JURNAL ALFAN

PENGHITUNG JUMLAH KENDARAAN PADA AREA PARKIR DENGAN
MIKROKONTROLER AT89S51
Alfan Rachman Dipranoto
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Gunadarma, Margonda Raya 100 Depok
16424 telp (021) 78881112, 7863788
Tanggal pembuatan 8 Februari 2010
Alat ini berfungsi untuk menghitung jumlah kendaraan yang ada didalam area parkir. Komponen
utama dari alat ini terdiri dari pasangan led inframerah dengan fototransistor untuk mendeteksi keluar
masuknya kendaraan. Mikrokontroler AT89S51 berfungsi untuk mengendalikan buka/tutupnya palang
pintu diarea parkir dan penampilan seven segment.
Kapasitas jumlah kendaraan ditampilkan oleh seven segment. Setiap ada 1 kendaraan yang masuk
tampilan akan bertambah 1, dan berkurang 1 setiap ada kendaraan yang keluar. Kapasitas area parkir
dibatasi sampai 99 kendaraan.
1.
PENDAHULUAN
Kendaraan seperti mobil, motor dan
lainnya membutuhkan suatu area untuk tempat
parkir. Kita dapat melihat seperti di Mal,
Perkantoran, Supermarket memiliki tempat
parkir yang cukup luas, namun terkadang pada
area parkir pengguna kendaraan tidak tahu
apakah tempat parkir tersebut sudah penuh atau
belum. Itu dikarenakan tidak adanya media yang
menampilkan bagaimana keadaan yang ada di
area parkir.
Penulis terinspirasi dari permasalahan
diatas untuk merancang suatu sistem yang
setidaknya dapat membantu para pengguna area
parkir untuk memastikan apakah pada area parkir
tersebut sudah penuh dengan kendaraan atau
belum. Dan juga dibuat sistem yang otomatis
apabila ada satu kendaraan yang masuk dan
keluar dari area parkir.
Untuk membuat sistem yang otomatis,
penulis merancang dengan menggunakan
mikrokontroler. Karena mikrokontroler adalah
suatu komponen elektronika yang memiliki
kemampuan menyimpan program sesuai dengan
output yang diinginkan berdasarkan inputnya.
Mikrokontroler selain lebih praktis digunakan
juga lebih murah.
Seperti yang digambarkan pada sketsa
di bawah ini.
2.
LANDASAN TEORI
LED Inframerah adalah dioda yang
dapat memancarkan cahaya dengan panjang
gelombang lebih panjang dari cahaya yang dapat
dilihat, tetapi lebih pendek dari gelombang radio
apabila LED Inframerah tersebut dilalui arus.
Simbol dan bentuk fisik dari LED Inframerah
diperlihatkan pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Lambang infrared dan bentuk
fisiknya
Spektrum gelombang elektromagnetik
dikelompokkan
berdasarkan
panjang
gelombangnya atau bisa juga dikelompokkan
berdasarkan frequensinya. Mengenai spektrum
gelombang elektromagnetik berdasarkan panjang
gelombangnya atau Frequensinya dapat dilihat
pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Pembagian jenis gelombang
elektromagnetik
Pada perancangan alat ini menggunakan
komponen optoelektronika yaitu phototransistor.
Yang berfungsi sebagai pendeteksi sensor. Untuk
jenis yang digunakan pada rangkaian ini adalah
phototransistor seperti jenis transistor bipolar
NPN dengan sambungan kolektor-basis PN yang
peka cahaya.
Gambar 2.3 Rangkaian Phototransistor
Intensitas cahaya yang dikeluarkan
oleh LED Inframerah tergantung arus yang
mengalir pada LED Inframerah tersebut.
