8 BAB II PENDEKATAN PEMECAHAN MASALAH A. Perlintasan

BAB II
PENDEKATAN PEMECAHAN MASALAH
A. Perlintasan kereta api
Perlintasan kereta api adalah persilangan antara jalur kereta api dengan
jalan, baik jalan raya ataupun jalan setapak kecil lainnya. Persilangan bisa
terdapat di pedesaan ataupun perkotaan. Perlintasan terdiri dari perlintasan
sebidang dan perlintasan tak sebidang.
Perlintasan tak sebidang adalah persilangan antara jalur kereta api dengan
jalan raya yang tidak pada satu bidang, misal dengan flyover atau underpass.
Persyaratan pembuatan perlintasan tak sebidang :
1. Selang waktu antara kereta api satu dengan kereta api berikutnya yang
melintas pada lokasi tersebut rata – rata sekurang – kurangnya 6 menit
pada waktu sibuk.
2. Jarak perlintasan yang satu dengan yang lainnya pada satu jalur kereta
api tidak kurang dari 800 meter.
3. Tidak terletak pada lengkungan atau tikungan jalan kereta atau
tikungan jalan.
4. Terdapat kondisi lingkungan yang memungkinkan pandangan bagi
masinis kereta api dari perlintasan dan bagi pengemudi kendaraan
bermotor.
8
9
Perlintasan sebidang adalah persilangan antara jalur kereta dengan jalan
raya pada satu bidang, yaitu di atas tanah. Persilangan ini banyak terdapat di
pedesaan yang arus lalu lintas pada jalan tersebut masih relatif jarang.
Persyaratan pembangunan perlintasan sebidang antara lain :
1. Permukaan jalan tidak boleh lebih tinggi atau lebih rendah dengan
kepala rel, dengan toleransi 0,5 cm.
2. Terdapat permukaan dapat sepanjang 60 cm diukur dari sisi terluar
jalan rel.
3. Maksimum gradien untuk dilewati kendaraan dihitung dari titik
tertinggi di kepala rel adalah :
a. Sebesar 2% diukur dari sisi terluar permukaan datar sebagaimana
dimaksud dalam butir 2 untuk jarak 9,4 meter.
b. Sebesar 10% untuk 10 meter berikutnya dihitung dari titik terluar
sebagaimana dimaksud dalam butir 1 sebagai gradien peralihan.
4. Lebar perlintasan untuk satu jalur maksimum 7 meter.
5. Sudut perpotongan antara rel dengan jalan raya sekurang – kurangnya
90 derajat dan panjang jalan yang lurus minimal harus 150 meter dari
jalan rel.
6. Harus dilengkapi rel lawan atau konstruksi lain untuk tetap menjamin
adanya alur untuk roda kereta.
7. Ruas jalan yang dapat dibuat perlintasan sebidang antara jalan dengan
jalan kereta mempunyai persyaratan sebagai berikut :
10
a. Jalan kelas III.
b. Jalan sebanyak – banyaknya 2 lajur dan 2 arah.
c. Tidak pada tikungan jalan dan atau alinement horizontal yang
memiliki radius sekurang – kurangnya 500 meter.
d. Tingkat kelandaian kurang dari 5% dari titik terluar jalan rel.
e. Memenuhi jarak pandang bebas (ketentuan dapat dilihat pada
tabel1).
f. Sesuai dengan Rencana Umum Tata Ruang (RUTR).
Tabel 1. Hubungan Jarak Pandang dengan Kecepatan
(Dephub :2005)
11
Gambar 1. Hubungan jarak pandang dengan kecepatan pengendara kendaraan bermotor
(Sumber : PT. CITRA LARAS:2009)
Keterangan :
dH
= Jarak pandang terhadap jalan bagi kendaraan kecepatan VV untuk
berhenti dengan aman tanpa melanggar batas perlintasan
dT
= Jarak pandang terhadap jalan rel untuk melakukan manuver seperti yang
dideskripsikan untuk dH Besarnya dH dan dT seperti pada tabel 1.
L
= panjang kendaraan
D
= jarak dari garis stop atau dari bagian depan kendaraan terhadap rel
terdekat
de
= Jarak dari pengemudi terhadap bagian depan kendaraan
12
Di dalam buku : A Policy on Geometric Design of Highways and Streets 2001
(AASHTO) dibahas tentang persilangan sebidang jalan raya dengan kereta api
(Railroad – Highway Grade Crossing). Pada persilangan sebidang yang tidak
menggunakan peralatan pengaman yang diaktifkan oleh kereta (train-activated
warning devices) jarak pandangan merupakan pertimbangan utama.
