1

MENGATASI KEMACETAN LALULINTASPADA SIMPANG EMPAT YANG BERDEKATAN DENGAN

PINTU LINTASAN KERETA API MELALUI ALAT KONTROLTRAFFIC LIGTH BERBASIS MIKROKONTROLER

Ir. Sindak Hutauruk, MSEE1); Ir. Nobelius Gulo 2)

1) Dosen tetap Universitas HKBP NommensenJl. Karya Rakyat No. 29 G Sei Agul Medan; 061-6618342

sindak45@yahoo.com.sg2) Alumni Teknik Elektro Universitas HKBP Nommensen

ABSTRACT

Traffic arrangements with the traffic light at the intersection of fourroads intersecting railway track needs to be done in coordination with the setting ofopen-door lid Cross Railway tracks, this is done to avoid traffic congestion at theintersection of four roads especially during and after a few momentsRailway crossing highway. One of the cases raised in the study were at theintersection of four Prof. H. M. Yamin street with Gaharu Street . This problem canbe overcome by designing and making a microcontroller based devices thatcoordinate and regulate the traffic light with the lid open-doorRailway Path, sothat traffic congestion will not occur at the inter section of four. The design is doneby simulating in miniature, not done on the real situation.

Key Words : Traffic Light, Lintasan Kereta Api, Simpang Empat, Microkontroler.

1. PENDAHULUANTraffic Light memegang peranan yang sangat penting dalam menjaga

kelancaran lalu lintas terutama pada persimpangan jalan yang rawan dengankemacetan. Kadangkala walaupun sudah ada traffic light dipersimpangan jalan,tetapi masih sering terjadi kemacetan. Salah satu contoh, hal ini terjadi padapersimpangan jalan yang dekat dengan palang pintu lintasan KA. Setiap KA melintaspada jalan yang dekat dengan persimpangan jalan tersebut, maka akan terjadikemacetan kenderaan pada simpang empat tersebut. Kemacetan ini masih jugaberlangsung sampai beberapa menit setelah KA melintasi jalan tersebut, inidisebabkan karena banyaknya jumlah kenderaan yang telah menumpuk padasimpang empat tersebut, atau karena tidak adanya koordinasi antara kontrol trafficlight pada simpang empat dengan kontrol buka tutupnya palang pintu KA. Contoh

2

kasus adalah pada simpang empat Jl. Gaharu dan jalan Prof. Muhamad YaminMedan, seperi pada Gambar 1.Kemacaten lalulintas sering terjadi pada persimpangan Jalan Prof. H.M. Yamindengan Jalan Gaharu Medan, terutama pada saat lintasnya KA yang menuju ataumeninggalkan stasiun KA ditambah lagi seringnya terjadi pelangsiran pada lintasantersebut, hal ini terjadi karena Traffic light pada persimpangan Jalan Gaharu danJalan Prof. M. Yamin berjalan terus walaupun KA sedang melintasi pintu palangKerta Api. Sementara pintu palang KA tertutup, traffic light berjalan seperti biasa,sehingga mengakibatkan terjadinya akumulasi kenderaan di depan pintu palang KA,hal ini terjadi karena tidak ada koordinasi buka tutupnya pintu palang KA dengantraffic light.

Untuk mengatasi masalah tersebut dibuat suatu alat kontrol yangmengkoodinasikan sistem kontrol traffic light dengan buka tutupnya palang pintuKA, yang dalam hal ini dirancang alat control berbasis mikrokontroler dalam bentuksimulasi miniatur yang bekerja untuk mengambil alih kerja traffic light secaraotomatis saat KA akan atau sedang melintasi pintu lintasan KA. Perancangan alat inimengambil kasus simpang Jalan Gaharu dengan Jalan Prof. H.M. Yamin Medan. Halini bisa merupakan sumbangsih pemikiran dan ide untuk implementasi pada keadaanyang sebenarnya di lapangan.

Gambar 1. Denah Simpang Empat Jalan Gaharu – Jalan Prof. M. Yamin S.H.

Jl. GaharuJl. Jawa

Jl. Prof. M. Yamin

3

2. TINJAUAN PUSTAKA

2.A. MikrokontrolerMikrokontroler merupakan mikroprosesor yang dilengkapi dengan

komponen-komponen pendukung sehingga membentuk sebuah sistem yang dapatdiaplikasikan atau diimplementasikan untuk mengontrol peralatan-peralatan denganparameter kontrol yang banyak. Atau dapat dikatakan bahwa mikrokontroler inidapat menggantikan fungsi sebuah komputer untuk aplikasi tertentu. Mikrokontroleryang digunakan ini adalah AT89C2051 produksi Atmel yang mempunyai sistemmemori, timer, port serial dan 32 bit I/O sehingga sangat memungkinkan untukmembentuk suatu sistem yang hanya terdiri dari single chip saja. Dengan demikianakan memperkecil space dari hasil rancangan. Mikrokontroler ini mempunyai, 1,2,3 )

1. Empat buah Port 8 bit yang dapat di gunakan sebagai input atau output.Masing-masing pin pada setiap port dapat berdiri sendiri, artinya dapatdilakukan perubahan state hanya pada pin-pin tertentu.

