palang pintu kereta otomatis dengan indikator suara

PALANG PINTU KERETA OTOMATIS DENGAN INDIKATORSUARA SEBAGAI PERINGATAN DINt BERBASIS

MIKROKONTROLER AT89S51

1Firmansyah, 2Muhammad Subali, 30yah Nur'ainingsih

123Teknik Elektro Universitas Gunadarma1virtual [email protected], [email protected], [email protected]

AbstractThis automatic rai/way barrier door is made of two phototransistor sensors andcontrolleel by microcontroller A TB9S51. The sensor will detect the train, if there is atrain that will cross then the railway barrier door is closed. The door will open afterthe train cross the roadway streak and detected by the second sensor. This deviceis built for one railway lane with two ways. As an early detector this device iscompleted with indicators like voice, buzzer, the train direction, and hazard led.With this automatic rai/way barrier door, the number of accident on railway crossingcan be decrease.

peraturan lalu lintas ketika berada diperlinlasan kerela.

Keywords: sensor, stepper motor, railway barrier, voice recorder.

AbstraksiPalang pintu kereta otomatis ini dibuat dengan menggunal:an dua buah sensorfototransistor dan dikendalikan dengan mikrokontroller AT89S51. Sensor tersebutakan mendeteksi adanya kereta, jika ada kereta yang akan melintas maka palangpintu per/intasan kereta akan menutup. Pintu akan membuka setelah keretamelewati perlintasan jalan dan kereta terdeteksi oleh sensor yang kedua. Rancangbangun alat ini untuk satu jalur kereta dengan dua arah. Sebagai pendeteksi dinia/at ini di/engkapi dengan indikator berupa suere, buzzer,arah datang kereta danled hazard. Denqsn adanya palang pintu perlintasan kerela aloma tis ini tingkatkecelakaan pada perlintasan kereta dengan ja/an raya dapat berkurang.

Kata Kuncl : sensor, motor stepper, palang pintu, rekaman suara.

PENDAHULUANKila serinqkali melihat dan

mendengar berita tentang kecelakaanlalu lintas di jalan raya. Salah salukecelakaan yang sering terjadi adalahkecelakaan pad a perlintasan keretadengan jalan raya dimana tidak adapalang pintu perlintasan kereta.Penyebab lain adalah karena tidakberfungsinya palang pintu perlintasankereta. Keterlambatan operator menutuppalang pintu juga akan berakibat burukdan membahayakan pengguna jalanraya. Selain itu kecelakaan padaperlintasan kereta juga disebabkankarena pengguna jalan raya tidak taat

FirmansyaIJ, Pa/ang Pintu ...

TINJAUAN PUSTAKASensor fototransistor

Pada perancangan alat digunakankomponen optoelektronika, yaitufototransistor, yang berfungsi sebagaipendeteksi atau sensor, seperti terlihatpada .Gambar 1. Fototransistor yangdigunakan pada ranqkaian ini adalahjenis transistor bipolar NPN dengansambungan kolektor-basis PN yangpeka cahaya.

1

: ,

Gambar 1. Rangkaian Fototransistor

Fototransistor yang ada terdiridari tipe yang memiliki dua kaki atau tigakakl, Pad a fototransistor tipe tiga kaki,kaki yang terhubung ke rangkaianadalah kaki kolektor dan emitor,sedangkan kaki basis tidak terhubung.Sedangkan untuk fototransistor tipe duakaki hanya memiliki kaki kolektor danemitor sementara kaki basis terdapatpada permukaan fototransistor.

Pada rangkaian ini digunakantipe fototransistor dua kaki. Apabila tidakada cahaya yang masuk pada lensafototransistor maka hanya terdapat arusbocor yang sangat kecil mengalir antarakolektor dan emitor, yaitu sekitar 10 nA.Apabila cahaya mengenai sambunganPN kolektor-basis, arus basis yangdihasilkan berbanding lurus denganintensitas cahaya. Aksi tersebutmenghasilkan arus kolektor sekitar 10mA. Apabila sambungan tersebutdikenai cahaya melalui lensa yangmembuka, maka timbul aliran aruskontrol yang menghidupkan toto-transistor; fototransistor dalam kondisiON.

