Aplikasi yang akan dibahas adalah aplikasi mikrokontroler sebagai penghitung kecepatan benda yang melewati dua buah sensor sebagai penghitung waktu tempuh benda tersebut, kemudian mengkonversikannya dalam satuan meter per detik (m/s). Sehingga kedua sensor tersebut berfungsi sebagai pengganti stopwatch, yang pada sensor pertama menjalankan timer dan pada sensor yang kedua menghentikan timer (Hold Timer).

Alat ini bisa digunakan pada jalan raya yang kecepatan kendaraan bermotor tidak boleh dari kecepatan yang telah ditentukan pada rambu lalu-lintas. Sehingga dapat mendeteksi kecepatan kendaraan tersebut dari tepi jalan raya. Sensor menggunakan dua dioda laser sebagai sumber cahaya yang dipasang ditepi jalan sehingga ketika benda melewati sensor pertama maka mikrokontroler akan menghidupkan timer, kemudian setelah benda menyentuh sensor yang kedua maka akan memberikan mikrokontroler akan menghentikan timer dan mengambil datanya. Setelah data tersebut diperoleh maka mikrokontroler akan mengkonversikannya dalam satuan meter per detik (m/s) dan menampilkannya ke LCD (Liquid Crystal Display).

Pada Gambar 1. akan diperlihatkan blok diagram satu garis dari sistem pendeteksi kecepatan benda .

Schema Rangkaian dapat dilihat di Gambar 2.

Program pendeteksi kecepatan benda

Sensor

Jarak antara kedua transceiver yang telah ditentukan pada pendeteksi kecepatan benda ini adalah 10 cm. Pada perancangan Pendeteksi Kecepatan Benda yang digunakan sebagai penerima adalah sensor fotodioda yang sensitif terhadap cahaya, jika fotodioda ini terkena cahaya maka akan meningkatkan jumlah pembawa minoritas dan arus baliknya makin besar. Sedangkan pemancar yang digunakan adalah suatu perangkat yang dapat memancarkan cahaya dan dapat tetap fokus pada jarak yang cukup jauh seperti dioda laser, karena dioda laser tetap fokus atau cahayanya tidak menyebar meskipun dipancarkan ataupun dipantulkan pada jarak yang jauh menuju penerima cahaya laser tersebut.

Bagian Pemancar

Pada bagian sumber cahaya (TX) menggunakan dua buah dioda laser yang jarak antara kedua pemancar cahaya tersebut telah ditentukan yaitu 10 cm yang akan digunakan pada saat perhitungan konversi mikrokontroler dalam satuan meter per detik (m/s).

Dioda laser digunakan karena pancaran cahaya dioda laser (laser Pointer) ini tidak menyebar dan cahayanya dapat difokuskan pada penerimanya. Dioda laser juga dapat dipancarkan fokus sampai pada jarak yang cukup jauh sekitar 16 meter, dan ini mencukupi jika suatu saat alat pendeteksi kecepatan benda ini akan diterapkan di jalan raya. Agar pemancar cahaya yang digunakan fokus dan tidak ada penyebaran cahaya yang meluas dari titik fokus, maka digunakan dioda laser. Dioda laser dapat memancarkan cahaya yang kuat untuk dipantulkan kembali ke arah penerima dengan menggunakan lensa kemudian difokuskan pada bagian penerima karena arah pantulannya harus tepat mengenai bagian permukaan penerimanya. Gambar 1.

Bagian Penerima

Pada bagian penerima cahaya sumber dari laser dioda menggunakan komponen optoelektronik fotodioda. Fotodioda merupakan komponen optoelektronik yang sensitif terhadap cahaya, jika fotodioda ini terkena cahaya maka akan meningkatkan jumlah pembawa minoritas dan arus baliknya makin besar.

