TUGAS AKHIR MIKROKONTROLER “Rancang Bangun Traffic Light dengan Seven Segment Berbasis Arduino Uno” Dosen : Eddo Mahardika, S.ST,. M.MT
Oleh : Nama
: Daud Dwiatmojo
NIM
: 20161330073
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MUHAMMADIYAH SURABAYA 2017
1
I.
Judul
Prototype Smart Traffic Light Menggunakan Arduino Uno
II.
Bidang Studi
Sistem Mikrokontroler
III.
Pembimbing
Pembimbing
IV.
: Eddo Mahardika. S.ST. M.T
Latar Belakang
Perkembangan teknologi yang pesat di bidang transportasi membuat manusia harus mengikuti kemajuan zaman untuk memenuhi kebutuhannya. Hal ini berdampak negatif terhadap sisi transportasi umum dalam kehidupan. Manusia dipaksa untuk meneliti dan mengkaji permasalahan tersebut serta mencari solusinya. Salah satu contoh permasalahan transportasi yang sering dijumpai adalah masalah kepadatan lalu lintas. Berdasarkan Redaksi Harian PELITA, Indonesia merupakan negara urutan ke-14 dengan jumlah lalu lintas terpadat sedunia. Hal ini disebabkan karena populasi penduduk yang terus meningkat dan tingginya tingkat gaya hidup masyarakat untuk memiliki kendaraan pribadi lebih dari satu. Banyak solusi yang ditawarkan untuk mengatasi permasalahan tersebut seperti pembuatan jalan tol, pembuatan jalan layang, peraturan pembatasan kendaraan yang lewat, dan pengadaan angkutan massal. Namun hal tersebut masih belum mampu mengatasi permasalahan yang ada. Salah satu bukti kepadatan lalu lintas berdasarkan survei adalah kepadatan lalu lintas di pertigaan jalan K.H Agus Salim, kota Slawi. Pertigaan ini sering mengalami kepadatan lalu lintas terutama pada saat jam berangkat dan pulang kerja. Hal tersebut memotivasi penulis untuk menangani masalah kepadatan yang terjadi. Penulis mencoba memberikan solusi dengan mengoptimalkan pengaturan lampu lalu lintas menggunakan pendeteksian tingkat kepadatan lalu lintas.
2
V.
Permasalahan
Berdasarkan latar belakang di atas maka dapat ditentukan permasalahan dalam tugas akhir ini adalah “Bagaimana logika pengaturan lampu lalu lintas berdasarkan jumlah kepadatan kendaraan di pertigaan jalan ? ”
VI.
Batasan Masalah
Adapun batasan masalah pada tugas akhir ini adalah : 1. Pengunaan prototype ini dikhususkan untuk lalu lintas di pertigaan. 2. Penggunaan sensor LDR diganti dengan menggunakan saklar. 3. Prototype ini hanya fokus pada proses penyalaan lampu lalu lintas dengan
keadaan yang ditentukan oleh sensor. 4. Prototype ini memiliki aturan bahwa kendaraan yang akan memilih jalur ke
kiri harus mengikuti nyala lampu lalu lintas. 5. Kendaraan dalam keadaan mengikuti aturan lalu lintas. 6. Durasi waktu tidak ditampilkan dalam display. 7. Prototype ini menggunakan software Arduino Integrated Development
Environment (IDE) 1.5.7.
VII. Tujuan
Penelitian tugas akhir ini memiliki tujuan untuk menjawab perumusan masalah yang dimiliki dalam penelitian yaitu ”Mengetahui logika pengaturan lampu lalu lintas berdasarkan jumlah kepadatan kendaraan di pertigaan jalan”. VIII. Tinjauan Pustaka
Simanjuntak, Novan Parmonangan, 2012, menjelaskan bahwa sistem pengontrolan lampu lalu lintas yang digunakan di Indonesia menggunakan sistem konvensional, dimana warna lampu ditukar setiap waktu konstan. Misalnya saja, di suatu persimpangan jalan yang sepi diberikan waktu yang sama dengan persimpangan jalan lain yang sedang ramai kendaraan.
