RANCANG BANGUN MESIN PENGERING KAYU YANG DIKENDALIKAN DENGAN MIKROKONTROLER

RANCANG BANGUN MESIN PENGERING KAYU YANG DIKENDALIKAN DENGAN MIKROKONTROLER Rochmad Yunus Bachtiar – 2206 030 068 Animit Surya Nugroho - 2206 039 006 [email protected] PROGRAM STUDI D3 TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Abstrak Pengeringan kayu merupakan salah satu bagian terpenting dalam proses produksi pembuatan mebel. Untuk proses pengeringan kayu, biasanya menggunakan pengeringan secara alami dengan bantuan sinar matahari. Dengan adanya mesin pengering kayu, proses produksi pembuatan mebel tidak akan membutuhkan waktu yang lama. Tugas akhir ini merancang mesin pengering kayu secara otomasi yang dikendalikan dengan mikrokontroler. Pembuatan mesin pengering kayu ini adalah penyempurnaan pada mesin sebelumnya. Kelemahan dari mesin sebelumnya terletak pada pengaturan temperatur dan kelembaban yang tidak dapat dipilih secara manual,sehingga apabila ada perubahan pada bagan pengeringannya maka akan merubah dari program keseluruhannya. Namun pada alat ini sudah disertai dengan database pengeringan dari lima kayu. Dalam mengoperasikan cukup mudah karena hanya memilih menu kayu dan memberikan setting pada temperatur dan kelembaban. Untuk mengetahui penurunan dari kadar air ditentukan dengan mengukur kadar air kayu dengan alat pengukur kadar air. Rata–rata penurunan kadar air dari lima jenis kayu yang dikeringkan sebesar 16,4 % dan membutuhkan waktu 237 menit dengan kadar air awal tidak lebih dari 60 %. Dan rata– rata nilai persen kesalahan pada saat proses pengeringan pada lima kayu sebesar 2,47 % untuk temperatur dan 5,97 % untuk kelembaban. Kata kunci: Pengering Kayu, Mikrokontroler, Temperatur, Kelembaban,Kadar Air.

1. Pendahuluan Pengeringan kayu merupakan salah satu bagian terpenting dalam proses produksi pembuatan mebel. Untuk proses pengeringan kayu, biasanya menggunakan pengeringan secara alami dengan bantuan sinar matahari. Dengan adanya mesin pengering kayu, proses produksi pembuatan mebel tidak akan membutuhkan waktu yang lama. Pembuatan alat tugas akhir ini pengembangan dari tugas akhir semester sebelumnya milik Moch. Hudha Lesmana dengan judul pengaturan temperatur dan kelembaban pada alat pengering kayu menggunakan mikrokontroler [ 1]. Dimana kelebihan dari tugas akhir kami ini terletak pada pemilihan menu kayu yang lebih bervariasi, tetapi dalam tugas akhir ini kami mengambil contoh hanya 5 kayu. Pengengoperasian alat tugas akhir ini lebih mudah. Karena hanya memilih menu kayu dan memberikan rentang suhu dan kelembaban melalui potensiometer dan secara otomasi pengeringan akan berlangsung sesuai dengan program dari database yang terdapat di dalam mikrokontroler. Kami juga membuat beberapa indikator led untuk mewakili tiap menu kayu.

Dan Pengeringan kayu pada alat sebelumnya yang hanya mengacu pada suhu dan kelembaban, tetapi pada alat kami telah mengacu pada tiap karakteristik kayu atau sesuai dengan suhu, kelembaban dan kadar air. 2. Teori Penunjang Dalam bab ini membahas mengenai teori penunjang dan teori dasar dari peralatanperalatan yang digunakan dalam alat sistem pengaturan temperatur dan kelembaban pada sistem pengeringan kayu menggunakan mikrokontroler. 2.1 Temperatur Udara. [2] Temperatur udara adalah keadaan udara oleh berbagai faktor menyebabkan udara bersifat panas, dingin, atau ditengahnya. Berbagai faktor tersebut adalah kepadatan molekul dalam udara, gerak, molekul, dan energi yang dilepaskan oleh molekul. Temperatur udara dapat diukur dengan 4 (empat) satuan derajat yaitu Kelvin (K), Celcius (C), Fahrenheit (F), dan Reamur (R). 2.2 Kelembaban Udara. [2] Istilah kelembaban menjelaskan fakta bahwa atmosfer dapat mengandung uap air. Tingkat kelembaban yang terdapat di udara bervariasi karena sejumlah faktor. Dua faktor penting adalah penguapan dan kondensasi. Ketika atmosfer berada diatas lautan, sejumlah besar air akan menguap ke atmosfer. Proses ini disebabkan terutama oleh penyerapan radiasi matahari dan pembangkitan panas pada permukaan laut. Dalam atmosfer kita, uap air diubah kembali menjadi bentuk cair ketika massa air kehilangan energi panas dan mendingin. Proses ini bertanggung jawab atas pembentukan awan dan juga menghasilkan hujan yang turun ke permukaan bumi. 2.3 Dasar Pengeringan Kayu. [3],[4],[5] Prinsip-prinsip proses pengeringan buatan sebenarnya diambil dari proses pengeringan alami (natural). Pengeringan alami dapat dikategorikan dalam dua kelompok, yaitu pengeringan langsung dengan matahari (metode radiasi) dan pengeringan tidak langsung, di bawah atap (metode konveksi). 2.3.1 Pengeringan Langsung (Metode Radiasi). Pengeringan langsung menggunakan energi radiasi thermal sinar matahari untuk mengabsorbsi air dalam kayu agar menjadi uap air. Daya absorbsi radiasi panas ini banyak dipengaruhi juga oleh tingkat

