Sistem Pengendali Suhu Otomatis Pada Ink
Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 2015
275
Sistem Pengendali Suhu Otomatis Pada Inkubator Fermentasi Yoghurt Berbasis
Mikrokontroler Dengan Metode Logika Fuzzy
Rizka Vionita*), Zaini**), Derisma***)
† Sistem Komputer Universitas Andalas
**
Teknik Elektro Universitas Andalas
E-Mail: *rizka.vionita@gmail.com, **zaini@ft.unand.ac.id, ***derisma@fti.unand.ac.id
* ***
Abstrak
Yoghurt adalah suatu produk fermentasi yang diperoleh dari susu segar dengan biakan
campuran Lactobacillus bulgaricus dan Streptococcus thermophilus. Bakteri tersebut
memerlukan suhu fermentasi sekitar 40–45°C agar dapat tumbuh dan berkembang
biak. Untuk memudahkan pengontrolan suhu pada inkubator agar tetap stabil selama
proses fermentasi yoghurt, dibuatlah suatu prototype inkubator dengan menggunakan
mikrokontroler sebagai pengendali suhu dan sensor DS18B20 sebagai pengukur suhu.
Pada inkubator ini diterapkan metode logika fuzzy tsukamoto sebagai penentu
besarnya PWM yang diberikan ke pemanas untuk mempertahankan suhu di dalam
inkubator agar tetap stabil. Besarnya PWM yang diberikan dibagi atas 5 variabel yaitu
sangat kecil, kecil, sedang, besar, dan sangat besar. Setelah dilakukan pengujian, alat
telah dapat melakukan pengontrolan suhu udara di dalam inkubator dengan nilai error
steady state sebesar 0,133% dan nilai overshoot sebesar 0,843% dengan nilai PWM
yang digunakan untuk mempertahankan suhu adalah sebesar 76.
Kata kunci: yoghurt, inkubator, kendali suhu, metode fuzzy tsukamoto, PWM.
1. PENDAHULUAN
Yoghurt merupakan minuman yang sangat
baik bagi kesehatan karena memberikan banyak
manfaat. Dalam pembuatan yoghurt, proses
fermentasi merupakan proses terpenting karena
menentukan hasil akhir dari yoghurt. Dalam
proses ini dibutuhkan bakteri Streptococcus
termophillus dan Lactobacillus bulgaricus[1].
Bakteri tersebut memerlukan suhu fermentasi
yang tepat dan kurang lebih stabil agar dapat
tumbuh dan berkembang biak, yaitu pada suhu
sekitar 40–45°C. Agar proses fermentasi dapat
berhasil, dibutuhkan pengaturan suhu yang baik
untuk menjaga suhu tetap stabil [2].
Pengendalian suhu secara otomatis dapat
dilakukan dengan berbagai macam metode,
beberapa di antaranya adalah metode kendali
logika fuzzy. Metode kendali logika fuzzy
merupakan salah satu metode sistem kendali
yang dapat memberikan keputusan yang
menyerupai keputusan manusia[3]. Metode ini
diaplikasikan pada mikrokontroler Arduino uno.
Arduino
Uno
adalah
papan
berbasis
mikrokontroler pada ATmega328. Memiliki 14
digital input atau output pin (dimana 6 dapat
digunakan sebagai output PWM), 6 input
analog, resonator keramik 16 MHz, koneksi
ISBN: 979-26-0280-1
USB, jalur daya, header ICSP, dan tombol
reset[4].. Kemudian pemrograman dilakukan
melalui software Arduino IDE. Pada penelitian
ini digunakan sensor DS18B20 sebagai
pendeteksi suhu di dalam inkubator.
2. LANDASAN TEORI
2.1. Yoghurt
Yoghurt merupakan produk yang diperoleh
dari fermentasi susu dan atau susu rekonstitusi
dengan menggunakan bakteri Lactobacillus
bulgaricus dan Streptococcus thermophillus dan
atau bakteri asam laktat lain yang sesuai,
dengan atau tanpa penambahan bahan pangan
lain dan bahan tambahan pangan yang
diizinkan[3].
Dalam pembuatan yoghurt, terdapat
beberapa proses dasar meliputi:
1. Pasteurisasi
Pemanasan yang dilakukan pada susu
sebelum diinokulasi kultur dilakukan pada suhu
80-85oC selama 15-30 menit.
2. Pendinginan inokulasi
Proses pencampuran bakteri ke dalam susu.
