DETEKSI KENDARAAN BERSIRINE PADA SISTEM PRIORITAS LAMPU LALU LINTAS

  

DETEKSI KENDARAAN BERSIRINE PADA

SISTEM PRIORITAS LAMPU LALU LINTAS

TUGAS AKHIR

  Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat Memperoleh gelar Sarjana Teknik

  Program Studi Teknik Elektro Disusun oleh:

  

ALOYSIUS JOKO TRI ISMANTO

NIM : 005114064

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

  

SIRENE DETECTION AT

TRAFFIC LIGHT PRIORITY SYSTEM

FINAL PROJECT

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

  In Electrical Engineering By :

  

ALOYSIUS JOKO TRI ISMANTO

Student ID Number : 005114064

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT

  

TUGAS AKHIR

DETEKSI KENDARAAN BERSIRINE PADA

SISTEM PRIORITAS LAMPU LALU LINTAS

  Disusun oleh:

  

ALOYSIUS JOKO TRI ISMANTO

NIM : 005114064

  Telah disetujui oleh: Dosen Pembimbing Ir. Iswanjono MT Tanggal:

  TUGAS AKHIR DETEKSI KENDARAAN BERSIRINE PADA SISTEM PRIORITAS LAMPU LALU LINTAS

  Disusun oleh

  ALOYSIUS JOKO TRI ISMANTO NIM : 005114064 Telah dipertahankan di hadapan Panitia Penguji

  pada tanggal: 31 Januari 2007 dan dinyatakan memenuhi syarat Susunan Panitia Penguji

  Nama Lengkap Tanda Tangan Ketua : Wiwien Widyastuti, S.T., M.T.

  Sekretaris : Ir. Iswanjono, M.T. Anggota : B. Djoko Untoro S., S.Si., M.T. Anggota : Damar Wijaya, S.T., M.T.

  Yogyakarta, 2007 Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Dekan Fakultas Teknik,

  

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, 23 Maret 2007 Penulis

  Aloysius Joko Tri Ismanto

  Tuhan adalah sumber segalanya. Berusahalah dan jangan putus asa dalam meraih apa yang kamu

inginkan. Disertai doa, percaya, dan berprasahlah pada-Nya niscaya

  Tuhan akan memberi kelegaan dan keberhasilan.

  (Al. Joko T) Karya ini kupersembahkan untuk :

  Tuhanku Yesus Kristus dan Bunda Maria (terima kasih atas berkat dan rahmatnya)

  Kedua orang tuaku: Bapak dan Ibu ku yang selalu tiada henti memberiku doa, kekuatan serta semangat, kasih sayang serta segalanya yang aku butuhkan.

  Kedua kakakku: Fx.Purwanto dan Y. Iwan K

Terima kasih dukungannya. Tidak terlupa juga mbak Santi : terima kasih

dukungannya.

  Ponakanku :

”si Kembar” Elma & Elsa yang selalu menghiburku dengan gangguan dan

keceriaanmu.

  

Almarhum / mah eyang kakung dan putri semuanya yang telah memberiku

semangat untuk menyelesaikan kuliah.

  Almamaterku......

  

INTISARI

  Deteksi kendaraan bersirine pada sistem prioritas lampu lalu lintas merupakan alat yang berfungsi untuk mendeteksi suara sirine yang melintas dari arah tertentu. Apabila sensor menangkap adanya suara sirine maka akan diteruskan untuk menyalakan lampu hijau pada lampu pengatur lampu lalu lintas.

  Alat ini terdiri dari sensor, penguat, tapis pelewat rendah dan tinggi, pembanding, mikrokontroler, dan rangkaian keluaran yaitu seperangkat lampu pengatur lalu lintas. Sensor yang dipakai adalah mikropon jenis kondensor. Penguat digunakan untuk penguatan tegangan yang keluar dari mikropon. Untuk melewatkan frekuensi rendah dan frekuensi tinggi dari suara sirine menggunakan tapis frekuensi. Pembanding berfungsi untuk membandingkan tegangan dari keluaran tapis dengan tegangan referensi yang akan diteruskan ke mikrokontroler yang berfungsi sebagai pengendali utama. Untuk rangkaian keluaran menggunakan seperangkat lampu pengatur lalu lintas.

  Hasil akhir pada perancangan alat ini adalah seperangkat lampu pengatur lalu lintas yang memberikan prioritas pada kendaraan bersirine. Apabila terdapat kendaraan yang membunyikan sirine dari arah tertentu, maka lampu hijau akan menyala pada sisi atau jalur yang dilalui oleh kendaraan bersirine tersebut.

  Kata kunci : mikropon kondensor, penapis lolos rendah dan lolos tinggi, pembanding.

