Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Alat Optimasi Suhu dan Kelembaban Untuk Inkubasi Fermentasi dan Pengeringan Pasca Fermentasi T1 612007025 BAB II
BAB II
DASAR TEORI
Secara fisik, mesin terdiri dari bagian mekanik dan elektronik. Bagian
mekanik adalah berupa box yang terbuat dari 2 lapisan yaitu lapisan luar berupa
alumunium dan lapisan dalam berupa stainless steel. Sedangkan bagian elektronik
yang terdiri dari mikrokontroler, untai rangkaian, pemanas, sensor, keypad, LCD
display, RTC. Mikrokontroler yang berfungsi sebagai pengendali untuk
mengontrol pemanas dan fan exhaust serta smua bagian elektronik.
2.1.
Fermentasi Kulit singkong
Kulit singkong (Manihot utilissima Pohl) merupakan limbah kupasan hasil
pengolahan slondok, gaplek, tapioka, tape, dan panganan berbahan dasar singkong
lainnya. Potensi kulit singkong di Indonesia sangat melimpah, seiring dengan
eksistensi negara ini sebagai salah satu penghasil singkong terbesar di dunia dan
terus mengalami peningkatan produksi setiap tahunnya. Salah satu proses
pengolahan yang tepat untuk mengolah kulit singkong menjadi bahan pangan
adalah dengan proses fermentasi.
Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan
fakultatif(sedikit oksigen) maupun anaerob(tanpa oksigen). Dalam perancangan
alat ini proses fermentasi dilakukan menggunakan ragi tempeyang pada umumnya
digunakan untuk proses fermentasi bahan makanan. Ragi tempeterbuat dari jamur
Rhizopus oryzae.
Gambar 2.1. Kulit Singkong
4
2.2.
Mikrokontroler
Pada skripsi ini digunakan board mikrokontroler arduino dengan IC
ATMega2560 sebagai pengendali utama. Board tersebut mempunyai spesifikasi
sebagai berikut :
1.
Tegangan operasi
:5V
2.
Tegangan input (saran)
: 7-12 V
3.
Tegangan input (batas)
: 6-20 V
4.
Digital I/O pins
: 54 (15 digunakan untuk PWM)
5.
Analog input pins
: 16
6.
Arus DC setiap I/O pins
: 40 mA
7.
Arus DC untuk 3,3 V pins
: 50 mA
8.
Flash Memory
: 256 Kb (8 Kb digunakan untuk
bootloader )
9.
SRAM
: 8 Kb
10. EEPROM
: 4 Kb
11. Clock speed
: 16 MHz
Gambar 2.2. Board Atmega 2560
Pengendali yang digunakan berjenis Arduino 2560. Mikrokontroler
berfungsi sebagai pengendali alat ini dimana, bertugas mengolah data dari sensor
SHT 11 sebagai pengontrol pemanas dan fan exhaust.
5
2.3.
Sensor Suhu dan Kelembaban SHT11
SHT11 Modul merupakan modul sensor suhu dan kelembaban relatif dari
Sensirion. SHT11 adalah sebuah single chip sensor suhu dan kelembaban relatif
dengan multi modul sensor yang outputnya telah dikalibrasi secara digital. Di
bagian dalamnya terdapat kapasitor polimer sebagai elemen untuk sensor
kelembaban relatif dan sebuah pita regangan yang digunakan sebagai sensor
temperatur. Output kedua sensor digabungkan dan dihubungkan pada ADC 14 bit
dan sebuah interface serial pada satu chip yang sama. Sensor ini memiliki waktu
respon yang cepat. SHT11 ini dikalibrasi dengan menggunakan hygrometer
sebagai referensinya. Koefisien kalibrasinya telah diprogramkan kedalam OTP
memory. Koefisien tersebut akan digunakan untuk mengkalibrasi keluaran dari
sensor selama proses pengukuran [4].
Gambar 2.3. Diagram Blok SHT11.
SHT11
menggunakan sumber tegangan 5 Volt dan komunikasi
bidirectonal 2-wire. Sistem sensor ini mempunyai 1 jalur data yang digunakan
untuk perintah pengalamatan dan pembacaan data. Pengambilan data untuk
masing-masing pengukuran dilakukan dengan memberikan perintah pengalamatan
oleh mikrokontroler. Kaki serial Data yang terhubung dengan mikrokontroler
memberikan perintah pengalamatan pada pin Data SHT11 “00000101” untuk
mengukur kelembaban relatif dan “00000011” untuk pengukuran temperatur.