Pemancar inframerahLED Inframerah adalah dioda

yang dapat memancarkan cahaya.Apabila LED Inframerah dilalui aruspanjang gelombangnya lebih panjangdari cahaya yang dapat dilihat, tetapilebih pendek dari gelombang radio.Simbol dan bentuk fisik dari LEDInframerah diperlihatkan pad a Gambar2.

2 Jurnal Tolmologi & Reknves«, No.1, Vol. 13, April 2008

ANODE

CATHODE

Gambar 2. LED Inframerah

Spektrum gelombang elektro-magnetik dikelompokkan berdasarkanpanjang gelombangnya. Namun bisajuga dikelompokkan berdasarkanfrekuensinya. Penggolongan spektrumgelombang elektromagnetik berdasar-kan panjang gelombang atau frekuensi-nya dapat dilihat pad a Tabel 1.

Tabel 1. Pembagian jenis gelombangI k ke e tromeqneii

Jenis Panjang FrekuensiNo Gelombang Gelombang (Hz)(m)1 Gelombang 109

- 10.3 1 _ 1011Radio

2 Radio Gel 109-- 103 1 105

Panjang -3 Radio Gel 103

- 10 105- 107

Pendek4 Komunikasi 105 - 10.3 .,03 - 1011

Band5 Televisi 10 - 10 10 - 106 Gelombang 10 _ 10.5 107 - 1013

Mikro7 Radar 10 - 10" 10° - 108 Inframerah 10" - 10'0 10 - 109 Cahaya 10-6 _ 10.7 1014

- 1015

Tampak10 Ultra Unqu 10' _ 10"" 10" - 1011 Sinar X 1(rO - 10'1< 10'" - 10£112 Sinar 10.10 - 10-16 1018

- 1025

Gama

Intensitas cahaya yang di-keluarkan oleh LED lnfrarnerahtergantung arus yang mengalir padaLED Inframerah tersebut. Semakinbesar arus yang rnelatumya makaintensitas cahaya yang dikeluarkan akansemakin besar. Semakin kecil arus yangmelalui LED Inframerah maka akansemakin kecil pula intensitas cahayayang dikeluarkan.

: . METODE PENELITIANTahapan perancangan alat:

1. Mengumpulkan bahan-bahanyang akan dipergunakan untukperancangan alat.

2. Melakukan perancangan alatpalang pintu kereta denqanmikrokontroler AT89S51.

3. Membuat perancangan sensorpada perlintasan kereta dengan

I menggunakan fototransistor.4. Membuat pengaturan dalam

pergerakan motor steppersebesar 900 dengan meng-gunakan driver motor stepper.

5. Membuat alat perekam suaradengan menggunakan Ieperekam suara yang dapatdiputar pada saat ada keretayang akan lewat.

6. Melakukan kegiatan-kegiatanatau percobaan di laboratoriumyang dapat menunjangperencanaan alat.

7. Mengambil hasil uji coba danmenganalisanya.

HASIL DAN PEMBAHASANBlok diagram rang!<aian

Dalam perancanqan palang pintukereta api otomatis ini, terdapatmasukan berupa sensor yang diprosesoleh mikrokontroller AT89S51 danmenghasilkan keluaran led, buzzer,rekaman suara dan motor stepper. Blokdiagram lengkap terlihat pada Gambar3.

Rangkaian MikrokontrollerSensor AT69S51

Gamber 3. BIoI< Diagram Pa/ang Pin/u<erete Otomatis

Secara keseluruhan alat Inidirancang dengan menggunakan

Firmansyah, Palang Pin/u ..

perangkat keras berupa sensor sebagaimasukan serta led, buzzer, motorstepper dan rekaman SU<1ra sebagaikeluaran. Alat ini juga dirancangmenggunakan perangkat lunak kendallmikrokontroller. Masukan pada alat iniberupa sensor yang menghasilkan duakondisi yaitu high dan low. Denganmenggunakan program hanya masukanlow yang akan diolah. Setelah masukandiolah maka keluaran seperti led hazard,motor stepper, buzzer dan rekamansuara akan aktif.

