Rancang Bangun Sistem Kontrol Mesin Sortasi Otomatis Untuk Buah Manggis
RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL MESIN
SORTASI OTOMATIS UNTUK BUAH MANGGIS
NURDIN
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis ”Rancang Bangun Sistem Kontrol
Mesin Sortasi Otomatis untuk Buah Manggis” adalah karya saya sendiri dan
belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun yang tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka dibagian akhir tesis ini.
Bogor, Maret 2007
Nurdin
NIM F151030031
ABSTRAK
NURDIN. Rancang Bangun Sistem Kontrol Mesin Sortasi Otomatis untuk Buah
Manggis. Dibimbing oleh SUROSO dan I DEWA MADE SUBRATA.
Ekspor buah manggis Indonesia terus meningkat, yaitu pada tahun 1996
berjumlah 1980 ton dengan nilai $US 1.52 juta, tahun 2003 meningkat menjadi
9300 ton dengan nilai $US 9.31 juta. Luas panen dan produksi manggis Indonesia
juga terus meningkat, yaitu tahun 2000 luas panen 5192 ha dengan produksi
sebesar 26400 ton, tahun 2003 luas panen meningkat menjadi 9534 ha dengan
produksi sebesar 79073 ton (Ditjen Hortikultura 2004). Dari data tersebut ternyata
nilai ekspor masih dibawah 15% dari total produksi buah manggis. Kecilnya nilai
ekspor disebabkan sering terjadinya penolakan buah manggis Indonesia karena
mutu yang tidak terjamin. Untuk jaminan mutu bagian dalam dari buah manggis
sampai saat ini belum dapat dilakukan. Berdasarkan hal tersebut maka diperlukan
mesin sortasi yang mampu melakukan penyortiran mutu berdasarkan pemeriksaan
mutu bagian luar dan bagian dalam dari buah manggis.
Penelitian ini bertujuan merancang dan membuat sistem kontrol mesin
sortasi untuk buah manggis yang meliputi perputaran konveyor rantai, merancang
dan membuat sistem kontrol penghentian konveyor untuk mengambil data mutu
luar dan mutu dalam dari buah manggis, merancang dan membuat sistem aktuator
mesin sortasi yang meliputi aktuator pengendali motor stepper dan aktuator
penumpahan buah manggis, dan membuat program komputer untuk sistem
pengendalian mesin sortasi buah manggis.
Pada penelitian ini telah dihasilkan; sistem kontrol mesin sortasi otomatis
untuk buah manggis dikendalikan secara ON/OFF dengan komputer memakai
bahasa pemrograman Microsoft Visual Basic 6.0. Interface yang digunakan dalam
pengendalian ini adalah PCL-812PG. Sistem kontrol perputaran konveyor rantai
yang dibuat terdiri dari sensor pengindera posisi objek dengan sistem sensor
infrared. Sistem kontrol penghentian motor stepper didasarkan pada nilai yang
dihasilkan oleh sensor strain gauge dengan prinsip tekanan yang menghasilkan
gaya tekan sebesar 0.096 kgf (jika dalam pengukuran Voltase 0.3 volt, dan
diterjemahkan oleh PCL-812-PG menjadi logika 1). Bahan dudukan tranduser
ultrasonik yang digunakan adalah stainless steel yang dilapisi karet yang tidak
menghantarkan arus listrik dan vibrasi. Sistem kontrol penumpah manggis ke bak
penampungan mutu digunakan solenoid DC12V dengan modifikasi tuas
pengungkit. Mangkuk yang digunakan adalah mangkuk yang terbuat dari bahan
polimer berwarna putih berdiameter dalam 36 mm, diameter luar 50 mm, tinggi
14 mm dan menghasilkan sudut tumpah ≥ 25o. Hasil simulasi program
pengendalian sistem sortasi didapatkan bahwa lama pergerakan setiap manggis
saat pemutuan dimulai dari unit ultrasonik sampai ke bak mutu adalah; mutu super
54.23 detik, mutu satu 68.30 detik, dan non mutu 92.07 detik.
©Hak cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2007
Hak cipta dilindungi
Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari
Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam
bentuk apa pun, baik cetak, fotokopi, mikrofilm, dan sebagainya
RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL MESIN
SORTASI OTOMATIS UNTUK BUAH MANGGIS
NURDIN
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007
Judul Tesis
Nama
NIM
: Rancang Bangun Sistem Kontrol Mesin Sortasi Otomatis
untuk Buah Manggis
: Nurdin
: F151030031
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Suroso, M.Agr.
Ketua
Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr.
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi
Ilmu Keteknikan Pertanian
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof. Dr. Budi Indra Setiawan, M.Agr.
Prof. Dr.Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S.
Tanggal Ujian : 12 Maret 2007
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji syukur ke hadhirat Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya penulis
telah dapat menyelesaikan penulisan tesis ini dengan judul “Rancang Bangun
Sistem Kontrol Mesin Sortasi Otomatis untuk Buah Manggis” sebagai salah satu
syarat dalam menyelesaikan Program Magister Sains.
Penelitian ini adalah bagian dari penelitian ”Hibah Penelitian Tim
Pascasarjana” yang sumber pendanaannya dari DIKTI, dengan judul
“Pengembangan Mesin Sortasi Manggis Otomatis Berbasis Teknik Pemeriksaan
secara Nondestruktif dan Jaringan Saraf Tiruan” yang terdiri dari enam tahapan.
Tahap pertama pengembangan sistem pemeriksaan mutu luar buah manggis
menggunakan teknologi image processing, tahap kedua pengembangan sistem
pemeriksaan mutu bagian dalam buah manggis menggunakan teknologi
ultrasonik, tahap ketiga pengembangan kecerdasan buatan berbasis jaringan saraf
tiruan atau Artificial Neural Network (ANN), tahap keempat pengembangan sistem
mekanik mesin sortasi buah manggis, tahap kelima integrasi perangkat lunak dan
perangkat keras, dan tahap keenam pengujian kinerja mesin sortasi dan pemutuan
yang dibangun. Mahasiswa yang terlibat dalam Tim ini beranggotakan enam
orang, dua orang mahasiswa S3 (Dedi Alharis Nasution dan Sandra) dan empat
orang mahasiswa S2 (Ana Nurhasanah, Jajang Juansyah, Muharfiza, dan Nurdin)
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada
Bapak DR. Ir. Suroso, M. Agr dan Bapak DR. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr
selaku pembimbing yang telah banyak memberikan bimbingan dari awal
penelitian hingga selesainya penulisan tesis ini. Penulis juga mengucapkan terima
kasih kepada Bapak Ir. Mad Yamin, MT selaku Penguji Luar Komisi yang telah
memberikan masukan demi kesempurnaan tesis ini. Ucapan terima kasih juga
penulis sampaikan kepada Direktur Jendral Pendidikan Tinggi Departemen
Pendidikan Nasional, yang telah memberikan biaya bantuan pendidikan
pascasarjana, kepada pemerintah daerah NAD dan DAAD yang telah memberi
bantuan dana, kepada Dosen dan Pegawai Politeknik Negeri Lhokseumawe.
Ucapan terima kasih selanjutnya penulis sampaikan kepada Dosen dan
Pegawai Program Studi TEP, Bapak Sulyaden sebagai teknisi di Laboratorium
TPPHP Departemen Teknik Pertanian IPB, kepada rekan-rekan penulis: team
peneliti, Pak Sandra, Bayu, Pak Irmansyah, Pak Jajang, Sari, Anam, Bang Ayus,
Cebro, Ican, Hendri, Munawar, Yanie, Adnan, Wiwik, teman-teman IKAMAPA,
teman-teman S2 dan S3 TEP, TPP, TIP, dan semua pihak yang telah banyak
membantu penulis dalam menyelesaikan tesis ini.
Selanjutnya ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Kakanda Saiful
Bahri, Asmawati, Samsul Bahri, Nurhayati, M.Nasir, Ida, Adinda Safaruddin,
Andi Firdaus, Evi, ponakan Dina, Nadia, Mazaya dan ponakan-ponakan lain yang
selalu mendoakan penulis. Tidak lupa doa penulis kepada Ayahanda M.Husin
(Alm), Ibunda tercinta Latifah, Bang Samsul, Nurul Husna dan ponakan tercinta
Siti Sarah Fitri yang hilang saat bencana Tsunami di Banda Aceh, semoga mereka
damai di alam Baqa dan Allah menempatkan mereka di Surga-Nya.
