27
BAB 3 PERANCANGAN SISTEM
3.1
Perancangan Perangkat Keras
Gambar 3.1 Blok Diagram Perangkat Keras Keterangan blok diagram : Sensor Ultrasonik berguna untuk mendeteksi penuh atau tidaknya karung dengan mengukur jarak antara padi dan sensor Blok mikrokontroler berguna untuk mengolah data dari sensor lalu mengaktifkan driver dan kemudian driver inilah yang akan mengontrol pergerakan motor. Blok Relay berfungi untuk untuk mengaktifkan motor AC (power tresher)
28
Blok Driver 1 berfungsi untuk mengontrol motor DC (1) Blok Driver 2 berfungsi untuk mengontrol motor DC (2) Tombol emergency berfungsi untuk mematikan system jika dalam keadaan darurat Tombol KKP (Kedua karung penuh) berfungsi untuk menjalankan system kembali jika kedua karung sudah dikatakan penuh. Blok Buzzer digunakan untuk memberikan peringatan bahwa karung telah terisi penuh. Blok Led berfungsi untuk memberi informasi bahwa karung pada posisi pengisian sudah penuh atau atau belum Gambaran cara kerja sistem dari penelitian ini adalah terdapat dua buah sistem. Yang pertama adalah power tresher yang dilengkapi dengan sebuah motor AC yang digunakan sebagai alat gerak dan sensor ultrasonik yang digunakan sebagai pendeteksi penuh atau tidaknya sebuah karung. Yang kedua adalah pengarung yang dilengkapi dengan motor DC (2) yang digunakan untuk memutar posisi secara otomatis. Pada tahap awal, motor AC akan menggerakkan power tresher. Kemudian padi akan dimasukkan ke dalam power power tresher dimana padi yang telah dimasukkan ke dalam power tresher akan dirontokkan dari jeraminya. Padi yang telah dirontokkan akan masuk ke dalam karung melalui corong yang dilengkapi dengan sensor ultrasonik. Setelah itu padi akan mengisi karung terus menerus sampai sensor ultrasonik mendeteksi jarak setinggi kurang lebih 18 cm. Pada saat sensor mendeteksi kurang lebih 18 cm, motor AC pada power tresher akan berhenti bergerak. Kemudian motor DC (2) penggerak karung
29
akan aktif untuk mengganti karung yang sudah penuh dengan karung yang kosong. Motor DC (2) akan berhenti ketika karung yang kosong ada ditempat yang telah ditentukan. Sistem yang dirancang dalam penelitian ini merupakan sistem untuk merontokkan padi dan memasukkan padi-padi yang telah dirontokkan kedalam karung secara otomatis. Sedangkan perancangan secara umumnya untuk agar mencapai gambaran sistemnya adalah : Power tresher akan merontokkan padi secara terus menerus hingga jumlah padi yang terisi pada karung mencapai jarak yang telah ditetapkan pada sensor ultrasonik dan kemudian mikrokontroler akan memerintahkan power tresher untuk berhenti . Sensor ultrasonik akan mendeteksi padi yang masuk ke dalam karung apakah karung telah penuh atau belum, karung penuh jika jarak antara padi dalam karung dengan sensor ultrasonik kurang lebih 18 cm. Apabila belum mencapai jarak yang telah ditentukan, maka power tresher akan terus mengisi karung LED dan buzzer digunakan sebagai indikator bahwa karung telah terisi penuh. Jika buzzer berbunyai pendek, maka menandakan bahwa 1 karung telah terisi penuh. Apabila berbunyi panjang, maka menandakan bahwa 2 karung telah terisi penuh. Motor driver digunakan untuk memutar tempat dudukan karung agar karung yang telah terisi penuh berganti menjadi karung yang kosong dan siap untuk diisi padi kembali.
30
Mikrokontroler yang digunakan adalah AVR ATMega 8535 untuk mengolah data, dimana data yang didapatkan berupa input dari sensor ultrasonik yang akan digunakan untuk menggerakkan motor power threser dan motor driver.