SensorPengambilan data sensor

dilakukan dengan mengubah jaraksensor yaitu jarak antara pemacarinframerah dan penerima fototransistor.Pengujian sensor ini ditujukan untukmengetahui seberapa jauh jarakjangkauan sensor. Jarak jangkauansensor, atau jarak antara pemancarinframerah dengan penerirna foto-transistor, diuji mulai dari jarak 1 metersampai dengan 9 meter. Sensor akanberfungsi jika ada benda yangmenghalangi. Hasil uji coba untuksensor dalam keadaan tidak terhalangterdapat pada Tabel 2.

Tabel 2. Uji Coba Sensor Pada SaatTidak Terha/anq

Tegang Tegangan TeganganJarak (V) Ket.

(m) an (V) (V) Non Keluaran Sensorinverting invertingkornoarator

Aklif1 0.3 2.52 ~ lll; (111011)

Aktif2 0.3 2.52 4.86 (hiQh)

Aktif3 0.4 2.52 4.86 (high)

Aklif4 0.4 2.52 4.86 (high)

Aklif5 0.4 2.52 4.86 (hiah)·

Aktif6 0.5 2.52 4.86 (hiQh)

Aktif7 0.6 2.52 4.86 (high)

Aklif8 0.8 2.52 -1.86 (hiahl

Tidak9 5.53 2.52 0.21 aktif

Pad a keadaan sensor tidakterhalang besar tegangan yangdihasilkan pada kaki noninverting lebihbesar dibandingkan dengan tegangan

3

: . pada kaki inverting. Kedua tegangantersebut dibandingkan dengan Op-Amp.Karena tegangan pad a kaki noninvertinglebih besar dari pada tegangan invertingmaka keluaran Op-Amp akan menuju+90% dari Vcc, yaitu sekitar 4.5 Vkondisi high.

Pada jarak sensor 9 metersudah tidak ada lagi cahaya yangditerima oleh fototransistor sehinggasensor tidak aktif lagi. Keadaan ini samadengan keadaan sensor terhalangdimana tidak ada cahaya yang diterimaoleh fototransistor.

Hasil percobaan pada saatsensor terhalang terdapat pada Tabel 3.Pada kondisi terhalang tegangankeluaran yang dihasilkan padakomparator sebesar - 90%dari Vcc.Karena tegangan pada kaki - Vccterhubung ke ground maka tegangankeluaran dari komparator sekitar 0 V.

T. b 13 U· CbS P d S t. h Ia e III a a ensor a a aat er a anqTegangan Tegangan Tegangan

Jarak (V) (V) Non(V) Ket.

(m) tnvenini; in vettingKeluaran Sensor

KornparatorAklif

1 5.52 2.52 0.12 (Low)Aklif

2 5.53 2.52 0.12 (Low)Aklif

3 5.51 2.52 0.12 (Low)

I Aklif4 5,56 2.52 0.12 (Low)

Aklif5 fi .~;t1_ 2,52 0.12 (Low)

Aklif6 5.55 2.52 0.12 (Low)

Aklif7 5.54 2.52 0.12 (Low)

Aklif8 5.54 2.52 0.12 (Low)

Tidak9 5.53 2.52 4.78 aklif

Pada saat fototransistorterhalang maka tidak ada cahayainframerah yang diterima olehfototransistor. Pad a kondisi terhalangbesar tegangan pada kaki inverting lebihbesar dari pad a tegangan noninverting.Karena tegangan pada kaki invertinglebih besar maka tegangan yangdihasilkan pada keluaran komparatorsebesar 0.12 V pad a kondisi low.

4

MikrokontrollerSiok mikrokontroller berfungsi

sebagai pengaturan kerja alat agardapat bekerja secara sistematis. Hasilkeluaran dari blok sensor dikirim kemikrokontroller untuk diolah. Selanjutnyamikrokontroller mengirimkan data keblok keluaran. Pada perancanganpalang pintu kereta otomatisdiqunakakan port 0 (PO). port 1 (P1),port 2 (P2) dan Port 3 (P3). Untuk lebihjelasnya penggunaan port mikro-kontroller terlihat pad a Tabel 4.

