8

BAB II

PENDEKATAN PEMECAHAN MASALAH

A. Perlintasan kereta api

Perlintasan kereta api adalah persilangan antara jalur kereta api dengan

jalan, baik jalan raya ataupun jalan setapak kecil lainnya. Persilangan bisa

terdapat di pedesaan ataupun perkotaan. Perlintasan terdiri dari perlintasan

sebidang dan perlintasan tak sebidang.

Perlintasan tak sebidang adalah persilangan antara jalur kereta api dengan

jalan raya yang tidak pada satu bidang, misal dengan flyover atau underpass.

Persyaratan pembuatan perlintasan tak sebidang :

1. Selang waktu antara kereta api satu dengan kereta api berikutnya yang

melintas pada lokasi tersebut rata – rata sekurang – kurangnya 6 menit

pada waktu sibuk.

2. Jarak perlintasan yang satu dengan yang lainnya pada satu jalur kereta

api tidak kurang dari 800 meter.

3. Tidak terletak pada lengkungan atau tikungan jalan kereta atau

tikungan jalan.

4. Terdapat kondisi lingkungan yang memungkinkan pandangan bagi

masinis kereta api dari perlintasan dan bagi pengemudi kendaraan

bermotor.

9

Perlintasan sebidang adalah persilangan antara jalur kereta dengan jalan

raya pada satu bidang, yaitu di atas tanah. Persilangan ini banyak terdapat di

pedesaan yang arus lalu lintas pada jalan tersebut masih relatif jarang.

Persyaratan pembangunan perlintasan sebidang antara lain :

1. Permukaan jalan tidak boleh lebih tinggi atau lebih rendah dengan

kepala rel, dengan toleransi 0,5 cm.

2. Terdapat permukaan dapat sepanjang 60 cm diukur dari sisi terluar

jalan rel.

3. Maksimum gradien untuk dilewati kendaraan dihitung dari titik

tertinggi di kepala rel adalah :

a. Sebesar 2% diukur dari sisi terluar permukaan datar sebagaimana

dimaksud dalam butir 2 untuk jarak 9,4 meter.

b. Sebesar 10% untuk 10 meter berikutnya dihitung dari titik terluar

sebagaimana dimaksud dalam butir 1 sebagai gradien peralihan.

4. Lebar perlintasan untuk satu jalur maksimum 7 meter.

5. Sudut perpotongan antara rel dengan jalan raya sekurang – kurangnya

90 derajat dan panjang jalan yang lurus minimal harus 150 meter dari

jalan rel.

6. Harus dilengkapi rel lawan atau konstruksi lain untuk tetap menjamin

adanya alur untuk roda kereta.

7. Ruas jalan yang dapat dibuat perlintasan sebidang antara jalan dengan

jalan kereta mempunyai persyaratan sebagai berikut :

10

a. Jalan kelas III.

b. Jalan sebanyak – banyaknya 2 lajur dan 2 arah.

c. Tidak pada tikungan jalan dan atau alinement horizontal yang

memiliki radius sekurang – kurangnya 500 meter.

d. Tingkat kelandaian kurang dari 5% dari titik terluar jalan rel.

e. Memenuhi jarak pandang bebas (ketentuan dapat dilihat pada

tabel1).

f. Sesuai dengan Rencana Umum Tata Ruang (RUTR).

Tabel 1. Hubungan Jarak Pandang dengan Kecepatan(Dephub :2005)

11

Gambar 1. Hubungan jarak pandang dengan kecepatan pengendara kendaraan bermotor(Sumber : PT. CITRA LARAS:2009)

Keterangan :

dH = Jarak pandang terhadap jalan bagi kendaraan kecepatan VV untuk

berhenti dengan aman tanpa melanggar batas perlintasan

dT = Jarak pandang terhadap jalan rel untuk melakukan manuver seperti yang

dideskripsikan untuk dH Besarnya dH dan dT seperti pada tabel 1.

L = panjang kendaraan

D = jarak dari garis stop atau dari bagian depan kendaraan terhadap rel

terdekat

de = Jarak dari pengemudi terhadap bagian depan kendaraan

12

Di dalam buku : A Policy on Geometric Design of Highways and Streets 2001

(AASHTO) dibahas tentang persilangan sebidang jalan raya dengan kereta api

(Railroad – Highway Grade Crossing). Pada persilangan sebidang yang tidak

menggunakan peralatan pengaman yang diaktifkan oleh kereta (train-activated

warning devices) jarak pandangan merupakan pertimbangan utama.

Dasar perhitungan adalah seperti juga ditunjukkan pada Gambar 1, dengan

menggunakan rumus-rumus sebagai berikut:

= + + ............................................................................ (1)

= ( ) + + + + ............................................... (2)

(Sumber : PT. CITRA LARAS:2009)Di mana :

A = constant = 0.278

B = constant = 0.039

dH = panjang jarak pandangan sepanjang jalan raya yang memungkinkan

kendaraan dengan kecepatan VV melintasi perlintasan

dT = panjang jarak pandangan sepanjang jalan rel untuk melakukan maneuver

seperti dideskripsikan untuk dH

VV = kecepatan kendaraan (km/jam)

VT = kecepatan kereta (km/jam)

t = perception/reaction time, yang diasumsikan sebesar 2.5 detik

a = driver deceleration, yang diasumsikan sebesar 3.4 m/s2

D = jarak dari stop line ke rel terdekat, yang diasumsikan sebesar 4.5 m.

de = jarak dari pengemudi ke bagian terdepan kendaraan, diasumsikan

sebesar 3.0 m

13

L = panjang kendaraan, diasumsikan sebesar 20 m

W = jarak antara rel terluar (untuk single track, nilainya sebesar 1.5 m)

Berdasarkan rumus tersebut dapat dihitung jarak pandangan terhadap jalan rel

(dT) dan jarak pandangan terhadap jalan raya (dH), ditunjukkan pada Tabel 2.

