Prosiding SNPPTI 2012
ISBN: 2086_2156
Perancangan dan Pembuatan Penetas Telur Berbasis Arduino Dumilanove Yudhi Gunardi Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana Jl. Meruya Selatan, Kembangan, Jakarta Email:
[email protected] Abstrak -Perkembangan teknologi elektronika telah menciptakan suatu kemudahan dalam melakukan pekerjaan terutama yang membutuhkan waktu yang lama sebagai contoh adalah teknologi penetas telur, jika dilaksanakan secara manual maka peternak harus melakukan pemindahan telur secara manual, memantau keadaan suhu yang ditetapkan perjam atau mensetting suhu yang diharapkan dengan melakukan percobaan berkali-kali. Dengan menggunakan alat yang otomatis maka peternak hanya memerlukan waktu sekali saja yaitu meletakkan telur dan meletakkan sensor dalam inkubator telur. Penelitian ini akan membahas tentang perangkat keras dan perangkat lunak yang meliputi Bagaimana merancang alat kontrol pada inkubator penetas telur yang terbuat secara manual kontrolnya menjadi kontrol otomatis yang terdiri dari arduino duemilanove, lampu sebagai sumber panas, sensor panas, layar LCD sebagai pembaca sensor suhu aktual dan kipas sebagai penstabil suhu ruangan. Dari hasil pengujian alat dapat berfungsi dengan baik yaitu suhu dibuat set point 38o C, jika melebihi panasnya > 38o C maka kipas akan hidup untuk menstabilkan suhu menjadi 38o C. Kata Kunci : Penetas telur, arduino. I. PENDAHULUAN Perkembangan teknologi elektronika telah menciptakan suatu kemudahan dalam melakukan pekerjaan terutama yang membutuhkan waktu yang lama sebagai contoh adalah teknologi penetas telur, jika dilaksanakan secara manual maka peternak harus melakukan pemindahan telur secara manual, memantau keadaan suhu yang ditetapkan perjam atau mensetting suhu yang diharapkan dengan melakukan percobaan berkali-kali. Dengan menggunakan alat yang otomatis maka peternak hanya memerlukan waktu sekali saja yaitu meletakkan telur dan meletakkan sensor dalam inkubator telur. Berangkat dari hal tersebut penulis ingin membuat inkubator telur dengan pengaturan suhu dengan menggunakan arduino duemilanove sebagai pusat kendalinya, sensor LM35 sebagai sensor suhu, LCD sebagai penampilnya, Lampu sebagai pemanas dan Kipas sebagai penstabil suhu jika suhu yang
diinginkan berubah Harapannya, hasil penelitian ini akan membantu proses pengeraman telur yang dikerjakan secara otomatis bagi peternak ayam, yang dapat dipakai dari inkubator yang kecil sampai dengan inkubator yang besar. II. DASAR TEORI Suhu Udara di Dalam Penetasan Embrio akan berkembang bila suhu udara di sekitar telur minimal 21 oC namun perkembangan ini sangat lambat. Di bawah suhu udara ini praktis embrio tidak mengalami perkembangan, sehingga penyimpanan telur tetas sebaiknya sama atau dibawah suhu tersebut. Penyimpanan telur tetas dibawah titik beku tidak dianjurkan karena sewaktu telur dikeluarkan dari tempat penyimpanan akan terjadi pengembunan dan permukaan telur berair, sehingga kuman pada kulit telur akan masuk kedalam telur yang menyebabkan pembusukan telur sewaktu ditetaskan, akan sangat menurunkan daya tetas. Suhu yang baik untuk pertumbuhan embrio adalah berkisar diantara 35 - 37oC. Untuk mencapai suhu tersebut sehingga embrio dapat berkembang dengan baik. untuk menjamin embrio mendapatkan suhu yang ideal untuk perkembangan yang normal. Kisaran suhu ini tergantung dari jenis penetasan yang didasarkan atas pengalaman dalam pembuatan penetasan untuk dapat mencapai daya tetas yang baik. Bila suhu penetasan lebih tinggi dari suhu yang dianjurkan maka akan dicapai keadaan: Keadaan ini akan memacu pertumbuhan embrio lebih cepat sehingga