BAB III PEMBAHASAN - repository.bsi.ac.id · Gambar III.2. Skema Rangkaian Penjelasan Skema...
Transcript of BAB III PEMBAHASAN - repository.bsi.ac.id · Gambar III.2. Skema Rangkaian Penjelasan Skema...
39
BAB III
PEMBAHASAN
3.1 Tinjauan Umum Alat
Perancangan alat pengaman peringatan perlintasan kereta api berbasis arduino
adalah suatu alat yang di gunakan untuk memberi peringatan pada perlintasan
kereta api ketika kereta api akan datang melintas. Tujuan nya adalah memberi
peringatan kepada pengguna jalan dengan alarm berupa lampu dan buzzer untuk
mengetahui bahwa akan ada kereta api yang akan melintas.
Arduino Uno adalah papan mikrokontroler berdasarkan ATmega328P .
Arduino Uno memiliki 14 pin input / output digital (yang 6 dapat digunakan
sebagai output PWM), 6 input analog, kristal kuarsa 16 MHz, koneksi USB,
colokan listrik, header ICSP dan tombol reset. Ini berisi semua yang dibutuhkan
untuk mendukung mikrokontroler; cukup hubungkan ke komputer dengan kabel
USB atau menyalakan dengan adaptor AC-ke-DC atau baterai untuk memulai.
Arduino Uno dapat di utak-atik tanpa terlalu banyak mengkhawatirkan melakukan
kesalahan, skenario terburuk nya adalah dengan mengganti chip ATmega328P
dan mulai dari awal lagi.
40
"Uno" berarti satu di Italia dan dipilih untuk menandai rilis Arduino Software
(IDE) 1.0. Papan Uno dan versi 1.0 dari Arduino Software (IDE) adalah versi
referensi Arduino, sekarang berevolusi menjadi rilis yang lebih baru. Papan Uno
adalah yang pertama dalam rangkaian papan USB Arduino, dan model referensi
untuk platform Arduino.
3.2 Blok Rangkaian Alat
Sumber : Hasil Penelitian
Gambar III.1. Blok Rangkaian
41
Penjelasan :
1. Input
Komponen input yang terdapat pada rangkaian ini adalah sebagai berikut :
a. Catu Daya merupakan tegangan masukan 9 Volt DC kedalam
rangkaian. Pada alat ini penulis menggunakan adaptor 9 Volt DC
dengan arus sebesar 1 Ampere.
b. Sensor Ultrasonic HC-SR04 berfungsi untuk mendeteksi ada atau
tidak nya kereta api yang melintas.
c. Wireless NRF24l01 (RX) berfungsi untuk menerima data yang di
kirim dari wireless NRF24l01 pada rangkaian TX.
2. Proses
Proses merupakan langkah utama yang berfungsi sebagai pengelola
data yang diterima dan kemudian akan menjadi output. Dalam proses ini
penulis menggunakan Arduino dengan mikrokontroler ATMega 328p.
3. Output
Output merupakan keluaran dari proses. Output pada rangkaian ini adalah
sebagai berikut :
a. LED berfungsi sebagai hasil keluaran yang berupa cahaya.
b. Buzzer Berfungsi sebagai hasil keluaran yang berupa suara.
c. Wieless NRF24l01 berfungsi untuk mengirim data dari rangkaian TX
ke rangkaian RX.
42
3.3. Skema Rangakaian
Sumber : Hasil Penelitian
Gambar III.2. Skema Rangkaian
Penjelasan Skema rangkaian sebagai berikut:
Rancangan ini adalah sistem keamanan yang menggunakan
mikrokontroler Arduino uno 328p sebagai pusat pemeroses data, Ultrasonic
SR – SR04 sebagai sensor jarak, dan rangkaian elektronika lain sebagai
pendukung sistem.
Untuk mengaktifkan sistem, hubungkan sistem dengan catu daya +9
Volt DC, jika LED pada sistem minimum hidup maka alat tersebut siap
43
bekerja, namun jika LED pada sistem minimum mati maka periksa tegangan
pada catu daya.
Untuk mensimulasikan alat pada perlintasan kereta api, aktifkan rangkaian
dengan cara membeerikan tegangan 9 volt pada arduino dari adaptor.
