T1 612011058 BAB III

BAB III

PERANCANGAN ALAT

Pada bab ini akan dijelaskan perancangan alat yang terdiri dari gambaran sistem kerja alat, perancangan perangkat keras dan perancangan perangkat lunak. Perancangan dimulai dari uraian mengenai gambaran sistem kerja alat yaitu penjelasan tentang bagaimana alat ini bekerja. Kemudian dilanjutkan uraian mengenai perancangan perangkat keras dan yang terakhir uraian mengenai perancangan perangkat lunak.

3.1. Gambaran Sistem

Sistem yang dirancang oleh penulis merupakan sebuah alat yang digunakan untuk memproduksi jamu bubuk otomatis. Proses yang dilakukan pada alat ini dilakukan secara otomatis dengan tujuan agar mempermudah user untuk mengoperasikannya.

3.2. Gambaran Cara Kerja Alat

Ketika terhubung dengan catu daya AC 220 V pada saklar utama dalam kondisi ON, maka alat ini akan bekerja. Jika kondisi ini sudah terpenuhi makauser bisa memasukkan rempah-rempah jamu jahe ke dalam kuali terlebih dahulu. Setelah usersudah memasukkan rempah-rempah jamu jahe ke dalam kuali, maka LCD akan menampilkan lama proses memasak yang tersedia.Userdapat memilih untuk melakukan berapa lama proses memasak jamu jahe, yaitu proses memasak selama 1 jam, 2 jam, 3 jam. Ketika user sudah memilih berapa lama proses memasak jahe tersebut, maka servo akan membuka keran gas sebesar 20o selama lima detik, dan Arduino akan mengaktifkan pematik api selama lima detik. UV Tron mendeteksi adanya api atau tidak, apabila tidak mendeteksi adanya api, servo akan terus membuka keran gas sebesar 20oselama lima detik dan pematik api akan aktif selama lima detik, setelah itu servo akan menutup kembali keran gas selama 5 detik dan pemantik api tidak aktif selama lima detik, dan begitu seterusnya. Apabila UV Tron mendeteksi adanya api, maka servo akan membuka keran gas sesuai yang sudah ditentukan, yaitu untuk lama proses memasak 1 jam, servo akan membuka dari 30o, 60o, 90o, lama proses memasak 2 jam, servo akan membuka dari 30o, 60o, 80o, lama proses memasak 3 jam, servo akan membuka dari 30o, 60o, 70o. Setelah kondisi semua sudah terpenuhi,yaitu UV Tron sudah mendeteksi adanya api, servo sudah pada posisi terbuka 90o _{apabila memilih proses memasak 1 jam,} 80o _{apabila memilih proses memasak 2 jam, atau 70}o _{apabila memilih proses} memasak 3 jam, maka relay akan mengaktifkan Motor AC, dan pengaduk akan bergerak. LCD akan menampilkan waktu dan tanggal pada saat itu, waktu mundur proses memasak jahe, seberapa besar derajat servo terbuka, dan juga berapa derajat suhu saat proses berlangsung. Setelah proses memasak jamu sudah selesai maka alarm akan berbunyi menandakan semua proses sudah selesai, dan LCD akan kembali ke tampilan menu utama, dan servo akan menutup keran gas ke posisi 0o.

3.3. Perancangan Perangkat Keras

Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan perangkat keras yang dirancang oleh penulis. Perancangan perangkat keras yang akan dijelaskan meliputi perancangan mekanik dan perancangan elektronika dari keseluruhan sistem yang dirancang.

3.3.1. Perancangan Perangkat Keras Mekanik

Perangkat keras mekanik adalah bentuk fisik dari alat yang berfungsi untuk menopang komponen-komponen yang digunakan dalam perancangan ini, sehingga dapat memenuhi kenerja dari alat yang dirancang.