Proceeding Tugas Akhir – Bidang Studi Komputer Kontrol Program Studi D3 Teknik Elektro – FTI - ITS

1

kelembaban udara di sekitar. Akan tetapi bila udara lembab panas, keringnya lebih lambat. Contoh nyata sehari-hari adalah pakaian basah yang dijemur di bawah terik matahari penuh, terdapat perbedaan kondisi antara sehabis hujan malam hari sebelumnya (tanah lembab) dan musim kemarau (tanah kering).

keluarannya adalah 10 mV / C. Tiap kenaikan 1 C akan menghasilkan kenaikan tegangan sebesar 10 mV. Prinsip kerja dari sensor ini adalah suhu lingkungan di ubah menjadi tegangan oleh rangkaian di dalam IC. Dimana perubahan suhu berbanding lurus dengan perubahan tegangan .

2.3.2 Pengeringan Tidak Langsung (Metode Konveksi). Kadang kita mendapatkan hari-hari yang mendung pada siang hari. Juga harus dibedakan antara mendung sesudah hujan dan mendung sebelum hujan. Mendung sebelum hujan biasanya kondisi udara sangat panas, terutama bila tidak ada angin. Udara menjadi panas karena pengaruh perambatan gelombang panas pada udara (konveksi). Demikian pula pengaruhnya pada sistem pengeringan, kayu dapat diletakkan di bawah atap. Bila udara di sekitar panas dan kering, kayu akan kering juga. Daya absorbsi udara ini dipengaruhi oleh geseran udara (angin). 2.4 Pengering Kayu Konvensional (Conventional Kiln Dryer), [3],[4],[5] Oven pengering kayu konvensional paling banyak digunakan dalam industri kayu. Oven inilah yang dinilai paling mudah pengoperasiannya, efisiensi dan paling rendah biaya operasinya. Pada prinsipnya, oven konvensional dapat dibagi menjadi beberapa bagian, yaitu: 1. Bangunan oven . 2. Ruang kontrol , lengkap dengan peralatan kontrol utamanya. 3. Perlengkapan oven (kiln equipment). 4. Peralatan penunjang lainnya, misalnya : a. Sistem bongkar muat (charging system). b. Sistem sumber catu panas (heater plant). c. Alat kontrol kadar air (M.C. tester). Ada dua macam kipas pada sistem utama oven konvensional, yaitu : 1. Sistem kipas aksial (axial fans), biasanya kapasitas muatnya diatas 25 m3 – 250 m3. 2. Sistem kipas radial (radial fans), kapasitas muatnya dibawah 25 m3. Perbedaan sistem ini sebenarnya berkaitan dengan penghematan biaya operasional sesuai dengan tujuan usaha. Industri interior (mebel kecil) disarankan untuk menggunakan oven pengering dengan kapasitas 25 m3, atau maksimal 35 m3 sekali muat. Untuk industri pengerjaan kayu (woodworking), dapat menggunakan yang diatas di atas 25 m3, minimal 50 m3 sekali muat. Perbedaan kedua macam sistem kipas ini tidak banyak mempengaruhi prinsip kerja utama, hanya untuk menekan biaya investasi dan untuk meratakan putaran sirkulasi udara dalam ruang oven dengan kecepatan kirakira 2m/detik.

2.5 Sensor LM35 [6] Integrated circuit temperature sensor terdapat dua jenis yaitu: Seri LM34 dalam skala fahrenheit dan Seri LM35 dalam skala Celcius. Pada seri LM35 ini tegangan

. Konfigurasi LM 35

Bentuk Fisik sensor Temperatur LM35 2.6 Sensor RHK1AN [1],[7] Sensor RHK1AN adalah salah satu sensor untuk mengukur tingkat kelembaban udara. Tegangan keluaran dari sensor ini adalah resistansi. Resistansi di-input-kan ke rangkaian signal conditioning untuk membangkitkan sinyal tegangan. Jadi melalui rangkaian ini, akan didapatkan hubungan yang linier antara resistansi sensor dengan tegangan keluaran.