3
Windarto, Muhammad Haekal, 2012, menjelaskan bahwa melalui pengaturan durasi melalui interface dapat memudahkan setiap petugas dalam mengubah durasi lampu lalu lintas secara langsung di lapangan. Vishakha dkk, 2013, menemukan bahwa sensor infra merah dapat digunakan untuk mengetahui kepadatan lalu lintas, memberikan informasi kepadatan lalu lintas kepada pengguna sehingga pengguna dapat mengendalikan laju kendaraannya. Aburizal, 2012, menerapkan teknik Distributed Constraint Satisfaction Problem (DCSP) yang merupakan teknik kecerdasan buatan untuk mengontrol lampu lalu lintas yang diimplementasikan melalui kamera pemantau yang ada di persimpangan untuk selanjutnya menentukan keputusan untuk mengontrol lampu lalu lintas. Adhitya Yoga Yudanto, dkk, 2013, mengemukakan bahwa kepadatan kendaraan dikatakan sedikit apabila jumlah kendaraan memenuhi kurang dari 25% suatu simpang jalan. Dikatakan sedang apabila jumla h kendaraan memenuhi kurang dari 75% suatu simpang jalan. Dan dikatakan banyak apabila jumlah kendaraan lebih dari 75% suatu simpang jalan. Sedangkan aturan nyala lampu lalu lintas dikategorikan sebentar jika menyala selama 0 sampai 40 (detik). Dikategorikan sedang jika menyala selama 40 sampai 80 (detik). Dan dikategorikan lama jika menyala selama 80 sampai 120 (detik).
IX. Teori Penunjang 9.1 Arduino Uno
Arduino adalah papan rangkaian elektronik open source yang didalamnya terdapat komponen utamanya yaitu sebuah chip mikrokontroler berbasis ATMega. Mikrokontroler sendiri adalah sebuah chip yang bisa diprogram menggunakan komputer. Program yang direkam bertujuan agar rangkaian elektronik dapat 4
membaca input , memproses, dan kemudian menghasilkan output sesuai yang diinginkan. Output yang dihasilkan berupa sinyal, besaran, tegangan, lampu, suara, getaran, gerakan, dan sebagainya. Bahasa pemrograman yang digunakan dalam Arduino Uno adalah bahasa C yang disederhanakan dengan bantuan library Arduino.
Gambar 1. Arduino Uno
9.2 I nput dan Output Arduino
Masing-masing dari 14 pin digital pada Uno dapat digunakan sebagai input atau output , menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digitalRead(). Pin pin tersebut beroperasi pada tegangan 5 volt. Setiap pin dapat memberikan atau menerima maksimum 40 mA dan memiliki resistor pull-up internal dari 2050 KΩ. Selain itu, beberapa pin memiliki fungsi khusus: 1. Serial: pin 0 digunakan untuk menerima (RX) dan pin 1 digunakan untuk mengirimkan (TX) data serial Transistor-Transistor Logic (TTL). Pin ini terhubung dengan pin ATmega8U2 Unit Serial Bus (USB)-to-Serial Transistor-Transistor Logic (TTL). 2. Eksternal Interupsi: 2 dan 3. Pin ini dapat dikonfigurasi untuk memicu interupsi pada nilai yang rendah, tepi naik atau jatuh, atau perubahan nilai. Lihat attachInterrupt() fungsi untuk rincian.
5
3. Pulse Width Modulation (PWM) yaitu pada pin 3, 5, 6, 9, 10, 11. Menyediakan 8-bit output Pulse Width Modulation (PWM) dengan analogWrite() fungsi. 4. Serial Peripheral Interface (SPI): pin 10 Slave Select (SS), 11 Master Out Slave In (MOSI), 12 Master In Slave Out (MISO), 13 Serial Clock (SCK). Pin ini mendukung komunikasi
Serial Peripheral Interface (SPI)
menggunakan library Serial Peripheral Interface (SPI). 5. Light Emitting Diode (LED) : pin 13. LED dibuat dan terhubung ke pin digital 13. Ketika pin bernilai TINGGI, LED menyala, ketika pin adalah RENDAH, LED mati. Arduino Uno memiliki 6 input analog, diberi label A0 sampai A5, yang masingmasing menyediakan resolusi 10 bit yaitu 1024 nilai yang berbeda. Secara default sistem mengukur dari tanah sampai 5 volt. 1. Two Wire Interface (TWI): pin A4 atau Saluran Data (SDA) dan A5 atau Saluran Clock (SCL) mendukung komunikasi Two Wire Interfce (TWI). 2. Analogue Reference (AREF). Tegangan referensi untuk input analog. Dapat digunakan dengan fungsi analogReference(). 3. Reset.