Semakin besar arus yang melaluinya maka
intensitas cahaya yang dikeluarkan akan semakin
besar, dan semakin kecil arus yang melalui LED
Inframerah tersebut maka akan semakin kecil
pula intensitas cahaya yang dikeluarkan. Gambar
perbandingan antara intensitas cahaya yang
dikeluarkan LED Inframerah dengan arus yang
melaluinya diperlihatkan pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Kurva Karakteristik LED
Inframerah
2.1.2 Phototransistor
Phototransistor yang ada terdiri dari tipe
yang memiliki dua kaki atau tiga kaki. Pada
phototransistor tipe tiga kaki, maka kaki yang
terhubung ke rangkaiannya yaitu kaki kolektor
dan emitor saja (kaki basis tidak terhubung),
sedangkan untuk tipe dua kaki pada
phototransistor-nya hanya terdiri dari kaki
kolektor dan emitor (kaki basis tidak terdapat).
Pada rangkaian ini digunakan tipe
phototransistor dengan tiga kaki, dimana apabila
tidak ada cahaya yang masuk pada lensa yang
membuka di phototransistor, maka hanya
terdapat arus bocor yang sangat kecil mengalir
antara kolektor dan emitor sekitar 10 nA.
Apabila cahaya mengenai sambungan PN
kolektor-basis, arus basis yang dihasilkan
berbanding lurus dengan intensitas cahaya. Aksi
tersebut menghasilkan arus kolektor sekitar 10
mA. Apabila sambungan tersebut dikenai cahaya
melalui lensa yang membuka maka timbul aliran
arus kontrol yang menghidupkan phototransistor
ON.
Gambar 2.4 Bentuk fisik Phototransistor
2.2 Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah
single chip
komputer yang memiliki kemampuan untuk
diprogram dan digunakan untuk tugas-tugas
yang berorientasi control. Pada alat ini penulis
menggunakan mikrokontroler tipe AT89S51,
dimana fitur-fitur yang
dimiliki oleh tipe
tersebut adalah :
1. 4K bytes ROM
2. 128 bytes RAM
3. 4 buah 8-bit I/O port
4. 2 buah 16-bit timer
5. Interface komunikasi serial
6. 64K pengalamatan code (program)
memory
7. 64K pengalamatan data memory
8. Processor Boolean (satu bit-satu bit)
9. 210 lokasi bit-addressable
10. 4 bus operasi pengalian atau
pembagian
2.2.1 Penjelasan Fungsi Pin Mikrokontroler
AT89S51
Konfigurasi pin pada AT89S51 dapat
dilihat pada Gambar 2.8.
Gambar 2.8 Konfigurasi Pin pada
AT89S51
Penjelasan mengenai konfigurasi pin
AT89S51 terdapat pada tabel 2.2.
Tabel 2.2 Fungsi dari pin AT89S51
Tabel 2.3 Nilai Register Setelah di reset
3.
PERANCANGAN ALAT
Dalam perancangan alat ini, terdapat
masukan berupa sensor yang diproses oleh
mikrokontroller AT89S51 dan menghasilkan
keluaran pada led, seven segment, dan motor
stepper seperti gambar 3.1.
Gambar 3.1 Blok Diagram Penghitung
Kendaraan Otomatis
3.1 Blok Catu Daya
Secara keseluruhan alat ini dirancang
dengan menggunakan hardware (Masukan
berupa sensor dan keluaran berupa seven
segment dan motor stepper) dan software
(kendali mikrokontroller). Masukan pada alat ini
berupa sensor yang menghasilkan dua kondisi
yaitu high dan low, dengan menggunakan
program maka hanya masukan low sajalah yang
akan diproses. Setelah masukan diproses maka
keluaran seperti seven segment, motor stepper
akan aktif. Rangkaian keseluruhan dari
perancangan digambarkan pada gambar 3.2.
12 V
X
AC220V
Y
5V
IN4002
7812
D1
CT
4700 µ f
7805
1000 µf
IN4002
Z
D2
Gambar 3.3 Rangkaian Catu Daya
Pada blok rangkaian catu daya
digunakan IC 7812 dan IC7805. IC ini
mempunyai karakeristik diantaranya sebagai
berikut :
1. Tegangan keluarannya 7805 adalah 4,8 V
sampai 5,2 V
1000 µf
2. Tegangan keluarannya 7812 adalah 11,8 V
sampai 12,2 V
3. Arus keluarannya adalah 5 mA sampai 1A
Rangkaian ini disebut sebagai rangkaian
Power Suplay atau biasa disebut sebagai power
regulator. Jenis rangkaian power regulator
tersebut adalah rangkaian rectifer dua fase.
