USULAN PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA

JUDUL PROGRAM

RANCANG BANGUN PENGALIHAN REL KERETA API (WESEL)

OTOMATIS

BIDANG KEGIATAN :

PKM - KC

Diusulkan oleh :

Nama Nim Tahun Angkatan

Muizul Hidayat 091910201003 2009

Wahyu Muldayani 081910201059 2008

Braheimy Putra R 081910201033 2008

UNIVERSITAS JEMBER

JEMBER

2012

i

HALAMAN PENGESAHANUSULAN PROGRAM KREATIVITAS MAHASISWA

1. Judul Kegiatan : Rancang Bangun Pengalihan Rel Kereta Api (wesel) Otomatis

2. Bidang Kegiatan : ( ) PKM-P ( ) PKM-K (√) PKM-KC( ) PKM-T ( ) PKM-M

3. Bidang Ilmu : ( ) Kesehatan ( ) Pertanian( ) MIPA (√) Teknologi dan Rekayasa( ) Sosial Ekonomi ( ) Humaniora

4. Ketua Pelaksana Kegiatana. Nama Lengkap : Muizul Hidayatb. Nim : 091910201003c. Jurusan : Teknik Elektrod. Universitas : Universitas Jembere. Alamat dan No Telp/HP : Jln. Halmahera 3 No. 14A/ 085731191575f. Alamat Email : Idzulbro@gmail.com

5. Anggota Pelaksana Kegiatan : 3 Orang6. Dosen Pendamping

a. Nama Lengkap dan Gelar : R.B.Moch. Gozali.,ST.,MTb. NIP : 19690608 1999031 002c. Alamat dan No Telp/HP : Jl. Nias blok J-12 Jember 68121

0331-332447

7. Biaya Kegiatan Totala. Dikti : Rp 5.595.000,-

8. Jangka Waktu Pelaksanaan : 5 Bulan

Jember, 8 Oktober 2011

ii

Ketua Pelaksana Kegiatan

(Muizul Hidayat)NIM 091910201003

MenyetujuiKetua Jurusan Teknik Elektro

(Sumardi, ST. MT.)NIP 19670113 199802 1 001

Pembantu Rektor IIIUniversitas Jember

(Drs. Andang Subaharianto, M .Hum)NIP 196504171990021001

Dosen Pembimbing

(R.B.Moch. Gozali.,ST.,MT) NIP 19690608 1999031 002

1

A. JUDUL

RANCANG BANGUN PENGALIHAN REL KERETA API (WESEL) OTOMATIS

B. LATAR BELAKANG

Perkembangan terus berjalan termasuk dalam rancang bangun, teknologi

komunikasi dan informasi, dan teknologi bahan. Hal ini membawa pula

perkembangan sarana dan prasarana kereta api menjadi semakin

berkembang dengan cepatnya di dunia khususnya di Indonesia. Secara

sederhana sistem persinyalan kereta api bisa diartikan sebagai sistem yang

mengatur pergerakan kereta api baik ketika berada di area stasiun maupun

di petak jalan yang diapit oleh dua stasiun. Elemen jalan yang terdapat

pada suatu stasiun yaitu rel biasa dan wesel. Wesel, yang juga biasa

disebut point, switch ataupun turnout, memiliki bagian dasar seperti rel

tetapi dilengkapi dengan jalur khusus sehingga menjadi titik temu suatu

percabangan rel. Wesel ini juga dilengkapi dengan lidah wesel yang dapat

diatur posisinya dengan perangkat tambahan penggerak wesel sehingga

bisa memberikan arah percabangan sesuai dengan kebutuhan. Tidak

seperti mobil yang dilengkapi dengan stir sehingga bisa bergerak bebas ke

kiri dan kanan, kereta api hanya bisa bergerak dengan arah sesuai dengan

tumpuan rodanya terhadap rel. Sebagai gantinya maka perangkat yang

mengatur posisi wesel ini bisa dianggap sebagai stir yang mengatur

pergerakan kereta pada percabangan (wesel) apakah akan diarahkan lurus

atau belok. Selain pengatur arah posisi wesel, diperlukan juga perangkat

yang bisa memberi isyarat untuk bergerak maupun berhenti kepada

masinis yang akan masuk maupun keluar stasiun. Perangkat inilah yang

kita sebut sinyal.