  

ABSTRACT

  The detection of vehicle with sirene in the traffic light priority system is a device to detect siren sound quickly passing by from certain direction. If the censor catches such sirene sound, the green lamp of a traffic light will be turn on.

  The device consist of a censor, amplifier, high pass and low pass filter, comparator, microcontroller, and output circuit, which is a set of traffic light controller. The censor used is a microphone condenser. The amplifier is applied to have voltage gain from the microphone. To overcome high and low frequency of sirene sound, the device applies the frequency filter. The comparator functions is to compare voltage from output of filter with voltage reference which will be carried on to the microcontroller functioning as the main controller. The device applies a set of traffic light controller as the output circuit.

  The final result for arrangement of this device is a set of traffic light controller which gives priority for a vehicle with sirene. If there is a vehicle ringing its siren from certain direction, the green lamp of the traffic light will be on at lane or side in which the vehicle will pass by.

  Keyword : condenser microphone, high pass and low pass filter, comparator.

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 “Deteksi kendaraan bersirine pada sistem prioritas

  

lampu pengatur lalu lintas”. Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat

  untuk memperoleh gelar Sarjana pada jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Sanatha Dharma Yogyakarta.

  Tersusunnya 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. Bapak Damar Wijaya, S.T., M.T.,selaku Dosen Penguji yang telah memberikan masukan, petunjuk dan saran.

  3. Ibu Wiwien Widyastuti, S.T., M.T., selaku Dosen Penguji yang telah memberikan masukan dan saran.

  4. Bapak B. Djoko Untoro S., S.Si, M.T., selaku Dosen Penguji yang telah memberikan masukan dan saran.

  5. Bapak dan Ibuku : Ant Sukidjan dan Ch. Mujirah atas doa, dukungan semangat serta kasih sayang dan memberiku apa yang aku butuhkan (material dan sepiritual).

  6. Kedua Kakakku : Fx. Purwanto dan Y. Iwan K terima kasih atas dukungannya.

  7. Mbak Santi : terima kasih dukungannya.

  8. Ponakakanku ”si Kembar” Elma & Elsa, terima kasih telah menghiburku

  9. Almarhum/mah eyang kakung putri semuanya : terima kasih petuah dan dorongan sebelum meninggal agar aku bisa lulus kuliah dan jadi orang yang berguna.

  10. M. Kristiani Listya Dewi dan Ibu Sarjilah yang selalu memberiku dorongan doa dan semangat agar bisa menyelesaikan kuliah.

  11. Teman tim-ku Bowo : terima kasih tempat, bantuan, curhat, keluh kesah dan segalanya prend, tomorow never day prend......!. Danang ”koplo” dan David : terima kasih kerja samanya meski kaliyan jarang kumpul dengan berbagai alasan dan tim kita jadi ”ugal-ugalan”.

12. Ludoni ”iyung”, Aan ”bodonk”, Yosep, Hendry ”tangkur”, terima kasih bantuannya.

  13. Teman-teman seperjuangan TA : Aas ”ganyonk”, Agung ”greg”, Harry ”putter”, Marcelinus Sigit, Jadmiko ”plentit”, Wahyu ”stoncold”, Nico, Sigit ”boss”, Suryo. Terima kasih kerjasamanya.

  14. Teman ex. Kontrakanku : Puguh ”kumis” Setiawan, Victor ”ucok” Simorangkir, Fredy. Terima kasih coy, together in one bottle prend......? 15. Anak-anak kos-kosan XXX : Christoper, Wahyu, Paul, Sadiman, Dasry ”gothet”, Angga ”waunx”, Arnanto. Terima kasih tempat dan bantuannya.

  16. Teman-teman seperjuangan TIM PHK A2 : Andre ”cutek”, Koko, Frengky, Indra, Hernomo, Yayuk, Sulis, Liong, Andry, Eva, Suryani ”butet”, Nendy, Galuh. Terima kasih kerjasamanya prend.

  17. Semua teman-teman TE angkatan 2000 dan teman-temanku semua yang tidak bisa disebut satu persatu. Terima kasih semua bantuannya.

  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.

  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 DAFTAR LAMPIRAN..................................................................................... xvi

  

BAB I PENDAHULUAN ........................................................................... 1

1.1 Judul ........................................................................................................

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

  1 1.3 Rumusan masalah ....................................................................................

  2 1.4 Batasan masalah ......................................................................................

  2 1.5 Tujuan penelitian .....................................................................................

  3 1.6 Manfaat ....................................................................................................

  3

  

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

2.1 Mikropon kondensor ...............................................................................

  4 2.2 Penguat tak membalik .............................................................................

  4 2.3 Penapis ....................................................................................................

  6 2.3.1 Tapis pelewat rendah ....................................................................

  8 2.3.2 Tapis pelewat tinggi .......................................................................

