Rancangbangun Sistem Pengendalian Tuas Pengendali Implemen untuk Otomatisasi Traktor.
RANCANGBANGUN SISTEM PENGENDALIAN TUAS
PENGENDALI IMPLEMEN UNTUK OTOMATISASI
TRAKTOR
GALIH BARMADI PUTRA
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa skripsi dengan judul
Rancangbangun Sistem Pengendalian Tuas Pengendali Implemen untuk
Otomatisasi Traktor adalah hasil karya saya sendiri dengan arahan Dosen
pembimbing akademik, dan belum diajukan dalam bentuk apapun pada perguruan
tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang
diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks
dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Agustus 2015
Galih Barmadi Putra
NIM F14080097
ABSTRAK
GALIH BARMADI PUTRA. Rancangbangun Sistem Pengendalian Tuas
Pengendali Implemen untuk Otomatisasi Traktor. Dibimbing oleh I DEWA
MADE SUBRATA.
Pertanian moderen ditandai dengan penggunaan peralatan dan mesin untuk
menggatikan tenaga manusia. Dalam proses persiapan lahan, penanaman,
perawatan dan pemanenan yang menggunakan tenaga manusia digantikan dengan
mesin-mesin pertanian. Penelitian ini memodifikasi tuas implemen yang akan
dikendalikan secara otomatis. Rancangan yang digunakan yaitu dengan
menggunakan transmisi rantai sproket dimana tuas pengendali implemen
dihubungkan dengan rantai, kemudian rantai akan menarik tuas pengendali
implemen tersebut. Transmisi rantai sproket ini digerakan oleh motor DC yang
dikontrol dengan menggunakan mikrokontroler melalui perangkat H-Bridge
dimana tuas pengendali implemen dapat dinaikan dan diturunkan dengan
mengubah arah putaran dari motor DC. Potensiometer digunakan untuk
mengetahui derajat putaran yang digunakan untuk mengetahui posisi dari tuas
pengendali implemen. Perubahan hambatan pada potensiometer dikonversi
menjadi data digital oleh mikrokontroler dan dijadikan sebagai feedback. Pada
pengujian lapangan, digunakan implemen bajak piring, dan diukur kedalaman
pengolahan tanahnya. Pada set ADC 350 rata-rata kedalaman tanah yang terolah
adalah 19 cm sedangkan untuk set ADC 450 rata-rata kedalaman tanah yang
terolah adalah 13 cm.
Kata kunci: rancangbangun, implemen, pengendalian, traktor otomatis
ABSTRACT
GALIH BARMADI PUTRA. Design of Implement Controlling System for
Tractor Automation. Supervised by I DEWA MADE SUBRATA.
Modern farming is indicated by the use of agricultural tools and machines
that substitute human labor. In the process of land preparation, planting, plant
preservation, and harvesting, the use of human labor has been reduced and
replaced by agricultural machines. The objective of this research was to modify
the implement control system for automatic land plowing. The design was using a
sprocket-chain mechanism that was connected to the control lever, there after the
lever could be moved in back and forward directions. The sprocket was rotated by
a DC motor that was controlled by a micro controller passing through H-Bridge
device, thereby the lever could be ascend and descend easily by changing the
direction of DC motor’s rotation. A potentiometer had been used to measure the
rotation angle as the output of the lever position. The scale change at the
potentiometer was converted to a digital data by the micro controller and would
be used as a feedback. At the field performance test, the prototype was tested to
control the depth of a disk plow in a tillage operation using a 4-wheel tractor. The
test result showed that, the control system could control the plowing depth in the
average of 19 cm at the 350 ADC setting, and 13 cm at 450 ADC setting.
Keywords: design, implement, control, smart tractor
RANCANGBANGUN SISTEM PENGENDALIAN TUAS
PENGENDALI IMPLEMEN UNTUK OTOMATISASI
TRAKTOR
GALIH BARMADI PUTRA
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga skripsi ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih
dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Februari 2012 ini ialah Traktor
Pintar dengan judul karya ilmiah “Rancangbangun Sistem Pengendalian Tuas
Pengendali Implemen untuk Otomatisasi Traktor”.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr Ir I Dewa Made Subrata,
MAgr selaku pembimbing, terimakasih pula penulis ucapkan kepada Dr Ir Wawan
Hermawan MS dan Dr Ir Gatot Pramuhadi MSi selaku dosen penguji skripsi. Di
samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada Ka Cecep selaku rekan
penelitian, serta Ita Hanani orang tersayang yang telah membantu selama
pengumpulan data. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu,
serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya, serta PLANKTON
dan GPK selaku orang terdekat, serta teman-teman Teknik Mesin dan Biosistem
angkatan 45 yang telah memberikan dukungan dan semangatnya.
Semoga skripsi ini bermanfaat. Aamiin.
Bogor, Agustus 2015
Galih Barmadi Putra
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
x
DAFTAR LAMPIRAN
x
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
3
Ruang Lingkup Penelitian
3
METODE
4
Waktu dan Tempat
4
Bahan dan Alat
4
Tahapan Penelitian
5
Kriteria Perancangan
7
Rancangan Fungsional
7
Rancangan Struktural
8
HASIL DAN PEMBAHASAN
14
Prototipe Sistem Pengendali Tuas Implemen
14
Kinerja Sistem Pengendali Tuas Implemen
15
SIMPULAN DAN SARAN
19
Simpulan
19
Saran
19
DAFTAR PUSTAKA
20
DAFTAR TABEL
1 Kebutuhan tingkat akurasi data untuk pekerjaan traktor pintar pada
lahan pertanian
2 Uraian sub fungsi dan alternatif komponennya
2
7
DAFTAR GAMBAR
1 Prototipe traktor pintar yang menerapkan sistem pengendalian terpadu
(Scarlett 2001)
2 Diagram alir tahapan penelitian
3 Skema rangkaian elektronik sistem kontrol
4 Rangkaian elektronik sistem kontrol
5 Mekanisme unit pengontrol tuas pengendali implemen
6 Skema penentuan kebutuhan daya
7 Grafik pemilihan ukuran rantai
8 Prototipe mekanisme kontrol tuas pengendali implemen
9 Mekanisme kontrol tuas pengendali implemen
10 Grafik kalibrasi tinggi lower link implemen
11 Grafik validasi sistem kontrol tinggi lower link implemen pada uji
laboratorium
12 Grafik penetrasi tanah pada lintasan 1
13 Grafik penetrasi tanah pada lintasan 2
14 Grafik penetrasi tanah pada lintasan 3
15 Grafik kedalaman tanah
2
6
9
9
10
11
12
14
14
15
16
17
17
17
18
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
EMS 30A H-Bridge
Gambar rancangan
Gambar hasil pengujian lapang
Tabel hasil pengukuran kedalaman pengolahan lahan menggunakan
bajak piring
21
22
25
30
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pertanian modern merupakan pertanian yang berbasis pada peningkatan
efisiensi, produktivitas, dan juga konservasi sumberdaya. Efisisensi pada bidang
pertanian terkait erat dengan penggunaan teknologi. Umumnya, semakin tinggi
penggunaan teknologi maka efisiensi kerja semakin meningkat. Pertanian
tradisional seperti yang telah berjalan pada tahun 70-an mengadopsi teknologi
yang masih rendah, keadaan ini ditandai dengan penggunaan tenaga manusia yang
masih dominan. Hal tersebut menyebabkan efisiensi di setiap bidang pekerjaan
pertanian masih rendah dan berdampak pada produktivitas yang rendah pula.
Pertanian modern ditandai dengan adanya penggunaan alat dan mesin pertanian
yang menggantikan tenaga manusia. Pada proses pengolahan tanah, penanaman,
pemeliharaan tanaman, dan pemanenan, penggunaan tenaga manusia sudah
berkurang dan digantikan oleh mesin-mesin pertanian. Penggunaan alat dan mesin
pertanian bertujuan untuk meningkatkan efisiensi dan kapasitas kerja serta
produktivitas hasil. Selain itu ciri pertanian modern adalah adanya paradigma
konservasi pada proses kerja. Pertanian konservasi merupakan aplikasi teknologi
pertanian modern untuk meningkatkan produksi dan pada saat yang bersamaan
melindungi dan meningkatkan sumberdaya lahan dimana produksi sangat
tergantung kepadanya. Penerapan pertanian konservasi mempromosikan konsep
optimasi panen dan keuntungan dengan menjamin penyediaan keuntungan dan
jasa lingkungan lokal dan global.
Untuk mengatasi masalah tersebut, otomatisasi sistem pengendalian traktor
merupakan salah satu solusinya dengan melakukan otomatisasi sistem
pengendalian pada traktor, dapat mengurangi tenaga manusia yang mengalami
kelelahan dan meningkatkan efisiensi dan produktivitas. Mayoritas operasi lahan
pertanian dilakukan oleh traktor dengan kombinasi implemen atau aplikator yang
sesuai dengan kebutuhan pengolahan lahan. Kualitas kerja dan output dari
kombinasi traktor tersebut bergantung pada keterampilan dan konsentrasi kerja
operator. Saat ini sistem elektronik untuk membantu meringankan kerja operator
dan meningkatkan respon pada traktor telah banyak dikembangkan seperti
misalnya perangkat elektronik pada mesin, transmisi, hidrolik dan pengendalian
traksi pada traktor (Holtmann 1999). Namun, untuk mengoptimalkan kinerja serta
efisiensi traktor diperlukan sebuah mekanisme untuk mengkoordinasikan semua
kerja dari sistem kontrol secara presisi.
Konsep traktor pintar dirancang untuk menerapkan semua kontrol secara
terintegrasi dengan seluruh sistem serta mengotomatisasi koordinasi antara traktor
dan jenis spesifikasi pekerjaan untuk mencapai efisiensi operasi baik secara
kinerja maupun nilai ekonomi serta mengurangi beban kerja dan kelelahan. Pada
Gambar 1 ditunjukkan prototipe traktor pintar yang menerapkan sistem
pengendalian terpadu menurut (Scarlett 2001) adalah sebagai berikut :
1. Traktor dilengkapi dengan kontrol berbasis mikroprosesor yang
bertanggung jawab untuk setiap sub sistem seperti mesin, powershift,
transmisi, elektro-hidrolik, traksi driveline dan lain sebagainnya.
2. Kontrol berbasis mikroprosesor sub-sistem terpasang pada masing-masing
implemen.
2
3. Pusat unit kontrol dan antarmuka operator terletak di kabin
kendaraan/traktor.
4. Antar-komunikasi/kontrol jaringan menghubungkan masing-masing subsistem ke unit kontrol pusat dan antarmuka operator.
Gambar 1 Prototipe traktor pintar yang menerapkan sistem pengendalian terpadu
(Scarlett 2001)
Sedangkan kebutuhan tingkat akurasi data dari traktor pintar untuk
digunakan pada kegiatan budidaya pertanian menurut (Auernhammer 2000)
ditunjukkan pada tabel 1 berikut.