3. Fermentasi
Proses inkubasi atau fermentasi yoghurt
dapat dilakukan pada berbagai kombinasi suhu
276
Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 2015
dan waktu. Proses inkubasi yoghurt biasanya
dilakukan pada suhu antara 40-45oC dengan
kisaran waktu mulai dari 3 sampai 24 jam.
4. Refrigerasi
Pendinginan merupakan proses akhir
pembuatan yoghurt yang berfungsi untuk
menghentikan fermentasi atau inaktivasi kultur
starter dengan cara didinginkan hingga suhu 5 10oC.
2.2. Fuzzy Logic
Konsep teori logika fuzzy pertama kali
dikenalkan oleh Lotfi A. Zadeh (1965) melalui
teori himpunan fuzzy (fuzzy set). Konsep ini
didasari oleh kebutuhan untuk memperoleh
metoda dalam mengembangkan analisis dan
mempresentasikan dari masalah riil di lapangan
yang serba tidak selalu tepat dan pasti. Jika
diterjemahkan,
“fuzzy”
artinya
tidak
jelas/buram, tidak pasti.
3. METODOLOGI
3.1. Rancangan Penelitian
Dalam melakukan penelitian ini, tahaptahap yang akan dilakukan ditunjukkan pada
Gambar 1 diagram alir berikut:
Mulai
Studi Literatur
Perancangan
Sistem
Implementasi
Pengujian alat
dan analisis
tidak
Berhasil?
troubleshooting
dipelajari meliputi yoghurt, metode fuzzy logic,
sensor DS18B20, dan mikrokontroler Arduino.
2. Perancangan sistem
Rancangan sistem terdiri dari perancangan
perangkat keras dan perangkat lunak.
3. Implementasi
Tahap ini merupakan pengembangan dari
tahap desain sistem. Sistem yang telah
dirancang kemudian diimplementasikan untuk
kemudian diuji.
4. Pengujian dan analisis sistem
Proses pengujian sistem dilakukan untuk
menentukan kesalahan-kesalahan yang terdapat
pada sistem. Setelah dilakukan pengujian sistem,
akan dilakukan pengambilan data yang berguna
untuk mengalisis sistem yang dibuat. Data yang
diambil antara lain suhu dan waktu. Data
analisis tersebut akan digunakan sebagai
evaluasi sistem.
5. Dokumentasi
Merupakan tahap akhir dari penelitian ini.
Semua proses dan hasil akhir akan
didokumentasikan dalam bentuk laporan tertulis,
meliputi screenshot interface program, listing
code, serta keseluruhan proses yang dilakukan
pada penelitian ini.
3.2. Perancangan Sistem
Dari gambar 2 terlihat bahwa kondisi
pemanas dan kipas dikontrol menggunakan
Arduino berdasarkan kondisi suhu yang diukur
menggunakan sensor DS18B20 dan hasil
perhitungan nilai Error dan Error. Sedangkan
untuk output pemanas didapat dengan mengatur
nilai duty cycle yang dihitung menggunakan
metode fuzzy logic, dan output kipas diatur
dengan menggunakan metode kontrol dua
posisi. Hasil pengontrolan akan ditampilkan
pada LCD berupa nilai PWM dan nilai suhu
yang terukur oleh sensor.
Keypad
Ya
Driver
Pemanas
Pemanas
Driver Kipas
Kipas
Dokumentasi
Sensor Suhu
DS18B20
Mikrokontroler
Arduino Uno
Selesai
Gambar 1. Diagram alir penelitian
1.
Studi literature
Pada tahap ini dilakukan pengumpulan
teori yang berkaitan dengan tugas akhir ini.
Teori tersebut didapat dari berbagai sumber
seperti buku, jurnal, skripsi, dan artikel ilmiah
di internet. Teori yang dikumpulkan dan
ISBN: 979-26-0280-1
LCD
Gambar 2. Diagram blok sistem
Untuk mengukur suhu di dalam
inkubator, digunakan sensor suhu DS18B20
(Gambar 3).
277
Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 2015
rangkaian optoisolator digunakan untuk
mengisolasi atau memisahkan antara rangkaian
mikrokontroler yang bertegangan rendah
dengan rangkaian TRIAC bertegangan 220V.
