PENGENDALIAN PALANG PINTU REL KERETA API SECARA OTOMATIS UNTUK MENUNJANG SISTEM PRIORITAS LAMPU LALU LINTAS

  

PENGENDALIAN PALANG PINTU REL

KERETA API SECARA OTOMATIS UNTUK

MENUNJANG SISTEM PRIORITAS LAMPU

LALU LINTAS

TUGAS AKHIR

  Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat Memperoleh gelar Sarjana Teknik

  Program Studi Teknik Elektro Disusun oleh:

  

FILLIPUS EDI WIBOWO

NIM : 005114080

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

2007

  

AUTOMATIC RAILWAY CROSSING BAR

CONTROL TO SUPPORT THE PRIORITY

SYSTEM OF TRAFFIC LIGHT

FINAL PROJECT

  Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree

  In Electrical Engineering By :

  

FILLIPUS EDI WIBOWO

Student ID Number : 005114080

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT

ENGINEERING FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

2007

  

Pernyataan Keaslian Karya

  Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir yang saya tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.

  Yogyakarta, Maret 2007 Penulis Fillipus Edi Wibowo

  

TUHAN adalah kekuatanku dan perisaiku;

kepada-Nya hatiku percaya. Aku tertolong

sebab itu beria-ria hatiku, dan dengan

nyanyianku aku bersyukur kepada-Nya.

  (Mazmur 28:7) Karya ini kupersembahankan untuk :

  Tuhan Yesus Kristus & Bunda Maria ( atas berkat dan rahmat-Nya ) Budheku tercinta yang selalu memberikan doa,

kekuatan dan mendidikku dengan

penuh cinta,

  Adikku: B. Desi Deria

terima kasih atas dukungannya,

Almamaterku

  

INTISARI

  Banyak faktor yang membuat sering terjadinya kecelakaan kereta api antara lain karena keterlambatan tertutupnya palang pintu perlintasan rel kereta api. Untuk dapat mengurangi terjadinya kecelakaan diperlukan suatu pengendalian yang dapat mengendalikan palang pintu perlintasan rel kereta api. Pada saat ini pengendalian palang pintu perlintasan rel kereta api masih bersifat manual oleh karena itu diperlukan juga pengendalian palang pintu secara otomatis.

  Dalam perancangan ini terdiri dari sensor (menggunakan fototransistor sebagai penerima dan inframerah sebagai pemancar), schmit trigger digunakan sebagai pemantap tegangan, rangkaian penggerak relay digunakan untuk menggerakkan motor, alarm digunakan sebagai tanda kereta api akan datang. Sebagai pengendali utama menggunakan mikrokontroller.

  Hasil yang diperoleh dari alat yaitu dapat mengendalikan palang pintu perlintasan rel kereta api secara otomatis dan manual, baik kereta api datang dari arah kiri maupun dari arah kanan.

  

ABSTRACT

  Many factors that make it railway train accident is too late closed the flea in transition railway train. And than to hurt accident happen needed ones of controller to can to bridle the flea in transition railway train. This time the command of the flea in transition railway train is manually, so needed a otomaticly the command of the flea in transition railway train.

  On this project are sensor (to use fototransostor to receiver and infrared to transceiver), schmitt trigger used strengthen voltage, a chain relay movement used to move of a motor mecine, and the alarm used to give attention from railway train will comes. The praminent command used microcontroller.

  The product that got from this tool is can to control of the flea in transition railway train with otomaticly or manually actually. The train comes from left direction or right direction.

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, oleh karena kasih dan penyertaan-Nya sehingga penulis dapat meyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “Pengendalian Palang Pintu Rel Kereta Api Secara Otomatis Untuk Menunjang Sistem Prioritas Lamou Lalu Lintas”. Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana pada jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Sanatha Dharma Yogyakarta.

  Tersusunya tugas akhir ini tidak terlepas dari bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini tidak lupa penulis mengucapkan terima kasih yang dalam kepada :

  1. Bapak Ir. Iswanjono, M. T. selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak memberikan bimbingan dan pengarahan hingga tugas akhir ini dapat tersusun.

  2. Seluruh Dosen dan Staff teknik Elektro USD.

  3. Pak Jito, Mas Sur, Mas broto, Mas Mardi dan segenap staf serta karyawan Fakultas Teknik USD, terimakasih atas keramahannya dan pelayanannya.

  4. Staff dan Karyawan Perpustakaan kampus III Paingan.

  5. Budheku tercinta atas dukungan dan cinta yang sangat luar biasa yang telah diberikan dengan segenap kasih sayang.

  6. Adikku B. Desi Deria atas dukungan dan semangatnya.

  7. Bapak dan ibu serta keluarga atas doa dan restunya

  8. Bapak dan keluarga ”Rambat” atas semua kasih sayang dan perhatian yang diberikan.

  9. Genduk tercinta yang memberikan semangat, kasih sayang dan cerita- ceritanya.

  10. Keluarga besar di Bantul yang memberikan semangatnya.

  11. Teman-teman satu tim dalam PHK yang luar biasa semangatnya ” Danang, Joko, David ” dan teman-teman tim yang lain.

  12. Teman-teman seperjuangan: Aan “Bodonk”, Agung “greg”, Andi “gepeng”, Aas, Fredy “kampret”, Puguh “Kumis”, Roy, Yosep, Koko, Nesti, Partox,

  Indra, Si Boss, Widi, iyung, merry, keluarga besar “Glow” ( Iwan “Bali”, Yasta, Robert, kita tetap teriak dan bermusik ) terima kasih atas sumbangsih dan kerjasamanya, teman-teman TE 2000 dan semua saja yang tidak bisa disebutkan satu persatu.