Tegangan dc yang dihasilkan adalah tegangan dc
12Volt (untuk motor stepper) dan tegangan dc 5
Volt (untuk mikrokontroler AT89S51, led
inframerah, seven segment).
Pada setengah siklus positif, titik X
akan positif terhadap titik Y. Sama halnya, titik
Y akan positif terhadap Z. Dalam hal ini dioda
D1 1N4002 akan menghantar (anoda akan positif
terhadap katodanya). Sedang dioda D2 1N4002
tidak menghantar (anodanya akan negatif
terhadap katodanya) sehingga hanya dioda D1
1N4002 saja yang menghantar dalam setengah
siklus positif. Pada setengah siklus negatif, titik
Z akan positif terhadap titik Y. Sama halnya,
titik Y akan positif terhadap titik X. Dalam
kondisi ini dioda D2 1N4002 akan menghantar
(anodanya akan positif terhadap katodanya)
sementara dioda D1 1N4002 tidak akan
menghantar (anodanya akan negatif terhadap
katodanya). Sehingga hanya dioda D2 1N4002
saja yang akan menghantarkan setengah siklus
negatif.
Tegangan puncak yang dihasilkan oleh
masing-masing gulungan lilitan sekunder adalah
sekitar 17 V (Vpk = 1,414 x Vr.m.s = 1,414 x 12
V =16,87 V dibulatkan menjadi 17 V) setenggah
siklus negatif di blok oleh D1 1N4002 sehingga
hanya setengah siklus positif sajalah yang
muncul. Tegangan puncak aktual adalah
tegangan positif puncak 17 V yang di berikan
oleh sisi sekunder trafo, dikurangi nilai ambang
tegangan maju 0,7 V dari D1 1N4002. Dengan
kata lain akan muncul pulsa-pulsa setengah
siklus positif dengan amplitudo sebesar 16,87 V
pada tahanan beban.
Kemudian tegangan akan melewati
sebuah kapasitor 4700 µF, kapasitor pada
rangkaian catu daya berfungsi sebagai filter yang
akan memperlemah ripple dan kapasitor tersebut
juga
berfungsi untuk memastikan bahwa
tegangan keluaran akan tetap berada pada atau
mendekati tegangan puncak. Bahkan ketika
dioda tidak menghantar tegangan, kapasitor
tersebut biasa disebut sebagai kapasitor resevoir.
Kapasitor tersebut menyimpan muatan selama
setengah siklus positif dari tegangan sekunder
dan melepaskannya selama setengah siklus
negatif.
Tegangan setelah melewati kapasitor
lalu menuju ke kaki 1 pada IC 7812 dengan
keluaran tegangan pada kaki 3 dan kemudian
akan melewati kapasitor 1000uF lalu akan
menuju ke IC7805 dimana keluaran dari kaki 3
IC 7812 adalah 12V dan IC 7805 adalah 5 V.
3.2 Rangkaian Sensor
Rangkaian Sensor pada perancangan
alat ini terdiri dari fototransistor, inframerah dan
Op-amp. Rangkaian sensor merupakan alat yang
berfungsi sebagai pendeteksi adanya kereta.
Ketika ada kendaraan yang terdeteksi oleh sensor
maka sensor akan memberikan data masukan
pada mikrokontroler untuk diproses.
Pada perancangan alat ini sensor yang
digunakan adalah fototransistor. Led inframerah
berfungsi sebagai pemancar cahaya inframerah
dan fototransistor sebagai detektor penerima
cahaya. Fototransistor akan aktif jika diberikan
masukan cahaya inframerah pada kaki basisnya
dimana kaki basis pada fototransistor tersebut
terletak pada lensa fototransistor. Besar arus
basis pada fototransistor tergantung terhadap
besarnya intensitas cahaya yang diberikan
langsung terhadap basis atau radiant flux density
H (mW/cm2). Besar intensitas cahaya yang
masuk pada fototransistor juga berpengaruh pada
jarak jangkauan sensor.