Tabel 2. Hubungan jarak pandang terhadap jalan raya(dephub:2005)

14

Berdasarkan SK Dirjen No. 770 Tahun 2005 dijelaskan bahwa perlintasan

sebidang antara jalan dengan jalur kereta api terdiri dari perlintasan sebidang yang

dilengkapi dengan Pintu (baik otomatis maupun tidak) serta perlintasan sebidang

yang tidak dilengkapi dengan Pintu.

Tabel 3. Kelengkapan pintu perlintasan kereta api(dephub:2005)

KELENGKAPAN Ketentuan

Perlintasan Sebidang

Dengan Pintu Otomatis

1) Pintu dengan persyaratan kuat dan ringan, anti karat

serta mudah dilihat dan memenuhi kriteria failsafe;

2) pada jalan dipasang pemisah lajur;

3) pada kondisi darurat petugas yang berwenang

mengambil alih fungsi pintu.

Perlintasan Sebidang

Dengan Pintu Tidak

Otomatis

1) Genta/isyarat suara dengan kekuatan 115 db pada

jarak 1 meter.

2) daftar semboyan;

3) petugas yang berwenang;

4) daftar dinasan petugas;

5) gardu penjaga dan fasilitasnya;

6) daftar perjalanan kereta api sesuai Grafik Perjalanan

Kereta Api (GAPEKA);

7) semboyan bendera berwarna merah dan hijau serta

lampu semboyan;

8) perlengkapan lainnya seperti senter, kotak P3K, jam

15

dinding;

9) Pintu dengan persyaratan kuat dan ringan, anti karat

serta mudah dilihat dan memenuhi kriteria failsafe

untuk Pintu elektrik.

Perlintasan Sebidang

Tanpa Pintu Perlintasan

Perlintasan sebidang yang tidak dilengkapi pintu wajib

dilengkapi dengan rambu, marka, isyarat suara dan

lampu lalu lintas satu warna yang berwarna merah

berkedip atau dua lampu satu warna yang berwarna

merah menyala bergantian sesuai pedoman ini.

Isyarat lampu lalu lintas satu warna memiliki

persyaratan sebagai berikut :

1) Terdiri dari satu lampu yang menyala berkedip atau

dua lampu yang menyala bergantian.

2) Lampu berwarna kuning dipasang pada jalur lalu

lintas, mengisyaratkan pengemudi harus berhati-

hati.

3) Lampu berwarna merah dipasang pada perlintasan

sebidang dengan jalan kereta api dan apabila

menyala mengisyaratkan pengemudi harus berhenti.

4) Dapat dilengkapi dengan isyarat suara atau tanda

panah pada lampu yang menunjukan arah datangnya

kereta api.

5) Berbentuk bulat dengan garis tengah antara 20

16

sentimeter sampai dengan 30 sentimeter.

6) Daya lampu antara 60 watt sampai dengan 100 watt.

Pintu otomatis terdiri dari mekanisme kendali dan lengan pintu yang dicat

berpendar strip merah putih yang dapat dikendalikan bolak balik secara otomatis

dan dilengkapi oleh lampu. Pada posisi bawah lengan pintu harus terletak

membentang menghalangi jalur lalu lintas yang bergerak mendekati. Lengan pintu

harus dicat berpendar pada kedua sisi, mempunyai strip-strip bergantian merah

putih dengan sudut 45 derajat. Jarak satu warna dengan yang lain adalah 400 mm

dihitung secara horizontal. Lengan pintu harus mempunyai minimal 3 buah

lampu. Standar desain pintu perlintasan adalah seperti ditunjukkan pada gambar

berikut ini.

Gambar 2. Desain pintu perlintasan kereta api(sumber:dephub:2005)

17

B. Mikrokontroller ATmega16

AVR merupakan seri mikrokontroler CMOS 8-bit buatan Atmel, berbasis

arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Komputer). Hampir semua instruksi

dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32 Register general-

purpose, timer/counter fleksibel dengan Mode compare, interrupt internal

dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, dan Mode

Power saving, ADC dan PWM internal. AVR juga mempunyai In-Sistem

Programmable Flash on-chip yang mengijinkan memori program untuk

diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI.

ATmega16.

ATmega16 mempunyai Throughput mendekati 1 MIPS per MHz membuat

desainer sistem untuk mengoptimasi konsumsi daya dengan kecepatan proses.

Gambar 3. Pin-Pin ATmega16 kemasan 40-Pin(Sumber:alldatasheet.com:2012)

18

Pin-Pin pada ATmega16 dengan kemasan 40-Pin DIP (dual inline

package) ditunjukkan oleh gambar 3. Guna memaksimalkan performa, AVR

menggunakan arsitektur Harvard (dengan memori dan bus terpisah untuk

program dan data).