Gambar 3. Rangkaian sensor suhu DS18B20
Pada pin 2 diberi resistor pull-up sebesar
4,7kΩ untuk mencegah terjadinya drop
tegangan pada pin output. Pada perancangan
inkubator ini, LCD berguna untuk menampilkan
suhu di dalam inkubator, besar PWM yang
diberikan terhadap pemanas, dan sebagai
penampil kondisi kipas. LCD yang digunakan
adalah LCD 16x2. Berikut merupakan
rangkaian modul LCD yang digunakan:
Gambar 5. Rangkaian driver pemanas
3.3. Perancangan perangkat lunak
1.
Fuzzifikasi (fuzzyfication)
Pada tahap fuzzifikasi akan ditentukan
rancangan dari crisp input dan output beserta
fungsi keanggotaannya (membership function).
Dalam sistem ini terdapat dua crisp input yang
diberi nama E dan DE. Crisp input E didapat
dari pengurangan antara suhu set point (SP)
dengan suhu ruangan yang terukur oleh sensor
(T).
Crisp input E terdiri dari fungsi
keanggotaan sebagai berikut:
Gambar 4. Rangkaian LCD
Tabel 1. Koneksi pin LCD dan Arduino
Pin pada modul
Koneksi
LCD
Pin 1 (Vss)
ground
Pin 2 (Vdd/Vcc)
Power supply 5V
Pin 3 (Vee)
Potensiometer
Pin 4 (RS)
Arduino pin 0
Pin 5 (R/W)
ground
Pin 6 (E)
Arduino pin 1
Pin 11 (DB4)
Arduino pin 2
Pin 12 (DB5)
Arduino pin 4
Pin 13 (DB6)
Arduino pin 7
Pin 14 (DB7)
Arduino pin 8
Pin 15 (VB+)
Power supply 5V
Pin 16 (VB-)
ground
Pada driver pemanas, terdapat rangkaian
zero cross detector dan rangkaian optoisolator .
Rangkaian zero cross detector dengan IC 4N25
digunakan untuk mendeteksi persilangan nol
volt pada tegangan jala-jala, sedangkan
ISBN: 979-26-0280-1
Gambar 6. Fungsi keanggotaan input E
Tabel 2. Fungsi keanggotaan crisp input E
InputName
Keterangan
Range (oC)
NB
Negatif besar
-10 s/d 0
NS
Negatif kecil
-5 s/d 5
Z
Zero
0 s/d 10
PS
Positif kecil
5 s/d 15
PB
Positif besar
10 s/d 20
Crisp input
didapat dari selisih nilai E
pada saat t dengan nilai E pada saat (t – 1).
Dapat dituliskan sebagai berikut:
= E (t) – E (t-1)
(1)
Crisp input
terdiri
keanggotaan sebagai berikut:
dari
fungsi
278
Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 2015
3.
Gambar 7. Fungsi keanggotaan input DE
Tabel 3. Fungsi keanggotaan crisp input DE
InputName Keterangan
Range (oC)
NB
Negatif besar
-10 s/d 0
NS
Negatif kecil
-5 s/d 5
Z
Zero
0 s/d 10
PS
Positif kecil
5 s/d 15
PB
Positif besar
10 s/d 20
Sedangkan untuk crisp output, fungsi
keanggotaannya ditunjukkan sebagai berikut:
Gambar 8. Fungsi keanggotaan output
dutycycle
Tabel 4. Fungsi keanggotaan crisp output
dutycycle
Defuzzification
Langkah
berikutnya
adalah
defuzifikasi.
Defuzifikasi
atau
defuzzification adalah tahap dimana
dilakukannya proses penghitungan untuk
menentukan output yang sebenarnya. Pada
perhitungan dalam sistem ini digunakan
metode rata-rata terpusat dengan rumus:
(2)
Z adalah nilai hasil penegasan (defuzzifikasi), wi
adalah nilai derajat keanggotaan ke-i, zi adalah
nilai domain ke-i.
3.4. Alat dan Bahan
Perangkat keras yang digunakan untuk
pembuatan sistem adalah sebagai berikut :
a. Sensor suhu DS18B20
b. Laptop
c. Arduino Uno
d. Bohlam
e. Resistor
f. Kabel USB board Arduino Uno
g. Keypad
h. LCD
i. TRIAC BT136
j. Optocoupler MOC3021
k. IC 4N25
l. Voltmeter
Perangkat lunak yang digunakan adalah
Arduino software IDE 1.5.7
4. HASIL DAN ANALISA
OutputNa
me
VS
S
M
L
VL
2.
