Perancangan Hardware Hardware Mekanik Hardware Elektronika

Diagram blok sistem penelitian pada gambar 3.1 menunjukkan urutan cara kerja sistem. Sistem terdiri dari tiga bagian utama, yaitu proses pemotongan, proses pengeringan, dan proses penyeduhan. Proses pemotongan menggunakan blender sebagai mesin pemotong, dengan akar senggugu sebagai input. Proses pengeringan menggunakan lempengan besi untuk penjepit heater. Proses penyeduhan berperan menghasilkan seduhan dari akar senggugu yang siap untuk diminum. Kendali utama sistem berada di mikrokontroler ATmega8535. LCD digunakan sebagai tampilan data yang dikeluarkan dari sensor temperature LM35. Sistem ini akan bekerja jika akar senggugu dimasukan lalu aktifkan tombol start, kemudian mikrokontroler akan mengaktifkan relay untuk menghidupkan blender selama 5 menit. Setelah itu mikrokontroler akan mengontrol motor 1 melalui driver motor 1 untuk mengangkat blender selama 5 detik. Proses selanjutnya, mikrokontroler akan mengontrol motor 2 melalui driver 2 untuk menuangkan dengan selama 10 detik. Pada proses pengeringan, mikrokontroler akan mengaktifkan relay untuk menghidupkan heater. Dalam proses pengeringan terdapat sensor LM35 sebagai pendeteksi suhu. Proses ini akan berlangsung selama 4 menit 27 detik dengan suhu pengeringan yaitu 60°C. Setelah proses pengeringan selesai dilanjutkan dengan proses penyeduhan. Pada proses penyeduhan, mikrokontroler akan mengaktifkan kran air jika suhu air telah mencapai 100°C. Setelah itu air akan keluar menuju gelas. Proses penyeduhan berperan menghasilkan seduhan dari akar senggugu yang siap untuk diminum.

3.2 Perancangan Hardware

Hardware menjadi salah satu bagian paling penting untuk membangun suatu sistem untuk dapat berjalan dengan baik. Pada penelitian ini, hardware dibagi dalam dua kategori, yaitu hardware mekanik dan hardware elektronika.

3.3 Hardware Mekanik

Hardware mekanik berisi komponen-komponen mekanik yang disusun membentuk suatu sistem mekanik yang berupa urutan dari proses alat. Komponen penyusun sistem terlihat seperti pada gambar 3.2. Gambar 3.2. Desain Mekanik Keseluruhan Keterangan gambar : 1. Motor 1 5. Gelas 2. Motor 2 6. Pemanas air 3. Kotak komponen 7. Kran 4. Blender 8. Heater pengering Cara kerja: Pertama, akar senggugu dimasukan kedalam blender untuk proses pemotongan. Setelah blender pada kondisi OFF, motor 1 akan naik mengangkat blender, kemudian motor 2 akan ON dan menumpahkan akar senggugu kedalam gelas untuk dikeringkan dengan suhu 60̊C lalu motor 2 OFF, lalu air akan keluar melalui kran setelah suhu pada pemanas air pada keadaan 100̊C.

3.4 Hardware Elektronika

Perancangan Hardware elektronika diperlukan dalam penyusun sistem, dikarenakan hardware elektronika merupakan salah satu bagian penting sistem ini agar sistem dapat dikendalikan. Komponen penyusun hardware elektronika meliputi rangkaian pengendali, rangkaian penggerak driver, rangkaian sensor, dan rangkaian penampil.

3.4.1 Minimum Sistem ATmega8535

Rangkaian minimum sistem berfungsi sebagai IO untuk mengolah data dari sensor LM35 kemudian digunakan sebagai input untuk proses pengeringan. Mikrokontroler ATmega8535 sendiri telah dilengkapi dengan osilator internal On Chip Osilator yang dapat digunakan sebagai sumber clock bagi CPU. Namun, osilator ini maksimal 8Mhz. Sehingga penulis menambahkan sebuah kristal dan dua buah kapasitor pada Pin XTAL1 dan Pin XTAL2. Rangkaian osilator pada perancangan ini menggunakan kristal 12 MHz dan dua buah kapasitor 22 pF seperti yang ditunjukkan oleh gambar 3.3. Gambar 3.3. Rangkaian osilator Rangkaian minimum sistem disediakan juga fasilitas reset yang berguna untuk membuat mikrokontroler memulai kembali pembacaan program dari awal. Prinsipnya, jika tombol reset ditekan, maka pin reset akan mendapat input logika rendah atau tegangan catu nol maka mikrokontroler akan mengulang proses dari awal lagi. Rangkaian reset untuk minimum sistem terlihat seperti pada gambar 3.4. Gambar 3.4. Rangkaian reset untuk minimum sistem Pengolahan data dari sensor LM35 menggunakan port A pada mikrokontroler karena terdapat fungsi ADC di dalamnya. Port D digunakan sebagai input rangkaian driver karena terdapat fungsi PWM didalamnya. Secara keseluruhan gambar minimum sistem mikrokontroler ATmega8535 ditunjukkan oleh gambar 3.5 dan penggunaan port–port pada mikrokontroler ditunjukan pada tabel 3.1. Tabel 3.1. Penggunaan port-port pada mikrokontroler Gambar 3.5. Rangkaian minimum sistem