Kemudian saat kereta api melintas melalui sensor ultrasonic pada rangkaian
TX maka buzzer berbunyi dan LED indikator akan menyala. Kemudian kereta
api melintas pada sensor kedua yang terpasang pada rangkaian RX maka
buzzer dan lampu LED masih menyala dan akan menunda selama 5 detik
sebelum buzzer dan LED dalam kondisi mati.
3.4. Cara Kerja Alat
1. Catu Daya
Sumber : http://gambarelektro.blogspot.com/2016/08/skema-rangkaian-
switching-power-supply.html
Gambar III.3. Catu Daya
44
Pada rangkaian diatas, tegangan 220 volt masuk melalui empat buah dioda
penyearah. Empat buah diode ini berfungsi untuk merubah tegangan AC
menjadi tegangan DC. Kemudian tegangan yang sudah menjadi arus DC
tersebut melewati kapasitor untuk ditampung sementara lalu diteruskan pada
rangkaian tapis perata. Rangkaian ini berfungsi untuk meratakan tegangan
hasil penyearahan. Kemudian tegangan melewati Switch electronic yang
berfungsi untuk memutus-mutus tegangan DC yang belum teregulasi dengan
frekwensi yang sangat tinggi. Tujuan dipakainya frekwensi yang tinggi ini
untuk memperoleh tingkat efesiensi yang tinggi. Komponen yang dapat
digunakan untuk rangkaian switching antara lain: Transistor, FET, SCR.
Tegangan yang dihasilkan dari rangkaian switching berupa tegangan DC
yang berdenyut dengan frekwensi berkisar pada 20 Khz. Kemudian
tegangan DC tersebut diteruskan melewati empat buah diode penyearah
dan kapasitor untuk disearahkan kembali menjadi keluaran 9 volt DC.
2. Sensor Ultrasonic HC - SR04
Dari rangkaian yang di buat, cara kerja sensor ultrasonic terbagi menjadi
dua bagian yaitu pada rangkaian TX dan pada rangkaian RX. Pada
rangkaian TX sensor ultrasonic berfungsi untuk mendeteksi kereta api yang
melintas pada jarak yang di tentukan sensor yaitu lebih dari sam dengan
5 cm dan kurang dari 20 cm, kemudian data yang dihasilkan dikirimkan
ke rangkaian RX untuk diolah menjadi sebuah output. Sensor ini sama
seperti saklar ON untuk menghidupkan lampu LED dan buzzer sebagai
output rangkaian. Selanjutnya pada bagian kedua, sensor ultrasonic
45
dirangkaian RX berfungi sebagai saklar OFF atau untuk mematikan LED
dan buzzer dengan cara mendeteksi kereta api yang melintas pada jarak
yang ditentukan sensor yaitu lebih dari samadengan 5 cm dan kurang dari
sama dengan 20 cm setelah kereta api melintas melewati sensor pada
rangkaian TX
3. Wireless NRF24l01
NRF24L01 merupakan modul komunikasi jarak jauh yang menggunakan
frekuensi pita gelombang radio 2.4-2.5 GHz ISM (Industrial Scientific and
Medical). NRF24L01 memiliki kecepatan sampai 2Mbps dengan pilihan
opsi date rate 250 Kbps, 1 Mbps, dan 2 Mbps. Modul wireless berfungsi
sebagai output pada rangkaian TX dan sebagai input. Pada rangkaian TX
data yang diperoleh dari modul Arduino dikirimkan kepada rangkaian RX
melalui modul wireless yang berada pada rangkaian RX. Data yang
diperoleh berasal dari sensor ultrasonic yang mendeteksi adanya kereta api
yang melintas, kemudian data tersebut di proses oleh modul Arduino
sebelum dikirimkan oleh modul wireless.
4. Arduino Uno R3
Dalam pembuatan rangkaian alat keamanan pada perlintasan kereta api ini,
penulis menggunakan dua buah modul Arduino Uno R3. Modul Arduino
yang pertama digunakan pada rangkaian TX sebagai pemroses data dari
sensor ultrasonic saat kereta api melintas pertama kali. Setelah itu, Modul
Arduino menghasilkan output dan dikirim kapada rangkaian RX melalui
46
modul wireless. Data tersebut kemudian diterima oleh modul wireless untuk
diproses modul Arduino pada rangkaian RX untuk menjadi sebuah output.