Keterangan
Sangat Kecil
Kecil
Sedang
Besar
Sangat Besar
Nilai Duty Cycle
(%)
0 - 30
10 - 50
30 - 70
50 - 90
70 - 100
Inferensi
Pengujian sistem secara keseluruhan
dilakukan untuk mengetahui respon waktu
sistem suhu terhadap set point.
4.1 Pengujian Sistem selama 240 menit
Dalam pengujian berikut, dilakukan uji
respon sistem dengan suhu set point 45oC
dengan sample yoghurt sebanyak 250 ml,
dengan waktu pengambilan data setiap 10 menit.
Tabel 5. Tabel inferensi aturan fuzzy
E
NB
NS
Z
PS
PB
NB
SK
SK
K
S
B
NS
Z
PS
PB
SK
SK
SK
SK
K
S
K
S
S
B
S
B
S
B
B
B
B
SB
SB
SB
DE
Gambar 9. Respon sistem selama 240 menit
ISBN: 979-26-0280-1
Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 2015
Dari pengujian yang dilakukan.
Dapat
diketahui bahwa suhu di dalam inkubator
mencapai keadaan stabil pada suhu 45,06 oC dan
dicapai dalam waktu lebih kurang 19 menit dari
suhu awal sebesar 30,25oC.
Besarnya overshoot pada pengujian ini
dapat dihitung sebagai berikut:
Sedangkan untuk besarnya nilai error
steady state dapat dihitung dengan rumus
sebagai berikut ini:
4.2 Pengujian Sistem selama 420 menit
Pada pengujian ke-2, dilakukan uji coba
fermentasi yoghurt kembali dengan waktu
fermentasi yang lebih lama, yaitu selama 420
menit atau 7 jam dengan set point 45oC, sample
yoghurt sebanyak 250 ml, dan waktu
pengambilan data setiap 10 menit.
5.
279
KESIMPULAN
Berdasarkan perancangan dan pengujian yang
telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa:
1. Telah dibuat prototype sistem kendali suhu
otomatis
untuk
membantu
proses
fermentasi yoghurt dengan menggunakan
mikrokontroler Arduino dan metode logika
fuzzy. Hasil dari perancangan alat yang
telah dibuat telah dapat mengendalikan
suhu selama proses fermentasi dengan set
point 45oC dengan nilai error steady state
sebesar 0,133% dan masih terdapat
overshoot sebesar 0,843%.
2. Dari sistem kendali suhu otomatis
menggunakan metode logika fuzzy yang
telah dibuat, dengan menggunakan 5
himpunan fuzzy pada variabel E (Error)
yang berupa nilai suhu, dan 5 himpunan
fuzzy pada DE (Error) yang merupakan
selisih antara nilai E sekarang dengan
sebelumnya, metode inferensi minimium,
serta
dengan
defuzzifikasi
dengan
perhitungan rata-rata terpusat, diketahui
bahwa sistem dapat menjaga suhu pada set
point 45°C dengan nilai PWM yang
digunakan untuk mempertahankan suhu
agar tetap stabil adalah sebesar 76.
5. DAFTAR PUSTAKA
Gambar 10. Respon sistem selama 420 menit
Dari simulasi pengujian sistem yang
dilakukan selama 420 menit atau 7 jam, dapat
diketahui bahwa suhu di dalam inkubator
mencapai keadaan stabil pada suhu 45,06 oC.
Sistem mengalami overshoot hingga mencapai
suhu 45,31oC tetapi kemudian dapat kembali
stabil menjadi 45,06oC. Nilai overshoot pada
pengujian ke-dua lebih kecil daripada nilai
overshoot yang terjadi pada pengujian pertama.
Untuk nilai error steady state pada pengujian
ke-dua sebesar 0,133%.
ISBN: 979-26-0280-1
[1] Sirait, Celly H. Tanpa tahun. Proses
Pengolahan Susu Menjadi Yoghurt. Bogor:
Balai Penelitian Ternak.
[2] Widodo, Wahyu. Bioteknologi Fermentasi
Susu. Universitas Muhammadiyah Malang.
2002.
[3] Sutijo T, Mulyanto dan Suhartono, Vincent.
Kecerdasan Buatan. Yogyakarta: Andi
Offset. 2011.
[4] Anonim. DS18B20 Sensor Datasheet.
2008.
[5] Arduino. URL: http://arduino.cc/en/main/
arduinoboarduno. diakses 01 Agustus
2013.
[6] Anonim. TRIAC BT136 Datasheet. 2001.
[7] Anonim.
L298 Dual Full Bridge
DriverDatasheet. 2000.
