i
MODIFIKASI SISTEM NAVIGASI OTOMATIS PENGENDALIAN TRAKTOR UNTUK PENGOLAHAN LAHAN KERING
ANDREAS GONZALES LEPA RATU
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
ii
iii
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul ―Modifikasi Sistem Navigasi Otomatis Pengendalian Traktor Untuk Pengolahan Lahan Kering‖ adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor,
Januari 2014
Andreas Gonzales Lepa Ratu NIM F14090131
iv
ABSTRAK ANDREAS GONZALES LEPA RATU. Modifikasi Sistem Navigasi Otomatis Pengendalian Traktor Untuk Pengolahan Lahan Kering. Dibimbing oleh I DEWA MADE SUBRATA. Penelitian ini merupakan penelitian lanjutan mengenai pengembangan sistem kemudi otomatis pada traktor pertanian menggunakan navigasi GPS (Rahman, 2013). Tujuan dari penelitian ini adalah menyempurnakan algoritme dari penelitian sebelumnya (Rahman, 2013) untuk navigasi otomatis mengikuti jalur pengolahan lahan kering. Pengujian lapangan dilakukan dalam dua tahap yaitu uji lintasan lurus tanpa menggunakan implemen dan uji kinerja pengolahan lahan dengan menggunakan implemen bajak rotari. Hasil dari uji lintasan lurus tanpa perubahan komponen mekanik dan tanpa menggunakan implemen menunjukkan simpangan rata-rata 8.62 cm dan simpangan terbesar 16.77 cm, hasil ini lebih baik dari hasil uji penelitian Rahman (2013) karena simpangan ratarata menurun 28.17%. Pengoperasian dengan menggunakan implemen mengikuti jalu pengolahan lahan kering menghasilkan simpangan rata-rata pada lintasan lurus adalah 6.9 cm dan simpangan terbesar 31.64 cm, hasil ini menunjukkan bahwa simpangan rata-rata menurun 61.45% dari hasil penelitian Rahman (2013). Dalam penelitian ini dikembangkan mekanisme baru yaitu mekanisme transmisi maju mundur untuk mendukung pergerakan traktor mengikuti jalur pengolahan lahan kering dan pemisahan mekanisme rem kanan dan kiri dengan hasil kinerja radius putar 1.5 m. Kata kunci: algoritme, navigasi otomatis, traktor.
ABSTRACT ANDREAS GONZALES LEPA RATU. Modification of Automatic Navigation System On Controlling Tractor For Dry Land Tillage. Supervised by I DEWA MADE SUBRATA. This is the advanced research concerning to the development of automatic steering system on tractor with Global Positioning System navigation (Rahman, 2013). The purpose of this research is to improve algoritm from the previous research (Rahman, 2013) for the automatic navigation following the dry land tilling trajectory. The field test has been carried out in two steps, they are test of straight line without using implement and dry land tilling test using rotary tiller. Result of the straight line test without any mechanical component changes and without using implement, shows the average error 8.62 cm and maximum error 16.77 cm, this result is much better than the previous one by Rahman (2013) because of 28.17% average error decrease. Operation by rotary tiller following the dry land tilling trajectory produces the average error of straight line 6.9 cm and maximum error 31.64 cm, this result shows that the average error has 61.45% decrease compared to Rahman’s research (2013). In this research, it has been developed a new mechanisms of onwards and backwards transmition to support
v
the tractor movement following the new trajectory and to separate the right and left brake mechanism which the work result of 1.5 m turning radius. Keywords : algoritm, automatic navigation, tractor.
vi
vii
MODIFIKASI SISTEM NAVIGASI OTOMATIS PENGENDALIAN TRAKTOR UNTUK PENGOLAHAN LAHAN KERING
ANDREAS GONZALES LEPA RATU
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian pada Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
viii
ix
Judul Skripsi : Modifikasi Sistem Navigasi Otomatis Pengendalian Traktor Untuk Pengolahan Lahan Kering Nama : Andreas Gonzales Lepa Ratu NIM : F14090131
Disetujui oleh
Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr Pembimbing
Diketahui oleh
Dr. Ir. Desrial, M.Eng Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
x
PRAKATA Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Februari 2013 ini ialah modifikasi, dengan judul ―Modifikasi Sistem Navigasi Otomatis Pengendalian Traktor Untuk Pengolahan Lahan Kering‖. Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr Ir I Dewa Made Subrata MAgr selaku pembimbing serta M. Sigit Gunawan dan Setya Permana selaku rekan tim penelitian. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada Fransiskus Xaverius Immanuel Lepa selaku ayah, Erry Pantjawatie, bfl selaku ibu, kedua adik: Ezra Maria Brigitta Lepa Ratu dan Grace Eve Felicia Lepa Ratu, seluruh keluarga, Stephani Utari, Ferry Albert Gideon Rihi, Friska Vida, Anggi Maniur, Lita Hidayati, Zarmeis Sri Mulyati, Nabillah Hafidzati, staf pekerja di Laboratorium Lapang Siswadhi Supardjo dan Laboratorium Instrumentasi dan Kontrol serta setiap pihak yang ikut membantu, atas segala doa dan kasih sayangnya. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Januari 2014 Andreas Gonzales Lepa Ratu
xi
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
xii
DAFTAR GAMBAR
xii
DAFTAR LAMPIRAN
xii
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
1
Tujuan Penelitian
1
METODE
2
Waktu Dan Tempat
2
Alat dan Bahan
2
Tahapan Penelitian
3
Prosedur Pengujian
3
Rancangan Sistem
5
HASIL DAN PEMBAHASAN Pembahasan SIMPULAN DAN SARAN
14 14 22
Simpulan
22
Saran
22
DAFTAR PUSTAKA
23
LAMPIRAN
24
RIWAYAT HIDUP
26
xii
DAFTAR TABEL 1. 2. 3. 4. 5.