  13. Teman-teman kost : Beta, Prima , Chandra, Didik, Adi, Oox, Nugie, Cristhoper, Wahyu, Paul, Sadiman terimakasih atas titipan-titipan dikamarnya, Dasrie, Art, Angga, Bayu “Letoy” terima kasih atas rasa kekeluargaannya.

  14. Sisca “Wonder Women”, Mbak Epi atas semangatnya, Mbak pipiet, Dini “Smart Girl” terima kasih atas kebersamaannya,

  Semoga Tuhan membalas segala kebaikan yang telah diberikan kepada penulis. Penulis sungguh sangat menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam pembuatan dan penyusunan Tugas Akhir ini, maka dari itu segala saran dan kritik yang bersifat membangun sangat diharapkan penulis.

  Yogyakarta, Maret 2007 Penulis

  DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ........................................................................................ .. i

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ............................................. .. iii

HALAMAN PENGESAHAN........................................................................... .. iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ..................................... .. v

HALAMAN PERSEMBAHAN ....................................................................... .. vi

  

INTISARI ................ ......................................................................................... .. vii

ABSTRACT .............. ......................................................................................... .. viii

KATA PENGANTAR....................................................................................... .. ix

DAFTAR ISI............ ......................................................................................... .. xi

DAFTAR TABEL ... ......................................................................................... .. xiv

DAFTAR GAMBAR......................................................................................... .. xv

BAB

  I PENDAHULUAN......................................................................... .. 1 1.1 Judul ......................................................................................... ..

  1 1.2 Latar Belakang ......................................................................... ..

  1 1.3 Tujuan Penelitian ..................................................................... ..

  2 1.4 Manfaat Penelitian ................................................................... ..

  2 1.5 Batasan Masalah ...................................................................... ..

  2 1.6 Metodologi Penelitian .............................................................. ..

  3 BAB II DASAR TEORI ........................................................................... .. 4

2.1 Fototransistor .......................................................................... ..

  4 2.2 .................................................................. 6

  Light Emitting Diode

  2.3 Infra Red Emitting Diode ........................................................ .. 7 2.4 Schmitt Trigger (Pemicu Schmitt) .......................................... ...

  8

  2.6 Relay ...................................................................................... .. 10

  2.7 Alarm ...................................................................................... ... 10 2.8 Limit Switch ............................................................................. ...

  11

  2.9 Motor DC ............................................................................. .. . 11

  3.0 Pengendalian Putaran .............................................................. .. 12

  

BAB III PERANCANGAN ALAT ............................................................ .. 15

3.1 Mekanik Palang Pintu Rel Kereta Api ..................................... ..

  16 3.2 Pengendalian Palang Pintu Rel Kereta Api.............................. ..

  17

  3.2.1 Sistem Otomatis …………………………………………. 17

  3.2.1.1 Rangkaian Led Infra Merah ……………………… 19

  3.2.1.2 Rangkaian Fototransistor ………………………… 21

  3.2.1.3 Rangkaian pendeteksi arah datangnya kereta api .... 22

  3.2.1.4 Rangkaian LED ....................................................... 22

  3.2.1.5 Rangkaian Schmitt Trigger .........................................23

  3.2.1.6 Saklar pemilih alarm ...................................................25

  3.2.1.7 Pengendali Arah Putaran Motor……………………..26

  3.2.2 Sistem Manual .......................................................................29

  3.2.2.1 Sistem alarm .............................................................29

  3.2.2.2 Sistem penggerak motor ..........................................30

  BAB

  IV HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN . ................... ..31

  4.1. Pengamatan Cara Kerja Alat ..................................................31

  4.2. Pengamatan Pada Sensor Fototransistor ................................32

  4.3. Pengamatan Penggerak Relay pada Alarm ................................ ...... 34

  4.4. Pengamatan Penggerak Relay pada Motor ........................................35

  4.5. Pengamatan Keadaan Pada Limith Switch.............................36

  4.6. Pengamatan Kecepatan Pada Putaran Motor DC..................37

  BAB

  V KESIMPULAN DAN PENUTUP ...............................................39

  5.1 Kesimpulan...............................................................................39

  5.2 Saran ……..............................................................................39

  

DAFTAR PUSTAKA ……...............................................................................40

LAMPIRAN

  DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Output pemicu schmitt ................................................................ 8Tabel 3.1 Pendeteksi posisi sensor.............................................................. 18Tabel 3.2 Arah putaran motor DC............................................................... 28Tabel 4.1 Tegangan keluaran sensor fototransistor..................................... 33Tabel 4.2 Tegangan keluaran dari inverter DM74LS14 ............................. 33Tabel 4.3 Keadaan pada rangkaian penggerak alarm.................................. 35Tabel 4.4 Keadaan pada rangkaian penggerak motor ................................ 35Tabel 4.5 Keadaan pada limith switch ........................................................ 37Tabel 4.6 Keadaan kecepatan putaran motor DC ....................................... 37

  DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Rangkaian fototransistor ...................................................................