Tabel 1 Kebutuhan tingkat akurasi data untuk pekerjaan traktor pintar pada lahan
pertanian
Tingkat Akurasi
Kebutuhan Operasi
Contoh Pekerjaan
Data
Pembuatan peta lahan,
± 10 m
Sistem navigasi
pengelompokkan lahan
Kontrol penggunaan
Informasi untuk pengambilan kebutuhan pestisida,
±1m
keputusan
perlindungan tanaman,
monitoring lahan
Pengolahan tanah dengan
Pemandu
± 10 cm
traktor, pemanenan hasil
kendaraan/peralatan
pertanian
Peralatan pemupukan,
± 1 cm
Aplikasi Implemen/Peralatan
aplikasi pengendalian hama
Pada penelitian sebelumnya, sistem kendali traktor yang telah
dikembangkan adalah sistem kemudi, sistem pengendali gas, dan sistem
pengendali kopling. Sistem yang akan dikendalikan saat ini adalah sistem
pengendali implemen. Keseluruhan dari penelitian ini akan menghasilkan “Smart
Tractor”. Menurut (Rahman 2012) Smart Tractor adalah traktor yang dapat
bekerja sendiri tanpa manusia sebagai operator secara langsung. Smart Tractor
mampu memindahkan posisi perseneling, mengendalikan tuas gas, mengendalikan
kedalaman implemen dan mampu mengontrol navigasi berdasarkan posisi yang
didapat dari data GPS, artinya traktor mampu bekerja secara mandiri. Otomatisasi
3
dilakukan dengan menggunakan sebuah mikrokontroler tipe DT-AVR ATMega
8535 Bootloader Micro System yang dirangkai sedemikian rupa sehingga kontrol
sistem sepenuhnya dilakukan secara otomatis tanpa operator yang mengendalikan
sistem kontrolnya.
Implemen merupakan salah satu bagian dari traktor yang berperan penting
dalam pengolahan lahan. Implemen digandengkan dengan traktor melalui titik
gandeng, pengendalian tuas pengendali implemen secara otomatis merupakan
salah satu hal yang utama dalam pembuatan Smart Tractor karena tuas pengendali
implemen ini yang akan digunakan untuk mengatur naik turunnya implemen yang
digunakan dalam pengolahan lahan. Pentingnya pengendalian tuas implemen
secara otomatis yaitu untuk menunjang kinerja dari Smart Tractor tersebut, karena
dengan tidak menggunakannya tenaga manusia dalam pengoperasian traktor maka
perlu suatu sistem untuk menggerakan tuas implemen. Tuas pengendali implemen
ini harus dikendalikan pada saat mobilisasi traktor ke lahan yang akan diolah serta
pada saat pengolahan lahan. Pada saat pengolahan lahan tuas harus dikendalikan
naik turun. Tuas pengendali implemen harus diturunkan pada saat pertama akan
mengolah lahan, kemudian akan dinaikkan pada saat traktor akan belok atau pada
saat akhir dari pengolahan lahan dan tuas pengendali implemen akan diturunkan
kembali jika traktor sudah pada posisi untuk mengolah lajur berikutnya.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah merancangbangun dan menguji kinerja sistem
pengendalian otomatis tuas pengendali implemen pada traktor roda empat.
Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini difokuskan pada pembuatan mekanisme pengendalian
otomatis tuas pengendali implemen. Selanjutnya rancangan tersebut diuji
lapangan dengan menggunakan bajak piring dimana set untuk kedalaman
pengolahan bajak piring tersebut ditentukan terlebih dahulu yang nantinya set data
akan diinputkan ke dalam program dimana mikrokontroler sebagai pengendalinya.
4
METODE
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Instrumentasi dan Laboratorium
Lapangan Siswadi Soepardjo Departemen Teknik Mesin dan Biosistem Fakultas
Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor. Waktu pelaksanaan dimulai dari
bulan Maret sampai bulan Juni 2012.
Bahan dan Alat
Alat yang digunakan untuk membuat sistem pengendali adalah:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Timbangan gaya
Multi Meter
Alat Solder
Alat las listrik
Penggaris
Kunci pas
Obeng
Gergaji besi
Bahan yang digunakan untuk membuat sistem pengendali adalah:
Board DT-AVR Atmega 8535 Bootloader Micro sistem dan
perlengkapannya
2. Board H-Bridge
3. Board SPC DC Motor
4. Motor Listrik DC
5. Power Supply
6. Project Board
7. Potensiometer
8. Kabel rol
9. Kabel
10. LCD
11. Limit Switch
12. Komputer
1.
Software yang digunakan untuk memprogram sistem pengendalinya adalah:
1. Microsoft Visual Basic 6.0
2. Code Vision AVR
3. AVR Bootloader V1.3
Perlengkapan yang digunakan pada saat pengambilan data adalah:
1.
2.
3.
4.
Patok
Tali rapia
Meteran
Traktor Yanmar EF 453 T
5
Tahapan Penelitian
Penelitian ini dimulai dengan memahami rancangbangun secara mekanis
yang dikendalikan pada penelitian ini. Setelah pemahaman terhadap mekanisme
yang akan dikontrol, langkah selanjutnya adalah menentukan komponen
elektronika yang dibutuhkan beserta propertinya dan merangkai komponenkomponen tersebut menjadi rangkaian pengendali yang direncanakan. Jika
rangkaian sudah selesai dirancang, maka langkah selanjutnya adalah menyusun
atau membuat program untuk mengontrol atau mengendalikan mekanisme sesuai
dengan tujuan pengontrolan, mengukur dan mengkonversi besaran-besaran yang
dibutuhkan dalam implementasi program, misalnya mengukur jarak displacement
tuas implemen kemudian mengkonversi hasil pengukuran ke dalam besaran
putaran potensiometer agar terbaca oleh mikrokontroler. Setelah itu adalah
menguji hasil penelitian di lapangan beserta mencari data yang sudah
direncanakan. Tahap awal dari penelitian ini adalah memahami mekaniseme
pengontrolan yang akan diaplikasikan, yang dimulai memahami mekanisme kerja
tuas implemen, memahami kebutuhan tenaga, kebutuhan energi listrik, kecepatan
penggerak tuas, panjang lintasan dan spesifikasi lain dari komponen-komponen
yang sudah terpasang. Pada tahap ini untuk mengetehui kebutuhan tenaga untuk
menarik tuas pengendali implemen digunakan timbangan gaya dengan cara
mengaitkan timbangan gaya kepada tuas pengendali implemen kemudian
menariknya maka akan diketahui kebutuhan tenaga untuk menarik tuas pengendali
implemen. Kebutuhan energi listrik perlu diketahui, hal ini bertujuan agar
komponen yang berfungsi sebagai sumber tenaga (motor listrik DC) sesuai
dengan kebutuhan tenaga yang memang dibutuhkan dan juga sumber listrik yang
dibutuhkan dapat tersedia. Kemudian dilakukan pengukuran waktu untuk
menggerakan tuas pengendali implemen dan panjang lintasan gerak dari tuas
pengendali implemen, dari pengukuran tersebut maka akan diketauhui kebutuhan
dari kecepatan putaran motor dan berapa putaran motor yang diperlukan untuk
menggerakkan tuas pengendali implemen.
Tahapan penelitian dapat dilihat lebih rinci pada Gambar 2 berikut.
6
Mulai
Pemahaman mekanisme pengontrolan serta pengukuran
kebutuhan gaya dan jarak jangkauan gerak tuas
Penentuan komponen
mekanik dan elektronika
yang dibutuhkan
Pembuatan dan
pemasangan mekanisme
pengendali tuas implemen
dan rangkaian elektronika
Kalibrasi dan validasi
mekanisme implemen
Pembuatan dan pengujian
fungsional program secara
bertahap
Tidak
Progam
sesuai?
Ya
Pengujian dan modifikasi
program di lapangan
Sistem bekerja
dengan baik ?
Ya
Selesai
Gambar 2 Diagram alir tahapan penelitian
Tidak
7
Kriteria Perancangan
Sistem pengendalian otomatis tuas implemen ini merupakan pengendalian
tuas implemen secara otomatis menggunakan suatu
unit pengotrol tuas
pengendali implemen yang dikendalikan oleh mikrokontroler. Adapun kriteriakriteria yang harus terpenuhi agar unit pengontrol tuas implemen tersebut dapat
bekerja dengan baik, yaitu:
1. Dapat menggerakkan tuas implemen
2. Ukuran sistem penggerak yang disesuaikan dengan volume ruang yang
tersedia
3. Sistem penggerak tidak merubah struktur dan fungsi dari traktor
4. Tuas implemen dapat dengan mudah digerakkan secara manual
5. Sederhana
Rancangan Fungsional
Berdasarkan kriteria rancangan, unit pengontrol tuas implemen tersebut
harus berfungsi untuk menggerakkan tuas pengendali implemen ke arah depan
dan belakang sesuai kebutuhan. Untuk mendukung fungsi utama tersebut maka
dapat diuraikan beberapa sub fungsi seperti diperlihatkan pada Tabel 2.
Tabel 2 Uraian sub fungsi dan alternatif komponennya
Alternatif komponen,
mekanisme
Sub fungsi
Menggerakkan tuas kendali
Menahan komponen
penggerak
Memutar sproket
Mengendalikan putaran motor
Memberi informasi
tuas kendali
posisi
Rantai-sproket
Engkol-pendorong
Putaran roda gigi
Silinder hidrolik
Rangka dudukan
Gantungan
Motor listrik DC
Motor hidrolik
Sistem kontrol
mikrokontroler
Sistem kendali
komputasi
Potensiometer
Sensor jarak
Komponen,
mekanisme terpilih
Rantai-sproket
Rangka dudukan
Motor listrik DC
Sistem kontrol
mikrokontroler
Potensiometer
Berdasarkan analisis fungsional seperti disajikan pada Tabel 2, maka dalam
rancangan ini terdiri atas bagian-bagian utama: mikrokontroler yang berfungsi
untuk mengolah dan melaksanakan intruksi, SPC DC motor yang berfungsi
sebagai pengontrol dari motor DC, H Bridge berfungsi untuk mengubah-ubah
arah putaran dari Motor DC, motor DC sendiri berfungsi sebagai tenaga
penggerak dari sistem yang dirancang, sproket dan rantai merupakan penghubung
antara motor DC dengan tuas implemen, bearing, serta plat besi yang merupakan
8
bahan dari rangka penyangga dari sproket. Keseluruhan unit tersebut berfungsi
untuk mengontrol tuas agar bergerak ke posisi implemen yang diperintahkan
dengan kecepatan putar yang dapat diatur.