3.3.1.1. Perancangan Mekanik DudukanGear Boxdan Motor AC

Kerangka mekanik yang direalisasikan pada keseluruhan dudukan Gear Boxdan Motor AC terbuat dari besi kotak 2.5 × 2.5 cm yang sudah di las sedemikian rupa sehingga dapat berfungsi untuk menopang keseluruhan komponen yang digunakan dalam merealisasikan alat yang dirancang. Berikut dimensi dan bentuk kerangka yang di realisasikan :

Gambar 3.2.Mekanik Keseluruhan Dudukan Motor AC danGear Box Pemilihan bahan sebagai kerangka alat menggunakan besi 2.5x2.5 cm bertujuan agar alat yang direalisasikan dapat menopang berat beban

90 cm

dariGear Boxdan Motor AC. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.1., bahwaGear Boxdan Motor AC terdapat bagian penting untuk menunjang kinerja dari alat.

Berikut adalah penjelasan dari bagian alat tersebut : 1. Pulley

Pulley adalah bagian yang berfungsi untuk menggerakkan Gear Box dari Motor AC dan juga memperlambat putaran yang keluar dari Motor AC ke Gear Box. Perhitungan menggunakanPulleytersebut sebagai berikut :

Rasio = 1

60=

14

= 14 . 60 = 840

D1 =pulleypada Motor AC = 7 cm D2 =pulleypada inputgear box

= 2 1 1400 840 = 2 7 1400 7

840 = 2 11,666 = 2

Gambar 3.3.Pulley

2. Belting

Pada gambar 3.3 Belting berfungsi untuk menyambungkan keduapulley.Belting yang di gunakan penulis adalah tipe-a dengan seri A-48.

3.3.1.2. Perancangan Mekanik Dudukan Kompor dan Kuali

Pada kerangka mekanik dudukan kompor dan kuali terbuat dari bahan besi kotak 2.5x2.5 cm yang telah dilas. Kerangka ini berfungsi untuk menopang keseluruhan komponen yang digunakan dalam perealisasian alat yang di rancang.

Berikut adalah dimensi dan bentuk kerangka yang di realisasikan : 7 cm

Gambar 3.4.Mekanik Keseluruhan Dudukan Kompor dan Kuali Seperti yang di tunjukkan pada Gambar bahwa kerangka dudukan kompor dan kuali terdiri dari beberapa bagian penting untuk menunjang kinerja dari alat.

Berikut adalah penjelasan dari bagian-bagian alat untuk otomatisasi buka tutup keran gas, pengecekan adanya api atau tidak, dan suhu pada kuali.

1. UV Tron

UV Tron adalah bagian yang berfungsi untuk mengecek adanya api atau tidak. Tegangan input yang diterima oleh UV Tron sebesar 12 volt.

90 cm

Gambar 3.5.UV Tron 2. ThermocoupleType-K

Thermocouple adalah bagian dari mekanik yang berfungsi sebagai pembaca suhu pada kuali. Thermocouple yang digunakan adalahThermocoupleTipe-K.

3. Servo

Servo adalah bagian dari mekanik yang digunakan untuk membuka dan menutup keran gas.

Gambar 3.7.Servo 4. Pemantik Api

Pemantik api adalah bagian dari mekanik yang digunakan untuk menyalakan kompor. Pemantik api yang digunakan dalam skripsi ini menggunakan baterai kotak 9 V sebagai sumber tegangan. Pemantik ini akan aktif ketikarelaydiaktifkan.

3.3.2. Perancangan Perangkat Keras Elektronik

Perangkat Keras Elektronik merupakan beberapa rangkaian elektronika yang digunakan dalam sistem yang dirancang. Pada bagian ini akan membahas tentang mikrokontroler Arduino Mega sebagai pengendali utama, Thermocouple, UV Tron, Servo, Pemantik api.

3.3.2.1. Pengendali Utama

Pengendali utama pada suatu sistem kendali memiliki peran yang sangat penting. Hal ini dikarenakan pengendali utama dapat mengendalikan semua masukan dan keluaran dari suatu plant maupun sensor yang ada pada suatu sistem. Oleh karena itu digunakan sebuah pengendali utama pada skripsi ini untuk mengolah data yang diperlukan dan mengambil keputusan untuk melakukan sesuatu pada tahap selanjutnya dalam alat ini.