  5 Gambar 2.2 Simbol Light Emitting Diode (LED) ................................................. 6

Gambar 2.3 Rangkaian IRED ............................................................................... 7 Gambar 2.4 Pemicu Schmitt .................................................................................

  8 Gambar 2.5 Rangkain transistor PNP sebagai saklar............................................

  9 Gambar 2.6 Relay .................................................................................................. 10 Gambar 2.7 (a) Bentuk Fisik limit switch (b) Simbol limit switch.......................

  11 Gambar 2.8 Simbol Motor DC..............................................................................

  12 Gambar 2.9 Hukum Lorentz.................................................................................. 12 Gambar 2.10 Dasar pengaturan arah putaran motor ...............................................

  13 Gambar 2.11 Pengendalian putaran motor..............................................................

  13 Gambar 3.1 Diagram blok pengendalian palang pintu rel kereta api....................

  15 Gambar 3.2 Mekanik gerbang pintu .....................................................................

  16 Gambar 3.3 Rancangan sensor pendeteksi kereta api ...........................................

  17 Gambar 3.4 Sensor pendeteksi kereta api .............................................................

  19 Gambar 3.5 Rangkaian Led infra merah...............................................................

  20 Gambar 3.6 Rangkaian fototransistor ...................................................................

  21 Gambar 3.7 Rangkaian pendeteksi arah datangnya kereta api .............................

  22 Gambar 3.8 Rangkain LED...................................................................................

  23 Gambar 3.9 Konfigurasi pin-pin IC 7414 .............................................................

  23 Gambar 3.10 Bentuk gelombang input dan output Schmitt Trigger ....................... 24 Gambar 3.11 Saklar pemilih alarm .........................................................................

  26 Gambar 3.12 Pengendalian arah putaran motor ......................................................

  27 Gambar 3.13 Saklar manual untuk menghidup dan matikan alarm.........................

  29 Gambar 3.14 Saklar manual untuk menggerakkan motor.......................................

  30

BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Judul

  Pengendalian Palang Pintu Rel Kereta Api Secara Otomatis Untuk Menunjang Sistem Prioritas Lampu Lalu Lintas.

  1.2 Latar Belakang Masalah

  Perkembangan transportasi modern saat ini perlu ditunjang dengan sistem keamanan yang baik. Baik secara internal atau eksternal memberi keamanann dan kenyamanan bagi para pengguna. Kereta api merupakan salah satu alat transportasi yang ada di negara kita dan sangat banyak orang yang menggunakan sarana ini. Namun tak jarang pula terjadi kecelakaan yang menimbulkan banyak korban. Kecelakaan ini terjadi antara kendaraan(mobil, sepeda motor, dll) dengan kereta api di depan gerbang atau palang pintu yang menutup jalan raya yang memotong rel kereta api. Hal ini terjadi karena sistem yang digunakan pada gerbang rel kereta pembuka dan penutup palang pintu masih bersifat manual sehingga keterlambatan dalam menutup menimbulkan akibat yang fatal.

  Keterlambatan dalam menutup bisa saja terjadi akibat kelalaian operator, misalkan mengantuk, sehingga mengabaikan jadwal kereta yang akan melintasi rel pada palang itu.

  Di negara kita sendiri saat ini pengendalian palang pintu rel kereta api pembuka dan penutup palang kereta api secara otomatis sehingga dapat memberi keamanan, baik bagi para pengguna transportasi ini maupun bagi para pengguna jalan raya dan juga membantu pihak petugas palang pintu kereta api dalam menjalankan tugas dengan baik. Dan sebagai sarana pendukung alat digunakan aplikasi mikrokontroler AT89S51.

  1.3 Tujuan Penelitian

  Tujuan yang ingin dicapai dalam tugas akhir ini yaitu membuat perangkat keras pengendalian model untuk palang pintu kereta api secara otomatis dan manual.

  1.4 Manfaat Penelitian

  Memperkecil kecelakaan yang mungkin terjadi di perlintasan kereta api akibat kesalahan dan kelalaian manusia.

  1.5 Batasan Masalah

  Batasan masalah yang dibahas dalam penelitian palang pintu kereta api sebagai berikut :

  1. Menggunakan satu jalur kereta api.

  2. Menggunakan inframerah sebagai pemancar dan sebagai penerima digunakan fototransistor.

  3. Kondisi kereta api jalan terus 4. Sebagai model digunakan lokomotif dan 3 gerbong.

  5. Kondisi palang pintu dua searah.

  6. Menggunakan 2 motor DC sebagai penggerak palang pintu.

  7. Penggunaan manual digunakan apabila mikrokontroler mati.

  8. Alarm yang dipakai khusus.

1.6 Metodologi Penelitian

  Metodologi penelitian dalam merancang dan membuat peralatan sisitem ini, diperlukan langkah-langkah sebagai berikut :

  1. Studi literatur tentang permasalahan yang ada, serta mempelajari cara kerja dan sekaligus cara merancang dan membuat peralatan tersebut.

