RANCANG BANGUN TRAVELATOR HEMAT ENERGI BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S51

Ma’mun Fauzi, ST.1, Dr. Hamzah Afandi, ST., MT.2, Erma Triawati Ch., ST., MT.3

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Gunadarma Jl. Margonda Raya No. 100 Depok 16424

e-mail: 1mamunfauzi@gmail.com, 2hamzah@staff.gunadarma.ac.id, 3ermach@staff.gunadarma.ac.id

ABSTRAKSI Rangkaian travelator hemat energi berbasis mikrokontroler AT89S51 ini merupakan suatu alat yang berfungsi untuk mengangkut manusia atau barang dari satu tempat ke tempat yang lain dengan kemiringan sekitar 45 derajat dikendalikan secara otomatis. Tujuannya yaitu mengembangkan travelator yang sudah ada dengan cara otomatisasi pergerakan travelator tersebut berdasarkan pergerakan manusia atau adanya barang yang dibuat ke dalam sebuah prototype travelator hemat energi. Adapun alat ini terdiri dari beberapa blok rangkaian. Diantaranya yaitu rangkaian catu daya dengan keluaran 5V, rangkaian sensor inframerah dan rangkaian switch sebagai masukan, rangkaian pengontrol dengan menggunakan AT89S51 dan rangkaian motor DC sebagai keluaran. Kondisi alat ini ketika switch berada pada posisi bawah ke atas, maka ketika sensor bawah mendeteksi adanya gerakan dari manusia/barang, motor bergerak naik (berlawanan arah jarum jam), motor akan terus bergerak sampai ketika sensor atas mendeteksi adanya gerakan dari manusia/barang, selama motor bergerak dan jika sensor bawah mendeteksi adanya gerakan dari manusia/barang maka motor akan terus bergerak sampai manusia/barang yang paling terakhir yang melewati sensor bawah telah melewati sensor atas. Begitu juga sebaliknya. Tanggal Pembuatan: 06 September 2011

1. PENDAHULUAN

Travelator (dapat disebut sebagai moving walkway (British), moving sidewalk (American), eskalator horisontal, walkalator, autowalk dan movator) [1] merupakan sebuah mekanisme conveyor yang bergerak secara perlahan atau lambat yang berfungsi mengangkut manusia dari satu tempat ke tempat lain, baik dipasang secara bidang horisontal maupun miring. Travelator sering dipasang secara berpasangan, yakni satu untuk setiap arahnya.

Pada kenyataannya sebuah travelator tidak selalu digunakan untuk mengangkut manusia saja melainkan barang juga seperti pada kebanyakan pusat perbelanjaan di berbagai tempat ataupun di bandara. Dan juga pemasangan travelator tidak selalu dipasang secara berpasangan.

Penggunaan travelator sama halnya dengan eskalator yaitu untuk mempermudah dalam perpindahan posisi dari satu tempat ke tempat yang lain. Tetapi travelator ini mempunyai bentuk yang berbeda dengan eskalator yakni jika travelator mempunyai permukaan yang lurus pada pijakan kakinya sehingga sebuah troly dapat diangkut sedangkan eskalator merupakan tangga yang berjalan jadi hanya manusia saja yang dapat diangkut.

Pemasangan travelator sekarang pada pusat perbelanjaan ataupun bandara menggunakan sumber listrik yang begitu besar yang bersumber dari PLN. Berhubung listrik merupakan kebutuhan primer bagi setiap manusia perlu dilakukan suatu perbuatan yang bijak agar sumber listrik tersebut dapat digunakan se-hemat dan se-

efisien mungkin supaya listrik tersebut tetap dapat dirasakan secara menyeluruh dan dalam waktu yang lama. Perbuatan yang bijak tentu dapat kita lakukan dari segi apapun. Dalam penelitian ini, menitikberatkan pada konsumsi listrik pada travelator yang sudah ada.

Oleh karena itu, travelator biasa yang sudah ada dirasa kurang efisien, sebab travelator tetap bekerja walaupun travelator tersebut tidak digunakan. Jika hal ini dibiarkan secara terus menerus maka sangatlah kurang efisien dan tentu saja boros energi.