Penentuan sudut roda traktor Simpangan hasil uji kinerja lintasan lurus tanpa menggunakan implemen Simpangan hasil pengujian sistem navigasi lintasan lurus (Rahman, 2013) Simpangan hasil pengolahan dengan bajak rotari Simpangan hasil berdasarkan pengukuran setelah mencapai jalur acuan
7 16 16 20 21
DAFTAR GAMBAR 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21.
Bagan alir proses penelitian Layout jalur pengujian Layout jalur pengujian penelitian sebelumnya (Rahman, 2013) Algoritme pembentukan lintasan olah Sketsa penentuan lintasan olah Diagram alir umum sistem kontrol navigasi otomatis Rincian diagram alir kontrol pergerakan maju Rincian diagram alir umum kontrol operasi balik kiri Rincian diagram alir umum kontrol operasi balik kanan Rincian diagram alir umum kontrol operasi mundur Algoritme pengolahan data GPS (Rahman, 2013) Pemrograman dengan Code Vision AVR Pemrograman dengan Visual Basic Tampilan ketika sistem dijalankan Hasil uji lintasan lurus tanpa menggunakan implemen Pengujian lintasan lurus dengan penggunaan simpangan awal Kondisi lahan sebelum diolah dengan bajak rotari Kondisi lahan hasil pengolahan dengan bajak rotari Hasil uji kinerja dengan menggunakan bajak rotari Acuan pengukuran simpangan pada setiap lintasan Acuan pengukuran simpangan setelah mencapai jalur acuan
3 4 5 7 8 9 10 11 11 12 13 14 14 15 15 17 18 18 19 20 21
DAFTAR LAMPIRAN 1. 2.
Hasil pengukuran kadar air tanah untuk pengujian tanpa menggunakan implemen Hasil pengukuran kadar air tanah untuk pengujian menggunakan implemen bajak rotari
24 24
1
PENDAHULUAN Latar Belakang Pengembangan otomasi traktor pertanian di Indonesia dalam mendukung kegiatan pertanian presisi masih menjadi hal yang sangat baru untuk masyarakat Indonesia. Pada penelitian ini, otomasi yang dilakukan adalah dengan menerapkan sistem navigasi otomatis dengan bantuan GPS (Global Positioning System) pada pengolahan tanah dengan menggunakan traktor roda empat. Penelitian ini merupakan penelitian lanjutan mengenai rancang bangun sistem kemudi otomatis traktor pertanian berbasis GPS (Rahman, 2013). Pada hasil uji kinerja penelitian tersebut didapatkan radius belok yang cukup besar karena tidak adanya pemisahan sistem kontrol pada mekanisme rem untuk membantu pergerakan belok serta algoritme penentuan aksi traktor yang perlu dikembangkan agar simpangan yang dihasilkan menjadi lebih kecil. Penelitian ini menguraikan penerapan algoritme yang digunakan untuk mendukung sistem navigasi otomatis pergerakan traktor mengikuti jalur olah lahan dan menguji hasil pengembangan algoritme yang telah dibangun secara uji kinerja lapangan.
Perumusan Masalah Pada hasil uji lapangan dari penelitian Rahman (2013) radius putar traktor masih sangat besar dan penentuan pergerakan traktor yang masih kurang akurat. Dalam hal ini ditemukan salah satu solusi yang akan dijadikan modifikasi, yaitu pemisahan mekanisme rem kanan dan kiri serta penambahan mekanisme transmisi maju dan mundur untuk mendukung pergerakan traktor dalam melakukan kegiatan pengolahan lahan. Untuk menjalankan mekanisme tersebut diperlukan algoritme sebagai perintah agar dapat berjalan dengan baik dan dipadukan dengan mekanisme lain yang sudah ada sehingga membuat traktor dapat beroperasi lebih baik. Penyempurnaan algoritme dilakukan pada penentuan gerakan koreksi traktor terhadap jalur acuan agar traktor bisa beroperasi lebih akurat. Pengembangan algoritme dilakukan pada penentuan jalur olah yang baru, sehingga pengguna memiliki beberapa pilihan untuk melakukan pengolahan lahan. Pengembangan algoritme pada sistem kemudi otomatis berbasis navigasi GPS pada traktor diharapkan mampu meningkatkan ketelitian traktor dalam proses budidaya pertanian.
Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk menyempurnakan dan mengembangkan algoritme baru dari penelitian sebelumnya (Rahman, 2013) untuk navigasi otomatis traktor mengikuti jalur pengolahan lahan kering baru.
2
METODE Waktu Dan Tempat Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorim Instrumentasi dan Kontrol dan Laboratorium Lapang Siswadi Supardjo, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor, pada bulan Februari sampai Nopember 2013.
Alat dan Bahan Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah komputer pengendali (laptop), RTK-DGPS Outback® S3 GPS Guidance and Mapping System/ penentu posisi traktor, trasktor Yanmar EF 453T, patok, meteran, penetrometer, ring sampel, oven dan timbangan, serta perangkat lunak Microsoft Visual Basic 6.0 dan Code Vision AVR.
3
Tahapan Penelitian Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahap seperti yang dapat dilihat pada Gambar 1.
Mulai Identifikasi masalah Perancangan algoritme pada mikrokontroller ATMega 128A Pembuatan algoritme sistem kontrol otomatis mekanisme baru dan modifikasi Pembuatan algoritme jalur pengolahan di Visual Basic Tidak
Sistem berfungsi? Ya Uji Kinerja Berfungsi dengan baik ?
Tidak
Ya Selesai Gambar 1 Bagan alir proses penelitian
Prosedur Pengujian Pengujian Lapangan Pengujian lapangan dilakukan melalui dua tahap yaitu uji untuk lintasan lurus tanpa menggunakan implemen dengan panjang lintasan 30 m dan uji kinerja menggunakan lintasan olah lahan baru yaitu berbentuk zig-zag (Gambar 2) dengan ukuran lahan 30x20 m dengan kondisi menggunakan implemen bajak rotari. Data pendukung yang diukur sebelum melakukan pengujian yaitu kadar air tanah, untuk mengetahui kondisi tanah pada lahan yang akan diolah. Pengukuran dilakukan dengan mengambil sampel yaitu pada kedalaman 5 dan 10 cm dari permukaan tanah masing-masing pada lima titik pada lahan. Sampel-sampel tersebut diukur beratnya ketika pengambilan kemudian dimasukkan ke oven untuk dikeringkan dengan suhu 110oC dan waktu ≥24 jam, kemudian ditimbang kembali
4 setelah keluar dari oven. Berdasarkan data tersebut dapat dihitung kadar air tanah dengan persamaan (1). .................................................................. (1) Keterangan : Ka = kadar air (%) mtb = berat basah (gram) mtk = berat kering (gram) mr = berat ring sampel (gram) Kemudian, seluruh sistem dan perangkat GPS, yang berada di traktor maupun di base line dipastikan sudah terpasang dengan baik. Kemudian traktor dikendarai secara manual menuju titik awal pengujian. Langkah awal yang harus dilakukan adalah menyalakan Base LineX kemudian S3 Console, dimana konsol GPS akan melakukan koneksi ke Base Line hingga mencapai kondisi RTK. Selanjutnya adalah menghidupkan rangkaian mekatronika, lalu sistem melakukan koneksi ke mikrokontroler dan proses pengujian pun dapat dilakukan. Layout jalur pengujian dapat dilihat pada Gambar 2 dan dapat dibandingkan dengan layout jalur pengujian pada penelitian sebelumnya pada Gambar 3. Pengolahan dilakukan dari selatan ke utara. Beberapa sistem pada traktor yang harus diatur secara manual sebelum pengujian adalah posisi gigi yaitu low (1) dengan kecepatan medium (2) serta kondisi traktor menggunakan sistem 4WD (four wheel drive) dan tuas PTO dalam keadaan menyambung (hanya ketika menggunakan bajak rotari). Untuk pengujian lapangan, sistem telah diatur untuk menggunakan kecepatan 2200 rpm.
U
Mula i
Selesai
S
Gambar 2 Layout jalur pengujian
5
U
S
Gambar 3 Layout jalur pengujian penelitian sebelumnya (Rahman, 2013)
Parameter uji yang diukur adalah besar simpangan terbesar dan rata-rata yang terjadi pada setiap lintasan terhadap jalur acuan yang telah ditentukan serta waktu rata-rata yang ditempuh untuk lintasan lurus, belok dan mundur.