sering terjadi perlengketan embrio terutama pembuluh darah dengan selaput dalam klit telur yang menyebabkan kematian embrio. Kalaupun menetas, anak ayam akan menetas lebih cepat dari jadwal menetas ( anak ayam menetas < 21 hari atau anak itik menetas < 28 hari ). Kematian embrio cukup tinggi terutama menjelang menetas. Saat menetas kantong kuning telur belum masuk dengan sempurna kedalam rongga perut anak unggas saat menetas. Keadaan ini akan menyebabkan kematian anak unggas beberapa hari setelah menetas. Anak unggas yang menetas akan lebih ringan dari yang normal, ini menyebabkan 272
Prosiding SNPPTI 2012
ISBN: 2086_2156
menurunnya daya hidup atau pertumbuhan rendah. Secara keseluruhan akan menurunkan daya tetas. Bila suhu penetasan lebih rendah dari yang dianjurkan maka akan dicapai keadaan : Pertumbuhan embrio akan lebih lambat, anak unggas akan sangat basah dan kelihatan agak besar saat menetas akibat terjadinya gangguan penguapan air. Kalaupun anak unggas menetas, daya hidupnya sangat rendah. Anak unggas sering mengalami kesulitan saat menetas, bahkan sering terjadi kematian akibat kemasukan air pada hidungnya. Anak unggas akan menetas melebihi jadwalnya ( > 21 hari bagi anak ayam atau > 28 hari bagi anak itik ). Secara keseluruhan sangat menurunkan daya tetas ( hatchability ). Kelembaban Relatif Penetasan Kelembaban relatif di dalam penetasan adalah sangat penting untuk menjaga kandungan air di dalam telur, yaitu untuk mencegah air di dalam telur jangan terlalu banyak menguap atau keluar dari telur melalui pori - pori telur. Penguapan air dari telur sangat erat dengan suhu ruang di dalam penetasan. Semakin tinggi suhu di dalam ruang penetasan semakin banyak air di dalam telur yang menguap dan sebaliknya. Semakin tinggi kelembaban di dalam telur semakin rendah penguapan air di dalam telur. Hasil terbaik Kelembaban dalam penetasan adalah berkisar antara 60% untuk menetaskan telur ayam atau 5 - 10% lebih tinggi untuk menetaskan telur itik atau saat akan menetas kelembaban dinaikkan menjadi 70% untuk menetaskan telur itik. Kelembaban dapat diukur dengan hygrometer atau dengan menggunakan thermometer basah (wetbulb temperature ) yaitu pada kisaran suhu 75 - 95% akan menunjukkan kelembapan diantara 33 - 70% untuk daerah dingin. Pengaruh kelembaban terlalu tinggi Akan mempersulit penguapan air dari dalam telur, dan mengganggu pengeluaran CO2 dari dalam telur sehingga kandungan CO2 yang banyak di dalam telur dapat membunuh embrio. Kulit telur akan lembab sehingga mempermudah tumbuh jamur ataupun kuman salmonella yang masuk kedalam telur dan membunuh embrio. Anak ayam akan menjadi gemuk namun tak sehat, ataupun anak ayam akan mengalami kesulitan di dalam mematuk kulit telur dan bahkan air masuk kedalam hidung dan dapat mematikan anak ayam. Secara keseluruhan akan menurunkan daya tetas. Pengaruh kelembaban terlalu rendah Air terlalu banyak menguap dari dalam sehingga sering terjadi perlengketan embrio pembuluh darah sembrio lengket dengan selaput telur yang dapat menyebabkan kematian
telur atau kulit anak
unggas. Embrio mengalami kesulitan berotasi dalam mencari posisi memecah kulit telur. Anak unggas yang menetas akan kelihatan kurus sehingga akan mengalami gangguan pertumbuhan. Sangat menurunkan daya tetas. Kesegaran Udara Dalam perkembangan embrio akan banyak memerlukan oksigen (O2) dan memerlukan gas CO2. Konsentrasi ke-2 gas ini akan sangat mempengaruhi perkembangan embrio ataupun daya tetas. Kandungan O2 diudara yang baik adalah sekitar 21% yang baik bagi perkembangan embrio di dalam penetasan. Penurunan O2 sebanyak 1 % akan menurunkan daya tetas sebanyak 