PUBLIKASI ILMIAH

LAMPIRAN 3 PUBLIKASI ILMIAH

Alat Pengatur Isyarat Lalu-lintas Terjadwal berbasis Mikrokontroler

(A Pre-Timed Traffic Controller based on Microcontroller)

A BSTRACT

Traffic volume and pattern fluctuate on a daily and day-of-week basis at Gondomanan intersection. Fixed-time traffic signal sometimes causes traffic congestion, especially at peak season. It can be solved by using a pre-timed traffic signal. The timing-plan is selected by the time-of-day and day-of-week methods. This traffic responsive plan selection methods uses database saved at EEPROM. The database system contains the time-of-day schedule that determines what time a plan will be active. It has extensive scheduling option that allows user to define ten plans per day.

This pre-timed traffic controller prototype uses ATmega128A microcontroller. All data are 8 or 16-bit integer and all calculation are integer operation. This program only uses 4,1% of flash, 1,5% of SRAM, and 6,1% of EEPROM of microcontroller. The duty cycle that indicate CPU usage of microcontroller is not more than 0,4%. This system can be widely expanded to be an actuated or adaptive traffic controller.

Keywords: pre-timed traffic controller, database system, ATmega128A

terlalu lama menyebabkan kendaraan harus P ENDAHULUAN berhenti lama, meskipun tidak ada kendaraan

Kemacetan lalu-lintas merupakan masuk ke mulut persimpangan yang lain. Hal fenomena yang sering terjadi di ini merupakan bentuk lain kerugian. persimpangan Gondomanan, Yogyakarta.

Agar kerugian tersebut dapat Kemacetan tersebut berupa antrian panjang

dikurangi, maka waktu hijau APILL harus kendaraan di beberapa Alat Pemberi Isyarat

disesuaikan dengan kepadatan kendaraan saat Lalu-Lintas (APILL). Hal ini terjadi pada

itu. Untuk itulah APILL di sana harus jam-jam sibuk. Banyak kerugian yang mempunyai jadwal pengaturan yang telah didapat dari kemacetan, di antaranya adalah:

disesuaikan dengan kondisi lalu-lintas pemborosan waktu dan bahan bakar, dan

setempat.

membesarnya biaya perawatan kendaraan. Sejak tahun 2011 APILL di simpang (Basuki dan Siswandi, 2008).

empat Gondomanan telah dilengkapi dengan Salah satu penyebab kemacetan ATCS (Area Traffics Control System). tersebut adalah tidak optimalnya pewaktuan

Dengan sistem ini, melalui sebuah kamera APILL. Pada jam-jam sibuk, waktu hijau

CCTV, kondisi lalu-lintas di simpang empat tidak dapat melepaskan semua kendaraan

tersebut dapat dimonitor dari kantor Dinas yang berada di suatu antrian pada sebuah

Perhubungan. Pada saat kondisi lalu-lintas mulut persimpangan. Namun dari mulut

padat atau terjadi kemacetan, petugas di persimpangan lain, justru terdapat sisa waktu

Dinas Perhubungan dapat mengubah hijau. Biasanya kepadatan kedatangan pewaktuan APILL di sana (Hanggara, 2012). kendaraan mengikuti pola tertentu baik

Namun pada kenyataannya, kemacetan pada secara harian atau mingguan.

jam-jam sibuk dan pemborosan waktu pada Sementara itu, pada malam hari, pada

malam hari masih terjadi. Salah satu saat lalu-lintas sangat lengang, terjadi penyebabnya adalah tidak tersedianya pemborosan waktu. Waktu merah yang

operator yang selalu memantau kondisi lalu operator yang selalu memantau kondisi lalu

M ETODE PENELITIAN lintas.

Prototipe APILL ini dibentuk untuk L ANDASAN T EORI memberikan fungsi pengaturan isyarat lalu-

Pada umumnya, pada suatu lintas sebagaimana APILL yang telah ada. persimpangan dengan empat arah Untuk setiap fase disediakan sebuah kedatangan, terdapat empat fase pengaturan.

penghitung mundur untuk isyarat merah dan Fase pertama akan memberikan kesempatan

hijau. Satu hal yang menjadi kelebihan pada arah pertama untuk berjalan. Demikian pula

sistem ini adalah digunakannya sistem basis untuk fase kedua, ketiga, dan keempat.

data untuk menyimpan jadwal pengaturan Urutan fase biasanya sesuai arah jarum jam

isyarat lalu-lintas. Jadwal disusun untuk dan dimulai dari arah utara. Isyarat kuning

digunakan selama 7 × 24 jam. Nilai waktu (k) diberikan di antara isyarat hijau (h) dan

hijau setiap fase membentuk basis data yang merah (m) (Dresner, dan Stone 2007).

berisi slot-slot waktu. Basis data ini disimpan Waktu siklus pengatur lalu-lintas (T)

di EEPROM mikrokontroler. merupakan hasil penjumlahan dari waktu

Prototipe sistem terdiri dari merah (m), kuning (k), hijau (h) dan jeda ( θ)

komponen utama berupa: sebuah semua fase sebagaimana Persamaan 1 mikrokontroler ATmega128A, RTC (Real (Proulx, dkk., 2004).

