T1 612007025 BAB III

10

BAB III

PERANCANGAN DAN REALISASI SISTEM

Pada bab ini akan dijabarkan mengenai perancangan dan realisasi dari perangkat keras dan perangkat lunak dari setiap modul yang menjadi bagian dari sistem ini.

3.1 Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras

Pada perancangan dan realisasi perangkat keras dalam perancangan ini, perangkat keras dibagi menjadi beberapa bagian yaitu :

1. Box inkubasi fermentasi dan pengeringan 2. Modul Interface

3. Modul Sensor 4. Modul Pemanas

5. Modul driver beban AC 6. Modul Mikrokontroler

3.1.1. Box Inkubasi Fermentasi dan Pengeringan

Box inkubasi fermentasi dan pengeringan yang dirancang berdimensi (80 x 50 x 80) centimeter. Box ini dirancang mempunyai 2 bagian yaitu, bagian luar dan bagian dalam dan pintu berada di depan. Box bagian luar terbuat dari kerangka berupa besi dan dindingnya terbuat dari plat alumunium. Sedangkan, pada box bagian dalam terbuat dari plat stainless steel, dan di dalam box ada 4 buah loyang / nampan yang terbuat dari plat stainless steel.

Plat stainless steel dipilih untuk bahan bagian dalam box, karena pada umumnya plat stainless sangat bagus dan aman digunakan untuk pengolahan bahan makanan, dan obyek dalam penelitian ini berupa kulit singkong. Box ini memiliki 2 bagian dan terdapat sela di antara dinding luar dan bagian dalam box. Pada bagian sela ini diisi dengan glass wool untuk menahan panas agar tidak keluar dari lapisan box bagian dalam. Pemilihan bahan untuk bagian luar dan dalam box disesuaikan dengan perancangan awal, di mana box dirancang agar suhu panas tidak keluar dari box,

11

Perangkat keras yang digunakan untuk menunjang kinerja mesin pengering ini adalah sebuah pemanas berupa keramik dengan daya maksimal 750 Watt. Dua buah kipas diletakkan pada bagian dalam box sebagai exhaust yang berfungsi mengeluarkan udara yang mengandung uap air dari dalam box. Gambar 3.1 menunjukkan skema realisasi perancangan box.

Gambar 3.1 Skema realisasi box dan komponen. Keterangan gambar : 1. Sensor SHT11

2. Pemanas 3. FANExhaust

4. Loyang

5. LCD dan keypad sebagai interface dengan user

3.1.2. Modul Interface

Bagian interface berfungsi untuk sarana interaksi user dengan sistem yang dirancang. Pada bagian ini user dapat memberi masukan suhu yang diinginkan. Dengan adanya LCD, user dapat memantau kinerja dari inkubasi fermentasi atau pengeringan. Bagian ini secara keseluruhan terhubung dan dikendalikan oleh bagian pengendali utama. Ada dua komponen utama pada bagian interface yaitu keypad 4x4 dan LCD karakter 16x2.

12

Keypad 4x4 digunakan sebagai sarana pengguna untuk memberikan masukan ke sistem. Keypad 4x4 memiliki konektor delapan pin yang dihubungkan ke mikrokontroler. LCD karakter 16x2 berfungsi sebagai penampil informasi yang ada pada sistem, juga sebagai penampil menu utama. Gambar 3.2 menunjukkan keypad 4x4 dan LCD karakter 16x2 yang digunakan dalam perancangan.

Gambar 3.2. Keypad 4x4 dan LCD karakter 16x2 yang digunakan dalam perancangan.

3.1.3. Modul Sensor

Sensor yang digunakan untuk mengukur suhu dan kelembaban sekaligus di dalam box adalah SHT 11. Sensor ini dipilih karena hasil pengukuran temperatur dan kelembaban berupa output digital, sehingga alat mudah digunakan. Selain itu, sensor ini memiliki konsumsi daya yang rendah yaitu hanya 30 µWatt (typical). Jangkauan temperatur SHT 11 berkisar antara -40oC hingga 125oC dengan akurasi ±0,4 oC sedangkan, jangkauan kelembabannya bekerja pada kisaran 0 – 100% RH (Relative Humidity) dengan akurasi ±3,0%.

Waktu yang dibutuhkan sensor untuk mendeteksi nilai suhu dan kelembaban disebut response time. Waktu yang dibutuhkan untuk mendeteksi suhu minimal 5 detik dan waktu maksimal 30 detik. Pendeteksian kelembaban membutuhkan waktu 4 detik (typical). Data yang diterima sensor merupakan data dengan ukuran 8/12/14 bit. Resistor pull-up pada pin data dibutuhkan agar data dari SHT 11 dapat diolah oleh pengendali mikrokontroler.