  8 2.4 Pembanding (comparator) .......................................................................

  10

  2.5 Relay ........................................................................................................ 12 2.6 Rangkaian penggerak beban ....................................................................

  14 2.7 Rangkaian keluaran .................................................................................

  15 BAB III PERANCANGAN PERANGKAT KERAS ................................

  17 3.1 Perancangan penguat tak membalik ........................................................

  17 3.2 Rangkaian tapis .......................................................................................

  19 3.2.1 Rangkaian tapis pelewat rendah ....................................................

  19 3.2.2 Rangkaian tapis pelewat tinggi ...................................................

  20 3.3 Perancangan pembanding ........................................................................

  22 3.4 Rangkaian penggerak relay .....................................................................

  23 3.5 Rangkaian relay dan penampil lampu lalu lintas .....................................

  24 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .....................................................

  25

  4.3 Penapis ....................................................................................................

  26 4.3.1 Penapis lolos rendah .......................................................................

  26 4.3.2 Penapis lolos tinggi .........................................................................

  28 4.4 Pembanding .............................................................................................

  30 4.5 Driver relay .............................................................................................

  31 BAB V PENUTUP .......................................................................................

  32 5.1 Kesimpulan .............................................................................................

  32 5.2 Saran .......................................................................................................

  32 DAFTAR PUSTAKA

  LAMPIRAN

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Susunan mikropon kondensor ....................................................

  17 Gambar 3.2 Rangkaian penguat tak membalik ..............................................

  28 Gambar 4.2 Grafik tanggapan frekuensi HPF ................................................

  24 Gambar 4.1 Grafik tanggapan frekuensi LPF ................................................

  23 Gambar 3.7 Rangkaian relay dan penampil lampu lalu lintas .......................

  23 Gambar 3.6 Rangkaian penggerak relay ULN2803 .......................................

  22 Gambar 3.5 Rangkaian pembanding dengan tegangan referensi ...................

  20 Gambar 3.4 Tapis pelewar tinggi aktif ...........................................................

  19 Gambar 3.3 Tapis pelewat rendah aktif .........................................................

  15 Gambar 3.1 Diagram blok sistem ..................................................................

  5 Gambar 2.2 Penguat tak membalik ................................................................

  14 Gambar 2.10 Transistor sebagai penguat arus ...............................................

  13 Gambar 2.9 Relay ...........................................................................................

  13 Gambar 2.8 Kurva karakteristik input output pembanding ............................

  11 Gambar 2.7 Rangkaian pembanding non inverting dengan tegangan referensi .....................................................................................

  11 Gambar 2.6 Tapis lolos tinggi aktif orde dua ragam umpan balik .................

  10 Gambar 2.5 Rangkaian tapis pelewat tinggi pasif ..........................................

  9 Gambar 2.4 Tapis lolos rendah aktif orde dua ragam umpan balik ...............

  6 Gambar 2.3 Rangkaian tapis pelewat rendah pasif ........................................

  30

  

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Tegangan keluaran sensor setelah penguatan ................................ 26Tabel 4.2 Data pengujian tegangan keluaran rangkaian LPF ........................ 27Tabel 4.3 Data pengujian tegangan keluaran rangkaian HPF ........................ 29Tabel 4.4 Data pengujian tegangan keluaran pembanding ............................ 30Tabel 4.5 Data pengujian driver relay (ULN2803) dan kondisi relay .......... 31

  

DAFTAR LAMPIRAN

  Lampiran 1. Gambar rangkaian sensor, penguat, filter, pembanding ............ L1 Lampiran 2. Gambar rangkaian driver relay, dan lampu lalu lintas .............. L2 Lampiran 3. Datasheet IC TL072 .................................................................. L3 Lampiran 4. Datasheet IC LM741 ................................................................. L4 Lampiran 5. Datasheet IC ULN2803 ............................................................ L5

BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Judul

  Deteksi kendaraan bersirine pada sistem prioritas lampu lalu lintas

  1.2 Latar Belakang

  Sampai saat ini kebanyakan lampu pengatur lalu lintas masih menggunakan time driven atau pewaktuan, dengan kata lain kondisi nyala lampu pada saat jam 8 pagi berbeda dengan kondisi nyala lampu pada saat jam 8 malam. Time driven tidak bisa mengatasi hal-hal khusus, misalnya apabila ada suatu kendaraan bersirine yang membunyikan sirine sewaktu mengawal iring-iringan kendaraan pejabat yang melewati suatu persimpangan.

  Saat itu lampu pengatur lalu lintas dalam kondisi merah, iring-iringan tersebut harus mendapat prioritas lebih dulu, sehingga petugas akan turun kejalan untuk mengatur kondisi itu. Event driven memungkinkan untuk mengatasi hal tersebut karena bekerjanya lampu pengatur lalu lintas secara otomatis dengan bantuan beberapa sensor. Event driven yaitu berdasar keadaan nyata saat itu.

