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