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