Operasi kerja dari otomatisasi pengatur wesel rel kereta api yang berpola

dan terus menerus memungkinkan sistem kerja dibuat secara otomatis.

Cara operasi kerja yang otomatis dilakukan dengan suatu komponen bantu

berupa mikrokontroller Atmega 16 sebagai pusat kontrol otomatis dan

rangkaian sensor yang dipasang pada rel kereta api pada jarak tertentu

2

untuk mendeteksi adanya kereta api, kemudian menggerakkan motor DC

untuk mengatur pembagian perlintasan kereta api atau wesel.

C. PERUMUSAN MASALAH

Adapun perumusan masalah dari teknologi ini adalah :

1. Bagaimana membuat manusia lebih mudah dalam mengatur rel kereta api

2. Bagaimana cara membuat sistem wesel otomatis yang mampu

mengerjakan beberapa pekerjaan sekaligus?

D. TUJUAN

Dalam kegiatan ini ada beberapa tujuan yang ingin dicapai yaitu :

1. Mempermudah manusia dalam pengaturan jalur kereta api.

2. Mengurangi terjadinya kecelakaan akibat human error .

.

E. LUARAN YANG DIHARAPKAN

Hasil luaran yang diharapkan dari rancang bangun sistem ini adalah

supaya dapat mempermudah masinis dalam mengatur kereta api dengan

sistem otomatisasi berbasis mikrokontroller. Dengan adanya rancang bangun

pengalihan rel kereta api (wesel) otomatis ini diharapkan juga dapat menjaga

mengurangi terjadinya human error pada sistem pensinyalan.

F. KEGUNAAN

Hasil dari kegiatan ini bisa digunakan sebagai alat bantu masinis

dalam mengatur kereta api. Alat ini bisa digunakan ketika si operator

pensinyalan pada kereta api tidak dapat / tidak sempat mengatur wesel

dikarenakan ada kesibukan lain, seperti halnya urusan pekerjaan, mudik atau

bepergian keluar kota. Dengan wesel otomatis semua pekerjaan manusia dapat

dilakukan dengan sendirinya. Mulai dari mengatur pensinyalan kereta api,

mengtur penggerak pada wesel, dan dapat menempatkan kereta pada jalur/ rel

yang tepat sehingga tidak terjadi tabrakan.

3

G. TINJAUAN PUSTAKA

Perangkat ini adalah perangkat yang bekerja secara otomatis dalam

menggerakan wesel. Perangkat ini memerlukan alat penunjang antara lain

seperti dibawah ini :

1. Sistem Minimum

Pada sistem ini menggunakan salah satu jenis mikrokontraler dari keluarga

AVR yakni ATMega yang memiliki memori hingga 128 KB. Pada

mikrokontroler ini terdapat 4 port, dimana nantinya setiap port akan

digunakan untuk mengatur sistem secara keseluruhan. Berikut adalah

gambar dari sebuah rangkaian sistem minimum ATMega 16 keluaran

AVR.

Gambar 1 rangkaian sistem minimum ATMega 16

2. Sensor Reed Switch

Ketika kekuatan magnetis dihasilkan sejajar dengan saklar buluh, alang-alang menjadi pembawa fluks dalam rangkaian magnetik. Yang tumpang tindih ujung-ujung ilalang menjadi magnet berlawanan kutub, yang menarik satu sama lain. Jika gaya vmagnet antara kutub cukup kuat untuk mengatasi gaya pemulih dari alang-alang, alangalang akan diambil bersama-sama.

4

Gambar 2 Sensor Reed Switch

3. Led

Sebuah LED adalah sejenis diode semikonduktor istimewa. Seperti sebuah diode normal, LED terdiri dari sebuah chip bahan semikonduktor yang diisi penuh, atau di-dop, dengan ketidakmurnian untuk menciptakan sebuah struktur yang disebut p-n junction. Pembawa-muatan - elektron dan lubang mengalir ke junction dari elektrode dengan voltase berbeda. Ketika elektron bertemu dengan lubang, dia jatuh ke tingkat energi yang lebih rendah, dan melepas energi dalam bentuk photon.