5%. Kelebihan O2 didalam udara juga akan menurunkan daya tetas, akan tetapi embrio akan lebih toleran kelebihan O2 dari pada kekurangan. Dengan membuat ventilasi ataupun menggunakan kipas angin, kesegaran udara di dalam penetasan dapat dijamin. Penetasan yang dilakukan di daerah pegunungan yang kandungan oksigennya rendah sering mangalami kesulitan didalam mendapatkan O2 yang cukup. Kandungan CO2 dalam penetasan jangan lebih dari 0,5%. Kandungan CO2 sampai 2% akan sangat menurunkan daya tetas dan bila mencapai 5% akan menyebabkan anak ayam tidak menetas. Untuk menghindarkan terjadinya tersebut (CO2 lebih dari 0,5%), hendaknya penetasan jauh dari jalan raya atau jauh dari jalan yang ramai kendaraan bermotor. Arduino Arduino adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source yang di dalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel. Mikrokontroler itu sendiri adalah chip atau IC (integrated circuit) yang bisa diprogram menggunakan komputer. Tujuan menanamkan program pada mikrokontroler adalah agar rangkaian elektronik dapat membaca input, memproses input tersebut dan kemudian menghasilkan output sesuai yang diinginkan. Jadi mikrokontroler bertugas sebagai ‘otak’ yang mengendalikan input, proses dan output sebuah rangkaian elektronik. Arduino menggunakan chip AVR ATmega 168/328 yang memiliki fasilitas PWM, komunikasi serial, ADC, timer, interupt, SPI dan I2C. Sehingga Arduino bisa digabungkan bersama modul atau alat lain dengan protokol yang berbeda-beda. Ukuran board Arduino cukup kecil, mudah di bawah kemanamana bersama laptop atau dimasukan ke dalam saku.Walaupun bahasa pemrograman Arduino adalah bahasa C/C++, tetapi dengan penambahan library dan fungsi-fungsi standar membuat pemrograman Arduino lebih mudah dipelajari dan lebih manusiawi.
273
Prosiding SNPPTI 2012
ISBN: 2086_2156
Gambar 2. LM 35 Sebagai Sensor Suhu
Gambar 1.Bentuk fisik Arduino duemilanove Tersedia library yang sangat banyak untuk menghubungkan Arduino dengan macam-macam sensor, aktuator maupun modul komunikasi. Misalnya library untuk mouse, keyboard, servo, GPS, dsb. Berhubung Arduino adalah open source, maka librarylibrary ini juga open source dan dapat di download gratis di website Arduino. Dengan bahasa yang lebih mudah dan adanya library dasar yang lengkap, maka mengembangkan aplikasi elektronik relatif lebih mudah. Contoh, kalau kita ingin membuat sensor suhu. Cukup membeli sebuah IC sensor suhu (misalnya LM35) dan menyambungkan ke Arduino. Kalau suhu tersebut ingin ditampilkan pada LCD, tinggal membeli sebuah LCD dan menambahkan library LCD pada program yang sama, dan seterusnya. Arduino tidak membuat bahasa pemrograman khusus, melainkan menggunakan Bahasa C yang sudah ada, lebih tepatnya adalah Bahasa C yang menggunakan compiler AVR-GCC (AVR GNU CCompiler). Bahasa C adalah bahasa yang sangat lazim dipakai sejak awal-awal computer diciptakan dan sangat berperan dalam perkembangan software. Baterai / Adaptor Soket baterai atau adaptor digunakan untuk menyuplai Arduino dengan tegangan dari baterai/adaptor 9V pada saat Arduino sedang tidak disambungkan ke komputer. Kalau Arduino sedang disambungkan ke komputer melalui USB, Arduino mendapatkan suplai tegangan dari USB, jadi tidak perlu memasang baterai/adaptor saat memprogram Arduino. Sensor Suhu IC LM35 Untuk mendeteksi suhu digunakan sensor suhu LM35 yang dapat dikalibrasi langsung, LM35 ini difungsikan sebagai basic temperature sensor. Sensor suhu adalah suatu alat untuk mendeteksi atau mengukur suhu pada suatu ruangan atau system tertentu yang kemudian diubah keluarannya menjadi besaran listrik, misalnya LM35.