2. RAM internal sebanyak 128 byte yang dapat digunakan untuk menyimpanvariabel atau data yang bersifat sementara

3. Special Function Register dengan kapasitas 128 byte yaitu memori yangberisi register-register yang mempunyai fungsi-fungsi khusus seperti timer,serial dan lain-lain.

4. Flash PEROM, memori yang digunakan untuk menyimpan instruksi-instruksidengan kapasitas 4 Kbyte..

5. LATCH pada setiap port, sehingga tidak perlu lagi dilakukan penambahanlatch pada setiap output port.

Konfigurasi pin pada IC mikrokontroler AT89C51 adalah seperti padaGambar 2. dengan jumlah pin 40 buah, pin–pin tersebut adalah sebagai berikut:

a. Pin 1 sampai dengan pin 8 adalah port input / output P1.0 sampai dengan P1.7.b. Pin 9 adalah Resetc. Pin 10 adalah port serial P3.0 berfungsi sebagai RXD (Receive Data).c. Pin 11 adalah port serial P3.1 berfungsi sebagai TXD (Transmitt Data).d. Pin 12 adalah port P3.2. atau pin INT0 berfungsi sebagai Interupsi Eksternal 0e. Pin 13 adalah Port P3.3. atau pin INT1 berfungsi sebagai Interupsi Eksternal 1f. Pin 14 adalah Port P3.4. atau pin T0 berfungsi sebagai port input untuk

Eksternal Timer 0g. Pin 15 adalah Port P3.5. atau pin T1 berfungsi sebagai port input untuk

Eksternal Timer 1h. Pin 16 adalah Port P3.6. berfungsi sebagai port Write Strobe untuk Memori

Data Eksternali. Pin 17 adalah Port P3.7. berfungsi sebagai port Read Strobe untuk Memori

Data Eksternalj. Pin 18 adalah pin XTAL.2. berfungsi sebagai port Input Oscillatork. Pin 19 adalah pin XTAL.1. berfungsi sebagai port Output Oscillator.

4

l. Pin 20 adalah pin GND. (ground).m. Pin 21 sampai dengan pin 28 adalah pin port Input / Output P2.0 sampai

dengan P2.7.n. Pin 29 adalan pin PSEN yaitu pin yang akan berfungsi pada saat mengakses

program yang terletak pada memori eksternal.o. Pin 30 adalah pin ALE/P berfungsi sebagai Address Latch Enable yang akan

aktif pada saat mengakses memori eksternal.p. Pin 31 adalah pin EA/VP yaitu pin yang jika pada kondisi high maka akan

berfungsi untuk menjalankan program yang ada pada memori internal,sedangkan pada kondisi low maka mikrokontroler akan mejalankan programyang ada pada memori eksternal setelah sistem direset.

q. Pin 32 sampai dengan pin 39 adalah pin port Input / Output P0.7 sampaidengan P0.0.

r. Pin 40 adalah pin Vcc.

123456789

1011121314151617181920

2122232425262728293031323334353637383940

p1.0

p1.1

p1.2

p1.3

p1.4

p1.5

p1.6

p1.7

RESET

RXD

TXD

INT0

INT1

T0

T1

WR

RD

XTAL2

XTAL1

GND

p2.0

p2.1

p2.2

p2.3

p2.4

p2.5

p2.6

p2.7

PSEN

ALE/P

EA/VP

P0.7

P0.6

P0.5

P0.4

P0.3

P0.2

P0.1

P0.0

VCC

A

T

8

9

C

5

1

Gambar 2. Konfigurasi Pin pada Mikrokontroler AT89C51

Untuk mengakses lokasi memori maka diperlukan pengalamatan, baik untukpembacaan ataupun penulisan. Cara untuk mengakses lokasi memori dapatdigolongkan ke dalam beberapa kelompok pengalamatan antara lain 2) :

1. Pengalamatan Langsung (Direct Addressing)Mengakses sebuah lokasi memori secara langsung dengan menggunakanalamatnya, contoh : MOV A, 47h : Isi dari alamat 47h akan langsungdipindahkan ke akumulator.

5

2. Pengalamatan Tidak Langsung (Indirect Addressing)Mengakses sebuah lokasi memori secara tidak langsung, contoh : MOV A,@R0, misalkan Ro berisi 35h dan alamat 35h berisi 60h. Pada saat instruksitersebut diproses, CPU akan memeriksa isi R0. karena R0 berisi 35h, makaCPU akan mengambil isi dari alamat 35h tersebut kemudian diisikan keakumulator. Di akhir proses akumulator akan menyimpan nilai 60h.

3. Pengalamatan Register (Register Addressing)Mengkases memori dengan label antara R0 hingga R7, contoh : MOV A, R1 :nilai pada alamat Register R1 (001) akan diisi ke akumulator.