9.3 Lampu Lalu Lintas
Lampu lalu lintas adalah lampu yang digunakan untuk mengatur kelancaran lalu lintas di suatu persimpangan jalan. Cara kerja yang digunakan adalah dengan cara memberi kesempatan pengguna jalan dari masing-masing arah untuk berjalan secara bergantian. Karena fungsinya yang penting maka lampu lalu lintas harus dapat dikendalikan dengan mudah. Sistem lampu lalu lintas menggunakan jenis nyala tiga lampu, yaitu lampu hijau, lampu kuning dan lampu merah.
Tujuan diterapkannya pengaturan lampu lalu lintas adalah:
6
1. Menciptakan pergerakan-pergerakan dan hak berjalan secara bergantian dan teratur. 2. Hirarki rute bisa dilaksanakan : rute utama diusahakan untuk mengalami kelambatan (delay) minimal. 3. Mengurangi terjadinya kecelakaan dan kelambatan lalu lintas. 4. Memberikan mekanisme pengaturan lalu lintas yang lebih efektif dan murah dibandingkan pengaturan manual. Secara default , setiap lampu lalu lintas akan mengatur laju kendaraan yang akan berjalan lurus dan berbelok ke kanan. Sedangkan belok kiri ada lampu lalu lintas atau rambu-rambu lalu lintas lain yang mengatur belokan ke kiri, apabila tidak ada maka belok ke kiri mengikuti nyala lampu berjalan lurus.
Gambar 2. Lampu Lalu Lintas
X.
Metodologi Penelitian
7
Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai metodologi yang digunakan dalam penelitian. Secara umum metode yang dilakukan untuk mencapai tujuan dari tugas akhir ini adalah: 1) Penentuan Kepadatan Lalu Lintas Kepadatan lalu lintas dikategorikan sedikit apabila jumlah kendaraan memenuhi kurang dari 25% suatu simpang jalan. Kepadatan lalu lintas dikategorikan sedang apabila jumlah kendaraan memenuhi kurang dari 75% suatu simpang jalan. Kepadatan lalu lintas dikategorikan banyak apabila jumlah kendaraan memenuhi lebih dari 75% suatu simpang jalan. Kepadatan tidak ada apabila tidak ada kendaraan pada suatu simpang jalan . 2) Penentuan Logika Lampu Lalu Lintas Logika lampu lalu lintas yang digunakan adalah logika persi mpangan dengan tiga lampu lalu lintas. 3) Penentuan Waktu Lampu Lalu Lintas Waktu maksimal nyala lampu hijau pada masing-masing persimpangan jalan tentu berbeda, tergantung panjang jalan dan kecepatan rata-rata kendaraan. Misalnya rata-rata kendaraan saat keadaan padat di lampu merah pada suatu jalur adalah 6 km/jam = 6000 m/jam = 100 m/menit. Didapatkan rumus :
……(1) Ketiga langkah tersebut merupakan prosedur penelitian tugas akhir secara umum. Prosedur selengkapnya akan dijelaskan pada bagian berikut ini.
Langkah-langkah Penelitian
Prototype Smart Traffic Light memerlukan tahapan – tahapan perkerjaan yang urut dan sistematis, serta dilakukan beberapa kali pengambilan data agar didapatkan logika pengontrolan lampu lalu lintas yang sesuai. Prototype Smart Traffic Light menggunakan software Arduino Integrated Development Environment (IDE) 1.5.7 dengan metodologi penelitian yang dijelaskan s ebagai berikut.
8
1.
Gambar 3. Flowchart langkah-langkah penelitian Studi Literatur Studi literatur dilakukan dengan cara mengumpulkan informasi dan referensi yang terkait dengan pembuatan prototype Smart Traffic Light . Hal ini dilakukan untuk menguatkan pengetahuan penulis dalam merancang protoype. Selain itu studi literatur ini juga mempermudah dalam proses selanjutnya di dalam pembuatan prototype ini.
9
2.
Pembuatan Desain Prototype
Pembuatan desain prototype yang dilakukan oleh penulis berupa pembuatan desain pertigaan jalan menggunakan software Corel Draw untuk menentukan panjang jalan dan jarak antar saklar. Selain itu juga dibutuhkan blok diagram dari prototype yang akan dibuat untuk mengetahui komponen yang akan digunakan dalam sistem kontrol. Berikut adalah desain prototype :
3.