1. Port sebagai input/output digital

ATmega16 mempunyai empat buah Port yang bernama PortA,

PortB, PortC, dan PortD. Keempat Port tersebut merupakan jalur

bidirectional dengan pilihan internal pull-up. Tiap Port mempunyai

tiga buah Register bit, yaitu DDxn, PORTxn, dan PINxn. Huruf

‘x’mewakili nama huruf dari Port sedangkan huruf ‘n’ mewakili

nomor bit. Bit DDxn terdapat pada I/O address DDRx, bit PORTxn

terdapat pada I/O address PORTx, dan bit PINxn terdapat pada I/O

address PINx. Bit DDxn dalam Register DDRx (Data Direction

Register) menentukan arah Pin. Bila DDxn diset 1 maka Px berfungsi

sebagai Pin output. Bila DDxn diset 0 maka Px berfungsi sebagai Pin

input. Bila PORTxn diset 1 pada saat Pin terkonfigurasi sebagai Pin

input, maka resistor pull-up akan diaktifkan. Untuk mematikan resistor

pull-up, PORTxn harus diset 0 atau Pin dikonfigurasi sebagai Pin

output. Pin Port adalah tri-state setelah kondisi reset. Bila PORTxn

diset 1 pada saat Pin terkonfigurasi sebagai Pin output maka Pin Port

akan berlogika 1. Dan bila PORTxn diset 0 pada saat Pin

terkonfigurasi sebagai Pin output maka Pin Port akan berlogika 0. Saat

19

mengubah kondisi Port dari kondisi tri-state (DDxn=0, PORTxn=0) ke

kondisi output High (DDxn=1, PORTxn=1) maka harus ada kondisi

peralihan apakah itu kondisi pull-up enable (DDxn=0, PORTxn=1)

atau kondisi output Low (DDxn=1, PORTxn=0).

Biasanya, kondisi pull-up enable dapat diterima sepenuhnya,

selama lingkungan impedansi tinggi tidak memperhatikan perbedaan

antara sebuah strong High driver dengan sebuah pull-up. Jika ini

bukan suatu masalah, maka bit PUD pada Register SFIOR dapat diset

1 untuk mematikan semua pull-up dalam semua Port. Peralihan dari

kondisi input dengan pull-up ke kondisi output Low juga menimbulkan

masalah yang sama. Kita harus menggunakan kondisi tri-state

(DDxn=0, PORTxn=0) atau kondisi output High (DDxn=1,

PORTxn=0) sebagai kondisi transisi.

Tabel 4. Konfigurasi Pin Port(Sumber:alldatasheet.com:2012)

DDxn PORTxnPUD

(In SFIOR)I/O Pull-up Comment

0 0 X Input No Tri-state (HI-Z)

0 1 0 Input YesPxn will source current if ext. pulled

low

0 1 1 Input No Tri-state (HI-Z)

1 0 X Output No Output Low (Sink)

1 1 X Output No Output High (Source

20

2. Bit 2 – PUD : Pull-up Disable

Bila bit diatur bernilai 1 maka pull-up pada Port I/O akan

dimatikan walaupun Register DDxn dan PORTxn dikonfigurasikan

untuk menyalakan pull-up (DDxn=0, PORTxn=1).

3. Timer

Timer/counter adalah fasilitas dari ATmega16 yang digunakan

untuk perhitungan pewaktuan. Beberapa fasilitas chanel dari timer

counter antara lain: counter channel tunggal, pengosongan data

timer sesuai dengan data pembanding, bebas -glitch, tahap yang

tepat Pulse Width Modulation (PWM), pembangkit frekuensi, event

counter external..

4. Gambaran Umum

Gambar diagram block timer/counter 8 bit yang ditunjukan

pada gambar 2. Untuk penempatan Pin I/O telah di jelaskan pada

bagian I/O. CPU dapat diakses Register I/O, termasuk dalam Pin-

Pin I/O dan bit I/O. Device khusus Register I/O dan lokasi bit

terdaftar pada deskripsi timer/counter 8 bit.

21

Gambar 4. Blok diagram timer/counter(sumber : www.ilmukomputer.com : Mokh. Sholihul Hadi)

5. Timing Diagram Timer/counter

Timer/counter didesain sinkron clock timer (clkT0) oleh

karena itu ditunjukkan sebagai sinyal enable clock pada gambar 3.

Gambar ini termasuk informasi ketika flag interrupt dalam kondisi

set. Data timing digunakan sebagai dasar dari operasi

timer/counter.

Gambar 5. Timing diagram timer/counter, tanpa prescalling(sumber : www.ilmukomputer.com : Mokh. Sholihul Hadi)

Sesuai dengan gambar 4 timing diagram timer/counter dengan

prescalling maksudnya adalah counter akan menambahkan data counter

(TCNTn) ketika terjadi pulsa clock telah mencapai 8 kali pulsa dan sinyal

22

clock pembagi aktif clock dan ketika telah mencapai nilai maksimal maka

nilai TCNTn akan kembali ke nol. Dan kondisi flag timer akan aktif ketika

TCNTn maksimal.