275
Sistem Pengendali Suhu Otomatis Pada Inkubator Fermentasi Yoghurt Berbasis
Mikrokontroler Dengan Metode Logika Fuzzy
Rizka Vionita*), Zaini**), Derisma***)
† Sistem Komputer Universitas Andalas
**
Teknik Elektro Universitas Andalas
E-Mail: *rizka.vionita@gmail.com, **zaini@ft.unand.ac.id, ***derisma@fti.unand.ac.id
* ***
Abstrak
Yoghurt adalah suatu produk fermentasi yang diperoleh dari susu segar dengan biakan
campuran Lactobacillus bulgaricus dan Streptococcus thermophilus. Bakteri tersebut
memerlukan suhu fermentasi sekitar 40–45°C agar dapat tumbuh dan berkembang
biak. Untuk memudahkan pengontrolan suhu pada inkubator agar tetap stabil selama
proses fermentasi yoghurt, dibuatlah suatu prototype inkubator dengan menggunakan
mikrokontroler sebagai pengendali suhu dan sensor DS18B20 sebagai pengukur suhu.
Pada inkubator ini diterapkan metode logika fuzzy tsukamoto sebagai penentu
besarnya PWM yang diberikan ke pemanas untuk mempertahankan suhu di dalam
inkubator agar tetap stabil. Besarnya PWM yang diberikan dibagi atas 5 variabel yaitu
sangat kecil, kecil, sedang, besar, dan sangat besar. Setelah dilakukan pengujian, alat
telah dapat melakukan pengontrolan suhu udara di dalam inkubator dengan nilai error
steady state sebesar 0,133% dan nilai overshoot sebesar 0,843% dengan nilai PWM
yang digunakan untuk mempertahankan suhu adalah sebesar 76.
Kata kunci: yoghurt, inkubator, kendali suhu, metode fuzzy tsukamoto, PWM.
1. PENDAHULUAN
Yoghurt merupakan minuman yang sangat
baik bagi kesehatan karena memberikan banyak
manfaat. Dalam pembuatan yoghurt, proses
fermentasi merupakan proses terpenting karena
menentukan hasil akhir dari yoghurt. Dalam
proses ini dibutuhkan bakteri Streptococcus
termophillus dan Lactobacillus bulgaricus[1].
Bakteri tersebut memerlukan suhu fermentasi
yang tepat dan kurang lebih stabil agar dapat
tumbuh dan berkembang biak, yaitu pada suhu
sekitar 40–45°C. Agar proses fermentasi dapat
berhasil, dibutuhkan pengaturan suhu yang baik
untuk menjaga suhu tetap stabil [2].
Pengendalian suhu secara otomatis dapat
dilakukan dengan berbagai macam metode,
beberapa di antaranya adalah metode kendali
logika fuzzy. Metode kendali logika fuzzy
merupakan salah satu metode sistem kendali
yang dapat memberikan keputusan yang
menyerupai keputusan manusia[3]. Metode ini
diaplikasikan pada mikrokontroler Arduino uno.
Arduino
Uno
adalah
papan
berbasis
mikrokontroler pada ATmega328. Memiliki 14
digital input atau output pin (dimana 6 dapat
digunakan sebagai output PWM), 6 input
analog, resonator keramik 16 MHz, koneksi
ISBN: 979-26-0280-1
USB, jalur daya, header ICSP, dan tombol
reset[4].. Kemudian pemrograman dilakukan
melalui software Arduino IDE. Pada penelitian
ini digunakan sensor DS18B20 sebagai
pendeteksi suhu di dalam inkubator.
2. LANDASAN TEORI
2.1. Yoghurt
Yoghurt merupakan produk yang diperoleh
dari fermentasi susu dan atau susu rekonstitusi
dengan menggunakan bakteri Lactobacillus
bulgaricus dan Streptococcus thermophillus dan
atau bakteri asam laktat lain yang sesuai,
dengan atau tanpa penambahan bahan pangan
lain dan bahan tambahan pangan yang
diizinkan[3].
Dalam pembuatan yoghurt, terdapat
beberapa proses dasar meliputi:
1. Pasteurisasi
Pemanasan yang dilakukan pada susu
sebelum diinokulasi kultur dilakukan pada suhu
80-85oC selama 15-30 menit.
2. Pendinginan inokulasi
Proses pencampuran bakteri ke dalam susu.