4. Motor

Penggunaan motor servo pada proyek akhir ini karena motor servo berbeda dengan motor DC dan motor Stepper, tidak seperti kedua motor tersebut, motor servo tidak memerlukan rangkaian driver lagi karena motor servo telah memiliki rangkaian driver didalamnya. Motor servo adalah sebuah motor dengan system closed feedback di mana posisi dari motor servo akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam motor servo. Motor servo terdiri dari sebuah motor, serangkaian gear, potensiometer dan rangkaian kontrol.

Driver motor merupakan rangkaian elektronika yang difungsikan untuk mengendalikan sistem kerja putaran motor. Driver motor yang sering digunakan adalah jenis rangkaian H-Bridge dimana untuk pembuatannya bisa menggunakan IC, Transistor dan relay. Rangkaian H-Bridge menggunakan 4 buah saklar toggle biasa dan pengaturan On-OFF saklar secara manual. Agar motor DC dapat berputar maka salah satu terminal harus diberikan SUPPLY dan terminal lain GND atau dengan kata lain harus ada 2 saklar yang ON dan 2 saklar lain harus OFF. Aliran arus dan tegangan terlihat seperti pada gambar dibawah. Jika motor DC ingin diputar ke KANAN maka terminal 1 dan 4 ON sedangkan 2 dan 3 OFF, sebaliknya Jika motor DC ingin diputar ke KIRI maka terminal 1 dan 4 OFF sedangkan 2 dan 3 ON. Berikut gambar skematik rangkaian H-Brige :

5

Gambar 2.3 Rangkaian H-bridge

Dalam memudahkan perangkaian sistem driver motor H-bridge diperlukan beberapa komponen penunjang yaitu diantaranya:

IC L293D

Ada 2 tipe IC L293 yaitu L293 dan L293D, perbedaanya sebagai berikut :

1. L293 arus maksimum mencapai 1 A sedangkan L293D arus maksimum mencapai 600 mA.2. L293 tidak memiliki dioda internal sedangkan L293D memiliki dioda internal.Dari data diatas untuk mengendalikan motor DC dengan arus kurang dari 600 mA maka gunakan L293D karena telah memiliki dioda internal yang berarti tidak perlu menambahkan rangkaian dioda tambahan. Tetapi jika arus lebih dari 600 mA maka gunakan L293 dan harus ditambahkan dioda eksternal yang akan melindungi IC dari kerusakan. Saya hanya akan membahas IC L293 karena prinsipnya sama dengan L293D tetapi arusnya lebih besar. Berikut adalah gambar rangkaian IC L293 dan L293D :

6

Gambar 2.4 Driver motor IC L293D

Gambar 2.5 Block diagram IC L293D

Rangkaian separuh dari IC L298 yang mengendalikan 1 buah motor DC dengan rangkaian H-Bridge. Pengaturan arah pergerakan motor DC dengan mengimplemetasikan logika pada pin-pin IC L298. Berikut gambar driver motor IC L298 :

Gambar 2.6 Driver motor IC L298

Sumber :SGS THOMSON MICROELECTRONICS L298

7

H-Bridge menggunakan transistor umum digunakan pada mobil robot, selain fleksibel dan ukuruan yang lebih kecil dari relay juga karena arus dan kecepatan switching bisa bervariasi tergantung dari jenis transistor yang digunakan. Oleh sebab itu langkah awal sebelum membuat H-Bridge dengan transistor yaitu dengan mengetahui spesifikasi transistor yang dibutuhkan. Empat hal yang harus diketahui pada transistor sebelum digunakan untuk H-Bridge:1. Tegangan kerja maksimum transistor.2. Arus yang mengalir dari Kolektor ke Emitor.3. Tegangan dan arus minimum pada basis untuk mengaktifkan transistor.4. Frekuensi switching transistor.Rangkaian dasar H-Bridge menggunakan transistor jenis NPN dan PNP dengan transistor PNP diatas dan NPN di bawah, hal ini berkaitan dengan karakteristik transistor tersebut. Berikut gambar rangkaian H-brige transistor :