Bogor, Maret 2007
Nurdin
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kutacane pada tanggal 26 Januari 1971 dari
Ayahanda M.Husin (Alm) dan Ibunda Latifah. Penulis merupakan putra ke-lima
dari tujuh bersaudara.
Tahun 1990 penulis lulus dari SMA Negeri 1 Sigli dan pada tahun yang
sama lulus seleksi masuk Universitas Syiah Kuala melalui jalur Ujian Masuk
Perguruan Tinggi Negeri (UMPTN). Penulis diterima pada Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik. Pada tahun 2003 penulis diterima di Program Studi Ilmu
Keteknikan Pertanian pada Program Pascasarjana IPB. Beasiswa pendidikan
Pascasarjana diperoleh dari Departemen Pendidikan Nasional (BPPS) dan bantuan
dari PEMDA NAD dan DAAD.
Penulis bekerja sebagai Staf Pengajar pada Jurusan Teknik Mesin
Politeknik Negeri Lhokseumawe sejak tahun 1998 hingga sekarang. Penulis diberi
tanggung jawab mengasuh Mata Kuliah: Mekanika Teknik, Ilmu Kekuatan Bahan,
dan Ilmu Pengetahuan Bahan.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL.......................................................................…...…....
xi
DAFTAR GAMBAR... …………………………......................................
xii
DAFTAR LAMPIRAN..............................................................................
xiv
PENDAHULUAN......................................................................................
1
Latar Belakang..................................................................................
Tujuan Penelitian..............................................................................
1
2
TINJAUAN PUSTAKA.............................................................................
3
Manggis............................................................................................
Teknik Pengolahan Citra..................................................................
Teknik Gelombang Ultrasonik.........................................................
Sistem Kecerdasan Buatan untuk Sortasi dan Pemutuan.................
Kontrol Lup Tertutup........................................................................
3
5
8
11
13
SISTEM MEKANIK MESIN SORTASI MANGGIS...............................
15
Rancangan Fungsional......................................................................
Rancangan Struktural........................................................................
Konstruksi Rangka Mesin..........................................................
Unit Penggerak...........................................................................
Unit Pengangkut.........................................................................
Unit Pengolahan Citra (Image Processing)...............................
Unit Ultrasonik...........................................................................
Bak Penampungan Mutu Buah Manggis...................................
15
16
16
17
18
19
19
20
METODE PENELITIAN...........................................................................
21
Tempat dan Waktu Penelitian...........................................................
Tahapan Penelitian............................................................................
Prinsip Kerja Mesin Sortasi Otomatis untuk Buah Manggis............
Pengembangan Sistem Kontrol Perputaran Konveyor Rantai..........
Pengembangan Sistem Kontrol Aktuator Pengendali
Motor Stepper...................................................................................
Pengujian Gaya Tekan Tranduser Ultrasonik..................................
Pengujian Kekerasan Buah Manggis.........................................
Pengujian Penekanan kulit Buah Manggis dalam Voltase.........
Pengujian Penekanan Ring yang dipasang Strain Gauge..........
Pengujian Bahan Dudukan Tranduser Ultrasonik............................
Pengembangan Sistem Aktuator Penumpahan Buah Manggis.........
Pengujian Sudut Tumpah Buah Manggis.........................................
21
21
21
22
23
25
25
25
26
27
28
29
Halaman
Pengembangan Program Komputer untuk Pengendalian
Sistem Sortasi...................................................................................
Program Komputer.....................................................................
Pengujian Program Komputer....................................................
30
30
31
HASIL DAN PEMBAHASAN..................................................................
32
Sistem Kontrol Perputaran Konveyor Rantai...................................
Sistem Kontrol Aktuator Pengendalian Motor Stepper....................
Gaya Tekan Tranduser Ultrasonik...................................................
Kekerasan Buah Manggis..........................................................
Penekanan Kulit Buah Manggis dalam Voltase.........................
Penekanan Ring yang dipasang Strain Gauge...........................
Bahan Dudukan Tranduser Ultrasonik.............................................
Sistem Aktuator Penumpahan Buah Manggis..................................
Sudut Tumpah Buah Manggis..........................................................
Program Pengendalian Sistem Sortasi..............................................
Program Komputer....................................................................
Pengujian Program Komputer...................................................
33
34
36
36
37
38
38
41
42
43
43
48
SIMPULAN DAN SARAN.......................................................................
50
DAFTAR PUSTAKA................................................................................
51
LAMPIRAN...............................................................................................
53
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Persyaratan pengkelasan mutu buah manggis SNI..............................
4
2 Nilai kekerasan, total padatan terlarut, rata-rata berat dan
rata-rata diameter buah manggis pada berbagai umur petik...............
4
3 Data kekerasan kulit buah manggis.........................................……....
36
4 Data kerusakan pada kulit buah manggis dalam Voltase................….
37
5 Data pengujian bentuk gelombang ultrasonik......................................
39
6 Data pengujian penentuan sudut tumpah buah manggis……………..
42
7 Data pengujian program dengan simulasi…………….……………...
49
8 Data hasil pengujian Ring yang sudah ditempelin
Strain gauge dengan menggunakan alat Penetrometer........................
56
9 Beberapa nilai specific acoustic impedannce dari Material................
56
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1 Bentuk bunga, buah muda, buah siap panen dan buah manggis siap
dikonsumsi...........................................................................................
3
2 Kerusakan bagian dalam buah manggis, (a) gummosis,
(b) transluscent, dan (c) decay.………….…………….......................
3
3 Skema perekaman obyek manggis ke dalam citra digital........……....
6
4 Tampilan program setelah dijalankan ..………………….…………..
7
5 Manggis hasil thesholding...................................................................
8
6 Instrumen pengukuran gelombang ultrasonik untuk manggis…….....
9
7 Posisi sample dan tranduser saat pengukuran gelombang ultrasonik..
9
8 Menentukan variabel Δt dari persamaan kecepatan rambat dan
variabel Am dari persamaan koefisien atenuasi..……….. ………….
10
9 Arsitektur JSTuntuk pemutuan manggis……………... ……………..
12
10 Sistem kontrol loop tertutup....……………………………………….
13
11 Diagram kontrol loop tertutup berdasarkan ON/OF..……………......
13
12 Mesin sortasi buah manggis………….………………………………
16
13 Motor listrik dan reducer yang dipilih.
17
14 (a) Transmisi sabuk gilir penggerak reducer
(b) Transmisi sabuk gilir penggerak konveyor.............…………......
17
15 Poros dan pasak hasil rancangan..........................................................
18
16 (a) Poros dan sproket transportasi
(b) Penguat tegangan rantai.................................................................
18
17 Unit pengolahan citra...........................................................................
19
18 Unit ultrasonic.....................................................................................
20
19 Skema sistem kerja mesin sortasi otomatis untuk buah manggis........
21
20 (a) Unit sensor posisi objek
(b) Rangkaian elektronik sensor posisi objek......................................
22
21 (a) Rangkaian elektronik untuk relay ON/OFF
(b) Rangkaian elektronik untuk power supply.....................................
23
Halaman
22 Ring yang telah dipasang strain gauge sebagai sistem
kontrol ON/OFF motor stepper...........................................................
24
23 Skema pengujian kekerasan buah manggis..........................................
25
24 Skema pengujian penekanan kulit buah manggis dalam Voltase........
26
25 Skema pengujian penekanan ring yang dipasang strain gauge...........
27
26 Skema pengujian gelombang ultrasonik untuk menentukan bahan
dudukan tranduser................................................................................
27
27 Rancangan aktuator penumpahan buah manggis.................................
28
28 Mangkuk tempat dudukan buah manggis............................................
29
29 Skema pengujian sudut tumpah mangkuk buah manggis....................
30
30 Tahapan pelaksanaan penelitian..........................................................
31
31 Sistem kontrol lup tertutup untuk mesin sortasi otomatis....................
32
32 Rangkaian elektronik untuk ON/OFF motor DC, motor stepper,
solenoid mutu super dan solenoid mutu satu.......................................