Bentuk Fisik Sensor Kelembaban RHK1AN 2.7 Mikrokontroler.[8] AVR merupakan seri mikrokontroler CMOS 8bit buatan Atmel, berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer). Hampir semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus. AVR mempunyai 32 register general-purpose, timer/counter fleksibel dengan mode compare, interrupt internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, dan mode


2

power saving, ADC dan PWM internal. AVR juga mempunyai In-System Programmable Flash on-chip yang mengijinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI. ATMEGA32 ATMEGA32 mempunyai throughput mendekati 1 MIPS per MHz membuat disain sistem untuk mengoptimasi konsumsi daya versus kecepatan proses. Beberapa keistimewaan dari AVR ATMEGA32 antara lain: 1. Advanced RISC Architecture • 130 Powerful Instructions – Most Single Clock Cycle Execution. • 32 x 8 General Purpose Fully Static Operation. • Up to 16 MIPS Throughput at 16 MHz. • On-chip 2-cycle Multiplier. 2. Nonvolatile Program and Data Memories • 8K Bytes of In-System Self-Programmable Flash • Optional Boot Code Section with Independent Lock Bits • 512 Bytes EEPROM • 512 Bytes Internal SRAM • Programming Lock for Software Security 3. Peripheral Features • Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare Mode • Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare Modes • One 16-bit Timer/Counter with Separate Prescaler, Compare Mode, and Capture Mode • Real Time Counter with Separate Oscillator • Four PWM Channels • 8-channel, 10-bit ADC • Byte-oriented Two-wire Serial Interface • Programmable Serial USART 4. Special Microcontroller Features • Power-on Reset and Programmable Brown-out Detection • Internal Calibrated RC Oscillator • External and Internal Interrupt Sources • Six Sleep Modes: Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-down, Standby and Extended Standby 5. I/O and Package • 32 Programmable I/O Lines • 40-pin PDIP, 44-lead TQFP, 44-lead PLCC, and 44-pad MLF 6. Operating Voltages • 2,7- 5,5V for ATMEGA32L • 4,5 – 5,5V for ATMEGA32 Pin-pin pada ATMEGA32 dengan kemasan 40-pin DIP (dual in-line package) ditunjukkan oleh Gambar 2.4. Guna memaksimalkan performa, AVR menggunakan arsitektur Harvard (dengan memori dan bus terpisah untuk program dan data).

Gambar 2.4 Pin-pin ATMEGA32 kemasan 40pin 3. Perancangan dan Pembuatan Alat. Pada tugas akhir yang membuat mesin pengering kayu yang dikendalikan dengan mikrokontroler dalam pengerjaannya memiliki tiga tahap, yaitu perancangan perangkat mekanik, perancangan perangkat keras dan perancangan perangkat lunak. Perancangan perangkat mekanik meliputi perancangan ruang pengering kayu yang berbentuk seperti oven, yang di dalamnya terdiri dari dua ruang. Yaitu ruang pengeringan dan ruang kontrol. Dalam proses awal pembuatan ditentukan terlebih dahulu bahan pembuatan rangka, bahan pembatas dinding, penentuan letak sensor temperatur, sensor kelembaban, elemen pemanas, dan kipas. Sehingga perancangan dapat sesuai dengan aturan pembuatan alat yang terdapat pada literatur tentang pengeringan kayu. Pada perancangan perangkat keras meliputi perancangan rangkaian signal conditioning untuk sensor temperatur (LM35 ), rangkaian sistim minimum mikrokontroler ATmega 32L, rangkaian relay. Untuk perancangan perangkat lunak meliputi program yang dibuat dengan bahasaC yang di download ke mikrokontroler ATmega 32L dengan mengunakan program codevision AVR C compiler. ATmega 32L ini di fungsikan untuk mengontrol temperatur dan kelembaban pada ruang pengeringan (oven) serta terdapat program database yang berisi tentang pengeringan dari lima kayu. 3.1 Perancangan Perangkat Mekanik Dalam merancang perangkat mekanik ini merupakan perancangan miniatur yang berbentuk seperti oven. Perancangan miniatur oven pengering kayu ini disesuaikan dengan kondisi yang diperlukan untuk pengeringan kayu yang dapatditampung. Dalam pembuatan ini di sesuaikan literatur pengeringan kayu dimana sirkulasi udara dalam ruangan dapat terjaga. Dan kerapatan pada ruang pengeringan juga di perhatikan, karena kerapatan ruangan pada pengering kayu ini mempengaruhi temperatur dan kelembaban. Oleh karena itu pada miniatur oven ini dibuat dengan rapat agar temperatur dan kelembaban di dalamnya dapat dipertahankan.