Dari permasalahan diatas maka dibuat simulasi travelator hemat energi berbasis mikrokontroler AT89S51 dalam pengontrolnya. Penggunaan mikrokontroler dikarenakan tersedianya mikroprosesor, I/O pendukung, memori dalam satu chip IC [2]. Dan juga karena konsumsi daya rendah serta murah dan mudah di dapat dipasaran. Pemilihan mikrokontroler AT89S51 dikarenakan populernya jenis mikrokontroler ini dan juga karena keistimewaan dari segi perangkat keras [3].

Dalam makalah ini dibahas mengenai perancangan sebuah travelator hemat energi dua arah berupa otomatisasi pergerakan travelatornya berdasarkan pergerakan manusia atau adanya barang dan tentu saja berimbas pada biaya menjadi murah dalam hal maintenance-nya. Kinerja travelator secara garis besar digambarkan dengan blok diagram sebagai berikut.

Gambar 1.1 Blok Diagram Travelator

Hemat Energi Berbasis Mikrokontroler AT89S51

2. LANDASAN TEORI 2.1 Light Emitter Diode (LED)

Inframerah [4] 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 dialiri arus. Intensitas cahaya yang dikeluarkan oleh LED inframerah tergantung arus yang mengalir pada LED inframerah tersebut.

Semakin besar arus yang melalui LED inframerah 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.

2.2 Photodioda [4]

Photodioda adalah sebuah dioda semikonduktor yang berfungsi sebagai sensor cahaya. Photodioda memiliki hambatan yang sangat tinggi ketika dibias mundur. Hambatan ini akan berkurang ketika photodioda disinari cahaya dengan panjang gelombang yang tepat. Karena itu, pada bias mundur, photodioda dapat digunakan sebagai detektor dengan memonitoring arus yang mengalir melaluinya.

2.3 Saklar [5]

Saklar adalah sebuah perangkat yang digunakan untuk memutuskan jaringan listrik, atau untuk menghubungkannya. Jadi saklar pada dasarnya adalah alat penyambung atau pemutus aliran listrik. Selain untuk jaringan listrik arus kuat, saklar berbentuk kecil juga dipakai untuk alat komponen elektronika arus lemah. Secara sederhana, saklar terdiri dari dua bilah logam yang menempel pada suatu rangkaian, dan bisa terhubung atau terpisah sesuai dengan keadaan sambung (on) atau

putus (off) dalam rangkaian itu. Material kontak sambungan umumnya dipilih agar supaya tahan terhadap korosi. Kalau logam yang dipakai terbuat dari bahan oksida biasa, maka saklar akan sering tidak bekerja. Untuk mengurangi efek korosi ini, paling tidak logam kontaknya harus disepuh dengan logam anti korosi dan anti karat. Pada dasarnya saklar tombol bisa diaplikasikan untuk sensor mekanik, karena alat ini bisa dipakai pada mikrokontroler untuk pengaturan rangkaian pengontrolan.

2.4 Mikrokontroler AT89S51 [4]

Mikrokontroler AT89S51 merupakan salah satu jenis mikrokontroler CMOS 8 bit yang memiliki performa yang tinggi dengan disipasi daya yang rendah, cocok dengan produk MCS-51. Kemudian memiliki sistem pemograman kembali flash memori 4 Kbyte dengan daya tahan 1000 kali write/erase.

Disamping itu terdapat RAM Internal dengan kapasitas 128 x 8 bit. Dan frekuensi pengoperasian hingga 24 MHz. Mikrokontroler ini juga memiliki 32 port I/O yang terbagi menjadi 4 buah port dengan 8 jalur I/O, kemudian terdapat pula Sebuah port serial dengan kontrol serial full duplex, dua timer/counter 16 bit dan sebuah osilator internal dan rangkaian pewaktu.

Mikrokontroler ini memiliki 40 konfigurasi pin. Fungsi dari tiap – tiap dapat dikelompokkan menjadi sumber tegangan, kristal, kontrol, dan input-output.