Modul Arduino yang kedua berfungsi untuk mengolah data yang dikirimkan
melalui modul wireless dari rangkaian TX dan data yang berasal dari
sensor ultrasonic pada rangkaian RX. Modul Arduino pada modul RX juga
berfungsi sebagai sakelar OFF untuk mematikan LED dan buzzer ketika
kereta api melintas pada sensor ultrasonic yang sebelumnya kereta api
melintas pada sensor ultrasonic pada rangkaian TX. Modul Arduino ini
adalah jantung dari keseluruhan rangkaian karena main program pokok
terdapat pada modul ini.
47
3.5. Flowchart Program
Sumber: Hasil Penelitian
Gambar III.4. Flowchart Program
48
3.6. Konstruksi Sistem ( Coding )
Untuk dapat digunakan sesuai fungsinya, alat ini membutuhkan suatu
program. Program yang dimaksud adalah perangkat lunak dimana sintaks dan
perintah-perintah di compile lalu di tulis ke mikrokontroler. Arduino IDE
versi 1.8.3 adalah sebuah program berbasis Bahasa C yang dapat menangani
hal tersebut, versi ini merupakan versi terbaru dengan fitur yang lengkap .
Pada Arduino suatu listing coding disebut dengan sketch.
3.6.1. Inisialisasi
#include <SPI.h>
#include <nRF24L01.h>
#include <RF24.h>
#define ECHOPIN 5
#define TRIGPIN 6
RF24 radio(9,10);
const uint64_t pipe = 0xE8E8F0F0E2LL;
int led ;
int msg[1];
int SensorTX;
int SensorRX;
pinMode(ECHOPIN, INPUT);
pinMode(TRIGPIN, OUTPUT);
49
Penjelasan :
Sintaks yang diawali dengan #include <SPI.h> merupakan inisialisasi
pada Arduino untuk penyertaan library header dalam penggunakan interface
Serial Peripheral Interface ( SPI ) merupakan salah satu mode komunikasi
serial synchrounous kecepatan tinggi yang dimiliki oleh ATmega 328.
Komunikasi SPI membutuhkan 3 jalur yaitu MOSI, MISO, dan SCK. Melalui
komunikasi ini data dapat saling dikirimkan baik antara mikrokontroller
maupun antara mikrokontroller dengan peripheral lain di luar mikrokontroller.
#include <nRF24L01.h> merupakan inisialisasi pada Arduino untuk
penyertaan library header dalam penggunakan wireless nRF24L01. #include
<RF24.h> penyertaan library header RF24 yang berfungsi untuk menyertakan
sintak-sintak yang dipakai dalam penggunaan modul wireless nRF24L01. Int
msg[1]; adalah pendeklarasian array dengan tipe data integer. RF24
radio(9,10); penggunaan radio frequensi untuk mengirim dan menerima data
melalui pin 9 dan pin 10. const uint64_t pipe = 0xE8E8F0F0E2LL; adalah
alamat yang di gunakan untuk mengirim dan menerima data pada modul
wireless nRF24L01. Dalam penggunaan alamat ini harus sama antara modul
pengirim dan penerima agar dapat saling mengirim dan menerima data.
Selanjutnya sintak yang di awali dengan #define ECHOPIN 5 berfungsi
untuk inisialisasi pin ECHO sensor ultrasonic ke pin 5 Arduino. #define
TRIGPIN 6 berfungsi untuk inisialisasi pin TRIGGER sensor ultrasonic ke
pin 6 Arduino. void setup(void) digunakan untuk menginisialisasi variabel-
50
variabel yang akan digunakan, dan hanya dijalankan satu kali saat Arduino
mulai menyala. Serial.begin(9600); perintah yang di berikan kepada Arduino
untuk memulai komunikasi serial pada baut rate 9600.
