PEMANFAATAN INFRARED DAN REED SWITCH PADA SIMULASI

OTOMATISASI PALANG PINTU KERETA API MENGGUNAKAN

MIKROKONTROLER ATMEGA16

NASKAH PUBLIKASI

diajukan oleh

Irfan Al Ghazali Ibrahim

06.11.1113

kepada

SEKOLAH TINGGI MANAJEMEN INFORMATIKA DAN KOMPUTER

AMIKOM

YOGYAKARTA

2010

i

ii

UTILIZATION OF INFRARED AND REED SWITCH IN SIMULATION USING CROSS

GATE RAILWAY ATMEGA16 MICROCONTROLLER

PEMANFAATAN INFRARED DAN REED SWITCH PADA SIMULASI OTOMATISASI

PALANG PINTU KERETA API MENGGUNAKAN MIKROKONTROLLER ATMEGA16

Irfan Al Ghazali Ibrahim

Jurusan Teknik Informatika

STMIK AMIKOM YOGYAKARTA

ABSTRACT

This simulation tool is designed to provide a shadow to us that by automating a doorstop train to provide comfort and safety for road users and rail itself. Utilization of Infrared and reed switches that use a magnetic field as a trigger is expected to be useful

in this simulation.

The function of this tool is to use infrared mounted on both sides of the railroad tracks and the reed switch mounted on the central rail. As the lifter bar the door I use that have a servo motor drivers. In the controller, using a microcontroller atmega16 because it does not require many registers and configuration pins are not so complex. To take advantage of logic programming logic gates AND, ie when two conditions have logic "1" will trigger the second servo to go down so shut the road.

How it works is pretty simple tool but have their uses and functions that are very large in the application in the real world.

Keyword : simulation, otomatisation, sensor, gate railway

1

1. Pendahuluan

Perkembangan terus berjalan termasuk dalam rancang bangun, teknologi

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

sarana dan prasarana kereta api semakin berkembang dengan cepatnya di dunia

khususnya di Indonesia.

Banyak jalur lintasan kereta api yang dibangun di Indonesia, sehingga banyak pula

dibangun palang pintu kereta api. Sejak beberepa tahun terakhir ini palang pintu kereta

api menjadi salah satu penyebab terjadinya kecelakan lalu lintas. Hal ini dikarenakan

masih minimnya sarana keamanan di semua palang pintu kereta api sehingga membuat

para pengguna jalan masih melanggar peraturan lalu lintas.

Lintasan kereta api di Indonesia masih banyak yang tidak dilengkapi palang

pengaman disamping harus memasang rambu-rambu juga memasang alarm/ serine,

sebab seluruh panca indra yang paling sensetif adalah telinga (pendengaran), sebab

pendengaran dapat merespon informasi tanpa dilihat oleh indera penglihatan terutama

lintasan yang di sekitarnya banyak bangunan tinggi.

Penggunaan otomatisasi pada palang pintu kereta api dapat meningkatkan tingkat

keamanan bagi para pengguna jalan dan kereta api itu sendiri. Karena dengan sistem

otomatisasi semua kegiatan palang pintu kereta api dapat dijalankan secara otomatis

menggunakan sistem komputerisasi yang tingkat kesalahannya bisa dibuat sangat

minim. Tentu saja dengan teknologi ini dapat memberikan rasa aman kepada semua

pihak yang ada di dalamnya.

2. Landasan Teori

2.1 Hardware

Hardware merupakan perangkat fisik dari sebuah system sehingga dapat dilihat

secara kasat mata.

2.1.1 Mikrokontroler

Mikrokontroler adalah suatu keping IC dimana terdapat mikroprosesor dan

memori program (ROM) serta memori serbaguna (RAM), bahkan ada beberapa jenis

2

mikrokontroler yang memiliki fasilitas ADC, PLL, EEPROM dalam satu kemasan.

Penggunaan mikrokontroler dalam bidang kontrol sangat luas dan populer.

Pin-pin pada ATMega16 dengan kemasan 40-pin DIP ( dual in-line package )

ditunjukkan oleh gambar 1. Guna memaksimalkan performa, AVR menggunakan

arsitektur Harvard (dengan memori dan bus terpisah untuk program dan data).

