PALANG PINTU KERETA API OTOMATIS DENGAN

PENENTUAN KOORDINAT MENGGUNAKAN GPS

Oleh

Mario Augustino Ivan Dwinanda Bimaadisurya

NIM: 612009057

Skripsi

Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh

Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

Januari 2016

i

INTISARI

Skripsi ini merancang sebuah sistem otomatisasi buka tutup pada palang pintu

perlintasan kereta api untuk meminimalkan terjadinya kecelakaan. Sistem yang di

rancang mempunyai kemampuan memberikan sebuah jarak aman, maksimal 1 km

sebelum dan sesudah daerah perlintasan berdasar nilai lintang bujur yang diakuisisi oleh

modul GPS APM 2.5 NEO 6M yang ditempatkan pada kereta api. Modul 433 MHz

Radio Telemetry Kit digunakan sebagai sarana komunikasi pengiriman paket data jarak

jauh antara kereta api dan palang pintu di perlintasan dengan fitur keamanan tambahan

berupa sensor HC-SR04 sebagai pendeteksi keberadaan objek, serta tombol darurat.

Berdasarkan pengujian, GPS APM 2.5 NEO 6M dapat mengikuti pergerakan

kereta api dan mengenali koordinat daerah perlintasan berdasar nilai lintang bujur

dengan baik. Hasil terbaik pengiriman paket data melalui frekuensi radio oleh Modul

433 MHz Radio Telemetry Kit berhasil dikirim pada jarak ± 595 meter sebelum

perlintasan dan proses penutupan palang pintu berjalan dengan semestinya. Begitu pula

pada jarak ± 300 meter setelah perlintasan, palang pintu dapat terbuka.

Kata kunci : GPS, radio frequency, palang pintu kereta api, kereta api

ii

ABSTRACT

This thesis designs a system that automized an opening and closing of a railway

crossing gate, to minimize an accident. The system designed has the ability to give a

maximum 1 km of safe distance, before and after the railway crossing area based on the

latitude and longitude coordinates acquired by GPS APM 2.5 NEO 6M module placed

on the train. 433 MHz Radio Telemetry Kit module is utilized as a mean of transmitting

a long range data packet between the train and the railway crossing gate with an

additional safety features, which is HC-SR04 used for an object detector sensor, and

also an emergency button.

In accordance with the experiment, GPS APM 2.5 NEO 6M can follow the train

movement, and recognize the railway crossing area coordinates based on the latitude

and longitude. The best result of the data packet transmission through the radio wave

frequency by 433 MHz Radio Telemetry Kit module has been successfully transmitted

at ± 595 meters before the crossing area and the railway crossing gate closing process

worked. After the crossing area, the railway crossing gate also opened at the distance of

± 300 meters.

Keywords : GPS, radio frequency, railway crossing gate, train

iii

KATA PENGANTAR

Puji syukur dan terima kasih penulis haturkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas

segala berkat, rejeki, ujian, serta kasih-Nya yang selalu memenuhi hidup penulis. Serta

penyertaan dan penguatan dalam mengerjakan skripsi ini, akhirnya penulis dapat

menyelesaikan masa studi di Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer yang tercinta.

Terima kasih Allah Tritunggal Maha Kudus atas segala kasih sayang, penguatan,

pengalaman, didikan, ujian, tawa, sedih, susah selama berkuliah yang membangun

penulis menjadi orang yang seperti sekarang ini. Terima kasih juga atas doa dan

dukungan yang tak ada habis-habisnya dari orang-orang terkasih disekeliling penulis.

1. Bapakku A.MM. Tyastama dan Ibuku M.A. Dian L. Meilisa atas segala bentuk

supportnya, kasih sayang, doa, kesabaran, marah, uang saku, dan lain-lain. Tetap

sehat dan panjang umur, hingga nantinya penulis membahagiakan Bapak dan

Ibu. Masku Deo dan adikku Andra terima kasih untuk segala dukungannya juga,

sukses selalu untuk kita semua!! Love you my family!!

2. Bapak Ir. Lukas B. Setyawan, M. Sc dan Bapak Gunawan Dewantoro, M.Sc.Eng

selaku pembimbing I dan II, terimakasih atas bimbingan dan arahan serta

kesediaan waktu dan tenaga untuk membimbing penulis selama pengerjaan

skripsi ini.

3. Seluruh staff, dosen, karyawan, dan laboran FTEK atas dukungan ilmu dan

moral selama penulis berkuliah di fakultas tercinta ini.

4. Saudaraku angkatan 2009, terima kasih untuk semuanya, susah senang berusaha

dijalani bersama, sukses selalu untuk kita semua.