Dasar perhitungan adalah seperti juga ditunjukkan pada Gambar 1, dengan
menggunakan rumus-rumus sebagai berikut:
=
=
Di mana :
+
( )
+
+
............................................................................ (1)
+
+
+
............................................... (2)
(Sumber : PT. CITRA LARAS:2009)
A
= constant = 0.278
B
= constant = 0.039
dH
= panjang jarak pandangan sepanjang jalan raya yang memungkinkan
kendaraan dengan kecepatan VV melintasi perlintasan
dT
= panjang jarak pandangan sepanjang jalan rel untuk melakukan maneuver
seperti dideskripsikan untuk dH
VV
= kecepatan kendaraan (km/jam)
VT
= kecepatan kereta (km/jam)
t
= perception/reaction time, yang diasumsikan sebesar 2.5 detik
a
= driver deceleration, yang diasumsikan sebesar 3.4 m/s2
D
= jarak dari stop line ke rel terdekat, yang diasumsikan sebesar 4.5 m.
de
= jarak dari pengemudi ke bagian terdepan kendaraan, diasumsikan
sebesar 3.0 m
13
L
= panjang kendaraan, diasumsikan sebesar 20 m
W
= jarak antara rel terluar (untuk single track, nilainya sebesar 1.5 m)
Berdasarkan rumus tersebut dapat dihitung jarak pandangan terhadap jalan rel
(dT) dan jarak pandangan terhadap jalan raya (dH), ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2. Hubungan jarak pandang terhadap jalan raya
(dephub:2005)
14
Berdasarkan SK Dirjen No. 770 Tahun 2005 dijelaskan bahwa perlintasan
sebidang antara jalan dengan jalur kereta api terdiri dari perlintasan sebidang yang
dilengkapi dengan Pintu (baik otomatis maupun tidak) serta perlintasan sebidang
yang tidak dilengkapi dengan Pintu.
Tabel 3. Kelengkapan pintu perlintasan kereta api
(dephub:2005)
KELENGKAPAN
Perlintasan
Sebidang
Dengan Pintu Otomatis
Ketentuan
1) Pintu dengan persyaratan kuat dan ringan, anti karat
serta mudah dilihat dan memenuhi kriteria failsafe;
2) pada jalan dipasang pemisah lajur;
3) pada kondisi darurat petugas yang berwenang
mengambil alih fungsi pintu.
Perlintasan
Dengan
Otomatis
Sebidang
Pintu
Tidak
1) Genta/isyarat suara dengan kekuatan 115 db pada
jarak 1 meter.
2) daftar semboyan;
3) petugas yang berwenang;
4) daftar dinasan petugas;
5) gardu penjaga dan fasilitasnya;
6) daftar perjalanan kereta api sesuai Grafik Perjalanan
Kereta Api (GAPEKA);
7) semboyan bendera berwarna merah dan hijau serta
lampu semboyan;
8) perlengkapan lainnya seperti senter, kotak P3K, jam
15
dinding;
9) Pintu dengan persyaratan kuat dan ringan, anti karat
serta mudah dilihat dan memenuhi kriteria failsafe
untuk Pintu elektrik.
Perlintasan
Sebidang Perlintasan sebidang yang tidak dilengkapi pintu wajib
Tanpa Pintu Perlintasan
dilengkapi dengan rambu, marka, isyarat suara dan
lampu lalu lintas satu warna yang berwarna merah
berkedip atau dua lampu satu warna yang berwarna
merah menyala bergantian sesuai pedoman ini.
Isyarat
lampu
lalu
lintas
satu
warna
memiliki
persyaratan sebagai berikut :
1) Terdiri dari satu lampu yang menyala berkedip atau
dua lampu yang menyala bergantian.
2) Lampu berwarna kuning dipasang pada jalur lalu
lintas, mengisyaratkan pengemudi harus berhatihati.
3) Lampu berwarna merah dipasang pada perlintasan
sebidang dengan jalan kereta api dan apabila
menyala mengisyaratkan pengemudi harus berhenti.
4) Dapat dilengkapi dengan isyarat suara atau tanda
panah pada lampu yang menunjukan arah datangnya
kereta api.
5) Berbentuk bulat dengan garis tengah antara 20
16
sentimeter sampai dengan 30 sentimeter.
6) Daya lampu antara 60 watt sampai dengan 100 watt.
Pintu otomatis terdiri dari mekanisme kendali dan lengan pintu yang dicat
berpendar strip merah putih yang dapat dikendalikan bolak balik secara otomatis
dan dilengkapi oleh lampu. Pada posisi bawah lengan pintu harus terletak
membentang menghalangi jalur lalu lintas yang bergerak mendekati. Lengan pintu
harus dicat berpendar pada kedua sisi, mempunyai strip-strip bergantian merah
putih dengan sudut 45 derajat. Jarak satu warna dengan yang lain adalah 400 mm
dihitung secara horizontal. Lengan pintu harus mempunyai minimal 3 buah
lampu. Standar desain pintu perlintasan adalah seperti ditunjukkan pada gambar
berikut ini.
Gambar 2. Desain pintu perlintasan kereta api
(sumber:dephub:2005)
17
B. Mikrokontroller ATmega16
AVR merupakan seri mikrokontroler CMOS 8-bit buatan Atmel, berbasis
arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Komputer). Hampir semua instruksi
dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32 Register generalpurpose, timer/counter fleksibel dengan Mode compare, interrupt internal
dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, dan Mode
Power saving, ADC dan PWM internal. AVR juga mempunyai In-Sistem
Programmable Flash on-chip yang mengijinkan memori program untuk
diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI.
ATmega16.