Time Clock), penampil LCD, dan lampu

4 indikator setiap fase sebagaimana Gambar 1. T=

Keterangan : i = nomor fase

h i = waktu hijau fase i k Basis data

i = waktu kuning fase i

EEPROM

i = waktu jeda fase i

Antarmuka

Waktu kuning di Indonesia pada I/O

RAM

CPU

umumnya adalah 3 detik; sedangkan waktu LCD

Program

USART0 2×16 karakter

jeda antara 5 hingga 7 detik. (Dephub, 1996). Penelitian untuk membentuk APILL

Flash memory

ATmega128A

dengan pengaturan waktu sesuai kebutuhan

Serial USB

telah banyak dilakukan. Beberapa hasil

USB

penelitian yang didapat adalah: rekomendasi

Gambar 1 Diagram blok prototipe sistem penambahan waktu hijau di beberapa Dalam melakukan pengaturan lalu- persimpangan (Mansur dkk, 2005), rancang lintas, mikrokontroler membaca data waktu bangun kendali isyarat lalu-lintas dengan dari RTC secara periodis. Berdasar data logika fuzzy (Taufik dkk, 2008), dan waktu ini, sistem mencari slot waktu yang rancangan penggunaan metal detektor harus digunakan. Kemudian sistem mengatur (Sulaeman dkk, 2008) dan sensor macet isyarat lalu-lintas dengan waktu hijau (Zulfikar dan Adria, 2011) untuk mendeteksi mengikuti data di slot waktu tersebut. kepadatan lalu-lintas. Namun hampir semua Hitungan mundur setiap isyarat lampu hasil penelitian tersebut belum dapat ditampilkan pada sebuah penampil LCD. diimplementasikan. Hingga saat ini, APILL

di kota Yogyakarta masih menggunakan Data Jadwal Pengaturan Isyarat Lalu-lintas sistem berbasis mikrokontroler tanpa adanya

tambahan sensor apa pun. Meskipun Dari hasil survei di lapangan, nilai demikian beberapa di antaranya telah waktu hijau semestinya berubah mengikuti

pola harian dan mingguan. Basis data pola harian dan mingguan. Basis data

fase dapat dibuat berbeda, namun keduanya

00.00 hingga pukul 23.59. Nomor slot (n) berlaku untuk semua slot waktu. Penentuan adalah dari 1 hingga 10. Setiap slot dapat

arah mana yang akan dijadikan fase 1, 2, 3, mempunyai nilai waktu hijau yang berbeda

dan 4 dapat ditentukan dengan mengisi pada satu atau beberapa fase. Waktu hijau

variabel fase 1 , fase 2 , fase 3 , dan fase 4 . setiap slot telah disesuaikan dengan waktu hijau ideal setiap fase berdasarkan hasil

Mekanisme Pengaturan Isyarat Lalu-Lintas survei di persimpangan Gondomanan.

Bekerjanya pengaturan isyarat lalu- Slot-slot waktu dikelompokkan lintas didasarkan pada proses penghitungan menjadi tiga hari, yaitu: hari kerja (Senin –

mundur setiap fase. Untuk keperluan Jumat), hari Sabtu, dan hari Minggu. tersebut, telah dialokasikan empat variabel Penggunaan ruang memori di basis data

integer 8 bit untuk penghitung mundur fase dapat dilihat pada Gambar 2. Setiap lokasi

1, fase 2, fase 3, dan fase 4, yaitu: count 1 , memori diberi alokasi panjang data 8 bit.

count 2 , count 3 , dan count 4 .

Pengaturan isyarat lalu-lintas didasarkan pada urutan state (keadaan). Terdapat dua belas state pada APILL yang mengatur sebuah persimpangan dengan empat fase. Pada saat sebuah APIL diaktifkan, prosesor akan menjalankan subrutin inisialisasi. Kemudian pengaturan isyarat lalu-lintas segera memasuki state 1. Pada state ini, APILL memberikan isyarat hijau untuk fase 1 dan isyarat merah untuk fase yang lain. Urutan state mengikuti diagram transisi keadaan pada Gambar 3.