4. Pengalamatan Segera (Immediate Addressing)Mengisi suatu alamat memori dengan suatu nilai tertentu, contoh : MOV A,#30h : nilai 30h akan langsung diisikan ke akumulator.

5. Pengalamatan Terindeks (Indexed Addressing)Mengakses suatu alamat dengan menggunakan indeks dan register basis(berupa DPTR atau PC). Instruksi yang menggunakan indexed addressingadalah MOVC A, @A+<register basis> dan JMP @A+DPTR, contoh : MOVCA, @A+DPTR : misalkan DPTR bernilai 1000h, Akumulator bernilai 2h, danalamat 1002h menyimpan nilai FFh. Saat instruksi tersebut diproses, CPU akanmengambil data pada alamat 1002h (1000h + 2h) dan mengisikannya keakumulator. Di akhir proses, akumulator akan menyimpan nilai FFh.

2.A.1. Kode – Kode Instruksi Yang DigunakanSeperangkat instruksi merupakan perangkat lunak yang disusun menjadi

sebuah program untuk memerintahkan komputer melakukan suatu pekerjaan. Sebuahinstruksi selalu berisi kode pengoperasian ( Op-Code ), kode pengoperasian inilahyang disebut dengan bahasa mesin yang dapat dimengerti oleh mikrokontroler.

Instruksi – instruksi yang digunakan dalam memprogram suatu programyang diisi pada IC AT89C51 adalah instruksi bahasa pemrograman assemblerMCS51.

2.A.1.1 Instruksi Transfer DataInstruksi transfer data adalah instruksi pemindahan/pertukaran data antara

operand sumber dengan tujuan. Operandnya dapat berupa register, memori ataulokasi suatu memori. Instruksi transfer data terbagi menjadi dua kelas operasi,sebagai berikut:

a. Transfer Bersifat Umum ( General Purpose Transfer ), yaitu : MOV, PUSH,dan POP.

b. Transfer Spesifik Akumulator ( Akumulator Specifik Transfer ), yaitu : XCH,XCHD, dan MOVC.

6

2.A.1.2 Instruksi AritmatikOperand dasar aritmatik seperti penjumlahan, pengurangan, perkalian dan

pembagian dimiliki oleh AT89C51 dengan mnemonik : INC, ADD, ADDC, DA,SUBB, DEC, MUL, dan DIV.

2.A.1.3 Instruksi LogikaMikrokontroller AT89C51 dengan pembacaan operasi logika bit maupun

operasi logika byte. Operasi logika tersebut dibagi atas dua bagian yaitu :1. Operasi logika tunggal, yang terdiri dari : CLR, SETB, CPL, RL, RLC, RR,

RRC, dan SWAB.2. Operasi logika dua operand seperti : Anl, ORL, dan XRL.

2.A.1.4 Instruksi Transfer KendaliInstruksi transfer kendali (control transfer) terdiri dari tiga kelas operasi

yaitu:1. Lompatan tak bersyarat ( Unconditional ), seperti : ACALL, AJMP, LJMP,

SIMP, JMP, @A+DPTR.2. Lompatan bersyarat ( Conditional jump ), seperti : JZ, JNZ, JB, CJNE, dan

DJNZ.3. Interupsi seperti RETI dan RET.

2.A.2 InterupsiMikrokontroler AT89C51 menyediakan 4 sumber interupsi : 2 interupsi

eksternal dan 2 interupsi timer. Interupsi eksternal INT0 dan INT1 dalam TCON(Timer Control). Flag yang menghasilkan interupsi ini adalah bit dalam IE0 dan IE1dari TCON.

Apabila mikrokontroller AT89C51 sedang melaksanakan suatu program,program tersebut dapat dihentikan untuk sementara dengan meminta interupsi.Apabila mikrokontroler ini mendapat permintaan interupsi, maka ia akanmelaksanakan rutin pelaksanaan interupsi mulai dari alamat interupsi tersebut selesaidilaksanakan, maka akan kembali kepelaksanaan program sebelum terjadinyainterupsi.

2.A.3 Port SerialPort serial pada AT89C51 digunakan untuk komunikasi data serial yang

bersifat full duplex dengan menggunakan register geser (shift register). Serial portdapat dioperasikan dalam empat mode seperti ditunjukkan pada Tabel 1. berikut:

7

Tabel 1. Pemilihan Mode Operasi Serial Port 4)

SM0 SM1 Mode Operasi Baud Rate

0 0 0 Shift register 1/12 x f osc

0 1 1 8 bit UART32)1256(12 xTHx

oscf

1 0 2 9 bit UART 1/32 x f osc

1 1 3 9 bit UART32)1256(12 xTHx

oscf

2.B. Stepper motorStepper motor merupakan suatu alat yang operasinya berdasarkan pulsa

yang diterimanya dari suatu rangkaian pulsa (train of pulse), respon yang diberikanmotor berupa4) :