ATmega16 mempunyai Throughput mendekati 1 MIPS per MHz membuat
desainer sistem untuk mengoptimasi konsumsi daya dengan kecepatan proses.
Gambar 3. Pin-Pin ATmega16 kemasan 40-Pin
(Sumber:alldatasheet.com:2012)
18
Pin-Pin pada ATmega16 dengan kemasan 40-Pin DIP (dual inline
package) ditunjukkan oleh gambar 3. Guna memaksimalkan performa, AVR
menggunakan arsitektur Harvard (dengan memori dan bus terpisah untuk
program dan data).
1. Port sebagai input/output digital
ATmega16 mempunyai empat buah Port yang bernama PortA,
PortB, PortC, dan PortD. Keempat Port tersebut merupakan jalur
bidirectional dengan pilihan internal pull-up. Tiap Port mempunyai
tiga buah Register bit, yaitu DDxn, PORTxn, dan PINxn. Huruf
‘x’mewakili nama huruf dari Port sedangkan huruf ‘n’ mewakili
nomor bit. Bit DDxn terdapat pada I/O address DDRx, bit PORTxn
terdapat pada I/O address PORTx, dan bit PINxn terdapat pada I/O
address PINx. Bit DDxn dalam Register DDRx (Data Direction
Register) menentukan arah Pin. Bila DDxn diset 1 maka Px berfungsi
sebagai Pin output. Bila DDxn diset 0 maka Px berfungsi sebagai Pin
input. Bila PORTxn diset 1 pada saat Pin terkonfigurasi sebagai Pin
input, maka resistor pull-up akan diaktifkan. Untuk mematikan resistor
pull-up, PORTxn harus diset 0 atau Pin dikonfigurasi sebagai Pin
output. Pin Port adalah tri-state setelah kondisi reset. Bila PORTxn
diset 1 pada saat Pin terkonfigurasi sebagai Pin output maka Pin Port
akan berlogika 1. Dan bila PORTxn diset 0 pada saat Pin
terkonfigurasi sebagai Pin output maka Pin Port akan berlogika 0. Saat
19
mengubah kondisi Port dari kondisi tri-state (DDxn=0, PORTxn=0) ke
kondisi output High (DDxn=1, PORTxn=1) maka harus ada kondisi
peralihan apakah itu kondisi pull-up enable (DDxn=0, PORTxn=1)
atau kondisi output Low (DDxn=1, PORTxn=0).
Biasanya, kondisi pull-up enable dapat diterima sepenuhnya,
selama lingkungan impedansi tinggi tidak memperhatikan perbedaan
antara sebuah strong High driver dengan sebuah pull-up. Jika ini
bukan suatu masalah, maka bit PUD pada Register SFIOR dapat diset
1 untuk mematikan semua pull-up dalam semua Port. Peralihan dari
kondisi input dengan pull-up ke kondisi output Low juga menimbulkan
masalah yang sama. Kita harus menggunakan kondisi tri-state
(DDxn=0,
PORTxn=0)
atau
kondisi
output
High
(DDxn=1,
PORTxn=0) sebagai kondisi transisi.
Tabel 4. Konfigurasi Pin Port
(Sumber:alldatasheet.com:2012)
DDxn
PORTxn
0
0
0
PUD
I/O
Pull-up
X
Input
No
1
0
Input
Yes
0
1
1
Input
No
Tri-state (HI-Z)
1
0
X
Output
No
Output Low (Sink)
1
1
X
Output
No
Output High (Source
(In SFIOR)
Comment
Tri-state (HI-Z)
Pxn will source current if ext. pulled
low
20
2. Bit 2 – PUD : Pull-up Disable
Bila bit diatur bernilai 1 maka pull-up pada Port I/O akan
dimatikan walaupun Register DDxn dan PORTxn dikonfigurasikan
untuk menyalakan pull-up (DDxn=0, PORTxn=1).
3. Timer
Timer/counter adalah fasilitas dari ATmega16 yang digunakan
untuk perhitungan pewaktuan. Beberapa fasilitas chanel dari timer
counter antara lain: counter channel tunggal, pengosongan data
timer sesuai dengan data pembanding, bebas -glitch, tahap yang
tepat Pulse Width Modulation (PWM), pembangkit frekuensi, event
counter external..
4. Gambaran Umum
Gambar diagram block timer/counter 8 bit yang ditunjukan
pada gambar 2. Untuk penempatan Pin I/O telah di jelaskan pada
bagian I/O. CPU dapat diakses Register I/O, termasuk dalam PinPin I/O dan bit I/O. Device khusus Register I/O dan lokasi bit
terdaftar pada deskripsi timer/counter 8 bit.
21
Gambar 4. Blok diagram timer/counter
(sumber : www.ilmukomputer.com : Mokh. Sholihul Hadi)
5. Timing Diagram Timer/counter
Timer/counter didesain sinkron clock timer (clkT0) oleh
karena itu ditunjukkan sebagai sinyal enable clock pada gambar 3.
Gambar ini termasuk informasi ketika flag interrupt dalam kondisi
set.
Data
timing
digunakan
sebagai
dasar
dari
operasi
timer/counter.