  Pada penelitian ini, penulis membuat suatu sistem atau perangkat yang bisa mendukung kinerja lampu pengatur lalu lintas yang event driven, yaitu

1.3 Rumusan Masalah

  Saat ini pertambahan jumlah kendaraan semakin meningkat tetapi sistem pengaturan lampu lalu lintas masih belum memadai, yaitu masih menggunakan sistem pewaktuan tanpa prioritas. Oleh karena jumlah kendaraan yang semakin meningkat, maka dibutuhkan sistem pengaturan lampu lalu lintas dengan kinerja yang menggunakan sistem prioritas. Yang diberikan prioritas disini adalah kendaraan yang bersirine, diantaranya adalah mobil ambulan, mobil polisi, mobil pemadam kebakaran, dan mobil iring- iringan pejabat.

  Permasalahan yang muncul diantaranya :

  1. Belum adanya prioritas untuk kendaraan bersirine pada sistem lampu pengatur lalu lintas.

2. Belum adanya sistem lampu pengatur lampu lalu lintas yang mensdeteksi sirine.

1.4 Batasan Masalah

  Permasalahan yang akan diangkat dalam penelitian dibatasi pada beberapa persoalan sebagai berikut :

  1. Kendaraan bersirine yang membunyikan sirine sebelum melewati suatu persimpangan dari arah yang berbeda dan datangnya tidak bersamaan.

  2. Yang dideteksi adalah suara sirine bukan kendaraannya.

  4. Suara sirine yang dipakai adalah suara sirine khusus yang dipakai pada penelitian ini bukan suara sirine yang dipakai pada kendaraan pada umumnya.

  5. Penelitian ini hanya merancang dan menganalisa perangkat keras dan mikrokontroler hanya sebagai pendukung saja.

1.5 Tujuan Penelitian

  Tujuan dari penelitian adalah :

  1. Membuat miniatur (prototipe) perangkat keras sistem prioritas lampu lalu lintas untuk mendeteksi suara sirine dari kendaraan bersirine dengan bantuan aplikasi mikrokontroler AT89S51.

  2. Merancang suatu rangkaian elektronika yang dapat bekerja secara otomatis untuk mengatur lampu lalu lintas.

  3. Membuat sistem pengendali lampu lalu-lintas yang dapat memberikan prioritas pada suatu kendaraan yang diutamakan yaitu kendaraan bersirine.

  1.6 Manfaat Membuka wawasan bagi penggemar mikrokontroler untuk mengaplikasikan mikrokontroler untuk kepentingan umum, yang salah satunya adalah untuk mendeteksi suara sirine kendaraan.

BAB II DASAR TEORI Sistem prioritas lampu pengatur lampu lalu lintas untuk mendeteksi suara

  sirine dari kendaran bersirine terdiri dari beberapa bagian, yaitu sensor suara, penguat operasional (op-amp), rangkaian tapis lolos rendah (Low Pass Filter), rangkaian tapis lolos tinggi (High Pass Filter), rangkaian pembanding (comparator), mikrokontroler dan perangkat lampu pengatur lalu lintas.

  Sensor suara yang digunakan adalah mikropon. Penguat operasional untuk penguatan tegangan keluaran dari sensor. Tapis pelewat rendah (LPF) berfungsi meloloskan frekuensi rendah sedangkan tapis pelewat tinggi (HPF) untuk meloloskan frekuensi tinggi. Pembanding berfungsi sebagai pembanding tegangan masukan pembanding dengan tegangan referensi. Mikrokontroler merupakan kendali utamanya. Sedangkan untuk tampilan keluaran sistem akan menggunakan perangkat lampu lalu lintas.

2.1 Mikropon kondensor

  Mikropon (mic) berfungsi untuk menangkap suara sirine dari suatu kendaraan yang melintas. Mikropon yang digunakan adalah mikropon jenis kondensor. Mikropon kondensor dipilih karena memiliki kepekaan yang sangat

  Mikropon kondensor adalah jenis elektret dengan diafragma (penggetar) merupakan selembar bahan bukan penghantar yang tersalut pelat logam atau alumunium yang dirapatkan. Penggetar dan pelat logam membentuk kapasitas, akan berubah-ubah apabila penggetar terkena getaran dari sumber suara. Susunan mikropon kondensor terlihat pada Gambar 2.1.

  Mikropon lalu ditata dengan selembar kasa logam tipis menghadap diafragma dengan sisi dari diafragma dilapisi tipis dengan logam. Bila gelombang suara menggetarkan diafragma, maka kapasitor antara diafragma dan kasa logam akan berubah. Perubahan kapasitansi ini akan membentuk sebuah gelombang tegangan atau arus yang dapat disalurkan dari hubungan-hubungan tadi. Mikropon dikemas dalam suatu wadah akustik yang dirancang untuk menahan resonansi dan untuk membuat respon yang halus terhadap jangkauan audio.