Gambar 6. Timing diagram timer/counter, dengan prescalling(sumber : www.ilmukomputer.com : Mokh. Sholihul Hadi)

Sama halnya timing timer pada gambar 4, timing timer/counter dengan

setting OCFO timer Mode ini memasukan data ORCn sebagai data input

timer. Ketika nilai ORCn sama dengan nilaiTCNTn maka pulsa flag timer

akan aktif. TCNTn akan bertambah nilainya ketika pulsa clock telah

mencapai 8 pulsa. Dan kondisi flag akan berbalik (komplemen) kondisi

ketika nilai TCNTn kembali kenilai 0 (overfLow).

Gambar 7. Timing diagram timer/counter, menyeting OCFO, dengan pescaler (fclk_I/O/8)(sumber : www.ilmukomputer.com : Mokh. Sholihul Hadi)

Ketika nilai ORCn sama dengan nilai TCNTn maka pulsa flag timer

akan aktif. TCNTn akan bertambah nilainya ketika pulsa clock telah

23

mencapai 8 pulsa. Dan kondisi flag akan berbalik (komplemen) kondisi

ketika nilai TCNTn kembali kenilai 0 (overfLow).

Gambar 8. Timing diagram timer/counter, menyeting OCFO, pengosongan data(sumber : www.ilmukomputer.com : Mokh. Sholihul Hadi)

6. Bit 6,3 – WGM01:0: Waveform Generation Mode

Bit ini mengontrol penghitungan yang teratur pada counter,

sumber untuk harga counter maksimal ( TOP )., dan tipe apa dari

pembangkit bentuk gelombang yang digunakan. Mode operasi

didukung oleh unit timer/counter sebagai berikut : Mode normal,

pembersih timer pada Mode penyesuaian dengan pembanding (

CTC ), dan dua tipe Mode Pulse Width Modulation ( PWM ).

Tabel 5. Deskripsi Bit Mode Pembangkit Bentuk Gelombang(: www.ilmukomputer.com : Mokh. Sholihul Hadi)

ModeWGM01

(CTC0)

WGM00

(PWM0)

Timer/counter Mode

of OperationTOP

Update of

OCR0

TOV0 Flag

Set-on

0 0 0 Normal 0xFF Immediate MAX

1 0 1 PWM, Phase Correct 0xFF TOP BOTTOM

2 1 0 CTC OCR0 Immediate MAX

3 1 1 Fast PWM 0xFF TOP MAX

24

7. Bit 5:4 – COM 01:0 Penyesuaian Pembanding Mode Output

Bit ini mengontrol Pin output compare (OCO), jika satu atau

kedua bit COM01:0 diset, output OC0 melebihi fungsional Port

normal I/O dan keduanya terhubung juga. Bagaimanapun, catatan

bahwa bit Direksi Data Register (DDR) mencocokan ke Pin OC0

yang mana harus diset dengan tujuan mengaktifkan. Ketika OC0

dihubungkan ke Pin, fungsi dari bit COM01:0 tergantung dari

pengesetan bit WGM01:0. Tabel 4 menunjukkan COM fungsional

ketika bit-bt WGM01:0 diset ke normal atau Mode CTC (non

PWM).

Tabel 6. Mode Output Pembanding, tanpa PWM(: www.ilmukomputer.com : Mokh. Sholihul Hadi)

COM01 COM00 Description0 0 Normal port operation, OC0 disconnected0 1 Toggle OC0 on compare match1 0 Clear OC0 on compare match1 1 Set OC0 on compare match

Tabel 7 menunjukan bit COM01:0 fungsional ketika bit

WGM01:0 diset ke Mode fast PWM.

Tabel 7. Mode Output Pembanding, Mode fast PWM( www.ilmukomputer.com : Mokh. Sholihul Hadi)

COM01 COM00 Description0 0 Normal port operation, OC0 disconnected0 1 Reserved 1 0 Clear OC0 on compare match, set OC0 at Top1 1 Set OC0 on compare match, clear OC0 at TOP

25

Tabel 8 menunjukan bit COM01:0 fungsional ketika bit

WGM01:0 diset ke Mode phase correct PWM.

Tabel 8. Mode Output Pembanding, Mode phase correct PWM(www.ilmukomputer.com : Mokh. Sholihul Hadi)

COM01 COM00 Description

0 0 Normal port operation, OC0 disconnected

0 1 Reserved

1 0Clear OC0 on compare match when up-counting. Set OC0 on

compare match when downcounting

1 1Set OC0 on compare match when up-counting. Clear OC0 on

compare match when downcounting

8. Bit 2:0 – CS02:0 : Clock Select

Tiga bit clock select sumber clock digunakan dengan

timer/counter. Jika Mode Pin eksternal digunakan untuk timer

counter0, perPindahan dari Pin T0 akan memberi clock counter.

Tabel 9. Deskripsi bit clock select(www.ilmukomputer.com : Mokh. Sholihul Hadi)

CS02 CS01 CS00 Description

0 0 0 No clock sorce (Timer/Counter stopped)

0 0 1 ClkI/O (No prescalling)

0 1 0 ClkI/O/8 (From prescaler)0 1 1 ClkI/O/32 (From prescaler)1 0 0 ClkI/O/256 (From prescaler)

1 0 1 ClkI/O/1024 (From prescaler)1 1 0 External clock source on T0 pin. Clock on falling edge1 1 1 External clock source on T0 pin. Clock on rising edge

Sesuai dengan tabel 9 maka sumber clock dapat dibagi

sehingga timer/counter dapat disesuaikan dengan banyak data yang

dihitung.