Gambar 5. Timing diagram timer/counter, tanpa prescalling
(sumber : www.ilmukomputer.com : Mokh. Sholihul Hadi)
Sesuai dengan gambar 4 timing diagram timer/counter dengan
prescalling maksudnya adalah counter akan menambahkan data counter
(TCNTn) ketika terjadi pulsa clock telah mencapai 8 kali pulsa dan sinyal
22
clock pembagi aktif clock dan ketika telah mencapai nilai maksimal maka
nilai TCNTn akan kembali ke nol. Dan kondisi flag timer akan aktif ketika
TCNTn maksimal.
Gambar 6. Timing diagram timer/counter, dengan prescalling
(sumber : www.ilmukomputer.com : Mokh. Sholihul Hadi)
Sama halnya timing timer pada gambar 4, timing timer/counter dengan
setting OCFO timer Mode ini memasukan data ORCn sebagai data input
timer. Ketika nilai ORCn sama dengan nilaiTCNTn maka pulsa flag timer
akan aktif. TCNTn akan bertambah nilainya ketika pulsa clock telah
mencapai 8 pulsa. Dan kondisi flag akan berbalik (komplemen) kondisi
ketika nilai TCNTn kembali kenilai 0 (overfLow).
Gambar 7. Timing diagram timer/counter, menyeting OCFO, dengan pescaler (fclk_I/O/8)
(sumber : www.ilmukomputer.com : Mokh. Sholihul Hadi)
Ketika nilai ORCn sama dengan nilai TCNTn maka pulsa flag timer
akan aktif. TCNTn akan bertambah nilainya ketika pulsa clock telah
23
mencapai 8 pulsa. Dan kondisi flag akan berbalik (komplemen) kondisi
ketika nilai TCNTn kembali kenilai 0 (overfLow).
Gambar 8. Timing diagram timer/counter, menyeting OCFO, pengosongan data
(sumber : www.ilmukomputer.com : Mokh. Sholihul Hadi)
6. Bit 6,3 – WGM01:0: Waveform Generation Mode
Bit ini mengontrol penghitungan yang teratur pada counter,
sumber untuk harga counter maksimal ( TOP )., dan tipe apa dari
pembangkit bentuk gelombang yang digunakan. Mode operasi
didukung oleh unit timer/counter sebagai berikut : Mode normal,
pembersih timer pada Mode penyesuaian dengan pembanding (
CTC ), dan dua tipe Mode Pulse Width Modulation ( PWM ).
Tabel 5. Deskripsi Bit Mode Pembangkit Bentuk Gelombang
(: www.ilmukomputer.com : Mokh. Sholihul Hadi)
WGM01
WGM00
Timer/counter Mode
(CTC0)
(PWM0)
of Operation
0
0
0
Normal
0xFF
Immediate
MAX
1
0
1
PWM, Phase Correct
0xFF
TOP
BOTTOM
2
1
0
CTC
OCR0
Immediate
MAX
3
1
1
Fast PWM
0xFF
TOP
MAX
Mode
TOP
Update of
TOV0 Flag
OCR0
Set-on
24
7. Bit 5:4 – COM 01:0 Penyesuaian Pembanding Mode Output
Bit ini mengontrol Pin output compare (OCO), jika satu atau
kedua bit COM01:0 diset, output OC0 melebihi fungsional Port
normal I/O dan keduanya terhubung juga. Bagaimanapun, catatan
bahwa bit Direksi Data Register (DDR) mencocokan ke Pin OC0
yang mana harus diset dengan tujuan mengaktifkan. Ketika OC0
dihubungkan ke Pin, fungsi dari bit COM01:0 tergantung dari
pengesetan bit WGM01:0. Tabel 4 menunjukkan COM fungsional
ketika bit-bt WGM01:0 diset ke normal atau Mode CTC (non
PWM).
Tabel 6. Mode Output Pembanding, tanpa PWM
(: www.ilmukomputer.com : Mokh. Sholihul Hadi)
COM01
0
0
1
1
COM00
0
1
0
1
Description
Normal port operation, OC0 disconnected
Toggle OC0 on compare match
Clear OC0 on compare match
Set OC0 on compare match
Tabel 7 menunjukan bit COM01:0 fungsional ketika bit
WGM01:0 diset ke Mode fast PWM.
Tabel 7. Mode Output Pembanding, Mode fast PWM
( www.ilmukomputer.com : Mokh. Sholihul Hadi)
COM01
0
0
1
1
COM00
0
1
0
1
Description
Normal port operation, OC0 disconnected
Reserved
Clear OC0 on compare match, set OC0 at Top
Set OC0 on compare match, clear OC0 at TOP
25
Tabel 8 menunjukan bit COM01:0 fungsional ketika bit
WGM01:0 diset ke Mode phase correct PWM.
Tabel 8. Mode Output Pembanding, Mode phase correct PWM
(www.ilmukomputer.com : Mokh. Sholihul Hadi)
COM01
COM00
Description
0
0
Normal port operation, OC0 disconnected
0
1
Reserved
1
0
1
1
Clear OC0 on compare match when up-counting. Set OC0 on
compare match when downcounting
Set OC0 on compare match when up-counting. Clear OC0 on
compare match when downcounting
8. Bit 2:0 – CS02:0 : Clock Select
Tiga bit clock select sumber clock digunakan dengan
timer/counter. Jika Mode Pin eksternal digunakan untuk timer
counter0, perPindahan dari Pin T0 akan memberi clock counter.