  2. Perancangan peralatan menggunakan teori yang ada untuk mendapatkan karakteristik yang sesuai dengan spesifikasi yang ditentukan.

  3. Pembuatan peralatan untuk setiap bagian sistem sesuai dengan fungsi masing-masing dan diuji kesesuaian. Bagian tersebut kemudian disusun sebagai kesatuan yang utuh.

BAB II DASAR TEORI Pengendalian model palang pintu kereta api ini tergantung dari kereta api

  yang melintas dan mengenai sensor yang dipasang, yang terdiri dari rangkaian fototransistor, infra merah yang berfungsi sebagai masukan dan sensor keluaran, pengkondisi sinyal, saklar manual dan otomatis, penguat arus (driver), dan motor DC. Penjelasan tentang beberapa komponen yang digunakan dalam perancangan alat ini dan aplikasinya dalam rangkaian akan dijelaskan dalam bab ini.

2.1. Fototransistor

  Fototransistor adalah piranti peka cahaya atau sering disebut sebagai transduser fotoelektrik, yaitu piranti elektronis yang memiliki perubahan karakteristik listrik bila dikenai cahaya tampak maupun tak tampak. Fototransistor terbentuk oleh transistor, sehingga memiliki sifat yang mirip dengan Bipolar

  

Junction Transistor (BJT), hanya saja secara fisik sangat berbeda satu sama lain.

  Fototransistor didesain dengan penutup transparan yang berfungsi untuk meneruskan atau menerima cahaya, sedangkan BJT didesain dengan penutup yang tidak transparan supaya cahaya tidak tembus sehingga tidak mempengaruhi kerja BJT. Kemasan fototransistor dapat dijumpai sebagai piranti dua terminal tanpa koneksi basis dan piranti 3 terminal dengan koneksi basis.

  Pada fototransistor, arus basis dipengaruhi oleh cahaya infra merah yang mengenai permukaan dari fototransistor, sehingga ketika cahaya infra merah mengenai permukaan fototransistor akan timbul arus basis (I B ). Keadaan tersebut akan menyebabkan resistansi emitor-kolektor akan menjadi kecil sekali mendekati nol, sehingga arus akan mengalir ke kaki kolektor (I ). Hal ini menyebabkan

  C

  tegangan pada kaki kolektor mendekati 0V. Keadaan tersebut menyatakan keadaan transistor dalam keadaan on. Sebaliknya apabila tidak ada cahaya infra merah atau dapat dikatakan dalam keadaan gelap, maka tidak ada I B . Ketika tidak B ada arus I B , maka resistansi emitor-kolektor menjadi besar dan tidak ada arus kolektor (I ), sehingga tegangan di kaki kolektor terhadap ground (Vc) sama

  C

  dengan Vcc, sehingga transistor dalam keadaan off. Rangkaian fototransistor dapat dilihat pada gambar 2.1.

  Gambar 2. 1 Rangkaian fototransistor

  Untuk mencari nilai Rc pada gambar 2.1 digunakan persamaan :

  VCC CE C C V = R

  I V

CC CE

  

V

R = .............................. ( 2. 1 ) C

  I C Dengan : Rc = Resistor yang dibutuhkan (Ohm) Vcc = Tegangan masukan (Volt)

  V = Tegangan kolektor Emitor (Volt) CE

  Ic = Arus yang melewati kolektor (Amper)

2.2 Light Emitting Diode

  Light Emitting Diode atau biasa disingkat LED adalah sebuah dioda yang

  mampu memancarkan cahaya. Prinsip kerja dari LED sama dengan dioda yang biasa ditemui. Dioda biasa saat dibias maju akan menghasilkan energi yang diradiasikan menjadi panas, sedangkan energi yang dihasilkan LED diradiasikan menjadi cahaya.

  Dioda biasanya dibuat dari silikon sedangkan LED dibuat dari gallium,

  

arsenic, atau phosporus. LED dapat memancarkan cahaya yang tampak oleh mata

  yaitu merah, hijau, kuning, biru, jingga. Gambar 2.2 memperlihatkan simbol light emitting Diode (LED).

Gambar 2.2 Simbol Light Emitting Diode (LED)

2.3 Infra Red Emitting Diode

  V R

  I D = Arus yang dibutuhkan LED (Amper)

  V D = Tegangan Maju LED (Volt)

  V CC = Tegangan Masukan (Volt)

  = Resistor yang dibutuhkan (Ohm)

  d

  Dengan : R

  − = ..............................................( 2.2 )

  Infra Red Emitting Diode (IRED) adalah salah satu jenis LED. IRED

  mempunyai karakteristik yang sama dengan LED, hanya saja cahaya yang dipancarkan berbeda. LED memancarkan cahaya tampak, sedangkan IRED sesuai dengan namanya memancarkan infra merah yang tak tampak oleh mata manusia.