2.5 Motor DC [10]

Motor DC terdiri dari beberapa jenis yakni: a. Motor DC Brush

Motor DC brush adalah motor DC sikat, motor DC ini seperti motor DC yang digunakan pada mainan anak-anak yaitu tamiya, pemutar tape yang menggunakan motor DC dll. Sikat ini terdapat didalam motor DC itu sendiri yang berfungsi untuk

memutar bagian rotor. Motor DC sikat ini tidak bertahan lama disebabkan sering pemakaian.

b. Motor DC Brushless

Motor DC brushless adalah motor DC tanpa sikat, motor DC ini pada umumnya mempunyai 3 kabel atau lebih dan 3 kabel ini dihubungkan ke rangkaian DC converter sebagai drivernya. Prinsip untuk memutar motor DC brushless hampir sama dengan motor AC 3 fasa. Motor DC brushless ini selalu disertai dengan drivernya seperti motor DC vexta.

c. Motor DC Stepper

Motor DC stepper adalah motor DC yang mempunyai jumlah kutub magnet yang banyak. Motor DC stepper ini memiliki torsi yang rendah dan membutuhkan arus yang besar. Motor DC jenis ini bisa disebut motor digital atau bisa disebut dengan motor yang memiliki kepresisian yang akurat.

2.6 Rasio Roda Gigi (Gear) dan Gearbox

Rasio gear (roda gigi) adalah hubungan antara jumlah gigi pada dua roda gigi yang dihubungkan atau dua sprocket terhubung dengan rantai rol, atau keliling dua katrol yang dihubungkan dengan sabuk [11].

Sedangkan gearbox adalah sebuah sistem tertutup dari roda gigi (gear) yang mentransmisikan energi mekanik dari penggerak utama ke perangkat output. Gearbox juga dapat mengubah kecepatan, arah, atau torsi energi mekanik [12].

3. PERANCANGAN ALAT

Dalam perancangan travelator ini terdiri dari beberapa blok rangkaian yang memiliki fungsi dan cara kerjanya masing – masing. Setiap blok rangkaian memiliki fungsi yang berbeda namun saling berinteraksi untuk dapat bekerja dengan baik.

3.1 Rangkaian Catu Daya Catu daya sangat diperlukan dalam

perancangan alat ini, karena tanpa catu daya alat ini tidak dapat bekerja. Jenis rangkaian catu daya gelombang penuh (fullwave) ini dengan mengunakan trafo simetris. Tegangan DC yang dihasilkan +5V (untuk mikrokontroler, motor driver, sensor inframerah dan motor DC).

3.2 Rangkaian Sensor Inframerah

Pada perancangan alat ini sensor yang digunakan adalah dioda yang peka terhadap sinar terutama sinar inframerah atau yang biasa disebut dengan photodioda. Led inframerah berfungsi sebagai pemancar cahaya inframerah dan photodioda sebagai penerima. Apabila sinar yang dipancarkan oleh led inframerah mengenai photodioda maka photodioda akan mengalir arus reverse yang tergantung pada suhu dan intensitas cahaya inframerah yang mengenai photodioda. Semakin dekat jarak antara led inframerah terhadap photodioda, maka intensitas cahaya inframerah yang diterima akan semakin besar dan arus reverse yang dihasilkan semakin besar.

3.3 Switch

Pada perancangan alat ini digunakan switch yang berfungsi untuk menentukan arah pergerakan motor DC.

3.4 Rangkaian Mikrokontroler

Mikrokontroler sebagai pengontrol utama dari keseluruhan rangkaian, dimana sebagai pengontrol digunakan IC mikrokontroler AT89S51. Pada perancangan alat ini digunakakan port 0 (P0), port 2 (P2) dan port 3 (P3).

3.5 Rangkaian Motor DC

Keluaran pada alat ini adalah pergerakan motor DC yang akan menggerakan travelator. Motor DC membutuhkan suatu driver yang akan mengatur pergerakan motor DC tersebut. Pada alat ini digunakan driver motor jenis L298 yang mampu menerima 2 masukan dan 2 keluaran. Keluaran dari port 2.0 dan 2.1 pada mikrokontroler terhubung ke IN1 dan IN2 pada driver dan dari OUT1 dan OUT2 pada driver terhubung ke masing-masing port motor DC.