33
33 Sistem kontrol perputaran koveyor rantai............................................
33
34 Sistem kontrol ON/OFF motor stepper................................................
34
35 Skema sistem kontrol unit image processing.......................................
35
36 Grafik hubungan gaya tekan (kgf) dengan tegangan (volt).................
38
37 (a) Gelombang ultrasonik untuk material kayu dan karet
(b) Gelombang ultrasonik untuk material stainless steel....................
39
38 Sistem aktuator penumpahan buah manggis........................................
41
39 Diagram alir sistem kontrol mesin sortasi otomatis.............................
45
40 Tampilan program Microsoft Visual Basic 6.0....................................
46
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Sampel buah manggis yang digunakan dalam penelitian....................
54
2 LED Infrared, Kamera CCD, Ring dan Strain gauge,
Solenoid DC12V, Penetrometer, dan Interface PCL-812PG...............
55
3 Tabel 8 Data hasil pengujian Ring yang sudah ditempelin Strain
gauge dengan menggunakan alat Penetrometer dan Tabel 9
Beberapa nilai specific acoustic impedannce dari Material................
56
4 Komponen peralatan pengukur gelombang ultrasonik dan
skema rangkaian komponen ultrasonik tester......................................
57
5 Listing program Microsoft Visual Basic 6.0 untuk pengendalian
Mesin Sortasi Otomatis untuk Buah Manggis.....................................
58
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Manggis merupakan tanaman asli Indonesia dengan sentra produksi adalah
Jawa Barat (Jasinga, Ciamis, Wanayasa, Tasikmalaya), Jawa Timur, Sumatera
Utara, Sumatera Barat, Riau, Kalimantan Timur, Kalimantan Tengah, Sulawesi
Utara, Bali, NTT, NTB, Maluku, dan Papua. Permintaan pasar dunia untuk buah
manggis cukup besar. Ekspor buah manggis Indonesia terus meningkat, yaitu pada
tahun 1996 berjumlah 1980 ton dengan nilai $US 1.52 juta, tahun 2003 meningkat
menjadi 9300 ton dengan nilai $US 9.31 juta. Luas panen dan produksi manggis
Indonesia juga terus meningkat, yaitu tahun 2000 luas panen 5192 ha dengan
produksi sebesar 26400 ton, tahun 2003 luas panen meningkat menjadi 9534 ha
dengan produksi sebesar 79073 ton (Ditjen Hortikultura 2004).
Dari data tersebut ternyata nilai ekspor masih dibawah 15% dari total
produksi buah manggis Indonesia. Kecilnya nilai ekspor disebabkan sering
terjadinya penolakan buah manggis Indonesia karena mutu yang tidak terjamin.
Penyortiran buah manggis Indonesia masih dilakukan secara manual dan visual,
faktor kelelahan dan keragaman visual manusia menyebabkan hasil evaluasi
sering tidak seragam. Untuk jaminan mutu bagian dalam dari buah manggis
sampai saat ini belum dapat dilakukan. Harga buah manggis di pasar dunia
berkisar antara Rp. 10000/kg hingga Rp. 25000/kg bahkan di negara Saudi Arabia
harganya dapat mencapai Rp. 100000/kg hingga Rp. 150000/kg, sementara di
pasar lokal antara Rp. 5000/kg dan Rp. 8000/kg.
Berdasarkan hal tersebut maka diperlukan mesin sortasi yang mampu
melakukan penyortiran mutu buah manggis berdasarkan pemeriksaan baik mutu
bagian luar maupun bagian dalam. Teknologi yang dapat digunakan untuk
menentukan mutu luar dari buah manggis adalah teknik pengolahan citra (image
processing). Teknologi gelombang ultrasonik digunakan untuk pemutuan bagian
dalam seperti; mendeteksi getah kuning (gummosis), daging buah berwarna
bening dan mengeras (transluscent), serta kebusukan (decay).
Penelitian untuk “Pengembangan Mesin Sortasi Manggis Otomatis Berbasis
Teknik Pemeriksaan secara Nondestruktif dan Jaringan Saraf Tiruan” merupakan
penelitian berkelanjutan. Pada penelitian lanjutan ini dilakukan integrasi
perangkat lunak dan perangkat keras dengan judul ”Rancang Bangun Sistem
Kontrol Mesin Sortasi Otomatis untuk Buah Manggis”.
Penelitian
sebelumnya
telah
menghasilkan
beberapa
kesimpulan
diantaranya sebagai berikut; parameter pengolahan citra area, indeks warna Green
dan Blue, tekstur untuk fitur energi dan fitur kontras dapat digunakan untuk
menentukan mutu dan tingkat ketuaan manggis dengan bantuan jaringan syaraf
tiruan (Sandra 2005). Untuk sistem pengukuran gelombang ultrasonic, frekuensi
gelombang ultrasonik yang digunakan adalah 50 kHz. Sistem tersebut terdiri dari
bagian transmitter, receiver, tranduser, digital osiloskop, komputer, dan dudukan.
Sistem pengukuran ini bisa diaplikasikan pada buah manggis dengan pengujian
medium udara sebagai medium standar (Juansah 2005). Kecepatan rambat
gelombang ultrasonik dapat digunakan dalam pendugaan kerusakan bagian dalam
buah manggis. Manggis yang mengalami rusak bagian dalamnya mempunyai
kecepatan gelombang ultrasonik yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan
manggis yang mutunya bagus. Kecepatan rambat gelombang pada manggis tidak
rusak dari 0.1152 mm/µs hingga 0.1339 mm/µs dan pada manggis rusak dari
0.1339 mm/µs hingga 0.1536 mm/µs (Nasution 2006).
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah mengembangkan sistem kontrol mesin sortasi
untuk buah manggis. Sedangkan tujuan khusus dari penelitian ini antara lain
adalah:
1 Merancang dan membuat sistem kontrol perputaran konveyor rantai.
2 Merancang dan membuat sistem kontrol penghentian konveyor untuk
mengambil data mutu luar dan mutu dalam dari buah manggis.
3 Merancang dan membuat sistem aktuator mesin sortasi yang meliputi aktuator
pengendali motor stepper dan aktuator penumpahan buah manggis.
4. Membuat program komputer untuk sistem pengendalian mesin sortasi buah
manggis.
TINJAUAN PUSTAKA
Manggis
Manggis (Garcinia mangostana) merupakan tanaman asli Indonesia. Kulit
buah yang belum matang berwarna hijau kekuningan, jika matang berwarna
merah ungu. Bentuk buah manggis bulat, diameter ≤ 8 cm, berat
buah
80 - 130 gram, dan tebal kulit buah 6 - 10 mm (Gambar 1). Isi buahnya lembut
berwarna putih bersih, rasanya eksotik (rasa manis berpadu dengan rasa asam dan
sedikit sepat), pada setiap buah terdapat 4 - 7 pasi. Ukuran setiap pasi dalam buah
yang sama tidak sama besar, pasi yang besar bijinya berbentuk pipih berwarna
coklat kehitaman, sementara pasi yang berukuran kecil biasanya tidak berbiji.
Gambar 1 Bentuk bunga, buah muda, buah siap panen dan
buah manggis siap dikonsumsi (Nasution 2006).
Kerusakan bagian dalam buah manggis yang sering ditemukan adalah getah
kuning (gummosis), daging buah berwarna bening dan mengeras (transluscent),
serta kebusukan (decay). Getah kuning merupakan penyakit utama buah manggis,
buah yang terkena penyakit ini arilnya mengandung getah berwarna kuning
sehingga rasa daging buahnya menjadi pahit (Gambar 2).
a
b
c
Gambar 2 Kerusakan bagian dalam buah manggis (a) gummosis,
(b) transluscent dan (c) decay (Nasution 2006).