26

9. Register Timer/counter TCNT0

Gambar 9. Register timer TCNT0

Register timer/counter memberikan akses secara langsung,

keduanya digunakan untuk membaca dan menulis operasi, untuk

penghitung unit 8-bit timer/counter. Menulis ke blok-blok Register

TCNT0 (removes) disesuaikan dengan clock timer berikutnya.

Memodifikasi counter (TCNT0) ketika perhitungan berjalan,

memperkenalkan resiko kehilangan perbandingan antara TCNC0

dengan Register OCR0.

10. Register Timer/counter OCR0

Gambar 10. Register timer OCR0

Register output pembanding berisi sebuah harga 8 bit secara

terus-menerus dibandingkan dengan harga counter (TCNT0).

Sebuah penyesuaian dapat digunakan untuk membangkitkan output

interrupt pembanding, atau untuk membangkitkan sebuah output

bentuk gelombang pada Pin OC0.

27

C. Sensor optocoupler

Rangkaian sensor optocoupler menggunakan photodioda dan led infra

merah. Photodioda akan aktif apabila terkena cahaya dari led infra merah.

Antara Led dan photodioda dipisahkan oleh jarak. Jauh dekatnya jarak

mempengaruhi besar intensitas cahaya yang diterima oleh photodioda.

Apabila antara Led dan photodioda tidak terhalang oleh benda, maka

photodioda akan aktif.

1. Led Inframerah

Led Infra merah adalah sebuah benda padat penghasil cahaya, yang

mendekati/menghasilkan spectrum cahaya infra merah. Led (dioda

cahaya) Infra merah menghasilkan panjang gelombang yang sama

dengan yang biasa diterima oleh photodetektor silikon. Oleh karena

itu Led infra merah bisa dipasangkan dengan foto transistor dan foto

dioda.

Gambar 11. Led Inframerah(ilmukumputer.com)

28

Karakteristik Inframerah

Tidak dapat dilihat oleh manusia

Tidak dapat menembus materi yang tidak tembus pandang

Dapat ditimbulkan oleh komponen yang menghasilkan panas

Panjang gelombang pada inframerah memiliki hubungan yang

berlawanan atau berbanding terbalik dengan suhu. Ketika suhu

mengalami kenaikan, maka panjang gelombang mengalami

penurunan.

2. Photodioda

Photodioda adalah dioda yang bekerja berdasarkan intensitas

cahaya, jika photodioda terkena cahaya maka photodioda bekerja

seperti dioda pada umumnya, tetapi jika tidak mendapat cahaya maka

photodioda akan berperan seperti resistor dengan nilai tahanan yang

besar sehingga arus listrik tidak dapat mengalir.

Gambar 12. Photodioda dan simbol Photodioda(ilmukomputer.com)

Simbol dan bentuk photodioda hampir sama dengan Led, tetapi

pada simbol photodioda arah dua panahnya menghadap ke dalam.

29

Photodioda banyak digunakan sebagai sensor cahaya dalam dunia

elektronika, karena sifatnya yang peka terhadap cahaya.

Komponen ini akan mengubah energi cahaya, dalam hal ini energi

cahayainfra red memjadi sinyal listrik (dalam hal ini arus listrik).

Merupakansambungan dioda PN yang memiliki kepekaan terhadap

radiasi gelombang Elektromagnetik (EM) ketika jatuh pada

sambungan. Dikarenakansambungan PN sangatlah kecil, dibutuhkan

lensa untuk memfokuskan radiasi yang datang agar mendapatkan

respon yang baik. Keunggulan deviceini adalah nilai waktu responnya

sangatlah cepat.Kebanyakan memiliki waktu respon mendekati 1

mikrodetik, bahkan ada yang mendekati 1 nanodetik. Semakin tinggi

intensitas cahaya, maka arus bocor pada sambungan PN semakin

besar sehingga arus yang lewat sambungan semakin kecil. Pada

keadaan gelap tanpa cahaya sama sekali, LDR memiliki nilai

resistansi yang besar (sekitar beberapa mega ohm). Nilai resistansinya

ini akan semakin kecil jika cahaya yang jatuh ke permukaannya

semakin terang. Pada keadaan terang benderang (siang hari) nilai

resistansinya dapat mengecil hingga beberapa ohm saja (hampir

seperti konduktor).

Ketika sebuah photon (satu satuan energi dalam cahaya) dari

sumber cahaya diserap, hal tersebut membangkitkan suatu elektron

dan menghasilkan sepasang pembawa muatan tunggal, sebuah

elektron dan sebuah Hole, suatu Hole adalah bagian dari kisi-kisi

30

semikonduktor yang kehilangan elektron. Arah arus yang melalui

sebuah semikonduktor adalah kebalikan dengan gerak muatan

pembawa. Cara tersebut di dalam sebuah photodiode digunakan untuk

mengumpulkan photon - menyebabkan pembawa muatan (seperti arus

atau tegangan) mengalir/terbentuk di bagian-bagian elektroda.