3.1.1 Rangkaian Blok Mikrokontroler
VCC +5V
R5
U1
10k SIG
PB0/T0/XCK PB1/T1 PB2/AIN0/INT2 PB3/AIN1/OC0 PB4/SS PB5/MOSI PB6/MISO PB7/SCK
C5 200n
PD0/RXD PD1/TXD PD2/INT0 PD3/INT1 PD4/OC1B PD5/OC1A PD6/ICP1 PD7/OC2
VCC
R1
10k
XTAL1 XTAL2 RESET
X1 C1 100n
PA0/ADC0 PA1/ADC1 PA2/ADC2 PA3/ADC3 PA4/ADC4 PA5/ADC5 PA6/ADC6 PA7/ADC7
Direction Step
PC0/SCL PC1/SDA PC2 PC3 PC4 PC5 PC6/TOSC1 PC7/TOSC2
Led 1 Led 2 M DC 1+ Buzzer M DC 1Motor AC
VCC AREF AVCC
ATMEGA8535
C2
C3
22pF
22pF
C4 100nF
Gambar 3.2 Blok Mikrokontroller Blok diagaram diatas merupakan blok diagram mikrokontroler dalam alat ini menggunakann modul AVR. Modul AVR terdiri dari U1 ATMega 8535 dimana kaki 10-nya terhubung ke Vcc 5 volt , kaki 11-nya terhubung ke Ground agar modul bisa aktif, Crystal dan kapasitor C2 dan C3. yang terhubung pada kaki 12 dan 13 sebagai
31
osilator yang mempengaruhi kecepatan program saat dijalankan, reset dihubungkan kaki 9 dimana reset pada rangkaian ini berupa push button, resistor R1 dan kapasitor C1, komponen tersebut digunakan sebagai reset program pada AVR agar kembali ke awal. Selain itu modul ini akan dihubungkan dengan sensor ultrasonik, relay, buzzer dan LED
3.1.2 Modul Motor Driver
Gambar 3.3 Motor driver AC Untuk rangkaian motor driver, digunakan rangkaian motor driver Geckodrive. Geckodrive dikendalikan menggunakan mikrokontroller AVR. Pada perancangan system yang akan digunakan, motor DC akan digerakkan oleh mikrokontroler melalui Geckodrive. Selain itu, pada perancangan akan ditambahkan
32
sebuah rotary encoder. Rotary encoder berfungsi sebagai feedback yang berisi informasi kepada Geckodrive bahwa motor DC sudah selesai melakukan tugasnya atau belum. Perputaran akan dikatakan selesai oleh rotary encoder jika sudah melakukan perputaran 7200. 3.1.3 Rangkaian Modul Motor Driver
Gambar 3.4 Rangkaian modul motor driver Motor driver digunakan untuk menggerakan motor DC (1) yang digunakan dalam penelitian ini sebagai alat gerak dengan pengaturan tertentu. Satu modul motor driver digunakan untuk menggerakkan satu motor. Karena alat pada penelitian ini menggunakan dua buah motor, maka digunakan dua buah motor driver. Rangkaian motor driver ini nantinya akan terhubung dengan mikrokontroller yang akan memberikan data berupa perintah kapan dan bagaimana motor itu harus digerakkan. Rangkaian dioda pada modul motor driver ini digunakan untuk menahan tegangan balik
33
yang merupakan efek samping dalam memberi tegangan pada motor DC. Bila tidak digunakan dioda tersebut, maka tegangan balik bisa masuk ke komponen penting lain yang bisa menyebabkan kerusakan.