13

Gambar 3.3. Koneksi sensor SHT 11 ke mikrokontroler.

Pengukuran suhu dan kelembaban dimulai setelah mengirim perintah (‘00000101’ untuk kelembaban, dan ‘00000011’ untuk suhu), mikrokontroler harus menunggu sekitar 210 ms sampai pengukuran selesai. Setelah pengukuran selesai, SHT 11 mengatur pin DATA menjadi low dan masuk ke idle state. Mikrokontroler harus menunggu data siap diambil terlebih dahulu sebelum mengatur pin SCK kembali membaca data. Data hasil pengukuran sensor disimpan sampai data dibaca oleh mikrokontroler. Sensor secara otomatis akan kembali ke Sleep Mode setelah pengukuran dan komunikasi dengan mikrokontroler selesai.

3.1.4. Modul Pemanas

Alat ini mempunyai spesifikasi yaitu bekerja dari suhu 35oC sampai 120oC, sehingga di butuhkan sebuah pemanas, dan pemanas yang digunakan adalah pemanas keramik dengan daya 750 watt yang membutuhkan catu daya sebesar 220 VAC.

14 3.1.5. Modul driver beban AC

Modul driver beban AC berguna untuk menghidupkan pemanas yang bekerja pada tegangan kerja 220 VAC memerlukan rangkaian driver yang bertujuan untuk mengatur daya yang keluar sehinga suhu dapat stabil didalam pengering. Gambar 3.5 menunjukkan rangkaian driver pemanas yang digunakan dalam perancangan alat pengering ini, MOC 3020 digunakan sebagai saklar otomatis yang akan aktif bila ada beda potensial. Fungsi dari MOC 3020 ini adalah sebagai isolator dengan bagian DC dari rangkaian kendali utama agar tidak terhubung secara langsung ke jaringan AC, sehingga dapat mencegah tegangan AC tidak berhubungan langsung dengan mikrokontroler sehingga tidak rusak. Selain sebagai isolator MOC 3020 tersebut sebagai antarmuka antara bagian kendali (rangkaian DC) agar dapat berkomunikasi dengan jaringan AC. TRIAC berfungsi sebagai pengendali utama pemanas untuk menggantikan fungsi saklar pemutus dan penyambung arus listrik yang besar namun, dalam rangkaian iniTRIACberfungsi untuk mengaktifkan tegangan 220 VAC.

Gambar 3.5. Rangkaian driver beban AC untuk pemanas.

Nilai-nilai komponen pada rangkaian driver pemanas dapat dicari dengan menggunakan perhitungan sebagai berikut:

Tegangan RMS jala-jala PLN = 220 V

Keluaran arus maksimum dari MOC 3020 = 1A

Untuk aktif, MOC 3020 membutuhkan arus (If) = 10 mA Forward voltage (Vf) MOC 3020 = 1,5 V

15

R1 =

(3.0)

=

= 350 Ω 330 Ω Maka, didapatkan nilai R1 = 330 Ω

R2 =

=

157, 14Ω≈ 180Ω

Maka, didapatkan nilai R2 = 180Ω

Prinsip kerja MOC 3020 pada perancangan ini adalah MOC 3020 akan aktif jika ada beda tegangan antara masukan kaki 1 dan 2. Jika terdapat beda tegangan, maka keluaran dari MOC 3020 akan memicu gate pada TRIAC sehingga TRIAC aktif dan pemanas akan hidup.

3.1.6. Modul Mikrokontroler

Mikrokontroler yang digunakan berjenis arduino 2560, yang berfungsi untuk mengatur dan mengendalikan seluruh proses operasi antara lain mengatur proses fermentasi atau pengeringan yang disesuaikan dengan masukan berdasarkan suhu yang diinginkan, mengolah data dari sensor SHT 11, mengatur sudut picuan TRIAC, dan mengatur kinerja dari semua perangkat keras pendukung seperti fan exhaust, dan user interface. Tabel 3.1 menjelaskan penggunaan masing-masing port pada modul mikrokontroler.

16

Tabel 3.1. Konfigurasi penggunaan pin Arduino 2560.

Nama port Fungsi

Port PWM 8 Data SHT 11

Port PWM 9 Clock SHT11

Port PWM 2 Terhubung dengan LCD

Port PWM 3 Terhubung dengan LCD

Port PWM 4 Terhubung dengan LCD

Port PWM 5 Terhubung dengan LCD

Port PWM 11 Terhubung dengan LCD

Port PWM 12 Terhubung dengan LCD

Port Digital 22 Terhubung dengan keypad

Port Digital 24 Terhubung dengan keypad

Port Digital 26 Terhubung dengan keypad

Port Digital 28 Terhubung dengan keypad

Port Digital 30 Terhubung dengan keypad

Port Digital 32 Terhubung dengan keypad

Port Digital 34 Terhubung dengan keypad

Port Digital 36 Terhubung dengan keypad

Port Analog A1 Input driver pemanas

17

3.2 Perancangan dan Realisasi Perangkat Lunak

Pada bagian ini akan dijelaskan tentang perangkat lunak yang ada pada sistem. Perangkat lunak ini meliputi perancangan perangkat lunak yang ditanamkan pada mikrokontroler Atmega 2560.