Inisialisasi selanjutnya dilakukan untuk penggunaan sensor ultrasonic,
pinMode(ECHOPIN, INPUT); set pin echo pada sensor ultrasonic sebagai
input untuk menerima berupa pulsa berupa gelombang ultrasonic yang di
pancarkan melalui pin trigger. pinMode(TRIGPIN, OUTPUT); set pin triger
pada sensor ultrasonic sebagai output yang berfungsi untuk memancarkan
gelombang ultrasonic kepada pin echo.
3.6.2. Input
if (distance >= 5 && distance <= 20)
Penjelasan :
Pada bagian input dijelaskan tentang proses dimana ketika sensor
Ultrasonic mendeteksi adanya sebuah objek atau kereta api yang melintas. if
(distance >= 5 && distance <= 20) artinya jika kereta api melintas dengan
jarak dari sensor lebih dari sama dengan 5 cm dan kurang dari sama dengan
20 cm maka sensor ultrasonic akan memberikan data kemudian akan di proses
Arduino. Proses tersebut pada nantinya akan menjadi sebuah output.
3.6.3. Main Program
if (distance >= 5 && distance <= 20
SensorRX = 1;
if (msg[0] == 11)
51
SensorTX = 1;
Penjelasan :
Pada bagian proses akan menentukan kondisi jika ada kereta yang
melintas pada jarak lebih dari sama dengan 5 cm dan kurang dari sama
dengan 20 cm maka Sensor pada rangkaian RX akan memberikan nilai 1
atau hidup. Berikutnya proses untuk mengolah kondisi dari rangkain TX yang
dikirim melalui modul wireless nRF24l01 yaitu jika msg[0] memberikan pesan
11 maka sensor rangkaian TX akan memberikan nilai 1 atau hidup.
3.6.4. Output
msg[0] = 11;
msg[0] = 22;
Penjelasan :
Output pada rangkaian TX akan menjelaskan pesan yang akan dikirim
ke rangkaianRX yaitu msg[0] = 11 artinya pesan nilainya 11 melaui modul
wireless dengan sintak radio.write(msg, 1) artinya radio menulis pesan dalam
kondisi 1 atau hidup untuk dikirimkan pada rangkaian RX. Selain itu radio
juga mengirimkan pesan berupa msg[0] = 22 . Pesan ini kemudian akan di
olah oleh rangkain RX untuk memberikan output pada LED dan Buzzer.
if (SensorTX == 1 && SensorRX ==0)
digitalWrite(led, HIGH);
Serial.println("Alarm Menyala");
52
else if (SensorTX == 1 && SensorRX == 1)
delay(5000);
digitalWrite(led, LOW);
SensorTX = 0;
SensorRX = 0;
Penjelasan :
Output pada rangkaian RX akan memberikan kondisi pada LED dan Buzzer
yaitu jika SensorTX bernilai 1 dan SensorRX bernilai 0 maka LED dan
Buzzer akan menyala. Selain itu jika SensorTX bernilai 1 dan SensorRX
bernilai 1 maka delay(5000); artinya menunda kodisi sebelumnya yaitu LED
dan Buzzer akan menyala dalam waktu 5000 ms atau 5 detik. Kemudian
kondisi selanjutnya LED dan Buzzer akan mati. Setelah itu SensorTX = 0
dan SensorRX = 0 adalah untuk mengembalikan kondisi sensor pada rangkaian
TX dan sensor pada rangkaian RX pada kondisi semula yaitu kondisi dimana
sensor tersebut tidak ada masukan atau tidak ada kereta api yang melintas.
Karna kondisi ini berada pada void loop atau kondisi yang akan diulang
berulang kali maka kondisi ini harus diberikan agar program tidak eror atau
kondisi ini sama dengan kondisi untuk mereset kembali ke kondisi awal.
3.7 Hasil Percobaan
Dalam percobaan yang penulis lakukan pada alat didapat sesui hasil
yang diharapkan berupa nilai hasil percobaan sensor dan proses kerja alat
sesuai dengan fungsinya. Hasil percobaan terbagi menjadi 3 yaitu :
53
3.7. 1 Hasil Percobaan Input
Untuk memahami hasil percobaan input penulis membuat sebuah tabel.
Dimana hasil percobaan berupa hasil pengukuran tegangan kerja pada alat
dan hasil dari pengukuran jarak pada sensor Ultrasonic.