Rancangan Sistem Sistem Pembacaan Dan Pengolahan Data GPS Data yang didapatkan dari GPS berupa data geodetik berbentuk besaran sudut bujur (longitude) dan lintang (latitude). Selanjutnya sistem akan membuat setiap jalur berdasarkan input data 4 titik koordinat pojok lahan olah yang sudah disimpan. Awal pengolahan akan dilakukan dari selatan ke utara. Dalam pembentukan jalur, besaran latitude dan longitude tidak perlu dikonversikan ke dalam bentuk koordinat x dan y. Parameter-parameter lintasan yang dihitung adalah 2 titik ujung lintasan dan sudut orientasi lintasan. Tahap selanjutnya adalah menghitung Δlatitude dan Δlongitude maksimum dari masing-masing titik yang berhadapan, dengan persamaan berikut (Rahman, 2013): ............................................................. (2) .................................................... (3) ............................................................. (4) .................................................... (5)
6 Berdasarkan masing-masing delta yang ada, dihitung lebar olah lahan (l) dengan menggunakan persamaan berikut (Rahman , 2013): .... .............................................................................................................................. (6) Dari persamaan (5), dipilih besaran yang terkecil sebagai lebar olah lahan. Berdasarkan lebar lahan yang ada ditentukan jumlah jalur yang akan diolah dengan persamaan sebagai berikut: ......................................................................................... (7) Setelah menghitung jumlah lintasan acuan pengolahan tanah, ditentukan titik-titik ujung tiap lintasan sebagai patokan untuk pengolahan secara berurutan dari lintasan. Berikut persamaan untuk menentukan titik-titik ujung: .................................... (8) .............................. (9) ................................. (10) ........................... (11) Dimana nilai n adalah indeks lintasan olah ke-n. Perhitungan sudut orientasi lintasan dihitung menggunakan persamaan berikut (Rahman, 2013): ..................................................................................... (12) .................................................................................................... (13) Untuk menghitung penentuan sudut koreksi yang diberikan terhadap simpangan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : ................................................... (18) dimana, ...... (14) ........................ (15) ........................................................... (16)
............................................................................................................................ (17)
7
Berdasarkan hasil koreksi yang terhitung, ditentukan besar sudut yang harus dibentuk oleh roda depan seperti yang terlihat pada Tabel 1. Besaran sudut negatif menunjukkan pergerakan stir ke kiri sedangkan positif untuk pergerakan stir ke kanan.
Tabel 1 Penentuan sudut roda traktor Koreksi (o) Sudut (o) ≤-30 30 -30>x≥-25 27 -25>x≥-20 22 -20>x≥-15 17 -15>x≥-10 12 -10>x≥-5 7 -5>x≥5 0 5>x≥10 -7 10>x≥15 -12 15>x≥20 -17 20>x≥25 -22 25>x≥30 -27 >30 -30
Secara umum algoritme pembentukan jalur lintasan dapat dilihat pada Gambar 4 dan sketsa penentuan lintasan olah dapat dilihat pada Gambar 5.
Mulai
Hitung lebar lahan olah
Input 4 titik koordinat lahan (longi1,lati1), (longi1,lati1) (longi1,lati1), (longi1,lati1)
Hitung jumlah lintasan Hitung parameter lintasan (titik awal, titik akhir, sudut orientasi)
Hitung Δlongitude, Δlatitude Selesai
Gambar 4 Algoritme pembentukan lintasan olah
8
Gambar 5 Sketsa penentuan lintasan olah
Pembacaan data real time GPS menggunakan frekuensi 5 Hz. Data tersebut kemudian diolah menggunakan algoritme pengolahan data GPS yang dibangun dan ditentukan perintah yang selanjutnya dikirim ke mikrokontroler, yang akan menggerakan setiap aktuator. Sistem Pengendalian Otomatis Algoritme yang dirancang untuk menjalankan sistem pengendalian otomatis dapat dilihat pada Gambar 6 dengan rincian beberapa sistem kontrol yang berperan dapat dilihat pada Gambar 7, Gambar 8, Gambar 9 dan Gambar 10.
9
Mulai Kopling turun, Stir lurus Selesai
Pembentukan jalur acuan
Implemen naik (posisi 9)
(a) Koordinat GPS (longi, lati)
Akselerasi 1100 rpm Ya Kopling turun
Akhir lintasan? Tidak
Pengolahan Utara ke selatan
Ya
Pengolahan utara ke selatan?
Tidak
Balik kiri? Ya Kontrol Operasi balik kiri (Gambar 8)
Tidak Mundur? Ya Kontrol Operasi mundur (Gambar 10)
Tidak
Pengolahan Selatan ke utara
Tidak
Kontrol Pergerakan maju (Gambar 7)
Balik kanan? Ya Kontrol Operasi balik kanan (Gambar 9)
Tidak Mundur?
Parameter kontrol pergerakan maju (penentuan setpoint, orientasi maju traktor, perhitungan besar simpangan terhadap jalur set point, delta orientasi traktor, sudut putar roda traktor, sudut koreksi)
Ya Kontrol Operasi mundur (Gambar (10)
Gambar 6 Diagram alir umum sistem kontrol navigasi otomatis
10 Kontrol operasi mundur Arah gerakan pedal transmisi mundur
Tidak
Pembacaan sensor kopling ?
Ya
Motor berputar berlawanan arah jarum jam
Sensor transmisi mundur tertekan?
Tidak
Ya Motor berhenti Kopling naik Traktor mundur
Akhir mundur?
Tidak
Ya Kopling turun Kontrol pergerakan maju (Gambar 7) Gambar 7 Rincian diagram alir kontrol pergerakan maju
11 Kontrol operasi balik kiri
Kontrol operasi balik kanan
Kopling turun, implemen naik (posisi 9)
Kopling turun, implemen naik (posisi 9)
Stir kanan 30o (delay 5s)
Stir kiri 30o (delay 5s)
Stir kiri 30o, rem kiri turun
Stir kanan 30o, rem kanan turun Tidak
Tidak
Akhir balik?