3. Fermentasi
Proses inkubasi atau fermentasi yoghurt
dapat dilakukan pada berbagai kombinasi suhu
276
Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 2015
dan waktu. Proses inkubasi yoghurt biasanya
dilakukan pada suhu antara 40-45oC dengan
kisaran waktu mulai dari 3 sampai 24 jam.
4. Refrigerasi
Pendinginan merupakan proses akhir
pembuatan yoghurt yang berfungsi untuk
menghentikan fermentasi atau inaktivasi kultur
starter dengan cara didinginkan hingga suhu 5 10oC.
2.2. Fuzzy Logic
Konsep teori logika fuzzy pertama kali
dikenalkan oleh Lotfi A. Zadeh (1965) melalui
teori himpunan fuzzy (fuzzy set). Konsep ini
didasari oleh kebutuhan untuk memperoleh
metoda dalam mengembangkan analisis dan
mempresentasikan dari masalah riil di lapangan
yang serba tidak selalu tepat dan pasti. Jika
diterjemahkan,
“fuzzy”
artinya
tidak
jelas/buram, tidak pasti.
3. METODOLOGI
3.1. Rancangan Penelitian
Dalam melakukan penelitian ini, tahaptahap yang akan dilakukan ditunjukkan pada
Gambar 1 diagram alir berikut:
Mulai
Studi Literatur
Perancangan
Sistem
Implementasi
Pengujian alat
dan analisis
tidak
Berhasil?
troubleshooting
dipelajari meliputi yoghurt, metode fuzzy logic,
sensor DS18B20, dan mikrokontroler Arduino.
2. Perancangan sistem
Rancangan sistem terdiri dari perancangan
perangkat keras dan perangkat lunak.
3. Implementasi
Tahap ini merupakan pengembangan dari
tahap desain sistem. Sistem yang telah
dirancang kemudian diimplementasikan untuk
kemudian diuji.
4. Pengujian dan analisis sistem
Proses pengujian sistem dilakukan untuk
menentukan kesalahan-kesalahan yang terdapat
pada sistem. Setelah dilakukan pengujian sistem,
akan dilakukan pengambilan data yang berguna
untuk mengalisis sistem yang dibuat. Data yang
diambil antara lain suhu dan waktu. Data
analisis tersebut akan digunakan sebagai
evaluasi sistem.
5. Dokumentasi
Merupakan tahap akhir dari penelitian ini.
Semua proses dan hasil akhir akan
didokumentasikan dalam bentuk laporan tertulis,
meliputi screenshot interface program, listing
code, serta keseluruhan proses yang dilakukan
pada penelitian ini.
3.2. Perancangan Sistem
Dari gambar 2 terlihat bahwa kondisi
pemanas dan kipas dikontrol menggunakan
Arduino berdasarkan kondisi suhu yang diukur
menggunakan sensor DS18B20 dan hasil
perhitungan nilai Error dan Error. Sedangkan
untuk output pemanas didapat dengan mengatur
nilai duty cycle yang dihitung menggunakan
metode fuzzy logic, dan output kipas diatur
dengan menggunakan metode kontrol dua
posisi. Hasil pengontrolan akan ditampilkan
pada LCD berupa nilai PWM dan nilai suhu
yang terukur oleh sensor.
Keypad
Ya
Driver
Pemanas
Pemanas
Driver Kipas
Kipas
Dokumentasi
Sensor Suhu
DS18B20
Mikrokontroler
Arduino Uno
Selesai
Gambar 1. Diagram alir penelitian
1.
Studi literature
Pada tahap ini dilakukan pengumpulan
teori yang berkaitan dengan tugas akhir ini.
Teori tersebut didapat dari berbagai sumber
seperti buku, jurnal, skripsi, dan artikel ilmiah
di internet. Teori yang dikumpulkan dan
ISBN: 979-26-0280-1
LCD
Gambar 2. Diagram blok sistem
Untuk mengukur suhu di dalam
inkubator, digunakan sensor suhu DS18B20
(Gambar 3).
277
Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 2015
rangkaian optoisolator digunakan untuk
mengisolasi atau memisahkan antara rangkaian
mikrokontroler yang bertegangan rendah
dengan rangkaian TRIAC bertegangan 220V.
Gambar 3. Rangkaian sensor suhu DS18B20
Pada pin 2 diberi resistor pull-up sebesar
4,7kΩ untuk mencegah terjadinya drop
tegangan pada pin output. Pada perancangan
inkubator ini, LCD berguna untuk menampilkan
suhu di dalam inkubator, besar PWM yang
diberikan terhadap pemanas, dan sebagai
penampil kondisi kipas. LCD yang digunakan
adalah LCD 16x2. Berikut merupakan
rangkaian modul LCD yang digunakan:
Gambar 5. Rangkaian driver pemanas
3.3. Perancangan perangkat lunak
1.
