1
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT PEMISAH BUAH APEL BERDASARKAN UKURAN DENGAN PENGENDALI MIKROKONTROLER ATMEGA 8535
AL AMIN PUTRA NIM : 09202/2008
PROGRAM STUDI D4 TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI PADANG Wisuda Periode 98 Tahun 2013
2
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT PEMISAH BUAH APEL BERDASARKAN UKURAN DENGAN PENGENDALI MIKROKONTROLER ATMEGA 8535
AL Amin Putra 1, Krismadinata 2, Irma Husnaini 2 Mahasiswa Teknik Elektro Industri1, Dosen Teknik Elektro2 Program Studi Teknik Elektro Industri Fakultas Teknik Universitas Negeri Padang (UNP) Email :
[email protected]
ABSTRAK
Apel adalah salah satu dari sekian banyak buah yang tumbuh subur di Indonesia. Apel dapat dengan mudah tumbuh dipekarangan dan dikebun-kebun sebagai pagar hidup. Buah apel baik untuk kesehatan tubuh. Saat sekarang ini buah merupakan hal yang penting dalam kehidupan sehari-hari, buah apel salah satunya. Buah apel sangat banyak peminatnya di Indonesia, buah apel memiliki ukuran yang berbeda-beda ada yang besar dan ada yang kecil. Kehidupan seharihari masih banyak sistem yang masih mempergunakan tenaga manusia sehingga membutuhkan waktu yang relative lebih lama. Pada kenyataanya para pedagang buah khususnya buah apel umumnya tidak dapat memilah buah berdasarkan ukuran atau berat secara teliti dan akurat. Berdasarkan hal tersebut pada penelitian ini akan dirancang dan dibuat alat pemisah buah apel berdasarkan ukuran secara otomatis. Pada penelitian ini menggunakan sensor laser dan photodioda sebagai pendeteksi ukuran buah kemudian hasil bacaan dari sensor ditampilkan ke LCD kemudian sensor mengirimkan data ke Mikrokontroler Atmega 8535 untuk mengaktifkan motor DC. Rangkaian Driver motor DC berfungsi mengendalikan pembalikan polaritas tegangan agar motor DC dapat bergerak 2 arah (clockwise dan counter clockwise). Dalam pengujian perangkat keras dan perangkat lunak, diketahui bahwa sistem pemisah buah apel berdasarkan ukuran ini dapat bekerja sesuai dengan yang diinginkan walaupun masih terdapat kesalahan atau error pada pembacaan ukuran, tapi kesalahan atau error tersebut masih terdapat di batas toleransi kesalahan analisa yang dibolehkan. Kata kunci : ATmega 8535, Sensor Laser dan photodioda, LCD, Motor DC
1
2
ABSTRACT
Apples are one of the many pieces that thrives in Indonesia. Apples can be easily grown kitchen garden and orchard - garden fence life. Fruit as apple good for your health. Present time the fruit is important in everyday life, one of them apples. Apples are very much demand in Indonesia, the apple has different sizes there are big and some are small. Everyday life there are many systems that still use human labor and thus require a relatively longer time. In fact the fruits especially apples merchants generally can not sort by size or weight of the fruit carefully and accurately. Based on this research it will be designed and fabricated separator apples by size automatically. In this research uses a laser sensor and a photodiode as detector size pieces then readings from the sensor to the LCD display sensor then sends the data to Atmega 8535 Mikrokontroler to activate the DC motor. DC motor driver circuit serves to control the reversal of the polarity of the voltage to DC motors can move two directions ( clockwise and counter clockwise ). In testing hardware and software, it is known that the system of dividing apples by size may work as expected although there are mistakes or errors in the reading of the size, but the mistake or error is still there at the limit of allowable error tolerance analysis. Keywords : ATmega 8535 , Laser and photodiode sensor , LCD , DC motors
A. PENDAHULUAN Indonesia merupakan Negara agraris yang sebagian penduduknya menggantungkan hidupnya dengan becocok tanam. Tanah Indonesia yang subur dan iklimnya yang tropis menjadikan berbagai macam tanaman dapat tumbuh dengan subur, diantaranya buah-buahan, rempah-rempah, dan sayur-sayuran. Apel adalah salah satu dari sekian banyak buah yang tumbuh subur di Indonesia. Apel dapat dengan mudah tumbuh dipekarangan dan dikebun-kebun sebagai pagar hidup. Selain rasanya yang segar dan manis, buah apel baik untuk kesehatan tubuh[2].