Tabel 1 berikut merinci persyaratan minimum kelas Mutu Super, Mutu I,
dan Mutu II (SNI 01-3211-1992) :
Tabel 1 Persyaratan pengkelasan mutu buah manggis SNI
Persyaratan
Jenis Uji
Mutu Super
Keseragaman
Diameter buah
Tingkat kesegaran
Warna kulit
Buah cacat / busuk
Tangkai / kelopak
Kadar kotoran
Serangga hidup / mati
Warna daging buah
*)
Mutu I
Mutu II
seragam
seragam
> 65 mm
55 – 65 mm
segar
segar
hijau kemerahan –
hijau kemerahan –
merah muda mengkilat merah muda mengkilat
0%
0%
utuh
utuh
0%
0%
tidak ada
tidak ada
putih bersih khas
putih bersih khas
manggis
manggis
seragam
< 55 mm
segar
hijau mengkilat
0%
Utuh
0%
tidak ada
putih bersih khas
manggis
*) Sumber: Dewan Standar Nasional (1992)
Umur petik buah manggis didasarkan pada umur petik yang biasa dilakukan
oleh petani, yaitu berdasarkan ciri warna kulit buah manggis (berwarna hijau
penuh hingga ungu kehitaman umur 90, 100, 110, 114 dan 126 hari setelah bunga
mekar), masing-masing sebanyak 40, 20, 49, 39 dan 40 buah.
Nurhasanah (2005) menyatakan bahwa penentuan tingkat ketuaan dan
kematangan manggis melalui pengukuran standar kekerasan buah dan total
padatan terlarut (TPT) yang diukur secara langsung dapat digunakan sebagai
parameter pembeda umur petik buah manggis (Tabel 2). Data kekerasan dan total
padatan terlarut (TPT) untuk umur petik 90 hari dapat dikelompokkan kedalam
kelompok umur muda, sedangkan untuk umur petik 100 hari, 110 hari, 114 hari
dan 126 hari dapat dikelompokkan kedalam kelompok umur tua.
Tabel 2 Nilai kekerasan, total padatan terlarut, rata-rata berat dan
rata-rata diameter buah manggis pada berbagai umur petik
Umur Petik
setelah bunga
mekar (hari)
Kekerasan Kulit
Buah (kgf)
Total Padatan
Terlarut (OBrix)
Rata-rata Berat
(gram)
Rata-rata
Diameter
(gram)
90
100
110
114
126
6.71
2.66
1.43
0.92
0.92
4.64
16.54
17.40
17.39
18.40
142.37
116.68
126.55
127.11
123.98
65.42
61.84
63.07
63.26
62.25
Teknik Pengolahan Citra
Teknik pengolahan citra (image processing) adalah suatu teknologi yang
dikembangkan untuk mendapatkan informasi dari image atau citra digital dengan
cara memodifikasi bagian dari image yang diperlukan sehingga menghasil image
lain yang lebih informatif (Jain et al, 1995).
Pengolahan warna pada citra didasarkan kepada spektrum cahaya yang
dapat dilihat oleh mata manusia yang menggunakan model warna RGB (Red,
Green, Blue ). Model warna RGB dapat dinyatakan dalam bentuk indeks warna
RGB. Untuk mendapatkan indeks warna RGB yaitu dengan menormalisasikan
nilai R,G,B yang didapat dari pengolahan citra digital. Penormalan dilakukan
dengan menghitung nilai r, g, b dengan persamaan (1-3).
r
=
R
R + G + B
(1)
g
=
G
R + G + B
(2)
b
=
B
R + G + B
(3)
R, G, B = nilai pembacaan pada berkas citra warna
r, g, b = nilai indeks warna merah, hijau, dan biru.
Untuk mengidentifikasi suatu objek yang telah direkam dengan kamera,
tekstur merupakan salah satu karakteristik yang penting dari teknik pengolahan
citra digital. Menurut Haralick et al. (1973) untuk menentukan tekstur diperlukan
beberapa fitur ( 14 fitur).
Fitur energi berfungsi untuk mengukur kosentrasi pasangan grey level pada
matriks co-occurance. Energi dapat dihitung dengan persamaan:
m
Energi = ∑
i =1
n
∑
p (i, j )
j =i
i dan j = Sifat keabuan dari resolusi 2 piksel yang berdekatan
P (i,j) = Frekwensi relatif matrik dari resolusi 2 piksel yang berdekatan
(4)
Fitur kontras berfungsi untuk mengukur perbedaan lokal dari hasil
pengolahan citra, pada citra berukuran mxn. Persamaan fitur kontras
adalah
sebagai berikut:
m
Kontras = ∑
i =1
n
∑ (i, j )
2
p (i, j )
(5)
j =i
Sandra (2005) menyatakan bahwa pengolahan citra dapat menduga tingkat
kematangan buah manggis dengan bantuan jaringan syaraf tiruan berdasarkan
parameter pengolahan citra area, indeks warna green dan blue, dan tekstur untuk
fitur energi dan fitur kontras. Parameter pengukuran teknik pengolahan citra pada
buah manggis yang telah dilakukan adalah indeks warna red, green dan blue,
tekstur untuk fitur energi, kontras, homogenitas, dan entropi, serta pengukuran
luas area.
Citra manggis dalam berbagai tingkatan kelas mutu diambil dengan
menggunakan kamera CCD.
Pengambilan citra untuk indek kematangan
dilakukan sebanyak 3 kali. Untuk menentukan jumlah kelopak buah manggis
diletakkan di atas kain hitam sebagai latar belakang, dan indek kematangan latar
belakangnya putih, ukuran latar belakang yang ditangkap lensa 15.5 x 11.5 cm.
Jarak antara kamera dengan latar belakang kurang lebih 23.5 cm. Intensitas
reflektans dari buah manggis ditangkap sensor kamera CCD melalui lensa dan
ditampilkan di monitor komputer yang dihubungkan dengan sensor kamera. Citra
buah manggis direkam dan disimpan secara otomatis dengan ukuran 256X192
piksel. Skema perekaman objek manggis ke dalam citra digital pada penelitian
tahap pertama diperlihatkan pada Gambar 3.
Kartu penangkap citra
Kamera
Kartu konversi A/D
Memori Citra
Lampu
PC
Algoritma pengolahan citra
Obyek/manggis
Gambar 3 Skema perekaman obyek manggis ke dalam citra digital.
Identifikasi ketuaan dan kematangan manggis dengan metode pengolahan
citra dilakukan secara langsung yaitu pengambilan citra dilakukan secara real time
(tanpa perlu menyimpannya terlebih dahulu). Langkah pertama adalah
mengaktifkan program pengolahan citra dalam bahasa C yang telah dicompile dan
dibuat file aplikasinya dalam format exe. Setelah program aplikasi dijalankan,
muncul 3 layar (Gambar 4). Layar besar untuk pengisian nama file menyimpan
citra, menyimpan data hasil pengolahan dalam format txt dan untuk tampilan data
hasil pengolahan citra. Dua layar kecil lainnya untuk menampilkan citra asli dan
citra hasil binerisasi.
Gambar 4 Tampilan program setelah dijalankan (Sandra 2005).
Pengukuran luas area dilakukan dengan terlebih dahulu mengubah citra
warna menjadi citra biner untuk membedakan obyek dan latar belakang melalui
proses thresholding dengan nilai threshold tertentu. Dimana objek berwarna putih
dan latar belakang berwarna hitam. Kemudian dilakukan proses labelling untuk
menemukan obyek dengan luas area terbesar, untuk selanjutnya menentukan titik
pusat objek dan melakukan perhitungan luas area dengan cara menghitung jumlah
pixel warna putih (obyek), seperti Gambar 5. luas area merupakan banyaknya
pixel milik buah manggis, dengan rumus
m
A =∑
i =1
n
∑
j =2
O ( x, y )
(6)
A = luas area obyek
O = titik obyek dalam citra biner
x dan y = lokasi dalam array atau bidang citra
Gambar 5 Manggis Hasil Thresholding.