Gambar 2.1 Pin-pin ATMega16 kemasan 40-pin

2.1.2 Buzzer

Alat output yang berfungsi untuk mengubah gelombang elektromagnetik yang di

berikan oleh baseband menjadi gelombang suara yang merambat pada udara dimana

rambatan gelombang tersebut akan terdengar oleh manusia sebagai tanda

Gambar 2.2 BUZZER

3

2.1.3 Motor servo

Gambar 2.3 Fisik Motor servo

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.

2.1.4 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

magnet antara kutub cukup kuat untuk mengatasi gaya pemulih dari alang-alang, alang-

alang akan diambil bersama-sama.

Gambar. 2.4 Penampang sensor reed switch

4

2.2 Software

Secara umum, sebuah robot digerakan dengan menggunakan sebuah program

yang dimasukkan ke dalam mikrokontroller. Program yang dijalankan oleh mikro

controller tersusun dari bahasa pemrograman tingkat rendah (low level language) atau

disebut juga bahasa mesin.

2.2.1 Bahasa Pemrograman Basic

PBASIC dikembangkan oleh Parallax, Inc. untuk mendukung produk mereka,

BASIC Stamp. Program yang ditulis dengan PBASIC akan disimpan dalam bentuk token,

dalam sebuah EEPROM eksternal, kemudian akan dibaca, diterjemahkan dan dieksekusi

saat program dijalankan. Interpreter BASIC ditanam dalam memori program di dalam

chip mikrokontroler yang mereka jual (berbasis PIC atau Ubicom). Dalam

penggunaannya, Parallax menjual modul yang terdiri dari mikrokontroler, EEPROM

serial, dan komponen pendukung lainnya.

3.1. Perancangan dan pembuatan perangkat keras Elektronik

Tahap ini merupakan tahap perencanaan, perancangan, dan pembuatan alat,

dari mulai pencarian judul, referensi-referensi, hingga ke analisa rangkaian.

Adapun perancangan-perancangan rangkaian yang penulis lakukan meliputi :

Buzzer

Input DC 5V

Gambar 3.1 Diagram Alat

Atmega16

5

Mikrokontroler

Otak dari aplikasi pintu rel kereta api otomatis adalah mikrokontroller ATMega16.

Mikrokontroler ini yang akan mengendalikan semua jalannya system yang terdapat pada

pintu rel kereta api otomatis. Yaitu mengendalikan masukan system yang berupa sensor-

sensor, mengendalikan pergerakan motor stepper sebagai penggerak pintu dan

pembangkit pulsa 300 Hz, 500 Hz yang dimanfaatkan sebagai Sirine.

Gambar 3.2 Pemasangan mikrokontroler beserta rangkaian lengkap

3.1.1 Sensor reed swicth

Penerapan sensor ini adalah untuk mendeteksi keberadaan magnet yang

terpasang pada kereta. Sehingga sensor memberikan input masukan, yang nantinya

akan memicu motor penggerak servo, untuk diturunkan sebagai pertanda kereta api akan

melewati perlintasan. Selain itu sensor ini juga akan memicu BUZZER, sebagai

pengganti sirine untuk diaktifkan.

3.1.2 Infra Red dan Photodioda

Gambar 3.3 Sistem Infra Red

6

3.1.3 Buzzer

Alat output yang berfungsi untuk mengubah gelombang elektromagnetik yang di

berikan oleh baseband menjadi gelombang suara yang merambat pada udara dimana

rambatan gelombang tersebut akan terdengar oleh manusia sebagai tanda.

3.1.4 Catu daya Rangkaian

Power Supply yang pakai menggunakan Transformator 1 A sebagai penurun

daya 12 VAC, dua buah Dioda IN4002 sebagai penyearah arus dari AC menjadi DC, dan

Elco 2200 uF sebagai perata arus. Arus yang keluar dari rangkaian tersebut masih 12

VDC sehingga untuk menghasilkan 5 VDC haruslah ditambahkan komponen regulator

7805.

Gambar 3.4 Skematik rangkaian catu daya

3.1.5 Downloader

Rangkaian Downloader versi ATMega16 yang digunakan sangat berbeda dengan

Downloader versi AT89S51, dalam hal penyambungan antar komponen serta letak pinya

pun berbeda.

3.1.6 Sistem Reset

Sistem reset berfungsi mengembalikan kondisi kerja mikrokontroler pada posisi

awal. pin ini harus diberi logika 1 selama 2 siklus mesin untuk mengaktifkannya.