Penentuan Kepadatan Lalu Lintas
Dalam rencana pembuatan prototype ini kepadatan lalu lintas dikategorikan dalam 4 jenis yaitu dikategorikan normal jika kendaraan berada diantara lampu lalu lintas dan saklar pertama. Dikategorikan sedikit padat apabila kendaraan berada diantara saklar pertama dan saklar kedua. Dikategorikan sedang apabila kendaraan berada diantara saklar kedua dan ketiga. Dan dikategorikan sangat padat apabila kendaraan berada pada posisi melebihi saklar ketiga.
4.
Penentuan Logika Lampu Lalu Lintas
10
Penentuan logika lampu lalu lintas yang dilakukan adalah menentukan nyala lampu lalu lintas di masing-masing jalan pada pertigaan. Secara umum logika nyala lampunya adalah sebagai berikut
Tabel 1. Tabel logika nyala lampu lalu lintas Simpang 1
5.
Simpang 2
Simpang 3
Kuning
Merah
Merah
Hijau
Merah
Merah
Kuning
Merah
Merah
Merah
Kuning
Merah
Merah
Hijau
Merah
Merah
Kuning
Merah
Merah
Merah
Kuning
Merah
Merah
Hiju
Merah
Merah
Kuning
Penentuan Waktu Lampu Lalu Lintas
Logika nyala lampu yang telah didapat kemudian diolah dengan memberikan durasi waktu pada masing-masing nyala lampu merah, kuning, dan hijau. Durasi waktu yang dihasilkan berdasar pada masukan yang diberikan oleh saklar sehingga memberikan durasi yang berbeda-beda. Untuk durasi nyala lampu kuning adalah 3 detik. Durasi nyala lampu hijau adalah berdasarkan kondisi saklar dengan kelipatan 20 detik. Sedangkan nyala lampu merah adalah penjumlahan dari durasi nyala lampu kuning dan hijau.
6.
Percobaan Program Prototype Smart Traffic Light
Percobaan
program
ini
adalah
proses
mencoba
memasukan
variabelvariabel yang telah ditentukan ke dalam rangkaian yang telah dibuat untuk kemudian diprogram. Apabila terjadi error dan ketidaksesuain hasil yang diinginkan maka akan dilakukan lagi peninjauan variabel hingga diperoleh hasil yang sesuai. List Program :
11
#define segA 1 #define segB 2 #define segC 3 #define segD 4 #define segE 5 #define segF 6 #define segG 7 #define segDP 8 int led1 = 9 ; int led2 = 10 ; int led3 = 11 ; byte segments[20] = { B00000000, //0 B00001000, //1 B00000100, //2 B00001100, //3 B00000010, //4 B00001010, //5 B00000110, //6 B00001110, //7 B00000001, //8 B00001001, //9 B10000000, //0 B10001000, //1
12
B10000100, //2 B10001100, //3 B10000010, //4 B10001010, //5 B10000110, //6 B10001110, //7 B10000001, //8 B10001001 //9 }; byte segment[10] = { B00000000, //0 B00001000, //1 B00000100, //2 B00001100, //3 B00000010, //4 B00001010, //5 B00000110, //6 B00001110, //7 B00000001, //8 B00001001 //9 }; void setup() { pinMode(segA, OUTPUT); pinMode(segB, OUTPUT);
13
pinMode(segC, OUTPUT); pinMode(segD, OUTPUT); pinMode(segE, OUTPUT); pinMode(segF, OUTPUT); pinMode(segG, OUTPUT); pinMode(segDP, OUTPUT); pinMode(led1, OUTPUT); pinMode(led2, OUTPUT); pinMode(led3, OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(led1, HIGH); for (int h = 20; h > 0; --h) { Display(h - 1); delay(500); } digitalWrite(led1, LOW); digitalWrite(led2, HIGH); delay(1000); digitalWrite(led2, LOW); digitalWrite(led3, HIGH); for (int i = 10; i > 0; --i) { Dispa(i - 1); delay(500);
14
} digitalWrite(led3, LOW); digitalWrite(led2, HIGH); delay(1000); digitalWrite(led2, LOW); } void Display(int number) { byte segs = segments[number]; digitalWrite(segA, bitRead(segs, 0)); digitalWrite(segB, bitRead(segs, 1)); digitalWrite(segC, bitRead(segs, 2)); digitalWrite(segD, bitRead(segs, 3)); digitalWrite(segE, bitRead(segs, 4)); digitalWrite(segF, bitRead(segs, 5)); digitalWrite(segG, bitRead(segs, 6)); digitalWrite(segDP, bitRead(segs, 7)); } void Dispa(int number) { byte segs = segment[number]; digitalWrite(segA, bitRead(segs, 0)); digitalWrite(segB, bitRead(segs, 1)); digitalWrite(segC, bitRead(segs, 2)); digitalWrite(segD, bitRead(segs, 3)); digitalWrite(segE, bitRead(segs, 4));
15
digitalWrite(segF, bitRead(segs, 5)); digitalWrite(segG, bitRead(segs, 6)); digitalWrite(segDP, bitRead(segs, 7)); }
7.
