BAB III PERANCANGAN SISTEM Didalam merancang sistem yang akan dibuat ada beberapa hal yang perlu diperhatikan sebelumnya, pertama-tama mengetahui prinsip kerja secara umum dari sistem yang akan dibuat agar dapat mempermudah dalam proses perancangannya. Perancangan sistem pembuatan palang dan pintu shelter otomatis membuka dan menutup pada jalur bus Transjakarta ini dimulai dari perancangan dan desain sistem, perancangan perangkat keras dan perancangan perangkat lunak serta pemancar yang akan digunakan. Pembuatan alat ini bertujuan untuk memberikan gambaran bahwa akses jalan ini hanya dapat dilewati oleh bus Transjakarta begitu juga dengan pintu shelter, prinsipnya bahwa pintu shelter hanya dapat terbuka jika dilalui oleh busway. 3.1 Perancangan dan Prinsip Kerja Sistem Prinsip kerja alat ini adalah membuka dan menutup portal di jalur busway dan pintu pada shelter busway secara otomatis menggunakan transmisi gelombang radio. Alat prototype ini dibuat untuk mempermudah dalam menggunakan akses 44
45 jalan pada jalur busway yang sebenarnya hanya untuk bus Transjakarta saja dan memperbaharui sistem otomatis pada pintu shelter yang telah ada. Untuk itu, maka dibuatlah suatu prototype alat portal dan pintu shelter otomatis, membuka dan menutup secara otomatis. Pada sistem ini akan diterapkan sistem komunikasi dua arah (bidirectional) antara palang maupun shelter dan bus transjakarta. Dalam proses awal, alat ini bekerja dengan menggunakan sensor infra merah untuk membaca data bila bus transjakarta datang. Sensor cahaya ini akan memberikan nilai keluaran logika 0 (low) untuk membuka palang dan nilai keluaran logika 1 (high) untuk menutup palang. Sensor infra merah yang diletakkan sebelum dan sesudah palang, yang berfungsi untuk membaca data apabila bus Transjakarta telah melewatinya. Setelah sensor infra merah membaca data tersebut, maka data itu akan dikirimkan melalui pemancar yang sebelumnya diproses dalam mikrokontroler AT89S52 dan kemudian akan menggerakan motor stepper untuk membuka dan menutup palang pada jalur bus Transjakarta tersebut. Proses diatas berulang ketika busway mendekati dan berhenti di shelter, sensor akan memberikan logika 0 untuk membuka dan akan tertutup kembali setelah 10 detik. Rx sinyal dari palang Mikrokontroler Tx sinyal ke gerbang Tx sinyal dari Shelter
46 Sensor Infra red Sebelum dan Sesudah gerbang Tx sinyal Ke Bus Rx sinyal Mikrokontroler Dari Bus Sensor infra red pada shelter IC ULN 2803 Motor Stepper palang Driver Relay Motor DC Motor DC shelter Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Keseluruhan Portal dan Pintu Shelter Otomatis Berdasarkan diagram blok seperti pada gambar 3.1, proses pengiriman data ini memakai metode half duplex dan terjadi dalam beberapa urutan kerja. Yang mana ketika bus Transjakarta datang, sensor infra merah yang terletak sebelum palang terdeteksi atau sejajar dengan sensor infra merah pada sisi depan bus Transjakarta, maka pemancar pada palang akan mengirim sinyal/data serial ke penerima pada bus Transjakarta, jika sinyal/data serial yang diterima oleh penerima pada bus Transjakarta sesuai dengan perintah dalam mikrokontroler AT89S52, maka pemancar pada bus transjakarta kembali mengirim data ke penerima pada palang
47 kemudian diproses dalam mikrokontroler AT89S52 untuk menggerakan motor stepper agar palang terbuka. Begitu pun sebaliknya, ketika bus Transjakarta telah melewati palang, sensor infra merah yang terletak setelah palang terdeteksi atau sejajar dengan sensor infra merah pada sisi belakang bus Transjakarta, maka pemancar pada palang akan mengirim sinyal/data serial ke penerima pada bus Transjakarta, jika sinyal/data serial yang diterima oleh penerima pada bus Transjakarta sesuai dengan perintah dalam mikrokontroler AT89S52, maka pemancar pada bus transjakarta kembali mengirim data ke penerima pada palang