Akhir balik?
Ya Rem kiri naik
Ya Rem kanan naik
Koreksi terhadap jalur acuan
Koreksi terhadap jalur acuan Tidak
Tidak
Akhir koreksi?
Akhir koreksi?
Ya Kopling turun
Ya Kopling turun
Kontrol operasi mundur (Gambar 10) Gambar 8
Rincian diagram alir umum kontrol operasi balik kiri
Kontrol operasi mundur (Gambar 10) Gambar 9
Rincian diagram alir umum kontrol operasi balik kanan
12
Kontrol operasi mundur Arah gerakan pedal transmisi mundur
Tidak
Pembacaan sensor kopling ?
Ya
Motor berputar berlawanan arah jarum jam
Sensor transmisi mundur tertekan?
Tidak
Ya Motor berhenti Kopling naik Traktor mundur
Akhir mundur?
Tidak
Ya Kopling turun Kontrol pergerakan maju (Gambar 7) Gambar 10 Rincian diagram alir umum kontrol operasi mundur
Pada Gambar 7 dan Gambar 10, sistem kontrol untuk menggerakkan transmisi ke maju dan mundur dipengaruhi oleh peran sensor berupa limit switch pada mekanisme kopling, dimana motor penggerak tuas transmisi tidak akan berputar bila sensor pada kopling tidak tertekan atau dalam kondisi kopling turun. Begitu pula pada pergerakan kopling naik dipengaruhi oleh sensor berupa limit switch pada mekanisme transmisi, dimana kopling tidak akan bergerak naik bila sensor transmisi maju atau mundur tidak tertekan. Penggunaan sensor ini digunakan untuk keamanan dimana kopling tidak akan benar-benar terangkat bila
13
transmisi belum masuk ke posisi transmisi maju atau mundur, sehingga traktor akan tetap dalam posisi tidak bergerak. Algoritme sistem tersebut berbeda dengan hasil pada penelitian Rahman (2013) yang dapat dilihat pada Gambar 11, karena adanya perbedaan penggunaan jalur olah lahan dan penambahan mekanisme mundur serta pemisahan mekanisme rem kanan dan kiri.
Gambar 11 Algoritme pengolahan data GPS (Rahman, 2013)
Ketika traktor berada pada lintasan lurus, sistem akan menentukan lintasan acuan yang harus dilalui traktor, berdasarkan arah pengolahan, posisi traktor serta urutan lintasan yang dilalui. Pada titik akhir lintasan sebelumnya sudah dilewati maka sistem akan menggerakan traktor untuk memasuki ke lintasan berikutnya. Ketika pergerakan belok, traktor akan belok tanpa melakukan koreksi, dan sistem akan berhenti belok pada titik longitude tertentu kemudian menentukan kembali lintasan acuan yang harus dilalui traktor.
14
HASIL DAN PEMBAHASAN Pembahasan Penyusunan algoritme pada mikrokontroler dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak Code Vision AVR berbasis bahasa pemrograman C dimana bahasa C merupakan middle level language (bahasa tingkat menengah) sehingga mudah untuk melakukan interfacing (pembuatan program antar muka) ke perangkat keras (Joni, 2006). Runtutan program yang telah dibuat kemudian di-compile, menerjemahkan kumpulan kode program yang ditulis dalam suatu bahasa pemrograman tertentu ke dalam bahasa mesin, Joni (2006), lalu diunduh ke chip mikrokontroler. Pemrograman pada Code Vision dapat dilihat pada Gambar 12.
Gambar 12 Pemrograman dengan Code Vision AVR
Sedangkan algoritme pembuatan jalur menggunakan Visual Basic seperti yang terlihat pada Gambar 13. Kondisi tampilan di komputer pengendali ketika sistem dijalankan dapat dilihat pada Gambar 14.
Gambar 13 Pemrograman dengan Visual Basic
15
Gambar 14 Tampilan ketika sistem dijalankan
Pengujian Kinerja di Lapangan Hasil uji kinerja menunjukkan bahwa traktor sudah bisa bergerak sesuai dengan algoritme jalur baru yang dikembangkan berdasarkan input empat titik koordinat petak lahan. Pengujian lintasan lurus dilakukan pada panjang lintasan 30 m dan pada kondisi tanah memiliki kadar air 19.88% pada kedalaman 0-5 cm dan 21.58% pada kedalaman 5-10 cm. Pengujian dilakukan dengan dua perlakuan, yaitu tanpa diberikan simpangan awal dan menggunakan simpangan awal sejauh 4 m. Hasil pengujian tanpa simpangan awal dapat dilihat pada Gambar 15 dengan besar simpangan terbesar 16.77 cm dan simpangan rata-rata 8.62 cm dan pengujian menggunakan simpangan awal dapat dilihat pada Gambar 16.