Penentuan diameter, ukur setiap panjang garis tengah yang tegak lurus pada
tinggi buah manggis segar dari seluruh contoh uji dengan menggunakan alat
pengukur diameter yang sesuai. Pisahkan sesuai dengan ketentuan penggolongan
yang dinyatakan dalam standar yaitu >65 mm; 55-65 mm;
SORTASI OTOMATIS UNTUK BUAH MANGGIS
NURDIN
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis ”Rancang Bangun Sistem Kontrol
Mesin Sortasi Otomatis untuk Buah Manggis” adalah karya saya sendiri dan
belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun yang tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka dibagian akhir tesis ini.
Bogor, Maret 2007
Nurdin
NIM F151030031
ABSTRAK
NURDIN. Rancang Bangun Sistem Kontrol Mesin Sortasi Otomatis untuk Buah
Manggis. Dibimbing oleh SUROSO dan I DEWA MADE SUBRATA.
Ekspor buah manggis Indonesia terus meningkat, yaitu pada tahun 1996
berjumlah 1980 ton dengan nilai $US 1.52 juta, tahun 2003 meningkat menjadi
9300 ton dengan nilai $US 9.31 juta. Luas panen dan produksi manggis Indonesia
juga terus meningkat, yaitu tahun 2000 luas panen 5192 ha dengan produksi
sebesar 26400 ton, tahun 2003 luas panen meningkat menjadi 9534 ha dengan
produksi sebesar 79073 ton (Ditjen Hortikultura 2004). Dari data tersebut ternyata
nilai ekspor masih dibawah 15% dari total produksi buah manggis. Kecilnya nilai
ekspor disebabkan sering terjadinya penolakan buah manggis Indonesia karena
mutu yang tidak terjamin. Untuk jaminan mutu bagian dalam dari buah manggis
sampai saat ini belum dapat dilakukan. Berdasarkan hal tersebut maka diperlukan
mesin sortasi yang mampu melakukan penyortiran mutu berdasarkan pemeriksaan
mutu bagian luar dan bagian dalam dari buah manggis.
Penelitian ini bertujuan merancang dan membuat sistem kontrol mesin
sortasi untuk buah manggis yang meliputi perputaran konveyor rantai, merancang
dan membuat sistem kontrol penghentian konveyor untuk mengambil data mutu
luar dan mutu dalam dari buah manggis, merancang dan membuat sistem aktuator
mesin sortasi yang meliputi aktuator pengendali motor stepper dan aktuator
penumpahan buah manggis, dan membuat program komputer untuk sistem
pengendalian mesin sortasi buah manggis.
Pada penelitian ini telah dihasilkan; sistem kontrol mesin sortasi otomatis
untuk buah manggis dikendalikan secara ON/OFF dengan komputer memakai
bahasa pemrograman Microsoft Visual Basic 6.0. Interface yang digunakan dalam
pengendalian ini adalah PCL-812PG. Sistem kontrol perputaran konveyor rantai
yang dibuat terdiri dari sensor pengindera posisi objek dengan sistem sensor
infrared. Sistem kontrol penghentian motor stepper didasarkan pada nilai yang
dihasilkan oleh sensor strain gauge dengan prinsip tekanan yang menghasilkan
gaya tekan sebesar 0.096 kgf (jika dalam pengukuran Voltase 0.3 volt, dan
diterjemahkan oleh PCL-812-PG menjadi logika 1). Bahan dudukan tranduser
ultrasonik yang digunakan adalah stainless steel yang dilapisi karet yang tidak
menghantarkan arus listrik dan vibrasi. Sistem kontrol penumpah manggis ke bak
penampungan mutu digunakan solenoid DC12V dengan modifikasi tuas
pengungkit. Mangkuk yang digunakan adalah mangkuk yang terbuat dari bahan
polimer berwarna putih berdiameter dalam 36 mm, diameter luar 50 mm, tinggi
14 mm dan menghasilkan sudut tumpah ≥ 25o. Hasil simulasi program
pengendalian sistem sortasi didapatkan bahwa lama pergerakan setiap manggis
saat pemutuan dimulai dari unit ultrasonik sampai ke bak mutu adalah; mutu super
54.23 detik, mutu satu 68.30 detik, dan non mutu 92.07 detik.
©Hak cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2007
Hak cipta dilindungi
Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari
Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam
bentuk apa pun, baik cetak, fotokopi, mikrofilm, dan sebagainya
RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL MESIN
SORTASI OTOMATIS UNTUK BUAH MANGGIS
NURDIN
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007
Judul Tesis
Nama
NIM
: Rancang Bangun Sistem Kontrol Mesin Sortasi Otomatis
untuk Buah Manggis
: Nurdin
: F151030031
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Suroso, M.Agr.
Ketua
Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr.
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi
Ilmu Keteknikan Pertanian
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof. Dr. Budi Indra Setiawan, M.Agr.
Prof. Dr.Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S.
Tanggal Ujian : 12 Maret 2007
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji syukur ke hadhirat Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya penulis
telah dapat menyelesaikan penulisan tesis ini dengan judul “Rancang Bangun
Sistem Kontrol Mesin Sortasi Otomatis untuk Buah Manggis” sebagai salah satu
syarat dalam menyelesaikan Program Magister Sains.
Penelitian ini adalah bagian dari penelitian ”Hibah Penelitian Tim
Pascasarjana” yang sumber pendanaannya dari DIKTI, dengan judul
“Pengembangan Mesin Sortasi Manggis Otomatis Berbasis Teknik Pemeriksaan
secara Nondestruktif dan Jaringan Saraf Tiruan” yang terdiri dari enam tahapan.
Tahap pertama pengembangan sistem pemeriksaan mutu luar buah manggis
menggunakan teknologi image processing, tahap kedua pengembangan sistem
pemeriksaan mutu bagian dalam buah manggis menggunakan teknologi
ultrasonik, tahap ketiga pengembangan kecerdasan buatan berbasis jaringan saraf
tiruan atau Artificial Neural Network (ANN), tahap keempat pengembangan sistem
mekanik mesin sortasi buah manggis, tahap kelima integrasi perangkat lunak dan
perangkat keras, dan tahap keenam pengujian kinerja mesin sortasi dan pemutuan
yang dibangun. Mahasiswa yang terlibat dalam Tim ini beranggotakan enam
orang, dua orang mahasiswa S3 (Dedi Alharis Nasution dan Sandra) dan empat
orang mahasiswa S2 (Ana Nurhasanah, Jajang Juansyah, Muharfiza, dan Nurdin)
Pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada
Bapak DR. Ir. Suroso, M. Agr dan Bapak DR. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr
selaku pembimbing yang telah banyak memberikan bimbingan dari awal
penelitian hingga selesainya penulisan tesis ini. Penulis juga mengucapkan terima
kasih kepada Bapak Ir. Mad Yamin, MT selaku Penguji Luar Komisi yang telah
memberikan masukan demi kesempurnaan tesis ini. Ucapan terima kasih juga
penulis sampaikan kepada Direktur Jendral Pendidikan Tinggi Departemen
Pendidikan Nasional, yang telah memberikan biaya bantuan pendidikan
pascasarjana, kepada pemerintah daerah NAD dan DAAD yang telah memberi
bantuan dana, kepada Dosen dan Pegawai Politeknik Negeri Lhokseumawe.
Ucapan terima kasih selanjutnya penulis sampaikan kepada Dosen dan
Pegawai Program Studi TEP, Bapak Sulyaden sebagai teknisi di Laboratorium
TPPHP Departemen Teknik Pertanian IPB, kepada rekan-rekan penulis: team
peneliti, Pak Sandra, Bayu, Pak Irmansyah, Pak Jajang, Sari, Anam, Bang Ayus,
Cebro, Ican, Hendri, Munawar, Yanie, Adnan, Wiwik, teman-teman IKAMAPA,
teman-teman S2 dan S3 TEP, TPP, TIP, dan semua pihak yang telah banyak
membantu penulis dalam menyelesaikan tesis ini.
Selanjutnya ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Kakanda Saiful
Bahri, Asmawati, Samsul Bahri, Nurhayati, M.Nasir, Ida, Adinda Safaruddin,
Andi Firdaus, Evi, ponakan Dina, Nadia, Mazaya dan ponakan-ponakan lain yang
selalu mendoakan penulis. Tidak lupa doa penulis kepada Ayahanda M.Husin
(Alm), Ibunda tercinta Latifah, Bang Samsul, Nurul Husna dan ponakan tercinta
Siti Sarah Fitri yang hilang saat bencana Tsunami di Banda Aceh, semoga mereka
damai di alam Baqa dan Allah menempatkan mereka di Surga-Nya.