1. Putaran poros motor sebesar sudut tertentu dari posisi awalnya, baik searahjarum jam maupun berlawanan arah jarum jam

2. Putaran poros motor dengan kecepatan tertentu dalam arah jarum jamataupun berlawanan arah jarum jam.

Dalam hal di atas, jumlah pulsa dari suatu rangkaian pulsa (driver motor)akan menentukan besarnya perubahan posisi sudut dari poros motornya, sedangkanfrekuensi pulsanya akan menentukan kecepatan putarannya. Stepper motormempunyai 2 bagian yang utama yaitu rotor dan stator, dengan 2, 3, atau 4 fasekumparan yang terdistribusi secara beragam dalam slot-slot pada statornya.Konstruksi rotor dari stepper motor dapat berupa:

a. kutub yang menonjol tanpa eksitasi (unexcited salient pole)b. kutub yang menonjol dan mendapatkan eksitasi dari magnet permanent

(permanent magnet excited salient pole)

Jumlah kutub pada stator dan rotor tergantung dari besarnya putaran yangdiinginkan per pulsa input (besarnya perubahan posisi sudut per pulsa input).Rangkaian pulsa sebagai input dari stepper motor biasanya dihasilkan oleh suaturangkaian pengendali logika (logic control) atau dengan perangkat lunak programkomputer, atau kombinasi keduanya.

Selanjutnya rangkaian pulsa tersebut digunakan untuk mengeksitasikumparan pada stator secara bergantian dalam mode yang telah ditentukan sesuaidengan arah putaran yang dikehendaki.

8

2.B.1. Konstruksi Stepper motor Empat (4) FasePada Gambar 3. dapat dilihat konstruksi sebuah stepper motor yang

mempunyai empat fase.

Na

Nc

NbNdN

S

Gambar 3. Konstruksi Stepper motor 4 Fase

Prinsip kerja dari konstruksi di atas adalah, apabila arus listrik diberikanpada suatu induktor dari satu arah, maka pada ujung inti besinya akan timbul gayagerak listrik. Apabila induktor Na dieksitasi maka akan timbul kutub selatan ataukutub utara, tergantung pada arah arus yang dilewatkan pada ujung yang menghadappada rotor. Jika hanya induktor Na yang dieksitasi dan ujungnya memiliki kutubutara maka rotor akan searah atau segaris dengan Na seperti pada Gambar 3.

Rotor akan tetap pada posisi ini selama kumparan pada kutub yang samadiberi catu daya. Keadaan ini disebut sebagai suatu posisi keseimbangan yang stabildan mewakili satu langkah penuh stepper motor. Begitu juga jika hanya induktor Nbyang dieksitasi dan ujungnya memiliki kutub utara maka rotor akan bergerak 90derajat searah putaran jarum jam dan berada pada posisi segaris dengan Nb.

Untuk memperkecil besar sudut pergeseran stepper motor, dapat dilakukandengan mengeksitasi dua induktor yang berdekatan atau bersebelahan secaraserempak. Ini diterapkan karena diantara dua posisi langkah penuh dapat diperolehsuatu posisi langkah. Jika parameter-parameter kumparan pada kedua fase identikdan tegangan eksitasi pada kedua kutub sama, posisi langkah baru akan berada tepatdipertengahan antara dua posisi langkah penuh.

Misalkan Na dieksitasi, maka rotor berada pada posisi segaris dengan Na.Kemudian Na dan Nb dieksitasi secara serempak maka rotor akan berputar 45 derajatsearah dengan perputaran jarum jam dan berada dipertengahan antara Na dan Nbseperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. di bawah ini :

9

MukrokontrolerAT89C51

Stepper

motor

MotorDriver

Na

Nc

NbNd S

N

Gambar 4. Konstruksi Stepper motor, Rotor berada diantara Na dan Nb

2.B.2. Pengontrolan Gerak Stepper motorStepper motor tidak dapat dengan mudah merespon sinyal pulsa, hal ini

dikarenakan pada stepper motor terdapat beberapa kumparan yang akan diberikanmasukan daya yang benar supaya dapat berputar sesuai dengan urutan yangdiinginkan. Instruksi yang terbalik dapat menyebabkan motor berputar berlawananarah dengan yang diinginkan. Jika sinyal yang dikirim tidak sesuai dengan yangseharusnya, maka rotor tidak akan berputar dan terdengar bunyi berdengung, ataudapat berputar tetapi terputus-putus dan berat.

Untuk menggerakkan motor diperlukan rangkaian driver motor yang akanmemberikan arus yang cukup kepada motor sehingga motor dapat bergerak.Translator adalah alat yang memberikan instruksi berupa sinyal pulsa kepada drivermotor sehingga gerak stepper motor dapat melakukan putaran ke kiri atau ke kanan.Translator dalam rancangan alat ini adalah mikrokontroler AT89C51. Hubunganstepper motor dengan translator seperti ditunjukkan pada Gambar 5.