(a)
(b)
(c)
Gambar 15 Hasil uji lintasan lurus tanpa menggunakan implemen
16 Besar simpangan hasil pengujian lintasan lurus dapat dilihat pada Tabel 2. Berdasarkan hasil tersebut, didapatkan bahwa penyempurnaan algoritme dari desain Rahman (2013) mempunyai hasil yang lebih baik karena simpangan yang dihasilkan menjadi lebih kecil. Hasil simpangan pada penelitian yang sebelumnya (Rahman, 2013) dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 2 Simpangan hasil uji kinerja lintasan lurus tanpa menggunakan implemen Ulangan Simpangan terbesar (cm) Simpangan rata-rata (cm) 1 2 3 Rata-rata (cm)
14.18 14.26 16.77
9.37 8.03 8.46 8.62
Tabel 3 Simpangan hasil pengujian sistem navigasi lintasan lurus (Rahman, 2013) Ulangan Simpangan terbesar (cm) Simpangan rata-rata (cm) 1 2 3 Rata-rata (cm)
20.3 49 20.3
(a)
9.5 17 9.5 12.00
(b)
17
(c)
(d)
Gambar 16 Pengujian lintasan lurus dengan penggunaan simpangan awal
Pada Gambar 16 simpangan terbesar terdapat pada awal lintasan. Pengujian dengan penggunaan simpangan awal ini bertujuan untuk mengetahui performansi traktor dalam mengkoreksi dari simpangan yang cukup besar. Lama waktu yang dibutuhkan untuk kembali ke jalur acuan adalah : (a) 54 detik; (b) 62 detik; (c) 48.2 detik; (d) 41.2 detik. Pada gambar di atas terlihat ketika traktor berada pada sebelah kiri jalur acuan, akan melakukan koreksi dengan baik, sedangkan ketika traktor berada pada sebelah kanan jalur acuan, pergerakan traktor untuk bisa mencapai jalur acuan dengan baik harus memotong jalur acuan tersebut terlebih dahulu lalu kembali ke jalur acuan. Kondisi tersebut disebabkan karena letak antena GPS berada pada roda kanan sehingga menyebabkan perbedaan performansi koreksi traktor terhadap jalur acuan bila traktor berada di sebelah kanan atau kiri dari jalur acuan. Pengolahan dengan menggunakan bajak rotari, dilakukan dengan kondisi tanah memiliki kadar air 24.75% pada kedalaman 0-5 cm dan 25.80% pada kedalaman 5-10 cm. Dalam penelitian ini dikembangkan mekanisme baru yaitu mekanisme transmisi maju mundur dan pemisahan mekanisme rem kanan dan kiri oleh Sigit (2013) untuk mendukung pergerakan traktor mengikuti jalur olah lahan baru yang dikembangkan. Hasil pengolahan menunjukkan sistem dan algoritme yang dikembangkan sudah dapat beroperasi dengan baik dalam melakukan pengolahan satu lahan dengan kondisi lahan sudah terolah dengan rotari secara manual satu kali. Perlakuan tersebut diberikan karena kondisi lahan yang begitu kering dan setelah menggunakan bajak piring pun masih berbentuk bongkahanbongkahan besar seperti yang terlihat pada Gambar 17, yang bisa mengenai kabel
18 yang berada bagian bawah traktor. Kondisi lahan hasil pengolahan dengan bajak rotari dapat dilihat pada Gambar 18. Pergerakan traktor hasil pengujian lapangan dapat dilihat pada Gambar 19.
Gambar 17 Kondisi lahan sebelum diolah dengan bajak rotari
Gambar 18 Kondisi lahan hasil pengolahan dengan bajak rotari
19
Selesai Mulai
Gambar 19 Hasil uji kinerja dengan menggunakan bajak rotari
Pada Gambar 19 terlihat garis pergerakan traktor ketika belok kiri di bagian bawah atau setelah lintasan genap terlihat cukup besar. Hal tersebut bukan karena radius putar yang besar, melainkan karena hasil plot pergerakan berdasarkan posisi antena GPS yaitu berada di roda sebelah kanan sehingga ketika melakukan balik kiri koordinat yang terekam adalah radius putar terluar pada roda kanan bukan pada roda kiri. Hal ini cukup jelas perbedaannya ketika dibandingkan dengan hasil plot koordinat ketika belok kanan pada Gambar 19 di bagian atas, tetapi pada keadaan real radius putar dalam yang terukur pada setiap pergerakan tersebut adalah sama, yaitu 1.5 m. Radius putar ini lebih kecil dari hasil pengujian kinerja sistem pada penelitian Rahman (2013) yaitu 3.6 m. Berdasarkan hasil tersebut, dapat disimpulkan bahwa algoritme yang dikembangkan dalam pembuatan jalur olah lahan baru sudah berhasil dan bisa dijalankan sistem dengan baik. Simpangan hasil pengujian yang terhitung di setiap lintasan dapat dilihat pada Tabel 4.
20 Tabel 4 Simpangan hasil pengolahan dengan bajak rotari Lintasan Simpangan maks. Simpangan rata-rata 1 21.81 10.43 2 174.9 31.65 3 71.86 15.76 4 137.78 48.51 5 62.65 22.65 6 82.47 45.7 7 118.02 38.74 8 123.08 35.42 9 31.27 11.98 10 72.88 39.15 11 120.58 23.76 12 43.85 15.67 Rata-rata (cm) 28.285
Pada Tabel 4 dapat dilihat bahwa simpangan terbesar mencapai 174.9 cm dan simpangan rata-rata sebesar 28.285 cm. Pengukuran simpangan dapat dilihat pada Gambar 20.