Pada skripsi ini pengendali utama yang digunakan adalah sebuah mikrokontroler. Mikrokontroler ini dapat menerima data dari sensor kemudian akan memprosesnya dan mengkonversikan data tersebut menjadi satuan yang diinginkan. Mikrokontroler yang digunakan adalah mikrokontroler yang termasuk dalam keluarga ATMega buatan Atmel Corporation, yaitu ATMega 2560 yang diprogram dengan program Arduino. Pemilihan ATMega 2560 berbasis Arduino sebagai pengendali utama karena ATMega 2560 memiliki input dan output yang banyak, serta memiliki banyak fasilitas yang relative lebih mudah dipelajari.

Pada mikrokontroler ini digunakan untuk mendapatkan data yang terukur pada sensor suhu yang terukur oleh sensor suhu Thermocouple Type K, serta digunakan untuk mendapatkan data yang terukur pada sensor UV Tron. Mikrokontroler ini juga bertugas untuk menghidupkan relay untuk menghidupkan Motor AC, mematik api, dan mengatur pembukaan keras gas yang digerakkan oleh servo.

Tabel 3.1.Konfigurasi Pin ATMega 2560 Pada Bagian Pengendali Utama

Nama Port Fungsi

PORTA 0 Tombolpush button1 jam

PORTA 1 Tombolpush button2 jam

PORTA 2 Tombolpush button3 jam

PORTA 3 Tombolpush buttonReset

PORTD 10 Digital UV Tron

PORTD 11 Data servo

PORTD 20 SDA LCD dan RTC DS3231

PORTD 21 SCK LCD dan RTC DS3231

PORTD 8 DataBuzzer

PORTD 45 GNDThermocouple

PORTD 47 VCCThermocouple

PORTD 49 SOThermocouple

PORTD 51 CSThermocouple

PORTD 53 SCKThermocouple

PORTD 33 RelayMotor AC

Skripsi yang dirancang dan direalisasikan ini dilengkapi dengan programuser interface. Programuser interfaceyang digunakan berfungsi untuk menampilkan status apakah alat dapat bekerja atau tidak, serta untuk menampilkan waktu mundur lama pemasakan, berapa derajat servo terbuka, suhu yang terukur oleh suhu Thermocouple, sertareal timedari RTC. Hal ini dirancang dengan tujuan untuk mempermudah user dalam penggunaan supayausermengetahui apakah alat sudah selesai atau belum pada saat melakukan pemasakan. Untuk menampilkan user interface digunakan sebuah LCD character 20 x 4 yang terhubung langsung ke mikrokontroler, selain itu digunakan tombol push buttonmemulai proses memasak.

3.3.2.2. Sensor SuhuThermocouple Type-K

Pada sistem yang dirancang untuk pengukuran suhu digunakan Thermocoupletype-k. Sensor suhuThermocoupleini memiliki jangkauan pengukuran 0oC sampai dengan 1200oC. Pada prinsipnya sensor suhu Thermocouple digunakan untuk mengubah perbedaan suhu dalam benda menjadi perubahan tegangan listrik (voltase). Dalam perancangan skripsi ini dibutuhkan sebuah pengkondisi sinyal agar sensor suhuThermocouple dapat diolah oleh mikrokontroler. Pengkondisi sinyal yang digunakan adalah modul MAX6675. Modul MAX6675 dibentuk dari kompensasi cold-junction yang outputnya didigitalisasi dari sinyal yang dihasilkan oleh Thermocouple type-k. Data output memiliki resolusi 12 bit dan mendukung komunikasi SPI mikrokontroler secara umum. Data dapat dibaca dengan mengkonversi dengan hasil pembacaan 12-bit data.

Pada perancangan skripsi ini sensor suhuThermocoupledigunakan untuk membaca besaran suhu yang dihasilkan oleh pemanas kompor.