Tabel 9. Deskripsi bit clock select
(www.ilmukomputer.com : Mokh. Sholihul Hadi)
CS02
CS01
CS00
Description
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
No clock sorce (Timer/Counter stopped)
ClkI/O (No prescalling)
ClkI/O/8 (From prescaler)
ClkI/O/32 (From prescaler)
ClkI/O/256 (From prescaler)
ClkI/O/1024 (From prescaler)
External clock source on T0 pin. Clock on falling edge
External clock source on T0 pin. Clock on rising edge
Sesuai dengan tabel 9 maka sumber clock dapat dibagi
sehingga timer/counter dapat disesuaikan dengan banyak data yang
dihitung.
26
9. Register Timer/counter TCNT0
Gambar 9. Register timer TCNT0
Register timer/counter memberikan akses secara langsung,
keduanya digunakan untuk membaca dan menulis operasi, untuk
penghitung unit 8-bit timer/counter. Menulis ke blok-blok Register
TCNT0 (removes) disesuaikan dengan clock timer berikutnya.
Memodifikasi counter (TCNT0) ketika perhitungan berjalan,
memperkenalkan resiko kehilangan perbandingan antara TCNC0
dengan Register OCR0.
10. Register Timer/counter OCR0
Gambar 10. Register timer OCR0
Register output pembanding berisi sebuah harga 8 bit secara
terus-menerus dibandingkan dengan harga counter (TCNT0).
Sebuah penyesuaian dapat digunakan untuk membangkitkan output
interrupt pembanding, atau untuk membangkitkan sebuah output
bentuk gelombang pada Pin OC0.
27
C. Sensor optocoupler
Rangkaian sensor optocoupler menggunakan photodioda dan led infra
merah. Photodioda akan aktif apabila terkena cahaya dari led infra merah.
Antara Led dan photodioda dipisahkan oleh jarak. Jauh dekatnya jarak
mempengaruhi besar intensitas cahaya yang diterima oleh photodioda.
Apabila antara Led dan photodioda tidak terhalang oleh benda, maka
photodioda akan aktif.
1. Led Inframerah
Led Infra merah adalah sebuah benda padat penghasil cahaya, yang
mendekati/menghasilkan spectrum cahaya infra merah. Led (dioda
cahaya) Infra merah menghasilkan panjang gelombang yang sama
dengan yang biasa diterima oleh photodetektor silikon. Oleh karena
itu Led infra merah bisa dipasangkan dengan foto transistor dan foto
dioda.
Gambar 11. Led Inframerah
(ilmukumputer.com)
28
Karakteristik Inframerah

Tidak dapat dilihat oleh manusia

Tidak dapat menembus materi yang tidak tembus pandang

Dapat ditimbulkan oleh komponen yang menghasilkan panas

Panjang gelombang pada inframerah memiliki hubungan yang
berlawanan atau berbanding terbalik dengan suhu. Ketika suhu
mengalami kenaikan, maka panjang gelombang mengalami
penurunan.
2. Photodioda
Photodioda adalah dioda yang bekerja berdasarkan intensitas
cahaya, jika photodioda terkena cahaya maka photodioda bekerja
seperti dioda pada umumnya, tetapi jika tidak mendapat cahaya maka
photodioda akan berperan seperti resistor dengan nilai tahanan yang
besar sehingga arus listrik tidak dapat mengalir.
Gambar 12. Photodioda dan simbol Photodioda
(ilmukomputer.com)
Simbol dan bentuk photodioda hampir sama dengan Led, tetapi
pada simbol photodioda arah dua panahnya menghadap ke dalam.
29
Photodioda banyak digunakan sebagai sensor cahaya dalam dunia
elektronika, karena sifatnya yang peka terhadap cahaya.
Komponen ini akan mengubah energi cahaya, dalam hal ini energi
cahayainfra red memjadi sinyal listrik (dalam hal ini arus listrik).
Merupakansambungan dioda PN yang memiliki kepekaan terhadap
radiasi
gelombang
Elektromagnetik
(EM)
ketika
jatuh
pada
sambungan. Dikarenakansambungan PN sangatlah kecil, dibutuhkan
lensa untuk memfokuskan radiasi yang datang agar mendapatkan
respon yang baik. Keunggulan deviceini adalah nilai waktu responnya
sangatlah cepat.Kebanyakan memiliki waktu respon mendekati 1
mikrodetik, bahkan ada yang mendekati 1 nanodetik. Semakin tinggi
intensitas cahaya, maka arus bocor pada sambungan PN semakin
besar sehingga arus yang lewat sambungan semakin kecil. Pada
keadaan gelap tanpa cahaya sama sekali, LDR memiliki nilai
resistansi yang besar (sekitar beberapa mega ohm). Nilai resistansinya
ini akan semakin kecil jika cahaya yang jatuh ke permukaannya
semakin terang. Pada keadaan terang benderang (siang hari) nilai
resistansinya dapat mengecil hingga beberapa ohm saja (hampir
seperti konduktor).