D. Motor DC

Motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi

listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya

memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor,

mengangkat bahan,dll. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor

listrik, fan angin) dan di industri. Motor listrik kadangkala disebut “kuda

kerja” nya industri sebab diperkirakan bahwa motor menggunakan sekitar

70% beban listrik total di industri. Motor DC memerlukan suplai tegangan

yang searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik.

Kumparan medan pada motor dc disebut stator (bagianyang tidak berputar)

dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Jika terjadi

putaran pada kumparan jangkar dalam pada medan magnet, maka akan timbul

tegangan (GGL) yang berubah-ubah arah pada setiap setengah putaran,

sehingga merupakan tegangan bolak-balik. Prinsip kerja dari arus searah

adalah membalik phasa tegangan dari gelombang yangmempunyai nilai positif

dengan menggunakan komutator, dengan demikian arus yang berbalik arah

dengan kumparan jangkar yang berputar dalam medan magnet. Bentuk motor

31

paling sederhana memiliki kumparan satu lilitan yang bias berputar bebas di

antara kutub-kutub magnet permanen.

Putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh

susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan. Pada motor dc,

daerah kumparan medan yang dialiri arus listrik akan menghasilkan medan

magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah tertentu. Konversi

dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya

berlangsung melalui medan magnet, dengan demikian medan magnet selain

berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan energi, sekaligus sebagai tempat

berlangsungnya proses perubahan energi, daerah tersebut dapat dilihat pada

gambar 13 :

Gambar 13. Prinsip kerja motor dc(belajar-elektronika.com)

E. Limit Switch

Limit switch adalah salah satu sensor yang akan bekerja jika pada bagian

aktuator nya tertekan suatu benda, baik dari samping kiri ataupun kanan,

mempunyai micro switch dibagian dalamnya yang berfungsi untuk

mengontakkan atau sebagai pengontak, gambar batang yang mempunyai roda

32

itu namanya actuator lalu diikat dengan sebuah baud, berfungsi untuk

menerima tekanan dari luar, roda berfungsi agar pada saat Limit switch

menerima tekanan , bisa bergerak bebas, kemudian mempunyai tiga lubang

pada body nya berfungsi untuk tempat dudukan baud pada saat pemasangan

di mesin.

Gambar 14. Limit Switch

(belajar-elektronika.com)

Ketika actuator dari Limit switch tertekan suatu benda baik dari samPing

kiri ataupun kanan sebanyak 45 derajat atau 90 derajat ( tergantung dari jenis

dan type Limit switch ) maka, actuator akan bergerak dan diteruskan ke

bagian dalam dari Limit switch, sehingga mengenai micro switch dan

menghubungkan kontak-kontaknya, pada micro switch terdapat kontak jenis

NO dan NC seperti juga sensor lainnya, kemudian kontaknya mempunyai

beban kerja sekitar 5 A, untuk dihubungkan ke perangkat listrik lainnya, dan

begitulah seterusnya, selain itu Limit switch juga mempunyai head atau

kepala tempat dudukan actuator pada bagian atas dari Limit switch dan

posisinya bisa dirubah-rubah sesuai dengan kebutuhan.

F. Transistor

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat,

sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan,

33

modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi

semacam kran listrik, berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan

inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari

sirkuit sumber listriknya.

Gambar 15. Transistor Through-Hole (dibandingkan dengan pita ukur sentimeter)(belajar-elektronika.com)

Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E)

dan Kolektor (C). Tegangan yang di satu terminalnya misalnya Emitor dapat

dipakai untuk mengatur arus dan tegangan yang lebih besar daripada arus

input Basis, yaitu pada keluaran tegangan dan arus output Kolektor.

Transistor merupakan komponen yang sangat penting dalam dunia

elektronik Modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam

amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber

listrik stabil (stabilisator) dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-

rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi.

Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi

sebagai logic gate, memori dan fungsi rangkaian-rangkaian lainnya.

Dari banyak tipe-tipe transistor Modern, pada awalnya ada dua tipe dasar

transistor, Bipolar Junction Transistor (BJT atau transistor bipolar) dan field-

34

effect transistor (FET), yang masing-masing bekerja secara berbeda.

Transistor bipolar dinamakan demikian karena kanal konduksi utamanya

menggunakan dua polaritas pembawa muatan: elektron dan lubang, untuk

membawa arus listrik. Dalam BJT, arus listrik utama harus melewati satu

daerah/lapisan pembatas dinamakan depletion zone, dan ketebalan lapisan ini

dapat diatur dengan kecepatan tinggi dengan tujuan untuk mengatur aliran

arus utama tersebut.

FET (juga dinamakan transistor unipolar) hanya menggunakan satu jenis

pembawa muatan (elektron atau Hole, tergantung dari tipe FET). Dalam FET,

arus listrik utama mengalir dalam satu kanal konduksi sempit dengan

depletion zone di kedua sisinya (dibandingkan dengan transistor bipolar

dimana daerah Basis memotong arah arus listrik utama). Dan ketebalan dari

daerah perbatasan ini dapat diubah dengan perubahan tegangan yang

diberikan, untuk mengubah ketebalan kanal konduksi tersebut. Lihat artikel

untuk masing-masing tipe untuk penjelasan yang lebih lanjut.