  

Diafragma

Isolator Kontak (Ujung Keluaran)

Gambar 2.1 Susunan mikropon kondensor

2.2 Penguat tak membalik

  Penguat tak membalik digunakan untuk mengubah besarnya tegangan yang diterima oleh sensor suara. Penguat tak membalik digunakan karena memiliki impedansi masukan yang tinggi sehingga dapat dipergunakan untuk menghubungkan sebuah sumber dengan impedansi tinggi ke beban keluaran berimpedansi rendah. Selain itu, tegangan keluaran dari penguat tak membalik memiliki polaritas tegangan yang sama dengan masukannya. Konfigurasi dasar penguat tak membalik diperlihatkan pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Penguat tak membalik.

  Dari Gambar 2.2 terlihat bahwa tegangan Vo mempunyai polaritas yang sama dengan tegangan masukannya (Vi), yaitu sama-sama mempunyai polaritas tegangan positif. Besarnya hambatan masukan dari terminal tak membalik (+) penguat operasioanal adalah besar sekali. Karena beda tegangan dari masukan membalik (+) dan masukan tak membalik (-) adalah nol, sehingga besarnya tegangan antara terminal (+) dan terminal (-) terhadap bumi (ground) mengikuti melewati hambatan Rf dan Vi adalah tegangan masukan ke op-amp, sehingga arus yang mengalir pada R1 adalah :

  Vi I = ……………………….………………………….……(2.1) R ₁ Arah arus (I) tergantung pada polaritas V i . Arus masukan ke terminal (-)

op-amp tersebut dapat diabaikan. I mengalir melalui R f dan penurunan tegangan

  yang melintasi R dinyatakan oleh V dengan persamaan :

  f Rf R _f V = I ( R ) = x V ………………….……………….…..(2.2)

  Rf f i R ₁ Dengan adalah tegangan pada hambatan Rf

  V _Rf

  Tegangan keluaran

  V o didapat dengan menambahkan penurunan tegangan

  yang melintasi R f , yaitu V i , ke tegangan yang melintasi R f , yaitu V Rf , dan memberikan persamaan :

  R _f

• Vo = V V .............………………………………….(2.3)

  i i R ₁ Dari persamaan 2.4, gain tegangan dihitung dengan :

  R _f Vo

  A = = 1 + ………….………………………….…(2.5) CL

  V R _{i 1} Dengan A adalah gain (penguatan tegangan) _CL

2.3 Penapis

  Penapis adalah sebuah alat atau rangkaian yang meneruskan atau meloloskan arus listrik pada frekuensi-frekuensi atau jangkauan frekuensi tertentu serta menahan (menghalangi) arus listrik dengan frekuensi-frekuensi lainnya.

  Secara khusus, sebuah penapis aktif adalah suatu rangkaian penapis yang tersusun atas resistor-resistor dan kapasitor-kapasitor yang disertai suatu rangkaian penguat yang biasanya menggunakan penguat operasional (op-amp). Sedangkan penapis pasif hanya terdiri rangkaian inti penapis yang terdiri dari resistor, induktor, dan kapasitor.

2.3.1 Tapis pelewat rendah (Low Pass Filter : LPF)

  Tapis pelewat rendah atau low pass filter (LPF) adalah suatu rangkaian yang berfungsi meloloskan frekuensi rendah dan menahan frekuensi diatas frekuensi cut-off. Rangkaian LPF secara sederhana terdiri rangkaian RC seperti

  R

Vin Vout

  C Gambar 2.3 Rangkaian tapis pelewat rendah (LPF) pasif.

  Frekuensi cut-off (fc) dapat dicari dengan persamaan :

  1 = f c (Hz)………...………….………………..……..(2.6)

  2 π RC

  Dengan f adalah frekuensi cut-off _c Tegangan keluaran (Vout) sebagai fungsi frekuensi masukan dinyatakan dengan :

  1 Vout = xVin …………….……………..………….…(2.7)

  f

• 1

  f

  Jika nilai C semakin kecil, maka frekuensi cut-off semakin tinggi (hanya tegangan frekuensi tinggi yang diratakan, maksudnya tegangan frekuensi tinggi pada LPF = 0) dan sebaliknya jika nilai C diperbesar, maka frekuensi cut-off akan semakin rendah.

  Agar tapis lolos rendah pasif dapat menjadi tapis lolos rendah aktif, rangkaian RC dikombinasi dengan op-amp. Tapis lolos rendah aktif orde dua ragam umpan balik ditunjukkan pada Gambar 2.4.