Bogor, Maret 2007
Nurdin
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kutacane pada tanggal 26 Januari 1971 dari
Ayahanda M.Husin (Alm) dan Ibunda Latifah. Penulis merupakan putra ke-lima
dari tujuh bersaudara.
Tahun 1990 penulis lulus dari SMA Negeri 1 Sigli dan pada tahun yang
sama lulus seleksi masuk Universitas Syiah Kuala melalui jalur Ujian Masuk
Perguruan Tinggi Negeri (UMPTN). Penulis diterima pada Jurusan Teknik Mesin
Fakultas Teknik. Pada tahun 2003 penulis diterima di Program Studi Ilmu
Keteknikan Pertanian pada Program Pascasarjana IPB. Beasiswa pendidikan
Pascasarjana diperoleh dari Departemen Pendidikan Nasional (BPPS) dan bantuan
dari PEMDA NAD dan DAAD.
Penulis bekerja sebagai Staf Pengajar pada Jurusan Teknik Mesin
Politeknik Negeri Lhokseumawe sejak tahun 1998 hingga sekarang. Penulis diberi
tanggung jawab mengasuh Mata Kuliah: Mekanika Teknik, Ilmu Kekuatan Bahan,
dan Ilmu Pengetahuan Bahan.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL.......................................................................…...…....
xi
DAFTAR GAMBAR... …………………………......................................
xii
DAFTAR LAMPIRAN..............................................................................
xiv
PENDAHULUAN......................................................................................
1
Latar Belakang..................................................................................
Tujuan Penelitian..............................................................................
1
2
TINJAUAN PUSTAKA.............................................................................
3
Manggis............................................................................................
Teknik Pengolahan Citra..................................................................
Teknik Gelombang Ultrasonik.........................................................
Sistem Kecerdasan Buatan untuk Sortasi dan Pemutuan.................
Kontrol Lup Tertutup........................................................................
3
5
8
11
13
SISTEM MEKANIK MESIN SORTASI MANGGIS...............................
15
Rancangan Fungsional......................................................................
Rancangan Struktural........................................................................
Konstruksi Rangka Mesin..........................................................
Unit Penggerak...........................................................................
Unit Pengangkut.........................................................................
Unit Pengolahan Citra (Image Processing)...............................
Unit Ultrasonik...........................................................................
Bak Penampungan Mutu Buah Manggis...................................
15
16
16
17
18
19
19
20
METODE PENELITIAN...........................................................................
21
Tempat dan Waktu Penelitian...........................................................
Tahapan Penelitian............................................................................
Prinsip Kerja Mesin Sortasi Otomatis untuk Buah Manggis............
Pengembangan Sistem Kontrol Perputaran Konveyor Rantai..........
Pengembangan Sistem Kontrol Aktuator Pengendali
Motor Stepper...................................................................................
Pengujian Gaya Tekan Tranduser Ultrasonik..................................
Pengujian Kekerasan Buah Manggis.........................................
Pengujian Penekanan kulit Buah Manggis dalam Voltase.........
Pengujian Penekanan Ring yang dipasang Strain Gauge..........
Pengujian Bahan Dudukan Tranduser Ultrasonik............................
Pengembangan Sistem Aktuator Penumpahan Buah Manggis.........
Pengujian Sudut Tumpah Buah Manggis.........................................
21
21
21
22
23
25
25
25
26
27
28
29
Halaman
Pengembangan Program Komputer untuk Pengendalian
Sistem Sortasi...................................................................................
Program Komputer.....................................................................
Pengujian Program Komputer....................................................
30
30
31
HASIL DAN PEMBAHASAN..................................................................
32
Sistem Kontrol Perputaran Konveyor Rantai...................................
Sistem Kontrol Aktuator Pengendalian Motor Stepper....................
Gaya Tekan Tranduser Ultrasonik...................................................
Kekerasan Buah Manggis..........................................................
Penekanan Kulit Buah Manggis dalam Voltase.........................
Penekanan Ring yang dipasang Strain Gauge...........................
Bahan Dudukan Tranduser Ultrasonik.............................................
Sistem Aktuator Penumpahan Buah Manggis..................................
Sudut Tumpah Buah Manggis..........................................................
Program Pengendalian Sistem Sortasi..............................................
Program Komputer....................................................................
Pengujian Program Komputer...................................................
33
34
36
36
37
38
38
41
42
43
43
48
SIMPULAN DAN SARAN.......................................................................
50
DAFTAR PUSTAKA................................................................................
51
LAMPIRAN...............................................................................................
53
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Persyaratan pengkelasan mutu buah manggis SNI..............................
4
2 Nilai kekerasan, total padatan terlarut, rata-rata berat dan
rata-rata diameter buah manggis pada berbagai umur petik...............
4
3 Data kekerasan kulit buah manggis.........................................……....
36
4 Data kerusakan pada kulit buah manggis dalam Voltase................….
37
5 Data pengujian bentuk gelombang ultrasonik......................................
39
6 Data pengujian penentuan sudut tumpah buah manggis……………..
42
7 Data pengujian program dengan simulasi…………….……………...
49
8 Data hasil pengujian Ring yang sudah ditempelin
Strain gauge dengan menggunakan alat Penetrometer........................
56
9 Beberapa nilai specific acoustic impedannce dari Material................
56
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1 Bentuk bunga, buah muda, buah siap panen dan buah manggis siap
dikonsumsi...........................................................................................
3
2 Kerusakan bagian dalam buah manggis, (a) gummosis,
(b) transluscent, dan (c) decay.………….…………….......................
3
3 Skema perekaman obyek manggis ke dalam citra digital........……....
6
4 Tampilan program setelah dijalankan ..………………….…………..
7
5 Manggis hasil thesholding...................................................................
8
6 Instrumen pengukuran gelombang ultrasonik untuk manggis…….....
9
7 Posisi sample dan tranduser saat pengukuran gelombang ultrasonik..
9
8 Menentukan variabel Δt dari persamaan kecepatan rambat dan
variabel Am dari persamaan koefisien atenuasi..……….. ………….
10
9 Arsitektur JSTuntuk pemutuan manggis……………... ……………..
12
10 Sistem kontrol loop tertutup....……………………………………….
13
11 Diagram kontrol loop tertutup berdasarkan ON/OF..……………......
13
12 Mesin sortasi buah manggis………….………………………………
16
13 Motor listrik dan reducer yang dipilih.
17
14 (a) Transmisi sabuk gilir penggerak reducer
(b) Transmisi sabuk gilir penggerak konveyor.............…………......
17
15 Poros dan pasak hasil rancangan..........................................................
18
16 (a) Poros dan sproket transportasi
(b) Penguat tegangan rantai.................................................................
18
17 Unit pengolahan citra...........................................................................
19
18 Unit ultrasonic.....................................................................................
20
19 Skema sistem kerja mesin sortasi otomatis untuk buah manggis........
21
20 (a) Unit sensor posisi objek
(b) Rangkaian elektronik sensor posisi objek......................................
22
21 (a) Rangkaian elektronik untuk relay ON/OFF
(b) Rangkaian elektronik untuk power supply.....................................
23
Halaman
22 Ring yang telah dipasang strain gauge sebagai sistem
kontrol ON/OFF motor stepper...........................................................
24
23 Skema pengujian kekerasan buah manggis..........................................
25
24 Skema pengujian penekanan kulit buah manggis dalam Voltase........
26
25 Skema pengujian penekanan ring yang dipasang strain gauge...........
27
26 Skema pengujian gelombang ultrasonik untuk menentukan bahan
dudukan tranduser................................................................................
27
27 Rancangan aktuator penumpahan buah manggis.................................
28
28 Mangkuk tempat dudukan buah manggis............................................
29
29 Skema pengujian sudut tumpah mangkuk buah manggis....................
30
30 Tahapan pelaksanaan penelitian..........................................................
31
31 Sistem kontrol lup tertutup untuk mesin sortasi otomatis....................
32
32 Rangkaian elektronik untuk ON/OFF motor DC, motor stepper,
solenoid mutu super dan solenoid mutu satu.......................................