Ketika sebuah photon (satu satuan energi dalam cahaya) dari
sumber cahaya diserap, hal tersebut membangkitkan suatu elektron
dan menghasilkan sepasang pembawa muatan tunggal, sebuah
elektron dan sebuah Hole, suatu Hole adalah bagian dari kisi-kisi
30
semikonduktor yang kehilangan elektron. Arah arus yang melalui
sebuah semikonduktor adalah kebalikan dengan gerak muatan
pembawa. Cara tersebut di dalam sebuah photodiode digunakan untuk
mengumpulkan photon - menyebabkan pembawa muatan (seperti arus
atau tegangan) mengalir/terbentuk di bagian-bagian elektroda.
D. Motor DC
Motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi
listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya
memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor,
mengangkat bahan,dll. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor
listrik, fan angin) dan di industri. Motor listrik kadangkala disebut “kuda
kerja” nya industri sebab diperkirakan bahwa motor menggunakan sekitar
70% beban listrik total di industri. Motor DC memerlukan suplai tegangan
yang searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik.
Kumparan medan pada motor dc disebut stator (bagianyang tidak berputar)
dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Jika terjadi
putaran pada kumparan jangkar dalam pada medan magnet, maka akan timbul
tegangan (GGL) yang berubah-ubah arah pada setiap setengah putaran,
sehingga merupakan tegangan bolak-balik. Prinsip kerja dari arus searah
adalah membalik phasa tegangan dari gelombang yangmempunyai nilai positif
dengan menggunakan komutator, dengan demikian arus yang berbalik arah
dengan kumparan jangkar yang berputar dalam medan magnet. Bentuk motor
31
paling sederhana memiliki kumparan satu lilitan yang bias berputar bebas di
antara kutub-kutub magnet permanen.
Putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh
susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan. Pada motor dc,
daerah kumparan medan yang dialiri arus listrik akan menghasilkan medan
magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah tertentu. Konversi
dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya
berlangsung melalui medan magnet, dengan demikian medan magnet selain
berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan energi, sekaligus sebagai tempat
berlangsungnya proses perubahan energi, daerah tersebut dapat dilihat pada
gambar 13 :
Gambar 13. Prinsip kerja motor dc
(belajar-elektronika.com)
E. Limit Switch
Limit switch adalah salah satu sensor yang akan bekerja jika pada bagian
aktuator nya tertekan suatu benda, baik dari samping kiri ataupun kanan,
mempunyai micro switch dibagian dalamnya yang berfungsi untuk
mengontakkan atau sebagai pengontak, gambar batang yang mempunyai roda
32
itu namanya actuator lalu diikat dengan sebuah baud, berfungsi untuk
menerima tekanan dari luar, roda berfungsi agar pada saat Limit switch
menerima tekanan , bisa bergerak bebas, kemudian mempunyai tiga lubang
pada body nya berfungsi untuk tempat dudukan baud pada saat pemasangan
di mesin.
Gambar 14. Limit Switch
(belajar-elektronika.com)
Ketika actuator dari Limit switch tertekan suatu benda baik dari samPing
kiri ataupun kanan sebanyak 45 derajat atau 90 derajat ( tergantung dari jenis
dan type Limit switch ) maka, actuator akan bergerak dan diteruskan ke
bagian dalam dari Limit switch, sehingga mengenai micro switch dan
menghubungkan kontak-kontaknya, pada micro switch terdapat kontak jenis
NO dan NC seperti juga sensor lainnya, kemudian kontaknya mempunyai
beban kerja sekitar 5 A, untuk dihubungkan ke perangkat listrik lainnya, dan
begitulah seterusnya, selain itu Limit switch juga mempunyai head atau
kepala tempat dudukan actuator pada bagian atas dari Limit switch dan
posisinya bisa dirubah-rubah sesuai dengan kebutuhan.
F. Transistor
Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat,
sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan,
33
modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi
semacam kran listrik, berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan
inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari
sirkuit sumber listriknya.
Gambar 15. Transistor Through-Hole (dibandingkan dengan pita ukur sentimeter)
(belajar-elektronika.com)
Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E)
dan Kolektor (C). Tegangan yang di satu terminalnya misalnya Emitor dapat
dipakai untuk mengatur arus dan tegangan yang lebih besar daripada arus
input Basis, yaitu pada keluaran tegangan dan arus output Kolektor.
Transistor merupakan komponen yang sangat penting dalam dunia
elektronik Modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam
amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber
listrik stabil (stabilisator) dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaianrangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi.
Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi
sebagai logic gate, memori dan fungsi rangkaian-rangkaian lainnya.
Dari banyak tipe-tipe transistor Modern, pada awalnya ada dua tipe dasar
transistor, Bipolar Junction Transistor (BJT atau transistor bipolar) dan field-
34
effect transistor (FET), yang masing-masing bekerja secara berbeda.
Transistor bipolar dinamakan demikian karena kanal konduksi utamanya
menggunakan dua polaritas pembawa muatan: elektron dan lubang, untuk
membawa arus listrik. Dalam BJT, arus listrik utama harus melewati satu
daerah/lapisan pembatas dinamakan depletion zone, dan ketebalan lapisan ini
dapat diatur dengan kecepatan tinggi dengan tujuan untuk mengatur aliran
arus utama tersebut.