kemudian diproses dalam mikrokontroler AT89S52 untuk menggerakan motor stepper agar palang tertutup. Ketika busway menghampiri shelter sensor infra merah yang terletak pada shelter akan terdeteksi atau sejajar dengan sensor infra merah pada sisi depan bus Transjakarta, maka pemancar pada sisi shelter akan mengirim sinyal/data serial ke penerima pada bus Transjakarta,, maka pemancar pada bus transjakarta kembali mengirim data ke penerima pada shelter kemudian diproses dalam mikrokontroler AT89S52 untuk menggerakan motor DC agar pintu shelter terbuka, shelter akan tertutup setelah 10 detik sesuai dengan program yang telah dibuat di dalam mikrokontroler AT89S52 atau ketika bus bergerak meninggalkan shelter. Untuk lebih memahami proses yang terjadi maka sistem yang dirancang dapat dilihat pada Gambar 3.2
48 Gambar 3.2 Gambaran umum portal dan pintu shelter pada jalur busway 3.2 Mikrokontroler AT89S52 Komponen pemroses utama dalam modul yang digunakan adalah rangkaian minimum sistem mikrokontroler AT89S52. Rangkaian mikrokontroler ini merupakan pusat pengolahan data dan pusat pengendali komponen pada palang dan bus Transjakarta. Di dalam rangkaian mikrokontroler ini terdapat empat buah port yang digunakan untuk menampung input atau output data dan terhubung langsung oleh rangkaian rangkaian dari alat pengendali. Sistem mikrokontroler AT89S52 secara utuh dapat dilihat pada gambar 3.3. Rangkaian ini tersusun atas osilator kristal 11,0592 MHz yang berfungsi untuk membangkitkan pulsa internal dan dua buah kapasitor sebesar 33 pf. Kapasitor 10 uf berfungsi untuk rangkaian reset sebelum program yang terdapat pada mikrokontroller dijalankan. Pada alamat Port 0 terdapat delapan buah resistor sebesar 10k ohm yang berfungsi sebagai pull up pada port 0. Adapun pada tabel 3.1 menguraikan secara jelas tentang jalur koneksi antara pin-pin mikrokontroler dengan rangkaian-rangkaian pada palang otomatis.
49 Gambar 3.3 Rangkaian Minimum Sistem Mikrokontroller AT89S52 Gambar rangkaian minimum sistem mikrokontroler yang terhubung dengan rangkaian pada palang otomatis, dapat dilihat pada gambar rangkaian keseluruhan palang membuka dan menutup otomatis.
50 Tabel 3.1 Instalasi rangkaian Palang Otomatis Membuka dan Menutup dengan pin-pin mikrokontroler AT89S52 Rangkaian Pin Mikrokontroler Port mikrokontroler Fungsi sistem Pin no.1 P.1.0 Sensor buka palang Sensor Infra Pin no.2 P.1.1 Sensor tutup palang Merah Pin no.7 P.1.6 Sensor buka shelter Pin no.8 P.1.7 Sensor buka shelter IC ULN 2803 (Driver Motor STEPPER) Driver Relay Motor DC Pin no.21 P2.0 Pin no.22 P2.1 Pin no.23 P2.2 Pin no.24 P2.3 Pin no.3 P1.2 Pin no.4 P1.3 Aktuator Penggerak Palang Penggerak pintu Shelter Limit switch Bluetooth serial Port Pin no.5 P1.4 Batas tutup shelter Pin no.6 P1.5 Batas buka shelter Pin no.10 P3.0 (RX) Penerima data serial Pin no.11 P3.1 (TX) Pengirim data serial Catu daya Pin no.40 Pin no.20 Suplai tegangan
51 3.3 Sensor Infra Merah Gambar 3.4. Rangkaian Sensor infra red Rangkaian sensor infra red berfungsi untuk membuka dan menutup palang dan portal secara otomatis. Pada rangkaian ini terdapat photodioda yang berfungsi sebagai masukan untuk mikrokontroler. Seperti yang telah dijelaskan pada bab sebelumnya adalah rangkaian led infra red dan photodioda dapat bertindak sebagai saklar apabila photodioda mendapat cahaya dari led infra red. Apabila led infra red sejajar/terdeteksi dengan photodioda, maka photodioda akan memberikan logika 0 (low) dan apabila tidak sejajar/tidak terdeteksi photodioda akan memberikan logika 1 (high) untuk diberikan pada port mikrokontroller agar diproses lebih lanjut oleh program. 3.4 Rangkaian Penggerak Motor Stepper Rangkaian penggerak portal dan pintu otomatis membuka dan menutup ini terdiri dari Driver ULN 2803A dan Motor Stepper Unipolar. Untuk rangkaiannya ditunjukkan pada Gambar 3.5.