Gambar 3.9.Skema Sensor SuhuThermocouple 3.3.2.3. Sensor Api UV Tron

Pada sistem yang dirancang untuk mendeteksi adanya api atau tidak digunakan sensor api UV Tron. Sensor api UV Tron mampu menditeksi gelombang inframerah antara 185 nm_–300 nm. Sensor memiliki digital. Dalam proses mendeteksi adanya api atau tidak, diperlukan sebuah pengkondisisignal, agarsignalyang di hasilkan oleh sensor api UV Tron ini dapat terbaca oleh mikrokontroler. Dalam perancangan skripsi ini memerlukan satu buah pin pada mikrokontroler dan pada skripsi ini diberikan port D10.

3.4. Perancangan Perangkat Lunak

Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan perangkat lunak yang digunakan dalam skripsi ini. Perancangan perangkat lunak yang akan dijelaskan mengenai mikrokontroler ATMega 2560 dan pengolahan data dari sensor api UV Tron dan sensor suhu Thermocouple Type-K. Penjelasan perancangan perangkat lunak pada skripsi ini akan dijelaskan melalui diagram alir.

Penjelasan dari Gambar 3.10. adalah sebagai berikut :

• Sistem akan melalui proses pemasakan jamu ketika salah satu tombol push buttonlama pemrosesan ditekan oleh user.

• Setelah salah satupush buttonlama pemrosesan di tekan, maka servo akan membuka keran gas sebesar 20o.

• Setelah keran gas terbuka maka mikrokontroler akan mengaktifkan pematik api dan UV Tron akan mendeteksi adanya api atau tidak.

• Setelah UV Tron mendeteksi adanya api, servo akan membuka keran gas 30o, 60o, 90o, untuk lama proses memasak 1 jam, 30o, 60o, 80o, untuk lama proses memasak 2 jam, 30o, 60o, 70o, untuk lama proses memasak 3 jam.

• Setelah kondisi servo telah terpenuhi, maka mikrokontroler akan mengaktifkanrelayuntuk mengaktifkan Motor AC yang akan

menggerakkanGear Box, dan pengaduk akan mulai mengaduk hingga waktu yang telah ditentukan, lama pemrosesan akan tertempil di LCD 20 x 4.

• Kemudian cek lagi, apakah waktu pemrosesan telah selesai?

• Jika YA, maka mikrokontroler akan menonaktifkanrelayyang menjadi pemicu Motor AC sehinggaGear Boxuntuk pengaduk berhenti berputar.

• Servo akan menutup keran gas ke 0o, sehingga kompor akan mati dan jamu sudah bisa diambil.

• Jika TIDAK, maka pengaduk tetap berputar sampai proses waktu memasak selesai.

Tabel 3.1.Konfigurasi Pin ATMega 2560 Pada Bagian Pengendali Utama

Nama Port Fungsi

PORTA 0 Tombolpush button1 jam

PORTA 1 Tombolpush button2 jam

PORTA 2 Tombolpush button3 jam

PORTA 3 Tombolpush buttonReset

PORTD 10 Digital UV Tron

PORTD 11 Data servo

PORTD 20 SDA LCD dan RTC DS3231

PORTD 21 SCK LCD dan RTC DS3231

PORTD 8 DataBuzzer

PORTD 45 GNDThermocouple

PORTD 47 VCCThermocouple

PORTD 49 SOThermocouple

PORTD 51 CSThermocouple

PORTD 53 SCKThermocouple

Skripsi yang dirancang dan direalisasikan ini dilengkapi dengan programuser interface. Programuser interfaceyang digunakan berfungsi untuk menampilkan status apakah alat dapat bekerja atau tidak, serta untuk menampilkan waktu mundur lama pemasakan, berapa derajat servo terbuka, suhu yang terukur oleh suhu Thermocouple, sertareal timedari RTC. Hal ini dirancang dengan tujuan untuk mempermudah user dalam penggunaan supayausermengetahui apakah alat sudah selesai atau belum pada saat melakukan pemasakan. Untuk menampilkan user interface

digunakan sebuah LCD character 20 x 4 yang terhubung langsung ke mikrokontroler, selain itu digunakan tombol push buttonmemulai proses memasak.