  

I

V V = −

D

D CC

d

  R

  dengan persamaan : D d D CC

  d

  Dengan melihat Gambar 2.3, maka dapat dicari nilai R

Gambar 2.3 Rangkaian IREDGambar 2.3. adalah rangkaian dasar dari LED infra 0merah.

  I V

2.4 Schmitt Trigger (Pemicu Schmitt)

  Pemicu Schmitt merupakan suatu contoh kategori rangkaian yang dikenal sebagai pembanding tegangan. Pembanding disini sangat berguna dalam pembentuk pulsa dan sebagai suatu piranti pengkondisi sinyal. Pemicu Schmitt menghasilkan suatu keluaran segi empat dengan pinggiran naik dan turun yang tajam. Waktu bangkit yang cepat ini sangat dibutuhkan, karena rangkaian- rangkaian dimaksudkan untuk bekerja dengan tegangan masukan dua keadaan.

Gambar 2.4 memperlihatkan gambar pemicu Schmitt.Gambar 2.4 Pemicu SchmittTabel 2.1 Output

  Input Output

  0 1 1 0 Pada tabel 2.1, dapat dilihat bila masukan rendah maka keluarannya akan tinggi dan bila masukan tinggi maka keluarannya akan rendah karena merupakan rangkaian inverting schmitt trigger.

  2. 5 Transistor Sebagai Saklar

  Cara paling sederhana penggunaan transistor adalah sebagai saklar, dimana transistor dioperasikan pada keadaan saturasi atau cut-off. Ketika transistor pada keadaan saturasi, transistor seperti saklar yang tertutup (on) dari kaki kolektor dan emitor. Ketika transistor pada keadaan cut-off, transistor seperti saklar yang terbuka Transistor berfungsi sebagai saklar bila berada dalam keadaan cut-off atau saturasi. Gambar 2. 5 memperlihatkan transistor PNP sebagai saklar.

  

Gambar 2. 5 Rangkaian transistor PNP sebagai saklar

  Pada gambar 2. 5 di atas berlaku persamaan : ………….………(2. 3)

  −

  V CC EB B B BB

  V I R V =

  Dimana :

  I = β C B I …………………………….(2. 4)

  Saklar PNP dalam keadaan on ketika V sama mendekati 0 Volt dan off

  BB

2.6 Relay

  Relay merupakan suatu saklar yang bekerja berdasar sistem elektro

  magnetis untuk mengoperasikan seperangkat kontak. Relay terdiri atas kumparan kawat penghantar yang digulung pada former teras magnet. Apabila kumparan diberi arus, maka medan magnet yang dihasilkan kumparan akan menarik pengungkit yang berfungsi sebagai penutup atau pembuka kontak. Gambar relay dapat dilihat pada Gambar 2.6.

  5 NC

3 COM

  4 NO

  1

  2 Gambar 2.6 Relay Relay akan bekerja apabila dikendalikan atau diberi tegangan dari luar.

  Pada relay terdapat 2 jenis keadaan normal sebelum terpengaruh kontrol dari luar, yaitu :

  1. Normally open (NO) yaitu keadaan awal kontaktor terbuka.

  2. Normally close (NC) yaitu keadaan awal kontaktor tertutup.

2.7 Alarm

  Alarm adalah suatu perangkat suara yang digunakan untuk memberitahukan suatu keadaan. Dimana keadaan itu bisa digunakan sebagai tanda untuk penunjuk kebakaran, penunjuk banjir, dll. Bunyi yang dikeluarkan pun berbeda-beda tergantung dari suatu keadaan yang terjadi.

  2.8 Limit Switch Limit switch adalah rangkaian mekanik sensor posisi yang digunakan

  dalam proses untuk membatasi gerakan. Pada limit switch terdapat kontak NO (normally open) dan NC (normally close). Prinsip kerja limit switch, pada saat

  

limit switch dalam keadaan normal maka kontak NO tidak terhubung pada

  terminal common, dan terminal NC terhubung pada terminal common. Gambar 2.7 merupakan bentuk fisik dari limit switch dan simbol kontak-kontak pada limit

  switch .

  ( a ) ( b )

Gambar 2.7 (a) Bentuk fisik limit switch (b) Simbol limit switch

  2.9 Motor DC

  Motor adalah suatu mesin listrik yang menghasilkan gerak mekanis dengan prinsip elektromagnetik. Motor arus searah (DC) membutuhkan tegangan searah untuk bekerja. Gambar 2.8 merupakan simbol dari motor DC.

  Simbol Motor DC

  Gambar 2.8

  Elektromagnetik dalam motor DC terjadi ketika arus yang menghantar ditempatkan dalam medan magnet. Fluks melintasi celah udara dari satu kutub utara magnet ke kutub selatan magnet. Hukum Lorentz menyatakan bahwa arus yang menghantar yang ditempatkan dalam medan magnet akan menciptakan tenaga (force). Tenaga (F) yang ditimbulkan tersebut tegak lurus terhadap arus (I), dan medan fluks (B). Hal ini dapat dilihat pada gambar 2.9.