3.4.2 Driver Motor

Gambar 3.6. Rangkaian driver motor 1 Gambar 3.7. Rangkaian driver motor 2 Rangkaian driver berfungsi sebagai pengendali kecepatan motor menggunakan IC driver L298. Port-port yang digunakan sebagai pengendali kecepatan motor adalah port D.4 dan port D.5. port D.0 - port D.3 pada mikrokontroler digunakan sebagai komunikasi antara mikrokontroler dengan driver. Pin enable diberi VCC 5 Volt untuk kecepatan penuh dan PWM Pulse Width Modulation untuk kecepatan rotasi yang bervariasi antara 00h – 3FFh 10 bit. Motor DC membutuhkan pulsa PWM dan pengaturan OCR1AOCR1B untuk menentukan arah putaran motor. Pengaturan program ini bertujuan untuk membangkitkan pulsa PWM yang digunakan untuk mengendalikan putaran motor pada proses naik dan menuangkan blender. Modulasi PWM dilakukan dengan cara merubah lebar pulsa dari suatu pulsa data. Untuk memperoleh lebar pulsa yang akan digunakan pada mode fast PWM, dilakukan pengaturan register sebagai berikut : 1. TCCR1A = 0b11100000 Bit 7:6 dan bit 4:3 merupakan pengaturan keluaran pada Pin OCR1AOCR1B pada mode fast PWM. 2. TCCR1B = 0b00001001 Bit 4:3 dilikukan untuk menentukan mode operasi TimerCounter1 yaitu fast PWM. Bit 2:0 merupakan bit pengatur prescaler clock yang masuk ke dalam register TCNT1. Clock osilator yang digunakan sama dengan clock CPU yaitu 12Mhz. Untuk menentukan frekuensi fast PWM dapat diperoleh menggunakan persamaan 2.2 sehingga diperoleh nilai sebagai berikut : �������� = ���� � � �. 1 + ��� �������� = 12 �ℎ� 256. 1 + 1024 �������� = 45.73 �� Penelitian ini menggunakan 2 buah IC driver L298, hal tersebut bertujuan untuk menghindari kerusakan pada IC, rangkaian driver dapat dilihat pada gambar 3.6 dan gambar 3.7. Kapasitas arus pada IC L298 adalah 4A, sedangkan kedua motor yang digunakan membutuhkan arus masing-masing adalah 2A.

3.4.3 Sensor LM35

Gambar 3.8. Rangkaian sensor LM35 Penelitian ini menggunakan sensor temperature LM35 yang berfungsi sebagai pendeteksi suhu. Sensor ini akan mendeteksi suhu yang terdapat pada heater pengering sebagai masukan ke mikrokontroler. Port yang digunakan pada mikrokontroler ATmega8535 untuk sensor LM35 adalah port A.6 dan port A.7, karena terdapat fungsi ADC. Berdasarkan gambar 3.8, untuk mengaktifkan sensor dibutuhkan tegangan input catu daya sebesar 4V sampai 20V. Pada kaki 1 dihubungkan pada supply positif, kaki 2 sebagai output sensor, dan kaki 3 dihubungkan ke ground. Selanjutnya output sensor dihubungkan pada portA.7. Tegangan referensi � ��� dari pin AREF sebesar 5V, dengan suhu yang diukur yaitu 60̊ C. Resolusi yang digunakan pada perancangan ini adalah 10 bit. Berikut perhitungan nilai ADC : Untuk suhu 60̊ C, tegangan yang dihasilkan adalah 0,6 volt Nilai ADC = � �� � ��� x 1024 = 0,6 5 x 1024 = 123 Jadi, nilai ADC yang diinginkan untuk rentang suhu antara 60̊ C adalah 123.

3.4.4 Rangkaian Penampil LCD

Gambar 3.9. Rangkaian LCD LCD yang digunakan yaitu LCD LMB162 dengan lebar display 2 baris 16 kolom yang konfigurasinya dapat dilihat pada gambar 3.9. Pada perancangan LCD digunakan satu buah potensiometer sebesar 10KΩ dengan fungsi untuk mengatur contras dan backlight dari LCD. Interface LCD berfungsi untuk memudahkan dan mempercepat pembacaan dan penulisan data dari keadaan atau status dari masing- masing proses. Berikut penggunaan port–port pada LCD ditunjukan pada tabel 3.2. Tabel 3.2. Penggunaan Port-Port pada LCD

3.4.5 Perancangan Relay

Gambar 3.10. Rangkaian relay Rangkaian relay ini berfungsi untuk mengaktifkan blender, heater, dan kran air. Rangkaian ini menggunakan transistor yang berfungsi sebagai saklar untuk mengaktifkan blender, heater, dan kran air. Rangkaian relay ditunjukkan pada gambar 3.10. Pada perancangan perangkat keras rangkaian relay, sumber tegangan relay 12 volt dan nilai resistansi relay sebesar 400Ω berdasarkan hardware yang digunakan, sehingga dengan menggunakan persamaan 2.8 diperoleh nilai arus kolektor saturasi sebagai berikut : � ���� = 12� 400Ω = 30x10 -3 A Transistor 2N2222 memiliki beta DC β sebesar 100 sehingga berdasarkan persamaan 2.7, nilai arus basis minimum I Bmin diperoleh dengan perhitungan sebagai berikut : I Bmin = 30�10 −3 � 100 = 3 �10 −4 A Nilai tegangan output dari port mikrokontroler diketahui sebesar 5V sebagai nilai tegangan V BB , sehingga besarnya nilai resistor basis maksimum R B dapat dihitung berdasarkan persamaan 2.5 sebagai berikut : R B = 5�−0.7� 3�10 −4 � = 14333.33 Ω Nilai R B dipilih sebesar 10k Ω dengan pertimbangan agar lebih mudah diperoleh di pasaran dan agar arus basis I b yang dihasilkan lebih besar dari batas minimumnya. Oleh karena itu, nilai arus basis yang diperoleh dengan persamaan 2.5 sebagai berikut : I B = 5�−0.7� 10�Ω = 4.3× 10 −4 A

3.5 Perancangan Perangkat Lunak