BAB 2 LANDASAN TEORI Kegiatan memanen buah pada perkebunan dilakukan ketika buah dianggap sudah matang , atau siap dipanen, kegiatan memanen dilakukan secara manual dimana pemilihan buah yang sudah siap dipanen dan belum dilakukan oleh tenaga manusa. Setelah panen atau pasca panen maka buah yang telah dipanen akan memasuki tahap sortasi atau penyortiran. Selain sebagai pengecek kematangan buah, alat pengecek kematangan buah juga dirancang untuk meng-otomatisasi penyortiran dalam kegiatan memanen buah. Dengan adanya penyortiran ini, maka hasil pemanenan
dapat
dipisahkan antara buah yang berada dalam tingkat matang atau belum matang.
2.1
Modul Sensor Warna TCS3200 TCS3200 merupakan IC yang dapat diprogram yang berguna untuk
mengkonversi warna cahaya ke frekuensi dengan output berbentuk sinyal kotak. Ada dua komponen utama pembentuk alat ini , yaitu photdiode dan pengkonversi arus ke frekuensi(Gambar 2.1)
Gambar 2.1 Blok Diagram TCS 3200 7
8
Pada dasarnya Sensor Warna TCS3200 merupakan sensor cahaya yang dilengkapi dengan filter cahaya untuk warna dasar RGB (Red-Green-Blue). Photodiode dalam Sensor Warna TCS3200 disusun secara array 8X8 dengan konfigurasi internal sensor photodiode adalah. 16 photodiode untuk sensor cahaya dengan filter cahaya warna merah. 16 photodiode untuk sensor cahaya dengan filter cahaya warna hijau. 16 photodiode untuk sensor cahaya dengan filter cahaya warna biru. Dan 16 photodiode untuk sensor cahaya tanpa filter warna. Sensor warna yang digunakan pada penelitian ini, menggunakan modul sensor warna DT-Sense Colour Sensor. Modul ini merupakan modul sensor warna yang berbasis sensor TAOS TCS3200. Modul ini dilengkapi dengan EPROM , sehingga dapat menyimpan 25 buah data. Jalur komunikasi pada modul sensor warna DT-Sense dapat menggunakan UART atau I2C. Untuk UART parameternya adalah sebagai berikut :
•
Baud Rate : 9600 bps
•
8 data bit
•
1 stop bit
•
Tanpa Parity bit
•
Tanpa Flow Control
9
Jika menggunakan I2C sebagai jalur komunikasi datanya maka, modul DTSense Colour sensor bertindak sebagai slave dengan alamat sesuai dengan yang telah ditentukan sebelumnya melalui pengaturan jumper. Jalur komunikasi data I2C pada modul DT-Sense Colour sensor mendukung bit rate sampai dengan 50 Khz.
Spesifikasi Modul DT-Sense sensor warna TC3200 : •
Area pandang 2 cm x 2 cm
•
Jalur komunikasi dapat menggunakan I2C atau UART
•
Mempunyai EPROM (dapat menyimpan hingga 25 buah data)
•
Sumber catu daya menggunakan 4.8 - 5.5 VDC
Pada penelitian ini sensor warna TCS3200 digunakan untuk mendeteksi kematangan buah pisang, tomat, dan belimbing, dimana kuning dan merah mewakili kondisi matang, dan hijau mewakili kondisi mentah. Untuk menentukan kuning dan merah adalah matang dan hijau adalah mentah digunakan range warna untuk masing masing warna. Cara menentukan range warna adalah dengan cara, mengambil sample warna untuk buah matang sebanyak 50X dengan posisi dan jarak terbaik yang telah didapatkan sebelumnya (dapat dilihat pada bab 4, subbab posisi dan jarak buah terhadap sensor warna), lalu hasil tersebut dicari nilai rata - rata nya dan dicari selisih dari nilai rata- rata dengan nilai minimum dan selisih dari nilai rata -rata dengan nilai maksimum .
10
Nilai rata - rata digunakan sebagai range acuan sedangkan selisih nilai rata - rata dengan nilai minimum dan selisih nilai rata - rata dengan nilai maksimum digunakan sebagai toleransinya. Jika berada diluar range nilai yang telah ditentukan maka buah dianggap tidak matang. Tabel nilai rata - rata , nilai toleransi dan nilai maksimum dan minimum : Tabel 2.1 Range Warna Merah
Hijau
Biru
Nilai Rata - rata
135
103
0
Nilai Maksimum
255
255
255
Nilai Minimum
50
30
0
+120
+152
+255
-85
-73
-0
Nilai Toleransi
Range warna untuk warna merah adalah dari 50 sampai dengan 255, hijau dari 30 sampai dengan 255, dan biru dari 0 sampai dengan 255. Jika nilai buah yang diuji nilai merah atau hijau, salah satunya atau keduanya kurang dari nilai minimum, maka buah dianggap tidak matang. Dibawah adalah hasil tabel range warna dalam bentuk grafik.