Untuk membuat motor tersebut bergerak maka diberikan data high (1) pada masing-masing keluaran mikrokontroler yaitu pada port 2.0 dan 2.1. Berikut ini adalah data yang diberikan untuk menggerakkan motor DC seperti pada tabel 3.1.

Tabel 3.1 Masukan Untuk Menggerakkan Motor DC Port 2.0 Port 2.1 Keterangan

0 0 Motor berhenti 0 1 Motor bergerak searah jarum jam 1 0 Motor bergerak berlawanan arah jarum jam 1 1 Motor berhenti

3.6 Pengetesan Prototype Travelator

Hemat Energi Berbasis Mikrokontroler AT89S51 Menggunakan Simulasi Multisim v10.1 Didalam makalah ini dilakukan

pengetesan alat menggunakan simulasi.

Tujuannya adalah untuk meminimalisir kesalahan dalam pengerjaan alat. Dalam hal ini digunakan software Multisim v10.1. Untuk melakukan pengetesan simulasi ini, maka terlebih dahulu kita merancang dari rangkaian didalam software tersebut.

Setelah dirancang rangkaiannya selanjutnya kita men-simulasikan rangkaian tersebut agar dapat diketahui apakah sebuah prototype travelator ini dapat berjalan

dengan baik atau tidak. Berikut merupakan gambar dari perancangan tersebut dalam salah satu kondisi yang diuji.

Gambar 3.1 Pengujian Travelator Menggunakan Simulasi

4. ANALISA DAN PEMBAHASAN

Uji coba prototype travelator hemat energi berbasis mikrokontroler AT89S51 ini dengan tujuan untuk mengetahui apakah alat ini berfungsi atau tidak.

4.1 Rangkaian Catu Daya

Sistem kerja keseluruhan dari alat ini menggunakan catu daya dengan tegangan +5V. Tegangan +5V dibutuhkan untuk tegangan masukkan sensor inframerah, mikrokontroler AT89S51 dan sebagai sumber tegangan untuk mengaktifkan motor DC. Tabel 4.1 merupakan hasil dari pengujian catu daya.

Tabel 4.1 Hasil Pengujian Catu Daya Pengambilan

data ke- Titik A

(V) Titik B

(V) Titik C

(V)

1 13.05 16.94 5.02

2 13.03 16.93 5.01

3 13.03 16.93 5.01

4 13.04 16.93 5.01

5 13.03 16.93 5.01

Rata-rata 13.04 16.92 5.01

4.2 Rangkaian Sensor Inframerah Pengambilan data sensor dilakukan

dengan mengubah posisi jarak deteksi sensor yaitu dengan mengubah jarak dari gerakan (dengan menggunakan objek warna putih sesuai dengan datasheet). Pengujian sensor ini ditujukan untuk mengetahui berapa jauhnya jarak jangkauan sensor apakah sensor tersebut masih aktif atau tidak.

Jarak sensor inframerah adalah 5-25 cm sesuai datasheet. Sensor hanya dapat mendeteksi adanya gerakkan sampai jarak ±10 cm, disebabkan pada saat pengambilan data menggunakan tangan (warna coklat) sebagai media untuk menggerakkan sensor inframerah. Sedangkan sensor akan mendeteksi adanya gerakkan sampai jarak 30 cm jika media berwarna putih karena warna putih dapat memantulkan cahaya dengan sempurna.

4.3 Rangkaian Motor DC

Motor DC yang digunakan dalam pembuatan alat ini adalah jenis motor DC brushed aktif high, dimana untuk mengaktifkan tiap – tiap koilnya diberikan tegangan sebesar +5V. Tegangan sebesar +5V ini dihasilkan dari catu daya dan pergerakannya diatur dengan program dari keluaran pengendali mikrokontroler yaitu pada port 2.0 dan port 2.1.