Gambar 5. Hubungan Mikrokontroler dengan Stepper motor

2.B.2.1. Putaran Ke KananUntuk menggerakkan putaran motor searah jarum jam, maka kutub yang

dieksitasi harus berurutan (Gambar 6), dimulai dari Na, Nb, Nc, Nd, sehingga rotor

10

pada stepper motor akan berputar mengikuti setiap instruksi yang diberikan denganarah putaran rotor searah jarum jam.

Na

Nb

Nc

Nd

Gambar 6. Urutan Pulsa yang diberikan agar Putaran Motor searah JarumJam

2.B.2.2. Putaran ke KiriUntuk menggerakkan putaran motor berlawanan arah jarum jam atau ke

kiri, maka kutub yang dieksitasi adalah kebalikan dari putaran motor ke kanan.Eksitasi ini dimulai dari Na, Nd, Nc, Nb, sehingga motor stepeper akan bergerakmengikuti arah pulsa yang diberikan berlawanan dengan putaran arah jarum jam.Urutan sinyal untuk memutar rotor berlawanan dengan arah perputaran jarum jamadalah seperti pada Gambar 7.

Na

Nb

Nc

Nd

Gambar 7. Urutan Pulsa untuk Putaran Motor Berlawan Arah Jarum Jam

II.3. Sensor Infra MerahSensor adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi suatu besaran dan

merupakan salah satu jenis transduser yang digunakan untuk mengubah besaranmekanis, magnetis, panas dan sinar menjadi tegangan dan arus listrik. Pada

Langkah 1 Langkah 2 Langkah 3 Langkah 4

Langkah 1 Langkah 2Langkah 3Langkah 4

11

perancangan ini sensor infra merah yang digunakan adalah LED pada pemancar danFoto dioda pada penerima5).

II.3.1. Dioda Pemancar Cahaya (LED)Dioda pemancar cahaya (LED) adalah dioda semikonduktor yang khusus

dirancang untuk memancarkan cahaya apabila dialiri arus. Apabila diberikan biasmaju, energi elektron yang mengalir melewati tahanan sambungan, akan diubahlangsung menjadi energi cahaya. Karena LED adalah jenis dioda, maka arus hanyaakan mengalir apabila LED dihubungkan dengan bias maju. Arus yang dapatdialirkan pada LED5) adalah sekitar 150 mA sampai dengan 300 mA.

II.3.2. FotodiodaFotodioda adalah suatu alat yang dibuat untuk bekerja berdasarkan cahaya

yang diterimanya. Pada dioda ini, sebuah jendela memungkinkan cahaya untukmasuk melalui pembungkus dan mengenai persambungannya. Makin kuatcahayanya, makin banyak jumlah pembawa minoritas dan makin besar arus baliknya.Pada Gambar 8. adalah gambar rangkaian yang bila fotodioda dikenakan cahayamaka arus akan mengalir pada loop rangkaian tersebut5).

.

R

V

Gambar 8. Rangkaian Fotodioda

3. METODOLOGI PENELITIAN

Secara keseluruhan, perancangan alat ini dibagi dalam tiga bagian utamayaitu :1. Sistem mikrokontroler yang terdiri dari :

a. Perangkat Kerasb. Perangkat Lunak

2. Rangkaian Driver dan Penguat3. Sensor dan Stepper Motor

Perancangan alat ini dimulai dari merancang diagram blok keseluruhan sistem. Padadiagram blok ini dapat dilihat secara umum fungsi alat, dimana sensor berfungsimendeteksi KA yang akan melintas kemudian driver stepper motor berfungsi untukmenggerakkan stepper motor, driver lampu berfungsi sebagai switch. Lampuberfungsi untuk memperlihatkan fase yang akan terjadi di persimpangan jalan, serta

12

buzzer berfungsi sebagai tanda akan adanya KA yang akan melintas, danmikrokontroller AT89C51 berfungsi untuk menyimpan dan menjalankan semuaprogram yang akan digunakan, sehingga sistem dapat berfungsi. Diagram blokrancangan alat seperti pada Gambar 9.

Gambar 9. Diagram Blok Rancangan Alat

A

T

8

9

C

5

1

Driver

Stepper motor 2Sensor 1

Sensor 2

Traffic Light

Stepper motor 1

Rangk. Buzzer

Penguat

A B C D E F G H I

Driver

Driver

Palang Pintu K.A.

13

Gambaran persimpangan jalan dan posisi lampu, stepper motor, sensor danpalang pintu KA pada minitaur yang dirancang seperti pada Gambar 10.

