Solar Based Automatic Braking System

Jurnal PRAXIS | Vol. 2 | No. 2 | Maret 2020 Solar Based Automatic Braking System Muhammad Meidi Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang muhammadmeidi14@students.unnes.ac.id Esa Apriaskar Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang esa.apariaskar@mail.unnes.ac.id Djuniadi Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang djuniadi@mail.unnes.ac.id Abstract Solar based automatic braking system. This tool is used as an automatic braking system when a vehicle sees an object in front of it. The HC-SR04 ultrasonic sensor is mounted on a system that is used as an object signal receiver, with Arduino as a control to control motor speed and brakes automatically when seeing an object right in front of the vehicle with a certain distance. The braking is carried out using a PWM speed control system, while the driver used for the motorbike is L298N. as clean energy and reduce waste of costs in the use of electricity, this tool uses solar cells as a power source or as a battery charger. Keywords - Automatic braking, HC-SR04 Ultrasonic Sensor, Micro Controler (Arduino Uno), PWM, L298N Motor Driver. Abstrak Solar based automatic braking system. Alat ini digunakan sebagai sistem pengereman otomatis ketika suatu kendaraan melihat ada objek didepan-nya. Sensor ultrasonic HC-SR04 yang dipasang pada sebuah sistem yang digunakan sebagai penerima sinyal objek, dengan arduino sebagai kontrol untuk mengendalikan kecepatan motor serta mengerem secara otomatis ketika melihat objek berada tepat didepan kendaraan dengan jarak tertentu. Pengereman yang dilakukan alat ini menggunakan sistem pengendali kecepatan PWM, sedangkan driver yang digunakan untuk motornya yaitu L298N. sebagai energy bersih dan mengurangi pemborosan biaya dalam penggunaan listrik alat ini menggunakan solar cell sebagai sumber dayanya atau sebagai charger batrenya. Kata kunci: Pengereman otomatis, Sensor Ultrasonik HC-SR04, Micro Controler(Arduino Uno), PWM, Driver Motor L298N. PENDAHULUAN Maraknya terjadi kecelakan akibat yang berjalan tahun 2019 ini, mencatat 5.277 kecelakaan. kelalaian pengemudi sering terjadi disekitar Untuk itu perlu adanya cara atau kita. Data yang didapat dari Kompas.com solusi untuk menyelesaikan masalah tersebut, Pada tahun 2018 lalu, angkanya mencapai yaitu dengan menambahkan sistem pada 36.481 kejadian. Sedangkan pada periode sebuah kendaraan tersebut berupa 155 Jurnal PRAXIS | Vol. 2 | No. 2 | Maret 2020 pengereman secara otomatis, dengan sistem tersebut diharapkan angka kecelakaan dapat berkurang atau bahkan tidak ada lagi kecelakaan kendaraan akibat kelalain pengemudi dalam mengendarai kendaraan. Sistem ini dapat dikembangkannya juga mendukung teknologi baru Gambar 1. Desain alat pada kendaraan tanpa pengemudi atau pengemudi otomatis(auto drive). terutama kendaraan yang berbahan bakar listrik. Karena akan lebih efektif dan efesien menerapkan sistem mengurangi dalam pengemudi tersebut, pemborosan untuk biaya dalam penggunaan listrik, sistem ini menggunakan panel surya saat sensor ultrasonic memancarkan gelombang suara dan Sistem ini dapat diterapkan semua jenis kendaraan Sistem ini bekerja sebagai pembantu dalam pengecasan batre atau aki pada mobil listrik menerima pantulan dari gelombang suara tersebut dan diubah menjadi besaran listrik kemudian besaran listrik tersebut yang besarnya tergantung jarak objek