Gambar 3.5 Wujud fisik rangkaian modul motor driver 3.1.4 Rangkaian Blok Relay Pada alat ini modul relay yang digunakan hanyalah 1 buah, relay pada rangkaian ini digunakan untuk mengaktifkan motor AC (power tresher). Relay digunakan pada alat untuk melakukan switching, resistor pada relay berfungsi menjaga tegangan yang masuk ke dalam relay agar tepat jatuh ke transistor, juga ada transistor untuk mengaktifkan relay, sedangkan D5 yang terdapat pada rangkaian blok relay ini
34
adalah untuk mengatasi arus balik (feedback) dari dalam kumparan relay, arus balik ini terjadi karena adanya medan magnet pada kumparan relay tersebut. Tegangan dari induksi listrik biasanya lebih tinggi dibandingkan dengan tegangan dari sumber, jika hal ini terjadi maka kinerja relay akan rusak. Untuk menghindari kerusakan tersebut maka D5 dipasang pada relay.
Gambar 3.6 Rangkaian Blok Relay 3.1.5
Rangkaian Blok Sensor Untuk megukur jarak ketinggian, digunakan sensor Ultrasonic Range Finder atau
biasa disebut sensor Ping. Sensor ini dapat mengukur jarak dari 3 sampai 300cm. Sensor ultrasonic range finder mempunyai 3 pin yaitu ground, inputan 5 V, dan Pin I/O dengan keluaran
biner berupa pulsa yang lebarnya merepresentasikan jarak yang
kemudian langsung dihubungkan ke mikrokontroler. Hal yang perlu diperhatikan, sensor Ultrasonic Range Finder tidak dapat mengukur objek yang permukaannya dapat
35
menyerap suara, seperti busa atau sound damper lainnya. Pengukuran jarak juga akan kacau
jika permukaan objek bergerigi dengan sudut tajam. Dalam alat yang akan
dibuat, sensor ini digunakan untuk menghitung jarak ketinggian antara butiran padi yang ada didalam karung dengan sensor ultrasonik tersebut. Apabila sensor tersebut sudah mendeteksi ketinggian sekitar kurang lebih 18 cm, maka sensor akan memberi informasi ke mikroprosesor bahwa karung sudah penuh.
Gambar 3.7 Sensor Ultrasonic Range Finder
Sensor ultrasonik digunakan dan terhubung dengan modul AVR ini adalah Parallax Ultasonic Range Finder (PING) , sensor ini memiliki 3 pin yaitu power supply, ground dan sinyal, pin-pin ini terpasang pada pin PB0 dan PB1, dimana sensor ini akan bekerja jika saat sensor ini mengirimkan suara ultrasonik dan mendapatkan pulsa trigger dari mikrokontroler, selama menunggu adanya trigger dari mikrokontroler sensor PING ini akan menghasilkan sebuah pulsa, lebar pulsa inilah yang akan mempresentasikan jarak
36
oleh sensor. Kemudian mikrokontroler akan mengukur lebar pulsa tersebut lalu dikonversi dalam bentuk jarak dengan perhitungan sebagai berikut : Jarak = (Lebar Pulsa / 29.034uS) / 2 (dalam cm) Atau bisa juga dengan menggunakan perhitungan berikut ini : Jarak = (Lebar Pulsa x 0.034442) / 2 (dalam cm) Ket : 0.0344442 = Kecepatan suara
Gambar 3.8 Pulsa Ping Parallax Ultrasonic Range Finder
37
3.1.6 Rangkaian Blok Power
TR1 220 V
TRAN-2P2S
vcc 5V
BR1
U3 7805 1
VI
D N G
VO
3
2
GBU6A
C8
C9
C10
C11
C12
1000u
100n
100n
100u
4700u
vcc 12 V
BR2
GBU6A
C13
C14
C15
C16
C17
1000u
100n
100n
1000u
4700u
TR3
220 V
TRAN-2P2S
vcc 24 V
BR3
GBU6A
C19
C20
C21
C22
1000u
100n
100n
1000u
4700u