3

3.1.1 Perancangan Kotak. Dalam merancang rangka dari miniatur yang berbentuk oven ini buat dengan bentuk kotak dan terdiri dari dua ruangan yaitu ruang pengeringan dan ruang kontrol. Pada ruang kontrol ini merupakan ruangan untuk peralatan elektronik.Ruang kontrol terletak di sebelah kiri jika dilihat dari depan dan dapat dibuka dari samping kiri, pada miniatur oven ini ruang kontrol dibuat lebih lebar dari alat tugas akhir sebelumnya karena untuk memudahkan pengecekan rangkaian elektronik atau memperbaiki pada saat terjadi kerusakan pada rangkaian elektronik. Kotak terbuat dari papan mika (acrylic) dan seng dengan kerangka dari besi siku berlubang. Kerangka berukuran 60cm x 55cm x 30cm. Bahan dasar mika (acrylic) digunakan agar tampilan menjadi bagus dan bahan seng ini kami pilih dengan alasan bahan tersebut menghantarkan panas sehingga panas dalam ruang pengering (oven) lebih terfokus dan lebih merata. Desain kerangka kotak dapat dilihat pada Gambar 3.1.

20 cm

melalui celah – celah kayu.Pada bagaian atas dan samping kanan oven dibuat berlubang, karena di fungsikan sebagai tempat pemasangan dari kipas DC. Pada kipas DC ini berfungsi untuk menjaga temperatur dan kelembaban agar terjaga dengan baik. Pada tampilan depan pada minitatur oven ini menggunakan papan mika bening dengan tujuan dapat milihat proses pengeringan, pada bagian depan ruangan kontrol terdapat indikator yang berupa lampu LED serta tempat menepelnya LCD dan Keypad maupun potensiometer sebagai pemilihan rentang suhu dan kelembaban yang di inginkan. Sehingga dalam pengoperasiannya menjadi lebih mudah. Untuk pintu juga terbuat dari papan mika, yang berbeda antara ruang oven dan ruang kontrol, ruang oven terletak di bagian depan dan ruang kontrol terletak disebelah kiri. Untuk pintu ruang kontrol hanya menggunakan papan mika yang di sertai dengan engsel , bertujuan untuk mempermudahkan melakukan perbaikan alat jika terdapat kerusakan atau mengatur ulang

45 cm 55 cm 1 4

2 5

7

*

3 6

8

0

A B

9

#

C

D

30 cm 60 cm Gambar 3.1 Kerangka Kotak.

Rangka yang berbentuk Kotak ini berdinding dari bahan seng dimana bagian dari ruang pengering (oven) pada bagian atas, kanan, kiri dan belakang terdiri dari lapisan seng. Dimana lapisan dalam menggunakan seng, ini bertujuan untuk menjaga suhu dalam ruangan oven agar tidak terpengaruh oleh suhu di luar. Pemasangan papan mika dan seng ini dapat dilihat pada Gambar 3.2. 60cm

45cm

30cm Gambar 3.2 Pemasangan Papan Mika Bening dan Seng untuk Dinding Kotak.

Bagian bawah pada ruang pengering dibuat berlubang, karena di fungsikan sebagai tempat pemasangan heater atau pemanas dan dibawah heater di sertakan kipas AC 220 Volt. Kipas dan heater di jadikan satu tempat dalam pemasangan karena di inginkan panas yang merata pada ruang pengering. Sehingga hasil pengeringan dapat sesuai dengan yang di harapkan dan sirkulasi udara dapat masuk

Gambar 3.3 Miniatur Oven keseluruhan.

3.2 Perancangan Perangkat Keras. Dalam merancang perangkat keras pada alat tugas akhir ini meliputi perancangan rangkaian signal conditioning untuk sensor temperatur (LM35), rangkaian mikrokontroler ATmega 32L, rangkaian relay. 3.2.1 Cara Kerja Sistem. Penjelasan cara kerja keseluruhan dari operasi kerja pada alat tugas akhir ini akan disajikan pada paragraph selanjutnya di bawah ini beserta diagram fungsional proses kerja secara keseluruhan dapat di ilustrasikan pada Gambar 3.4 dengan ulasan cara kerja sebagai berikut : Tegangan dari keseluruhan sistem disuplai dari power supply. Saat power supply terhubung ke tegangan AC 220V, sistem ini juga memiliki back up kelistrikan yang menggunakan baterai 9 Volt yang terhubung ke mikrokontroler dan lcd sehingga diharapkan data yang tersimpan ke mikrokontroler tidak hilang karena terputusnya listrik. Sebagai permulaan, mikrokontroler akan menampilkan menu kayu yang akan di pilih. Dimana sistem ini memiliki enam menu kayu yang dapat dipilih dan satu menu untuk sebagai demo alat. Pemilihan menu tersebut menggunakan keypad 4 x 4 . keypad 4 x 4 terdapat 6 pilihan kayu pilihan kayu ini berdasarkan literatur yang kami miliki. Sehingga sistem ini memiliki database tentang pengeringan dari enam jenis kayu dan kelembaban enam jenis kayu. Dan di