Gambar 2.7 Driver motor dengan transistor

Sumber : H-Bridge Transistor & Relay http://payztronics.blogspot.com/2009/ 04/h-bridge-transistor-relay.html

Driver motor dengan relay sangat baik digunakan untuk mesin-mesin besar yang membutuhkan arus dan tegangan tinggi, tetapi syaratnya sistem membutuhkan respon waktu ON OFF yang tidak cepat dan tidak sering berubah.Driver motor dengan relay tidak bisa dikendalikan menggunakan PWM yang akan ON OFF dengan frekuensi yang cepat. Kelemahan relay adalah menggunakan medan elektromagnetik untuk menarik saklar mekanis

8

menjadi aktif sehingga dibutuhkan arus yang cukup besar dan arus harus diberikan terus menerus untuk menjaga saklar tetap ON, jika diaplikasikan pada mobil robot yang menggunakan baterai akan cepat menghabiskan power supply tersebut.

Gambar 2.8 Driver motor dengan relay

Sumber : H-Bridge Transistor & Relay http://payztronics.blogspot.com/2009/ 04/h-bridge-transistor-relay.html

Mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus. Sederhananya, cara kerja mikrokontroler sebenarnya hanya membaca dan menulis data. Ikrokontroler merupakan komputer didalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya. Secara harfiahnya bisa disebut “pengendali kecil” dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen-komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini. Dengan penggunaan mikrokontroler ini maka : Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi

Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena sistemnya yang kompakNamun demikian tidak sepenuhnya mikrokontroler bisa mereduksi komponen IC TTL dan CMOS yang seringkali masih diperlukan untuk aplikasi kecepatan tinggi atau sekedar menambah jumlah saluran masukan dan keluaran (I/O). Dengan kata lain, mikrokontroler adalah versi mini

9

atau mikro dari sebuah komputer karena mikrokontroler sudah mengandung beberapa periferal yang langsung bisa dimanfaatkan, misalnya port paralel, port serial, komparator, konversi digital ke analog (DAC), konversi analog ke digital dan sebagainya hanya menggunakan sistem minimum yang tidak rumit atau kompleks.

Sumber: http://www.kelas-mikrokontrol.com/

Mikrokontroler AVR merupakan salah satu jenis arsitektur mikrokontroler yang menjadi andalan Atmel. Arsitektur ini dirancang memiliki berbagai kelebihan dan merupakan penyempurnaan dari arsitektur mikrokontroler-mikrokontroler yang sudah ada. Berbagai seri mikrokontroler AVR telah diproduksi oleh Atmel dan digunakan di dunia sebagai mikrokontroler yang bersifat low cost dan high performance, antara seri mikrokontroler AVR memiliki beragam tipe dan fasilitas, namun kesemuanya memiliki arsitektur yang sama, dan juga set instruksi yang 9elative tidak berbeda. Berikut tabel perbandingan beberapa seri mikrokontroler AVR buatan Atmel:

Tabel 1 perbedaan seri mikrokontroler AVR

Keterangan: 

Flash adalah suatu jenis Read Only Memory yang biasanya diisi dengan program hasil buatan manusia yang harus dijalankan oleh mikrokontroler RAM (Random Acces Memory) merupakan memori yang membantu CPU untuk penyimpanan data sementara dan pengolahan data ketika program sedang running EEPROM  (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) adalah memori untuk penyimpanan data secara permanen oleh program yang sedang running