Hasil Program
Hasil program yang didapat mampu mengatur lampu lalu lintas sesuai dengan kondisi saklar yang telah ditentukan. Sehingga program ini mampu menjawab permasalahan yang telah dirumuskan sebelumnya.
8.
Analisa Hasil Program
Analisa hasil program diperoleh ketika program telah selesai dibuat. Kemudian program tersebut dibandingkan dengan logika yang digunakan pada pengaturan lampu lalu lintas secara konvensional.
9.
Pembuatan Prototype
Pembuatan prototype ini akan mengkombinasikan rangkaian yang telah dibuat dengan miniatur keadaan nyata di pertigaan jalan. Agar prototype terlihat seperti keadaan yang sesungguhnya.
10. Kesimpulan dan Saran
Berdasarkan data-data yang telah diperoleh selama percobaan serta analisa terhadap hasil Prototype Smart Traffic Light , maka ditarik sebuah kesimpulan sebagai jawaban atas permasalahan yang diajukan pada tugas akhir ini. Setelah itu
akan
diberikan
saran
untuk
percobaan
selanjutnya
yang
akan
mengembangkan prototype ini.
F lowchart Program
16
Gambar 2. Flowchart program 1. Inisialisasi sistem
Inisialisasi sistem yang diperlukan dalam penelitian ini adalah mengukur dan menentukan panjang jalan sebagai sampel.
2. Cek kepadatan persimpangan
Setelah menginisialisasi sistem, mengecek kepadatan simpangan dengan membandingkan antara jumlah kendaraan dengan panjang ja lan yang dijadikan
17
sampel. Aturan dari kepadatan persimpangan ini seperti pada penjelasan sebelumnya.
3. Pembandingan 3 persimpangan
Pembandingan 3 persimpangan ini bertujuan untuk menentukan waktu lamanya lampu hijau menyala pada setiap simpangan. Simpangan yang kepadatannya tinggi tentu berbeda waktu lamanya lampu hijau menyala dengan simpangan yang kepadatannya rendah. Perbandingan ini selain menentukan lamanya lampu hijau menyala, juga menentukan lamanya lampu merah menyala namun pada persimpangan lainnya.
4. Pengaturan waktu traffic light
Set waktu traffic light proses mendapatkan hasil dari pembandingan 3 persimpangan.
Waktu
maksimal
lampu
hijau
pada
masing-masing
persimpangan jalan tentu berbeda tergantung panjang jalan dan kecepatan ratarata kendaraan.
5. Jalankan traffi c light
Menjalankan hasil berupa tampilan pada LED ( Light Emitting Diode) yang telah dirangkai menyerupai lampu lalu lintas, yang mana lampu lalu lintas tersebut telah diprogram menurut hasil dari proses sebelumnya.
18
XI. Daftar Pustaka 1.
Thakara, Vishakha S., dkk. 2013. Design of Smart Traffi c Light Controller Using Embedded System. Gokhale Education Societies College Of
Engineering : India. 2.
Windarto dan Muhammad Haekal, 2012. Aplikasi Pengatur Lampu Lalu Lintas Berbasis Arduino Mega 2560 Menggunakan Light Dependent Resistor. Universitas Budi Luhur : Jakarta Selatan.
3.
Simanjuntak, Novan Parmonangan, 2012. Aplikasi Fuzzy Logic Controller pada Pengontrolan Lampu Lalu Lintas. Institut Teknologi Bandung :
Bandung. 4.
Aburizal, 2012. Sistem Lalu Lintas Cerdas dan Adaptif. http://www.gruprobot.com/ui-rancang-sistem-lalu-lintascerdasdanadaptif.html (diunduh pada tanggal 11 November 2014 pukul : 16.17 WIB).
5.
Yudanto, Adhitya Yoga, dkk, 2013. Optimalisasi Lampu Lalu Lintas dengan
Fuzzy Logic. Universitas Multimedia Nusantara : Tangerang.
19