11
Grafik 2.1 Grafik Range Warna
2.2
Mikrokontroler Mikrokontroler adalah sebuah prosesor yang dipergunakan khusus untuk
keperluan kontrol. Berbeda dengan mikroprosesor, mikrokontroler sendiri sudah memiliki device teretentu yang diperlukan untuk keperluan control. Mikrokontroler yang akan penulis gunakan dalam percobaan ini adalah ATMEGA8535. Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur Reduced Instruction Set Computer (RISC), terdapat Internal Oscillator, I/O port, Timers, USART, SPI, pull-up resistors, Pulse Width Modulation, ADC, Analog Comparator, watch dog timers, dan beberapa fitur lainnya sehingga penggunaan AVR dapat membatasi kebutuhan penggunaan
12
komponen eksternal. AVR memiliki 32 General Purpose Registers yang terhubunga langsung dengan Arithmetic Logic Unit (ALU). Bentuk fisik dari AVR ATMEGA8535 dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Bentuk Fisik AVR ATMEGA8535
AVR mendukung beberapa jenis bahasa pemrograman dan sistem development tools seperti C Compilers, Macro Assemblers, Program Debugger/Simulators, InCircuit Emulators, dan Evaluation Kits. Terdapat beberapa jenis Development tools dalam perancangan aplikasi AVR seperti ImageCraft Creation (ICC) AVR, Code Vision, AVR Studio, dan lain-lain sebagainya. Terdapat beberapa development tools yang langsung mendukung untuk pemrogramman program ke dalam flash memory dari AVR seperti AVR Studio, CodeVision, dan lain-lain sebagainya. Sementara development tools yang dipakai dalam praktikum yaitu ICC AVR tidak mendukung untuk penulisan program ke flash memory dari AVR. Penulisan program ke AVR digunakan program yang berbeda yaitu Ponyprog dengan protokol komunikasi Serial Peripheral Interface (SPI). AVR
13
ATMEGA8535 yang diproduksi oleh ATMEL terdiri atas beberapa jenis package, yang digunakan dalam praktikum yaitu dalam bentuk PDIP, spesifikasi pin dari ATMEGA8535 dapat dilihat pada gambar 2.3
Gambar 2.3 Spesifikasi pin ATMEGA8535
2.3
Modul Liquid Crystal Display (LCD) Liquid
Crystal
Display
adalah
suatu
jenis
media
tampilan
yang
menggunakan liquid crystal atau kristal cair sebagai penampil utama , liquid crystal tidak menghasilkan cahaya secara langsung (bukan sebagai sumber cahaya). Penggunaan LCD sudah digunakan di berbagai bidang , misalnya sebagai TV , layar monitor komputer , layar notebook , LCD semakin banyak digunakan karena hemat energi selain itu karenan bentuknya yang minimalis , tetapi mempunyai resolusi yang tinggi.
14
Modul
LCD
Character
dapat
dengan
mudah
dihubungkan
dengan
mikrokontroller seperti AT89S51 (Gambar 2.4) atau dengan AVR. Sesuai standarisasi yang cukup populer digunakan banyak vendor LCD, yaitu HD44780, yang memiliki chip kontroler Hitachi 44780.
Gambar 2.4 Pin LCD dan MCS 51 Pada kaki - kaki atau pin LCD mempunyai kegunaan masing , kegunaan tersebut dapat kita lihat pada gambar 2.5
Gambar 2.5 Pinout LCD
15
Ada 2 cara utk berkomunikasi dengan LCD, yaitu 8 bit dan 4 bit jalur data. Jika jalur data yang digunakan sebesar 4 bit maka pin data bus yang digunakan adalah DB4 - DB7. Tetapi jika jalur data yang digunakan sebesar 8 bit maka pin data bus yang digunakan adalah DB0 - DB7. LCD akan ter-reset secara otomatis pada saat power ON. Sebelum menggunakan modul LCD, kita harus melakukan inisialisasi dan mengkonfigurasikannya. Hal ini dijalankan dengan mengirimkan sejumlah instruksi ke LCD. Antara lain: pengaturan lebar data interface 8 bit atau 4 bit data bus, pemilihan ukuran font karakter 5x8 atau 5x7 dan lain-lain. Inisialisasi juga dapat dilakukan dengan menggunakan wizart pada program codevision AVR.
2.4
Motor DC Motor listrik merupakan alat yang mengubah energi listrik menjadi energi
mekanik Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya, memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dll. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, kipas angin) dan di industri. Motor DC memerlukan tegangan yang searah, pada kumparan medan untuk dirubah menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada motor DC disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar).
Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan
penyalaan torque/beban motor yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas. Torque umumnya dapat dikategorikan kedalam 3 kelompok :
16
•
Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluarnya energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torque nya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torque konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan
•
Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi dengan kecepatan operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa sentrifugal.
•
Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin.
Gambar 2.6 Motor DC Gambar diatas merupakan bentuk fisik dari motor DC (gambar 2.6) , motor DC mempunyai 3 komponen utama yang membentuknya , yaitu :
17
Kutub Medan Motor DC memiliki 2 kutub medan magnet yaitu kutub utara dan kutub selatan yang stasioner dan dinamo yang menggerakkan bearing pada ruang diantara kutub medan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan.
Dinamo Dinamo pada motor DC berbentuk silinder, dihubungkan kearah penggerak untuk menggerakkan beban. Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Pada motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan berganti lokasi. Saat hal itu terjadi arus yang masuk kedalam motor DC akan berbalik dan merubah kutub-kutub utara dan selatan dinamo.
Commutator Kegunaan komponen ini pada motor DC adalah untuk membalikkan arah arus listrik dalam dinamo, commutator juga membantu motor DC dalam hal transmisi arus antara dinamo dan sumber daya. Bisa dilihat pada Gambar 2.7
18
Gambar 2.7 Stator commutator
Keuntungan penggunaan motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor DC umumnya dibatasi untuk penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang, ini dikarenakan karena sering terjadi masalah dengan perubahan arah arus listrik mekanis pada ukuran yang lebih besar. Motor DC juga relative lebih murah daripada motor AC.
Jenis-jenis motor DC, yaitu sebagai berikut :
•
Motor DC sumber daya terpisah / Separately Excited Motor DC jenis ini adalah dimana jika arus medan dipasok dari sumber terpisah jadi arus yang masuk kedalam motor DC bukanlah arus yang ada pada motor DC itu sendiri melainkan dari sumber yang tepisah.
19
•
Motor DC sumber daya sendiri / Self Excited motor shunt Pada motor shunt , gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan gulungan dinamo (A) oleh karena itu total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus dan arus dinamo. Jika dijabarkan tentang kecepatan motor shunt adalah sebagai berikut : o Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban (hingga torque tertentu kecepatan berkurang) dan oleh karena itu cocok untuk penggunaan komersial dengan beban awal yang rendah. o Kecepatan komersial dapat dikendalikan dengan cara memasang tahanan dalam susunan seri dengan dinamo (kecepatan berkurang) atau dengan memasang tahanan pada arus medan (kecepatan bertambah).
•
Motor DC daya sendiri/ motor seri Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan gulungan dinamo oleh karena itu arus medan sama dengan arus dinamo. Dimana kecepatan dibatasi pada 5000 RPM dan harus menghindari menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab kecepatan motor diluar 5000 RPM tidak dapat dikendalikan. Motor
seri cocok untuk penggunaan yang
memerlukan torque penyalaan awal yang tinggi.
•
Motor DC Kompon/gabungan Motor kompon/ gabungan motor seri dan shunt dimana pada motor kompon gulungan medan dihubungkan secara paralel dan seri dengan gulungan
20
dinamo (A). Motor kompon memiliki torque penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase penggabungan ( persentase gulungan medan yang dihubungkan secara seri), makin tinggi pula torque penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini.
2.4
Regulator Sebuah sistem elektronik tidak akan bisa beroperasi tanpa sumber tegangan.