pemantulan dikirimkan kearduino sebagai mikro kontroler yang akan mengatur besaran listrik tersebut, kemudian arduino akan memberikan sinyal hasil olahan besaran listrik dari sensor ultrasonic dengan metode PWM ke driver motor DC L298N sebagai pengatur kecepatan DESAIN SISTEM motor DC tersebut, maka kecepatan motor Perancangan automatic braking sistem ini terinspirasi karena keprihatinan terhadap angka kecelakan yang terjadi, dengan adanya alat ini sebagai miniature atau sebagai akan berubah sesuai jarak yang telah diatur dan akan berhenti pada jarak yang juga telah diatur melalui program mikrokontroler arduino uno. percobaan yang mungkin akan diaplikasi pada semua kendaraan mengurangi angka Sistem dirancang ini maka kecelakaan meliputi akan tersebut. sensor ultrasonic HC-SR04, Arduino nano, diver L298N, Dc motor SENSOR ULTRASONIK HC-SR04 Sensor ultrasonik adalah sebuah sensor yang berfungsi untuk mengubah besaran fisis (bunyi) menjadi besaran listrik dan sebaliknya. 156 Jurnal PRAXIS | Vol. 2 | No. 2 | Maret 2020 Gambar 3. Sensor Ultrasonik HC-SR04 Sensor ultrasonic HC-SR04 merupakan sensor ultrasonik siap pakai, satu alat yang Gambar 2. cara kerja sensor ultrasonik dengan transmitter dan receiver berfungsi sebagai pengirim, penerima, dan pengontrol gelombang ultrasonik. Alat ini Rangkaian sensor ultrasonic terdiri dari 3, bisa digunakan untuk mengukur jarak benda yaitu dari 2cm - 4m dengan akurasi 3mm. Alat ini 1. 2. Piezoelektrik memiliki 4 pin, pin Vcc, Gnd, Trigger, dan Piezoelektrik berfungsi untuk mengubah Echo. Pin Vcc untuk listrik positif dan Gnd energi listrik menjadi energi mekanik. untuk ground-nya. Pin Trigger untuk trigger Transmitter keluarnya sinyal dari sensor dan pin Echo Transmitter adalah sebuah alat yang untuk menangkap sinyal pantul dari benda. berfungsi sebagai pemancar gelombang ultrasonik dengan frekuensi tertentu (misal, sebesar 40 kHz) yang dibangkitkan MICROKONTROLLER (ARDUINO UNO) dari sebuah osilator. 3. Receiver Receiver terdiri dari transduser ultrasonik menggunakan bahan piezoelektrik, yang berfungsi sebagai penerima gelombang pantulan yang berasal dari transmitter yang dikenakan pada permukaan suatu benda atau gelombang langsung LOS (Line of Sight) dari transmitter. Gambar 4. Arduino Mega 157 Jurnal PRAXIS | Vol. 2 | No. 2 | Maret 2020 Arduino adalah jenis software Manfaat penggunaan arduino yaitu: pengendali mikro berupa single board dengan 1. Murah, lisensi open source yang merupakan turunan 2. Operating sistem fleksibel, dari Wiring platform. Memiliki 14 pin input 3. Bahasa program sederhana, dari output digital 4. Open source. dimana 6 pin input tersebut dapat digunakan sebagai output PWM dan 6 pin input analog, 16 MHz Input dan Output osilator kristal, koneksi USB, jack power, Masing-masing dari 14 pin digital di ICSP header, dan tombol reset. Untuk Uno dapat digunakan sebagai input atau mendukung output, mikrokontroler agar dapat dengan menggunakan fungsi digunakan, cukup hanya menghubungkan pinMode (), digitalWrite (), dan digitalRead Board Arduino Uno ke komputer dengan (), beroperasi dengan daya 5 volt. Setiap pin menggunakan kabel USB atau listrik dengan dapat memberikan atau menerima maksimum AC yang-ke adaptor-DC atau baterai untuk 40 mA dan memiliki internal pull-up resistor menjalankannya. Kegunaan arduino ialah (secara default terputus) dari 20-50 kOhms. untuk memudahkan penggunaan rekayasa Selain