Untuk menghasilkan pancaran sinar
inframerah yang maksimum maka digunakan
tegangan yang lebih besar yaitu sebesar 12 V
dengan mempertahankan arus pada led
inframerah agar led inframerah tersebut tidak
putus. Dengan arus maksimum pada inframerah
60 mA maka dapat dipasang resistansi sebesar
220Ω dengan menggunakan perhitungan seperti
berikut ini.
R=
R=
V
I
12
60mA
R = 200Ω
Dengan nilai resistansi minimal 200Ω maka
untuk lebih aman maka digunakan resistansi
sebesar 220Ω. Rangkaian sensor yang digunakan
dalam perancangan alat ini ditunjukkan pada
gambar 3.4.
5V
5v
5V
5v
5v
1KΩ
1KΩ
(V+)
100 Ω
9
(V+)
3
14
8
Inframerah
100 Ω
11
Sensor 3 P3.2
Inframerah
4
(V+)
2
7
Sensor 1 P3.0
5V
6
100 Ω
100 Ω
1KΩ
1KΩ
Inframerah
Fototransistor
Sensor ini berfungsi sebagai masukan
untuk mikrokontroller. Keluaran dari sensor akan
menghasilkan dua kondisi yaitu low dan high.
Pada alat ini digunakan mikrokontroller yang
akan aktif jika diberikan masukan low (aktif
low). Hanya masukan low sajalah yang
digunakan sebagai clock masukan, sedangkan
pada saat kondisi high tidak mempengaruhi
memberikan clock pada mikrokontroller
4.
PENGAMBILAN DATA DAN ANALISA
Uji coba alat penghitung kendaraan ini
dengan tujuan untuk mengetahui apakah alat ini
berfungsi atau tidak. Adapun uji coba alat ini
dibagi menjadi 4 bagian untuk memudahkan
pengambilan data yaitu uji catu daya, uji
rangkaian sensor, uji coba seven segment, dan uji
coba motor stepper sebagai palang pintu masuk
dan keluar.
Tegangan B (V)
12.01
4.97
catu daya terdapat pada tabel 4.1.
Tabel 4.1 Hasil Uji Coba Catu Daya
4.2 Rangkaian Sensor
Pengambilan data sensor dilakukan
dengan mengubah posisi jarak sensor
yaitu
dengan mengubah jarak pemacar inframerah
dengan penerima fototransistor. Pengujian sensor
ini ditujukan untuk mengetahui berapa jauhnya
jarak jangkauan sensor apakah sensor tersebut
masih aktif atau tidak.
Jarak jangkauan sensor antara pemancar
inframerah dengan penerima fototransistor diuji
mulai dari jarak 1 meter sampai dengan 5 meter,
sensor ini akan berfungsi jika ada benda yang
menghalangi sensor tersebut. Dalam uji coba
sensor ini untuk keadaan tidak terhalang, hasil
pengujian terdapat pada tabel 4.2.
Tabel 4.2 Uji Coba Sensor Pada Saat
Tidak Terhalang
4.1 Catu Daya
12V
AC220V
1
Sistem kerja keseluruhan dari alat
palang pintu kereta otomatis menggunakan catu
daya dengan tegangan 5 volt dan 12 volt.
Tegangan 5 V dibutuhkan untuk tegangan
masukkan sensor, kendali mikrokontroller
Sensor 4 P3.3
AT89S51, mengaktifkan keluaran (seven
segment). Sedangkan tegangan 12 V dibutuhkan
sebagai sumber tegangan untuk mengaktifkan
motor stepper.