  R4 C2 R1 R2 ^-

  2 Vi

  6 Vo ⁺

  3 LM741 C1

Gambar 2.4 Tapis lolos rendah (LPF) aktif orde dua ragam umpan balik

  Dari gambar 2.4 tersebut diatas frekuensi cut- off dinyatakan dengan :

  1

  ω _C =

₁

₂

( )

  R R C C _{2 4 3 5}

1 Hz ……………………….(2.8)

  f = _{C 1 2} 2 π ( R R C C ) _{2 4 3}

₅

Penguatan pada LPF dinyatakan dengan :

  R ₄ Av = ...................................................................................(2.9) R ₁

2.3.2 Tapis pelewat tinggi (High Pass Filter : HPF)

  Rangkaian tapis pelewat tinggi hampir sama dengan rangkaian tapis pelewat rendah, yaitu rangkaian yang sama-sama menggunakan komponen RC Yang membedakan adalah tempat komponen R dan C saling bertukar tempat. Gambar sederhana rangkaian tapis pelewat tinggi pasif adalah seperti Gambar 2.5.

  C R

Vin Vout

Gambar 2.5 Rangkaian tapis pelewat tinggi (HPF) pasif.

  Frekuensi cut-off (fc) dapat dicari dengan pesamaan :

  1 f = (Hz) ………………………………….…...(2.10) _c

  2 π RC

  Tegangan keluaran (Vout) sebagai fungsi frekuensi masukan dinyatakan dengan :

  1 Vout = xVin ………………………….…………….(2.11)

  f

• 1

  f

  Tapis lolos tinggi pasif agar dapat menjadi tapis lolos tinggi aktif perlu dikombinasi dengan op-amp seperti ditunjukkan pada Gambar 2.6.

  C5 R5 _-

C3 C4

  2

  6 Vi Vo ⁺

  3 C LM741 R4 Dari gambar 2.6 tersebut diatas frekuensi cut-off dinyatakan dengan :

  1 ω = …..…………………………………………….(2.12) _{c 1 2}

  ( R R C C ) _{4 5 4 5}

  1

  f = ……………………………………………...(2.13) _{c 1 2}

  2 ( R R C C ) π _{4 5 4 5} Penguatan pada HPF dinyatakan dengan :

  C ₅ Av = ..............................................................................................(2.14) C ₃

2.4 Pembanding (Comparator) Pembanding (comparator) merupakan aplikasi op-amp yang tidak linear.

  Artinya Vout maksimum sebesar +Vsat atau –Vsat. Dalam rangkaian pembanding, kedua tegangan masukan pada op-amp dapat mempunyai nilai yang berbeda, sedangkan keluaran yang dihasilkan adalah pada salah satu daerah saturasi.

  Pembanding banyak macamnya, salah satunya adalah pembanding non

  

inverting dengan tegangan referensi. Sebuah rangkaian dengan tegangan referensi

  dipasangkan pada terminal masukan inverting dan sinyal masukan Vin pada

  Vref

  terminal non inverting seperti ditunjukkan pada Gambar 2.7. Bila sinyal masukan lebih rendah dari tegangan referensi Vref, maka keluaran Vout akan sebesar keluaran Vout akan sebesar tegangan saturasi positif (+Vsat), sehingga diperoleh kurva karakteristik input-output seperti Gambar 2.8

  Vi ₊

  3

  1 R1 Vo _-

  2 TL072 Vref

R2

Gambar 2.7 Rangkaian pembanding non inverting dengan tegangan referensi

  Vout

• Vsat Vref Vin - Vsat

Gambar 2.8 Kurva karakteristik input-output

  Secara matematis operasi dari pembanding non inverting dapat dinyatakan sebagai berikut : Jika Vin > Vref, maka Vout = + Vsat

  Jika Vin < Vref, maka Vout = - Vsat Dari Gambar 2.7 tegangan Vref dapat dicari dengan persamaan :

  R

  2

  ………………………………………...(2.15)

  V = xVin ^ref + R

  1 R

  2 Dengan Vin adalah tegangan yang masuk ke tegangan Vref (terminal inverting)

2.5 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 2.9.