3
Di era globalisasi ini, teknologi berkembang begitu pesat seiring dengan kemajuan pola pikir manusia yang semakin maju. Keinginan untuk menciptakan sesuatu yang canggih dan otomatis semakin meningkat dengan tujuan agar dapat tercipta berbagai kemudahan yang dapat membantu berbagai kegiatan manusia[2]. Kehidupan sehari-hari masih banyak sistem yang masih mempergunakan tenaga manusia sehingga membutuhkan waktu yang relative lebih lama, sebagai contohnya dapat dilihat dalam penyeleksian buah apel menurut ukurannya, pada dasarnya sistem ini masih banyak memiliki kekurangan dalam mempergunakan tenaga manusia, dan perancangan alat yang terdahulu yaitu “ perancangan mesin grading sortir buah apel ’’ ferdy wibowo setelah diteliti lebih lanjut pada tugas akhir alat ini masih menggunakan satu tempat penampungan, yang menyebabkan buah apel bertumpuk satu sama lain pada konveyor tersebut. Sehingga sebahagian buah banyak yang masuk ketempat yang tidak sesuai dengan ukurannya, yang menyebabkan dilakukan pemilihan ulang[2]. Berdasarkan
persoalan
tersebut,
penulis
tertarik
untuk
membuat
perancangan alat pemisah buah apel ukuran dengan pengendali atmega 8535. Alat ini menggunakan sensor laser dan photodioda sebagai mendeteksi ukuran. Dalam perancangan alat ini penulis menggunakan satu konveyor tapi dengan 2 tempat penampungan yaitu tempat ukuran apel besar dan ukuran apel kecil supaya apel tidak bertumpuk satu sama lain dengan adanya mikrokontroler yang dapat digunakan sebagai pengendali proses.
4
B. METODOLOGI PENELITIAN 1. Perancangan Diagram Blok Perancangan secara umum dari pembuatan alat pemisah buah apel ini dapat dilihat dari blok diagram pada Gambar 1. Blok diagram merupakan pendefinisian terhadap sistem yang akan dirancang yang bersifat menyeluruh. Seperti aturan di dalam proses penganalisaan bahwa perlu dilakukan pendefenisian terlebih dahulu terhadap sistem yang akan dirancang secara menyeluruh, artinya bahwa harus ada gambaran secara jelas mengenai ruang lingkup pembahasan, dimana sebagai medianya adalah berupa blok diagram keseluruhan. LCD
Sensor laser dan photodioda
Driver Motor DC 1
Motor DC 1
Driver Motor DC 2
Motor DC 2
ATMEGA 8535
Gambar 1. Blok Diagram Alat
2. Prinsip Kerja Alat Pemisah Buah Apel Pada dasarnya prinsip kerja dari pemisah buah apel ini adalah apel diletakan pada konveyor kemudian konveyor membawa apel untuk dideteksi oleh sensor laser dan photodioda untuk mendeteksi apel apakah besar atau kecil dengan cara jika apel melewati batas yang telah ditentukan atau jika apel mengenai cahaya laser maka apel dikatakan besar dan hasil bacaannya ditampilkan ke LCD maka motor 2 akan aktif dan bergerak kenanan maka apel
5
akan berguling ketempat tempat penampungan apel besar kemudian motor akan kembali ke posisi awal yaitu pada posisi apel kecil karena posisi awal dari motor pada apel kecil, jika apel terdeteksi kecil maka motor tidak aktif. 3. Perancangan Rangkaian Elektronik a. Rangkaian Mikrokontroler ATMEGA 8535 ATmega8535