Perangkat lunak yang ditanamkan pada mikrokontroler yang digunakan dalam skripsi ini bertujuan untuk mengendalikan semua kegiatan yang dilakukan oleh tiap – tiap komponen sehingga dapat bekerja secara bersama – sama sehingga membentuk suatu sistem. Adapun perangkat lunak ini berperan dalam beberapa fungsi diantaranya pengolahan data yang berasal dari pembacaan suhu dan kelembaban, penampilan pada LCD, serta pengendalian pemanas dan fan exhaust.

Sedangkan cara kerja alat ini ditunjukkan dengan diagram alir Gambar 3.7.

18

Gambar 3.7. Diagram Alir Sistem.

Tahap pertama dalam proses pengeringan pada alat ini adalah user memasukan kulit singkong rebus/kukus yang sudah diberi ragi ke dalam loyang stainless dan di masukkan ke dalam box. Kemudian alat dihidupkan dan fan exhaust akan On,

selanjutnya pada display akan ditampilkan menu untuk memilih mode alat sebagai fermentasi atau pengering. Jika mode fermentasi, kita atur berapa suhu dan waktunya, lalu mikrokontroler akan mengendalikan pemanas untuk On sesuai dengan suhu yang diminta oleh user dan membaca suhu serta kelembaban dengan sensor SHT11. Demikian juga dengan mode pengering, pengaturan dilakukan untuk suhu dan waktu, tetapi ada 1 fan exhaust lagiyang akan On untuk meminimalisir kelembaban saat mode

19

pengering. Jika suhu dan waktu sudah terpenuhi maka pemanas akan off, sehingga proses sudah selesai dan mesin juga off.

Gambar 3.8. Diagram alir inisialisasi sensor SHT 11.

Salah satu komponen terpenting pada perancangan alat ini adalah sensor SHT 11. Sensor ini bekerja untuk mendeteksi suhu dan kelembaban pada box inkubasi fermentasi dan pengeringan. SHT 11 adalah sensor digital yang memerlukan pemrosesan data. Data dari SHT 11 ini selanjutnya akan diproses secara digital oleh mikrokontroler.

Dalam rangka pemrosesan data – data tersebut, sensor SHT 11 harus dihubungkan ke board mikrokontroler. Port PWM 8 dan PWM 9 pada mikrokontroler dihubungkan pada pin data dan clock sensor. Setelah melakukan proses pengambilan data dan pemrosesan data, mikrokontroler akan menampilkan hasil pengukuran suhu dan kelembaban melalui LCD.

20 3.3 Realisasi Alat Keseluruhan

Box inkubasi fermentasi dan pengeringan terbuat dari 2 bagian yaitu bagian dalam dan bagian luar. Bagian luar terbuat dari plat aluminium dengan tebal 1,2 mm dan besi sebagai kerangkanya. Jika dilihat dari depan tampak seperti pada Gambar 3.9 dibawah ini.

Gambar 3.9. Realisasi Alat Tampak Depan.

Gambar 3.10 dibawah ini menunjukkan ketika pintu box dibuka dan terlihat lapisan box bagian dalam yang terbuat dari stainless steel dengan tebal 0,7 mm serta 4 buah loyang yang berada di dalamnya sebagai wadah untuk menaruh obyek fermentasi dan pengeringan.

15

R1 =

(3.0) =

= 350 Ω 330 Ω Maka, didapatkan nilai R1 = 330 Ω

R2 = = 157, 14Ω≈ 180Ω

Maka, didapatkan nilai R2 = 180Ω

Prinsip kerja MOC 3020 pada perancangan ini adalah MOC 3020 akan aktif jika ada beda tegangan antara masukan kaki 1 dan 2. Jika terdapat beda tegangan, maka keluaran dari MOC 3020 akan memicu gate pada TRIAC sehingga TRIAC aktif dan pemanas akan hidup.

3.1.6. Modul Mikrokontroler

Mikrokontroler yang digunakan berjenis arduino 2560, yang berfungsi untuk mengatur dan mengendalikan seluruh proses operasi antara lain mengatur proses fermentasi atau pengeringan yang disesuaikan dengan masukan berdasarkan suhu yang diinginkan, mengolah data dari sensor SHT 11, mengatur sudut picuan TRIAC, dan mengatur kinerja dari semua perangkat keras pendukung seperti fan exhaust, dan user interface. Tabel 3.1 menjelaskan penggunaan masing-masing port pada modul mikrokontroler.