Jl. HM. Yamin

Gambar 10. Persimpangan Jalan, Posisi sensor, Stepper motor, Dan Palang Pintu

Apabila KA melewati sensor 1 / sensor 2, maka sensor 1 / sensor 2 akanmemberi input kepada mikrokontroler, selanjutnya mikrokontroler akanmengaktifkan driver stepper motor sehingga stepper motor akan berputar, akibatnyapalang pintu akan tertutup mengikuti gerakan putaran stepper motor sejauh 90derajat. Pada saat yang bersamaan mikrokontroler juga akan mengaktifkan driverlampu sehingga kondisi seluruh lampu pada persimpangan jalan berada pada fasemerah. Selanjutnya, begitu KA telah melewati sensor 2 / sensor 1, maka ini akanmemberikan input kembali kepada mikrokontroler untuk kembali kekeadaan semuladimana stepper motor akan berputar berlawanan arah dengan arah perputaranpertama sejauh 90 derajat, sehingga palang pintu akan terbuka kembali dan kondisi

A B

C

D

EF

GH

I

M2M1

Jl. GaharuJl. Jawa

Sensor 1

Tx z.2

Rx z.2

Tx z.1

Rx z.1Rx y.2 Rx y.1

Tx y.2 Tx y.1

Sensor 2

Palang 1 Palang 2

Rel Kereta Api

14

lampu pada persimpangan jalan akan kembali kefase pertama. Kondisi-kondisi inidapat kita lihat pada Tabel 2, dimana KA diasumsikan melintasi sensor 1 menujusensor 2.

Tabel 2, Kondisi Sensor, Stepper motor, dan Traffic Light padaSistem Sesaat

Sebelum dan Sesudah Kereta Api melintasi Sensor 1 MenujuSensor 2

No KeadaanSensor 1 Sensor 2

Motorstepper

Traffic Light

Rxz.1 Rxz.2 Rxy.1 Rxy.2 M1 M2 A=B=C

D=E=F=G=H=I

1 Normal (t1) OFF OFF OFF OFF OFF OFF Hijau Merah

2 Normal (t2) OFF OFF OFF OFF OFF OFF Kuning Merah

3 Normal (t3) OFF OFF OFF OFF OFF OFF Merah Hijau

4 Normal (t4) OFF OFF OFF OFF OFF OFF Merah Kuning

5 Lintas KA (t1) ON OFF OFF OFF OFF OFF X X

6 Lintas KA (t2) ON ON OFF OFF ON ON Merah Merah

7 Lintas KA (t3) ON ON ON OFF ON ON Merah Merah

8 Lintas KA (t4) ON ON ON ON ON ON Merah Merah

9 Lintas KA (t5) OFF ON ON ON ON ON Merah Merah

10 Lintas KA (t6) OFF OFF ON ON ON ON Merah Merah

11 Lintas KA (t7) OFF OFF OFF ON OFF OFF Merah Merah

12 Normal (t1) OFF OFF OFF OFF OFF OFF Hijau Merah

4. HASIL DAN PEMBAHANSAN

4.1. Rangkaian MikrokontollerRangkaian Mikrokontroler AT89C51 pada sistem pengendalian Traffic

Light ini bekerja berdasarkan program yang disimpan pada flash PEROM(Programmable and Erasable Read Only Memory), yang berkapasitas 4 Kilobytedan RAM (Read Access Memory) sebesar 128 Byte yang digunakan untukmenyimpan data sementara. Sistem minimum mikrokontroler AT89C51 yangdigunakan pada perancangan ini seperti pada Gambar 11. Pada rangkaian inikapasitor 10 μF dan Resistor 10 KΩ dipakai untuk membentuk rangkaian Reset,sehingga dengan adanya rangkaian ini, maka mikrokontroller AT89C51 secaraotomatis akan direset begitu rangkaian menerima catu daya. Untuk memproses datayang diterima, tidak perlu disediakan rangkaian khusus untuk membangkitkan clock,karena mikrokontrokller AT89C51 mempunyai Osilator 12 Mhz dengan clock yangdapat dihasilkan sebesar 1/12 x fosc = 1/12 x 12 Mhz = 1 Mhz.

Mikrokontroler juga mempunyai Flash PEROM sehingga tidak diperlukanROM eksternal karena ROM yang tersedia cukup untuk menampung program

15

aplikasi yang dibuat. Keluaran dari rangkaian mikrokontroler AT89C51 inidigunakan untuk mengaktifkan driver yang selanjutnya akan menggerakkan steppermotor, traffic light, dan palang pintu KA sesuai dengan kondisi yang telahditentukan.

Gambar 11. Rangkaian Minimum Mikrokontroller AT89C51

4.2. Rangkaian Sensor Infra MerahSensor infra merah digunakan untuk mendeteksi lewatnya KA, dipasang

ditepi rel KA. Pada perancangan ini sensor yang digunakan terdiri dari dua pasangditiap titik (sebelah sisi kiri dan kanan dari palang KA), jarak pemasangannya ditiaptitik tidak melebihi panjang satu gerbong KA.