LM35 merupakan sensor temperature yang paling banyak digunakan untuk praktek, karena selain harganya cukup murah juga linearitasnya lumayan bagus. LM35 tidak membutuhkan kalibrasi eksternal yang menyediakan akurasi + - 1/4 ˚C temperature ruangan +- ¾ ˚C pada kisaran – 55 ˚C sampai +150 ˚C. Sensor suhu LM35 berfungsi untuk mengubah besar fisis yang berupa suhu menjadi besaran elektrik tegangan. Sensor ini memiliki parameter bahwa setiap kenaikan 1 ˚C tegangan keluarannya naik sebesar 10mV dengan batas maksimal keluaran sensor adalah 1,5V pada suhu 150 ˚C
Gambar 3. Bentuk fisik LM35 LM35 memiliki impedansi keluaran yang rendah, keluaran yang linier, dan sifat ketepatan dalam pengujian membuat interface untuk membaca atau mengontrol sirkuit lebih mudah. Pin V+ dari LM35 dihubungkan ke catu daya, pin GND dihubungkan ke Ground gan pin Vout – yang menghasilkan tegangan analog hasil pengindera suhu dihubungkan ke Vin (+) dan ADC 0840. Aplikasi Program Arduino IDE Ketika kita membuka program Arduino IDE (Integrated Development Enviroment ), akan terlihat serupa dengan tampilan Gambar 4 dibawah ini. Jika kita menggunakan Windows atau Linux, akan terlihat perbedaan, tetapi pada dasarnya IDE (Integrated Development Enviroment ) akan sama tidak perduli Operasi Sistemnya apa yang digunakan.
274
Prosiding SNPPTI 2012
ISBN: 2086_2156
Gambar 7. Rangkaian penetas telur otomatis
Gambar 4. Tampilan program IDE
Gambar 5. Tampilan Tool Bar prgram Untuk memulai Serial Monitor, tekan tombol Serial Monitor dan untuk menghentikan tekan tombol Stop. Pada Linux, Arduino akan me-reset sendiri ketika meng-klik tombol Serial Monitor. Untuk mengoprasikan atau menggabungkan Arduino pada PC ( Personal Computer ), kita dapat menggunakan program – program seperti Processing, Flash, MaxMSP, Visual Basic, dan lain – lain. III. PERANCANGAN SISTEM Diagram Blok Sistem Secara umum inkubator telur terdiri dari blok rangkaian utama. Blok diagram dari rangkaian dapat dilihat dari gambar berikut ini :
Gambar 6. Blok diagram rangkaian penetas telur otomatis Dari diagram blok di atas menggambarkan bahwa sistem dirancang akan mengukur suhu pada suatu ruangan dengan menggunakan sensor LM35 Ketika sensor telah mendapatkan suhu yaitu dengan menerjemahkan sifat fisis suhu menjadi sinyal listrik yaitu perubahan tegangan output sensor, maka kemudian output ini dibaca oleh arduino dan kemudian data dikalkulasikan dengan rumusan tertentu sehingga pada tahap berikutnya sistem dapat menentukan apakah suhu inkubator sudah sesuai atau belum. Jika suhu terlalu panas maka kipas akan diaktifkan tetapi apabila suhu masih dibawah nilai yang ditetapkan maka lampu akan dihidupkan. Nilai suhu yang sedang di pantau oleh sensor akan ditampilkan ke display LCD.
