III. METODE PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Penelitian ini dilaksanakan mulai bulan Februari 2010 sampai dengan Juli 2010.Tempat desain, pembuatan, dan pengujian alat pada penelitian ini dilakukan di Laboratorium Instrumentasi, Center for Instrument Technics Service (CITS), gedung Pusat Antar Universitas (PAU), Institut Pertanian Bogor. B. Alat dan Bahan Alat dan bahan utama yang digunakan pada penelitian mi dapat dibagi menjadi 5 unit; 1. Unit Konverter Analog ke Digital (ADC) Alat dan bahan yang diperlukan untuk membuat unit ADC ini meliputi: a.
PCB Matrix IC
b.
IC ADC 0809
c.
IC7404
d.
IC 74244
e.
Negatif Temperature Coefficient (NTC)
f.
Potensiometer 5K
g.
Resistor 1K dan 10 K
h.
Socket IC 28 pin, 20 pin, dan 16 pin
2. Unit Aktuator Alat dan bahan yang diperlukan untuk membuat unit aktuator ini meliputi: a.
IC 74273
b.
Resistor 1K
c.
Transistor BD 139
d.
DiodaIN4148
e.
Light Emmiting Diode (LED)
f.
Socket IC 20 pin
g.
Relay 12V DC SPDT
3. Unit Power Supply Unit ini terdiri dari: a.
Transformator stepdown IA dan 2A
b.
Dioda kuproks
c.
IC 7812 dan 7805
d.
Electrolit Condensator (Elco) 2200 uF / 25 V
e.
Light Emmiting Diode (LED)
f.
Resistor 220 ohm
g.
Box power supply
4. Unit Komputer Papan Tunggal (KPT) Mikroprosesor Z-80 Komponen yang terdapat pada KPT Z-80 ini meliputi: a. Mikroprosesor Z-80 Central Processing Unit b. IC 6264 Random Acess Memory c, IC Read Only Memory d. Peraga 7 Ruas (Seven Segmen Display) 6. CPU Clock f. IC Dekoder Input Output g- IC Dekoder Memory h. Unit Masukan (Keyboard)
5. Unit Pengering Benih Padi Unit ini terdiri atas beberapa bagian, yaitu: a.
Lampu Pijar Pemanas 5, 10, 15, 25, 40, 60, 75 dan 100 W
b.
Kipas Penghembus (Blower)
c.
Rak Pengering Kawat Kasa
Sedangkan alat dan bahan lain yang menunjang penelitian ini meliputi: 1.
Multimter Digital dan Analog
2.
Stopwatch
3.
Termometer Digital dan Analog
4.
Solder dan Timah
5.
Obeng Set dan Tang
6.
Benih Jagung
7.
Timbangan analog dan digital
8.
Oven
C. Pendekatan Desain Dalam proses desain, pembuatan dan pengujian pengendalian suhu proporsional sistem minimum mikroprosesor Z-80 untuk pengeringan benih jagung (Zea maysL.) ini dapat diterangkan dengan tiga pendekatan, yaitu:
1. Desain Fungsional Secara garis besar sistem pengendali suhu ini berfungsi untuk mengontrol suhu pada proses pengeringan benih yang berada pada ruang pengering. Suhu ruang pengering dijaga agar berada pada kisaran suhu 35-45°C.Masukan suhu dikonversi dengan menggunakan NTC yang dirangkai seri dengan potensiometer 5K menjadi rangkaian pembagi tegangan. Masukan berupa tegangan analog ini dikonversi menjadi bit biner oleh ADC 0809 dan diteruskan ke sistem minimum Z-80 melalui IC 74244. Di komputer papan tunggal Z-80 data digital biner ini diolah berdasarkan fungsi tertentu dan dikeluarkan kembali melalui bus data ke aktuator melalui IC 74273. Aktuator merubah output biner menjadi analog dengan menghidupkan atau mematikan lampu pijar pemanas, sesuai dengan data biner yang telah diolah tersebut.