4

lanjutkan dengan memberikan rentang suhu dan kelembaban melalui potensiometer. Pemberian rentang suhu dan kelembaban ini berfungsi untuk menentukan tingkat dari pengeringan kayu pada tiap – tiap jenis kayu. Berikut database enam jenis kayu dalam sistem ini : Tabel 3.1 Bagan Pengeringan Kayu Gmelina [9] Kadar air (%) Suhu ( °C ) Kelembaban (%) Segar / Basah ~ 60 82 70 70 ~ 50 65 75 50 ~ 30 70 68 30 ~ 20 75 39 20 ~ 15 80 39 ≤ 15 85 – 90 32 Tabel 3.2 Bagan Pengeringan Kayu Mindi [9] Kadar air (%) Suhu ( °C ) Kelembaban (%) Segar ~ 35 50 80 35 ~ 30 50 71 30 ~ 25 55 72 25 ~ 20 60 62 20 ~ 15 65 54 ≤ 15 75 - 82 43 Tabel 3.3 Bagan Pengeringan Kayu Sengon Umur Tanaman ± 8 Tahun [9] Kadar air (%) Suhu ( °C ) Kelembaban (%) Segar ~ 40 40 70 40 ~ 25 50 67 25 ~ 20 55 58 20 ~ 15 60 52 ≤ 15 65 - 70 47 Tabel 3.4 Bagan Pengeringan Kayu Mangium [9] Kadar air (%) Suhu ( °C ) Kelembaban (%) Segar ~ 40 40 70 40 ~ 25 50 67 25 ~ 20 55 58 20 ~ 15 60 52 ≤ 15 70 47 Tabel 3.5 Bagan Pengeringan Kayu Rasamala [9] Kadar air (%) Suhu ( °C ) Kelembaban (%) Segar ~ 40 38 86 40 38 80 35 38 73 30 43 67 25 49 60 20 54 48 ≤ 15 60 38 Dari Tabel 3.1 sampai dengan Tabel 3.5 pengeringan pada tiap kayu yang terdapat diatas, dibuatlah program database yang kemudian program tersebut di Masukan ke mikrokontroler ATmega 32L dengan bantuan program codevision C Compiler. Sehingga mikrokontroler tersebut dapat melakukan monitoring suhu beserta kelembabannya berdasarkan literatur database diatas.

LCD

Mikrokontroler

Setting

ADC

Driver

Elemen Pemanas

Driver

Kipas

Buffer

Sensor

Gambar 3.4 Diagam Fungsional Rangkaian Keseluruhan.

3.2.2 Power Supply. Untuk men-supply tegangan ke rangkaian, kami menggunakan power supply saklar otomatis (SwitchedMode Power Supply), merk A-Case tipe LC 200C, dikarenakan power supply tersebut menghasilkan tegangan konstan yang akan di berikan ke rangkaian dengan keluaran tegangan +5 Volt, +12 Volt, -12 Volt. Spesifikasi dari power supply ini dapat dilihat pada Tabel 3.7 Tegangan +5 Volt digunakan untuk mencatu rangkaian mikrokontroler ATmega32L, LCD dan rangkaian relay. Tegangan +12 Volt dan -12 Volt digunakan untuk mencatu rangkaian signal conditioning untuk sensor temperatur dan rangkaian signal conditioning untuk sensor kelembaban. Tabel 3.7 Spesifikasi Power Supply. No.

Tegangan

Arus

1

+ 5 Volt

2

- 5 Volt

20 A 0,5

3

+12 Volt

4

-12 Volt

5

Gnd

A 8A 0,5 A -

Warna kabel Merah Putih Kuning Biru Hitam

3.2.3 Perancangan Rangkaian Sensor. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa terdapat 2 sensor dalam sistem ini, yaitu sensor temperatur LM35 dan sensor kelembaban RHK1AN. Keluaran dari sensor LM35 adalah tegangan, sedangkan keluaran dari sensor RHK1AN adalah resistansi. Keluaran dari sensor RHK1AN ini diMasukan ke rangkaian pembangkit sinyal untuk mengkonversi resistansi menjadi tegangan. Tegangan yang dihasilkan masih terlalu kecil untuk bisa dibaca oleh ADC mikrokontroler ATmega32L. Maka dari itu dibutuhkan rangkaian signal conditioning untuk memperkuat tegangan keluaran yang terlalu kecil dan untuk menghindari drop tegangan.