4.3. Rangkaian Pemancar Infra MerahLED infra merah digunakan sebagai pemancar (Gambar 12) karena

pancaran cahaya dan lintasannya berupa garis lurus yang dapat diarahkan kesatutitik. LED infra merah akan memancarkan sinar infra merah bila dibias maju(forward bias). Tahanan R (330 Ω) untuk membatasi arus yang mengalir ke LED

30 pF

Ground

30 pF

Sensor z1Sensor y1

Sensor y2Sensor z2

10 KΩ

10 μF

Vcc

P0.0P0.1P0.2

12 MHz

A

T

89

C

5

1

P3.2

Buzzer

P3.3

P2.4

P2.5

P2.6

P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7

P2.7

16

agar LED tidak rusak Dioda IR memerlukan arus sebesar ± 15 mA untuk dapatmemancarkan sinar infra merah. Agar diperoleh arus sebesar 15 mA makaresistansi R dibuat sebesar 330 Ω, ini diperoleh dari hasil perhitungan berikut:

R

VI =

330

5= 15,15 mA

Gambar 12. Rangkaian LED Dibias Maju

4.4. Rangkaian Penerima Infra MerahPenerima infra merah menggunakan fotodioda sebagai sensor cahaya karena

fotodioda mampu melakukan ON/OFF dengan relatif cepat dalam nanodetik karenaFotodioda mempunyai arus output dalam orde mikroampere (μA). Arus yang terjadipada rangkaian penerima infra merah sangat kecil maka dibutuhkan rangkaianpenguat agar arus yang masuk pada port mikrokontroler dapat diterima. Rangkaianpenerima infra merah seperti pada Gambar 13.

Gambar 13. Rangkaian Penerima Infra Merah

Pada saat fotodioda menerima sinar infra merah, maka arus mengalir padabasis, sehingga transistor akan ON, yang selanjutnya mengaktifkan transistor A733,

A733

10 KΩ330 Ω

1 KΩ5 KΩ

C9455 KΩ

10 KΩ

Rx IR

LED

5 Volt

330Ω

Tx IR

5 Volt

17

sehingga LED akan hidup. Pada saat fotodioda tidak menerima sinar infra merah,maka semua transistor akan OFF, karena impedansi fotodioda akan naik sehinggaarus tidak dapat melewati rangkaian. Dalam keadaan ini tegangan keluaran darifotodioda adalah 0 Volt, yang akan memberikan umpan sinyal ke portmikrokontroler (dibuat bekerja aktif low).

4.5. Hubungan Pemancar LED Infra Merah dengan Fotodioda sebagaiPenerima.

Sensor pemancar dan penerima dipadukan agar dapat mendeteksi adanya KAyang melintas sensor yang ditandai dengan tidak diterimanya sinyal dari LED olehfotodioda (Gambar 14). Perubahan ini akan diterima sebagai input olehmikrokontroller AT89C51 dan kemudian memprosesnya untuk mengaktifkan sistem.

Gambar 14. Hubungan Kedua Sensor

Bila sensor medeteksi adanya KA yang melintas, akan merupakan interupsieksternal terhadap mikrokontroller AT89C51.

4.6. Rangkaian Driver Stepper MotorPada perancangan ini stepper motor digunakan untuk menurunkan dan

menaikkan palang pintu KA, pada saat KA akan lewat maupun sesaat setelah KAlewat, motor harus bergerak 90 derajat maju untuk menutup palang pintu KA dan 90derajat mundur untuk membuka palang pintu KA.

Berarti pergerakan stepper motor untuk dapat melakukan perputaran 90derajat harus bergerak 90/1,8 derajat = 50 step. Motor ini mempunyai 200 step persatu putaran artinya setiap step = 360/200 = 1,8 derajat. Rangkaian driver steppermotor pada gambar 15. (Agfianto Eko Putra, 2002).

Vcc

A733

10 KΩ330 Ω

1 KΩ5 KΩ

C9455 KΩ

10 KΩ

Rx IR330Ω

Tx IR

Vcc

LED

18

Gambar 15. Rangkaian Driver Stepper Motor

Pergerakan stepper motor untuk putaran ke kanan dan ke kiri padaperancangan ini dapat dilakukan dengan memberikan susunan bit pada inputnyaseperti pada Tabel 3.a. dan Tabel 3.b.

Tabel 3.a. Arah Putaran Ke Kanan

A B C D Bergerak1 0 0 0 1 step

0 1 0 0 1 step

0 0 1 0 1 step

0 0 0 1 1 step

Tabel 3.b. Arah Putaran Ke Kiri

A B C D Bergerak1 0 0 0 1 step

0 0 0 1 1 step

0 0 1 0 1 step

0 1 0 0 1 step

Stepper motor yang digunakan 2 buah karena ada dua palang pintu KA yangdigunakan, satu sebelah kiri dan satu lagi sebelah kanan. Motor 1 dihubungkan

5 KΩ

5 KΩ

5 KΩ

5 KΩ

C945

C945

C945

C945

Vcc

A

B

C

D

19

paralel dengan Motor 2, artinya pergerakannya akan sama, tetapi mekanismepemasangan motor 1 terbalik dari motor 2, yang gunanya agar pergerakan keduapalang pintu itu berlawanan arah satu sama lainnya.4.7. Rangkaian Lampu (Traffic Light)

Lampu merah, kuning, hijau pada perancangan ini digunakan untukmemperlihatkan fase-fase pada persimpangan jalan yang akan dilalui olehkendaraan, demikian juga untuk memperlihatkan fase yang akan terjadi disaat KAmelintas maupun sesaat setelah KA lewat, yang bekerja pada tegangan 5 Volt(Gambar 16).