2. Desain Struktural Secara struktural sistem pengendali suhu ini terdiri dari 5 unit utama yang terangkai membentuk satu kesatuan fungsi dan struktur bersama. Unit-unit tersebut meliputi:
a. Unit Konversi Analog ke Digital (ADC)
Gambar 5. Diagram unit konversi analog ke digital
b. Unit Aktuator
Gambar 6. Diagram unit aktuator
c. Unit Komputer Papan Tunggal Z-80
Gambar 7. Diagram unit komputer papan tunggal Z-80
d. Unit Catu Daya
Gambar 8. Diagram unit catu daya
e. Unit Pengering Benih
Gambar 9. Unit pengering benih
3. Perangkat Lunak Perangkat lunak yang dimaksud adalah baris program yang disusun agar sistem dapat berfungsi sebagai pengendali suhu secara proporsional. Program disusun dalam bahasa mesin yang dikonversi dari mnemonic untuk memudahkan aplikasinya.Bahasa mesin yang digunakan berupa kode dalam angka hexa berdasarkan aturan yang dikenali oleh mikroprosesor Z-80.Program inilah yang menentukan jenis pengendalian yang dilakukan perangkat kerasnya, selain juga modifikasi rangkaian penunjang yang berhubungan. Perangkat lunak ini dapat dimasukkan ke dalam komputer papan tunggal dengan dua cara, yaitu: 1.
Mengetikkan langsung melelui keyboard KPT Z-80 tersebut.
2.
Memasukkannya ke dalam EPROM yang terpasang pada KPT. Untuk program yang masih diuji maka sebaiknya diketikkan langsung melalui keyboard
sampai teruji bahwa program sudah benar dan benar sesuai harapan. Program yang telah sempurna dapat dimasukkan ke dalam IC EPROM dengan bantuan EPROM Programmer melalui komputer lain. Diagram alir pengendalian suhu secara proporsional ditunjukkan pada Gambar 10.
Gambar 10. Diagram alir proses pengendalian suhu secara proporsional
D. Prosedur Pengujian Pengujian ini berfungsi untuk mengetahui karakteristik dan kinerja dari masingmasing unit penyusun sistem pengendali suhu proporsional dengan sistem minimum mikroprosesor Z-80 untuk pengeringan benih jagung. Pengujian dilakukan secara bertahap berdasarkan urutan proses sebagai berikut:
1. Kalibrasi Sensor Suhu Kalibrasi sensor dilakukan untuk mengetahui faktor konversi suhu menjadi tegangan dengan bantuan NTC.Kalibrasi ini dilakukan terpisah dari sistem dengan bantuan alat ukur suhu dan tegangan standar sebagai acuan. Data hasil kalibrasi kemudian digunakan untuk
menentukan nilai setpoint pada proses pengendalian suhu. Rumus yang didapatkan juga digunakan untuk mengkonversi kembali data suhu yang terukur pada saat proses pengendalian suhu. Tahapan proses kalibrasi dapat diterangkan sebagai berikut: 1.
Sensor (NTC) dan alat ukur standar (termometer) diletakkan pada posisi yang dekat dengan alat pemanas.
2.
NTC dirangkai dengan resistor menjadi rangkaian pembagi tegangan dan outputnya dihubungkan dengan alat ukur tegangan (voltmeter).
3.
Pemanas dihidupkan secara berkala dan diamati kenaikan suhu pada termometer dan tegangan pada voltmeter.
4.
Data hasil pengukuran dibandingkan dan dihitung rumus linier serta nilai regresinya.
2.
Pengujian Konversi ADC Konversi nilai tegangan analog menjadi data digital membutuhkan KPT sebagai alat
bantu peraga. Input analog didapatkan melalui perubahan tegangan pada kaki 26 IC ADC 0809. Tegangan masukan diatur dengan menggunakan potensiometer sebagai pembagi tegangan. Tahapan proses pengujian unit ADC ini adalah sebagai berikut: 1.