16

Tabel 3.1. Konfigurasi penggunaan pin Arduino 2560.

Nama port Fungsi

Port PWM 8 Data SHT 11

Port PWM 9 Clock SHT11

Port PWM 2 Terhubung dengan LCD

Port PWM 3 Terhubung dengan LCD

Port PWM 4 Terhubung dengan LCD

Port PWM 5 Terhubung dengan LCD

Port PWM 11 Terhubung dengan LCD

Port PWM 12 Terhubung dengan LCD

Port Digital 22 Terhubung dengan keypad

Port Digital 24 Terhubung dengan keypad

Port Digital 26 Terhubung dengan keypad

Port Digital 28 Terhubung dengan keypad

Port Digital 30 Terhubung dengan keypad

Port Digital 32 Terhubung dengan keypad

Port Digital 34 Terhubung dengan keypad

Port Digital 36 Terhubung dengan keypad

Port Analog A1 Input driver pemanas

17

3.2 Perancangan dan Realisasi Perangkat Lunak

Pada bagian ini akan dijelaskan tentang perangkat lunak yang ada pada sistem. Perangkat lunak ini meliputi perancangan perangkat lunak yang ditanamkan pada mikrokontroler Atmega 2560.

Perangkat lunak yang ditanamkan pada mikrokontroler yang digunakan dalam skripsi ini bertujuan untuk mengendalikan semua kegiatan yang dilakukan oleh tiap – tiap komponen sehingga dapat bekerja secara bersama – sama sehingga membentuk suatu sistem. Adapun perangkat lunak ini berperan dalam beberapa fungsi diantaranya pengolahan data yang berasal dari pembacaan suhu dan kelembaban, penampilan pada LCD, serta pengendalian pemanas dan fan exhaust.

Sedangkan cara kerja alat ini ditunjukkan dengan diagram alir Gambar 3.7.

18

Gambar 3.7. Diagram Alir Sistem.

Tahap pertama dalam proses pengeringan pada alat ini adalah user memasukan kulit singkong rebus/kukus yang sudah diberi ragi ke dalam loyang stainless dan di masukkan ke dalam box. Kemudian alat dihidupkan dan fan exhaust akan On, selanjutnya pada display akan ditampilkan menu untuk memilih mode alat sebagai fermentasi atau pengering. Jika mode fermentasi, kita atur berapa suhu dan waktunya, lalu mikrokontroler akan mengendalikan pemanas untuk On sesuai dengan suhu yang diminta oleh user dan membaca suhu serta kelembaban dengan sensor SHT11. Demikian juga dengan mode pengering, pengaturan dilakukan untuk suhu dan waktu, tetapi ada 1 fan exhaust lagiyang akan On untuk meminimalisir kelembaban saat mode

19

pengering. Jika suhu dan waktu sudah terpenuhi maka pemanas akan off, sehingga proses sudah selesai dan mesin juga off.

Gambar 3.8. Diagram alir inisialisasi sensor SHT 11.

Salah satu komponen terpenting pada perancangan alat ini adalah sensor SHT 11. Sensor ini bekerja untuk mendeteksi suhu dan kelembaban pada box inkubasi fermentasi dan pengeringan. SHT 11 adalah sensor digital yang memerlukan pemrosesan data. Data dari SHT 11 ini selanjutnya akan diproses secara digital oleh mikrokontroler.

Dalam rangka pemrosesan data – data tersebut, sensor SHT 11 harus dihubungkan ke board mikrokontroler. Port PWM 8 dan PWM 9 pada mikrokontroler dihubungkan pada pin data dan clock sensor. Setelah melakukan proses pengambilan data dan pemrosesan data, mikrokontroler akan menampilkan hasil pengukuran suhu dan kelembaban melalui LCD.

20

3.3 Realisasi Alat Keseluruhan

Box inkubasi fermentasi dan pengeringan terbuat dari 2 bagian yaitu bagian dalam dan bagian luar. Bagian luar terbuat dari plat aluminium dengan tebal 1,2 mm dan besi sebagai kerangkanya. Jika dilihat dari depan tampak seperti pada Gambar 3.9 dibawah ini.

Gambar 3.9. Realisasi Alat Tampak Depan.

Gambar 3.10 dibawah ini menunjukkan ketika pintu box dibuka dan terlihat lapisan box bagian dalam yang terbuat dari stainless steel dengan tebal 0,7 mm serta 4 buah loyang yang berada di dalamnya sebagai wadah untuk menaruh obyek fermentasi dan pengeringan.