Gambar 2.9 Hukum Lorentz

3.0 Penggendali Putaran Motor

  Sebagai penggerak digunakan motor DC. Motor DC dipakai secara luas dalam dunia industri dan aplikasi sehari-hari. Hal ini didukung oleh sifat motor DC itu sendiri diantaranya murah, kecepatannya konstan dan dapat diatur. Kekurangannya motor DC tidak dapat dipakai untuk mendapatkan pergerakan yang presisi, misalnya motor berputar dan berhenti pada titik tertentu.

  Dalam aplikasinya seringkali sebuah motor digunakan untuk arah yang searah dengan jarum jam maupun sebaliknya. Untuk mengubah putaran dari sebuah motor dapat dilakukan dengan mengubah arah arus yang mengalir melalui motor tersebut. Secara sederhana dapat dilihat seperti pada gambar 2.10, hal ini dapat dilakukan hanya dengan mengubah polaritas tegangan motor. Untuk dapat menggerakkan dan mengendalikan motor menggunakan relay.

Gambar 2.10 Dasar pengaturan arah putar motor

  Agar pengubahan polaritas tegangan motor dapat dilakukan dengan mudah, maka hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan empat buah saklar seperti pada gambar 2.11

  Untuk memutar motor searah jarum jam maka saklar S

  1 dan S 4 ditutup.

  Sedangkan saklar S

  2 dan S 3 dibuka. Untuk memutar motor berlawanan arah jarum jam maka saklar S dan S ditutup serta saklar S dan S dibuka.

  2

  3

  1

  4

BAB III PERANCANGAN ALAT Perangkat Keras Palang Pintu Rel Kereta Api Pengendalian model palang pintu perlintasan kereta api untuk perangkat

  keras terdiri dari sensor, pembanding, schmit trigger, driver, motor penggerak palang pintu kereta api. Gambar diagram blok pengendalian palang pintu seperti pada gambar 3.1.

  Sensor 1 Sensor 2 Sensor 6 Sensor 5 Sensor 3 Lampu indikator 1

  Pengkondisi Sinyal Modul Alarm

  Tombol Manual Mikro kontrol er

  Pengkondisi Sinyal Pengkondisi Sinyal Pengkondisi Sinyal Pengkondisi Sinyal Pengkondisi Sinyal

  Pusat kendali Lampu Indikator

  Motor Motor Penggerak Motor

  Lampu indikator 2 Sensor 4

  Tombol Manual

Gambar 3.1 Diagram Blok Pengendalian Palang Pintu Rel Kereta api

  Parangkat keras palang pintu rel kereta api dibagi menjadi dua bagian

3.1 Mekanik Palang Pintu Rel Kereta api

  Mekanik palang pintu rel kereta api terdiri dari bagian penyangga untuk meletakkan komponen elektronik, rel kereta api, dan mainan kereta api itu sendiri.

  Papan sebagai penyangga, terdiri dari : 1. Tombol manual.

  2. Modul motor untuk menggerakkan model palang pintu.

  3. Modul alarm 4. Rel kereta api.

  5. Kereta api.

Gambar 3.2 memperlihatkan mekanik gerbang pintu yang di gunakan.Gambar 3.2 Mekanik gerbang pintuGambar 3.3 memperlihatkan rancangan sensor pendeteksi kereta apiGambar 3.3 Rancangan sensor pendeteksi kereta api

3.2 Pengendalian Palang Pintu Rel Kereta Api

  Pengendalian palang pintu rel kereta api terdiri dari dua model yaitu model otomatis dan model manual

3.2.1 Sistem Otomatis

  Pendeteksian kereta api pada palang pintu secara otomatis menggunakan sensor. Sensor pendeteksian ini terletak disebelah kiri dan disebelah kanan dari palang pintu rel kereta api. Cara kerja pengendalian palang pintu rel kereta api secara otomatis yaitu apabila kereta api datang dari arah kiri, sensor 1 terhalang maka menunjukkan dari arah kiri datangnya kereta api. Selang beberapa saat sensor 2 akan terhalang sehingga akan membunyikan alarm. Selama alarm berbunyi sensor 3 dan 4 akan mendeteksi keberadaan kendaraan di sekitar palang pintu rel kereta api. Apabila masih ada kendaraan maka palang pintu rel kereta api turun. Setelah melewati palang pintu rel kereta api maka sensor 5 akan terhalang sehingga alarm akan mati dan palang pintu akan terbuka. Untuk sensor 6, apabila terhalang maka digunakan untuk mengetahui keberadaan kereta sudah lewat. Dan semua itu berlaku bila kereta api itu datang dari arah kanan atau sebaliknya.

  Untuk mengetahui pendeteksian posisi sensor dapat dilihat pada tabel 3.1

Tabel 3.1 Pendeteksian posisi sensor

  S1 S2 S3 S4 S5 S6 KETERANGAN

  0 0 0 0 0 0 Buka 1 0 0 0 0 0 Lampu indikator kiri nyala

0 1 1 1 0 0 Dari kiri alarm hidup, palang pintu belum

tertutup

0 1 0 0 0 0 Dari kiri alarm hidup dan palang pintu

tertutup

  1 Dari kiri alarm mati, palang pintu terbuka 0 0 0 0 0 1 Lampu indikator kanan nyala

  1

  1

  1 Dari kanan alarm hidup, palang pintu belum tertutup

  1 Dari kanan alarm hidup dan palang pintu tertutup

0 1 0 0 0 0 Dari kanan alarm mati, palang pintu terbuka

  Pada sistem otomatis ini, sensor terdiri dari dua bagian yaitu bagian pemancar (infra merah) dan penerima (fototransisitor). Pemancar bertugas untuk memancarkan cahaya inframerah. Pemantulan cahaya inframerah bertujuan untuk menghasilkan pantulan cahaya yang kemudian digunakan untuk mengetahui keberadaan penghalang. Sedangkan bagian penerima yakni sebuah foto transistor yang berfungsi untuk menangkap cahaya dari led infra merah.