1. Jenis Transistor

Secara umum, transistor dapat dibeda

a) Materi semikonduktor: Germanium, Silikon, Gallium Arsenide

b) Kemasan fisik:

Mount, IC, dan lain

c) Tipe: UJT, BJT

VMOSFET, MESFET

yaitu IC (Integrated Circuit

d) Polaritas: NPN atau N

e) Maximum kapasitas daya:

f) Maximum frekwensi kerja:

transistor, Microwave

Aplikasi: Amplifier

dan lain-lain

2. BJT

BJT (Bipolar Junction Transistor

transistor. Cara kerja BJT dapat dibayangkan sebagai dua dioda yang

Jenis Transistor

PNP P-channel

NPN N-channel

Gambar 16. Simbol Transistor(sumber: )

Secara umum, transistor dapat dibeda-bedakan berdasarkan banyak kategori:

Materi semikonduktor: Germanium, Silikon, Gallium Arsenide

Kemasan fisik: Through Hole Metal, Through Hole Plastic

, IC, dan lain-lain

BJT, JFET, IGFET (MOSFET), IGBT, HBT

MESFET, HEMT, SCR serta pengembangan dari transistor

Integrated Circuit) dan lain-lain.

Polaritas: NPN atau N-channel, PNP atau P-channel

Maximum kapasitas daya: Low Power, Medium Power, High

Maximum frekwensi kerja: Low, Medium, atau High

Microwave, dan lain-lain.

Amplifier, Saklar, General Purpose, Audio, Tegangan Tinggi,

Bipolar Junction Transistor) adalah salah satu dari dua jenis

transistor. Cara kerja BJT dapat dibayangkan sebagai dua dioda yang

35

bedakan berdasarkan banyak kategori:

Materi semikonduktor: Germanium, Silikon, Gallium Arsenide

Plastic, Surface

HBT, MISFET,

engembangan dari transistor

High Power

Frequency, RF

, Tegangan Tinggi,

) adalah salah satu dari dua jenis

transistor. Cara kerja BJT dapat dibayangkan sebagai dua dioda yang

36

terminal positif atau negatifnya berdempet, sehingga ada tiga terminal.

Ketiga terminal tersebut adalah emiter (E), kolektor (C), dan basis (B).

Perubahan arus listrik dalam jumlah kecil pada terminal basis dapat

menghasilkan perubahan arus listrik dalam jumlah besar pada terminal

kolektor. Prinsip inilah yang mendasari penggunaan transistor sebagai

penguat elektronik. Rasio antara arus pada koletor dengan arus pada

basis biasanya dilambangkan dengan β atau hFE. β biasanya berkisar

sekitar 100 untuk transistor-transisor BJT.

3. FET

FET dibagi menjadi dua keluarga: Junction FET (JFET) dan

Insulated Gate FET (IGFET) atau juga dikenal sebagai Metal Oxide

Silicon (atau Semiconductor) FET (MOSFET). Berbeda dengan IGFET,

terminal gate dalam JFET membentuk sebuah dioda dengan kanal

(materi semikonduktor antara Source dan Drain). Secara fungsinya, ini

membuat N-channel JFET menjadi sebuah versi solid-state dari tabung

vakum, yang juga membentuk sebuah dioda antara grid dan katode. Dan

juga, keduanya (JFET dan tabung vakum) bekerja di "depletion Mode",

keduanya memiliki impedansi input tinggi, dan keduanya

menghantarkan arus listrik dibawah kontrol tegangan input.

FET lebih jauh lagi dibagi menjadi tipe enhancement Mode dan

depletion Mode. Mode menandakan polaritas dari tegangan gate

dibandingkan dengan Source saat FET menghantarkan listrik. Jika kita

ambil N-channel FET sebagai contoh: dalam depletion Mode, gate

37

adalah negatif dibandingkan dengan Source, sedangkan dalam

enhancement Mode, gate adalah positif. Untuk kedua Mode, jika

tegangan gate dibuat lebih positif, aliran arus di antara Source dan

Drain akan meningkat. Untuk P-channel FET, polaritas-polaritas semua

dibalik. Sebagian besar IGFET adalah tipe enhancement Mode, dan

hampir semua JFET adalah tipe depletion Mode.

G. IC L293D

L293D merupakan IC 16 Pin dengan fungsi salah satunya sebagai

pengendali arah putaran motor DC. Gambar 15 menunjukkan Pin IC L293D.

Gambar 17. Pin ICL293D(alldatasheet.com)

Berikut fungsi pada Pin 1 – 16 IC L293D :

Pin1 : enable 1 dan 2 Pin9 : enable 3 dan 4

Pin2 : input logika Pin10 : input logika

Pin3 : out motor dari data Pin2 Pin11 : out motor dari data Pin10

Pin4 : ground Pin12 : ground

Pin5 : ground Pin13 : ground

Pin6 : out motor dari data

Pin7 : input logika

Pin8 : supply tegangan untuk motor

Berikut ini merupakan gambar contoh aplikasi motor dc dengan IC L293D

untuk menunjukkan fungsi

Dari gambar

kan motor DC (

input logika untuk mengatur putaran motor DC dan dapat juga digunakan

untuk memberhentikan motor DC secara cepat (

8 tentang fungsi Pin

motor dari data Pin7 Pin14 : out motor dari data

Pin15 : input logika

tegangan untuk motor Pin16 : supply tegangan 5V untuk IC

ini merupakan gambar contoh aplikasi motor dc dengan IC L293D

untuk menunjukkan fungsi Pin IC L293D.