10

Port I/O adalah kaki untuk jalur keluar atau masuk sinyal sebagai hasil keluaran ataupun masukan bagi program Timer adalah modul dalam hardware yang bekerja untuk menghitung waktu/pulsa  UART (Universal Asynchronous Receive Transmit) adalah jalur komunikasi data khusus secara serial asynchronous PWM (Pulse Width Modulation) adalah fasilitas untuk membuat modulasi pulsa ADC (Analog to Digital Converter) adalah fasilitas untuk dapat menerima sinyal analog dalam range tertentu untuk kemudian dikonversi menjadi suatu nilai digital dalam range tertentu SPI (Serial Peripheral Interface) adalah jalur komunikasi data khusus secara serial secara serial synchronous ISP (In System Programming) adalah kemampuan khusus mikrokontroler untuk dapat diprogram langsung dalam sistem rangkaiannya dengan membutuhkan jumlah pin yang minimal .Sumber: http://www.mikron123.com

H. METODE PELAKSANAAN

1. Persiapan

Pada tahap persiapan ini meliputi kegiatan pengadaan bahan utama seperti

peralatan kerja, komponen elektronika, miniatur kereta beserta rel dengan

2 cabang.

2. Pembuatan mekanik

Pembuatan mekanik ini berupa pemasangan model rel kereta api beserta

hiasan sebagai pelengkap.

3. Pembuatan Rangkaian Elektronika

Proses ini diawali dengan pembuatan layout gambar rangkaian pada

software Proteus. Rangkaian yang akan dibuat antara lain adalah sistem

minimum, rangkaian sensor Reed Switch, dan rangkaian driver motor.

Setelah layout selesai dibuat maka layout tersebut dicetak pada PCB,

selanjutnya komponen-komponen yang ada di rangkai di PCB sesuai

gambar rangkaian.

4. Proses pemrograman alat

Pemrograman ini ditujukan untuk mengatur proses otomatisasi yang telah

direncanakan pada aquarium pintar ini Pemrograman dengan

11

menggunakan software CodeVision AVR Compiler. Dalam memprogram

IC mikrokontroller diperlukan sebuah alat bantu yaitu USB downloader

yang berfungsi sebagai media mentransfer program dari computer ke

mikrokontroller.

5. Perakitan akhir & Uji coba alat

Pada proses ini dilakukan pemasangan masing-masing bahan menjadi satu

di aquarium dan setelah semua alat selesai dikerjakan dan dipasang

langkah selanjutnya adalah uji coba alat dimana tujuannya adalah

mengecek apakah sistem yang dibuat telah berfungsi dengan baik. Uji

coba dilaksanakan dengan mencoba sistem tersebut pada wesel rel yang

telah dirakit. Jika alat berfungsi dengan baik sesuai dengan sistem maka

dilanjutkan dengan proses pemasangan komponen secara permanen.

6. Analisis data

Setelah pengujian selesai dilanjutkan proses analisis data dimana data

yang diambil adalah kelayakan produk dan tingkat keberhasilan penerapan

sistem otomatisasi pada wesel rel.

12

7. Alur Kegiatan

Rangkaian Sensor Reed Switch Rangkaian Driver Motor Mikrokontroler Rel Kereta Api

Perancangan alat dan rel kereta

Survei primer

Persiapan bahan dan alat

Pembuatan rangkaian elektronik

Survei bahan dan alat Survei tempat pelaksanaan

Pemrograman

Pemasangan alat-alat pada sistem

selesai

Pembuatan rel kereta api

Uji coba

alat

tidak

ya

mulai

13

I. JADWAL KEGIATAN

Tabel 1 jadwal kegiatan program

No KegiatanBULAN

I II III IV V

1 Persiapan          

2 Pembuatan aquarium dan alat          

3 Pembuatan Rangkaian Elektronik

3 Pemrograman alat

4 Perakitan akhir & Uji coba alat

5 Analisa data

6 Evaluasi        

7 Penyerahan hasil akhir          

Keterangan :