adalah
mikrokontroler
8-bit
CMOS
dengan
menggunakan daya yang rendah dan menjalankan intruksi dalam satu clock. Mikrokontroler ATmega8535 dikombinasikan dengan 32 register. Semua register terhubung langsung ke Arithmetic Logic Unit (ALU), membiarkan 2 register untuk di akses di dalam satu instruksi dieksekusi dalam satu clock[12]. ATMEGA 8535 1 2 3 4 5 6 7 8
30pF
14 15 16 17 18 19 20 21 12 13 9
PB0/T0/XCK PB1/T1 PB2/AIN0/INT2 PB3/AIN1/OC0 PB4/SS PB5/MOSI PB6/MISO PB7/SCK PD0/RXD PD1/TXD PD2/INT0 PD3/INT1 PD4/OC1B PD5/OC1A PD6/ICP1 PD7/OC2
PA0/ADC0 PA1/ADC1 PA2/ADC2 PA3/ADC3 PA4/ADC4 PA5/ADC5 PA6/ADC6 PA7/ADC7 PC0/SCL PC1/SDA PC2 PC3 PC4 PC5 PC6/TOSC1 PC7/TOSC2
XTAL1 XTAL2 RESET
AREF AVCC
40 39 38 37 36 35 34 33 22 23 24 25 26 27 28 29
5V
32 30
4MHz 5V 30pF 100K 100nF GND
Gambar 2. Rangkaian sistem minimum ATMEGA 8535[3]
b. Rangkaian Sensor Laser dan Photodioda Driver sensor laser digunakan pada bagian pemancar (tranceiver), dan bagian penerima menggunakan photo transistor, sedang bagian penguatan menggunakan IC LM324, untuk lebih jelasnya dapat dilihat bentuk gambar berikut ini[5].
6
5V
R1
R2
330R
R3
10k
10k
4
U1:A OUTPUT
3 1
LED
11
PHOTODIODE
D1
LEDBRIDGE1
2
LM324
D2 1N4942
RV1 E S A 100
PE
Gambar 3. Skematik Rangkaian Inframerah, Photodioda dan Op-Amp LM324[12]
c. Rangkaian Driver Motor Dc Driver ini berfungsi untuk memutar motor pada konveyor untuk membawa apel. Rangkaian ini akan dikendalikan oleh mikrokontroler ATmega 8535. Jadi dengan memberikan sinyal high (1) secara bergantian ke input dari rangkaian driver motor tersebut, maka pergerakan motor sudah dapat dikendalikan oleh mikrokontroler ATmega 8535[11]. Rangkaian ini terdiri dari 1 buah transistor NPN TIP 122. Masingmasing transistor dihubungkan ke PD0 pada mikrokontroler ATmega8535. Basis dari masing-masing transistor diberi tahanan 1 Kohm untuk membatasi arus yang masuk ke transistor. Kolektor dihubungkan dengan kumparan yang terdapat pada motor, kemudian kumparan dihubungkan dengan sumber tegangan 12 Volt dengan daya 98,4 watt dan emitor dihubungkan ke ground. Berikut adalah spesifikasi motor dc yang dipakai[11]. Tabel 1. Spesifikasi Motor DC[11] Tegangan (v) 12
Arus tanpa beban (A) 5
Kecepatan tanpa beban(rpm) 80-95
Arus berbeban (A) 8,2
Kecepatan berbeban (rpm) 50
Torsi (N.m) 11
7
12 volt
RL1 PCJ-124D3MH
D1
R1
Q1 BD139
PD.0 2k2
+88.8
1N4001
Gambar 4. Rangkaian Driver Motor DC
d. IC L293D Agar dapat memutar pintu secara otomatis digunakan sebuah motor dc. IC L293D adalah IC yang didesain khusus sebagai driver motor DC dan dapat dikendalikan dengan rangkaian TTL maupun mikrokontroler[6].
4. Perancangan Software a. Diagram Alur (Flowchart) Flowchart merupakan logika atau urutan instruksi program dalam suatu diagram. Diagram alur dapat menunjukan secara jelas arus pengendalian algoritma, yaitu bagaimana rangkaian pelaksanaan kegiatan. Diagram Alur (flowchart) pada perancangan pemisahan buah apel berdasarkan warna dan ukuran.