Rancangan Struktural
Rangkaian Sistem Kontrol
Setelah memahami tahap mekanisme pengontrolan, tahap selanjutnya adalah
menentukan komponen elektronika yang dibutuhkan. Komponen elektronika
tersebut ditentukan berdasarkan kesesuaian dan kebutuhan mekanisme dan
sistem kerja yang dirancang. Adapun komponen elektronika yang dibutuhkan
adalah sebagai berikut:
Komponen yang bertindak sebagai pengontrol : Mikrokontroler DT-AVR
Atmega 8535
Komponen yang bertindak sebagai penggerak motor DC : H-Bridge
Komponen yang bertindak sebagai pembangkit pulsa PWM : SPC DC Motor
Komponen yang bertindak untuk keperluan tampilan (interface) : LCD
Komponen/sensor putaran: Potensiometer
Komponen pemutus arus: Limit Switch
Konektor untuk menghubungkan antar komponen
Kabel untuk jalur arus listrik maupun jalur data
Dalam tahap ini, komponen elektronika yang telah ditentukan dirangkai dan
dipasang sesuai petunjuk penggunaannya dapat dilihat pada Gambar 3 dan
Gambar 4. Dalam hal ini mikrokontroler dihubungkan dengan komponen lain
yang akan dikontrol kerjanya. Adapun komponen yang dikontrol oleh
mikrokontroler ini adalah H-Bridge (Driver Motor DC) agar mampu menggerakan
motor DC, SPC DC Motor dikontrol kerjanya untuk membangkitkan pulsa PWM
(Pulse Width Modulator). Besarnya nilai pulsa PWM ini yang dapat mengontrol
kecepatan gerak dari motor DC, Limit Switch dikontrol agar mampu memutus arus
yang mengalir melalui rangkaian pada kondisi tertentu, yaitu kondisi pada saat
motor DC harus berhenti berputar ketika tuas pengendali implemen telah
mencapai titik atas atau titik bawah. Adapun potensiometer berperan sebagai
sensor pengukur posisi tuas pada mekanisme tuas implemen. Data awal yang
diperoleh dari potensiometer dipergunakan untuk menentukan kecepatan putar
motor DC sehingga tuas implemen mencapai posisi yang diharapkan. Komponen
lain yang dikontrol oleh mikrokontroler disesuaikan sesuai fungsinya masingmasing.
9
Potensiometer
Mikrokontroler
H-Bridge
Limit Switch
Motor
DC
Limit Switch
PWM
SPC DC Motor
Tuas implemen
Gambar 3 Skema rangkaian elektronik sistem kontrol
Gambar 4 Rangkaian elektronik sistem kontrol
10
Unit Pengontrol Tuas Implemen
Tuas implemen digerakkan dengan menggunakan motor DC melalui
mekanisme sproket dan rantai. Mekanisme yang dirancang dapat dilihat pada
Gambar 5.
Gambar 5 Mekanisme unit pengontrol tuas pengendali implemen
Berdasarkan pengukuran awal, maka jarak lintasan tuas implemen dari
posisi 0-9 adalah 15 cm. Karena pergeseran tuas tersebut menggunakan
mekanisme rantai-sproket dan dirancang jarak pergeseran tersebut dapat
diselesaikan dalam satu putaran sproket, maka jari-jari sproket yang dibutuhkan
dihitung sebagai berikut.
Ks Y
Keterangan : Ks adalah keliling sproket, rs adalah jari-jari sproket dan Y adalah
panjang pergerakan tuas pengendali implemen
Gaya untuk menarik tuas implemen dengan menggunakan timbangan gaya
dengan cara mengaitkan timbangan gaya ke tuas pengendali implemen lalu
menariknya adalah sebesar 8 kgf = 78.48 N, yang dapat dilihat pada Gambar 6.
11
r
rs
r
Tuas
implemen
F
T
pengendali
Sproket pada motor DC
Y
Gambar 6 Skema penentuan kebutuhan daya
Maka torsi yang dibutuhkan pada motor DC penggerak dihitung
berdasarkan persamaan:
Dan daya motor yang digunakan dengan effisiensi motor 70% adalah
sebesar :
Berdasarkan nilai daya yang didapat, maka motor DC yang digunakan
adalah motor DC dengan tegangan sebesar 12 V, sehingga arus maksimum yang
dibutuhkan untuk memutar motor tersebut adalah sebesar :
Ketika mekanisme bekerja pertama kali, maka motor DC akan menarik arus
yang lebih besar, sehingga rangkaian pengontrol motor DC (H-Bridge) yang
digunakan adalah EMS 30 A.
Ukuran rantai yang digunakan, dihitung menggunakan grafik yang dapat
dilihat pada Gambar 7.
12
Gambar 7 Grafik pemilihan ukuran rantai
Berdasarkan grafik pada Gambar 7, maka rantai yang digunakan adalah
rantai dengan no. 25, yang memiliki spesifikasi jarak bagi 6.35 mm, rol rantai
dengan diameter 3.3 mm dan lebar 3.18 mm, plat mata rantai dengan tebal 0.76,
diameter pena 2.3 mm.
Kalibrasi dan Validasi Mekanisme Tuas Implemen
Setelah rancangan struktural dan rangkaian elektronika terpasang sesuai
dengan fungsinya, maka langkah selanjutnya adalah mengukur dan mengkonversi
(mengkalibrasi) besaran yang dibutuhkan. Besaran-besaran yang akan dikonversi
adalah nilai digital yang dihasilkan dari pembacaan potensiometer menjadi nilai
tinggi lower link tempat dudukan implemen.
Uji kalibrasi pada sistem pengendalian tuas implemen dilakukan dengan
membaca nilai keluaran ADC terhadap posisi tuas implemen. Nilai-nilai tersebut
kemudian dijadikan patokan untuk menentukan nilai ADC yang tepat pada setiap
posisi tuas hidrolik. Uji validasi sistem pengendalian tuas implemen dilakukan
dengan cara tuas pengendali implemen digerakkan ke posisi tertentu kemudian
akan dilihat posisi yang dihasilkan oleh sistem.
Pembangunan dan Implementasi Program Secara Bertahap
Langkah
selanjutnya
adalah
membangun
program
dan
mengimplementasikan terhadap sistem. Pembangunan program dilakukan secara
bertahap, hal ini dilakukan agar program yang dibuat sesuai dengan tujuan
pengendalian dan juga memudahkan menelusuri kesalah jika program yang dibuat
13
tidak sesuai dengan keinginan setelah diimplementasikan terhadap sistem.
Program dibuat dengan menggunakan bahasa C, dan software yang digunakan
adalah Code Vision AVR. Pemilihan bahasa C didasarkan oleh beberapa
keunggulan yang dimiliki antara lain : bahasa C merupakan bahasa pemrograman
tingkat tinggi, yang memudahkan desainer dan merupakan bahasa yang powerfull,
fleksibel, dan portable sehingga dapat dijalankan pada beberapa sistem operasi
yang berbeda (Joni & Raharjo 2006). Program yang ditulis dengan menggunakan
aplikasi Code Vision AVR, yang kemudian dicompile menjadi file yang dapat
didownload kedalam chip mikrokontroler.
Pengujian dan Modifikasi Program di Lapangan
Program – program yang telah dibuat di laboratorium dan sesuai dengan
yang diharapkan belum tentu berjalan pada kondisi nyata di lapangan, oleh karena
itu perlu pengujian di lapangan. Jika pengujian di lapangan sudah sesuai dengan
tujuan pengendalian maka penelitian dianggap selesai, tapi jika terdapat kesalahan
program, maka langkah selanjutnya harus diulangi kembali. Tahap terakhir dari
penelitian ini adalah pengambilan data. Proses pengujian lapangan dilakukan untuk
mengetahui apakah hasil rancangan yang telah diuji sebelumnya akan sesuai dengan yang
diharapkan di lapangan. Dengan dilakukannya pengujian lapang maka akan diketahui
rancangan tersebut telah sesuai dengan yang diinginkan atau belum. Adapun data-data
yang diambil adalah data ketelitian sistem dan data kalibrasi besaran-besaran yang
terlibat pada sistem tersebut, data validasi, data penetrasi tanah serta data
pengujian langsung di lapangan.
Pada pengujian lapangan, panjang lintasan yang akan diolah untuk menguji
adalah 50 m. Kecepatan putaran mesin traktor adalah 2000 rpm dengan set tuas
perseneling 2 – 1. Sebelum dilakukan pembajakan, dilakukan pengukuran tahanan
penetrasi tanah pada setiap 10 m di lintasan yang akan dibajak. Pengukuran tahana
penetrasi dilakukan pada kedalaman 0-5, 5-10, 10-15, 15-20, dan 20-25 cm.
Pengukuran kedalaman pembajakan dilakudan dua tahap yaitu pada dua
meter pertama dilakukan pengukuran setiap 20 cm. Hal ini dilakukan karena pada
saat bajak piring pertama menyentuh tanah belum menghasilkan kedalaman yang
konsisten. Pengukuran berikutnya dilakukan setiap dua meter.
14
HASIL DAN PEMBAHASAN
Prototipe Sistem Pengendali Tuas Implemen
Mekanisme kontrol tuas implemen dilakukan menggunakan motor DC 12 V
menggunakan mekanisme sproket-rantai. Hal ini dilakukan, karena posisi tuas
implemen harus mampu bergerak naik turun. Perubahan putaran sproket dijadikan
tolak ukur posisi lower link implemen. Tinggi lower link implemen diukur dengan
menggunakan potensiometer yang terhubung ke poros motor DC penggerak.
Perubahan nilai resistansi potensiometer dikonversi menjadi data digital
menggunakan ADC 10 bit. ADC 10 bit ini mengkonversikan nilai tegangan 0 – 5
V menjadi 0 – 1024 nilai ADC, sehingga nilai analog dari putaran motor akan
diketahui nilai ADCnya. Mekanisme kontrol tuas implemen dapat dilihat pada
Gambar 8 dan Gambar 9.
Gambar 8 Prototipe mekanisme kontrol tuas pengendali implemen
Gambar 9 Mekanisme kontrol tuas pengendali implemen
15
Kinerja Sistem Pengendali Tuas Implemen
Hasil Kalibrasi
Nilai ADC (desimal)
Proses kalibrasi dilakukan dengan melakukan pembacaan nilai ADC pada
setiap posisi tuas yang mengindikasikan tinggi lower link implemen, nilai-nilai
yang dihasilkan digunakan untuk membuat persamaan konversi dari tinggi lower
link implement menjadi nilai ADC yang harus diinputkan ke mikrokontroler.
Hasil kalibrasi menunjukkan bahwa perubahan nilai ADC bersifat linier terhadap
perubahan tinggi lower link implemen. Terdapat perbedaan nilai ADC yang
terbaca pada saat implemen naik jika dibandingkan dengan saat implemen turun.
Hal ini dapat dilihat pada Gambar 10.