5. Para Saudara se-Elektro, mas-mas 2001 (Mas Yona, Mas Widi, Alm. Mas

Sembir, Mas Billy), mas & mbak 2004 (Bang Aldo, Koh Daniel, Mas Ari, Mas

Anton, Mbak Monic, Alm. Mbak Rosa, dll), mas-mas 2005 (Mbah Rea, Koh

Hansen, Mas Bejat, dll), mas-mas 2006 (Mas Penda, Mas Danus), mas & mbak

2007 (Marino, Mas Galang, Koh Tepe, Engkong, Mbak Nina, Mbak Christine,

dll), bro-bro 2008 (Jembling, Demas, Cespuk, Gendut, Endro, dll), bro & sis

2010 (Simon, Bandot, Pentolik, Sekar, Kana, Supret dll), bro & sis 2011 (Tiras,

Frans, Gde, Oka, Deny, dll), bro-bro 2012 (Evan, Ucok, Ojan, Mak’e, dll), bro-

bro 2013 (Kentung, Ahong, Nico, Rere, dll).

iv

6. Café Rindang dan seisinya, Mas Tom, Mas Uki, Mas Kento, Mamah, Mbak Sri,

terima kasih telah menjadi tempat penulis menjernihkan pikiran.

7. Bolo kumpul Awang Sidhiastu Budidarsono, Aditya Widya Pranata, Wani

Wiradharma Suryohudoyo, Yonas Aditya Darmawan, Hendry Yuwono

Ariowibowo, Amzal Victory, Reinhard “Apuy”, I’ll always miss every time we

spent together.

8. Mas Krisna “Kumis”, mas Daniel “Deka”, mas Daniel “Danc*k” atas semua

dukungan, bantuan, tempat berkeluh kesah, segala saran, ecenan, dan

gojekannya yang kadang membuat penulis membuka mata.

9. Sahabatku saklawase, Gendut, Sugab, Keteng, Cedud, Edi, Boim, Grandong,

Yudha, Tajip, Puput, Thole, Pocong.

10. Teman-teman Lab skripsi, Ardit, Bewok, Agung, Vinlux, Angga, Agung,

Pakdhe, Daniel, Aksa, Jamet, Grace, Wikan, Bintang, Yudha, Face. Terima

kasih atas obrolannya, DOTA nya, yang terpenting kenangannya, It’s

priceless!!!

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempurna, oleh karena

itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga

skripsi ini dapat lebih berguna, khususnya bagi kemajuan teknik elektronika. Akhir kata

semoga pengerjaan dan penulisan skripsi ini dapat bermanfaat dan boleh menjadi

inspirasi bagi siapapun yang membacanya

Salatiga, 6 Januari 2016

Penulis

v

DAFTAR ISI

INTISARI .................................................................................................................... i

ABSTRACT ................................................................................................................. ii

KATA PENGANTAR ................................................................................................. iii

DAFTAR ISI ................................................................................................................ v

DAFTAR GAMBAR ................................................................................................... vii

DAFTAR TABEL ........................................................................................................ ix

DAFTAR SINGKATAN ............................................................................................. x

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................ 1

1.1 Latar Belakang ........................................................................................... 1

1.2 Spesifikasi Alat .......................................................................................... 2

1.3 Sistematika Penulisan ................................................................................ 3

BAB II PALANG PINTU KERETA API OTOMATIS DENGAN PENENTUAN

KOORDINAT MENGGUNAKAN GPS ..................................................................... 4

2.1 Cara Kerja Sistem ....................................................................................... 4

2.2 Gambaran Sistem ....................................................................................... 5

2.3 Tinjauan Pustaka ........................................................................................ 6

2.4 Komponen Yang Digunakan ..................................................................... 7

BAB III PERANCANGAN SISTEM .......................................................................... 8

3.1 Perancangan Perangkat Keras .................................................................... 8

3.1.1 Mekanik ...................................................................................... 8

3.1.1.1 Realisasi Mekanik ........................................................... 9

3.1.2 Komponen Elektronik ................................................................. 9

3.1.2.1 Modul Mikrokontroler .................................................... 10

3.1.2.2 Penampil LCD 16×2 ........................................................ 13

vi

3.1.2.3 Modul GPS ..................................................................... 14

3.1.2.4 Modul Radio Frequency ................................................. 16

3.1.2.5 Modul Driver motor ........................................................ 17

3.1.2.6 Modul Catu Daya Cadangan ............................................ 19

3.1.2.7 Sensor HC-SR04 ............................................................. 20

3.1.2.8 Limit Switch ..................................................................... 21

3.2 Perancangan Perangkat Lunak ................................................................... 23

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS .................................................................... 25

4.1 Pengujian modul penyusun ......................................................................... 25

4.1.1 Pengujian Modul GPS ................................................................. 25

4.1.1.1 Pengujian titik koordinat pada beberapa tempat .............. 25

4.1.1.2 Pengujian resolusi pada Modul GPS ............................... 28

4.1.2 Pengujian Modul Radio Frequency ............................................. 30

4.1.3 Pengujian Modul Sensor HC-SR04 ............................................. 31

4.2 Pengujian Keseluruhan Sistem ................................................................... 33

4.2.1 Hasil Pengujian ............................................................................ 33

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...................................................................... 41