  ` Gambar 3.4 Sensor pendeteksi kereta api Pada gambar 3.4 saat kereta api terdeteksi oleh rangkaian pendeteksi

  (sensor) maka fototransistor akan OFF, tegangan antar kolektor terhadap emitor menjadi tinggi (Vce ≅ Vcc), keluaran pada IC 7414 menjadi logika rendah (0).

  Pada saat kereta tidak terdeteksi maka fototransistor akan ON, keluaran pada IC 7414 menjadi logika tinggi (1). Output dari fototransistor akan masuk ke rangkaian Schmitt Trigger.

3.2.1.1 Rangkaian LED Infra Merah

  Pada perancangan rangkaian pengendalian palang pintu kereta api digunakan IRED dengan tipe QED 233. IRED QED 233 ini dari datasheet mempunyai karakteristik dengan arus maju (I D ) maksimal sebesar 100 mA, dengan tegangan maju 1,6 V. Dengan menggunakan persamaan 2.2 dapat diperoleh niai R d minimum yang diijinkan, yaitu :

  5

1 ,

  

6

V

  V R = = d 34 Ω − 3

  100

  

10

x

  Dengan menggunakan persamaan 2.2 akan di dapatkan nilai resistor (R )

  d

  yang akan digunakan. Pada perancangan ini digunakan tegangan dari catu daya sebesar 5 Volt dan nilai I yang dipakai pada perancangan ini sebesar 10 mA.

  LED 5 − 1 ,

  

6

R = d

3

  10 x

  10 R = 340 Ω d

  Karena nilai resistor yang dibutuhkan tidak ada di pasaran maka digunakan nilai R sebesar 330 ohm seperti pada gambar 3.5. Jika digunakan R =

  d d

  330 Ω, maka besar arus I LED yang mengalir adalah :

  V

CC LED

  V I = LED

R

d 5 −

1 ,

  

6

I = = , 0103 A LED 330

Gambar 3.5 Rangkaian LED infra merah

3.2.1.2 Rangkaian Fototransistor

  Fototransistor yang digunakan pada perancangan ini adalah fototransistor tipe UT6W95-AE-0125 (NPN). Dari datasheet diperoleh besarnya arus yang dibutuhkan fototransistor pada keadaan ON adalah I c = 0,1 mA, V CE SAT = 0,4 V. Pada perancangan ini digunakan I c = 0,085 mA, sehingga dengan menggunakan persamaan 2.1 dapat diketahui besarnya nilai Rc.

  5 ,

  4 −

  R = = C 3 54 ,

  1 K Ω

  −

  , 085

  10

  

x

  Karena dipasaran tidak terdapat resistor sebesar 54,1 K Ω maka digunakan resistor sebesar 56 K

  c yang mengalir

  Ω. Jika digunakan R = 56 KΩ, maka besar arus I adalah :

  V

CC CE

  

V

I = C R 5 ,

  

4

I = = , 082 mA

C

56 K

Gambar 3.6 Rangkaian fototransistor

  3.2.1.3 Rangkaian pendeteksi arah datangnya kereta api

  Dimana terdapat dua buah sensor pendeteksian kereta api yaitu disebelah kiri dan kanan dari palang pintu rel kereta api. Rangkaian pendeteksian ini digunakan untuk mengetahui dari mana datangnya kereta api. Rangkaian ini terdiri dari inframerah, fototransistor, dan led. Gambar 3.7 menggambarkan rangkaian pendeteksi arah datangnya kereta api.

Gambar 3.7 Rangkaian deteksi arah datangnya kereta api

  3.2.1.4 Rangkaian LED

  Rangkaian lampu digunakan untuk mengetahui apakah mikrokontroler mati atau hidup. Penggunaan resistor 330 Ω untuk membatasi arus, dengan tegangan Vcc 5 Volt maka arusnya sekitar:

  V CC

  I =

  R

  5V I = 330 Ω I = 15 mA

Gambar 3.8 Rangkaian LED

3.2.1.5 Rangkaian Schmitt Trigger Keluaran dari fototransistor masuk ke rangkaian Schmitt Trigger.

  Rangkaian ini berfungsi untuk mempersegikan isyarat sinus sebelum masuk ke mikrokontroler. IC yang digunakan adalah IC 7414, IC 7414 adalah rangkaian

  

schmit trigger inverting. Jadi keluaran dari rangkaian schmit trigger merupakan

  kebalikan dari masukan yang masuk ke dalam Schmitt Trigger, sehingga masukan ke mikrokontroler kondisi logikanya tidak sama dengan keluaran fototransistor.