8
START
Inisiaisasi
DETEKSI UKURAN
LCD
APEL BESAR
YA
APEL KECIL
MOTOR 2 ON BERGERAK CW
YA
TIDAK
MOTOR 2 ON BERGERAK CCW
End
Gambar 5. Diagram alir flowchart
C. PENGUJIAN DAN ANALISA 1. Pengujian Sensor Laser dan Photodioda a. Pengujian Pengujian rangkaian sensor laser dilakukan untuk
mengetahui
apakah sensor bekerja dengan semestinya. Pengujian dilakukan dengan berdasarkan panjang waktu dari sensor membaca ukuran apel.
9
5V
R1
R2
330R
R3
10k
10k
4
U1:A OUTPUT
3 1
LED
11
PHOTODIODE
D1
LEDBRIDGE1
2
LM324
D2 1N4942
RV1
V
E S A 100
PE
Gambar 6. Rangkaian Driver laser dan photodiode
Tabel 2. Perbedaan panjang waktu dalam pembacaan ukuran No 1 2 3 4
Warna Apel Hijau Hijau Merah Merah
Waktu 1 detik 2 detik 1 detik 2 detik
Tegangan laser/Volt 1,7 2,0 1,8 1,9
Ukuran apel
b. Analisa
Keterangan: NP
= Nilai Pengukuran
NR
= Nilai Referensi 1) NR
= 2,1 V
NP
= 1,7 V
= = 0,19 x 100% = 19 %
Kecil Besar Kecil Besar
Persentase kesalahan(%) 19 4 14 9
10
2. Pengujian Driver Motor a. Rangkaian Driver Motor DC dan Relay 1) Pengujian Pengujian pada rangkaian saklar relay dilakukan pada dua kondisi yaitu pada saat transistor dalam keadaan jenuh (saturasi), dimana saat itu input basis dari transistor berlogika 1. Kemudian pada saat transistor dalam keadaan tersumbat (cut off), dimana saat itu input basis dari transistor berlogika 0. 12 volt
RL1 PCJ-124D3MH
D1
Q1
R1
BD139
PD.0 2k2
V
+88.8
1N4001
Vbe
Gambar 7. Rangkaian Driver Motor DC
Pengujian ini dilakukan untuk memastikan rangkaian bekerja dengan baik. Gambar 7 menunjukan titik pengukuran pada rangkaian driver relay. Dari hasil pengukuran rangkaian driver relay diperoleh data yang sama, maka pada pengukuran rangkaian driver relay ini data yang di ambil hanya satu buah rangkaian driver relay dapat dilihat pada tabel 3 berikut ini.
11
Driver
Saat aktif Saat tidak aktif
Tabel 3 Hasil Pengukuran Rangkaian Driver Vbe1 Vbe 2 Vce IB IC (volt) (volt) (volt) (mA) (mA) perhitungan Perhitungan 0,7 0,9 0,2 12 50,1 0,2 0,1 4,9 0,0 0,0
2) Analisa Dari hasil pengukuran di atas, Vbe merupakan hasil pengukuran pada kaki basis dan emitor, sedangkan Vce merupakan hasil pengukuran pada kaki colector dan emitor. Berdasarkan dari prinsip kerja rangkaian saklar relay dimana saat tegangan input berlogika 1 maka basis transistor bernilai ≥ 0,7 volt (0,9 Volt pada pengukuran). maka Vce mendekati 0 (0,2 pada pengukuran), hal ini disebabkan karena kaki emitor dan kolektor seolah-olah terhubung singkat (saturasi) karena kaki basis mendapat tegangan, jatuhnya tegangan Vce ini menyebabkan relay bekerja (on). Apabila tegangan input berlogika 0 pada kaki basis bernilai
0,7
volt (0,1 Volt pada pengukuran), maka transistor berada pada daerah cut off. Pada kondisi ini, semua arus pada transistor sangat kecil atau dengan kata lain arus – arus pada transistor mendekati nol, sehingga keadaan transistor berada dalam keadaan terbuka. Hal ini disebabkan transistor tidak mendapat tegangan (cut off) sehingga Vce = Vcc. Berdasarkan data sheet transistor, dapat dihitung besar arus IB, pada keadaan ini adalah:
12
(
IB =
)
Keterangan : Vi
= Tegangan input
Vbe sat = Tegangan basis emitor saat saturasi Rb
= Tahanan basis IB =
(
)