800
750
700
650
600
550
500
450
400
350
300
y = 8,4539x + 51,557
R² = 0,9997
Implemen Turun
Implemen Naik
y = 9,1774x - 26,288
R² = 0,9914
40
50
60
70
80
Linear (Implemen
Turun)
Linear (Implemen
Naik)
90
Tinggi lower link implemen (cm)
Gambar 10 Grafik kalibrasi tinggi lower link implemen
Validasi
Uji validasi juga dilakukan untuk mengetahui besarnya error yang
dihasilkan sistem kontrol terhadap set poin yang diharapkan. Berdasarkan hasil
pengujian, rata-rata error yang dihasilkan adalah sebesar 0.97 cm. Hal ini juga
dikarenakan motor masih bergerak meski arus sudah tidak mengalir dikarenakan
adanya momen inersia. Hasil uji validasi dapat dilihat pada Gambar 11.
16
75,0
y = 1,0086x - 0,1999
R² = 0,9769
70,0
Tinggi hasil kontrol (cm)
65,0
60,0
55,0
50,0
45,0
40,0
40
45
50
55
60
65
70
75
Tinggi lower link (cm)
Gambar 11 Grafik validasi sistem kontrol tinggi lower link implemen pada uji
laboratorium
Hasil Pengujian Lapangan
Hasil pengukuran tahanan penetrasi di lapangan menunjukkan bahwa
tahanan penetrasi tanah di kedalaman 10 cm lebih kecil dari pada kedalaman 20
cm (Gambar 12). Gambar 12 juga menunjukkan tahanan penetrasi di setiap titik
pengukuran pada lintasan bajak. Di lintasan 1 di mana dilakukan pengujian
pembajakan pada kedalaman 20 cm, tahanan penetrasi pada kedalaman 20 cm
turun di titik 20 m (18 kg/cm2), sedangkan di titik lainnya lebih tinggi (lebih besar
dari 25 kg/cm2). Pada lintasan 2, di mana dilakukan pengujian pembajakan pada
kedalaman 10 cm, tahanan penetrasi pada kedalaman 10 cm relatif tinggi di titik
10 m (32 kg/cm2), dan menurun di titik 20 m, sedangkan di titik lainnya lebih
tinggi (lebih besar dari 10 kg/cm2). Adapun di lintasan 3, untuk kedalaman 20
cm, tahanan penetrasi terendah terjadi di titik 30 m (12 kg/cm2), sedangkan di titik
lainnya lebih tinggi (di atas 30 kg/cm). Fluktuasi tahanan penetrasi tanah ini
menggambarkan tingkat kekerasan tanah yang dibajak cukup variatif. Pada
gilirannya, hal ini akan berpengaruh pada kinerja pengendalian kedalaman
pembajakan tanahnya.
Tahanan penetrasi tanah (Kg/cm²)
17
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
10
20
30
40
Panjang lintasan (m)
Penetrasi tanah pada kedalaman 10 cm
50
60
Penetrasi tanah pada kedalaman 20 cm
Tahanan penetrasi tanah (Kg/cm²)
Gambar 12 Grafik penetrasi tanah pada lintasan 1
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
10
20
30
40
Panjang lintasan (m)
Penetrasi tanah pada kedalaman 10 cm
50
60
Penetrasi tanah pada kedalaman 20 cm
Tahanan penetrasi tanah (Kg/cm²)
Gambar 13 Grafik penetrasi tanah pada lintasan 2
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
10
20
30
40
Panjang lintasan (m)
Penetrasi tanah pada kedalaman 10 cm
50
60
Penetrasi tanah pada kedalaman 20 cm
Gambar 14 Grafik penetrasi tanah kedalaman 20 cm pada lintasan 3
18
Panjang lintasan (m)
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50
0
Kedalaman tanah (cm)
5
10
15
20
25
Set 20 cm
Set 10 cm
Set 20-10-20 cm
Gambar 15 Grafik kedalaman tanah
Dari hasil pengujian lapang dan dilakukan pengukuran, didapatkan data
bahwa rancangan yang dibuat cukup berhasil karena terdapat perbedaan
kedalaman tanah dengan set ADC yang telah di tentukan. Respon dari tuas
pengendali implemen telah sesuai yang diharapkan, hal tersebut dapat dilihat dari
saat traktor bergerak maju, implemen langsung bergerak kebawah, begitu pula
pada saat traktor sudah mencapai akhir pengolahan, implemen lansung terangkat.
Pada hasil pengolahan tanah, garis merah merupakan set ADC 350 dengan
kedalaman pada saat uji kalibrasi adalah 20 cm dan garis biru merupakan hasil
dari set ADC 450 dengan kedalaman pada saat uji kalibrasi adalah 10 cm dan
garis hijau merupakan kombinasi dari set ADC 350 dan 450. Pada set poin 20 cm
didapatkan rata-rata kedalaman yang dihasilkan adalah 19 cm sedangkan untuk set
poin 10 cm rata-rata kedalaman yang dihasilkan adalah 13 cm. Dari hasil tersebut
terdapat perbedaan kedalaman yang diset dengan kenyataan di lapangan, hal
tersebut dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya adalah pada saat
kalibrasi nilai ADC traktor tidak dalam kondisi dinamis, melainkan secara statis
dan tanpa pembebanan tanah. Faktor lain dari adanya perbedaan kedalaman saat
pengujian yaitu adanya berbedaan kekerasan tanah satu titik dengan titik yang
lain, sehingga dapat membuat bajak piring tidak dapat mencapai kedalaman yang
diinginkan.
19
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Rancangan mekanik dan elektronik sistem pengendalian tuas pengendali
implemen telah berhasil dibuat. Sistem pengendali tuas implemen dapat
menggerakkan tuas pengendali implemen naik dan turun dengan menggunakan
rantai yang digerakkan dengan menggunakan motor DC. Pengujian lapang yang
telah dilakukan pada jalur set point lurus dengan jarak 50 m, menunjukan bahwa
ada perbedaan kedalaman pada set poin 20 cm dan 10 cm.
Saran
Untuk menyempurnakan rancangan yang telah dibuat perlu dilakukan
penelitian ulang agar tuas implemen yang dikontrol otomatis lebih responsif serta
dapat mengimbangi kecepatan dengan digerakkan dengan manual. Salah satu cara
yang dapat dilakukan adalah dengan menggunakan algoritma pengendalian yang
lebih baik misalnya PID, fuzzy dll.
20
DAFTAR PUSTAKA
Rahman CS. 2012. Rancangbangun Sistem Kemudi Otomatis Traktor Pertanian
Berbasis Navigasi GPS (Global Positioning System). Bogor (ID): Pertanian
Bogor Univ Pr.
Joni IM, Raharjo B. 2006. Pemrograman C dan Implementasinya. Bandung (ID):
Informatika.
Holtmann W. 1999. Same SDS sequential drive system : one button-eight
operations. Profi Int 99:10,46–48.
Scarlett AJ. 2001. Integrated Control Of Agricultural Tractors And Implements: a
Review of Potential Opportunities Relating to Cultivation And Crop
Establishment Machinery. Computers and Electronics in Agriculture Elsevier
Science B.V. 72 (2010) 107-118. 30 (2001) 167–191.
Auernhammer H. 2000. Precision Farming for the Site-Specific Fertilization.
Freising-Weihenstephan (GM). Institut fur Landtechnik der TUM.
21
Lampiran 1 EMS 30A H-Bridge
Dimensi : 7.4 cm (p) x 6.1 cm (l) x 1.9 cm (t).
Spesifikasi :
- Terdiri dari 1 driver full H-Bridge. (IC VNH2SP30 memiliki fitur current
sense).
- Driver mampu melewatkan arus kontinu 30 A dan mendukung tegangan beban
dari 5,5 V sampai 36 V (IC VNH2SP30 hanya sampai 16V).
- Input kompatibel dengan level tegangan TTL dan CMOS.
- Output tri-state.
- MOSFET output dengan resistansi drain-source rendah (typ. 0,034 ohm).
- Mendukung kontrol PWM dengan frekuensi sampai 20 Khz.
- Fault detection.
- Proteksi hubungan singkat dan proteksi overtemperature.
- Undervoltage and overvoltage shutdown.
- Reverse battery protection.
- Jalur catu daya input (logika) terpisah dari jalur catu daya untuk beban.
- Desain PCB standar industri dengan bahan 2 layer FR4 dan plated through
hole (PTH).
- Kompatibel dengan SPC Gamepad Interface serta mendukung sistem
mikrokontroler.
22
Lampiran 2 Gambar rancangan
23
24
25
26
27
28
29
Lampiran 3 Gambar hasil pengujian lapang
a. Titik akhir dari pengolahan
c. Hasil pengolahan lahan
b. Pengolahan pada lintasan
d. Kedalaman tanah hasil pengolahan
30
Lampiran 4 tabel hasil pengukuran kedalaman pengolahan lahan menggunakan
bajak piring
ADC
Waktu (s)
Lintasan
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
Kedalaman tanah (cm)
350
450
350-450-350
76
68
71
72
76
68
1
2
3
4
5
6
5
6
7
8
10
10
11
12
13
15
17
17
17
17
18
18
19
19
19
21
20
20
18
17
17
18
18
17
18
18
18
17
17
17
7
8
8
9
10
11
11
12
14
16
18
18
19
19
18
18
18
19
19
19
20
20
21
21
22
22
21
21
20
20
20
19
21
20
5
5
5
6
7
8
9
10
10
11
12
12
11
11
13
13
13
14
14
13
13
13
14
14
14
14
14
13
13
13
13
13
14
13
6
7
7
8
9
9
10
10
11
11
13
13
14
14
14
14
14
14
14
14
13
13
13
14
14
13
12
12
13
13
11
12
11
9
6
7
7
8
9
9
10
12
13
15
17
18
19
20
20
17
15
14
12
12
11
13
12
14
14
15
17
18
18
19
20
20
19
20
7
7
8
9
10
12
13
14
15
16
17
19
20
20
18
17
16
14
14
13
12
10
12
12
13
14
16
17
19
20
20
18
18
19
Keterangan : pengukuran ke-1 hingga ke-10 dilakukan setiap 20 cm dan
pengukuran ke-11 hingga ke-34 dilakukan setiap 2 m.
31
RIWAYAT HIDUP
Penulis bernama lengkap Galih Barmadi Putra, lahir
di Bandung tanggal 25 September 1989, merupakan anak
ke-2 dari dua bersaudara dari pasangan Agus Barmadi dan
Sugiarti. Pada tahun 2002, penulis menyelesaikan
pendidikan Sekolah Dasar di SD Negeri Utama 4 Cimahi
(1996-2002), kemudian melanjutkan ke SLTP Negeri 1
Cimahi (2002-2005) dan SMA Negeri 4 Cimahi (20052008). Pada tahun 2008 penulis diterima di IPB melalui
jalur undangan seleksi masuk IPB (USMI). Penulis
memilih Program Studi Teknik Pertanian, Departemen
Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian. Pada tahun 2010
penulis aktif menjadi pengurus di Badan Eksekutif Mahasiswa Fakultas Teknologi
Pertanian di bidang Minat dan Bakat Mahasiswa, selain itu juga penulis pernah
mengikuti kepanitian Kompetisi Olahraga antar Mahasiswa Fateta (REDS) CUP
dan Salam Perkenalan Mahasiswa (SAPA) 2010.