Potensiometer dirangkai sebagai pengatur tegangan masukan bagi ADC 0809 dan dihubungkan dengan tegangan 5 volt.
2.
Unit ADC dihubungkan dengan KPT Z-80 melalui bus data dan bus alamat. Alamat pemasukan unit ADC diset pada 8IH dan 82H.
3.
Program pengujian pemasukan data diketikkan melalui keyboard ke dalam IC RAM pada KPT Z-80 dengan alamat mulai dari 2000H.
4.
Program dijalankan (Fn-0) dan diamati data yang terbaca pada display unit KPT Z-80.
5.
Tegangan input analog dinaikkan secara bertahap dan diamati kembali perubahan data hexa yang terbaca pada display.
6.
Bandingkan data konversi tersebut dan hitung rumus serta nilai regresinya.
Tabel 4. Kode Instruksi Uji Konversi ADC 0809 Alamat Instruksi Mnemonic 2000
CD
FB
2003
3E
2005
03
Keterangan
CLR DSP BFR
Bersihkan display
00
LD A, 00H
Masukkan 00 ke A
D3
82
OUT (82), A
Keluarkan A ke 82
2007
DB
81
IN A, (81)
Ambil data dari 81
2009
32
50
20
LD (2050), A
Pindahkan ke 2050
200C
2A
50
20
LD HL, (2050)
Pindahkan ke HL
CD
97
2012
CD
DO
2015
C3
00
03
CALL DATA DSP
Subrutin data.
03
CALL SCAN DSP
Subrutin scan
20
JP2000
Kembali ke 2000
3. Pengujian Unit Peraga dan Aktuator Pengujian peraga yang dimaksud berupa rangkaian LED yang dihubungkan dengan output dari aktuator. Aktuator mengubah data biner menjadi sistem nyala atau mati lampu pijar pemanas.Aktuator menjadi penghubung antara sistem digital dengan keluaran analog yang dihasilkan. Untuk mengetahui kinerja dan performasi dari unit aktuator dan peraga, maka dilakukan pengujian sebagai berikut: 1.
Aktuator dihubungkan dengan Data Bus KPT Z-80 melalui IC 74273 dengan alamat
80H. 2.
Unit peraga dan lampu pijar dihubungkan dengan aktuator melalui relay kontaktor 12V
DC. 3.
Program pengujian diketikkan melalui keyboardKPT Z-80.
4.
Running program dan diamati perubahan pada unit peraga dan lampu
pemanas. Tabel 5. Kode Instruksi Subrutin Delay / Tunda Alamat
Instruksi FF
Keterangan
LD DE, FFFFH
Masukkan FFFF ke DE
2100
11
2103
IB
DEL DE
Kurangi DE
2104
7B
LD A, E
Masukkan E ke A
2105
B2
OR D
Bandingkan dengan D
2106
C2
JPNZ2103
Jika z = 1 ke 2103
2107
C9
RETURN
Kembali ke program
03
FF
Mnemonic
21
4. Pengujian Kontrol Suhu Proporsional Pengujian kontrol suhu secara proporsional ini dilakukan bila semua unit yang dibutuhkan sudah ada dan teruji dengan benar.Program kontrol suhu secara proporsional disusun berdasarkan konstanta kalibrasi dan karakteristik kerja dari unit sensor, ADC, KPT Z-80 dan aktuator serta pemanasnya. Urutan langkah kerja pengujian kontrol suhu secara proporsional ini adalah sebagai berikut: 1. Unit sensor, ADC, KPT Z-80, aktuator dan pemanas dipasang sesuai dengan urutan dan letaknya. Semua unit tersebut dihubungkan dengan catu daya masing-masing.