SHT11 memberikan keluaran data kelembaban dan temperatur pada pin Data
secara bergantian sesuai dengan clock yang diberikan mikrokontroler agar sensor
6
dapat bekerja. Sensor SHT11 memiliki ADC (Analog to Digital Converter ) di
dalamnya sehingga keluaran data SHT11 sudah terkonversi dalam bentuk data
digital dan tidak memerlukan ADC eksternal dalam pengolahan data pada
mikrokontroler .
2.4.
Pemanas
Pada perancangan alat ini pemanas yang digunakan adalah pemanas
berupa keramik. Tegangan elemen ini adalah 220 VAC dan daya untuk elemen
pemanas 750 watt.
Gambar 2.4. Pemanas
2.5.
Fan Exhaust
FAN Exhaust yang digunakan adalah FAN Exhaust dengan tegangan 220
VAC. Fungsi dari FAN Exhaust ini adalah untuk meminimalisir kelembaban
guna mencegah kebusukan.
Gambar 2.5. FAN Exhaust
7
2.6.
LCD Display
LCD (Liquid Crystal Display) digunakan sebagai penampil sebuah
informasi. Berikut contoh LCD karakter yaitu LCD 2×16 , artinya LCD terdiri
dari 2 baris dan 16 karakter.
Gambar 2.6. LCD karakter 16 x 2.
2.7.
Keypad
Keypad adalah bagian di mana user berinteraksi langsung dengan modul.
Pada bagian ini user dapat memberikan perintah, perintah dari user akan
diteruskan ke mikrokontroler dan akan diolah pula oleh mikrokontroler.
Gambar 2.7. Keypad
8
Penghubung kerja dari komponen utama membutuhkan komponenkomponen pendukung supaya kerja mesin mencapai hasil sesuai dengan yang
diinginkan pengguna. Berikut ini daftar komponen yang akan digunakan sebagai
penyusun mesin yang dirancang :
1.
Chip ATMEGA 2560
2.
Sensor SHT 11
3.
Fan Exhaust
4.
Keypad
5.
LCD
6.
Rangkaian driver beban AC
7.
Pemanas
9
DASAR TEORI
Secara fisik, mesin terdiri dari bagian mekanik dan elektronik. Bagian
mekanik adalah berupa box yang terbuat dari 2 lapisan yaitu lapisan luar berupa
alumunium dan lapisan dalam berupa stainless steel. Sedangkan bagian elektronik
yang terdiri dari mikrokontroler, untai rangkaian, pemanas, sensor, keypad, LCD
display, RTC. Mikrokontroler yang berfungsi sebagai pengendali untuk
mengontrol pemanas dan fan exhaust serta smua bagian elektronik.
2.1.
Fermentasi Kulit singkong
Kulit singkong (Manihot utilissima Pohl) merupakan limbah kupasan hasil
pengolahan slondok, gaplek, tapioka, tape, dan panganan berbahan dasar singkong
lainnya. Potensi kulit singkong di Indonesia sangat melimpah, seiring dengan
eksistensi negara ini sebagai salah satu penghasil singkong terbesar di dunia dan
terus mengalami peningkatan produksi setiap tahunnya. Salah satu proses
pengolahan yang tepat untuk mengolah kulit singkong menjadi bahan pangan
adalah dengan proses fermentasi.
Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan
fakultatif(sedikit oksigen) maupun anaerob(tanpa oksigen). Dalam perancangan
alat ini proses fermentasi dilakukan menggunakan ragi tempeyang pada umumnya
digunakan untuk proses fermentasi bahan makanan. Ragi tempeterbuat dari jamur
Rhizopus oryzae.
Gambar 2.1. Kulit Singkong
4
2.2.
Mikrokontroler
Pada skripsi ini digunakan board mikrokontroler arduino dengan IC
ATMega2560 sebagai pengendali utama. Board tersebut mempunyai spesifikasi
sebagai berikut :
1.
Tegangan operasi
:5V
2.
Tegangan input (saran)
: 7-12 V
3.
Tegangan input (batas)
: 6-20 V
4.
Digital I/O pins
: 54 (15 digunakan untuk PWM)
5.
Analog input pins
: 16
6.
Arus DC setiap I/O pins
: 40 mA
7.