4.4 Pengambilan Data Beban Travelator

Pengambilan data beban digunakan untuk mengetahui seberapa besar beban yang dapat diangkut oleh sebuah prototype travelator hemat energi ini. Pengambilan data dimulai dengan beban yang ringan sampai beban dimana travelator tersebut tidak dapat membawa beban. Pengambilan data beban dilakukan menggunakan dua kondisi yakni ketika travelator bergerak naik dan turun. Pada tabel 4.2 dan 4.3 merupakan hasil dari data beban travelator.

Tabel 4.2 Hasil Pengambilan Data Beban Travelator Ketika Bergerak Naik

Berat Beban (gram) Waktu Tempuh (detik)

14.17 38.7 28.35 40.8 56.70 41.5 250 47.6 500 NN

Tabel 4.3 Hasil Pengambilan Data

Beban Travelator Ketika Bergerak Turun

Berat Beban (gram) Waktu Tempuh (detik)

14.17 36.8 28.35 38.1 56.70 39.3 250 45.7 500 NN

Dari data diatas beban maksimal yang

dapat diangkut oleh travelator adalah sebesar 250 gram. Ketika beban mencapai 500 gram motor tidak dapat mengangkut beban tersebut. Penggunaan berat beban dimulai dari 0.5 ons (14.17 gram), 1 ons (28.35 gram), 2 ons (56.70 gram), 0.25 Kg (250 gram) dan 0.5 Kg (500 gram). Menurut [18] 1 ons setara 28.35 gram.

4.5 Pengambilan Data Otomatisasi

Travelator Pengambilan data ini dilakukan untuk

mengetahui berapa lama waktu yang dibutuhkan travelator bergerak ketika diberikan 3 beban dengan selang waktu antar beban selama 10 detik. Pengambilan data ini menggunakan beban dengan berat 25 gram. Tabel 4.4 dan 4.5 merupakan hasil pengambilan data otomatisasi travelator.

Tabel 4.4 Hasil Pengambilan Data Otomatisasi Travelator Ketika Bergerak

Naik

Data Waktu Tempuh (detik)

Beban ke-1 40.3 Delay 10

Beban ke-2 41.7 Delay 10

Beban ke-3 43.3 Total Waktu 2:25.3

Dari tabel 4.4 diatas, kondisi pertama

dari prototype travelator ini bekerja dengan cara ketika sensor inframerah bawah mendeteksi gerakan dari beban yang pertama, travelator bergerak naik, selang waktu 10 detik, sensor inframerah bawah mendeteksi gerakan dari beban yang ke-2 dan travelator tetap bergerak naik, selang waktu 10 detik berikutnya, sensor inframerah bawah mendeteksi dari beban yang ke-3 dan travelator tetap bergerak naik. Ketika sensor inframerah atas mendeteksi gerakan dari beban ke-1 dan ke-2, travelator tetap bergerak naik sampai ketika sensor inframerah atas mendeteksi gerakan dari beban yang ke-3 baru travelator berhenti bergerak.

Tabel 4.5 Hasil Pengambilan Data

Otomatisasi Travelator Ketika Bergerak Turun

Data Waktu Tempuh (detik)

Beban ke-1 38.7 Delay 10

Beban ke-2 40.1 Delay 10

Beban ke-3 41.9 Total Waktu 2:10.7

Dari tabel 4.5 diatas, kondisi kedua

prototype travelator ini bekerja dengan cara ketika sensor inframerah atas mendeteksi

gerakan dari beban yang pertama, travelator bergerak turun, selang waktu 10 detik, sensor inframerah atas mendeteksi gerakan dari beban yang ke-2 dan travelator tetap bergerak turun, selang waktu 10 detik berikutnya, sensor inframerah atas mendeteksi dari beban yang ke-3 dan travelator tetap bergerak turun. Ketika sensor inframerah bawah mendeteksi gerakan dari beban ke-1 dan ke-2, travelator tetap bergerak turun sampai ketika sensor inframerah bawah mendeteksi gerakan dari beban yang ke-3 baru travelator berhenti bergerak. Singkat kata, prototype travelator pada kondisi pertama akan berhenti bergerak pada saat beban ke-3 yang menyentuh sensor inframerah atas. Begitu juga untuk kondisi kedua.