PENGENDALI IMPLEMEN UNTUK OTOMATISASI
TRAKTOR
GALIH BARMADI PUTRA
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Saya menyatakan dengan sebenarnya bahwa skripsi dengan judul
Rancangbangun Sistem Pengendalian Tuas Pengendali Implemen untuk
Otomatisasi Traktor adalah hasil karya saya sendiri dengan arahan Dosen
pembimbing akademik, dan belum diajukan dalam bentuk apapun pada perguruan
tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang
diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks
dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Agustus 2015
Galih Barmadi Putra
NIM F14080097
ABSTRAK
GALIH BARMADI PUTRA. Rancangbangun Sistem Pengendalian Tuas
Pengendali Implemen untuk Otomatisasi Traktor. Dibimbing oleh I DEWA
MADE SUBRATA.
Pertanian moderen ditandai dengan penggunaan peralatan dan mesin untuk
menggatikan tenaga manusia. Dalam proses persiapan lahan, penanaman,
perawatan dan pemanenan yang menggunakan tenaga manusia digantikan dengan
mesin-mesin pertanian. Penelitian ini memodifikasi tuas implemen yang akan
dikendalikan secara otomatis. Rancangan yang digunakan yaitu dengan
menggunakan transmisi rantai sproket dimana tuas pengendali implemen
dihubungkan dengan rantai, kemudian rantai akan menarik tuas pengendali
implemen tersebut. Transmisi rantai sproket ini digerakan oleh motor DC yang
dikontrol dengan menggunakan mikrokontroler melalui perangkat H-Bridge
dimana tuas pengendali implemen dapat dinaikan dan diturunkan dengan
mengubah arah putaran dari motor DC. Potensiometer digunakan untuk
mengetahui derajat putaran yang digunakan untuk mengetahui posisi dari tuas
pengendali implemen. Perubahan hambatan pada potensiometer dikonversi
menjadi data digital oleh mikrokontroler dan dijadikan sebagai feedback. Pada
pengujian lapangan, digunakan implemen bajak piring, dan diukur kedalaman
pengolahan tanahnya. Pada set ADC 350 rata-rata kedalaman tanah yang terolah
adalah 19 cm sedangkan untuk set ADC 450 rata-rata kedalaman tanah yang
terolah adalah 13 cm.
Kata kunci: rancangbangun, implemen, pengendalian, traktor otomatis
ABSTRACT
GALIH BARMADI PUTRA. Design of Implement Controlling System for
Tractor Automation. Supervised by I DEWA MADE SUBRATA.
Modern farming is indicated by the use of agricultural tools and machines
that substitute human labor. In the process of land preparation, planting, plant
preservation, and harvesting, the use of human labor has been reduced and
replaced by agricultural machines. The objective of this research was to modify
the implement control system for automatic land plowing. The design was using a
sprocket-chain mechanism that was connected to the control lever, there after the
lever could be moved in back and forward directions. The sprocket was rotated by
a DC motor that was controlled by a micro controller passing through H-Bridge
device, thereby the lever could be ascend and descend easily by changing the
direction of DC motor’s rotation. A potentiometer had been used to measure the
rotation angle as the output of the lever position. The scale change at the
potentiometer was converted to a digital data by the micro controller and would
be used as a feedback. At the field performance test, the prototype was tested to
control the depth of a disk plow in a tillage operation using a 4-wheel tractor. The
test result showed that, the control system could control the plowing depth in the
average of 19 cm at the 350 ADC setting, and 13 cm at 450 ADC setting.
Keywords: design, implement, control, smart tractor
RANCANGBANGUN SISTEM PENGENDALIAN TUAS
PENGENDALI IMPLEMEN UNTUK OTOMATISASI
TRAKTOR
GALIH BARMADI PUTRA
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga skripsi ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih
dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Februari 2012 ini ialah Traktor
Pintar dengan judul karya ilmiah “Rancangbangun Sistem Pengendalian Tuas
Pengendali Implemen untuk Otomatisasi Traktor”.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr Ir I Dewa Made Subrata,
MAgr selaku pembimbing, terimakasih pula penulis ucapkan kepada Dr Ir Wawan
Hermawan MS dan Dr Ir Gatot Pramuhadi MSi selaku dosen penguji skripsi. Di
samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada Ka Cecep selaku rekan
penelitian, serta Ita Hanani orang tersayang yang telah membantu selama
pengumpulan data. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu,
serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya, serta PLANKTON
dan GPK selaku orang terdekat, serta teman-teman Teknik Mesin dan Biosistem
angkatan 45 yang telah memberikan dukungan dan semangatnya.
Semoga skripsi ini bermanfaat. Aamiin.
Bogor, Agustus 2015
Galih Barmadi Putra
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
x
DAFTAR LAMPIRAN
x
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
3
Ruang Lingkup Penelitian
3
METODE
4
Waktu dan Tempat
4
Bahan dan Alat
4
Tahapan Penelitian
5
Kriteria Perancangan
7
Rancangan Fungsional
7
Rancangan Struktural
8
HASIL DAN PEMBAHASAN
14
Prototipe Sistem Pengendali Tuas Implemen
14
Kinerja Sistem Pengendali Tuas Implemen
15
SIMPULAN DAN SARAN
19
Simpulan
19
Saran
19
DAFTAR PUSTAKA
20
DAFTAR TABEL
1 Kebutuhan tingkat akurasi data untuk pekerjaan traktor pintar pada
lahan pertanian
2 Uraian sub fungsi dan alternatif komponennya
2
7
DAFTAR GAMBAR
1 Prototipe traktor pintar yang menerapkan sistem pengendalian terpadu
(Scarlett 2001)
2 Diagram alir tahapan penelitian
3 Skema rangkaian elektronik sistem kontrol
4 Rangkaian elektronik sistem kontrol
5 Mekanisme unit pengontrol tuas pengendali implemen
6 Skema penentuan kebutuhan daya
7 Grafik pemilihan ukuran rantai
8 Prototipe mekanisme kontrol tuas pengendali implemen
9 Mekanisme kontrol tuas pengendali implemen
10 Grafik kalibrasi tinggi lower link implemen
11 Grafik validasi sistem kontrol tinggi lower link implemen pada uji
laboratorium
12 Grafik penetrasi tanah pada lintasan 1
13 Grafik penetrasi tanah pada lintasan 2
14 Grafik penetrasi tanah pada lintasan 3
15 Grafik kedalaman tanah
2
6
9
9
10
11
12
14
14
15
16
17
17
17
18
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
EMS 30A H-Bridge
Gambar rancangan
Gambar hasil pengujian lapang
Tabel hasil pengukuran kedalaman pengolahan lahan menggunakan
bajak piring
21
22
25
30
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pertanian modern merupakan pertanian yang berbasis pada peningkatan
efisiensi, produktivitas, dan juga konservasi sumberdaya. Efisisensi pada bidang
pertanian terkait erat dengan penggunaan teknologi. Umumnya, semakin tinggi
penggunaan teknologi maka efisiensi kerja semakin meningkat. Pertanian
tradisional seperti yang telah berjalan pada tahun 70-an mengadopsi teknologi
yang masih rendah, keadaan ini ditandai dengan penggunaan tenaga manusia yang
masih dominan. Hal tersebut menyebabkan efisiensi di setiap bidang pekerjaan
pertanian masih rendah dan berdampak pada produktivitas yang rendah pula.
Pertanian modern ditandai dengan adanya penggunaan alat dan mesin pertanian
yang menggantikan tenaga manusia. Pada proses pengolahan tanah, penanaman,
pemeliharaan tanaman, dan pemanenan, penggunaan tenaga manusia sudah
berkurang dan digantikan oleh mesin-mesin pertanian. Penggunaan alat dan mesin
pertanian bertujuan untuk meningkatkan efisiensi dan kapasitas kerja serta
produktivitas hasil. Selain itu ciri pertanian modern adalah adanya paradigma
konservasi pada proses kerja. Pertanian konservasi merupakan aplikasi teknologi
pertanian modern untuk meningkatkan produksi dan pada saat yang bersamaan
melindungi dan meningkatkan sumberdaya lahan dimana produksi sangat
tergantung kepadanya. Penerapan pertanian konservasi mempromosikan konsep
optimasi panen dan keuntungan dengan menjamin penyediaan keuntungan dan
jasa lingkungan lokal dan global.
Untuk mengatasi masalah tersebut, otomatisasi sistem pengendalian traktor
merupakan salah satu solusinya dengan melakukan otomatisasi sistem
pengendalian pada traktor, dapat mengurangi tenaga manusia yang mengalami
kelelahan dan meningkatkan efisiensi dan produktivitas. Mayoritas operasi lahan
pertanian dilakukan oleh traktor dengan kombinasi implemen atau aplikator yang
sesuai dengan kebutuhan pengolahan lahan. Kualitas kerja dan output dari
kombinasi traktor tersebut bergantung pada keterampilan dan konsentrasi kerja
operator. Saat ini sistem elektronik untuk membantu meringankan kerja operator
dan meningkatkan respon pada traktor telah banyak dikembangkan seperti
misalnya perangkat elektronik pada mesin, transmisi, hidrolik dan pengendalian
traksi pada traktor (Holtmann 1999). Namun, untuk mengoptimalkan kinerja serta
efisiensi traktor diperlukan sebuah mekanisme untuk mengkoordinasikan semua
kerja dari sistem kontrol secara presisi.
Konsep traktor pintar dirancang untuk menerapkan semua kontrol secara
terintegrasi dengan seluruh sistem serta mengotomatisasi koordinasi antara traktor
dan jenis spesifikasi pekerjaan untuk mencapai efisiensi operasi baik secara
kinerja maupun nilai ekonomi serta mengurangi beban kerja dan kelelahan. Pada
Gambar 1 ditunjukkan prototipe traktor pintar yang menerapkan sistem
pengendalian terpadu menurut (Scarlett 2001) adalah sebagai berikut :
1. Traktor dilengkapi dengan kontrol berbasis mikroprosesor yang
bertanggung jawab untuk setiap sub sistem seperti mesin, powershift,
transmisi, elektro-hidrolik, traksi driveline dan lain sebagainnya.
2. Kontrol berbasis mikroprosesor sub-sistem terpasang pada masing-masing
implemen.
2
3. Pusat unit kontrol dan antarmuka operator terletak di kabin
kendaraan/traktor.
4. Antar-komunikasi/kontrol jaringan menghubungkan masing-masing subsistem ke unit kontrol pusat dan antarmuka operator.
Gambar 1 Prototipe traktor pintar yang menerapkan sistem pengendalian terpadu
(Scarlett 2001)
Sedangkan kebutuhan tingkat akurasi data dari traktor pintar untuk
digunakan pada kegiatan budidaya pertanian menurut (Auernhammer 2000)
ditunjukkan pada tabel 1 berikut.
