BAB 3
PERANCANGAN SISTEM
3.1 Perancangan Alat
3.1.1 Diagram Blok
Secara garis besar, diagram blok dari rangkaian palang otomatis ini ditunjukkan
pada gambar 3.1. berikut ini:
µC AT89S52
LCD 2X16
DRIVER MOTOR STEPPER 1
PENGKONDISI SINYAL 1
SENSOR OPTOCOUPLER 1
MOTOR STEPPER 1
PENGKONDISI SINYAL 2
SENSOR OPTOCOUPLER 2
PENGKONDISI SINYAL 3
SENSOR OPTOCOUPLER 3
DRIVER MOTOR STEPPER 1
MOTOR STEPPER 1
DRIVER SIRINAI 1 SIRINAI 1
INDIKATOR LED DRIVER LED
Gambar 3.1. Diagram Blok Rangkaian Keterangan dari diagram blok:
Palang kereta api otomatis ini dirancang hanya sebatas simulasi. Pada palang ini terdapat 16 blok rangkaian utama yang mempunyai fungsi masing-
masing.
Universitas Sumatera Utara
1. Sensor optocoupler 1 berfungsi untuk mendeteksimengetahui bahwa kereta
api sudah dekat , sehingga pengguna jalan berhati-hati dan mengurangi kecepatan kendaraannya.
2. Sensor optocoupler 2 berfungsi untuk mendeteksimengetahui bahwa kereta
api sudah dekat dan mau melewati lintasan jalan yang dilalui oleh pengguna jalan, sehingga pengguna jalan harus berhenti.
3. Sensor optocoupler 3 berfungsi untuk mendeteksimengetahui bahwa kereta
api telah lewat telah melewati jalan sehinnga para pengguna jalan dapat meneruskan perjalanannya.
4. Pengkondisi sinyal 1, 2 dan 3 digunakan untuk menegaskan data digital high
atau low sehingga kompatibel dengan mikrokontroler. 5.
Motor stepper 1 berfungsi untuk membuka palang kereta api secara otomatis pada saat kereta api belum melewati jalan dan menutup pada saat kereta api
melewati jalan. Motor stepper 1 ini digunakan untuk lajur kiri. 6.
Motor stepper 1 berfungsi untuk membuka palang kereta api secara otomatis pada saat kereta api belum melewati jalan dan menutup pada saat kereta api
melewati jalan. Motor stepper 1 ini digunakan untuk lajur kanan. 7.
Driver motor stepper 1 dan 2 berfungsi untuk mengaktifkanmenggerakkan motor stepper searah maupun berlawanan jarum jam dan untuk mengatur
derajat putaran motor stepper yang diinginkan. 8.
Sirinai berfungsi untuk memberikan tanda peringatan bahwa kereta api mau melewati jalan sehinnga pengguna jalan harus berhenti.
9. Driver sirinai berfungsi untuk mengaktifkan dan menonaktifkan suara sirinai
sesuai yang diinginkan.
Universitas Sumatera Utara
10. Indikator LED terdiri dari tiga indikator yaitu indikator lampu merah, kuning
dan hijau. -
Indikator led merah pengguna jalan harus berhenti -
Indikator led kuning pengguna jalan diharapkan berhati-hati -
Indikator led hijau pengguna jalan dapat meneruskan perjalanannya.
11. LCD 2 x 16 berfungsi untuk tampilan yang digunakan untuk menerangkan
keadaan hati-hati, berhenti dan dapat meneruskan perjalanan secara tertulis.
12. Mikrokontroler AT89S52 berfungsi untuk mengolah data digital yang
dikirimkan oleh sensor optocoupler, selanjutnya mikrokontroller akan menampilkannya
pada LCD 2x16 berupa peringatan, mengaktifkanmenonaktifkan sirinai, dan indikator led.