5. PENUTUP 5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang dapat diambil dari perancangan rangkaian travelator hemat energi berbasis mikrokontroler AT89S51 adalah perancangan alat yang sudah terealisasi dari hasil simulasi sudah mendekati pada kondisi yang diharapkan. Prototype travelator ini pada kondisi naik akan berhenti bergerak pada saat beban ke-3 yang menyentuh sensor inframerah atas. Begitu juga untuk kondisi kedua, akan berhenti bergerak pada saat beban ke-3 yang menyentuh sensor inframerah bawah. Sensor inframerah pada alat ini dapat mendeteksi adanya gerakan sampai jarak 10 cm. Daya yang dihasilkan pada alat ini sesuai perhitungan sebesar 4.53 W dan beban yang dapat dibawa alat ini sebesar 250 gram. Penggunaan tegangan untuk menggerakan motor DC dari hasil pengambilan data sebesar 3.04 V.

5.2 Saran

Agar travelator dapat mengangkut beban yang lebih besar maka pada alat tersebut dapat menggunakan motor DC yang

mempunyai spesifikasi yang lebih besar atau menggunakan gearbox yang mempunyai rasio lebih rendah. DAFTAR PUSTAKA [1] URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Moving_walkway (30/03/2011). [2] URL: http://www.toko-

elektronika.com/tutorial/uc2.html (30/03/2011).

[3] URL: http://manzfaluty05.blog.uns.ac.id/mikrokontroler-at89s51/ (31/03/2011).

[4] A. Rizal Nugraha, Tugas Akhir: “Rancang Bangun Lampu Sinyal dan Pemindah Jalur Otomatis Pada Perjalanan Kereta Api Satu Sepur Menggunakan Mikrokontroler AT89S51”, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Gunadarma, 2009.

[5] URL: http://id.wikipedia.org/wiki/Sakelar (11/06/2011).

[6] Sugiarto, Tugas Akhir: ”Robot Pengikut Garis Berbasis Mikrokontroler AT89S51 (Line Follower Robot)”, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Gunadarma, 2009.

[7] Nurdiana, Tugas Akhir: “Perancangan Simulasi Sistem Konveyor Pengepakan Barang Tercacah Berbasis PLC”, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Gunadarma, 2007.

[8] URL: http://staff.ui.ac.id/internal/040603019/material/DCMotorPaperandQA.pdf (11/06/2011).

[9] URL: http://triatmono.wordpress.com/2007

/07/09/pilih-mana-torsi-vs-power/ (09/07/2011).

[10] URL: http://zulfikarartha.blogspot.com/2010/11/motor-dc-dan-servo.html (11/06/2011).

[11] URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Gear_ratio (08/07/2011). [12] URL:

http://www.toolingu.com/definition-560120-25178-gearbox.html (08/07/2011).

[13] URL: http://www.sap.or.id/Menghitung_Konsumsi_Daya_Penguat_Kelas_B_AB.html (21/08/2011).

[14] URL: http://www.google.co.id/url?sa=t&source=web&cd=9&ved=0CEsQFjAI&url=http%3A%2F%2Fwww.undiksha.ac.id%2Fe-learning%2Fstaff%2Fdsnmateri%2F4%2F2-240.pdf&rct=j&q=menentukan%20besar%20sebuah%20kapasitor%20pada%20catudaya&ei=OJtQTsq_MMfMrQeIx9msAg&usg=AFQjCNF775fOqzPCLX3Me3h0ywL1PY2W2w&sig2=B-xuumugwNcGjoTzBHVpSA&cad=rja (21/08/2011).

[15] URL: http://en.wikipedia.org/wiki/NI_Multisim (10/07/2011).

[16] URL: http://www.musbikhin.com/electronics-workbench-ewb (10/07/2011).

[17] URL: http://www.pololu.com/catalog/product/118/specs#note1 (10/07/2011).

[18] URL: http://www.mail-archive.com/id-gmail@googlegroups.com/msg02133.html (13/07/2011).