  NC

  5 COM

3 NO

  4

  1

  2 Gambar 2.9 Relay Relay akan bekerja apabila dikendalikan atau diberi tegangan dari luar.

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

2.6 Rangkaian penggerak beban (driver)

  Penggerak beban digunakan untuk menyalakan beban yang membutuhkan arus besar seperti relay. Fungsi dari penggerak beban adalah untuk penguat arus yaitu untuk memperkuat arus masukan agar dapat menggerakkan beban keluaran. Penggerak sederhana biasanya berupa rangkaian transistor common emitter yang terlihat seperti Gambar 2.10. _{RL VCC Rb} Ic Vin _hfe

_{Ib Ie}

  V _BE

  Gambar

  2.10 Transistor sebagai penguat arus

  L

  Dari gambar 2.10 beban yang akan dikontrol (R ) ditempatkan pada kaki ,

  7 kolektor. Dengan Ib adalah arus pada basis, Rb hambatan pada basis,

  V = _BE

  untuk transistor silicon, maka arus masukan (Ib) dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

  Vin −

  V _BE

  Ib = ………………………………………………(2.16)

  Rb

  Dengan Ic adalah arus pada kaki kolektor, hfe adalah konstanta penguatan arus transistor ON, maka arus penggerak beban harus lebih kecil dari Ic (max) dan dinyatakan dengan : Ic = Ib x hfe ………………………………………………...(2.17)

2.7 Rangkaian keluaran

  Rangkaian keluaran dari sistem ini adalah lampu pengatur lalu lintas

  

(traffic light) . Lampu lalu lintas keluaran berdasar 4 posisi yaitu utara, timur,

  selatan, dan barat. Maka lampu keluaran disini dibutuhkan 12 lampu (4 merah, 4 kuning, 4 hijau). Secara umum lampu lalu lintas telah diatur penyalaannya sehingga tiap lampu menyala secara berturutan

BAB III PERANCANGAN PERANGKAT KERAS Pada perancangan, sistem yang akan dibuat terlihat seperti dalam diagram

  blok Gambar 3.1 :

  M

  I K R O

  Tapis

  K O

  Rendah Pembanding

  N Sensor 1 Penguat

  Out

  dan (comparator)

  T

  Tapis R

  O

  Tinggi

  L E R

Gambar 3.1 Diagram blok sistem

  Dari diagram blok Gambar 3.1, penulis hanya merancang dan menganalisa perangkat keras selain mikrokontroler. Perangkat keras dan lunak mikrokontroler tidak dibahas pada penelitian ini.

3.1 Perancangan Penguat Tak Membalik

  Pada perancangan digunakan penguatan sebesar 250 kali, karena keluaran sebesar ± 15 volt (datasheet). Untuk keluaran tegangan dari penguat yang diinginkan adalah ± 3 volt (untuk tegangan masukan mikrokontroler logika 1).

  Keluaran tegangan dari sensor (mic) yaitu untuk Vcc +12 volt frekuensi 1000 Hz, amplitudo tegangan keluaran sensor adalah 0,026 Vpp (terukur) dan untuk frekuensi 3000 Hz, amplitudo tegangan keluaran sensor adalah 0,16 Vpp (terukur). Maka untuk mendapatkan tegangan keluaran dari penguat sebesar ± 3 volt diperlukan penguatan ± 250 kali. Sehingga tegangan yang dihasilkan oleh penguat tak membalik adalah 250 kali tegangan sensor. Dengan 250 A = dan dipilih R1 = 1 K _{CL Ω, maka dari persamaan 2.5 dapat dicari} nilai Rf sebagai berikut :

  R _f A = 1 + CL R ₁ R ^f

  1

• 250 =

  1 R = 249 K

_{f Ω}

Karena resistor dengan hambatan 249 K

  Ω dipasaran tidak tersedia maka dipilih resistor dengan hambatan yang mendekati, yaitu 240 K Ω.

  Perancangan ini menggunakan hambatan R1 1 K Ω dan Rf 270 KΩ seperti pada

Gambar 3.2 :Gambar 3.2 Rangkaian penguat tak membalik

3.2 Rangkaian tapis

3.2.1 Rangkaian tapis pelewat rendah (Low Pass Filter : LPF)

  Rancangan tapis pelewat rendah aktif menggunakan IC LM741 yang tidak melakukan penguatan tegangan (penguatan Av = 1). LPF aktif ini menggunakan komponen R dan C serta digabungkan dengan sebuah op-amp jenis IC LM741.

  Komponen LPF ditentukan dengan menggunakan perhitungan seperti persamaan 2.8. frekuensi cut-off yang diinginkan adalah pada 1000 Hz,

  R = R =

  2 ,

  6 K Ω dan C 22 nF maka C yang dibutuhkan : _{2 4 5} = = ₃

  1 f = Hz _{C 1 2}

  π

  2 ( R R C C ) _{2 4 3}

₅

  1 1000 = _{2 9 1}

  

−

₂

  2 ( 2600 x 22 x 10 xC ) π ₃

  1 6280 = _{1 2} ( . 14872 xC ) ₃

  1 2421,833778 = Karena kapasitor dengan kapasitansi 17 µF tidak tersedia di pasaran maka dipakai

  

C = 18 µF. perancangan penguatan pada penapis yang diinginkan adalah 1, dari

₁

  persamaan 2.9 didapatkan :

  R ₄ Av = = 1, maka R = R = 2,6 K _{4 1 Ω} R ₁ Dari perhitungan diatas dapat disusun rangkaian tapis pelewat rendah aktif seperti Gambar 3.3.