2. Program kontrol suhu secara proporsional diketikkan mulai alamat 2000H dan ditentukan setpoini sesuai dengan nilai kalibrasi ADC yang telah dilakukan. 3. Pada peraga atau seven segment displayakm terbaca nilai suhu sekarang, setpoint dan selisih suhu yang dikeluarkan melalui aktuator. 4. Catat waktu yang dibutuhkan untuk mencapai setpoint dan suhu yang terukur pada setpoint tercapai. 5. Hitung waktu transien, error yang terjadi dan daya pemanas yang dibutuhkan mulai awal pengujian sampai tercapai setpoint. Tabel 6. Kode Instruksi Uji Peraga dan Aktuator Alamat Instruksi Mnemonic 2000
CD
FB
2003
3E
2005
03
Keterangan
CLR DSP BFR
Bersihkan buffer
00
LD A, O0H
Masukkan 00 ke A
D3
80
OUT (80), A
Keluarkan melalui 80
2007
CD
00
JP2100
Subrutin tunda
200A
3E
01
LD A, 01H
Masukkan 01 ke A
200C
D3
80
OUT (80), A
Keluarkan melalui 80
200E
CD
00
JP2100
Subrutin tunda
2011
3E
02
LD A, 02H
Masukkan 02 ke A
2013
D3
80
OUT (80), A
Keluarkan melalui 80
2015
CD
00
JP2100
Subrutin tunda
2018
3E
04
LD A, 04H
Masukkan 04 ke A
201A
D3
80
OUT (80), A
Keluarkan melalui 80
201C
CD
00
JP2100
Subrutin tunda
201F
3E
08
LD A, 08H
Masukkan 08 ke A
2021
D3
80
OUT (80), A
Keluarkan melalui 80
2023
CD
00
JP2100
Subrutin tunda
2026
3E
10
LD A, 10H
Masukkan 10 ke A
2028
D3
80
OUT (80), A
Keluarkan melalui 80
202A
CD
00
JP2100
Subrutin tunda
202D
3E
20
LD A, 20H
Masukkan 20 ke A
202F
D3
80
OUT (80), A
Keluarkan melalui 80
2031
CD
00
JP2100
Subrutin tunda
21
21
21
21
21
21
21
2034
3E
40
LD A, 40H
Masukkan 40 ke A
2036
D3
80
OUT (80), A
Keluarkan melalui 80
2038
CD
00
JP2100
Subrutin tunda
203B
3E
80
LD A, 80H
Masukkan 80 ke A
203D
D3
80
OUT (80), A
Keluarkan melalui 80
203F
CD
00
21
JP2100
Subrutin tunda
2042
C3
00
21
JP2100
Kembali ke awal
21
5. Pengujian Pengeringan Benih Jagung Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik dan performasi kerja pengeringan dengan menggunakan bahan berupa benih jagung. Benih jagung diukur kadar air dan berat awalnya, kemudian ditentukan kadar air yang diharapkan setelah pengeringan. Pengujian dilakukan dengan perlakuan yang berbeda berdasarkan kapasitas bahan, konstanta proporsional, penggunaan blower dan pengaturan setpoint yang berbeda.Kapasitas bahan yang digunakan adalah 500 gram. Sedangkan konstanta proporsional yang digunakan adalah konstanta proporsional (kp) ditandai dengan susunan daya lampu pijar 5, 10, 15, 25, 40, 60, 75, dan 100 Watt. Penggunaan blower juga diuji untuk mengetahui pengaruhnya terhadap proses pengeringan benih. Pengaturan setpoint dilakukan dari 35, 40, 45, dan 50° C. Susunan daya lampu pada output data digital dapat dilihat pada tabel 5:
Tabel 7. Hubungan Output Digital dengan Daya Lampu Daya Lampu Output Digital
Kp
DO
5
DI
10
D2
15
D3
25
D4
40
D5
60
D6
75
D7
.100
Total
330