IB = IB = 0,012 A = 12 mA Untuk menghitung besar arus IC pada keadaan ini dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut ini: IC =
(
)
Keterangan : Vcc
= Tegangan sumber (rangkaian terhubung dengan catu
daya 4,96VDC) Vcesat = Tegangan kolektor emitor saat saturasi (0,2 Volt) RRe
= Tahanan relay (95 Ω) Setelah dimasukan nilai sesuai dengan rumus maka di
dapatkan : IC = IC = 0,0501 Amper IC = 50,1 mA
13
Dari analisa dan pengukuran yang telah dilakukan pada rangkaian relay, maka dapat disimpulkan rangkaian ini telah dapat bekerja dengan baik. b. Driver Motor L293D 1) Pengujian Pengujian driver motor L293D dilakukan untuk mengetahui apakah IC ini bisa bekerja dengan semestinya. Pengujian dilakukan dengan memberikan logika 1 (satu) atau 0 (nol) dari mikrokontroler. dimana
rangkaian ini terdiri dari IC L293D. tabel dibawah ini
menunjukan rangkaian penguji driver motor DC.
Gambar 8. Driver L293D
Dari gambar rangkaian diatas tegangan sumber yang diberikan dari catu daya 5 volt. IC L293D merupakan driver motor DC yang diprogram dengan memberikan logika High (1) atau Low (0) sehingga pada tabel dibawah ini merupakan hasill perputaran motor dari kombinasi logika yang diberikan pada setiap input:. Tabel 4. Logika Driver Motor DC Input 1 0 0
Input 2 0 1
Enable A 1 1
Output 1 0 0
Output 2 0 5V
Keadaan motor Mati Kanan
14
1 0 1 1 2) Analisa
1 1
5V 5V
0 5V
Kiri Mati
Rangkaian driver motor DC ini hanya terdiri dari satu buah IC L293D. IC L293D ini berfungsi untuk menswitching motor. IC ini mempunyai 2 (dua) buah sumber tegangan.yaitu tegangan Vcc yang berfungsi untuk mengaktifkan ICL293D tersebut dan supply tegangan Vs yang merupakan tegangan untuk motor. Tegangan Vcc pada IC L293D ini diberikan paling kecil adalah 4,5 volt dan paling besar adalah 7 volt (didatasheet). Pada tugas akhir ini diberikan tegangan Vss sebesar 5 volt. Setelah diberikan teganan 5 volt pada IC L293D maka IC tersebut akan aktif. Sedangakan supply tegangan VS diberikan sebesar paling kecil adalah 2.3 volt dan tegangan Vs paling tinggi adalah 36 volt (didatasheet). Pada tugas akhir inidiberikan tegangan Vs sebesar 5 V. pada IC L293D ini diberikan logika 0 (nol) atau 1 (satu) dari mikrokontroler yang kemudian logika 0 (nol) atau 1 (satu) tersebut dijadikan inputan pada input1, input2 dan enable pada IC L293D. Setelah diberikan logika 1 atau 0 tersebut pada IC, maka output yang dikeluarkan oleh IC L293D dapat dilihat pada table dibawah ini. Dari tabel diatas dapat dijelaskan bahwa motor akan bergerak sesuai dengan data yang diberikan. Jika data yang diberikan adalah 0 (nol) dan 0 (nol) maka motor tidak bergerak atau mati. Hal ini dikarenakan keluaran dari IC ini akan bernilai 0 (nol) atau tidak ada tegangan yang keluar dari IC tersebut. Jika data yang diberikan adalah 1
15
(satu) dan 0 (nol) atau 0 (nol) dan 1 (satu) maka motor akan bergerak. Hal ini dikarenakan salah satu outputnya (output1 atau output2) akan mengeluarkan tegangan sedangkan output yang lain (output 1 atau output 2) akan bernilai 0 (nol) sehingga tegangan yang akan mengalir dari Vs keground sehingga motor akan bergerak. Sedangkan jika inputan yang diberikan ke IC adalah 1 (satu) dan 1 (satu) maka keluaran dari kedua outputnya mempunyai tegangan sehingga sehinga mengakibatkan motor tidak akan bergerak.