Fuzzifikasi (fuzzyfication)
Pada tahap fuzzifikasi akan ditentukan
rancangan dari crisp input dan output beserta
fungsi keanggotaannya (membership function).
Dalam sistem ini terdapat dua crisp input yang
diberi nama E dan DE. Crisp input E didapat
dari pengurangan antara suhu set point (SP)
dengan suhu ruangan yang terukur oleh sensor
(T).
Crisp input E terdiri dari fungsi
keanggotaan sebagai berikut:
Gambar 4. Rangkaian LCD
Tabel 1. Koneksi pin LCD dan Arduino
Pin pada modul
Koneksi
LCD
Pin 1 (Vss)
ground
Pin 2 (Vdd/Vcc)
Power supply 5V
Pin 3 (Vee)
Potensiometer
Pin 4 (RS)
Arduino pin 0
Pin 5 (R/W)
ground
Pin 6 (E)
Arduino pin 1
Pin 11 (DB4)
Arduino pin 2
Pin 12 (DB5)
Arduino pin 4
Pin 13 (DB6)
Arduino pin 7
Pin 14 (DB7)
Arduino pin 8
Pin 15 (VB+)
Power supply 5V
Pin 16 (VB-)
ground
Pada driver pemanas, terdapat rangkaian
zero cross detector dan rangkaian optoisolator .
Rangkaian zero cross detector dengan IC 4N25
digunakan untuk mendeteksi persilangan nol
volt pada tegangan jala-jala, sedangkan
ISBN: 979-26-0280-1
Gambar 6. Fungsi keanggotaan input E
Tabel 2. Fungsi keanggotaan crisp input E
InputName
Keterangan
Range (oC)
NB
Negatif besar
-10 s/d 0
NS
Negatif kecil
-5 s/d 5
Z
Zero
0 s/d 10
PS
Positif kecil
5 s/d 15
PB
Positif besar
10 s/d 20
Crisp input
didapat dari selisih nilai E
pada saat t dengan nilai E pada saat (t – 1).
Dapat dituliskan sebagai berikut:
= E (t) – E (t-1)
(1)
Crisp input
terdiri
keanggotaan sebagai berikut:
dari
fungsi
278
Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 2015
3.
Gambar 7. Fungsi keanggotaan input DE
Tabel 3. Fungsi keanggotaan crisp input DE
InputName Keterangan
Range (oC)
NB
Negatif besar
-10 s/d 0
NS
Negatif kecil
-5 s/d 5
Z
Zero
0 s/d 10
PS
Positif kecil
5 s/d 15
PB
Positif besar
10 s/d 20
Sedangkan untuk crisp output, fungsi
keanggotaannya ditunjukkan sebagai berikut:
Gambar 8. Fungsi keanggotaan output
dutycycle
Tabel 4. Fungsi keanggotaan crisp output
dutycycle
Defuzzification
Langkah
berikutnya
adalah
defuzifikasi.
Defuzifikasi
atau
defuzzification adalah tahap dimana
dilakukannya proses penghitungan untuk
menentukan output yang sebenarnya. Pada
perhitungan dalam sistem ini digunakan
metode rata-rata terpusat dengan rumus:
(2)
Z adalah nilai hasil penegasan (defuzzifikasi), wi
adalah nilai derajat keanggotaan ke-i, zi adalah
nilai domain ke-i.
3.4. Alat dan Bahan
Perangkat keras yang digunakan untuk
pembuatan sistem adalah sebagai berikut :
a. Sensor suhu DS18B20
b. Laptop
c. Arduino Uno
d. Bohlam
e. Resistor
f. Kabel USB board Arduino Uno
g. Keypad
h. LCD
i. TRIAC BT136
j. Optocoupler MOC3021
k. IC 4N25
l. Voltmeter
Perangkat lunak yang digunakan adalah
Arduino software IDE 1.5.7
4. HASIL DAN ANALISA
OutputNa
me
VS
S
M
L
VL
2.
Keterangan
Sangat Kecil
Kecil
Sedang
Besar
Sangat Besar
Nilai Duty Cycle
(%)
0 - 30
10 - 50
30 - 70
50 - 90
70 - 100
Inferensi
Pengujian sistem secara keseluruhan
dilakukan untuk mengetahui respon waktu
sistem suhu terhadap set point.