Sumber tegangan tersebut dapat berupa sumber tegangan AC (Alternate Current) atau DC (Direct Current) dimana besar kecilnya daya output harus stabil dan harus disesuaikan dengan kebutuhan. Misalnya IC TTL membutuhkan tegangan DC stabil 5 Volt, IC CMOS membutuhkan tegangan DC stabil 12 Volt, dan sebagainya. Sumber tegangan AC dapat diperoleh di antaranya dari: 1. Listrik PLN yang diturunkan dengan Transformator 2. Motor Generator 3. Turbin Angin Sumber tegangan DC dapat diperoleh di antaranya dari: 1. Battery (Accu) 2. Power Supply Buatan dengan sumber awal dari PLN yang telah diturunkan 3. Solar Cell
21
Regulator adalah rangkaian regulasi atau pengatur tegangan keluaran dari sebuah catu daya agar efek dari naik atau turunnya tegangan tidak mempengaruhi tegangan catu daya sehingga menjadi stabil. Selain untuk menjaga kestabilan tegangan output regulator juga digunakan untuk mencegah terjadinya hubungan singkat. Regulator ada 4 Jenis , yaitu : 1. Regulator dengan Zener 2. Regulator dengan Zener Follower 3. Regulator dengan OP-Amp 4. Regulator dengan IC (Integerated Circuit) Sekarang ini yang sering digunakan adalah Regulator dengan IC , karena selain lebih praktis biayanya juga lebih murah dibanding dengan 3 regulator lain-nya. Regulator dengan IC yang umum digunakan ada 2 jenis , yaitur 78XX sebagai regulator tegangan positif dan 79XX sebagai regulator tegangan negatif. komponen ini biasanya sudah dilengkapi dengan pembatas arus ( current limiter ) dan juga pembatas suhu ( thermal shutdown ). Komponen ini hanya mempunyai tiga pin dan dengan menambah beberapa komponen saja sudah dapat menjadi rangkaian catu daya yang ter-regulasi dengan baik. Bentuk fisik regulator dapat dilihat pada gambar 2.8
22
Gambar 2.8 IC regulator 7805 IC regulator akan bekerja sebagai regulator tegangan DC yang stabil jika tegangan input di atas atau sama dengan MIV (Minimum Input Voltage), sedangkan arus maksimum beban output yang diperbolehkan harus kurang dari atau sama dengan MC (Maximum Current) sesuai karakteristik masing-masing. Tabel 2.2 Tabel Contoh Jenis - Jenis Regulator Type Number
Regulation Voltage
Maximum Current
Minimum Input Voltage
7805
+5V
1A
+7V
7806
+6V
1A
+8V
7808
+8V
1A
+10.5V
7812
+12V
1A
+14.5V
7815
+15V
1A
+17.5V
7824
+24V
1A
+26V
23
2.6
Transformator (Trafo) Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau
menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (skunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan.
Gambar 2.9 Trafonsmator (Trafo) Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik, ketika kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti besi ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik
24
Gambar 2.10 Cara Kerja Trafo
Berdasarkan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan skunder transformator ada dua jenis yaitu: 1. Transformator step up yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik rendah menjadi tinggi, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan primer (Ns > Np). 2. Transformator step down yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik tinggi menjadi rendah, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder (Np > Ns)
25
Selain transformator step-up dan step-down ada lagi jenis transformator yang lain , yaitu : 1. Autotransformator, merupakan transformator yang hanya terdiri dari 1 lilitan dimana sebagian lilitan primer juga merupakan lilitan sekunder. 2. Autotransformator variabel, sama dengan autotransformator biasa , tetapi bedanya perbandingan lilitan primer dan sekunder bisa dirubah rubah 3. Transformator isolasi, memiliki lilitan sekunder yang berjumlah sama dengan lilitan primer, sehingga tegangan sekunder sama dengan tegangan primer 4. Transformator pulsa, merupakan transformator yang didesain khusus untuk memberikan keluaran gelombang pulsa 5. Transformator tiga fasa, transformator tiga fasa sebenarnya adalah tiga transformator yang dihubungkan secara khusus satu sama lain. Lilitan primer biasanya dihubungkan secara bintang (Y) dan lilitan sekunder dihubungkan secara delta (Δ) Transformator (trafo) digunakan pada peralatan listrik terutama yang memerlukan perubahan atau penyesuaian besarnya tegangan bolak-balik. Misal radio memerlukan tegangan 12 volt padahal listrik dari PLN 220 volt, maka diperlukan transformator untuk mengubah tegangan listrik bolak-balik 220 volt menjadi tegangan
26
listrik bolak-balik 12 volt. Contoh alat listrik yang memerlukan transformator adalah: TV, komputer, mesin foto kopi, gardu listrik dan sebagainya.
2.6
IC L298 L298 merupakan IC driver motor yang terdiri dari dua buah rangkaian H-bridge
di dalamnya, sehingga dapat digunakan untuk mengendalikan dua buah motor DC atau stepper. masing - masing rangkaian H-bridge di dalamnya dapat mengantarkan arus hingga 2A. Tetapi dalam penggunaannya, rangkaian H-bridge di dalam IC L298 dapat diparalel sehingga kemampuan mengantarkan arusnya menjadi 4A , tetapi hanya dapat mengendalikan 1 motor DC atau stepper saja.
Gambar 2.11 IC L298
27
Berikut adalah pin-pin yang dihubungkan dalam modus operasi paralel: •
OUT1 dihubungkan dengan OUT4.
•
OUT2 dihubungkan dengan OUT3.
•
IN1 dihubungkan dengan IN4.
•
IN2 dihubungkan dengan IN3.
•
ENABLE A dihubungkan dengan ENABLE B.
OUT1/OUT4 dan OUT2/OUT3 dihubungkan dengan motor DC yang akan dikendalikan.
Gambar 2.12 Skematik Rangkaian Paralel L298 4A
28
Perlu diketahui bahwa output dari L298 tidak memiliki dioda pengaman. Jadi, perlu ditambahkan dua buah dioda – flyback diodes, dengan kemampuan arus yang sesuai, pada setiap titik output.