Gambar 3

Penerima terdiri dari bahan peka cahaya yang dapat memberikan keluaran untuk dapat disalurkan untuk dapat diolah lebih lanjut, komponen peka cahaya ini menggunakan fotodioda yang mempunyai sifat apabila terkena cahaya maka akan melewatkan arus balik, sehingga keluarannya menjadi sekitar 0,02 volt. Jika fotodioda sebelum terkena cahaya tegangan pada titik tengah antara fotodioda dan R1 adalah 4,7 volt.

Penggunaan sensor fotodioda pada aplikasi yang menggunakan mikrokontroler, dan mikrokontroler tersebut merupakan piranti digital yang hanya mampu menerima logika 1 (5 Volt) dan logika 0 (0 Volt). Pada rangkaian penerima laser tersebut keluarannya bernilai 0,02 volt jika terkena cahaya dan pada saat tidak terkena cahaya laser bernilai 4,7 volt. Untuk mampu memberikan masukan pada mikrokontroler, maka pada saat cahaya laser terhalang seharusnya keluaran sensor menuju mikrokontroler harus bernilai nol (0) dan pada saat tidak terhalang keluaran sensor bernilai high (1), agar mikrokontroler dapat bekerja jika cahaya laser tersentuh atau terhalang obyek yang melewati kedua sensor.

Untuk mengatasi keluarannya berbanding terbalik sehingga keluarannya dapat dideteksi oleh mikrokontroler, maka digunakan konfigurasi seperti berikut:

1. Keluaran dari fotodioda agar menjadi tidak linear dan berbanding terbalik dari keluaran sebelumnya yaitu dengan memasukkan keluaran fotodioda ke gerbang NAND.

Gambar 3

Jika keluaran sensor penerima sebelum menggunakan gerbang NAND yaitu saat cahaya laser tidak terhalang benda = 0,02 volt dan cahaya laser terhalang benda = 4,7 volt, setelah menggunakan gerbang NAND menjadi cahaya laser tidak terhalang benda = 5 volt dan cahaya laser terhalang benda = 0 volt. Dan ini mampu dideteksi oleh mikrokontroler karena telah berlogika low (0) dan high (1). Gerbang NAND di sini menggunakan IC 74HCT132 yang di dalamnya terdapat 4 buah gerbang NAND yang mempunyai 2 masukan dari setiap gerbang NAND.

1. Bentuk fisik fotodioda dibungkus memanjang dengan sebuah bahan yang menyerap cahaya dan berwarna hitam dan diberi lubang sebesar lingkaran sensor fotodioda seperti terlihat pada Gambar 3. Hal ini berfungsi untuk menghindari cahaya luar masuk seperti lampu-lampu pada ruangan, sinar matahari dan sumber-sumber cahaya lainya.

Mikrokontroler AT89S51

Pada sistem Pendeteksi Kecepatan Benda, mikrokontroler digunakan untuk mengatur jalannya sistem, yaitu penghitungan data timer yang bekerja di dalam mikrokontroler pada saat benda melewati sensor pertama dan pengambilan data timer saat benda menyentuh sensor kedua kemudian menampilkannya pada LCD.

Liquid Crystal Display (LCD)

LCD merupakan penampil yang digunakan untuk memberikan informasi bagi pengguna alat. LCD ada yang mempunyai satu baris dan ada yang dua baris, LCD satu baris disebut LCD 1 x 16 dan LCD dua baris biasa disebut LCD 2 x 16, 16 menunjukkan banyaknya karakter yang dapat ditampilkan dalam setiap baris. Pada sistem Pendeteksi Kecepatan Benda digunakan sebagai penampil hasil dari kecepatan benda yang melewati sensor dalam satuan meter per detik.

Pada Gambar 3.8 merupakan antarmuka LCD 2×16 M1632 dengan menggunakan mode antarmuka 8 bit. Berikut beberapa hal yang perlu diperhatikan : LCD selalu berada pada kondisi tulis (Write), dengan menghubungkan kaki R/W ke Ground. Hal ini dimaksudkan agar LCD tersebut tidak pernah mengeluarkan data (kondisi baca) yang mana data tersebut akan bertabrakan dengan data komponen lain di jalur bus.