Gambar 3.9 Skematik modul power
C18
38
Modul power pada perancangan ini adalah modul yang digunakan untuk merubah power AC menjadi DC yang akan dipakai untuk untuk power supply modul AVR dan modul-modul lainnya. Ada pula modul ini digunakan untuk membuat paralel power AC yang digunakan pada modul relay yang berfungsi untuk memutus dan menyambungkan power tresher. Pada perancangan yang akan dibuat, ada 3 modul power yang digunakan. Pada rangkaian pertama yang menggunakan tegangan 5V dihubungkan ke AVR. Pada rangkaian kedua yang menggunakan tegangan 12 V dihubungkan ke relay yang berfungsi untuk menghidupkan power tresher dan tutup penampung karung. Untuk rangkaian yang ketiga dihubungkan ke geckodrive yang berfungsi untuk menggerakkan pemutar karung. 3.1.7
Rangkaian Blok Buzzer dan Led
39
Gambar 3.10 Rangkaian Blok Led dan Buzzer Pada rangkaian diatas, rangkaian led dan buzzer digunakan untuk memberikan informasi penuh atau tidaknya sebuah karung. Keadaan awal lampu led akan berwarna hijau yang menandakan bahwa karung masih dalam keadaan tidak penuh dan buzzer tidak bunyi. Ketika karung satu sudah penuh maka led akan berubah menjadi warna jingga dan buzzer akan berbunyi sekali. Kemudian dudukkan karung akan berputar secara otomatis. Setelah itu lampu akan kembali ke warna hijau. Karung 2 mulai diisi sampai penuh. Ketika karung 2 penuh maka lampu akan kembali berubah warna jingga dan buzzer bunyi satu kali. Jika saat karung 2 penuh, tetapi karung 1 belum diganti dengan karung yang kosong, buzzer akan berbunyi terus-menerus hingga karung diganti dengan karung yang kosong. Untuk menjalankan kembali power tresher, maka petani harus menekan tombol input.
40
3.2
Diagram Alir
Gambar 3.11 Diagram Alir Perangkat Keras Diagram alir tersebut menjelaskan cara kerja sistem utama yang dilakukan oleh AVR sebagai mikrokontroler yang merupakan otak dari sistem ini. Keadaan awal yang akan di lakukan adalah proses inisialisasi. Berikut ini skenario kemungkinan yang akan terjadi pada sistem :
41
1. Skenario pertama Tabel keadaan seharusnya :
Tabel 3.1 Skenario pertama Present Step A
B
Next Step
P
Aksi
K1 = 0 K2 = 0 0
isi k1
A
B
P
Aksi
K1 = 1 K2 = 0 1 Putar Karung
K2 = 0 K1 = 1 0 isi k2 + ganti k1 K2 = 1 K1 = 0 1 Putar Karung K1 = 0 K2 = 1 0
isi k1+ ganti k2
K1 = 1 K2 = 0 1 Putar Karung
K2 = 0 K1 = 1 0 isi k2 + ganti k1 K2 = 1 K1 = 0 1 Putar Karung K1 = 0 K2 = 1 0 isi k1 + ganti k2 K1 = 1 K2 = 0 1 Putar Karung K2 = 0 K1 = 1 0 isi k2 + ganti k1 K2 = 1 K1 = 0 1 Putar Karung K1 = 0 K2 = 1 0 isi k1 + ganti k2 K1 = 1 K2 = 0 1 Putar Karung K2 = 0 K1 = 1 0 isi k2 + ganti k1 K2 = 1 K1 = 0 1 Putar Karung
42
Skenario pertama dimulai saat karung pertama dan kedua dalam keadaan kosong dimana P = 0. Pada saat sistem dijalankan, isi K1. Bersamaan dengan itu sensor akan terus mengecek apakah karung posisi A sudah penuh atau belum. Jika belum penuh, maka karung akan terus diisi. Karena P = 0, maka proses pengecekkan akan terus berlangsung. Jika karung 1 sudah penuh, maka P = + 1, Karena P tidak sama dengan 2, maka akan bertukar posisi dimana karung 1 berada pada posisi B dan