3.2 Perancangan Mekanik

Gambar 3.5 Rancangan Mekanis

7

3.2.1 Motor servo sebagai palang pintu

Gambar 3.6 Rancangan Motor Servo

3.2.2 LED Penanda

LED ini akan mati apabila reed swetch pembuka terpicu. Bahan yang digunakan

adalah acrylic sepanjang 8,5 cm. Diujungnya dipasang sebuah red lamp biasa. LED

Penanda berjumlah 2 buah yang dipasang di pinggir rel kereta api.

Gambar 3.7 Rancangan LED Penanda

3.3 Perancangan dan Pembuatan Perangkat Lunak

Gambar 3.8 Flowchart Program

8

3. Pembahasan dan Pengujian Alat

4.1 Bagian Elektronis

Bagian elekntronis sesungguhnya merupakan bagian yang paling rentan

terhadap kerusakan dan kesalahan pembuatan. Oleh karena itu agar sistem

pengendalian tidak mudah rusak, saya membagi menjadi tiga bagian elektronis ditambah

sumber daya listrik.

4.1.1 Board Mikrokontroler

Gambar 4.1 Board Mikrokontroler

4.1.2 Sensor reed switch

Gambar 4.2 Peletakan Reed Switch

Reed switch dipasang atau ditanam dibawah rel kereta api agar tidak

mengganggu perjalanan kereta api. Hal ini juga dimaksudkan agar reed switch tidak

terlindas oleh batangan kereta api mengingat switch ini terbuat dari kaca yang rentan

terhadap tekanan yang kecil sekalipun.

Gambar 4.3 Magnet Lokomotif

9

4.1.3 Infra Red

Gambar 4.4 Infrah Red dan Photodioda

Pemasangan Infra reed ini harus sejajar dengan pemasangan photodiode

sebagai satu kesatuan sistem yang seri. Sehingga apabila satu komponen elektronika ini

tidak berfunsi, maka seluruh sistem sensor ini juga tidak berfungsi. Cara kerja alat ini

adalah, apabila infra merah mendapat arus, maka akan memancarkan cahaya.

4.1.4 LED Penanda

Gambar 4.5 LED Penanda

4.1.2 Buzzer

Gambar 4.6 Buzzer

Buzzer ini berfungsi sebagai bel penanda saat kereta api melintas. Buzzer ini aktif

saat sensor inframerah dan reed switch ke 1 aktif secara bersamaan sebagai penanda

bahwa kereta api sedang melewati wilayah tersebut.

10

4.2 Pembuatan Mekanik

Gambar 4.7 Mekanik Rel Kereta Api

4.2.1 Servo Palang Pintu

Gambar 4.8 Servo Palang Pintu

Reed switch ke -2 terpicu, maka palang pintu tersebut bergerak berlawan arah

jarum jam (ccw) sebagai asumsi kereta sudah lewat dan pintu gerbang sudah terbuka

sehingga pengendara bisa melaju. Tinggi palang pintu ini adalah 8.5cm dengan jarak

antar servo adalah 9 cm.

4.3 Pembuatan Perangkat Lunak

Kode program tersebut dapat menjelaskan bahwa dalam setiap pemberian

inputan pada mikrokontroler didahului dengan karakter $ atau dollar, hal ini menunjukan

bahwa kita sedang memberikan instruksi fungsi kepada mikro kontroler. Regfile

menunjukan pengalamatan jenis mikrokontroler. Crystal adalah memori clock pada

mikrokontroler yang besarnya antara 1-8000000 Hz.

11

4.3.1 Inisialisasi

Sebelum melakukan proses aplikasi algoritma pemrograman, terlebih dahulu

harus melakukan inisialisasi port yang digunakan mikrokontroler sebagai gerbang input

output atau I/O gate yang nanti akan tesambung dengan rangkaian luar, sehingga tidak

ada kesalahan pengalamatan register pada mikrokontroler.