Di setiap state, prosesor selalu menghitung mundur count 1 , count 2 , count 3 , dan count 4 . Hitungan tersebut dilaksanakan

Keterangan: satu kali per detik. Subrutin penghitungan

hh n = data jam slot ke-n (0~23) mundur ini dijalankan setelah adanya mm n = data menit slot ke-n (0~59)

interupsi yang dipicu oleh sisi naik pulsa

h i,n = waktu hijau fase i slot ke-n (0~255)

gelombang kotak dari RTC.

fase i = nomor urutan arah fase i (1~4) Nilai state berubah secara berurutan k i = waktu kuning fase i (0~255)

dari 1 hingga 12. Secara umum, jika count 1 ,

i = waktu jeda fase i (0~255) count 2 , count 3 , atau count 4 bernilai nol, maka Gambar 2 Penggunaan ruang memory untuk

terjadi transisi dari state saat ini ke state basis data di EEPROM

berikutnya.

Waktu hijau setiap fase dapat dibuat berbeda untuk slot waktu yang berbeda.

Gambar 3 Diagram transisi keadaan pengaturan isyarat lalu-lintas

7 → 8 count 3 =k 3 MM - M lampu (L i ) dengan warna berbeda atau warna

Setiap state memberikan isyarat

8 → 9 hitung m 3,j , count 3 =m 3,j MMMM lampu penghitung mundur (C i ) berbeda.

count 4 =h 4,j , hitung m 1,j ’, Warna isyarat lampu adalah: merah, kuning,

MMMH

count 1 =m 1,j ’

4 =k 4 MMM- penghitung mundur adalah: merah atau hijau. hitung m 4,j , count 4 =m 4,j , Proses yang dikerjakan prosesor pada saat baca waktu dari RTC, pergantian/transisi state untuk siklus ke-j

atau hijau; sedangkan warna lampu 10 →11 count

MMMM baca data h 1,j ,h 2,j ,h 3,j , mengikuti Tabel 1. dan h 4,j dari basis data. Tabel 1 Proses yang dikerjakan prosesor saat

pergantian/transisi state

Keterangan:

Transisi Aktifitas

1 2 3 4 i = warna lampu penghitung mundur fase i M = nyala merah

State

12 1,j , hitung m 2,j →1 ’, HMMM

count 1 =h

K = nyala kuning

count 2 =m 2,j ’.

1 → 2 count 1 =k 1 -MMM

H = nyala hijau

- = lampu padam

2 → 3 count 1 =m 1,j MMMM

Sebuah siklus dimulai dari state 1 count 2 =h , hitung m ’,

→4 untuk memberikan isyarat hijau fase 1 (L 1 = count 3 =m 3,j ’

H) dan isyarat merah fase lain (L 2 =L 3 =L 3 =

4 → 5 count 2 =k 2 M-MM

M). Nilai count 1 ditampilkan dengan warna

hijau (C 1 = H) sedangkan count 2 , count 3 , dan count 3 =h 3,j , hitung m 4,j ’,

5 → 6 hitung m 2,j , count 2 =m 2,j MMMM

count 4 ditampilkan dengan warna merah (C 2

MMHM

count 4 =m 4,j ’

=C 3 =C 4 = M). State ini berakhir saat nilai saat transisi dari state 10 ke 11, fase 4 mulai count 1 = 0.

mendapat isyarat hijau. Pada saat tersebut, Pada saat transisi dari state 1 ke 2,

nilai count 1 diperbarui dengan diisi nilai

nilai count 1 diisi dengan k 1 dan lampu

m 1,j ’. Nilai m 1,j ’ ini dihitung menggunakan

penghitung mundur C 1 dipadamkan, lampu

Persamaan 4 sebelum disalin ke count 1 .

m 1,j ’=h 4,j +k 4 + 4 (4) Pada state 2, sistem kembali

isyarat untuk fase 1 L 1 diganti kuning.