Gambar 18. Aplikasi IC L293D

Dari gambar 18 Pin EN1 merupakan Pin yang difungsikan meng

kan motor DC (ON/OFF). Sedangkan Pin IN1 dan IN2 digunakan sebagai

logika untuk mengatur putaran motor DC dan dapat juga digunakan

untuk memberhentikan motor DC secara cepat (fast motor stop

Pin IN1 dan IN2.

38

motor dari data Pin15

tegangan 5V untuk IC

ini merupakan gambar contoh aplikasi motor dc dengan IC L293D

yang difungsikan meng-enable-

IN1 dan IN2 digunakan sebagai

logika untuk mengatur putaran motor DC dan dapat juga digunakan

stop). Berikut tabel

39

Tabel 10. Fungsi Pin IN1 dan IN2

Jika di inginkan motor berputar searah jarum jam, maka Pin IN1 diberi

logika Low dan IN2 diberi logika High dari Pin mikrokontroller. Dan EN1

juga dihubungkan dengan output dari mikrokontroller.

Pin VS kaki 8 pada IC L293D merupakan supply tegangan untuk motor

DC, sedangkan Pin VSS kaki 16 IC L293D merupakan supply tegangan

untuk IC L293D. pada Pin ground IC L293D dihubungkan dengan Heatsink,

untuk mengurangi panas pada IC dikarenakan motor DC merupakan beban

yang relatif cukup besar.

H. Teknik PWM

Sinyal PWM pada umumnya memiliki amplitudo dan frekuensi dasar yang

tetap, namun, lebar pulsanya bervariasi. Lebar pulsa PWM berbanding

lurus dengan amplitude sinyal asli yang belum termodulasi (dalam hal ini

adalah sinus). Dengan kata lain sinyal PWM, frekuensi gelombangnya

adalah konstan (tetap) namun duty cycle bervariasi (antara 0% hingga

100%), menurut amplitudo sinyal aslinya.

IN1 IN2 Kondisi Motor

0 0 Fast motor stop

0 1 Putaran searah jarum jam

1 0 Putaran berlawanan arah jarum jam

1 1 Fast motor stop

40

Gambar 19. Sinyal PWM(belajar-elektronika.com)

Karena hanya ada 2 kondisi amplitudo sinyal PWM (yaitu Low dan High)

maka dapat juga dikatakan bahwa sinyal PWM adalah sinyal yang

informasinya terletak pada lebar pulsa.

Gambar 20. Tegangan rata – rata PWM(belajar-elektronika.com)

Gambar 20 menunjukan perubahan duty cycle akan merubah tegangan

DC rata-rata. Jika gelombang PWM yang dihasilkan merupakan dari sintesis

gelombang sinus maka tegangan DC rata-rata akan menunjukan sinyal sinus.

Gelombang PWM yang difilter dapat digunakan untuk mengendalikan

perangkat analog, dan menjadikan rangkaian pemfilter sebagai suatu digital –

to – analog converter (DAC).

41

Ada beberapa alasan untuk memilih PWM:

1. Dalam pembangkitan PWM hanya butuh 1 bit dari mikrokontroler

(bila di bandingkan dengan DAC konvensional butuh 8 bit, bahkan

ada yang 10 bit).

2. Pada hakikatnya sinyal PWM merupakan sinyal yang ON dan OFF ,

driver-nya dapat dibangun dengan rangkaian BJT sedangkan DAC

dibutuhkan rangkaian driver lebih komplek.

Sinyal PWM dapat dihasilkan dengan berbagai cara, antara lain dengan

cara :

1. Pembangkitan sinyal PWM dengan Comparator

Dasar pembangkitan sinyal PWM adalah membandingkan

tegangan V(+) non-inverting dengan tegangan V(-) inverting

dengan menggunakan rangkaian comparator.

Gambar 21. Rangkaian komparator(belajar-elektronika.com)

Prinsip kerja pada rangkaian comparator adalah bila tegangan

non - inverting V(+) lebih besar dari pada tegangan inverting V(-)

maka keluaran pembanding akan mendekati Vdd. Sebaliknya,

apabila tegangan inverting V(-) lebih besar dari tegangan non-

42

inverting V(+) maka tegangan keluaran pembanding akan

mendekati Vss. Bila diberikan input pada Pin inverting berupa

sinus dengan frekuensi tertentu, sedangkan pada input non-

inverting berupa gelombang segitiga (berfungsi sebagai gelombang

carrier) dengan frekuensi yang lebih tinggi (misal 10x frekuensi

sinus) maka akan dihasilkan sinyal gelombang PWM.

Gambar 22. Blok diagram pembangkitan PWM(belajar-elektronika.com)

2. Pembangkitan sinyal PWM dengan mikrokontroler

Mengingat bahwa hanya ada 2 kondisi amplitudo sinyal

PWM (yaitu Low dan High) sedang informasi PWM terletak

pada perubahan lebar pulsanya, maka sinyal ini dapat di

bangkitkan dengan mikrokontroler, yaitu dengan membuat

suatu program yang menghasilkan sinyal seperti sinyal PWM.