Tegangan pada lilitan sekunder adalah
sekitar 17 V (Vpk = 1,414 x Vr.m.s = 1,414 x 12
V =16,87 V dibulatkan menjadi 17 V) karena
Sensor 2 P3.1
dibutuhkan tegangan 12 V maka diperlukan IC
regulator 7812 yang mampu menghasilkan
tegangan sebesar 12V dan untuk menghasilkan
tegangan sebesar 5 V maka keluara dari IC
regulator 7812 diredam menjadi 5 V dengan
menggunakan IC regulator 7805. Hasil uji coba
Fototransistor
Inframerah
Gambar 3.4 Rangkaian Sensor keseluruhan
X
13
Fototransistor
(V+)
5V
3
10
Fototransistor
5
5v
IN4002
7812
D1
Y CT
4700µf
A
1000µf
5V
7805
B
1000µf
IN4002
Z
D2
Gambar 4.1. Titik Pengambilan Data
Tegangan (V) Pada Catu Daya
Pada keadaan sensor tidak terhalang
besar tegangan yang dihasilkan pada kaki
noninverting lebih besar dibandingkan dengan
tegangan pada kaki inverting. kedua tegangan
tersebut dibandingkan dengan Op-Amp karena
tegangan pada kaki noninverting lebih besar dari
pada tegangan inverting maka keluaran Op-Amp
akan menuju +90% dari Vcc yaitu sekitar 4.5 V.
Akan tetapi pada percobaan ini tegangan yang
dihasilkan sebesar 4.86 V kondisi high.
Pada jarak sensor 5 meter sudah tidak
ada lagi cahaya yang diterima oleh fototransistor
sehingga sensor ini sudah tidak aktif lagi. Pada
keadaan seperti ini sama saja pada keadaan
sensor terhalang dimana tidak ada cahaya yang
diterima oleh fototransistor.
Untuk percobaan pada saat sensor
terhalang terdapat pada tabel 4.3. Pada kondisi
terhalang tegangan keluaran yang dihasilkan
pada komparator sebesar - 90% dari Vcc. Karena
tegangan pada kaki - Vcc terhubung ke ground
maka tegangan keluaran dari komparator sekitar
0 V.
program. Hasil pengukuran yang didapat terlihat
pada tabel 4.5.
Tabel 4.4 Tegangan Yang Terukur Untuk
Mengaktifkan Motor Stepper1
Berikut adalah pengambilan data pada
motor stepper2 yang digunakan sebagai pintu
keluar area parkir
Tabel 4.5 Tegangan Yang Terukur Untuk
Mengaktifkan Motor Stepper2
Tabel 4.3 Uji Coba Sensor Pada Saat
Terhalang
Keterangan : Tegangan 4.96 V Koil Motor Aktif
Untuk Tiap Langkahnya
Tegangan 0.13 V Koil Motor
Tidak Aktif
Pada saat fototransistor terhalang maka
tidak ada cahaya inframerah yang diterima oleh
fototransistor tersebut. Pada kondisi terhalang
besar tegangan pada kaki inverting lebih besar
dari pada tegangan noninverting kemudian kedua
tegangan tersebut dibandingkan manakah yang
lebih besar. Karena tegangan pada kaki inverting
lebih besar maka tegangan yang dihasilkan pada
keluaran komparator sebesar 0.12 V kondisi low.
Dengan kondisi sensor terhalang
mengeluarkan kondisi low maka kondisi low
tersebut dimanafatkan untuk masukkan pada
pengendali mikrokontroller yang akan aktif jika
diberi masukan low.
4.3 Motor Stepper
Motor stepper yang digunakan dalam
pembuatan alat ppenghitung kendaraan ini
adalah jenis motor stepper aktif high, dimana
untuk mengaktifkan tiap – tiap koilnya
dibutuhkan tegangan sebesar 5 V. Tegangan
sebesar 5V ini dihasilkan dari keluaran
pengendali mikrokontroller yaitu pada port 1.0
sampai port 1.3 yang telah diatur dengan
Untuk pergerakan motor stepper yang
digunakan pada alat palang pintu kereta otomatis
ini berputar sebesar 900. Akan tetapi dalam satu
siklus (langkah 1 sampai langkah 4) motor ini
hanya berputar sebesar 300 maka untuk
membuatnya berputar menjadi 900 dibuat dengan
menggunakan bantuan program yang berulang
sebanyak 3 kali.