Tabel4. Pen unaan Port MikrokontrollerPort Penggunaan Port Penggunaan

Port (PO.O) Lampu panah Relay1

Port (PO.1) Lampu panah Relay2

Port (PO.2) Buzzer Driven molor

Port (PO.3) Led Hazard Driver2 molor

IPort (PO.4) Led Hazard Driver3 molor

Port (PO.5) indikalor pinlu Driver4 molor

Port (PO.6) indikalor pinlu Reset Pa/angPiritu

Port (p1.0) Sonsor1Reset Pa/ang

Pintll

Port (P1.1) Sensor 2

Semua aplikasi menggunakanport dalam keadaan aktif low atautegangan 0 V. Semua komponen yangterhubung pada port disesuaikan fungsimasukan maupun keluarannya. ICMikrokontroler AT89C51 adalahkomponen inti dari blok ini, denganresistor sebagai keluaran. Kapasitor,resistor dan saklar push-on sebagaireset serta kristal 12 MHz dan duakapasitor non polar 30 pF sebagaiosilator. Rangkaian reset bekerjadengan cara memberikan logika highpada kaki RST. Selama dua clock cycledihubungkan dengan catu daya, resetdilakukan secara manual denganmenekan tombol saklar push-on padapin reset.

Diagram alur ProgramAlat palang pintu kereta otomatis

rru membutuhkan program untukmengendalikan semua proses kerjanya.Untuk memudahkan pembuatan

Jurnal Teknologi & Rekayasa, No.1, Vol. 13, April 2008

program diperlukan diagram alur.Diagram alur pembuatan program alatini terlihat pada Gambar 4.

_mo&Jonl,Irdlollor Ar.Ih dBtarg""'eta, irdkaloqjliu,

I..edhazanld..,Bu:z2eraklif

Roklwmn Suara,Irdlolla ArM daIangkereta, ird~or pntu,LoJlEla-ddMlluzze<

aklif

Irdkacr Arah ddtaflJkeea, irrlkatocprtu,Ledbazard dmBU22ef

nldif

Gamber 4, Flowchart doti Alat Palang PintuKereta Otomatis

Alat Palang Pintu Kercta Otomatis

Gambar 5 Kondisi Kereta Datang Dari ArahSensor 1

ITabel 5 Sensor1 Menutup Pa/ang Pintu

IndikatorArah,

Lamanya ledPercobaan Lamanya Kondisi Pintu hazard,

Sensor Mulai buzzerTerhalang Pintu Menutup dan

(detik) (detik) suara

1 o - 3 Tidak 0 Tidakmenutup Aktif

2 4 - 10 Mcnutup 4.1 I\ktif

Firmansyah, Palang Pintu ...

3 o - 3Tidak 0 Tidakmenutup Aktif

4 4 - 10 Menutup 4.1 Aktif

5 o . 3 Tidak0

Tidakmenutup Aktif

6 4 - 10 Menutup 4 Aktif

7 o - 3 Tidak 0Tidak

menutup Aktif

8 4 - 10 f./1enutup 4.1 Aktif

9 o - 3 Tidak0

Tida~menutup Aktif

10 4 • 10 Menutup 4.1 Aktif

Dari hasil pengujian alatdidapatkan bahwa palang pintu akanmenutup ketika sensor terhalang selama3 detik. Jika lamanya halangan kurangdari 3 detik maka sensor tidak bekerja.Selama sensor 2 belum mendeteksihalangan maka palang pintu tidak akanmembuka. Setelah kereta melewatiperlintasan jalan raya maka kereta akanmelewati sensor 2. Ketika sensor 2terhalang oleh kereta maka palang pintuakan membuka. Tabel 6 adalah hasilpengamatan dari percobaan membukapalang pintu.