Tabel III.1.
Hasil Percobaan Tegangan Kerja
Pada pengukuran tegangan kerja yang dilakukan pada alat, penulis
memberi tegangan input dari sebuah catu daya sebesar 9 volt dengan arus 1
ampere. Tegangan input pada rangkaian diberi input tegangan diatas tegangan
kerja alat dengan tujuan agar alat dapat bekerja dengan stabil dan tidak
kurang dari tegangan kerja. Dari tabel tersebut dapat di ketahui bahwa
Arduino, wireless NRF24l01 dan sensor Ultrasonic HC – SR04 mendapatkan
tegangan kerja yang sesuai. Pengukuran tegangan kerja adalah langkah yang
penting agar alat dapat bekerja dengan optimal.
Tabel III.2.
Hasil Percobaan Input
54
Dalam pengujian input sensor ultrasonic, Penulis melakukan uji coba
dengan menggunakan kereta api mainan sebagai media untuk mengetahui
jarak yang terdeteksi oleh sensor. Untuk mengetahui hasil jarak yang
terdeteksi,penulisa menggunakan serial monitor yang terdapat pada software
Arduino IDE 1.8.5.
Percobaan dilakukan dengan cara melakukan simulasi menggunakan
kereta api mainan kemudian rel kereta api diletakan pada jarak dari sensor
yaitu antara 0 sampai 1 meter, 1 meter sampai 2 meter, 2 meter sampai 3
meter, 3 meter sampai 4 meter, kemudian 4 meter lebih. Percobaan dilakukan
sesuai dengan jarak maksimal keakurasian sensor ultrasonik HC - SR04 yaitu
antara 0 sampai 4 meter. Lebih dari jarak tersebut sensor ultrasonik HC -
SR04 tidak dapat membaca jarak dengan akurat.
Dari hasil yang terlihat pada tabel diatas dapat diketahuhui bahwa
sensor Ultrasonic dapat bekerja sesuai perintah program pada Arduino yaitu
mendeteksi adanya kereta api yang melintas pada jarak lebih dari sama dengan
5 cm dan kurang dari sama dengan 20 cm.
55
Tabel III.3.
Hasil Percobaan Input
3.7. 2 Hasil Percobaan Output
Untuk melihat hasil dari output rangkaian, percobaan output dilakukan
dengan menggunakan LED dan buzzer. Percobaan dilakukan dengan cara
memberikan sebuah objek pada sensor ultrasonic.
Tabel III.4.
Hasil Percobaan Output
56
Dari hasil percobaan pada tabel diatas dapat kita simpulkan bahwa
penggunaan sensor ultrasonic sebagai pendeteksi kereta api yang melintas
dapat bekerja dengan baik. Sensor ultrasonic tidak dapat mendeteksi objek
yang kecil dan tipis seperti sendok makan dan pencil dikarenakan volume
dari objek tersebut berpengaruh sebagai titik pantul gelombang ultrasonic yang
dikirimkan dari pin trigger ke pin echo.
3.7. 3 Hasil Percobaan Keseluruhan
Dari hasil percobaan alat ini dapat disimpulkan bahwa pada keseluruhan alat
maupun program yang dibuat bekerja dengan baik. Ketika kereta api melintas
pada sensor Ultrasonic pada rangkaian TX, sensor bekerja dengan baik dengan
mengirimkan data kepada modul Arduino, kemudian mengirimkan pesan
melalui wireless NRFL24l01 kepada modul Arduio pada rangkaian RX dan
lampu LED beserta buzzer berbunyi. Dari hasil tersebut terlihat bahwa
rangkaian TX bekerja dengan baik, kemudian kereta api melintasi sensor
Ultrasonic pada rangkaian RX. Sensor ultrasonic mengirimkan data untuk
diproses modul Arduino menjadi sebuah output, kemudian dalam jeda waktu
5 detik lampu LED dan buzzer mati. Dari hasil tersebut dapat dilihat bahwa
seluruh kerja rangkain dapat bekerja dengan baik.
57
Tabel III.5.
Hasil Percobaan Saat Kereta Melintas
Tabel III.6.
Hasil Percobaan Setelah Kereta Melintas