33
33 Sistem kontrol perputaran koveyor rantai............................................
33
34 Sistem kontrol ON/OFF motor stepper................................................
34
35 Skema sistem kontrol unit image processing.......................................
35
36 Grafik hubungan gaya tekan (kgf) dengan tegangan (volt).................
38
37 (a) Gelombang ultrasonik untuk material kayu dan karet
(b) Gelombang ultrasonik untuk material stainless steel....................
39
38 Sistem aktuator penumpahan buah manggis........................................
41
39 Diagram alir sistem kontrol mesin sortasi otomatis.............................
45
40 Tampilan program Microsoft Visual Basic 6.0....................................
46
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Sampel buah manggis yang digunakan dalam penelitian....................
54
2 LED Infrared, Kamera CCD, Ring dan Strain gauge,
Solenoid DC12V, Penetrometer, dan Interface PCL-812PG...............
55
3 Tabel 8 Data hasil pengujian Ring yang sudah ditempelin Strain
gauge dengan menggunakan alat Penetrometer dan Tabel 9
Beberapa nilai specific acoustic impedannce dari Material................
56
4 Komponen peralatan pengukur gelombang ultrasonik dan
skema rangkaian komponen ultrasonik tester......................................
57
5 Listing program Microsoft Visual Basic 6.0 untuk pengendalian
Mesin Sortasi Otomatis untuk Buah Manggis.....................................
58
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Manggis merupakan tanaman asli Indonesia dengan sentra produksi adalah
Jawa Barat (Jasinga, Ciamis, Wanayasa, Tasikmalaya), Jawa Timur, Sumatera
Utara, Sumatera Barat, Riau, Kalimantan Timur, Kalimantan Tengah, Sulawesi
Utara, Bali, NTT, NTB, Maluku, dan Papua. Permintaan pasar dunia untuk buah
manggis cukup besar. Ekspor buah manggis Indonesia terus meningkat, yaitu pada
tahun 1996 berjumlah 1980 ton dengan nilai $US 1.52 juta, tahun 2003 meningkat
menjadi 9300 ton dengan nilai $US 9.31 juta. Luas panen dan produksi manggis
Indonesia juga terus meningkat, yaitu tahun 2000 luas panen 5192 ha dengan
produksi sebesar 26400 ton, tahun 2003 luas panen meningkat menjadi 9534 ha
dengan produksi sebesar 79073 ton (Ditjen Hortikultura 2004).
Dari data tersebut ternyata nilai ekspor masih dibawah 15% dari total
produksi buah manggis Indonesia. Kecilnya nilai ekspor disebabkan sering
terjadinya penolakan buah manggis Indonesia karena mutu yang tidak terjamin.
Penyortiran buah manggis Indonesia masih dilakukan secara manual dan visual,
faktor kelelahan dan keragaman visual manusia menyebabkan hasil evaluasi
sering tidak seragam. Untuk jaminan mutu bagian dalam dari buah manggis
sampai saat ini belum dapat dilakukan. Harga buah manggis di pasar dunia
berkisar antara Rp. 10000/kg hingga Rp. 25000/kg bahkan di negara Saudi Arabia
harganya dapat mencapai Rp. 100000/kg hingga Rp. 150000/kg, sementara di
pasar lokal antara Rp. 5000/kg dan Rp. 8000/kg.
Berdasarkan hal tersebut maka diperlukan mesin sortasi yang mampu
melakukan penyortiran mutu buah manggis berdasarkan pemeriksaan baik mutu
bagian luar maupun bagian dalam. Teknologi yang dapat digunakan untuk
menentukan mutu luar dari buah manggis adalah teknik pengolahan citra (image
processing). Teknologi gelombang ultrasonik digunakan untuk pemutuan bagian
dalam seperti; mendeteksi getah kuning (gummosis), daging buah berwarna
bening dan mengeras (transluscent), serta kebusukan (decay).
Penelitian untuk “Pengembangan Mesin Sortasi Manggis Otomatis Berbasis
Teknik Pemeriksaan secara Nondestruktif dan Jaringan Saraf Tiruan” merupakan
penelitian berkelanjutan. Pada penelitian lanjutan ini dilakukan integrasi
perangkat lunak dan perangkat keras dengan judul ”Rancang Bangun Sistem
Kontrol Mesin Sortasi Otomatis untuk Buah Manggis”.
Penelitian
sebelumnya
telah
menghasilkan
beberapa
kesimpulan
diantaranya sebagai berikut; parameter pengolahan citra area, indeks warna Green
dan Blue, tekstur untuk fitur energi dan fitur kontras dapat digunakan untuk
menentukan mutu dan tingkat ketuaan manggis dengan bantuan jaringan syaraf
tiruan (Sandra 2005). Untuk sistem pengukuran gelombang ultrasonic, frekuensi
gelombang ultrasonik yang digunakan adalah 50 kHz. Sistem tersebut terdiri dari
bagian transmitter, receiver, tranduser, digital osiloskop, komputer, dan dudukan.
Sistem pengukuran ini bisa diaplikasikan pada buah manggis dengan pengujian
medium udara sebagai medium standar (Juansah 2005). Kecepatan rambat
gelombang ultrasonik dapat digunakan dalam pendugaan kerusakan bagian dalam
buah manggis. Manggis yang mengalami rusak bagian dalamnya mempunyai
kecepatan gelombang ultrasonik yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan
manggis yang mutunya bagus. Kecepatan rambat gelombang pada manggis tidak
rusak dari 0.1152 mm/µs hingga 0.1339 mm/µs dan pada manggis rusak dari
0.1339 mm/µs hingga 0.1536 mm/µs (Nasution 2006).
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah mengembangkan sistem kontrol mesin sortasi
untuk buah manggis. Sedangkan tujuan khusus dari penelitian ini antara lain
adalah:
1 Merancang dan membuat sistem kontrol perputaran konveyor rantai.
2 Merancang dan membuat sistem kontrol penghentian konveyor untuk
mengambil data mutu luar dan mutu dalam dari buah manggis.
3 Merancang dan membuat sistem aktuator mesin sortasi yang meliputi aktuator
pengendali motor stepper dan aktuator penumpahan buah manggis.
4. Membuat program komputer untuk sistem pengendalian mesin sortasi buah
manggis.
TINJAUAN PUSTAKA
Manggis
Manggis (Garcinia mangostana) merupakan tanaman asli Indonesia. Kulit
buah yang belum matang berwarna hijau kekuningan, jika matang berwarna
merah ungu. Bentuk buah manggis bulat, diameter ≤ 8 cm, berat
buah
80 - 130 gram, dan tebal kulit buah 6 - 10 mm (Gambar 1). Isi buahnya lembut
berwarna putih bersih, rasanya eksotik (rasa manis berpadu dengan rasa asam dan
sedikit sepat), pada setiap buah terdapat 4 - 7 pasi. Ukuran setiap pasi dalam buah
yang sama tidak sama besar, pasi yang besar bijinya berbentuk pipih berwarna
coklat kehitaman, sementara pasi yang berukuran kecil biasanya tidak berbiji.
Gambar 1 Bentuk bunga, buah muda, buah siap panen dan
buah manggis siap dikonsumsi (Nasution 2006).
Kerusakan bagian dalam buah manggis yang sering ditemukan adalah getah
kuning (gummosis), daging buah berwarna bening dan mengeras (transluscent),
serta kebusukan (decay). Getah kuning merupakan penyakit utama buah manggis,
buah yang terkena penyakit ini arilnya mengandung getah berwarna kuning
sehingga rasa daging buahnya menjadi pahit (Gambar 2).
a
b
c
Gambar 2 Kerusakan bagian dalam buah manggis (a) gummosis,
(b) transluscent dan (c) decay (Nasution 2006).