3.1.2 Perancangan Sensor Optocoupler
Sensor yang digunakan dalam penelitian ini adalah sensor optocoupler. Sensor ini merupakan perpaduan led inframerah transmitter dan
fototransistor receiver. Tujuan utama dari digunakan sensor optoupler untuk mendeteksi ada tidaknya kereta api yang lewat.
Universitas Sumatera Utara
4k7 C945
relay NO
Kipas 1 +
- NO
NC
Gambar 3.2 Rangkaian Penguat Sinyal Optocoupler
Saat lubang terlewati sinar dari led inframerah dan diterima fototransistor, maka fototransistor akan saturasi dan saat sinar led inframerah tidak diterima
fototransistor, maka fototransistor akan cut-off. Susunan rangakaian yang terdiri dari transistor C945 dan pemicu Schmitt 74LS14 digunakan sebagai
pengkondisi sinyal agar keluaran menjadi sinyal persegi highlow yang kompatibel dengan mikrokontroler.
3.1.3 Rangkaian Mikrokontroler AT89S52
Rangkaian mikrokontroller AT89S52 ini merupakan pusat pengolahan data dari sensor. Dalam alat ini, mikrokontroler digunakan
sebagai untuk membaca dan mengolah data dari sensor. Input masukan pada rangkaian mokrokontroler ini dihubungkan dengan 3 buah sensor
optocoupler yang berfungsi untuk mendeteksi adatidaknya kereta api . Sedangkan output keluaran dihubungkan dengan piranti tampilan, dalam
hal ini dot matrix LCD, sirinai, dan indikator LED. Rangkaian
mikrokontroler ditunjukkan pada gambar berikut ini:
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.3 rangkaian minimum mikrokontroller AT89S52
Pada rangkaian, Pin 31 External Access Enable EA diset high H. Ini dilakukan karena mikrokontroller AT89S52 tidak menggunakan memori
eskternal. Pin 18 dan 19 dihubungkan ke XTAL 12 MHz dan capasitor 33 pF. XTAL ini akan mempengaruhi kecepatan mikrokontroller AT89S52 dalam
mengeksekusi setiap perintah dalam program. Pin 9 merupakan masukan reset aktif tinggi. Pulsa transisi dari rendah ke tinggi akan me-reset mikrokontroller
ini. Pin 32 sampai 39 adalah Port 0 yang merupakan saluranbus IO 8 bit open collector dapat juga digunakan sebagai multipleks bus alamat rendah dan bus data
selama adanya akses ke memori program eksternal. Pada Port 0 ini masing masing pin dihubungkan dengan resistor 4k7 ohm. Resistor 4k7 ohm yan dihubungkan ke
port 0 befungsi sebagai pull up penaik tegangan agar output dari mikrokontroller dapat mntrigger transistor. Pin 1 sampai 8 adalah Port 1. Pin 21
sampai 28 adalah Port 2. Dan Pin 10 sampai 17 adalah Port 3. Pin 20 merupakan
AT89S52
Universitas Sumatera Utara
Vreg
LM7805CT
IN OUT
TIP32C
100ohm
100uF 330ohm
220V 50Hz 0Deg
TS_PQ4_12 2200uF
1uF 1N5392GP
1N5392GP
12 Volt
5 Volt
ground dihubungkan dengan ground pada power supplay. Pin 40 merupakan sumber tegangan positif dihubungkan dengan + 5 volt dari power supplay.
3.1.4 Rangkaian Catu Daya PSA
Rangkaian ini berfungsi untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian yang ada. Rangkaian PSA yang dibuat terdiri dari dua keluaran, yaitu 5 volt dan
12 volt, keluaran 5 volt digunakan untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian.