Tabel 1 Kebutuhan tingkat akurasi data untuk pekerjaan traktor pintar pada lahan
pertanian
Tingkat Akurasi
Kebutuhan Operasi
Contoh Pekerjaan
Data
Pembuatan peta lahan,
± 10 m
Sistem navigasi
pengelompokkan lahan
Kontrol penggunaan
Informasi untuk pengambilan kebutuhan pestisida,
±1m
keputusan
perlindungan tanaman,
monitoring lahan
Pengolahan tanah dengan
Pemandu
± 10 cm
traktor, pemanenan hasil
kendaraan/peralatan
pertanian
Peralatan pemupukan,
± 1 cm
Aplikasi Implemen/Peralatan
aplikasi pengendalian hama
Pada penelitian sebelumnya, sistem kendali traktor yang telah
dikembangkan adalah sistem kemudi, sistem pengendali gas, dan sistem
pengendali kopling. Sistem yang akan dikendalikan saat ini adalah sistem
pengendali implemen. Keseluruhan dari penelitian ini akan menghasilkan “Smart
Tractor”. Menurut (Rahman 2012) Smart Tractor adalah traktor yang dapat
bekerja sendiri tanpa manusia sebagai operator secara langsung. Smart Tractor
mampu memindahkan posisi perseneling, mengendalikan tuas gas, mengendalikan
kedalaman implemen dan mampu mengontrol navigasi berdasarkan posisi yang
didapat dari data GPS, artinya traktor mampu bekerja secara mandiri. Otomatisasi
3
dilakukan dengan menggunakan sebuah mikrokontroler tipe DT-AVR ATMega
8535 Bootloader Micro System yang dirangkai sedemikian rupa sehingga kontrol
sistem sepenuhnya dilakukan secara otomatis tanpa operator yang mengendalikan
sistem kontrolnya.
Implemen merupakan salah satu bagian dari traktor yang berperan penting
dalam pengolahan lahan. Implemen digandengkan dengan traktor melalui titik
gandeng, pengendalian tuas pengendali implemen secara otomatis merupakan
salah satu hal yang utama dalam pembuatan Smart Tractor karena tuas pengendali
implemen ini yang akan digunakan untuk mengatur naik turunnya implemen yang
digunakan dalam pengolahan lahan. Pentingnya pengendalian tuas implemen
secara otomatis yaitu untuk menunjang kinerja dari Smart Tractor tersebut, karena
dengan tidak menggunakannya tenaga manusia dalam pengoperasian traktor maka
perlu suatu sistem untuk menggerakan tuas implemen. Tuas pengendali implemen
ini harus dikendalikan pada saat mobilisasi traktor ke lahan yang akan diolah serta
pada saat pengolahan lahan. Pada saat pengolahan lahan tuas harus dikendalikan
naik turun. Tuas pengendali implemen harus diturunkan pada saat pertama akan
mengolah lahan, kemudian akan dinaikkan pada saat traktor akan belok atau pada
saat akhir dari pengolahan lahan dan tuas pengendali implemen akan diturunkan
kembali jika traktor sudah pada posisi untuk mengolah lajur berikutnya.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah merancangbangun dan menguji kinerja sistem
pengendalian otomatis tuas pengendali implemen pada traktor roda empat.
Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini difokuskan pada pembuatan mekanisme pengendalian
otomatis tuas pengendali implemen. Selanjutnya rancangan tersebut diuji
lapangan dengan menggunakan bajak piring dimana set untuk kedalaman
pengolahan bajak piring tersebut ditentukan terlebih dahulu yang nantinya set data
akan diinputkan ke dalam program dimana mikrokontroler sebagai pengendalinya.
4
METODE
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Instrumentasi dan Laboratorium
Lapangan Siswadi Soepardjo Departemen Teknik Mesin dan Biosistem Fakultas
Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor. Waktu pelaksanaan dimulai dari
bulan Maret sampai bulan Juni 2012.
Bahan dan Alat
Alat yang digunakan untuk membuat sistem pengendali adalah:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Timbangan gaya
Multi Meter
Alat Solder
Alat las listrik
Penggaris
Kunci pas
Obeng
Gergaji besi
Bahan yang digunakan untuk membuat sistem pengendali adalah:
Board DT-AVR Atmega 8535 Bootloader Micro sistem dan
perlengkapannya
2. Board H-Bridge
3. Board SPC DC Motor
4. Motor Listrik DC
5. Power Supply
6. Project Board
7. Potensiometer
8. Kabel rol
9. Kabel
10. LCD
11. Limit Switch
12. Komputer
1.
Software yang digunakan untuk memprogram sistem pengendalinya adalah:
1. Microsoft Visual Basic 6.0
2. Code Vision AVR
3. AVR Bootloader V1.3
Perlengkapan yang digunakan pada saat pengambilan data adalah:
1.
2.
3.
4.
Patok
Tali rapia
Meteran
Traktor Yanmar EF 453 T
5
Tahapan Penelitian
Penelitian ini dimulai dengan memahami rancangbangun secara mekanis
yang dikendalikan pada penelitian ini. Setelah pemahaman terhadap mekanisme
yang akan dikontrol, langkah selanjutnya adalah menentukan komponen
elektronika yang dibutuhkan beserta propertinya dan merangkai komponenkomponen tersebut menjadi rangkaian pengendali yang direncanakan. Jika
rangkaian sudah selesai dirancang, maka langkah selanjutnya adalah menyusun
atau membuat program untuk mengontrol atau mengendalikan mekanisme sesuai
dengan tujuan pengontrolan, mengukur dan mengkonversi besaran-besaran yang
dibutuhkan dalam implementasi program, misalnya mengukur jarak displacement
tuas implemen kemudian mengkonversi hasil pengukuran ke dalam besaran
putaran potensiometer agar terbaca oleh mikrokontroler. Setelah itu adalah
menguji hasil penelitian di lapangan beserta mencari data yang sudah
direncanakan. Tahap awal dari penelitian ini adalah memahami mekaniseme
pengontrolan yang akan diaplikasikan, yang dimulai memahami mekanisme kerja
tuas implemen, memahami kebutuhan tenaga, kebutuhan energi listrik, kecepatan
penggerak tuas, panjang lintasan dan spesifikasi lain dari komponen-komponen
yang sudah terpasang. Pada tahap ini untuk mengetehui kebutuhan tenaga untuk
menarik tuas pengendali implemen digunakan timbangan gaya dengan cara
mengaitkan timbangan gaya kepada tuas pengendali implemen kemudian
menariknya maka akan diketahui kebutuhan tenaga untuk menarik tuas pengendali
implemen. Kebutuhan energi listrik perlu diketahui, hal ini bertujuan agar
komponen yang berfungsi sebagai sumber tenaga (motor listrik DC) sesuai
dengan kebutuhan tenaga yang memang dibutuhkan dan juga sumber listrik yang
dibutuhkan dapat tersedia. Kemudian dilakukan pengukuran waktu untuk
menggerakan tuas pengendali implemen dan panjang lintasan gerak dari tuas
pengendali implemen, dari pengukuran tersebut maka akan diketauhui kebutuhan
dari kecepatan putaran motor dan berapa putaran motor yang diperlukan untuk
menggerakkan tuas pengendali implemen.
Tahapan penelitian dapat dilihat lebih rinci pada Gambar 2 berikut.
6
Mulai
Pemahaman mekanisme pengontrolan serta pengukuran
kebutuhan gaya dan jarak jangkauan gerak tuas
Penentuan komponen
mekanik dan elektronika
yang dibutuhkan
Pembuatan dan
pemasangan mekanisme
pengendali tuas implemen
dan rangkaian elektronika
Kalibrasi dan validasi
mekanisme implemen
Pembuatan dan pengujian
fungsional program secara
bertahap
Tidak
Progam
sesuai?
Ya
Pengujian dan modifikasi
program di lapangan
Sistem bekerja
dengan baik ?
Ya
Selesai
Gambar 2 Diagram alir tahapan penelitian
Tidak
7
Kriteria Perancangan
Sistem pengendalian otomatis tuas implemen ini merupakan pengendalian
tuas implemen secara otomatis menggunakan suatu
unit pengotrol tuas
pengendali implemen yang dikendalikan oleh mikrokontroler. Adapun kriteriakriteria yang harus terpenuhi agar unit pengontrol tuas implemen tersebut dapat
bekerja dengan baik, yaitu:
1. Dapat menggerakkan tuas implemen
2. Ukuran sistem penggerak yang disesuaikan dengan volume ruang yang
tersedia
3. Sistem penggerak tidak merubah struktur dan fungsi dari traktor
4. Tuas implemen dapat dengan mudah digerakkan secara manual
5. Sederhana
Rancangan Fungsional
Berdasarkan kriteria rancangan, unit pengontrol tuas implemen tersebut
harus berfungsi untuk menggerakkan tuas pengendali implemen ke arah depan
dan belakang sesuai kebutuhan. Untuk mendukung fungsi utama tersebut maka
dapat diuraikan beberapa sub fungsi seperti diperlihatkan pada Tabel 2.
Tabel 2 Uraian sub fungsi dan alternatif komponennya
Alternatif komponen,
mekanisme
Sub fungsi
Menggerakkan tuas kendali
Menahan komponen
penggerak
Memutar sproket
Mengendalikan putaran motor
Memberi informasi
tuas kendali
posisi
Rantai-sproket
Engkol-pendorong
Putaran roda gigi
Silinder hidrolik
Rangka dudukan
Gantungan
Motor listrik DC
Motor hidrolik
Sistem kontrol
mikrokontroler
Sistem kendali
komputasi
Potensiometer
Sensor jarak
Komponen,
mekanisme terpilih
Rantai-sproket
Rangka dudukan
Motor listrik DC
Sistem kontrol
mikrokontroler
Potensiometer
Berdasarkan analisis fungsional seperti disajikan pada Tabel 2, maka dalam
rancangan ini terdiri atas bagian-bagian utama: mikrokontroler yang berfungsi
untuk mengolah dan melaksanakan intruksi, SPC DC motor yang berfungsi
sebagai pengontrol dari motor DC, H Bridge berfungsi untuk mengubah-ubah
arah putaran dari Motor DC, motor DC sendiri berfungsi sebagai tenaga
penggerak dari sistem yang dirancang, sproket dan rantai merupakan penghubung
antara motor DC dengan tuas implemen, bearing, serta plat besi yang merupakan
8
bahan dari rangka penyangga dari sproket. Keseluruhan unit tersebut berfungsi
untuk mengontrol tuas agar bergerak ke posisi implemen yang diperintahkan
dengan kecepatan putar yang dapat diatur.