Rangkaian Power Supply Rangkaian power supply berasal dari rangkaian utama arduino berfungsi mensupplay arus dan tegangan ke seluruh rangkaian yang ada. Rangkaian power supply ini, yaitu 5 digunakan untuk mensupplay tegangan ke seluruh rangkaian atau dengan kata lain menghidupkan seluruh rangkaian. Rangkaian Driver Kipas Untuk mengendalikan kipas tidak dapat langsung dikendalikan arduino tetapi terlebih dahulu harus melalui driver. Driver ini pengendali dengan menggunakan relay, sehingga kipas yang dikendalikan dapat menggunakan arus AC atau DC tanpa perlu khawatir akan merusak arduino. Keluran dari mikrokontroler akan masuk ke basis transistor NPN C945, sehingga jika keluaran arduino high maka transistor akan satu rasi, sehingga arus akan mengalir dari Vcc masuk ke kolektor dan diteruskan ke emitter. Ketika relay bekerja maka tegangan 12V DC akan disalurkan dan kipas akan menyala. Perancangan Sensor Suhu LM35 Sensor LM35 memiliki tegangan kerja 5 Volt namun outputnya hanya antara 0,01V sampai 1,00V mengingat LM35 yang digunakan adalah dari seri DZ sehingga range pengukuran hanya berkisar antara 0100C dengan perubahan sebesar 10mV per 1C. Perancangan Layar LCD Sambungkan LCD RS pin ke pin 12 Arduino Sambungkan LCD enable pin ke pin 11 Arduino Sambungkan LCD pins D4 s.d D7 ke pin 5 s.d 2 A rduino Sambungkan LCD +5 dan ground ke pin +5V dan ground Arduino Sambungkan LCD Vo pin ke potensiometer. Guna potensiometer ini adalah untuk mengatur kontras LCD Sambungkan IC LM35 bagian output (Kaki tengah ) ke pin A0 (Analog input pin 0) Pin 13 arduino sebagai output, jika temp >=37 dera jat Pin 13 logik 1
275
Prosiding SNPPTI 2012
ISBN: 2086_2156 Box Inkubator Penetas telur. Box dibuat dengan ukuran 30 x 30 Cm dengan meletakkan telur ditengah-tengah box
Gambar 8. Rangkaian Layar LCD Lampu Pijar Pada Inkubator ini digunakan lampu pijar sebagai pencahayaan sekaligus sebagai pemanas di dalam inkubator. Jika suhu pada inkubator terlalu panas maka kipas akan diaktifkan tetapi apabila suhu masih dibawah nilai yang ditetapkan maka lampu akan dihidupkan. Inkubator telur otomatis ini menggunakan 2 buah lampu yang berfungsi sebagai pemanas, sehingga Inkubator akan bekerja secara otomatis. Flowchart Gambar dibawah menunjyukkan saat suhu lebih dari 37OC maka kipas akan hidup untuk menstabilkan sampai didapat suhu yang diharapkan yaitu 370C.