(1)
(2)
Gambar 20 Acuan pengukuran simpangan pada setiap lintasan
Besarnya nilai simpangan pada setiap lintasan yang terhitung disebabkan karena perhitungan simpangan dimulai dari traktor setelah melakukan gerakan mundur (1), dimana posisi traktor berada cukup jauh dari jalur acuan, sampai ke ujung lintasan (2) sehingga simpangan terbesar merupakan titik awal pergerakan traktor maju setelah gerakan mundur di setiap awal lintasan. Sedangkan bila simpangan dihitung ketika traktor sudah berada pada jalur acuan seperti pada
21
Gambar 21 dari (a) sampai (b), sama seperti acuan pengukuran dari penelitian Rahman (2013), mempunyai hasil simpangan rata-rata dan simpangan terbesar pada lintasan lurus yaitu 6.9 cm dan 31.64 cm (Tabel 5). Hasil tersebut lebih baik simpangan yang dihasilkan lebih kecil dari penelitian Rahman (2013) dengan hasil simpangan rata-rata sebesar 17.9 cm dan simpangan terbesar sebesar 64.7 cm.
(a)
(b)
Gambar 21 Acuan pengukuran simpangan setelah mencapai jalur acuan
Tabel 5 Simpangan hasil berdasarkan pengukuran setelah mencapai jalur acuan Lintasan Simpangan terbesar (cm) Simpangan rata-rata (cm) 1 21.81 10.43 2 16.91 4.9 3 20.49 4.91 4 16.82 9.97 5 17.24 4.91 6 17.01 4.86 7 15.49 8.1 8 31.64 8.38 9 16.34 8.69 10 13.97 7.17 11 15.21 6.23 12 19.4 4.6 Rata-rata (cm) 6.9
22 Pada pengujian dengan menggunakan implemen bajak rotari, waktu tempuh yang terukur rata-rata setiap menempuh lintasan lurus dari awal hingga akhir jalur olahan lahan adalah 81.2 detik, waktu balik kanan rata-rata 47 detik, waktu balik kiri rata-rata 43.4 detik dan waktu mundur rata-rata 26.4 detik.
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Penyempurnaan algoritme dari desain Rahman (2013) tanpa perubahan komponen mekanik menghasilkan kinerja traktor pada uji lintasan lurus tanpa menggunakan implemen berupa simpangan rata-rata adalah 8.62 cm dan simpangan terbesar 16.77 cm dengan kondisi tanah memiliki kadar air 19.88% pada kedalaman 0-5 cm dan 21.58% pada kedalaman 5-10 cm, hasil ini lebih baik karena simpangan rata-rata menurun 28.17% dari hasil uji penelitian Rahman (2013). Pengoperasian dengan menggunakan implemen menghasilkan simpangan rata-rata pada lintasan lurus adalah 6.9 cm dan simpangan terbesar 31.64 cm dengan kondisi tanah memiliki kadar air 24.75% pada kedalaman 0-5 cm dan 25.80% pada kedalaman 5-10 cm, hasil ini menunjukkan bahwa simpangan ratarata menurun 61.45% dari hasil penelitian Rahman (2013). Dalam penelitian ini dikembangkan mekanisme baru yaitu mekanisme transmisi maju mundur dan pemisahan mekanisme rem kanan dan kiri oleh Sigit (2013) untuk mendukung pergerakan traktor mengikuti jalur olah baru dengan hasil kinerja radius putar 1.5 m.
Saran Algoritme pemberian nilai sudut koreksi terhadap jalur acuan harus dikembangkan agar pergerakan stir lebih akurat. Algoritme penentuan jalur seharusnya dibuat beberapa pilihan jalur pengolahan sehingga tidak terbatas dengan kondisi lahan. Algoritme pengiriman data dari pengolahan GPS di Visual Basic ke mikrokontroler pun harus dikembangkan agar tidak ada lagi penumpukan data dan misses (perintah yang tidak tereksekusi) di buffer.