Rangkaian power supplay ditunjukkan pada gambar 3.2 berikut ini :
Gambar 3.4 Rangkaian Power Supply PSA
Trafo CT merupakan trafo stepdown yang berfungsi untuk menurunkan tegangan dari 220 volt AC menjadi 12 volt AC. Kemudian 12 volt AC akan
disearahkan dengan menggunakan dua buah dioda, selanjutnya 12 volt DC akan
Universitas Sumatera Utara
diratakan oleh kapasitor 2200 μF. Regulator tegangan 5 volt LM7805CT
digunakan agar keluaran yang dihasilkan tetap 5 volt walaupun terjadi perubahan pada tegangan masukannya. LED hanya sebagai indikator apabila PSA
dinyalakan. Transistor PNP TIP 42C disini berfungsi untuk mensupplay arus apabila terjadi kekurangan arus pada rangkaian, sehingga regulator tegangan
LM7805CT tidak akan panas ketika rangkaian butuh arus yang cukup besar. Tegangan 12 volt DC langsung diambil dari keluaran 2 buah dioda penyearah.
3.1.5 Perancangan Driver penggerak Motor Stepper
Rangkaian driver penggerak motor ini hanya menggunakan IC buffer ULN 2803, dimana fungsi IC ini agar data yang yang diterima dari mikrokontroler benar-
benar terdefinisi sebagai data digital highlow sehingga dat-data ini dapat mengatur gerakan motor stepper searah jarum jam, berlawanan jarum jam ataupun
mengatur sudut putaran motor steper.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.5 IC ULN 2803 dan Driver Motor Stepper
Dimana IC ULN 2803 ini diaktifkan dengan tegangan supplay 12 VDC, mempunyai 8 bit data input dan 8 bit data output dimana tegangan supplay
diberikan pada common kaki 10 dan ground pada kaki 9. Tetapi pada rangkaian ini hanya digunakan 4 bit data untuk menggerakkan 1 motor stepper, kara motor
stepper hanya memiliki 4 bit data yang dapat digerakkan dan diatur putaran nya baik searah maupun berlawanan jarum jam. Dimana pada alat ini motor stepper
digerakkan 90 derajat searah jarum jam palang pintu membuka dan 90 derajat berlawanan jarum jam palang pintu menutup.
3.1.6 Rangkaian Relay
Relay berfungsi sebagai saklar elektronik yang dapat menghidupkan atau mematikan peralatan elektronik dalam hal sirinai. Rangkaian relay pengendali
kipas tampak seperti gambar 3.7 berikut :
Universitas Sumatera Utara
Ke mikrokontroler
4k7 C945
relay NO
Sirinai +
- NO
NC
Gambar 3.6 Rangkaian Relay Pengendali sirinai
Relay merupakan salah satu komponen elektronik yang terdiri dari lempengan logam sebagai saklar dan kumparan yang berfungsi untuk
menghasilkan medan magnet. Pada rangkaian ini digunakan relay 12 volt.
Pada rangkaian ini untuk mengaktipkan atau menon-aktipkan relay digunakan transistor tipe NPN. Dari gambar dapat dilihat bahwa negatip relay
dihubungkan ke kolektor dari transistor NPN C945 dan positif relay dihubungkan pada tegangan 12 volt., ini berarti jika transistor dalam keadaan
aktip maka kolektor akan terhubung ke emitor dimana emitor langsung terhubung ke ground yang menyebabkan tegangan di kolektor menjadi 0 volt, keadaan ini
akan mengakibatkan relay aktip. Disaat relay aktif maka kaki-kaki relay yang berfungsi sebagai Normali Close sudah mendapatkan tegangan 12 volt. Sementara
kaki-kaki relay yang berfungsi sebagai Normali open masih belum mendapatkan tegangan 12 volt sebelum ada inputan inputan berupa logika high atau 5 volt.