T b 16 S P' t2M b I P 1a e ensor em u (a a an~ II1UIndikator

Arah,Larnanya led

Percobaan Lamanya Pintu hazard,Sensor Mul~i buzzer

Torhalanq Komlisi Mernl>uk<1 dan(detik) Pintu (detik) suara

1 1 - 3 Menutup 4TidakAktif

2 4 - 10 Menutup 4.1 TidakAktif




6 4 • 10 Menutup 4 TidakAktif

7 1 - 3 Menutup 4 TidakAktif

8 4 - 10 Menutup 4.1TidakAktif



Percobaan kondisi kedua adalahkereta datang dari arah yangberlawanan, yaitu dari arah sensor 2.Kondisi percobaan kondisi kedua terlihatpada Gambar 6. Ketika kereta datangdari arah berlawanan, maka sensor 2

5

: . berfungsi sebaqai penutup palang pintu.Hasil yang didapat pada perigujiansarna seperti pada saat sensor 1berfungsi sebagai penutup. Hasilselenqkapnya dapat dilihat pada Tabel5.

Gambar 6. Kondisi Kereta Datang Dari ArahSensor 2

Panjang satu gerbong keretaadalah 20 meter. Pada umumnya saturangkaian kereta terdiri dari 8 gerbongmaka panjang kereta seluruhnya 160meter. Jika kecepatan rata-rata kereta70 km/jam maka lamanya keretamenghalangi sensor adalah:

s = v ts

t =-v160meter

t=----70km/ jam160m

t=---700001ll

3600t = 8,2 detik

Asumsi perhitungan adalahkecepatan kereta konstan.

Waktu untuk membuka palangpintu adalah 1 detik. Jika diinginkanlamanya palang pintu menutup danmembuka kembali adalah 120 detik,maka dapat ditentukan berapa jauhjarak sensor dari perlintasan kereta. Jikawaktu lama menutup palang pintusampai membuka kembali 120 detik,kecepatan rata-rata kereta 70 km/jam,maka jarak sensor 1 dan sensor 2 dapatditentukan sebagai berikut :

6 Jurnal Teknologi & Rekayasa, No.1, Vol. 13, April 2008

s =vlkm

s =70 ·--x1203600

s = 2.3 km

Letak sensorperhitungan diGambar 7.

berdasarkanatas terlihat

hasilpada

Son~2

'.,;".!-.d~_. ._ .__ ,__ .__ ._~~...!L"~

1.15Km•

Gambar 7. Jarak Pemasangan Sensor DariPalang Pintu

Motor StepperMotor stepper yang digunakan

dalam pembuatan alat palang pintukereta otomatis ini adalah jenis aktifhigh, dimana untuk mengaktifkan tiap-tiap koilnya dibutuhkan tegangansebesar 5 V. Tegangan sebesar 5V inidihasilkan dari keluaran pengendalimikrokontroller yaitu pada port 2.4sampai port 2.7 yang telah diaturdengan program. Hasil pengukuranterlihat pada Tabel 7.

Tabel7. Tegangan Yang Terukur UntukMenaaktifkan Motor

Langkah Langkah Langkah LangkahPort 1 2 3 4

Tegangan Tegangan Teganoan Tegangan-(V) -(V) -(V)- -(V)·

Port2.4 4.96 0.13 0.13 0.13Port2.5 0.13 4.96 0.13 0.13Port2.6 0.13 0.13 4.96 0.13Port2.7 0.13 0.13 0.13 4.96

Keterangan :Tegangan 4.96 V Koil Motor Aktif UntukTiap LangkahnyaTegangan 0.13 V KoillVlotorTidak Aktif

Perputaran motor stepper yangdigunakan pada alat palang pintu keretaotomatis ini sebesar 90°. Akan tetapi

: . dalam satu siklus (Iangkah 1 sampailanqkah 4) motor ini hanya berputarsebesar 15°, maka untuk membuatnyaberputar menjadi 90° dibuat denganmenggunakan bantuan program yangberulang sebanyak 6 kali.

Perekam SuaraRekaman suara diaktifkan

dengan menggunakan relay. Ada duarelay yang digunakan untukmengaktifkan rekaman suara. Relay 1digunakan untuk memutar rekamansuara sedangkan relay 2 digunakanuntuk menghentikan rekaman suara.Untuk megaktifkan relay diperlukantransistor yang berfungsi sebagai saklar.Untuk membuat transistor aktifdiperlukan tegangan keluaran darimikrokontroller sebesar 5 V (high).Dengan kondisi transistor saturasi makarelay akan aktif.