23
DAFTAR PUSTAKA Ahmad, U., dkk. 2011. Pengembangan Metoda Deteksi Rintangan Menggunakan Kamera CCD untuk Traktor Tanpa Awak. Prosiding Seminar Nasional PERTETA 2011. Hal 125-133. Bandung. Indonesia. Cormen TH, Leiserson CE, Rivest RL, Stein C. 2001. Introduction to Algorithms Second Edition. The MIT Press: Cambridge, Massachusetts – London, England. Desrial, dkk. 2010. Pengembangan Sistem Kemudi Otomatis Pada Traktor Pertanian Menggunakan Navigasi GPS. Prosiding Seminar Nasional Mekanisasi Pertanian. 2010. Hal: 95-104. Serpong. Indonesia. Desrial, dkk. 2011. Rancang Bangun Sistem Kontrol Otomatis Untuk Kemudi, Kopling dan Akselerator Pada Traktor Pertanian. Prosiding Seminar Nasional PERTETA 2011. Hal : 62-69. Bandung: FTIP-UNPAD. Gunawan, M Sigit. 2013. Modifikasi Pengendali Traktor Otomatis Dan Rancang Bangun Unit Pengendali Otomatis Tuas Transmisi Maju - Mundur Menggunakan Atmega 128 [skripsi]. Bogor: Program Sarjana, Institut Pertanian Bogor. Joni IM, Raharjo B. 2006. Pemrograman C dan Implementasinya. Informatika Bandung: Bandung. Rahman C S. 2013. Rancang bangun sistem kemudi otomatis traktor pertanian berbasis GPS [Tesis]. Bogor: Program Pasca Sarjana, Institut Pertanian Bogor. Snyder, JP. 1987. Map Projections — A Working Manual. Geological Survey Professional Paper 1395. Washington, DC: U. S. Government Printing Office. Srivastava AK, Goering CE, Rohrbach RP, Buckmaster, DR. 2006. Engineering Principles of Agricultural Machines. Ed ke-2. Michigan: ASABE. Sumarno, E. 2012. Modifikasi Sistem Pengendalian Kemudi Traktor, Tuas Kopling, dan Tuas Akselerasi Traktor Roda Empat Menggunakan Mikrokontroller DT-51 [skripsi]. Bogor: Program Sarjana, Institut Pertanian Bogor.
24 Lampiran 1
Hasil pengukuran kadar menggunakan implemen Berat Berat Kedalaman ring tanah tanah sample basah (cm) (gram) (gram) 60 147.8 61 147.6 0-5 60.7 145.7 61.6 153.4 62.2 156.5 64.2 142.1 62.1 153.9 5-10 64 140.9 60.9 148.1 62 154.2
air tanah untuk pengujian tanpa Berat tanah kering (gram) 130.8 130.4 128.8 134.3 138.1 124.7 135.2 123.4 130.6 133.6
Kadar air
Ratarata
(%) 19.36 19.86 19.88 20.81 19.51 22.34 20.37 22.76 20.07 22.34
(%)
19.88
21.58
Lampiran 2 Hasil pengukuran kadar air tanah untuk pengujian menggunakan implemen bajak rotari Berat Berat Berat Kedalaman Kadar Rataring tanah tanah tanah air rata sample basah kering (cm) (gram) (gram) (gram) (%) (%) 58.1 209.8 171.6 25.18 61.2 198.7 165.3 24.29 0-5 55.8 218.5 178.3 24.71 24.75 56.9 191.4 158.4 24.54 60.7 217.8 178.5 25.02 56.6 220.3 177.6 26.08 56.4 219.8 178.3 25.40 5-10 56.8 213.7 173.6 25.56 25.80 56.6 221.4 179.4 25.49 60.2 214.7 173.8 26.47
25
Lampiran 3 Deskripsi pesan GPS tipe ―GPGGA‖
No Field 1 2 3 4 5 6 7
8 9 10 11 12 13 14 15
Keterangan ID tipe pesan Waktu universal (UTC dengan format HHMMSS.SS Sudut lintang (latitude) dengan format DDMM.MMMMM Arah lintang (N = utara (north) dan S = selatan (south) Sudut bujur (longitude) dengan format DDMM.MMMMM Arah bujur (W= barat (west) dan E = timur (east) Indikator kualitas GPS 0 = GPS belum siap 4 = RTK fix 1 = GPS fix 5 = RTK float 2 = DGPS fix Jumlah satelit yang digunakan Nilai HDOP (Horizontal Dilution of Precision) yang menunjukkan presisi pembacaan GPS Tinggi antena (altitude) Unit tinggi altitude dalam satuan meter (M) Geoidal separation merupakan perbedaan ketinggian ellipsoid Bumi dengan tinggi permukaan laut (geoid) Unit tinggi geoidal separation dalam satuan meter (M) Waktu koreksi data GPS ID base station
26
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Cirebon tanggal 22 Oktober 1991, putra pertama dari 3 bersaudara, dari Fransiskus Xaverius Immanuel Lepa dan Erry Pantjawatie, bfl. Penulis sebelumnya menempuh pendidikan di Sekolah Menengah Pertama 1 (satu) Cirebon dan Sekolah Menengah Atas 1 (satu) Cirebon lalu kemudian meneruskan pendidikannya ke Institut Pertanian Bogor. Selama masa perkuliahan di Institut Pertanian Bogor, penulis menjadi anggota aktif Himpunan Mahasiswa Teknik Pertanian (Himateta) dan sering mengikuti kepanitiaan pada beberapa acara besar yang diselenggarakan di IPB. Penulis pernah menjadi pengajar pada sebuah bimbingan belajar. Penulis juga selalu berpartisipasi pada lomba-lomba yang diadakan oleh Institusi skala besar maupun departemen, dan pernah mendapat piala perak lomba basket OMI (Olimpiade Mahasiswa IPB) pada tingkat satu dan dua kali mendapat piala emas lomba akustik pada dua tahun berturut pada kompetisi yang diadakan fakultas.