Gambar 16. Rangkaian LampuArus pada basis akan menyebabkan transistor ON dan selanjutnya lampu

akan menyala. Resistor 100 Ω berfungsi untuk membatasi arus yang akan masuk kelampu sehingga arus yang mengalir pada lampu tidak akan merusak lampu.

Fase-fase lampu yang terjadi pada persimpangan jalan, pada keadaannormal atau sebelum KA lewat, dapat kita lihat seperti pada Tabel 4.

Tabel 4. Fase-Fase Lampu di Persimpangan pada keadaan Normal

FaseJl. HM.Yamin Jl. Gaharu Jl. Jawa

Lama FaseM1 K1 H1 M2 K2 H2 M3 K3 H3

1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 50 detik

2 1 0 0 0 1 0 0 1 0 3 detik

3 0 0 1 1 0 0 1 0 0 50 detik

4 0 1 0 1 0 0 1 0 0 3 detik

Dari Tabel 4. dapat dilihat bahwa kondisi serta lama fase di Jl. Gaharu danJl. Jawa sama, maka pemasangan rangkaian Traffic Light kedua jalan ini dipasangsecara paralel.

C45

100 Ω

10 KΩ

Lampu

5 Volt

20

4.8. Rangkaian BuzzerBuzzer pada perancangan ini berfungsi sebagai peringatan bunyi kepada

pengguna jalan yang menandakan akan adanya KA yang lewat (Gambar 17).

Gambar 17. Rangkaian Buzzer

Pada saat arus masuk ke basis menuju emiter maka transistor C945 akanON sehingga buzzer akan bunyi. Resistor 100 Ω berfungsi untuk membatasi arusyang masuk, sehingga buzzer tidak mudah rusak.

4.9. Flow Chart SistemProses kerja alat secara keseluruhan digambarkan dengan flow chart sistem

seperti pada Gambar 18.

10 KΩC945

100 Ω 13,8 Volt

Ground

Buzzer

21

Gambar 18. Flow chart Sistem Secara Keseluruhan

Hidupkan Lampu Merah Di

Persimpangan JalanHidupkan Lampu Merah Di

Rel Kereta ApiTurunkan Palang PintuKereta Api

Hidupkan Buzzer

SensorZ1 Lepas

Ya

Tidak

Ya

Ya

Tidak

Normal ?

Tidak

Sensor

Y2

AktifSensor Y1Aktif

Mulai

Ya

Kereta Api

Dari kanan kekiri

Hidupkan Lampu Merah Di

Persimpangan JalanHidupkan Lampu Merah Di

Rel Kereta Api

Turunkan Palang PintuKereta Api

Hidupkan Buzzer

Sensor Y2

Lepas

Ya

Tidak

Ya

TidakYa

TidakSensorZ1 Aktif

Sensor

Z2 Aktif

Tidak

YaTidak

22

5. KESIMPULANSetelah dilakukannya pengamatan dari haril rancangan dan pengujian alat,

maka diperoleh beberapa kesimpulan berikut :1. Rancangan simulasi sistem kontrol traffic light berbasis mikrokontroler

AT89C51 berjalan dengan baik sesuai dengan yang diharapkan.2. Mikrokontroler AT89C51 mampu diaplikasikan untuk kasus simpang empat

yang memotong pintu lintasan KA tanpa diperlukan RAM eksternal maupunROM eksternal.

3. Mikrokontroller AT89C51 mampu diaplikasikan untuk kontrol traffic lightdengan kasus lain yang berbeda.

4. Sensor yang digunakan pada sistem ini sudah cukup baik untuk simulasi dalambentuk miniatur, tetapi akan kurang baik jika digunakan pada implementasi yangsebenarnya

DAFTAR PUSTAKA

Agfianto Eko Putra, 2002, Belajar Mikrokontroler AT89C51/52/55 (teori danaplikasi), Gajah Mada, Yogyakarta.

Danny Christanto, S.T., dan Kris Pusporini, S.T., M.T., 2004 , Panduan DasarMikrokontroler Keluarga MCS51, Innovative Electronics, Surabaya.http://www. Atmel.com, 12 Agustus 2004, 10 WIB, Product

Paulus Andi Nalwan, 2003, Teknik Antarmuka dan Pemrograman MikrokontrolerAT89C51, PT. Elex Media Komputindo, Jakarta

Sinclair Ian R., 1992, Sensor and Transducers, Aguide for Technicians, SecondEdition, Newnes

Tokheim, Roger L., 1985, Digital Electronics, McGraw-Hill Book company.