FET (juga dinamakan transistor unipolar) hanya menggunakan satu jenis
pembawa muatan (elektron atau Hole, tergantung dari tipe FET). Dalam FET,
arus listrik utama mengalir dalam satu kanal konduksi sempit dengan
depletion zone di kedua sisinya (dibandingkan dengan transistor bipolar
dimana daerah Basis memotong arah arus listrik utama). Dan ketebalan dari
daerah perbatasan ini dapat diubah dengan perubahan tegangan yang
diberikan, untuk mengubah ketebalan kanal konduksi tersebut. Lihat artikel
untuk masing-masing tipe untuk penjelasan yang lebih lanjut.
35
1. Jenis Transistor
PNP
P-channel
NPN
N-channel
Gambar 16. Simbol Transistor
(sumber: )
Secara umum, transistor dapat dibeda-bedakan
dibeda bedakan berdasarkan banyak kategori:
a) Materi semikonduktor: Germanium, Silikon, Gallium Arsenide
b) Kemasan fisik: Through Hole Metal, Through Hole Plastic
Plastic, Surface
Mount,, IC, dan lain-lain
lain
c) Tipe: UJT, BJT,
BJT JFET, IGFET (MOSFET), IGBT, HBT
HBT, MISFET,
VMOSFET, MESFET,
MESFET HEMT, SCR serta pengembangan
engembangan dari transistor
yaitu IC (Integrated
Integrated Circuit)
Circuit dan lain-lain.
d) Polaritas: NPN atau N-channel,
N
PNP atau P-channel
e) Maximum kapasitas daya: Low Power, Medium Power, High Power
f) Maximum frekwensi kerja: Low, Medium, atau High Frequency, RF
transistor, Microwave,
Microwave dan lain-lain.
Aplikasi: Amplifier,
Amplifier Saklar, General Purpose, Audio,, Tegangan Tinggi,
dan lain-lain
2. BJT
BJT (Bipolar
Bipolar Junction Transistor)
Transistor) adalah salah satu dari dua jenis
transistor. Cara kerja BJT dapat dibayangkan sebagai dua dioda yang
36
terminal positif atau negatifnya berdempet, sehingga ada tiga terminal.
Ketiga terminal tersebut adalah emiter (E), kolektor (C), dan basis (B).
Perubahan arus listrik dalam jumlah kecil pada terminal basis dapat
menghasilkan perubahan arus listrik dalam jumlah besar pada terminal
kolektor. Prinsip inilah yang mendasari penggunaan transistor sebagai
penguat elektronik. Rasio antara arus pada koletor dengan arus pada
basis biasanya dilambangkan dengan β atau hFE. β biasanya berkisar
sekitar 100 untuk transistor-transisor BJT.
3. FET
FET dibagi menjadi dua keluarga: Junction FET (JFET) dan
Insulated Gate FET (IGFET) atau juga dikenal sebagai Metal Oxide
Silicon (atau Semiconductor) FET (MOSFET). Berbeda dengan IGFET,
terminal gate dalam JFET membentuk sebuah dioda dengan kanal
(materi semikonduktor antara Source dan Drain). Secara fungsinya, ini
membuat N-channel JFET menjadi sebuah versi solid-state dari tabung
vakum, yang juga membentuk sebuah dioda antara grid dan katode. Dan
juga, keduanya (JFET dan tabung vakum) bekerja di "depletion Mode",
keduanya
memiliki
impedansi
input
tinggi,
dan
keduanya
menghantarkan arus listrik dibawah kontrol tegangan input.
FET lebih jauh lagi dibagi menjadi tipe enhancement Mode dan
depletion Mode. Mode menandakan polaritas dari tegangan gate
dibandingkan dengan Source saat FET menghantarkan listrik. Jika kita
ambil N-channel FET sebagai contoh: dalam depletion Mode, gate
37
adalah negatif dibandingkan dengan Source, sedangkan dalam
enhancement Mode, gate adalah positif. Untuk kedua Mode, jika
tegangan gate dibuat lebih positif, aliran arus di antara Source dan
Drain akan meningkat. Untuk P-channel FET, polaritas-polaritas semua
dibalik. Sebagian besar IGFET adalah tipe enhancement Mode, dan
hampir semua JFET adalah tipe depletion Mode.
G. IC L293D
L293D merupakan IC 16 Pin dengan fungsi salah satunya sebagai
pengendali arah putaran motor DC. Gambar 15 menunjukkan Pin IC L293D.
Gambar 17. Pin ICL293D
(alldatasheet.com)
Berikut fungsi pada Pin 1 – 16 IC L293D :
Pin1 : enable 1 dan 2
Pin9 : enable 3 dan 4
Pin2 : input logika
Pin10 : input logika
Pin3 : out motor dari data Pin2
Pin11 : out motor dari data Pin10
Pin4 : ground
Pin12 : ground
Pin5 : ground
Pin13 : ground
38
Pin6 : out motor dari data Pin7
Pin14 : out motor dari data Pin15
Pin7 : input logika
Pin15 : input logika
Pin8 : supply tegangan untuk motor
Pin16 : supply tegangan 5V untuk IC
Berikut ini merupakan gambar contoh aplikasi motor dc dengan IC L293D
untuk menunjukkan fungsi Pin IC L293D.