4.1 Pengujian Sistem selama 240 menit
Dalam pengujian berikut, dilakukan uji
respon sistem dengan suhu set point 45oC
dengan sample yoghurt sebanyak 250 ml,
dengan waktu pengambilan data setiap 10 menit.
Tabel 5. Tabel inferensi aturan fuzzy
E
NB
NS
Z
PS
PB
NB
SK
SK
K
S
B
NS
Z
PS
PB
SK
SK
SK
SK
K
S
K
S
S
B
S
B
S
B
B
B
B
SB
SB
SB
DE
Gambar 9. Respon sistem selama 240 menit
ISBN: 979-26-0280-1
Seminar Nasional Teknologi Informasi dan Komunikasi Terapan (SEMANTIK) 2015
Dari pengujian yang dilakukan.
Dapat
diketahui bahwa suhu di dalam inkubator
mencapai keadaan stabil pada suhu 45,06 oC dan
dicapai dalam waktu lebih kurang 19 menit dari
suhu awal sebesar 30,25oC.
Besarnya overshoot pada pengujian ini
dapat dihitung sebagai berikut:
Sedangkan untuk besarnya nilai error
steady state dapat dihitung dengan rumus
sebagai berikut ini:
4.2 Pengujian Sistem selama 420 menit
Pada pengujian ke-2, dilakukan uji coba
fermentasi yoghurt kembali dengan waktu
fermentasi yang lebih lama, yaitu selama 420
menit atau 7 jam dengan set point 45oC, sample
yoghurt sebanyak 250 ml, dan waktu
pengambilan data setiap 10 menit.
5.
279
KESIMPULAN
Berdasarkan perancangan dan pengujian yang
telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa:
1. Telah dibuat prototype sistem kendali suhu
otomatis
untuk
membantu
proses
fermentasi yoghurt dengan menggunakan
mikrokontroler Arduino dan metode logika
fuzzy. Hasil dari perancangan alat yang
telah dibuat telah dapat mengendalikan
suhu selama proses fermentasi dengan set
point 45oC dengan nilai error steady state
sebesar 0,133% dan masih terdapat
overshoot sebesar 0,843%.
2. Dari sistem kendali suhu otomatis
menggunakan metode logika fuzzy yang
telah dibuat, dengan menggunakan 5
himpunan fuzzy pada variabel E (Error)
yang berupa nilai suhu, dan 5 himpunan
fuzzy pada DE (Error) yang merupakan
selisih antara nilai E sekarang dengan
sebelumnya, metode inferensi minimium,
serta
dengan
defuzzifikasi
dengan
perhitungan rata-rata terpusat, diketahui
bahwa sistem dapat menjaga suhu pada set
point 45°C dengan nilai PWM yang
digunakan untuk mempertahankan suhu
agar tetap stabil adalah sebesar 76.
5. DAFTAR PUSTAKA
Gambar 10. Respon sistem selama 420 menit
Dari simulasi pengujian sistem yang
dilakukan selama 420 menit atau 7 jam, dapat
diketahui bahwa suhu di dalam inkubator
mencapai keadaan stabil pada suhu 45,06 oC.
Sistem mengalami overshoot hingga mencapai
suhu 45,31oC tetapi kemudian dapat kembali
stabil menjadi 45,06oC. Nilai overshoot pada
pengujian ke-dua lebih kecil daripada nilai
overshoot yang terjadi pada pengujian pertama.
Untuk nilai error steady state pada pengujian
ke-dua sebesar 0,133%.
ISBN: 979-26-0280-1
[1] Sirait, Celly H. Tanpa tahun. Proses
Pengolahan Susu Menjadi Yoghurt. Bogor:
Balai Penelitian Ternak.
[2] Widodo, Wahyu. Bioteknologi Fermentasi
Susu. Universitas Muhammadiyah Malang.
2002.
[3] Sutijo T, Mulyanto dan Suhartono, Vincent.
Kecerdasan Buatan. Yogyakarta: Andi
Offset. 2011.
[4] Anonim. DS18B20 Sensor Datasheet.
2008.
[5] Arduino. URL: http://arduino.cc/en/main/
arduinoboarduno. diakses 01 Agustus
2013.
[6] Anonim. TRIAC BT136 Datasheet. 2001.
[7] Anonim.
L298 Dual Full Bridge
DriverDatasheet. 2000.