52 Gambar 3.5. Rangkaian Penggerak Portal dan Pintu shelter Busway Apabila masukan ULN 2803A berlogika 0 (low) maka keluarannya berlogika 1 (high), sehingga tidak ada arus yang mengalir pada lilitannya. Dan jika masukan ULN 2803A berlogika 1 (high) maka keluarannya berlogika 0 (low), sehingga ada arus yang mengalir pada lilitannya menuju ke ground. Dengan ketelitian 1.8 0 per langkahnya, maka pada saat pintu ingin membuka atau menutup, dibutuhkan ± 90 0. Karena terdapat 4 data masukan yang diberikan untuk menggerakkan palang otomatis membuka dan menutup, yaitu P2.0 sampai P2.3, maka batas maksimal pada langkah motor (step) adalah : 90 0 = 1.8 0 x Jumlah langkah
53 90 Jumlah langkah = 1.8 0 0 = 50 langkah (step). 3.5 Catu Daya Rangkaian catu daya berfungsi untuk meregulasi tegangan sumber ke semua sub bagian rangkaian. Dalam rangkaian ini terdapat 2 catu daya yang terletak pada bus Transjakarta dan pada sisi palang dan shelter. Pada perancangan alat ini rangkaian catu daya yang digunakan adalah catu daya dengan keluaran tegangan. Rangkaian catu daya mendapatkan sumber tegangan dari PLN sebesar 220 VAC. Tegangan 220 VAC ini kemudian diturunkan menjadi 9 VAC melalui trafo penurun tegangan, lalu disearahkan oleh dioda untuk mendapatkan tegangan searah kemudian difilter oleh kondensator 1000uF. Untuk mendapatkan tegangan 5V maka digunakan regulator 7805 yang berfungsi untuk menghasilkan tegangan 5V dengan stabil. Adapun rangkaian catu daya ditunjukan pada gambar 3.6 : Gambar 3.6. Skematik Rangkaian Catu Daya pada Palang
54 3.6. YS-1020UB RF Data Transceiver Perangkat yang digunakan sebagai perantara komunikasi wireless antara mikrokontroler yang terpasang pada bus Transjakarta dengan sisi portal dan shelter adalah YS-1020UB RF Data Transceiver. Frekuensi kerja dari pemancar diinginkankan bekerja pada frekuensi 433 MHz. Hal ini direncanakan untuk menghindari interferensi dengan pemancar-pemancar komersial yang telah ada pada range 88-108 MHz. YS-1020UB RF Data Transceiver memiliki 9 pin, namun pada perancangan sistem ini, hanya dibutuhkan 4 pin out saja. Pin yang dipakai adalah VSS, VIN, RX, dan TX. Skema instalasi antara pin out YS-1020UB RF Data Transceiver dengan port mikrokontroler. Seperti terlihat pada Gambar 3.2 adalah gambar Transceiver YS-1020UB. Gambar 3.7. Transceivier YS-1020UB Dimana Tranceivier ini memiliki daya pemancar kurang lebih dari 50mW untuk memancarkan sinyal gelombang. Selain itu untuk menempuh jarak pancar,