P masih bernilai 1. Kemudian karung K2 akan mulai diisi dan di saat bersamaan karung yang sudah penuh di posisi B diganti. Pada saat itu sensor akan melakukan pengecekkan terus menerus apakah K2 sudah penuh atau belum. Jika belum karung akan diisi terus bersamaan dengan itu karena P tidak sama dengan 0 (ada karung yang sudah penuh) maka karung yang sudah penuh akan diganti dengan karung yang kosong sehingga P akan menjadi 0. Proses ini akan terus berulang. Jika pengguna tidak mengganti karung yang sudah penuh tidak diganti dengan karung yang kosong dan kemudian karung yang sedang terisi di posisi A penuh, maka akan lanjut ke skenario 4. 2. Skenario kedua
43
Tabel 3.2 Skenario kedua Present Step A
B
P
Next Step Aksi
A
B
P
Aksi
K1 = 1 K2 = 0 1 Putar karung K2 = 0 K1 = 1 1 Isi K2 + ganti K1 K2 = 1 K1 = 0 0 Putar karung K1 = 0 K2 = 1 1 Isi K1 + ganti K2 K1 = 1 K2 = 0 0 Putar karung K2 = 0 K1 = 1 1 Isi K2 + ganti K1 K2 = 1 K1 = 0 0 Putar karung K1 = 0 K2 = 1 1 Isi K1 + ganti K2
Pada skenario ke dua, keadaan awal posisi karung A sudah penuh sedangkan posisi karung B kosong dan P = 1. Karena karung 1 di posisi A sudah penuh, maka P = + 1 . Karena P tidak sama dengan 2, maka akan bertukar posisi dimana karung 1 berada pada posisi B dan disaat bersamaan karung juga diganti. Karung K2 akan mulai diisi dan pada saat itu sensor akan melakukan pengecekkan terus menerus apakah K2 sudah penuh atau belum. Jika belum karung akan diisi terus bersamaan dengan itu karena P tidak sama dengan 0 (ada karung yang sudah penuh) maka karung yang sudah penuh akan diganti dengan karung yang kosong sehingga P akan menjadi 0. Proses ini akan terus berulang. Jika pengguna tidak mengganti karung yang sudah penuh tidak diganti dengan karung yang kosong dan kemudian karung yang sedang terisi di posisi A penuh, maka akan lanjut ke skenario 4.
44
3. Skenario ketiga
Tabel 3.3 Skenario ketiga Present Step A
B
P
Next Step Aksi
A
B
P
Aksi
K1 = 0 K2 = 1 0 Isi K1 K1 = 1 K2 = 1 1 Putar karung K2 = 1 K1 = 1 2
Stop
-
-
-
Pada skenario ketiga, keadaan awal posisi karung B sudah penuh sedangkan posisi karung A kosong dan P = 0. Karung yang berada di posisi A akan mulai diisi dan pada saat itu sensor akan melakukan pengecekan terus menerus apakah posisi karung A sudah penuh ataau belum. Jika sudah penuh, maka putar karung. Kemudian sensor melakukan pengecekan apakah karung pada posisi A penuh atau belum penuh. Ternyata karung pada posisi A penuh, maka sistem akan berhenti sampai ada penekanan tombol kkp dan karung pada posisi B telah diganti. Kalau tidak diganti maka akan lanjut ke skenario empat.
45
4. Skenario keempat
Tabel 3.4 Skenario keempat Present Step A
B
P
Next Step Aksi
A
B
P
Aksi
K1 = 1 K2 = 1 1 Putar karung K2 = 1 K1 = 1 1 Putar karung K2 = 1 K1 = 1 2
Stop
-
-
-
-
Pada skenario keempat, keadaan awal posisi karung A dan posisi karung B dalam keadaan penuh. Karena P sudah bernilai dua, buzzer akan berbunyi dua kali dan sistem tidak akan berjalan sampai pengguna mengganti karung dan menekan tombol kkp. Setelah pengguna menekan tombol, maka akan kembali ke skenario dua.