Rancangan Struktural
Rangkaian Sistem Kontrol
Setelah memahami tahap mekanisme pengontrolan, tahap selanjutnya adalah
menentukan komponen elektronika yang dibutuhkan. Komponen elektronika
tersebut ditentukan berdasarkan kesesuaian dan kebutuhan mekanisme dan
sistem kerja yang dirancang. Adapun komponen elektronika yang dibutuhkan
adalah sebagai berikut:
Komponen yang bertindak sebagai pengontrol : Mikrokontroler DT-AVR
Atmega 8535
Komponen yang bertindak sebagai penggerak motor DC : H-Bridge
Komponen yang bertindak sebagai pembangkit pulsa PWM : SPC DC Motor
Komponen yang bertindak untuk keperluan tampilan (interface) : LCD
Komponen/sensor putaran: Potensiometer
Komponen pemutus arus: Limit Switch
Konektor untuk menghubungkan antar komponen
Kabel untuk jalur arus listrik maupun jalur data
Dalam tahap ini, komponen elektronika yang telah ditentukan dirangkai dan
dipasang sesuai petunjuk penggunaannya dapat dilihat pada Gambar 3 dan
Gambar 4. Dalam hal ini mikrokontroler dihubungkan dengan komponen lain
yang akan dikontrol kerjanya. Adapun komponen yang dikontrol oleh
mikrokontroler ini adalah H-Bridge (Driver Motor DC) agar mampu menggerakan
motor DC, SPC DC Motor dikontrol kerjanya untuk membangkitkan pulsa PWM
(Pulse Width Modulator). Besarnya nilai pulsa PWM ini yang dapat mengontrol
kecepatan gerak dari motor DC, Limit Switch dikontrol agar mampu memutus arus
yang mengalir melalui rangkaian pada kondisi tertentu, yaitu kondisi pada saat
motor DC harus berhenti berputar ketika tuas pengendali implemen telah
mencapai titik atas atau titik bawah. Adapun potensiometer berperan sebagai
sensor pengukur posisi tuas pada mekanisme tuas implemen. Data awal yang
diperoleh dari potensiometer dipergunakan untuk menentukan kecepatan putar
motor DC sehingga tuas implemen mencapai posisi yang diharapkan. Komponen
lain yang dikontrol oleh mikrokontroler disesuaikan sesuai fungsinya masingmasing.
9
Potensiometer
Mikrokontroler
H-Bridge
Limit Switch
Motor
DC
Limit Switch
PWM
SPC DC Motor
Tuas implemen
Gambar 3 Skema rangkaian elektronik sistem kontrol
Gambar 4 Rangkaian elektronik sistem kontrol
10
Unit Pengontrol Tuas Implemen
Tuas implemen digerakkan dengan menggunakan motor DC melalui
mekanisme sproket dan rantai. Mekanisme yang dirancang dapat dilihat pada
Gambar 5.
Gambar 5 Mekanisme unit pengontrol tuas pengendali implemen
Berdasarkan pengukuran awal, maka jarak lintasan tuas implemen dari
posisi 0-9 adalah 15 cm. Karena pergeseran tuas tersebut menggunakan
mekanisme rantai-sproket dan dirancang jarak pergeseran tersebut dapat
diselesaikan dalam satu putaran sproket, maka jari-jari sproket yang dibutuhkan
dihitung sebagai berikut.
Ks Y
Keterangan : Ks adalah keliling sproket, rs adalah jari-jari sproket dan Y adalah
panjang pergerakan tuas pengendali implemen
Gaya untuk menarik tuas implemen dengan menggunakan timbangan gaya
dengan cara mengaitkan timbangan gaya ke tuas pengendali implemen lalu
menariknya adalah sebesar 8 kgf = 78.48 N, yang dapat dilihat pada Gambar 6.
11
r
rs
r
Tuas
implemen
F
T
pengendali
Sproket pada motor DC
Y
Gambar 6 Skema penentuan kebutuhan daya
Maka torsi yang dibutuhkan pada motor DC penggerak dihitung
berdasarkan persamaan:
Dan daya motor yang digunakan dengan effisiensi motor 70% adalah
sebesar :
Berdasarkan nilai daya yang didapat, maka motor DC yang digunakan
adalah motor DC dengan tegangan sebesar 12 V, sehingga arus maksimum yang
dibutuhkan untuk memutar motor tersebut adalah sebesar :
Ketika mekanisme bekerja pertama kali, maka motor DC akan menarik arus
yang lebih besar, sehingga rangkaian pengontrol motor DC (H-Bridge) yang
digunakan adalah EMS 30 A.
Ukuran rantai yang digunakan, dihitung menggunakan grafik yang dapat
dilihat pada Gambar 7.
12
Gambar 7 Grafik pemilihan ukuran rantai
Berdasarkan grafik pada Gambar 7, maka rantai yang digunakan adalah
rantai dengan no. 25, yang memiliki spesifikasi jarak bagi 6.35 mm, rol rantai
dengan diameter 3.3 mm dan lebar 3.18 mm, plat mata rantai dengan tebal 0.76,
diameter pena 2.3 mm.
Kalibrasi dan Validasi Mekanisme Tuas Implemen
Setelah rancangan struktural dan rangkaian elektronika terpasang sesuai
dengan fungsinya, maka langkah selanjutnya adalah mengukur dan mengkonversi
(mengkalibrasi) besaran yang dibutuhkan. Besaran-besaran yang akan dikonversi
adalah nilai digital yang dihasilkan dari pembacaan potensiometer menjadi nilai
tinggi lower link tempat dudukan implemen.
Uji kalibrasi pada sistem pengendalian tuas implemen dilakukan dengan
membaca nilai keluaran ADC terhadap posisi tuas implemen. Nilai-nilai tersebut
kemudian dijadikan patokan untuk menentukan nilai ADC yang tepat pada setiap
posisi tuas hidrolik. Uji validasi sistem pengendalian tuas implemen dilakukan
dengan cara tuas pengendali implemen digerakkan ke posisi tertentu kemudian
akan dilihat posisi yang dihasilkan oleh sistem.
Pembangunan dan Implementasi Program Secara Bertahap
Langkah
selanjutnya
adalah
membangun
program
dan
mengimplementasikan terhadap sistem. Pembangunan program dilakukan secara
bertahap, hal ini dilakukan agar program yang dibuat sesuai dengan tujuan
pengendalian dan juga memudahkan menelusuri kesalah jika program yang dibuat
13
tidak sesuai dengan keinginan setelah diimplementasikan terhadap sistem.
Program dibuat dengan menggunakan bahasa C, dan software yang digunakan
adalah Code Vision AVR. Pemilihan bahasa C didasarkan oleh beberapa
keunggulan yang dimiliki antara lain : bahasa C merupakan bahasa pemrograman
tingkat tinggi, yang memudahkan desainer dan merupakan bahasa yang powerfull,
fleksibel, dan portable sehingga dapat dijalankan pada beberapa sistem operasi
yang berbeda (Joni & Raharjo 2006). Program yang ditulis dengan menggunakan
aplikasi Code Vision AVR, yang kemudian dicompile menjadi file yang dapat
didownload kedalam chip mikrokontroler.
Pengujian dan Modifikasi Program di Lapangan
Program – program yang telah dibuat di laboratorium dan sesuai dengan
yang diharapkan belum tentu berjalan pada kondisi nyata di lapangan, oleh karena
itu perlu pengujian di lapangan. Jika pengujian di lapangan sudah sesuai dengan
tujuan pengendalian maka penelitian dianggap selesai, tapi jika terdapat kesalahan
program, maka langkah selanjutnya harus diulangi kembali. Tahap terakhir dari
penelitian ini adalah pengambilan data. Proses pengujian lapangan dilakukan untuk
mengetahui apakah hasil rancangan yang telah diuji sebelumnya akan sesuai dengan yang
diharapkan di lapangan. Dengan dilakukannya pengujian lapang maka akan diketahui
rancangan tersebut telah sesuai dengan yang diinginkan atau belum. Adapun data-data
yang diambil adalah data ketelitian sistem dan data kalibrasi besaran-besaran yang
terlibat pada sistem tersebut, data validasi, data penetrasi tanah serta data
pengujian langsung di lapangan.
Pada pengujian lapangan, panjang lintasan yang akan diolah untuk menguji
adalah 50 m. Kecepatan putaran mesin traktor adalah 2000 rpm dengan set tuas
perseneling 2 – 1. Sebelum dilakukan pembajakan, dilakukan pengukuran tahanan
penetrasi tanah pada setiap 10 m di lintasan yang akan dibajak. Pengukuran tahana
penetrasi dilakukan pada kedalaman 0-5, 5-10, 10-15, 15-20, dan 20-25 cm.
Pengukuran kedalaman pembajakan dilakudan dua tahap yaitu pada dua
meter pertama dilakukan pengukuran setiap 20 cm. Hal ini dilakukan karena pada
saat bajak piring pertama menyentuh tanah belum menghasilkan kedalaman yang
konsisten. Pengukuran berikutnya dilakukan setiap dua meter.
14
HASIL DAN PEMBAHASAN
Prototipe Sistem Pengendali Tuas Implemen
Mekanisme kontrol tuas implemen dilakukan menggunakan motor DC 12 V
menggunakan mekanisme sproket-rantai. Hal ini dilakukan, karena posisi tuas
implemen harus mampu bergerak naik turun. Perubahan putaran sproket dijadikan
tolak ukur posisi lower link implemen. Tinggi lower link implemen diukur dengan
menggunakan potensiometer yang terhubung ke poros motor DC penggerak.
Perubahan nilai resistansi potensiometer dikonversi menjadi data digital
menggunakan ADC 10 bit. ADC 10 bit ini mengkonversikan nilai tegangan 0 – 5
V menjadi 0 – 1024 nilai ADC, sehingga nilai analog dari putaran motor akan
diketahui nilai ADCnya. Mekanisme kontrol tuas implemen dapat dilihat pada
Gambar 8 dan Gambar 9.
Gambar 8 Prototipe mekanisme kontrol tuas pengendali implemen
Gambar 9 Mekanisme kontrol tuas pengendali implemen
15
Kinerja Sistem Pengendali Tuas Implemen
Hasil Kalibrasi
Nilai ADC (desimal)
Proses kalibrasi dilakukan dengan melakukan pembacaan nilai ADC pada
setiap posisi tuas yang mengindikasikan tinggi lower link implemen, nilai-nilai
yang dihasilkan digunakan untuk membuat persamaan konversi dari tinggi lower
link implement menjadi nilai ADC yang harus diinputkan ke mikrokontroler.
Hasil kalibrasi menunjukkan bahwa perubahan nilai ADC bersifat linier terhadap
perubahan tinggi lower link implemen. Terdapat perbedaan nilai ADC yang
terbaca pada saat implemen naik jika dibandingkan dengan saat implemen turun.
Hal ini dapat dilihat pada Gambar 10.