Arus DC untuk 3,3 V pins
: 50 mA
8.
Flash Memory
: 256 Kb (8 Kb digunakan untuk
bootloader )
9.
SRAM
: 8 Kb
10. EEPROM
: 4 Kb
11. Clock speed
: 16 MHz
Gambar 2.2. Board Atmega 2560
Pengendali yang digunakan berjenis Arduino 2560. Mikrokontroler
berfungsi sebagai pengendali alat ini dimana, bertugas mengolah data dari sensor
SHT 11 sebagai pengontrol pemanas dan fan exhaust.
5
2.3.
Sensor Suhu dan Kelembaban SHT11
SHT11 Modul merupakan modul sensor suhu dan kelembaban relatif dari
Sensirion. SHT11 adalah sebuah single chip sensor suhu dan kelembaban relatif
dengan multi modul sensor yang outputnya telah dikalibrasi secara digital. Di
bagian dalamnya terdapat kapasitor polimer sebagai elemen untuk sensor
kelembaban relatif dan sebuah pita regangan yang digunakan sebagai sensor
temperatur. Output kedua sensor digabungkan dan dihubungkan pada ADC 14 bit
dan sebuah interface serial pada satu chip yang sama. Sensor ini memiliki waktu
respon yang cepat. SHT11 ini dikalibrasi dengan menggunakan hygrometer
sebagai referensinya. Koefisien kalibrasinya telah diprogramkan kedalam OTP
memory. Koefisien tersebut akan digunakan untuk mengkalibrasi keluaran dari
sensor selama proses pengukuran [4].
Gambar 2.3. Diagram Blok SHT11.
SHT11
menggunakan sumber tegangan 5 Volt dan komunikasi
bidirectonal 2-wire. Sistem sensor ini mempunyai 1 jalur data yang digunakan
untuk perintah pengalamatan dan pembacaan data. Pengambilan data untuk
masing-masing pengukuran dilakukan dengan memberikan perintah pengalamatan
oleh mikrokontroler. Kaki serial Data yang terhubung dengan mikrokontroler
memberikan perintah pengalamatan pada pin Data SHT11 “00000101” untuk
mengukur kelembaban relatif dan “00000011” untuk pengukuran temperatur.
SHT11 memberikan keluaran data kelembaban dan temperatur pada pin Data
secara bergantian sesuai dengan clock yang diberikan mikrokontroler agar sensor
6
dapat bekerja. Sensor SHT11 memiliki ADC (Analog to Digital Converter ) di
dalamnya sehingga keluaran data SHT11 sudah terkonversi dalam bentuk data
digital dan tidak memerlukan ADC eksternal dalam pengolahan data pada
mikrokontroler .
2.4.
Pemanas
Pada perancangan alat ini pemanas yang digunakan adalah pemanas
berupa keramik. Tegangan elemen ini adalah 220 VAC dan daya untuk elemen
pemanas 750 watt.
Gambar 2.4. Pemanas
2.5.
Fan Exhaust
FAN Exhaust yang digunakan adalah FAN Exhaust dengan tegangan 220
VAC. Fungsi dari FAN Exhaust ini adalah untuk meminimalisir kelembaban
guna mencegah kebusukan.
Gambar 2.5. FAN Exhaust
7
2.6.
LCD Display
LCD (Liquid Crystal Display) digunakan sebagai penampil sebuah
informasi. Berikut contoh LCD karakter yaitu LCD 2×16 , artinya LCD terdiri
dari 2 baris dan 16 karakter.
Gambar 2.6. LCD karakter 16 x 2.
2.7.
Keypad
Keypad adalah bagian di mana user berinteraksi langsung dengan modul.
Pada bagian ini user dapat memberikan perintah, perintah dari user akan
diteruskan ke mikrokontroler dan akan diolah pula oleh mikrokontroler.
Gambar 2.7. Keypad
8
Penghubung kerja dari komponen utama membutuhkan komponenkomponen pendukung supaya kerja mesin mencapai hasil sesuai dengan yang
diinginkan pengguna. Berikut ini daftar komponen yang akan digunakan sebagai
penyusun mesin yang dirancang :
1.
Chip ATMEGA 2560
2.
Sensor SHT 11
3.
Fan Exhaust
4.
Keypad
5.
LCD
6.
Rangkaian driver beban AC
7.
Pemanas
9