3.2.3.1 Rangkaian Sensor Temperatur. Rangkaian sensor temperatur menggunakan sensor LM35 sebagai peralatan pengukur. Sensor LM35 ini memiliki keluaran tegangan sebesar 10mV / ° C , agar dapat dibaca oleh ADC internal dari Mikrokontroler ATmega 32L maka keluaran tegangan harus diperkuat


5

dengan op-amp. Dalam perancangan penguatan ini kami menggunakan op-amp LM324 dengan menggunakan konfigurasi rangkaian inverting. Untuk sistem ini, penguatan yang diperlukan untuk sensor LM35 adalah sebesar 10 kali. Penguatan bisa diperoleh dengan menghitung Rf dan Ri terlebih dahulu dengan Persamaan 3.1 dan konfigurasi awal IC Op-Amp LM324 pada Gambar 3.6. Keluaran = (- Rf / R1 x Masukan ) x ( -1 ) Pada rangkaian ini terdapat 2 gerbang op-amp yang digunakan pada IC LM324, yaitu : IC1A adalah sebesar 10 kali, IC1B digunakan agar memperoleh hasil keluaran bernilai positif. Penguatan sebesar 10 kali bisa diperoleh dengan perhitungan sebagai berikut :

Gambar 3.6 Blok Fungsional Pengkondisian Sinyal.

Gambar 3.7 Keluaran Pengkondisian Sinyal.

Gambar 3.5 Konfigurasi Awal IC Op-amp LM324. Rumus Persamaan: Keluaran = (- Rf / R1 x Masukan ) x ( -1 )

Gain = 10 Kali. Gain = [ R2 / R1] = [ 10 Kohm / 1Kohm] =10. Keluaran dari sensor LM35 adalah 10 mV / ° C , jika diinginkan rentang pengukuran 0 – 100 ° C . Maka dapat dijelaskan seperti berikut: Suhu = 30 °C = Keluaran = 10 mV/ °C X 300 °C = 300mV = 0,3 V. Suhu = 100 °C =Keluaran = 10 mV/ °C X 100 °C = 1000 mV = 1 V. Jadi rentang tegangan keluarannya adalah 0,3 V – 1V . Tegangan keluaran tersebut masih terlalu kecil untuk di masukan ke dalam ADC sehingga perlu dikuatkan dengan rangkaian op-amp yang terdapat pada Gambar 3.6. Sehingga setelah dikuatkan menjadi seperti berikut : Suhu =30 derajat = Masukan = 0,3 V Keluaran = (- Rf / R1 x Masukan ) x ( -1 ) = (- 10 Kohm / 1 Kohm x 0.3 V ) x (-1 ) = 3V. Suhu =100 derajat = Masukan = 1 V Keluaran = (- Rf / R1 x Masukan ) x ( -1 ) = (- 10 Kohm / 1 Kohm x 1 V ) x (-1 ) = 10 V. Jadi rentang suhu dari 30 derajat – 100 derajat adalah 3 ~ 10 Volt. Tegangan tersebut dirasa masih cukup besar untuk di masukkan ke ADC internal ATmega32L. Sehingga di masukan ke rangkaian Signal Conditioning / Pengkondisi sinyal. Pengkondisian sinyal diharapkan pada saat proses temperatur kerja 30o C sampai 100o C, sensor LM35 menghasilkan keluaran tegangan dan tegangan tersebut nantinya dapat terbaca sebagai masukan ADC ATmega32L yaitu akan diperoleh keluaran tegangan antara 1,5 Volt – 5 Volt. Untuk schematic rangkaian sensor temperatur keseluruhan adalah seperti pada Gambar 3.8. Proses blok fungsional pengkondisian sinyal dapat dilihat pada Gambar 3.6. Grafik keluaran dari pengkondisian sinyal yang akan dibuat dapat dilihat pada Gambar 3.7.

Gambar 3.8 Rangkaian Pengkondisi Sinyal Sensor Temperatur.

3.2.3.2 Rangkaian Pengkondisian Sinyal Sensor Kelembaban. Rangkaian pengkondisian sinyal sensor kelembaban ini kami menggunakan rangkaian humidity merk RS buatan Rakhmad Setiawan. Sensor kelembaban RHK1AN merupakan capacitive sensor yang keluarannya berupa resistansi. Sensor RHK1AN membutuhkan pembangkit sinyal sinus dengan keluaran 1V AC dengan frekuensi 50Hz-1KHz. Rangkaian pengkondisian sinyal sensor kelembaban terdiri dari beberapa rangkaian utama yang saling berkaitan. Rangkaian-rangkaian tersebut yaitu rangkaian osilator gelombang sinus, rangkaian jembatan dan differential amplifier, rangkaian konverter AC to DC, dan rangkaian subtraktor. f =

1 2π RC

.................................................................... (3.