800
750
700
650
600
550
500
450
400
350
300
y = 8,4539x + 51,557
R² = 0,9997
Implemen Turun
Implemen Naik
y = 9,1774x - 26,288
R² = 0,9914
40
50
60
70
80
Linear (Implemen
Turun)
Linear (Implemen
Naik)
90
Tinggi lower link implemen (cm)
Gambar 10 Grafik kalibrasi tinggi lower link implemen
Validasi
Uji validasi juga dilakukan untuk mengetahui besarnya error yang
dihasilkan sistem kontrol terhadap set poin yang diharapkan. Berdasarkan hasil
pengujian, rata-rata error yang dihasilkan adalah sebesar 0.97 cm. Hal ini juga
dikarenakan motor masih bergerak meski arus sudah tidak mengalir dikarenakan
adanya momen inersia. Hasil uji validasi dapat dilihat pada Gambar 11.
16
75,0
y = 1,0086x - 0,1999
R² = 0,9769
70,0
Tinggi hasil kontrol (cm)
65,0
60,0
55,0
50,0
45,0
40,0
40
45
50
55
60
65
70
75
Tinggi lower link (cm)
Gambar 11 Grafik validasi sistem kontrol tinggi lower link implemen pada uji
laboratorium
Hasil Pengujian Lapangan
Hasil pengukuran tahanan penetrasi di lapangan menunjukkan bahwa
tahanan penetrasi tanah di kedalaman 10 cm lebih kecil dari pada kedalaman 20
cm (Gambar 12). Gambar 12 juga menunjukkan tahanan penetrasi di setiap titik
pengukuran pada lintasan bajak. Di lintasan 1 di mana dilakukan pengujian
pembajakan pada kedalaman 20 cm, tahanan penetrasi pada kedalaman 20 cm
turun di titik 20 m (18 kg/cm2), sedangkan di titik lainnya lebih tinggi (lebih besar
dari 25 kg/cm2). Pada lintasan 2, di mana dilakukan pengujian pembajakan pada
kedalaman 10 cm, tahanan penetrasi pada kedalaman 10 cm relatif tinggi di titik
10 m (32 kg/cm2), dan menurun di titik 20 m, sedangkan di titik lainnya lebih
tinggi (lebih besar dari 10 kg/cm2). Adapun di lintasan 3, untuk kedalaman 20
cm, tahanan penetrasi terendah terjadi di titik 30 m (12 kg/cm2), sedangkan di titik
lainnya lebih tinggi (di atas 30 kg/cm). Fluktuasi tahanan penetrasi tanah ini
menggambarkan tingkat kekerasan tanah yang dibajak cukup variatif. Pada
gilirannya, hal ini akan berpengaruh pada kinerja pengendalian kedalaman
pembajakan tanahnya.
Tahanan penetrasi tanah (Kg/cm²)
17
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
10
20
30
40
Panjang lintasan (m)
Penetrasi tanah pada kedalaman 10 cm
50
60
Penetrasi tanah pada kedalaman 20 cm
Tahanan penetrasi tanah (Kg/cm²)
Gambar 12 Grafik penetrasi tanah pada lintasan 1
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
10
20
30
40
Panjang lintasan (m)
Penetrasi tanah pada kedalaman 10 cm
50
60
Penetrasi tanah pada kedalaman 20 cm
Tahanan penetrasi tanah (Kg/cm²)
Gambar 13 Grafik penetrasi tanah pada lintasan 2
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
10
20
30
40
Panjang lintasan (m)
Penetrasi tanah pada kedalaman 10 cm
50
60
Penetrasi tanah pada kedalaman 20 cm
Gambar 14 Grafik penetrasi tanah kedalaman 20 cm pada lintasan 3
18
Panjang lintasan (m)
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50
0
Kedalaman tanah (cm)
5
10
15
20
25
Set 20 cm
Set 10 cm
Set 20-10-20 cm
Gambar 15 Grafik kedalaman tanah
Dari hasil pengujian lapang dan dilakukan pengukuran, didapatkan data
bahwa rancangan yang dibuat cukup berhasil karena terdapat perbedaan
kedalaman tanah dengan set ADC yang telah di tentukan. Respon dari tuas
pengendali implemen telah sesuai yang diharapkan, hal tersebut dapat dilihat dari
saat traktor bergerak maju, implemen langsung bergerak kebawah, begitu pula
pada saat traktor sudah mencapai akhir pengolahan, implemen lansung terangkat.
Pada hasil pengolahan tanah, garis merah merupakan set ADC 350 dengan
kedalaman pada saat uji kalibrasi adalah 20 cm dan garis biru merupakan hasil
dari set ADC 450 dengan kedalaman pada saat uji kalibrasi adalah 10 cm dan
garis hijau merupakan kombinasi dari set ADC 350 dan 450. Pada set poin 20 cm
didapatkan rata-rata kedalaman yang dihasilkan adalah 19 cm sedangkan untuk set
poin 10 cm rata-rata kedalaman yang dihasilkan adalah 13 cm. Dari hasil tersebut
terdapat perbedaan kedalaman yang diset dengan kenyataan di lapangan, hal
tersebut dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya adalah pada saat
kalibrasi nilai ADC traktor tidak dalam kondisi dinamis, melainkan secara statis
dan tanpa pembebanan tanah. Faktor lain dari adanya perbedaan kedalaman saat
pengujian yaitu adanya berbedaan kekerasan tanah satu titik dengan titik yang
lain, sehingga dapat membuat bajak piring tidak dapat mencapai kedalaman yang
diinginkan.
19
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Rancangan mekanik dan elektronik sistem pengendalian tuas pengendali
implemen telah berhasil dibuat. Sistem pengendali tuas implemen dapat
menggerakkan tuas pengendali implemen naik dan turun dengan menggunakan
rantai yang digerakkan dengan menggunakan motor DC. Pengujian lapang yang
telah dilakukan pada jalur set point lurus dengan jarak 50 m, menunjukan bahwa
ada perbedaan kedalaman pada set poin 20 cm dan 10 cm.
Saran
Untuk menyempurnakan rancangan yang telah dibuat perlu dilakukan
penelitian ulang agar tuas implemen yang dikontrol otomatis lebih responsif serta
dapat mengimbangi kecepatan dengan digerakkan dengan manual. Salah satu cara
yang dapat dilakukan adalah dengan menggunakan algoritma pengendalian yang
lebih baik misalnya PID, fuzzy dll.
20
DAFTAR PUSTAKA
Rahman CS. 2012. Rancangbangun Sistem Kemudi Otomatis Traktor Pertanian
Berbasis Navigasi GPS (Global Positioning System). Bogor (ID): Pertanian
Bogor Univ Pr.
Joni IM, Raharjo B. 2006. Pemrograman C dan Implementasinya. Bandung (ID):
Informatika.
Holtmann W. 1999. Same SDS sequential drive system : one button-eight
operations. Profi Int 99:10,46–48.
Scarlett AJ. 2001. Integrated Control Of Agricultural Tractors And Implements: a
Review of Potential Opportunities Relating to Cultivation And Crop
Establishment Machinery. Computers and Electronics in Agriculture Elsevier
Science B.V. 72 (2010) 107-118. 30 (2001) 167–191.
Auernhammer H. 2000. Precision Farming for the Site-Specific Fertilization.
Freising-Weihenstephan (GM). Institut fur Landtechnik der TUM.
21
Lampiran 1 EMS 30A H-Bridge
Dimensi : 7.4 cm (p) x 6.1 cm (l) x 1.9 cm (t).
Spesifikasi :
- Terdiri dari 1 driver full H-Bridge. (IC VNH2SP30 memiliki fitur current
sense).
- Driver mampu melewatkan arus kontinu 30 A dan mendukung tegangan beban
dari 5,5 V sampai 36 V (IC VNH2SP30 hanya sampai 16V).
- Input kompatibel dengan level tegangan TTL dan CMOS.
- Output tri-state.
- MOSFET output dengan resistansi drain-source rendah (typ. 0,034 ohm).
- Mendukung kontrol PWM dengan frekuensi sampai 20 Khz.
- Fault detection.
- Proteksi hubungan singkat dan proteksi overtemperature.
- Undervoltage and overvoltage shutdown.
- Reverse battery protection.
- Jalur catu daya input (logika) terpisah dari jalur catu daya untuk beban.
- Desain PCB standar industri dengan bahan 2 layer FR4 dan plated through
hole (PTH).
- Kompatibel dengan SPC Gamepad Interface serta mendukung sistem
mikrokontroler.
22
Lampiran 2 Gambar rancangan
23
24
25
26
27
28
29
Lampiran 3 Gambar hasil pengujian lapang
a. Titik akhir dari pengolahan
c. Hasil pengolahan lahan
b. Pengolahan pada lintasan
d. Kedalaman tanah hasil pengolahan
30
Lampiran 4 tabel hasil pengukuran kedalaman pengolahan lahan menggunakan
bajak piring
ADC
Waktu (s)
Lintasan
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
Kedalaman tanah (cm)
350
450
350-450-350
76
68
71
72
76
68
1
2
3
4
5
6
5
6
7
8
10
10
11
12
13
15
17
17
17
17
18
18
19
19
19
21
20
20
18
17
17
18
18
17
18
18
18
17
17
17
7
8
8
9
10
11
11
12
14
16
18
18
19
19
18
18
18
19
19
19
20
20
21
21
22
22
21
21
20
20
20
19
21
20
5
5
5
6
7
8
9
10
10
11
12
12
11
11
13
13
13
14
14
13
13
13
14
14
14
14
14
13
13
13
13
13
14
13
6
7
7
8
9
9
10
10
11
11
13
13
14
14
14
14
14
14
14
14
13
13
13
14
14
13
12
12
13
13
11
12
11
9
6
7
7
8
9
9
10
12
13
15
17
18
19
20
20
17
15
14
12
12
11
13
12
14
14
15
17
18
18
19
20
20
19
20
7
7
8
9
10
12
13
14
15
16
17
19
20
20
18
17
16
14
14
13
12
10
12
12
13
14
16
17
19
20
20
18
18
19
Keterangan : pengukuran ke-1 hingga ke-10 dilakukan setiap 20 cm dan
pengukuran ke-11 hingga ke-34 dilakukan setiap 2 m.
31
RIWAYAT HIDUP
Penulis bernama lengkap Galih Barmadi Putra, lahir
di Bandung tanggal 25 September 1989, merupakan anak
ke-2 dari dua bersaudara dari pasangan Agus Barmadi dan
Sugiarti. Pada tahun 2002, penulis menyelesaikan
pendidikan Sekolah Dasar di SD Negeri Utama 4 Cimahi
(1996-2002), kemudian melanjutkan ke SLTP Negeri 1
Cimahi (2002-2005) dan SMA Negeri 4 Cimahi (20052008). Pada tahun 2008 penulis diterima di IPB melalui
jalur undangan seleksi masuk IPB (USMI). Penulis
memilih Program Studi Teknik Pertanian, Departemen
Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian. Pada tahun 2010
penulis aktif menjadi pengurus di Badan Eksekutif Mahasiswa Fakultas Teknologi
Pertanian di bidang Minat dan Bakat Mahasiswa, selain itu juga penulis pernah
mengikuti kepanitian Kompetisi Olahraga antar Mahasiswa Fateta (REDS) CUP
dan Salam Perkenalan Mahasiswa (SAPA) 2010.