Gambar 18. Aplikasi IC L293D
Dari gambar 18 Pin EN1 merupakan Pin yang difungsikan meng
meng-enablekan motor DC (ON/OFF).
(
Sedangkan Pin IN1 dan IN2 digunakan sebagai
input logika untuk mengatur putaran motor DC dan dapat juga digunakan
untuk memberhentikan motor DC secara cepat (fast
(
motor stop
stop). Berikut tabel
8 tentang fungsi Pin IN1 dan IN2.
39
Tabel 10. Fungsi Pin IN1 dan IN2
IN1 IN2
Kondisi Motor
0
0
Fast motor stop
0
1
Putaran searah jarum jam
1
0
Putaran berlawanan arah jarum jam
1
1
Fast motor stop
Jika di inginkan motor berputar searah jarum jam, maka Pin IN1 diberi
logika Low dan IN2 diberi logika High dari Pin mikrokontroller. Dan EN1
juga dihubungkan dengan output dari mikrokontroller.
Pin VS kaki 8 pada IC L293D merupakan supply tegangan untuk motor
DC, sedangkan Pin VSS kaki 16 IC L293D merupakan supply tegangan
untuk IC L293D. pada Pin ground IC L293D dihubungkan dengan Heatsink,
untuk mengurangi panas pada IC dikarenakan motor DC merupakan beban
yang relatif cukup besar.
H. Teknik PWM
Sinyal PWM pada umumnya memiliki amplitudo dan frekuensi dasar yang
tetap, namun, lebar pulsanya bervariasi. Lebar pulsa PWM berbanding
lurus dengan amplitude sinyal asli yang belum termodulasi (dalam hal ini
adalah sinus). Dengan kata lain sinyal PWM, frekuensi gelombangnya
adalah konstan (tetap) namun duty cycle bervariasi (antara 0% hingga
100%), menurut amplitudo sinyal aslinya.
40
Gambar 19. Sinyal PWM
(belajar-elektronika.com)
Karena hanya ada 2 kondisi amplitudo sinyal PWM (yaitu Low dan High)
maka dapat juga dikatakan bahwa sinyal PWM adalah sinyal yang
informasinya terletak pada lebar pulsa.
Gambar 20. Tegangan rata – rata PWM
(belajar-elektronika.com)
Gambar 20 menunjukan perubahan duty cycle akan merubah tegangan
DC rata-rata. Jika gelombang PWM yang dihasilkan merupakan dari sintesis
gelombang sinus maka tegangan DC rata-rata akan menunjukan sinyal sinus.
Gelombang PWM yang difilter dapat digunakan untuk mengendalikan
perangkat analog, dan menjadikan rangkaian pemfilter sebagai suatu digital –
to – analog converter (DAC).
41
Ada beberapa alasan untuk memilih PWM:
1. Dalam pembangkitan PWM hanya butuh 1 bit dari mikrokontroler
(bila di bandingkan dengan DAC konvensional butuh 8 bit, bahkan
ada yang 10 bit).
2. Pada hakikatnya sinyal PWM merupakan sinyal yang ON dan OFF ,
driver-nya dapat dibangun dengan rangkaian BJT sedangkan DAC
dibutuhkan rangkaian driver lebih komplek.
Sinyal PWM dapat dihasilkan dengan berbagai cara, antara lain dengan
cara :
1. Pembangkitan sinyal PWM dengan Comparator
Dasar pembangkitan sinyal PWM adalah membandingkan
tegangan V(+) non-inverting dengan tegangan V(-) inverting
dengan menggunakan rangkaian comparator.
Gambar 21. Rangkaian komparator
(belajar-elektronika.com)
Prinsip kerja pada rangkaian comparator adalah bila tegangan
non - inverting V(+) lebih besar dari pada tegangan inverting V(-)
maka keluaran pembanding akan mendekati Vdd. Sebaliknya,
apabila tegangan inverting V(-) lebih besar dari tegangan non-
42
inverting V(+) maka tegangan keluaran pembanding akan
mendekati Vss. Bila diberikan input pada Pin inverting berupa
sinus dengan frekuensi tertentu,
sedangkan pada input non-
inverting berupa gelombang segitiga (berfungsi sebagai gelombang
carrier) dengan frekuensi yang lebih tinggi (misal 10x frekuensi
sinus) maka akan dihasilkan sinyal gelombang PWM.
Gambar 22. Blok diagram pembangkitan PWM
(belajar-elektronika.com)
2. Pembangkitan sinyal PWM dengan mikrokontroler
Mengingat bahwa hanya ada 2 kondisi amplitudo sinyal
PWM (yaitu Low dan High) sedang informasi PWM terletak
pada perubahan lebar pulsanya, maka sinyal ini dapat di
bangkitkan dengan mikrokontroler, yaitu dengan membuat
suatu program yang menghasilkan sinyal seperti sinyal PWM.