5.2 Saran
Penggunaan sensor ultrasonik dapat digunakan
pada pengaplikasian alat ini karena kepekaannya
jauh lebih baik. LCD dapat digunakan sebagai
pengganti tampilan seven segment.
Sensor 3
Fototransistor
Mobil
DAFTAR PUSTAKA
Sensor 4
Infra Red
Infra Red
(Keluar)
Fototransistor
(Masuk)
[1.]
Mobil
[2.]
Fototransistor
Sensor 1
Infra Red
Infra Red
Mobil
Sensor 2
(Keluar)
Fototransistor
[3.]
(Masuk)
Mobil
5.1 Kesimpulan
Dari hasil uji coba dapat disimpulkan
bahwa perancangan dan pembuatan Penghitung
Jumlah Kendaraan Pada Area Parkir Dengan
Mikrokontroler AT89S51 berfungsi dengan baik
dan sesuai dengan yang diinginkan.
Adapun sebagai tambahan, didapatkan
kesimpulan sebagai berikut :
•
Alat ini dapat menghitung kendaraan
yang masuk area parkir sebanyak 99
kendaraan. Jika ada kendaraan yang
keluar area parkir maka tampilan akan
berkurang sejumlah kendaraan yang
keluar tersebut.
•
Keempat sensor akan aktif bila
terhalang selama ±2 detik. Sensor 1 dan
sensor 2 membuat palang pintu
membuka kemudian menutup. Waktu
yang diperlukan untuk membuka
kemudian menutup tersebut ±5 detik.
Sensor 3 dan sensor 4 merupakan
penggerak seven segment masingmasing sebagai pencacah angka yang
bertambah dan berkurang.
•
Motor stepper1 dan motor stepper2
digunakan untuk membuka dan
menutup palang pintu. Pergerakan dari
motor stepper yaitu 90o untuk membuka
searah jarum jam dan 90o untuk
menutup berlawanan arah jarum jam.
•
Sensitivitas sensor sangat bergantung
pada jarak pemasangan sensor. Jarak
maksimal agar sensor dapat bekerja
secara optimal didapat sejauh ±5 meter.
[4.]
[5.]
[6.]
[7.]
[8.]
[9.]
[10.]
[11.]
[12.]
[13.]
Edisi
[14.]
[15.]
adibakri.wordpress.com/2008/05/25/lightdependent-resistor, September 2008
Anomin,
www.blurtit.com/q787579.html”,
Desember 2008
Anomin,
“www.quaketronics.com/flashkit_faq.html
”, Agustus 2008
Anomin,”www.suzukithunder.net/kelistrikan-suzuki-thunderkomponen-sistem-teknologi-danrekayasa-f66/listrik-saklar-tombol-danrelei-t1958.htm?vote=viewresult”, Agusus
2008.
Anomin,
“www.fujipiezo.com/photoldr.htm#LDR%20Photoc
ell”
Boylestad, Robert. Nashelsky, Louis.
“Electronic Devices and Circuit Theory,
Prentice Hall International”, New Jersey,
1992.
Budiharo, Widodo. “Perancangan Sistem
dan Aplikasi Mikrokontroler”, Penerbit
Elex Media Komputindo”, Jakarta, 2005.
Eko
Putra,
Agfianto.
“Belajar
Mikrokontroler AT89C51/52/55( Teori
dan Aplikasi)”, Gava Media, Yogyakarta,
2005.
en.wikipedia.org/wiki/phototransistor,
September 2008.
en.wikipedia.org/wiki/led-infrared,
September 2008.
en.wikipedia.org/wiki/motor-stepperbipolar, September 2008.
Hughes, Fredrick W. “Panduan Op - Amp,
Elex Media Komputindo”, Jakarta, 1990.
Malvino dan Hanapi Gunawan Diktat
Kuliah, “Prinsip-Prinsip Elektronik”,
Kedua. Jakarta : PT. Gelora Aksara
Pratama 1981
Soeparlan, Soepono. Yahdi, Umar.
“Teknik Rangkaian Listrik Jilid 1,
Gunadarma”, Depok, 1995.
su.wikipedia.org/wiki/Simulasi. Desember
2008