Perangkat Lunak

Sistem kerja utama dari Pendeteksi Kecepatan Benda ini adalah mendeteksi benda yang melewati sensor. Sensor yang digunakan untuk mendeteksi benda dinamakan sensor_1 dan sensor_2, sensor_1 berfungsi untuk mendeteksi benda yang menghalangi cahaya laser dan jika cahaya laser pada sensor_1 terhalang oleh benda maka mikrokontroler akan menjalankan timer, kemudian jika benda tersebut bergerak menuju sensor_2 dan menghalangi cahaya laser pada sensor_2 maka mikrokontroler akan menghentikan timer dan membandingkan waktu yang diperoleh dengan jarak antara kedua sensor yaitu 10 cm. Setelah didapat hasilnya mikrokontroler akan menampilkannya ke dalam LCD.

Gambar 1

Dari Gambar 1 dapat dilihat sistem kerja Pendeteksi Kecepatan Benda, pertama-tama benda bergerak menghalangi cahaya laser sensor_1 dan menuju sensor_2. Pada saat inilah mikrokontroler AT89S51 mengambil waktu tempuh antara pergerakan benda dari sensor_1 menuju sensor_2 dalam satuan mikrodetik, misalnya jika waktu tempuh benda dari sensor_1 ke sensor_2 adalah 100.000 mikrodetik maka dari hasil perhitungannya dengan menggunakan asumsi, jika :

• Jarak antara sensor_1 dan sensor_2 adalah 1 meter maka untuk kecepatan benda 1 m/s memerlukan waktu 1 detik atau 1.000.000 mikrodetik.

• Jarak antara sensor_1 dan sensor_2 adalah 10 centimeter maka untuk kecepatan benda 1 m/s diperlukan waktu tempuh 0,1 detik atau 100.000 mikrodetik.

Sehingga dapat diperoleh perhitungan pada mikrokontroler adalah :

Kecepatan

Dengan demikian mikrokontroler untuk mendeteksi benda dengan kecepatan 1 m/s dengan jarak antara sensor_1 dan sensor_2 adalah 10 cm, berarti waktu tempuh benda dari sensor_1 ke sensor_2 adalah 100.000 mikrodetik. Dengan menggunakan perhitungan inilah mikrokontroler AT89S51 dapat mendeteksi kecepatan benda yang melewati kedua sensor yang jarak antara sensor_1 dan sensor_2 telah ditentukan yaitu 10 centimeter. Gambar 1

Cara kerja dari sistem Pendeteksi Kecepatan Benda dimulai dari starting program (reset) yang diteruskan dengan mendeteksi kondisi sensor secara terus menerus (looping), apabila logika pada sensor 1 berubah, maka algoritma akan meneruskan ke perintah selanjutnya yaitu menjalankan timer 0. Setelah membandingkan keadaan timer 0 sambil menunggu keadaan sensor 2, jika keadaan sensor 2 berubah maka mikrokontroler akan menampilkan hasilnya pada LCD. Untuk lebih jelasnya algoritma pemrograman dapat ditampilkan diagram alir pada Gambar 4

Dapat diambil beberapa kesimpulan :

1. Nilai deviasi standar terkecil terdapat pada pendeteksian kecepatan benda pada kecepatan 5 Km/Jam. Pada saat pengukuran kecepatan ini yang paling baik perolehan nilai deviasi standarnya yaitu 0,478 Km/Jam.

2. Nilai deviasi standar terbesar terdapat pada pendeteksian kecepatan benda pada kecepatan 60 Km/Jam. Pada saat pengukuran kecepatan ini yang paling jelek perolehan nilai deviasi standarnya yaitu 1,147 Km/Jam.

3. Semakin tinggi kecepatan benda maka semakin tinggi pula nilai penyimpangan yang dihitung, ini dikarenakan respon dari kedua sensor dari kedua sensor transceiver dan peletakan sensor antara keduanya yang terlalu dekat.