Sebaliknya jika transistor tidak aktip, maka kolektor tidak terhubung ke emitor, sehingga tegangan pada kolektor menjadi 12 volt, keadaan ini menyebabkan relay
tidak aktip. Resistor didalam rangkaian berfungsi sebagai pull up untuk
Universitas Sumatera Utara
menaikkan tegangan agar inputan mikrokontroler sanggup mengaktifkan relay. Dioda dihubungkan secara terbalik untuk mengantisipasi sentakan listrik yang
terjadi pada saat relay berganti posisi dari on ke off agar tidak merusak komponen di sekitarnya, sentakan itu hanya terjadi ketika relay dinonaktipkan, pada saat ini
arus akan terus mengalir melalui kumparan dan arus ini akan dialirkan ke dioda. Tanpa adanya dioda sentakan listrik itu akan mengalir ke transistor, yang
mengakibatkan kerusakan pada transistor.
3.1.7 Indikator LED
Rangkaian indikator led dibuat denggan menggunakan sistem aktif high, maksudnya led akan hidup jika inputnya diberi logika high dan led akan mati jika
inputnya diberi logika low.
INPUT
Gambar 3.7 Rangkaian LED dengan sistem Aktif High
Kemudian hidupmatinya LED diatur secara program sehingga nyala LED dapat dimodifikasi sesuai diinginkan.
3.1.8 Display LCD Character 2x16
Display LCD 2x16 berfungsi sebagai penampil nilai kuat induksi medan elektromagnetik yang terukur oleh alat. LCD yang digunakan pada alat ini
Universitas Sumatera Utara
mempunyai lebar display 2 baris 16 kolom atau biasa disebut sebagai LCD Character 2x16, dengan 16 pin konektor, yang didifinisikan sebagai berikut:
PIN Nama
fungsi 1
VSS Ground voltage
2 VCC
+5V
3 VEE
Contrast voltage
4 RS
Register Select 0 = Instruction Register
1 = Data Register
5 RW
Read Write, to choose write or read mode
0 = write mode 1 = read mode
6 E
Enable 0 = start to lacht data to LCD
character 1= disable
7 DB0
LSB
8 DB1
-
9 DB2
-
10 DB3
-
11 DB4
-
12 DB5
-
13 DB6
-
14 DB7
MSB
15 BPL
Back Plane Light
16 GND
Ground voltage
Tabel 3.1 fungsi pinLCD character 2x16
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.8 LCD character 2x16
Modul LCD terdiri dari sejumlah memory yang digunakan untuk display. Semua teks yang kita tuliskan ke modul LCD akan disimpan didalam memory ini,
dan modul LCD secara berturutan membaca memory ini untuk menampilkan teks
ke modul LCD itu sendiri.
Gambar 3.9 Peta memory LCD character 2x16
Pada peta memori diatas, daerah yang berwarna biru 00 sd 0F dan 40 sd 4F adalah display yang tampak. jumlahnya sebanyak 16 karakter per baris
dengan dua baris. Angka pada setiap kotak adalah alamat memori yang bersesuaian dengan posisi dari layar. Dengan demikian dapat dilihat karakter
pertama yang berada pada posisi baris pertama menempati alamat 00h. dan karakter kedua yang berada pada posisi baris kedua menempati alamat 40h
Agar dapat menampilkan karakter pada display maka posisi kursor harus terlebih dahulu diset. Instruksi Set Posisi Kursor adalah 80h. dengan demikian
untuk menampilkan karakter, nilai yang terdapat pada memory harus ditambahkan dengan 80h.
Universitas Sumatera Utara
Sebagai contoh, jika kita ingin menampilkan huruf “B” pada baris kedua pada posisi kolom kesepuluh.maka sesuai dengan peta memory, posisi karakter
pada kolom 10 dari baris kedua mempunyai alamat 4Ah, sehingga sebelum kita menampilkan huruf “B” pada LCD, kita harus mengirim instruksi set posisi
kursor, dan perintah untuk instruksi ini adalah 80h ditambah dengan alamat 80h + 4Ah =0Cah. Sehingga dengan mengirim perintah 0Cah ke LCD, akan
menempatkan kursor pada baris kedua dan kolom ke 11.
3.2 Perancangan Program