Pembaruan nilai count 1 ini menjamin

menghitung mundur count 1 . Namun selama

bahwa hitungan mundur count 1 selalu tepat

meskipun telah terjadi perubahan waktu ditampilkan di tampilan penghitung mundur.

proses penghitungan, nilai count 1 tidak

siklus (T j ). Perubahan waktu siklus dapat

State ini berakhir saat nilai count 1 = 0. Pada

terjadi jika ada perubahan waktu hijau pada saat transisi dari state 1 ke 2, nilai count 1 sebuah atau beberapa fase karena telah

diisi dengan m 1 dan sistem memberikan terjadi pergantian slot waktu. isyarat merah pada fase 1 (L 1 = M). Nilai m 1 Proses penghitung mundur isyarat untuk siklus ke-j dihitung menggunakan

hijau dan merah ini juga terjadi pada fase Persamaan 2.

lain. Nilai waktu isyarat merah fase 2, 3, dan m 1,j = 1 +h 2,j +k 2 + 2 +h 3,j +k 3 4 juga dihitung di setiap permulaan isyarat

merah menggunakan Persamaan 3. dengan :

+ 2 +h 4,j +k 4 + 4 (2)

Sebelum bernilai nol, ketiga nilai m i,j = waktu merah fase i siklus ke-j

tersebut diperbarui dengan nilai m 2,j ’, m 3,j ’,

i = waktu jeda fase i dan m 4,j ’ yang dihitung menggunakan

h i,j = waktu hijau fase i siklus ke-j Persamaan 5, Persamaan 6, dan Persamaan 7. k i = waktu kuning fase i

Waktu pembaruan nilai-nilai tersebut dapat Berdasar Persamaan 1, Persamaan 2

dilihat pada Gambar 4.

disederhanakan menjadi Persamaan 3. m 2,j ’=h 1,j +k 1 + 1 (5)

m 3,j ’=h 2,j +k 2 + 2 (6) dengan : T j = waktu siklus ke-j

m i,j =T j –h i,j +k i (3)

m 4,j ’=h 3,j +k 3 + 3 (7) count 1 terus dihitung mundur hingga akhir state 12 sebagaimana Gambar 4. Pada

Gambar 4 Proses pengaturan isyarat lalu-lintas APILL

dapat mengikuti Tabel 2. Waktu kuning (k i )

H ASIL DAN P EMBAHASAN dan jeda ( i ) semua fase adalah 3 dan 5 detik.

Waktu hijau (dalam detik) APILL di simpang empat Gondomanan pada hari kerja

Tabel 2 Waktu hijau (dalam detik) APILL Slot 1 APILL Gondomanan dimulai Gondomanan pada hari kerja

pada pukul 04:30. Fase 1, 2, dan 4 mendapat slot

APILL Gondomanan waktu hijau 8 detik, sedangkan fase 3 Jam waktu

mendapat waktu hijau 10 detik. Sesuai

1 04:30 8 8 10 8 66 Persamaan 1, waktu siklus T = 66 detik.

2 06:00 8 15 20 15 90 Pengaturan ini berlangsung hingga

3 06:30 15 25 40 30 142 waktu untuk slot 1 habis. Pengaturan terjadi

4 07:10 17 25 40 30 144 sebanyak 82 siklus dengan total waktu 90

5 08:30 20 28 40 30 150 menit 12 detik. Siklus ke-82 berakhir pukul

6 10:00 25 28 38 30 153 06:00:12. Pada awal digunakannya slot 2,

7 15:30 30 28 30 30 150 yaitu siklus ke-83, tedapat kasus khusus pada

8 18:00 25 25 30 25 137 tampilan penghitung mundur isyarat merah

9 21:30 15 15 15 15 92 untuk beberapa fase. Hal ini diperlihatkan pada Gambar 5.

Gambar 5 Pergantian slot 1 ke slot 2 pada APILL Gondomanan

Sesuai dengan Tabel 1, pada saat angka 16. Hal ini merupakan efek pergantian dari state 11 ke 12, prosesor

penyesuaian waktu hijau karena perubahan membaca data waktu dari RTC. Saat itu data

slot yang digunakan.

waktu dari RTC adalah pukul 06:00:12. Hal serupa terjadi pada saat Sesuai dengan jadwal, pengaturan harus

dimulainya isyarat hijau fase 2 siklus ke-83 diselenggarakan menggunakan slot 2. Waktu

atau t h:3,83 pukul 06:00:28. Pada saat itu hijau fase 1, 2, 3, dan 4 pada slot 2 ini adalah

tampilan penghitung mundur fase 3 yang

8 detik, 15 detik, 20 detik, dan 15 detik. sudah menunjukkan nilai 16 akan Pada saat pergantian dari state 12 ke

menghitung kembali dari 23.