Gambar 3.9 memperlihatkan konfigurasi pin-pin IC 7414 dan gambar 3.10 memperlihatkan bentuk gelombang masukan dan keluaran.Gambar 3.9 Konfigurasi pin-pin IC 7414 Tegangan ambangnya adalah :

  V T+ = 1,8 V

  V T- = 0,9 V

  Sedang tegangan keluaran rendah dan tinggi adalah: V oh = 3,4 V V ol = 0,25 V

Gambar 3.10 Bentuk gelombang input dan output Schmitt Trigger

  Dari gambar 3.10, saat masukan 0V hingga 0,9V maka keluaran rangkaian schmitt

  

trigger adalah 3,4V. Saat tegangan masukan 0,9V hingga 1,8V keluarannya tetap

  3,4V mengikuti tegangan keluaran sebelumnya. Tapi ketika input lebih dari 1,8V maka tegangan keluaran 0.25V.

3.2.1.6 Saklar pemilih alarm

  Untuk menghidup matikan alarm dan motor di gunakan Switching

  

Transistor yang berfungsi sebagai saklar elektronik. Rangkaian ini, sinyal

  masukannya berlogika 1 (5 volt) atau 0 (0 volt) dari mikrokontroler. Nilai ini dipakai untuk bias pada kaki basis transistor dengan emitor dan kolektor sebagai penghubung (short circuit) atau sebagai pembuka rangkaian (open circuit). Begitu rangkaian short circuits arus akan mengalir dari kaki kolektor ke emitor. Gambar 3.11 adalah skema switching transistor. Untuk mengetahui nilai arus pada Ic (arus kolektor) jika tegangan masukan 5 V dengan hambatan dalam speaker adalah 8

  I dapat diketahui adalah :

  Ω. Transistor NPN BD139 ( β = 50) maka B

  Vcc

  Ic = R

  D

5 V

  Ic =

  8 Ω

  Ic = 625 mA Maka untuk mengetahui arus basis dengan rumusan

  Ic

  Ib =

  β

  Maka nilai Ib-nya :

  625 mA

  Ib =

  50 Ib = 12,5 mA

  Besar nilai R dapat ditentukan sebagai berikut : B

  VBB BE

  

V

R = B

  I B

  5 V − , 7 v R =

  − 3 B 12 ,

5 .

  10 R = 344 B

  Karena nilai resistor yang dibutuhkan tidak ada di pasaran maka digunakan nilai

  R sebesar 330 B Ω.

  

Vcc 5 V

1 3 4 5

  2 RELAY 6 V Modul

  330 Ohm Alarm

  BD 139 Dari Mikrokontroler

Gambar 3.11 Saklar pemilih alarm

3.2.1.7 Pengendali Arah Putaran Motor

  Dua buah motor DC sebagai penggerak dan menentukan arah. Pada

gambar 3.12 motor Dc dipasang secara seri dan diletakkan berseberangan untuk menggerakkan palang pintu. Perancangan elektronik menggunakan relay dan

  rangkaian Switching Transistor (prinsip kerjanya sama dengan pensaklaran pada alarm).

  Vcc 12 V RELAY Micro1

2

3 Limit Switch1

6

1

RELAY 12 V 4 5 7 8 2 3 In 1 15 K Q1 DIODE BD 139 2 1 3

  5 4 3 Limit Switch2 4 1 - + MOTOR DC1 2 DIODE

2

1

6

RELAY 12 V 8 - MOTOR DC2 + 7 5 2 3 A A 2 1 In 2 15 K Q2 BD 139 2 1 3 RELAY Micro2 4

  5 Gambar 3.12 Pengendalian arah putaran motor

  Pada gambar 3.12 rangkaian pengendali arah motor DC ini menggunakan pengendalian berurutan atau sekuensial. Proses kendali dalam hal ini ditentukan oleh logika dari In

  1 dan In 2 , dimana agar motor tersebut bekerja, maka kondisi In

  1

  dan In

  2 harus saling berbeda logika. Motor akan berhenti apabila keduanya berlogika 0. Begitu juga bila In dan In berlogika1.

  1

  2 Pada saat In 1 berlogika 1 dan In 2 berlogika 0, maka transistor Q 1 akan aktif

  sedangkan Q 2 tidak aktif. Sehingga akan menggeerakkan motor searah jarum jam. Sebaliknya bila kondisi logika dari In

  1 dan In 2 dibalik, maka Q 1 tidak aktif sedangkan Q2 aktif motor akan mendapat polaritas tegangan yang terbalik pula.

  Kendali arah putar motor DC ditunjukkan dalam tabel 3.2. Kemudian untuk menghentikan putaran motor di gunakan limit switch.

Tabel 3.2 Arah putar motor DC

  I

  5 ± B

  V V

  R BB

  Selanjutnya mencari , dengan asumsi bahwa keluaran dari IC TTL ( ) pada saat logika tinggi sekitar . Besar nilai dapat ditentukan sebagai berikut : B

  =

  2 −

  I B = A Ib 4 . 727 10 .

  110 03 . A

  =