Config Timer1 = Timer , Prescale = 1

Config Pina.0 = Output

'buzzer

Config Pina.5 = Output

'led status

Config Pina.1 = Input

Config Pina.2 = Input

Config Pina.3 = Input

Config Pina.4 = Input

Config Pind.0 = Input

Config Pind.1 = Input

Declare Sub Buka

Declare Sub Tutup

Declare Sub Tanda

Declare Sub Bunyi

Declare Sub Diam

Dim Cacah As Byte

Pwm_1 Alias Portd.5

12

Pwm_2 Alias Portd.4

Sw1 Alias Pina.4

Sw2 Alias Pina.3

Sw3 Alias Pina.2

Sw4 Alias Pina.1

Photo1 Alias Pind.0

Photo2 Alias Pind.1

Led_sts Alias Porta.5

Buzzer Alias Porta.0

'=================================================================

==============

Set Porta.4 '

merah

Set Porta.3 '

orange

Set Porta.2 '

kuning

Set Porta.1 '

hijau

Set Portd.0

Set Portd.1

Reset Porta.5

4.3.2 Rutin

Do

If Photo2 = 1 And Sw2 = 0 Then

Do

Call Tutup

Call Tanda

13

Call Bunyi

Loop Until Sw4 = 0

Bitwait Sw4 , Set

For Cacah = 1 To 100

Call Buka

Next Cacah

Elseif Photo1 = 1 And Sw3 = 0 Then

Do

Call Tutup

Call Tanda

Call Bunyi

Loop Until Sw1 = 0

Bitwait Sw1 , Set

For Cacah = 1 To 100

Call Buka

Next Cacah

End If

Loop

Kode diatas digunakan untuk mengaktifkan buzzer, yaitu apabila buzzer dapat

inputan aktif maka buzzer akan berbunyi “bep” selama 25ms kemudian mati selama 25

ms, begitujuga seterusnya, sehingga suara akan terputus – putus.

Gambar 4.9 Downloader

14

4.4 Pengujian

4.4.1 Pengujian Elektronik

Pengujian ini meliputi pengujian pada board mikrokontroler, reed switch, LED dan

photodiode.

4.4.1.1 Pengujian Board Mikrokontroller

Gambar 4.10 Pengujian Board Mikrokontroler

Output yang keluar dari board mikrokontroler tersebut harus kurang dari 5 - 6 volt

sehingga board tersebut dikatakan sudah bekerja dengan baik. Apabila tegangan

melebihi 6 volt, maka akan mengakibatkan mikrokontroler mati dan tidak dapat

digunakan.

Gambar 4.11 Hasil Pengukuran

4.4.1.2 Pengujian Reed Switch

Gambar 4.12 Pengujian Reed Switch

15

Pengujian ini menggunakan magnet yang didekaatkan ke switch, apabila switch

hidup maka arus akan mengalir sebesar inputan dari catu daya.

4.4.1.3 Pengujian LED

Gambar 4.13 Pengujian LED

4.4.1.4 Pengujian Infra merah dan Photodioda

Gambar 4.14 Infra merah dan Photodioda

4. Kesimpulan

Dari beberapa tahap perancangan, pembuatan dan pengujian yang telah

dilakukan dapat diambil kesimpulan antara lain :

1. Mekanik dapat bekerja sesuai fungsi yang dinilai sangat rapi sehingga tidak

terlalu banyak mengalami modifikasi.

2. Sudut dari servo yang paling efektif digunakan dalam palang pintu adalah 900

3. Penggunaan logika AND pada reed switch dan infra merah dapat mengatasi

noise yang ditimbulkan oleh lingkungan luar.

4. Buzzer dan LED dapat bekerja dengan sinkron, sehingga dapat dianggap

sebagai simulasi yang efektif.

5. Penentuan letak reed switch yang membutuhkan sinkronisasi dengan timer yang

ada dimikrokontroler relative sulit.

6. Reed switch harus terlindung dari tekanan sekecil apapun.

7. Input photodiada dan infra merah ke dalam mikrokontroler yang kurang cepat

16

DAFTAR PUSTAKA

Budiarto. Widodo, S.Si, M.Kom, 2004 “interfacing Komputer dan Mikrokontoler” , Penerbit

Elex Media Komputindo

H.M.Jogiyanto, 1994 “Teori dan Aplikasi Program Komputer Bahasa BASIC untuk IBM

dan Kompetibelnya”

Iswanto, 2008 “Desain dan Implementasi Desain Embeded Mikrokontroler ATMega8535

dengan Bahasa Basic”, Penerbit Gava Media, Yogyakarta