Frekuensi keluaran rangkaian osilator gelombang sinus dapat diatur melalui nilai R dan C melalui Persamaan 3.3. Sedangkan untuk tegangan keluaran, pengaturannya cukup dilakukan dengan memberikan Rpotensio . Frekuensi yang digunakan adalah frekuensi antara 50Hz–1KHz. Rangkaian osilator gelombang sinus pada Gambar 3.9. R= 2,2


6

C= 100 F 1 f = 2x3 14, x2200 100x 5

10 x

−9

10

=

13816 , = 723,8 Hz

%kesalahan =

723 8, − 600

723 ,8

100 % = 17 1, % x

Gambar 3.11 Rangkaian Konverter AC-DC (peak detector).

Gambar 3.9 Rangkaian Osilator Gelombang Sinus. Keluaran dari rangkaian osilator gelombang sinus, merupakan masukan bagi rangkaian jembatan dan differential amplifier yang rangkaian lengkapnya dapat dilihat pada Gambar 3.10. Pada rangkaian differential amplifier Gain (penguatan) yang digunakan sebesar : Rf 200K G = Ri + 1 = 100K + 1 G = 3 kali

Gambar 3.12 Rangkaian Subtraktor.

Gambar 3.10 Rangkaian Jembatan dan Differential Amplifier.

Rangkaian jembatan Wheatstone menghasilkan keluaran berupa tegangan AC. Untuk itu, perlu diubah menjadi tegangan DC melalui rangkaian konverter ACDC (peak detector) Secara lengkap rangkaian konverter AC-DC dapat dilihat pada Gambar 3.11. Keluaran dari rangkaian konverter AC-DC, merupakan masukan bagi rangkaian substraktor yang rangkaian lengkapanya dapat dilihat pada Gambar 3.12. Sinyal DC yang dihasilkan lalu dikirim ke suatu subtraktor (pengurang) untuk membuang offset tegangan dasar yang akan diperoleh apabila rangkaian dijalankan dengan melepas sensor. Keluaran dari rangkaian subtraktor inilah yang akan menjadi masukan bagi ADC ATmega32L. Keseluruhan rangkaian pengkondisian sinyal yang merupakan gabungan dari rangkaian osilator gelombang sinus, jembatan Wheatstone dan differential amplifier, konverter AC-DC, dan rangkaian substraktor dapat dilihat pada Gambar 3.13. 3.4 Perancangan Rangkaian Mikrokontroler ATmega32L.


Minimum

7

Rangkaian minimum dari mikrokontroler ATmega32L ini digunakan sebagai otak dari semua proses yang ada. Mikrokontroler ini memiliki dua fungsi utama yaitu untuk meng-konversi data analog berupa tegangan dan mengolahnya melalui program sehingga data digital berupa biner yang dihasilkan oleh A/D converter di dalam mikrokontroler yang akan ditampilkan pada LCD. Penggunaaan masing-masing port I/O mikrokontroler ATmega16 dalam sistem ini adalah sebagai berikut: Port A.0-A.1 à Sebagai masukan tegangan A/D converter Port B.0-B.7 à Sebagai input yaitu Keypad 4 x 4 Port C.0-c.4 à Sebagai keluaran display yaitu LCD Port D.0-D.1 à Sebagai keluaran relay

Gambar 3.15 Rangkaian Relay Elemen Pemanas Dan Relay Kipas. 4 Kesimpulan & Saran Setelah melakukan perencanaan dan pembuatan alat serta pengujian dan analisa, maka dapat ditarik kesimpulan dan saran dari kegiatan yang telah dilakukan.

Gambar 3.14 Rangkaian Minimum Mikrokontroler.

3.2.5 Perancangan Rangkaian Relay. Rangkaian ini merupakan saklar otomatis yang akan mengatur aktif dan tidak aktif elemen pemanas (heating coils) dan kipas, sesuai dengan perintah yang diberikan oleh mikrokontroler ATmega32L melalui program yang telah didownload di dalamnya. Rangkaian relay juga merupakan keluaran dari mikrokontroler ATmega32L. Cara kerja rangkaian relay tersebut, pada saat suhu lebih tinggi dari suhu yang diinginkan, maka keluaran dari mikrokontroler pada port D.0 akan memberikan logika keluaran “1”, sehingga elemen pemanas akan mati. Dan saat suhu lebih kecil dari suhu yang diinginkan, maka keluaran dari mikrokontroler pada port D.0 akan memberikan logika keluaran “0”, sehingga elemen pemanas akan menyala kembali. Begitu pula dengan keluaran rangkaian relay dari kipas yang berfungsi mempertahankan kondisi kelembaban di ruang pengering kayu (oven). Saat udara lebih lembab dari kondisi kelembaban yang diinginkan, maka maka keluaran dari mikrokontroler pada port D.1 akan memberikan logika keluaran “1”, sehingga kipas akan mati. Dan jika udara lebih kering dari kondisi kelembaban yang diinginkan, maka keluaran dari mikrokontroler pada port D.1 akan memberikan logika keluaran “0”, sehingga kipas akan menyala kembali. Untuk schematic rangkaian relay elemen pemanas dan relay kipas keseluruhan adalah seperti pada Gambar 3.15.