itu, beberapa pin memiliki fungsi elektronik untuk diaplikasikan pada berbagai khusus: bidang, salah satunya yaitu project ini. Serial: 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan mengirimkan (TX) TTL Daya data serial. Kisaran kebutuhan daya yang PWM: 3, 5, 6, 9, 10, dan 11. Menyediakan disarankan untuk board Uno adalah 7 sampai output dengan 12 volt, jika diberi daya kurang dari 7 analogWrite (). volt kemungkinan pin 5v Uno dapat SPI: 10 (SS), 11 (Mosi), 12 (MISO), 13 beroperasi tetapi tidak stabil kemudian jika (SCK). Pin ini mendukung komunikasi SPI diberi daya lebih dari 12V, regulator menggunakan SPI library. tegangan bisa panas dan dapat merusak board LED: 13. Ada built-in LED terhubung ke pin Uno. digital 13. Ketika pin bernilai nilai HIGH, PWM 8-bit dengan fungsi LED on, ketika pin bernilai LOW, LED off. Uno memiliki 6 masukan analog, berlabel A0 sampai dengan A5, yang masing-masing menyediakan 10 bit dengan resolusi (yaitu 158 Jurnal PRAXIS | Vol. 2 | No. 2 | Maret 2020 1024 nilai yang berbeda). Selain itu, beberapa memiliki 5V ketika tinggi. Apabila Duty pin memiliki fungsi khusus: Cycle atau siklus kerja adalah 100%, maka I2C: A4 (SDA) dan A5 (SCL). Dukungan I2C tegangan (TWI) Sedangkan untuk siklus kerja 50% akan komunikasi menggunakan output akan menjadi 5V. perpustakaan Wire. menjadi 2.5V. Demikian juga apabila siklus Aref. Tegangan referensi (0 sampai 5V saja) kerja 60% maka Tegangan Output analognya untuk input analog. Digunakan dengan fungsi akan menjadi 3V. analogReference (). Reset. Tombol merah Rumus perhitungan tegangan output untuk me-reset mikrokontroler. sinyal PWM ini dapat dilihat seperti persamaan dibawah ini : Vout = Duty Cycle x Vin PWM (Pulse Width Modulation) Suatu teknik modulasi yang mengubah DRIVER MOTOR L298N lebar pulsa (pulse width) dengan nilai Driver motor L298N merupakan frekuensi dan amplitudo yang tetap. PWM module driver motor DC yang paling banyak atau Pulse Width Modulation ini digunakan digunakan atau dipakai di dunia elektronika menghasilkan sinyal analog dari perangkat yang Digital (contohnya dari Mikrokontroller). kecepatan serta arah perputaran motor DC. difungsikan untuk mengontrol sinyal PWM dengan siklus kerja 60% , sinyal IC L298 merupakan sebuah IC tipe H- PWM hanya ON untuk 60% dari suatu bridge yang mampu mengendalikan beban- periode waktu. beban induktif seperti relay, solenoid, motor DC dan motor stepper. Pada IC L298 terdiri dari transistor-transistor logik (TTL) dengan gerbang nand memudahkan Gambar 5. Sinyal PWM yang dalam berfungsi untuk menentukan arah putaran suatu motor dc maupun motor stepper. Untuk menghitung tegangan output sinyal PWM yaitu jika Tegangan output sinyal PWM yang telah diubah menjadi analog akan menjadi persentase dari siklus kerja (Duty Cycle). Misalnya jika tegangan operasi 5V maka sinyal PWM juga akan 159 Jurnal PRAXIS | Vol. 2 | No. 2 | Maret 2020 sehingga menghasilkan tegangan 8.4 v yang dapat mensuplay sistem ini. Sensor ultrasonic yang tersuplay akan mendeteksi objek didepannya, ketika objek terdeteksi dengan jarak 30 cm lebih kecepatan motor tidak akan berubah atau masih tetap, ketika objek terdeteksi dengan jarak kurang dari 30 cm maka kecepatan motor akan menurun, semakin Gambar 6. Pin pin driver motor L298N dekat objek terdeteksi maka kecepatan motor akan semakin menurun dan ketika jarak mencapai 5 cm ke bawah akan terjadilah breaking sistem. Keterangan :     Enable A : berfungsi untuk mengaktifkan Penurunan kecepatan pada motor akan bagian output motor A menggunakan teknik PWM, yaitu teknik Enable B : berfungsi untuk mengaktifkan pengaturan bagian output motor B mengubah nilai duty cycle. Dengan metode Jumper 5vdc : sebagai mode pemilihan PWM ini motor DC diberikan sumber sumber tidak tegangan yang stabil dengan frekuensi kerja dijumper maka akan ke mode sumber yang sama tetapi duty cycle pulsa kontrol tegangan 12 Vdc kecepatan Control Pin : Sebagai kendali perputaran Mekanisme pengaturan ini ditangani oleh dan kecepatan motor yang dihubungkan modul driver motor L298N. Modul driver ke Mikrokontroler L298N digunakan sebagai pengaturarah dan tegangan 5Vdc, jika kecepatan motor DC motor yang dengan bervariasi. kecepatan motor dc, selain itu modul driver PRINSIP KERJA Solar based automatic breaking sistem yang menggunakan sensor ultrasonic HC- motor L298N juga dapat mengontrol 2 buah motor dc dengan arus masing-masing 4A. SR04 ketika dinyalakan dibawah sinar matahari maka sinar tersebut akan menghasilkan listrik dengan tegangan 12v diolah oleh Solar Charger Controler untuk mencharger batre 4.2 v yang disusun seri 160 Jurnal PRAXIS | Vol. 2 | No. 2 | Maret 2020 PENGUKURAN DAN PENGUJIAN Pada sistem pengukurannya ini pengujian dilakukan dan dengan membandingkan kecepatan PWM dengan jarak objek yang diukur menggunakan penggaris. Berikut adalah tabel hasil perbandingan antara kecepatan PWM dengan jarak objek. Table 1. hasil pengukuran dan pengujian Range(cm) Motor speed (%) 100% Gambar 7. Desain rangkaian >=30 (max/normal) >=25 62,7% >=15 29,4% >5 9,8 % <=5 00 (stop) Selisih ketepatan sensor dalam mengukur jarak dengan jarak sesungguhnya yaitu sekitar 1-2 mm, dengan kondisi batre full,, ketika batre mulai lemah,, ketepatan sensor mulai tidak akurat dengan selisih hingga lebih dari 2-3 cm Gambar 8. Flowchart 161 Jurnal PRAXIS | Vol. 2 | No. 2 | Maret 2020 SIMPULAN Berdasar pada proses perancangan, prinsip kerja, dan hasil pengujian dan pengukuran, dapat diambil kesimpulan - Sistem bekerja dengan baik, arduino yang menerima inputan dari sensor ultrasonic dan mengolahnya untuk mengatur kecepatan motor dc dengan metode PWM - Kecepatan mulai menurun pada jarak <=30 cm dan terjadi break pada jarak 5 cm - Batre dapat terisi oleh solar cell dengan bantuan SCC untuk mengontrol keluaran dan masukan tegangannya DAFTAR PUSTAKA Fikri Musthofa, Heru Winarno. 2015. Sisrem Deselerasi Kecepatan Otomatis Pada Mobil Berdasarkan Jarak Menggunakan Sensor Ultrasonik HCSR04 Berbasis Arduino Mega 2560. Semarang : Universitas Diponegoro. Hemalatha. 2016. Automatic Braking System for Automobiles Using IR Sensor. Prayogo, Rudito. 2012. Pengaturan PWM dengan PLC. Tugas Mata Kuliah Teknik Otomasi (Tidak diterbitkan). Malang: Universitas Brawijaya. Anonimus. 2013. Rangkaian Skematik Driver Motor L298N. Diunduh dari http://www.yujum.com/rangkaian-danskematik-driver-motor-l298n/ diakses pada 17 November 2019 pukul 19.45. T. Bala Sai Goud. 2017. Automatic Braking System. Kurnool : Brindavan Institute of Technology & Science Gajanan Koli, Akshay Patil. 2017. Intelligent Braking System using the IR Sensor. India : Sanjeevan Engineering and Technology Institute Anonimus. 2018. Sensor Ultrasonic HCSR04. Diakses dari http://arduinolearning.com/code/hc-sr04-ultrasonicsensor-example.php diakses pada 29 November 2019 pukul 14.30 WIB. 162