Dari hasil percobaan didapatbahwa rekaman suara berfungsi denganbaik. Rekaman suara ini hanyaberdurasi 60 detik, akan tetapi dapatdiputar kembali secara terus-menerusapabila diinginkan. Caranya adalahdengan cara membuat perulangansetiap 60 detik. Hasil pengukuranlamanya pemutaran rekaman suaraterlihat pad a Tabel 8. Lamanyaperekaman suara disesuaikan denganlamanya siklus palang pintu mulai darimenutup sampai membuka kembali.

Tbl8L s BR ka e amanya e amen uara eruanRange waktu Rekaman Suara Durasi

(delik) (dclik)

1 - 60 Aktif 6061 - 62 Belum aklif 063 - 123 Aktif 60

124 - 125 Belum aktif 0

126 - 186 Aktif 60187 - 188 Belum aktif 0189 - 249 Aktif 60

KESIMPULAN DAN SARANHasil penqujian pada alnl

palang pintu kereta otomatis yang telahdisimulasikan:

1. Palang pintu akan menutup jikasensor pertama sebelum

Firmansyah, Palang Pintu ...

perlintasan terhalang selama tigadetik. Dalam waktu yangbersamaan indikator led, buzzer,dan suara aktif berulang terus -menerus.

2. Palang pintu akan rnembuka danindikator lainya akan mati' jikakereta te!ah melewati perlintasandan menghalangi sensor yangkedua selama satu detik.

3. Dengan adanya alat palang pintukereta otomatis yang berfungsisesuai dengan pengujian makakecelakaan pada perlintasankereta yang tidak berpalangdapat dikurangi.Untuk pengembangannya alat

ini dapat dibuat untuk kereta dua jalur,dengan menambahkan sensor padajalur kereta tersebut. Untuk kondisidaerah yang mempunyai keadaanrawan petir maka perlu ditambahkanpenangkal petir. Jika tidakmemungkinkan untuk dibuat penangkalpetir maka sensor ini dapat digantikandengan sensor lain seperti sensorlogam, sensor tekan, atau sensor gerakyang tahan terhadap petir. Dari segikeamanan, sebaiknya alat ini dilengkapidengan pendeteksi kerusakan. Jika adakerusakan maka pendeteksi akanmengirimkan informasi berupa indikatorled atau alarm sehingga kerusakan alatdapat langsung diperbaiki.

gDAFTAR PUSTAKAAgfianto Eko Putra, Belajar

Mikrokontroler AT89C51/52/55(Teori dan Aplikasi), Gava Media,Yogyakarta, 2005.

Gayakwad, Ramakant, OpAmps andlinier integrated circuit, prenticehall, Newjersy,1993.

Robert Boylestad and Louis Nashelsky,Electronic Device And CircitTheory, Fifth Edition, prentice hall,Newjersy, 1992.

Setiawan, Rachmad, Mikrokontrollermcs-51, Graha ilmu,Yogyakarta,2004.

Tim lab mikroprosesor, Pemrogramanmikrokontrollerat89S51 dengan

7

: • C/C++ dan assembler, Andiyogya,Yogyakarta, 2002.

$oepono Soeparlan dan Umar Yahdi,Seri Diktat Kuliah, TeknikRangkaian Listrik,Jilid2, Universitas Gunadama,Jakarta, 1995.

Http://www.alldatasheet.com , Juli 2005.Http://www.atmel.com , Juli 2005Http://www.electronics-

giy,comffllectrQojc §SthemfltiC(,12hpid=570, Juli 2005.

Http://www.elektronika-elektronika.blogspot.com/motor-stepper.html , Juli 2005.

Http://www.home.cogeco.ca/-rpaisley4/ATDetiR. html, Agustus 2005.

Http://www·l11ytutorialcafe.com/mikrokontroller motor stepper.htm, Juli2005.

Http://Www.wikipedia.org/wiki/Steppermotor, Juli 2005.

8 Jurnal Teknologi & Rekayasa, No.1, Vol. 13, April 2008

palang pintu kereta otomatis dengan indikator suara

Documents