Gambar 9. Flowchart
Gambar 10. Gambar box penetas telur otomatis List Program List program keseluruhan system adalah sebagai berikut: #include "LiquidCrystal.h"; // Inisialisasi LCD dan menentukan pin yang dipakai LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2); // deklarasi variabel float tempC; int tempPin = 0; void setup() { pinMode(13,OUTPUT); // Serial.begin(9600); // Set jumlah kolom dan baris LCD lcd.begin(16, 2); // Tulis Temperatur di LCD lcd.print("Temperatur:"); } void loop() { // Set cursor ke kolom 0 dan baris 1 // Catatan: Baris dan kolom diawali dengan 0 lcd.setCursor(0, 1); // baca data dari sensor tempC = analogRead(tempPin); // konversi analog ke suhu tempC = (5.0 * tempC * 100.0)/1024.0; // tampilkan ke LCD lcd.print(tempC); // Serial.println(tempC); if(tempC>=30) //jika temperatur >=37 derajat digitalWrite(13,HIGH); else digitalWrite(13,LOW); delay(2000); // berhenti 2 detik untuk menunggu perubahan temperatur }
276
Prosiding SNPPTI 2012
ISBN: 2086_2156
IV. PENGUJIAN RANGKAIAN Dalam pengujian rangkaian ini akan diungkapkan dan menguraikan mengenai persiapan komponen komponen dan peralatan yang dipergunakan serta langkah- langkah praktek, kemudian menyiapkan data hasil pengukuran yang didapat dari hasil pengukuran. Pelaksanaan pendataan dengan menggunakan sebuah rangkaian dan dilakukan secara berulang-ulang supaya dihasilkan data yang benar-benar tepat. Sebelum melakukan pendataan terlebih dahulu mempelajari alat tersebut kemudian menentukan titik pengukuran. Adapun hasil pendataan ini akan dijadikan perbandingan dengan teori yang menunjang. Persiapan perangkat keras dan perangkat lunak Sebelum membuat rangkaian yang akan digunakan sebagai pendataan bahan ilmiah, terlebih dahulu mempersiapkan alat yang diperlukan sebagai penunjang pada saat melakukan pengujian pada rangkaian. Adapun alat dan bahan yang diperluakan adalah sebagai berikut : 1. Satu buah sensor suhu LM35. 2. Kabel USB ( Universal Serial Bus ). 3. Arduino duemilanove. 4. Kipas.
Dari hasil pengujian diketahui tegangan keluaran sensor naik sebesar 50mV untuk setiap 5°C atau 10mV/°C, maka sensor telah bekerja dengan baik dan kipas dapat berjalan sesuai dengan yang diinginkan V. KESIMPULAN Dari hasil perancangan, pengamatan dan pengujian alat pengontrol suhu menggunakan LM35 dan Arduino untuk kontrol inkubator mesin penetas telur, maka dapat diambil kesimpulan bahwa sistem dan setiap rangkaian bekerja dengan baik sesuai dengan yang dirancang. DAFTAR PUSTAKA Jasa, Lie Pemanfaatan mikontroller ATMEGA163 pada prototipe mesin penetas telur ayam Teknologi Elektro Vol. 5 No. 1 Januari – Juni 2006. Ferry, B, Paimin, Membuat dan mengelola mesintetas, Penebar Swadaya. Jakarta 2003. Nuryanthi, Tutik, Ir, M.P, Dkk. Menetaskan Telor Penebar Swadaya, Jakarta, 2000. Soedjarwo, Edwin. Membuat Mesin Tetas Sederhana. Penebar Swadaya, Jakarta 1995.
Pengujian setiap blok Sebelum melaksanakan pendataan pada rangkaian terlebih dahulu memeriksa hubungan hubungan pada rangkaian. Langkah selanjutnya adalah menentukan test point untuk pengujian pada rangkaian yang akan didata. Adapun proses pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut : Pengujian sensor LM 35 Sensor suhu LM35 diuji dengan cara memberikan catu 5V dan memberikan pemanasan secara tidak langsung, sedangkan tegangan keluaran langsung diamati dengan voltmeter. Dari pengujian didapatkan data sebagai berikut. Tabel 1. Hasil pengujian sensor LM 35 Suhu
Tegangan Keluaran
Suhu inkubator
Kipas
35 0 C
0.35
35 0 C
Mati
0
0
36 C
0.40
36 C
Mati
37 0 C
0.45
37 0 C
Mati
0
38 C 0
39 C
0.51 0.55
0
Nyala
0
Nyala
38 C 39 C
277