  R4 2,6K C2 22nF

  R1 R2 _{- 2} Vi ₆ ⁺ ₃ Vo 2,6K 2,6K _LM741 C1 18uF Gambar 3.3 Rangkaian tapis pelewat rendah aktif.

3.2.2 Rangkaian tapis pelewat tinggi (High Pass Filter : HPF)

  Tapis pelewat tinggi hampir sama dengan tapis pelewat rendah yaitu menggunakan komponen R, C dan op-amp tapi letaknya berbeda. HPF ini juga menggunakan op-amp jenis IC LM741. Komponen HPF ditentukan dengan menggunakan perhitungan seperti persamaan 2.13. Frekuensi cut-off yang

  1

  f

  = Hz

  c

  1

  2 R R C C

  2 π ( )

  4

  5

  

4

  5

  1 3000 = _{9 9 1}

  − − ₂

  2 π ( 33 x 10 x 33 x 10 x 10000 xR ) ₄

  1 18840 = _{11 1}

  −

₂

  ( 1 , 089 x 10 xR ) ₄

  1 , 062172 = _{1 2} R _{4 1 2}

  16 , 08441 R = ₄ R = 258 , 708 Ω ₄ Karena resistor 1% dengan hambatan 258,708

  Ω tidak tersedia dipasaran, maka dipakai resistor dengan hambatan terdekat yaitu 261 Ω.

  Penguatan (gain) yang diinginkan pada perancangan adalah 1, maka dari persamaan 2.14 didapat perhitungan untuk .

  C ₃ C ₅ Av = =

  1 , maka C = ₃ 33 nF

  C ₃ Dari perhitungan diatas maka dapat digambarkan suatu rangkaian HPF aktif

  seperti Gambar 3.4

  C5 33nF

  R5

  10K _-

C3 C4

  2 Vi

  6 33nF 33nF Vo

  3 ⁺ LM741 R4 258

Gambar 3.4 Tapis pelewat tinggi aktif

3.3 Perancangan pembanding (Comparator)

  Rangkaian pembanding dalam perancangan menggunakan rangkaian pembanding non inverting dengan tegangan referensi yang mengaplikasikan IC

  

op-amp TL072. Tegangan referensi yang diinginkan adalah 3 volt. R yang

₁

  digunakan adalah 2,2 K

  R

  Ω dan Vcc = +5 V, maka dengan persamaan 2.15 nilai ² dapat dicari sebagai berikut :

  R ₂ V = xVin ^ref + R R _{1 2}

  ⎛ R ⎞ ₂ 3 = x

  5 ⎜⎜ ⎟⎟

• 2200 R
₂₆₆₀₀

  3 R = ₂

  5 R ₂ R = 3300

• 5V Vi

  Dari Gambar 3.5 terlihat bahwa untuk masukan ke Vref dipakai pembagi tegangan untuk menurunkan tegangan. Karena Vref yang diinginkan +3 volt dan Vcc yang dipakai adalah +5 volt, maka untuk mendapatkan tegangan referensi +3 volt menggunakan pembagi tegangan.

  Vo

R2

  

3K3

^{+ -} TL072

  

3

  

2

  1 R1

  2K2

  VCC dari filter

Gambar 3.5 Rangkaian pembanding dengan tegangan referensi

3.4 Rangkaian penggerak relay

  Untuk penggerak relay digunakan rangkaian transistor penguat arus yang terintegrasi dalam IC ULN2803. Sebuah IC memiliki 8 pasang transistor Darlington. Rangkaian penggerak relay diperlihatkan pada Gambar 3.6.

  IN8

  3

  4

  5

  6

  7 OUT3

  IN4

  12 IN3 OUT5

  1

  2 IN6 OUT8

  9

  18

  13 OUT6

  3

  6 OUT2 Ke Relay

  5 OUT4 GND

  2

  IN1 OUT

  IN

  8

  1

  2

  3

  4

  5

  6 OUT1

  1

  10 IN5

  4

  16 IN7

  14 Dari uC OUT7

  IN2

  11

  17

  15 COM

• +12V

  

Relay yang dipakai dalam perancangan ini adalah relay 12 V SPDT (Single Pole

Double Throw ). Tegangan keluaran dari mikrokontroler untuk logika 1 adalah +5

  volt. Tegangan masukan yang dibutuhkan rangkaian penggerak relay minimum agar dapat mencatu relay adalah 3,5 volt. Tegangan keluaran mikrokontroler (+5 volt) sudah dapat mencatu rangkaian penggerak relay (IC ULN2803).