4.1 Kesimpulan Dari seluruh tahapan yang sudah dilaksanakan pada penyusunan tugas akhir ini, mulai dari studi literatur, perancangan dan pembuatan sampai pada pengujiannya maka dapat disimpulkan bahwa: • Sensor LM35 mampu mendeteksi perubahan temperatur antara 30o C-90o C dengan keluaran tegangan 300 mVolt – 579 mVolt. Dan keluaran dari rangkaian signal conditioning sensor temperatur tersebut pada suhu antara 30o C-90o C yaitu 1,76 Volt – 2,83 Volt. • Sensor RHK1AN dan rangkaian signal conditioning mampu mendeteksi perubahan kelembaban antara 40% - 60% RH dengan keluaran 0,8- 2 Volt. • Jika tejadi proses perubahan temperatur dan kelembaban yang terlalu cepat maka akan terjadi flicker yang mengakibatkan relay rusak. • Untuk nilai rata –rata dari penurunan kadar air pada lima jenis kayu di dapat sebesar 16,4 % dan membutuhkan waktu 237 menit dengan kadar air awal tidak lebih dari 60 %. Dan rata –rata nilai persen kesalahan pada saat proses pengeringan pada lima kayu sebesar 2,47 % untuk temperatur dan 5,97 % untuk kelembaban. • Untuk persen kesalahan pada proses pengeringan pada lima kayu adalah sebagai berikut : Kayu gmelina persen kesalahan temperatur sebesar 1,36 % dan persen kesalahan RH sebesar 8,3 % Kayu Mindi persen kesalahan temperatur sebesar 2,98 % dan persen kesalahan RH sebesar 5,83 % Kayu Sengon persen kesalahan temperatur sebesar 2,98 % dan persen kesalahan RH sebesar 5,83 % Kayu Mangium persen kesalahan temperatur sebesar 3,43 % dan persen kesalahan RH sebesar 5,26 %


8

Kayu Rasamala persen kesalahan temperatur sebesar 1,58 % dan persen kesalahan RH sebesar 5,5 % 4.2. Saran Untuk lebih memperbaiki dan menyempurnakan kinerja dari alat ini, maka perlu disarankan : • Untuk penggunaan pada kondisi nyata sebaiknya dilakukan kalibrasi terlebih dahulu temperatur dan kelembaban dengan gudang pengering kayu sebenarnya. • Untuk pembuatan dengan kapasitas lebih besar, digunakan lebih dari satu sensor suhu dan sensor kelembaban.

DAFTAR PUSTAKA 1. Mochamad Hudha Lesmana, Pengaturan Temperatur dan Kelembaban pada Alat Pengering Kayu Menggunakan Mikrokontroler, Tugas Akhir, Program D3 Teknik Elektro Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, Surabaya, 2009. 2. Yanuar Teguh Pribadi dan Hengki Adya Purnama, Pengaturan Temperatur dan Kelembaban Pada Sistem Penyimpanan Biskuit Berbasis Mikrokontroler AT 89S51, Tugas Akhir, Program D3 Teknik Elektro FTIITS, Surabaya, 2006. 3. Dodong Budianto, Sistem Pengeringan Kayu, Kanisus (anggota IKAPI), Semarang, 1996. 4. Eko Hidayat, Semua Tentang Kayu, http://www.tentangkayu.com, 7 Desember 2008. 5. Mukhrin dan Suharto, Perancangan Pengendali Suhu Pada Mesin Pengering Kayu Berbasis Mikrokontroler AT89S52,Tugas Akhir, Program D4 Otomasi ITB, Bandung, 10 Januari 2009. 6. ....,Data Sheet,LM35/LM35A/LM35C/LM35CA/LM35D,Nation al Semiconductor, Desember 1994. 7. Djoko Limantoro, Alat Pengukur Kelembaban Berbasis AVR Menggunakan Sensor RHK1AN, Tugas Akhir, Program S1 Teknik Elektro Universitas Kristen Petra, Surabaya, 2005. 8. Heri Andrianto, Pemrograman Mikrokontroler AVR Atmega 16, Informatika Bandung, Bandung, Juli 2008. 9. Basri Efrida dan Yuniarti Karnita, Sifat Dan Bagan Pengeringan Sepuluh Jenis Kayu Hutan Rakyat Untuk Bahan Baku Mebel, Prosiding Seminar Litbang Hasil Hutan 2006:175-182, Bogor,2006.


9

RANCANG BANGUN MESIN PENGERING KAYU YANG DIKENDALIKAN DENGAN MIKROKONTROLER

Recommend Documents