D. Kesimpulan dan Saran 1. Kesimpulan Berdasarkan hasil pengujian dan analisa pada pembuatan alat pemisah buah ini secara keseluruhan, maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut: a. Hasil rancangan dari alat ini telah bekerja sesuai dengan yang diharapkan yaitu ketika ukuran apel terdeteksi besar maka motor bergerak kekiri, kemudian motor kembali pada posisi awal sedangkan jika apel terdeteksi kecil maka motor tidak bergerak karena posisi awal motor pada ukuran apel kecil. b. Hasil Pembuatan program menggunakan Software BASCOM-AVR ini telah dilakukan dan hasilnya sesuai dengan yang diharapkan yaitu mikrokontroler Atmega 8535 sebagai otak dari program telah bekerja sesuai dengan yang diprogram yaitu untuk mengaktifkan motor dc dan sensor. 2. Saran
16
Dalam pembuatan Tugas Akhir ini, penulis menyadari banyaknya kekurangan yang ditemukan yaitu Alat pemisah buah apel berdasarkan ukuran ini dapat dimanfaatkan oleh petani apel dan para pedagang buah apel yang dapat memudahkan kerja mereka. Tentunya dalam pembuatan alat ini masih terdapat beberapa kekurangan yaitu perlunya tembahan pada silo atau tempat apel sehingga apel diletakan sekali banyak dan keluar satu persatu.
Catatan : Artikel ini disusun berdasarkan Tugas Akhir penulis dengan Pembimbing I : Krismadinata, ST, MT, P.hd dan Pembimbing II : Irma Husnaini, ST, MT
DAFTAR PUSTAKA [1]Afrie, Setiawan. 2011. Mikrokontroler ATMega 8535 dan ATMega 16 Menggunakan BASCOM-AVR. Yogyakarta: ANDI. [2]Wibowo, Ferdi. 2013. Perancangan Mesin Grading Sortir Buah Apel .(online) (http://untukku.com, diakses 20 Desember 2012 [3]Atmel Corporation. 2003. Datasheet AVR. (online). (www.datasheetatmega .com, diakses tanggal 15 Mei 2013) [4]Ikhwan, 2009, Prinsip Kerja Photodioda. (online). (www.ikhwanpcr.blogspot.com. diakses Rabu 26 Agustus 2012) [5]Infrared dan Simbolnya, 2011. (online). (www.repository.usu.ac.id. Diakses 25 Agustus 2012) [6]L293, L293d Quadruple Half-H Drivers. 2012. (www.datasheetcatalog.com) diakses 14 November 2012
(online)
[7]Malvino, Albert Paul. 1999. Prinsip-Prinsip Elektronika. Jakarta: Salemba Teknika.
17
[8]Motor Gear Box. 2010. (online). ( www.anekarobot.com. Diakses 20 Januari 2013) [9]Ogata, Katsuhiko. (1995). Teknik Kontrol Automatis Jilid 1. Jakarta: Erlangga. [10]Petruzella, Frank D. 2001. Elektronika Industri. Edisi ke-2.Yogyakarta : Andy Offset. [11]Spesifikasi Motor DC Power Window. 2011. www.alibaba.com. Diakses 22 Desember 2012) [12]Syahrul. 2012. Informatika.
Mikrokontroler
AVR
ATMega8535.
(online).
(
Bandung:
[13]Teguh Riswanto.2012. Pemograman Mikrokontroler Atmega 8535,(Online) (http://riswanto-teguh.blogspot.com), diakses 5 Jauari 2012.