5.1 Kesimpulan ................................................................................................ 41

5.2 Saran Pengembangan ................................................................................. 41

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................... 42

LAMPIRAN DOKUMENTASI ALAT ....................................................................... 43

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Cara Kerja Sistem ............................................................................... 5

Gambar 2.2. Gambaran Sistem ................................................................................ 6

Gambar 3.1. Rancangan awal mekanik ................................................................... 8

Gambar 3.2. Realisasi mekanik ............................................................................... 9

Gambar 3.3. Koneksi pin mikrokontroler Arduino Uno (Modul Master) ............. 11

Gambar 3.4. Koneksi pin mikrokontroler Arduino Uno (Modul Slave)................ 12

Gambar 3.5. Realisasi modul master ..................................................................... 12

Gambar 3.6. Realisasi modul slave ........................................................................ 13

Gambar 3.7. Koneksi pin LCD 16×2 ..................................................................... 13

Gambar 3.8. GPS APM 2.5 NEO 6M .................................................................... 16

Gambar 3.9. Modul 433 MHz Radio Telemetry Kit .............................................. 17

Gambar 3.10. Untai Driver motor .......................................................................... 18

Gambar 3.11. Modul driver motor dengan relay ................................................... 18

Gambar 3.12. KingMax Battery 1000 mAh ........................................................... 19

Gambar 3.13. Catu daya modul slave .................................................................... 20

Gambar 3.14. Modul HC-SR04 ............................................................................. 20

Gambar 3.15. Sistem kerja sensor ultrasonik......................................................... 21

Gambar 3.16. Skematik konfigurasi Limit switch ................................................. 22

Gambar 3.17.Diagram alir perangkat lunak ........................................................... 23

Gambar 4.1. (a) Hasil perbandingan tempat pertama ............................................ 26

Gambar 4.1. (b) Hasil perbandingan tempat kedua ............................................... 26

Gambar 4.1. (c) Hasil perbandingan tempat ketiga ............................................... 26

Gambar 4.2. (a) Kondisi saat akuisisi data GPS baik ............................................ 27

Gambar 4.2. (b) Kondisi saat akuisisi data GPS kurang baik ................................ 27

Gambar 4.3.Penjelasan estimasi posisi .................................................................. 27

Gambar 4.4.Gambaran cara pengambilan data resolusi ......................................... 29

Gambar 4.5.Analisa kesalah bearing ..................................................................... 29

Gambar 4.6. Modul RF (Tx) & RF (Rx) saat berkomunikasi ................................ 30

Gambar 4.7.Tempat pengujian sistem ................................................................... 33

Gambar 4.8.Data serial monitor kondisi kereta berhenti di Stasiun Balapan ........ 34

Gambar 4.9.Pengujian di dalam kereta 1 ............................................................... 35

viii

Gambar 4.10.Data serial monitor perubahan paket data ........................................ 35

Gambar 4.11.Data serial monitor kereta memasuki daerah perlintasan ................ 36

Gambar 4.12.Data serial monitor penerimaan RF (Rx) ......................................... 37

Gambar 4.13.Pengujian di dalam kereta 2 ............................................................. 37

Gambar 4.14.Data serial monitor kereta melewati perlintasan .............................. 38

Gambar 4.15.Penggambaran posisi pergerakan kereta .......................................... 39

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Perbandingan alat yang akan dibuat ........................................................ 2

Tabel 3.1 Konfigurasi pin modul master Arduino Uno R3 ................................... 10

Tabel 3.2 Konfigurasi pin modul slave Arduino Uno R3 ...................................... 11

Tabel 3.3 Koneksi pin LCD & Mikrokontroler ..................................................... 14

Tabel 3.4 Format pesan GPRMC ........................................................................... 15

Tabel 3.5 Format pesan GPGGA ........................................................................... 16

Tabel 4.1 Perbandingan nilai koordinat di tempat 1 .............................................. 26

Tabel 4.2 Perbandingan nilai koordinat di tempat 2 ............................................. 26

Tabel 4.3 Perbandingan nilai koordinat di tempat 3 .............................................. 26

Tabel 4.4 Hasil pengujian resolusi modul GPS tempat pertama ........................... 28

Tabel 4.5 Hasil pengujian resolusi modul GPS tempat kedua ............................... 28

Tabel 4.6 Hasil pengujian modul radio frequency ................................................ 31

Tabel 4.7 Pengujian sensor HC-SR04 ................................................................... 32

x

DAFTAR SINGKATAN

GPGGA Global Positioning System Fix Data

GPRMC Recommended Minimum Specific GPS

GPS Global Positioning System

HDOP Horizontal Dilution Of Precision

LCD Liquid Crystal Display

LOS Line Of Sight

RF Radio Frequency

Rx Receiver

Tx Transmitter