika. Bandung. 8