55 transceiver ini dapat menempuh jarak berkisar kurang lebih 0,8 km apabila antenna yang digunakan memiliki panjang antenna sekitar 2m di atas tanah dan tempat terbuka. Transceivier ini memiliki ukuran 47mm tanpa menggunakan antenna. Power supply yang dibutuhkan menggunakan tegangan DC 5volt atau 3,3 Volt. Tabel 3.2 Konfigurasi pin YS-1020UB RF Data Transceiver Nomor Pin Nama Pin Keterangan 1 GND Grounding of power supply 2 Vcc Power Supply DC 3 RXD Serial data receiving end 4 TXD Serial data transmitting end 5 DGND Digital grunding 6 A(TXD) A of RS-485 or TXD of RS-232 7 B(RXD) B of RS-485 or RXD of RS-232 8 Sleep Sleep control (input) 9 Test Ex-factory testing 3.7 Diagram Alir Program Dalam perancangan system portal dan pintu shelter otomatis, flowchart atau diagram alir dibuat untuk menggambarkan suatu sistem agar lebih mudah dimengerti. Flowchart terdiri atas simbol oval yang menyatakan bahwa suatu program mulai atau
56 berakhir, simbol kotak yang menyatakan proses, simbol diagonal yang menyatakan kondisi logika dan tanda panah yang menyatakan arah aliran program.
START Inisialisasi Serial Sensor 1 Membaca? N Sensor 2 N Membaca? Kirim Data Buka Palang Y Y Kirim Data Tutup Palang Tutup Pintu Shelter Y Sensor 3 Membaca? N Ada Pengiriman Data dari Bus? Kirim Data Buka Pintu Shelter Y Y Baca Data Terima Data Terima Buka Palang? N Tunggu 10 detik N Data Terima Tutup Palang? Bus Jalan? Buka Pintu Shelter Y Data Terima N Buka Pintu Shelter? N Gambar 3.8 Flow chart sisi portal & shelter N Y Y Buka Palang Tutup Palang Daya Listrik Masih Ada? N END 57 Y
Gambar 3.9. Flowchart pada Bagian Bus TransJakarta 58
59 Flowchart diatas menjelaskan alur membuka dan menutup portal secara otomatis. Hal pertama yang dilakukan adalah memulai program dengan ditandai perintah start, lalu inisialisasi serial yang digunakan untuk menyeting kecepatan serial (Baudrate). Pada saat bus Transjakarta datang, sensor 1 membaca aktif/terdeteksi, kemudian mengirim data buka portal ke bus transjakarta. Setelah bus Transjakarta menerima data, kemudian data tersebut dikirim kembali ke palang, apakah ada pengiriman data dari bus Transjakarta? Jika ya, baca data, jika data buka palang, maka motor stepper akan menggerakkan palang untuk terbuka. Setelah bus Transjakarta melewati palang, maka sensor 2 membaca aktif/terdeteksi, kemudian mengirim data tutup palang ke bus Transjakarta. Setelah bus Transjakarta menerima data, kemudian data tersebut dikirim kembali ke palang, apakah ada pengiriman data dari bus Transjakarta? Jika ya, baca data, jika data tutup palang, maka motor stepper akan menggerakkan palang untuk tertutup. Setelah itu bus Transjakarta datang menuju shelter, sensor 3 membaca aktif/terdeteksi, kemudian mengirim data buka pintu shelter ke bus transjakarta. Setelah bus Transjakarta menerima data, kemudian data tersebut dikirim kembali ke shelter, apakah ada pengiriman data dari bus Transjakarta? Jika ya, baca data, jika data buka pintu shelter, maka motor DC akan menggerakkan pintu shelter untuk terbuka. Setelah pintu shelter terbuka, apakah bus Transjakarta akan jalan/bergerak? Jika ya, maka motor DC akan menggerakan pintu shelter untuk tertutup, jika tidak motor DC diam / pintu akan tetap terbuka selama 10 detik kemudian motor DC akan menggerakan pintu shelter untuk tertutup kembali.