: di Lapangan : di Kampus

J. RANCANGAN BIAYA

1. Biaya pembuatan Alat

No Barang Jumlah Satuan Harga (Rp) Total (Rp)1 System Minimum 1 Buah 200.000,- 200.000,-2 IC mikrokontroler 1 Buah 150.000,- 150.000,-3 Miniatur Kereta 2 Buah 200.000,- 400.000,-4 Filter air 1 Buah 400.000,- 400.000,-5 Pompa Aquarium 1 Buah 400.000,- 400.000,-6 Heater aquarium 1 Buah 150.000,- 150.000,-7 Battray Lippo 1 Buah 400.000,- 400.000,-8 Charger battray 1 Buah 100.000,- 100.000,-9 Lampu aquarium 1 Buah 100.000,- 100.000,-10 Tempat makanan ikan 1 Buah 100.000,- 100.000,-11 Triack 20 Buah 15.000,- 300.000,-12 Sensor suhu 1 Buah 200.000,- 200.000,-13 Sensor Ph air 1 Buah 100.000,- 100.000,-14 LCD 1 Buah 75.000,- 75.000,-15 AVO 1 Buah 100.000,- 100.000,-

Total 3.475.000,-

2. Peralatan penunjang PKM

14

- pembelian peralatan dan bahan Rp 1.000.000,-

3. Perjalanan dan pemesanan

- Pelaksana Rp 300.000,-

- pemesanan Rp 70.000,-

4. Lain-lain

- Pembuatan laporan Rp 300.000,-

- Dokumentasi Rp 200.000,-

- Pelatihan dan penyuluhan Rp 250.000,-

Jumlah Rp 5.595.000,-

K. DAFTAR PUSTAKA

1. Iswanto. 2008. Desain dan Implementasi Sistem Embedded Mikrokontroler Atmega 8535 dengan Bahasa Basic.Yogjakarta: Gava Media.

2. Mochammad Rudyansyah Ismail. 2010. Heater Akuarium. [serial online]. Available from:URL: http://mochamadrudyansyahismail.blogspot.com/ 2010/12/heater-akuarium.html. diakses pada tanggal 22 September 2011

3. … Perancangan Kontrol Akuarium Pintar. [serial online]. Available from:URL:http://digilib.petra.ac.id/jiunkpe/s1/elkt/2005/jiunkpe-ns-s1-2005-23498090-2971-akuarium-chapter3.pdf. diakses pada tanggal 16 September 2011

4. … Penyaring Air Sederhana. [serial online]. Available from:URL: http://www.mumyls.web.id/2009/05/penyaring-air-sederhana/ diakses pada tanggal 23 September

5. Wasito, S. 2006. Vademekum Elektronika. Cetakan XI. Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama.

L. LAMPIRAN

15

LAMPIRAN I

PERANCANGAN ALAT

Keterangan :

1. Aquarium

2. Rangkaian Elektronika

3. Rangkaian Filter

4. Tempat Makanan Ikan

5. Pompa Aquarium

6. Lampu Aquarium

7. Water Heater

8. Sensor Ph Air

9. Hiasan Aquarium

LAMPIRAN II

16

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

1. Ketua Pelaksana KegiatanNama lengkap : Muizul HidayatTempat tanggal lahir : Pasuruan, 10 Januari 1991Jenis kelamin : Laki-lakiAgama : IslamKewarganegaraan : IndonesiaAlamat Rumah : Jl. Halmahera 3 no 14A No. telp : 085333340483TTD :

17

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

DOSEN PEMBIMBING PROGRAM KREATIFITAS MAHASISWA

1. Nama Lengkap dan Gelar : Sumardi, ST., MT.2. NIP : 19670113 199802 1 0013. Golongan Pangkat : III d/ Penata Tingkat I4. Jabatan Struktural : Lektor Kepala5. Fakultas/Program Studi : Teknik / Elektro6. Perguruan Tinggi : Universitas Jember7. Bidang Keahlian : Elektronika Medika

PENGALAMAN PENELITIAN

Tahun Judul Penelitian JabatanSumber

Dana

1999 Pengkajian Awal Pengadaan Unit Pembangkit Listrik Mikrohidro di Sambungrejo

Ketua Mandiri

2004 Analisis Teknis dan Ekonomis Dalam Pengujian Desain Balast Elektronik pada Lampu TL

Ketua DP3M

Mengetahui dan menyetujuiisi daftar riwayat hidup

Jember, Oktober 2011

Sumardi, ST., MTNIP. 196701131998021001

18