3.3.2.2. Sensor SuhuThermocouple Type-K

Pada sistem yang dirancang untuk pengukuran suhu digunakan

Thermocoupletype-k. Sensor suhuThermocoupleini memiliki jangkauan pengukuran 0oC sampai dengan 1200oC. Pada prinsipnya sensor suhu

Thermocouple digunakan untuk mengubah perbedaan suhu dalam benda menjadi perubahan tegangan listrik (voltase). Dalam perancangan skripsi ini dibutuhkan sebuah pengkondisi sinyal agar sensor suhuThermocouple

dapat diolah oleh mikrokontroler. Pengkondisi sinyal yang digunakan adalah modul MAX6675. Modul MAX6675 dibentuk dari kompensasi

cold-junction yang outputnya didigitalisasi dari sinyal yang dihasilkan oleh Thermocouple type-k. Data output memiliki resolusi 12 bit dan mendukung komunikasi SPI mikrokontroler secara umum. Data dapat dibaca dengan mengkonversi dengan hasil pembacaan 12-bit data.

Pada perancangan skripsi ini sensor suhuThermocoupledigunakan untuk membaca besaran suhu yang dihasilkan oleh pemanas kompor.

Gambar 3.9.Skema Sensor SuhuThermocouple

3.3.2.3. Sensor Api UV Tron

Pada sistem yang dirancang untuk mendeteksi adanya api atau tidak digunakan sensor api UV Tron. Sensor api UV Tron mampu menditeksi gelombang inframerah antara 185 nm_–300 nm. Sensor memiliki digital. Dalam proses mendeteksi adanya api atau tidak, diperlukan sebuah pengkondisisignal, agarsignalyang di hasilkan oleh sensor api UV Tron ini dapat terbaca oleh mikrokontroler. Dalam perancangan skripsi ini memerlukan satu buah pin pada mikrokontroler dan pada skripsi ini diberikan port D10.

3.4. Perancangan Perangkat Lunak

Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan perangkat lunak yang digunakan dalam skripsi ini. Perancangan perangkat lunak yang akan dijelaskan mengenai mikrokontroler ATMega 2560 dan pengolahan data dari sensor api UV Tron dan sensor suhu Thermocouple Type-K. Penjelasan perancangan perangkat

Penjelasan dari Gambar 3.10. adalah sebagai berikut :

• Sistem akan melalui proses pemasakan jamu ketika salah satu tombol

push buttonlama pemrosesan ditekan oleh user.

• Setelah salah satupush buttonlama pemrosesan di tekan, maka servo akan membuka keran gas sebesar 20o.

• Setelah keran gas terbuka maka mikrokontroler akan mengaktifkan pematik api dan UV Tron akan mendeteksi adanya api atau tidak.

• Setelah UV Tron mendeteksi adanya api, servo akan membuka keran gas 30o, 60o, 90o, untuk lama proses memasak 1 jam, 30o, 60o, 80o, untuk lama proses memasak 2 jam, 30o, 60o, 70o, untuk lama proses memasak 3 jam.

• Setelah kondisi servo telah terpenuhi, maka mikrokontroler akan mengaktifkanrelayuntuk mengaktifkan Motor AC yang akan

menggerakkanGear Box, dan pengaduk akan mulai mengaduk hingga waktu yang telah ditentukan, lama pemrosesan akan tertempil di LCD 20 x 4.

• Kemudian cek lagi, apakah waktu pemrosesan telah selesai?

• Jika YA, maka mikrokontroler akan menonaktifkanrelayyang menjadi pemicu Motor AC sehinggaGear Boxuntuk pengaduk berhenti berputar.

• Servo akan menutup keran gas ke 0o, sehingga kompor akan mati dan jamu sudah bisa diambil.

• Jika TIDAK, maka pengaduk tetap berputar sampai proses waktu memasak selesai.