Tabel 1 berikut merinci persyaratan minimum kelas Mutu Super, Mutu I,
dan Mutu II (SNI 01-3211-1992) :
Tabel 1 Persyaratan pengkelasan mutu buah manggis SNI
Persyaratan
Jenis Uji
Mutu Super
Keseragaman
Diameter buah
Tingkat kesegaran
Warna kulit
Buah cacat / busuk
Tangkai / kelopak
Kadar kotoran
Serangga hidup / mati
Warna daging buah
*)
Mutu I
Mutu II
seragam
seragam
> 65 mm
55 – 65 mm
segar
segar
hijau kemerahan –
hijau kemerahan –
merah muda mengkilat merah muda mengkilat
0%
0%
utuh
utuh
0%
0%
tidak ada
tidak ada
putih bersih khas
putih bersih khas
manggis
manggis
seragam
< 55 mm
segar
hijau mengkilat
0%
Utuh
0%
tidak ada
putih bersih khas
manggis
*) Sumber: Dewan Standar Nasional (1992)
Umur petik buah manggis didasarkan pada umur petik yang biasa dilakukan
oleh petani, yaitu berdasarkan ciri warna kulit buah manggis (berwarna hijau
penuh hingga ungu kehitaman umur 90, 100, 110, 114 dan 126 hari setelah bunga
mekar), masing-masing sebanyak 40, 20, 49, 39 dan 40 buah.
Nurhasanah (2005) menyatakan bahwa penentuan tingkat ketuaan dan
kematangan manggis melalui pengukuran standar kekerasan buah dan total
padatan terlarut (TPT) yang diukur secara langsung dapat digunakan sebagai
parameter pembeda umur petik buah manggis (Tabel 2). Data kekerasan dan total
padatan terlarut (TPT) untuk umur petik 90 hari dapat dikelompokkan kedalam
kelompok umur muda, sedangkan untuk umur petik 100 hari, 110 hari, 114 hari
dan 126 hari dapat dikelompokkan kedalam kelompok umur tua.
Tabel 2 Nilai kekerasan, total padatan terlarut, rata-rata berat dan
rata-rata diameter buah manggis pada berbagai umur petik
Umur Petik
setelah bunga
mekar (hari)
Kekerasan Kulit
Buah (kgf)
Total Padatan
Terlarut (OBrix)
Rata-rata Berat
(gram)
Rata-rata
Diameter
(gram)
90
100
110
114
126
6.71
2.66
1.43
0.92
0.92
4.64
16.54
17.40
17.39
18.40
142.37
116.68
126.55
127.11
123.98
65.42
61.84
63.07
63.26
62.25
Teknik Pengolahan Citra
Teknik pengolahan citra (image processing) adalah suatu teknologi yang
dikembangkan untuk mendapatkan informasi dari image atau citra digital dengan
cara memodifikasi bagian dari image yang diperlukan sehingga menghasil image
lain yang lebih informatif (Jain et al, 1995).
Pengolahan warna pada citra didasarkan kepada spektrum cahaya yang
dapat dilihat oleh mata manusia yang menggunakan model warna RGB (Red,
Green, Blue ). Model warna RGB dapat dinyatakan dalam bentuk indeks warna
RGB. Untuk mendapatkan indeks warna RGB yaitu dengan menormalisasikan
nilai R,G,B yang didapat dari pengolahan citra digital. Penormalan dilakukan
dengan menghitung nilai r, g, b dengan persamaan (1-3).
r
=
R
R + G + B
(1)
g
=
G
R + G + B
(2)
b
=
B
R + G + B
(3)
R, G, B = nilai pembacaan pada berkas citra warna
r, g, b = nilai indeks warna merah, hijau, dan biru.
Untuk mengidentifikasi suatu objek yang telah direkam dengan kamera,
tekstur merupakan salah satu karakteristik yang penting dari teknik pengolahan
citra digital. Menurut Haralick et al. (1973) untuk menentukan tekstur diperlukan
beberapa fitur ( 14 fitur).
Fitur energi berfungsi untuk mengukur kosentrasi pasangan grey level pada
matriks co-occurance. Energi dapat dihitung dengan persamaan:
m
Energi = ∑
i =1
n
∑
p (i, j )
j =i
i dan j = Sifat keabuan dari resolusi 2 piksel yang berdekatan
P (i,j) = Frekwensi relatif matrik dari resolusi 2 piksel yang berdekatan
(4)
Fitur kontras berfungsi untuk mengukur perbedaan lokal dari hasil
pengolahan citra, pada citra berukuran mxn. Persamaan fitur kontras
adalah
sebagai berikut:
m
Kontras = ∑
i =1
n
∑ (i, j )
2
p (i, j )
(5)
j =i
Sandra (2005) menyatakan bahwa pengolahan citra dapat menduga tingkat
kematangan buah manggis dengan bantuan jaringan syaraf tiruan berdasarkan
parameter pengolahan citra area, indeks warna green dan blue, dan tekstur untuk
fitur energi dan fitur kontras. Parameter pengukuran teknik pengolahan citra pada
buah manggis yang telah dilakukan adalah indeks warna red, green dan blue,
tekstur untuk fitur energi, kontras, homogenitas, dan entropi, serta pengukuran
luas area.
Citra manggis dalam berbagai tingkatan kelas mutu diambil dengan
menggunakan kamera CCD.
Pengambilan citra untuk indek kematangan
dilakukan sebanyak 3 kali. Untuk menentukan jumlah kelopak buah manggis
diletakkan di atas kain hitam sebagai latar belakang, dan indek kematangan latar
belakangnya putih, ukuran latar belakang yang ditangkap lensa 15.5 x 11.5 cm.
Jarak antara kamera dengan latar belakang kurang lebih 23.5 cm. Intensitas
reflektans dari buah manggis ditangkap sensor kamera CCD melalui lensa dan
ditampilkan di monitor komputer yang dihubungkan dengan sensor kamera. Citra
buah manggis direkam dan disimpan secara otomatis dengan ukuran 256X192
piksel. Skema perekaman objek manggis ke dalam citra digital pada penelitian
tahap pertama diperlihatkan pada Gambar 3.
Kartu penangkap citra
Kamera
Kartu konversi A/D
Memori Citra
Lampu
PC
Algoritma pengolahan citra
Obyek/manggis
Gambar 3 Skema perekaman obyek manggis ke dalam citra digital.
Identifikasi ketuaan dan kematangan manggis dengan metode pengolahan
citra dilakukan secara langsung yaitu pengambilan citra dilakukan secara real time
(tanpa perlu menyimpannya terlebih dahulu). Langkah pertama adalah
mengaktifkan program pengolahan citra dalam bahasa C yang telah dicompile dan
dibuat file aplikasinya dalam format exe. Setelah program aplikasi dijalankan,
muncul 3 layar (Gambar 4). Layar besar untuk pengisian nama file menyimpan
citra, menyimpan data hasil pengolahan dalam format txt dan untuk tampilan data
hasil pengolahan citra. Dua layar kecil lainnya untuk menampilkan citra asli dan
citra hasil binerisasi.
Gambar 4 Tampilan program setelah dijalankan (Sandra 2005).
Pengukuran luas area dilakukan dengan terlebih dahulu mengubah citra
warna menjadi citra biner untuk membedakan obyek dan latar belakang melalui
proses thresholding dengan nilai threshold tertentu. Dimana objek berwarna putih
dan latar belakang berwarna hitam. Kemudian dilakukan proses labelling untuk
menemukan obyek dengan luas area terbesar, untuk selanjutnya menentukan titik
pusat objek dan melakukan perhitungan luas area dengan cara menghitung jumlah
pixel warna putih (obyek), seperti Gambar 5. luas area merupakan banyaknya
pixel milik buah manggis, dengan rumus
m
A =∑
i =1
n
∑
j =2
O ( x, y )
(6)
A = luas area obyek
O = titik obyek dalam citra biner
x dan y = lokasi dalam array atau bidang citra
Gambar 5 Manggis Hasil Thresholding.
Penentuan diameter, ukur setiap panjang garis tengah yang tegak lurus pada
tinggi buah manggis segar dari seluruh contoh uji dengan menggunakan alat
pengukur diameter yang sesuai. Pisahkan sesuai dengan ketentuan penggolongan
yang dinyatakan dalam standar yaitu >65 mm; 55-65 mm;