46
3.3 Rancang Bangun Berikut dibawah ini merupakan rancang bangun yang dibuat : 59 cm 39 cm 42 cm 53 cm
20 cm 110 cm
7,5 cm
60 cm
Gambar 3.12 Rancang bangun
Alat yang dibuat terdiri dari 2 model, model yang pertama adalah power tresher sebagai tempat merontokkan memiliki tinggi 110 cm, lebar 59 cm dengan berat ± 100 kg. Model yang kedua merupakan tempat dudukan karung memiliki tinggi 89 cm, lebar 75 cm dengan berat ± 40 kg. Pada model pertama dibagian depan terdapat umpan padi dengan lebar 10cm dan panjang 15 cm sedangkan dibagian belakang terdapat pembuangan jerami dengan ukuran lebar 10cm dan panjang 15 cm . Didalam power tresher terdapat jari-jari yang
47
memiliki panjang 53cm dan lebar 15cm. Pada bagian belakang tabung power tresher juga terdapat puley yang menyatu dengan jari-jari power tresher nantinya puley ini akan diberikan belt yang juga terhubung pada puley motor AC yang berada dibagian bawah tabung power tresher, jadi motor AC inilah yang nantinya berfungsi untuk menggerakkan jari-jari penrontok padi di power tresher. Dibagian kaki penyangga tabung akan diletakkan sebuah kotak yang berisi modul AVR , buzzer, LED dan relay. Pada tabung power tresher
dibagian depan dipasangkan sebuah motor DC yang
berfungsi untuk memutar tutup corong agar membuka dan menutup sesuai yang diperintahkan. Diujung corong akan dipasang sebuah sensor ultrasonik sebagai pendeteksi jarak dengan ketinggian padi saat sistem berjalan.
Gambar 3.13 rasio gear model pertama
48
Perhitungan RPM pada power thresher adalah sebagai berikut : Z1= 20cm Z2 = 7,5 cm nZ1 = 2900 rpm nZ2 = ? nZ2 = 7,5 x 2900 20 = 1087,5 rpm
Keterangan : Z1 = Diamater gear power thresher Z2 = Diamater gear motor AC nZ1 = Putaran motor AC nZ2 = Putaran power thresher
Gambar 3.14 Ratio gear pada model ke dua
49
Pada model kedua dengan tinggi 89 cm dan lebar 75 cm menyebabkan alat ini tidak bisa ditempatkan yang sejajar dengan power tresher, kaki pada model kedua harus ditanamkan terlebih dahulu ke tanah, atau bisa juga model kedua ini diletakkan ditempat yang lebih rendah dari pada power tresher. Perbandingan pulley pada motor dengan pulley pada penampung karung yaitu 1: 4 artinya 4 putaran di motor sama dengan 1 putaran di penampung karung. Dalam perancangan yang dibuat, dibutuhkan ½ putaran pada penampung karung. Maka berdasarkan perbandingan pulley, didapat perhitungan dibawah ini untuk menghasilkan jumlah putaran yang harus dilakukan oleh motor DC 2: Jumlah putaran = 1/ 2 * 4 = 2 putaran ( 7200 ) Perhitungan Torsi pada motor DC 2 (pemutar karung ) dapat dilihat sebagai berikut :
torque = F x r F = satuan Newton, r = satuan meter. Sedangkan power yang dihitung dengan satuan Kw (Kilo watts) atau Horse Power (HP) mempunyai hubungan erat dengan torque. Power dirumuskan sbb :
Power = torque x angular speed. Rumus diatas adalah rumus dasarnya, jika pada sistem maka rumusnya menjadi :
Power = torque x 2 phi x rotational speed (RPM).
50
Untuk mengukur Powier (KW) adalah sbb : 60000 dapat diartikan adalah 1 menit = 60 detik, dan untuk mendapatkan kw = 1000 watt.
0,56 kW = torque x 2π x rpm 60000 0,56 kW = torque x 2.3,14 x 15 60000 33600 = torque x2.3,14 x 15 2240 = torque x 6,28 Torque = 356,68 N/m