1, prosesor mengisi count 1 dengan h 1,j yaitu

Perubahan slot juga dapat

8. Saat itu count 2 sedang bernilai 6. menyebabkan tampilan penghitung mundur Selanjutnya prosesor menghitung m 2,j ’ sesuai

melompat. Hal ini terjadi jika nilai waktu Persamaan 5, dan mengisikan nilai tersebut

hijau pada siklus berikutnya lebih kecil ke count 2 . Padahal nilai m 2,j ’ adalah 16,

daripada nilai waktu hijau saat ini. Sesuai sehingga tampilan hitungan mundur fase 2

Tabel 2, setelah pukul 18:00, slot berganti atau

count 2 , yang tadinya sudah dari 7 ke 8. Sebagaimana urutan state pada menunjukkan angka 6, kembali diulang dari

Tabel 1, nilai count 1 langsung berubah sesuai Tabel 1, nilai count 1 langsung berubah sesuai

Waktu isyarat tinggi clock mewakili saat menunjukkan nilai 38 akan langsung prosesor sibuk. Siklus kerja (duty cycle, ) melompat menjadi 33.

isyarat clock tersebut mewakili siklus kerja Dengan demikian awal hitungan prosesor, yaitu persentase waktu sibuk

isyarat merah akan ditentukan otomatis oleh

prosesor dalam satu detik.

sistem. Dengan metode ini, meskipun ada

clock yang mewakili perubahan nilai waktu hijau, akhir hitungan

Grafik

kesibukan prosesor dapat dilihat pada mundur waktu merah setiap fase selalu

Gambar 6. Subrutin pengaturan isyarat lalu- bernilai nol. Perubahan pewaktuan beberapa

lintas dijalankan setelah terjadi sisi naik fase pada beberapa slot tidak perlu mengubah

clock dari RTC. Dari 1 detik waktu yang nilai awal hitungan mundur setiap isyarat

tersedia, prosesor hanya membutuhkan waktu karena nilai tersebut sudah dihitung sistem

sekitar 4 milidetik untuk mengeksekusi secara otomatis. Metode ini juga diharapkan

subrutin pengaturan isyarat lalu-lintas. Siklus dapat mengakomodasi pengembangan sistem

kerja prosesor adalah 0,4 % .

menuju sistem sinkron dan adaptif. Penggunaan Sumber Daya Prosesor

Perangkat keras sistem menggunakan komponen utama mikrokontroler AVR ATmega128A. Dipilihnya mikrokontroler ini

karena mempunyai memori cukup besar, Gambar 6 Isyarat clock prosesor yaitu: 128 kB flash, 4 kB SRAM, dan 4 kB

Dalam sebuah siklus, sistem akan EEPROM.

membaca data waktu dari RTC dan Dari hasil kompilasi program, kode

kemudian membaca data waktu hijau dari mesin program Pengatur Isyarat Lalu-Lintas

basis data. Kedua kegiatan ini akan menggunakan ruang memory flash sebesar

menambah waktu eksekusi prosesor. Waktu eksekusi rutin menjadi 4,8 ms.

5360 byte atau baru 4,1 % dari kapasitas Dari hasil analisis waktu siklus kerja flash. Program juga baru menggunakan 1,5

% ruang SRAM dan 6,1 % ruang EEPROM prosesor dapat disimpulkan bahwa beban prosesor masih cukup kecil, sehingga

sebagaimana Tabel 3. Hal ini berarti program masih dimungkinkan untuk dikembangkan

prosesor dapat melaksanakan pengaturan lebih lanjut dengan menggunakan sisa isyarat lalu-lintas secara waktu nyata (real memori yang tersedia.

time). Sistem ini pun masih dimungkinkan Tabel 3 Penggunaan memory mikrokontroler

untuk dikembangkan dengan ditambah beberapa algoritma lain yang dapat

Kapasitas

Memory

Jenis dieksekusi per detik di sela-sela aktifitas memory

digunakan

memory pengaturan isyarat lalu-lintas yang telah ada. (Byte)

(Byte) (%)

Flash 131072 5360 4,1 K ESIMPULAN

Dari hasil uji coba dan pembahasan EEPROM 4096 248

SRAM 4351 66 1,5

yang telah dipaparkan di muka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut.

Beban Komputasi Prosesor

1. Alat pengatur isyarat lalu-lintas yang mengatur isyarat lalu-lintas sesuai jadwal

Beban komputasi merupakan salah dapat dibentuk menggunakan satu indikator beban prosesor mikrokontroler.

mikrokontroler ATmega128A. Beban komputasi yang tinggi dapat 2. Basis data berisi jadwal pengaturan untuk

menjadikan sistem mengalami kesulitan kurun waktu 7 × 24 jam dapat disimpan untuk dikembangkan lebih lanjut. Program

di EEPROM mikrokontroler.

3. Waktu hijau dapat diatur ulang sesuai Proulx, Viera K., Raab, J., Rasala, R., 2004, perubahan kepadatan lalu-lintas setiap