RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL PENGERING KUNYIT BERKONVEYOR BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA16 DENGAN TERKONEKSI KE KOMPUTER
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III
Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik
Oleh CHRISTANTO P. TAMBUNAN
1105052057
LOLO BOANG MANALU
1105052077
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2014
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini sesuai dengan waktu yang ditentukan oleh Jurusan Teknik Mesin. Adapun laporan tugas akhir ini berjudul, “ Rancang Bangun Sistem Kontrol Pengering Kunyit Berkonveyor Berbasis Mikrokontroller ATMEGA 16 Dengan Terkoneksi Ke Komputer “. Ditulis sebagai salah satu syarat bagi setiap mahasiswa jurusan Teknik Mesin, program studi Teknik Konversi Energi Mekanik untuk menyelesaikan pendidikan Diploma III Politeknik Negeri Medan. Dalam menyelesaikan laporan tugas akhir ini, penulis telah mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak, baik berupa material, spritual, informasi maupun segi administrasi, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1.
M.Syahruddin, S.T., M.T., Direktur Politeknik Negeri Medan;
2.
Idham Khamil, S.T., M.T., Ketua Jurusan Teknik Mesin;
3.
Ir. Abdul Razak, M.T., Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi;
4.
Aulia Salman, S.T., M.T., Sekretaris Jurusan Teknik Mesin;
5.
Rihat Sebayang, S.T., M.T., Kepala Laboratorium Teknik Konversi Energi;
6.
Marlon Tua P. Sibarani, S.T., M.T., sebagai Dosen Pembimbing;
7.
Ir. Hairanus Tarigan, M.T., sebagai Dosen Wali EN-6C
8.
Seluruh Dosen Pengajar di Jurusan Teknik Mesin, dan khususnya Dosen Program Studi Teknik Konversi Energi Mekanik;
9.
Kepada Orangtua penulis, serta seluruh keluarga yang telah memberikan doa dan dukungannya selama ini sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan Diploma 3 Politeknik Negeri Medan;
10. Kepada sahabat-sahabat penulis yang selama ini mendukung penulis dalam pengerjaan Tugas Akhir.
11. Kepada rekan Mahasiswa Teknik Konversi Energi Mekanik khususnya stambuk 2011 EN-6A, EN-6B, EN-6C, dan EN-6D. Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih ada kekurangan. Untuk itu penulis mengharap kritik dan saran yang membangun dari para pembaca. Akhir kata penulis mengharapkan agar laporan Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaaat bagi pembaca pada umumnya dan bagi penulis khususnya.
Medan,18 Oktober 2014 Hormat Penulis,
Christanto Tambunan
DAFTAR ISI
JUDUL .............................................................................................................................. i SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ..................................................................................... LEMBAR PERSETUJUAN ............................................................................................ ii LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................................. iii KATA PENGANTAR ...................................................................................................... iv DAFTAR ISI ..................................................................................................................... vi DAFTAR TABEL ............................................................................................................ ix DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................ x DAFTAR LAMIRAN ...................................................................................................... xi INTISARI ......................................................................................................................... xii ABSTRACT ....................................................................................................................... xii
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................................. 1 1.1 Latar Belakang ....................................................................................................... 1.2 Batasan Masalah .................................................................................................... 1.3 Tujuan Penelitian ................................................................................................... 1.4 Manfaat Penulisan .................................................................................................. 1.5 Metode Pengumpulan Data .................................................................................... 1.6 Sistematika Penulisan ............................................................................................
1 5 5 5 5 6
BAB II LANDASAN TEORI .......................................................................................... 8 2.1 Sitem Kontrol ......................................................................................................... 2.1.1 Klasifikasi sistem pengendalian ................................................................. 2.2 Mikrokontroller Atmega 16 ................................................................................... 2.2.1 Konfigurasi Pena (Pin) ATMEGA16 ........................................................ 2.2.2 Fitur Mikrokontroller ATMEGA16 ........................................................... 2.2.3 Aristektur ATMEGA16 ............................................................................. 2.2.4 Peta Memori ATMega16 ........................................................................... 2.2.5 Pengisihan Program Pada Mikrokontroller AVR ...................................... 2.3 Sensor Suhu LM35 ................................................................................................
8 9 11 12 14 15 16 16 17
2.4 Transistor ............................................................................................................... 2.5 Regulator Tegangan ............................................................................................... 2.6 Resistor .................................................................................................................. 2.6.1 Resistor dengan kode warna ...................................................................... 2.6.2 Kode warna resistor ................................................................................... 2.7 Relay ...................................................................................................................... 2.7.1 Prinsip Kerja Relay .................................................................................... 2.7.2 Jenis-jenis Relay ........................................................................................ 2.7.3 Jenis relay ................................................................................................... 2.7.4 Rangkaian dan simbol relay ....................................................................... 2.8 Motor Induksi 1 Fasa ............................................................................................. 2.8.1 Prinsip Kerja Motor Induksi 1 Fasa ........................................................... 2.9 Heater ..................................................................................................................... 2.10 Kapasitor .............................................................................................................. 2.11 DIAC .................................................................................................................... 2.12 TRIAC ................................................................................................................. 2.13 KRISTAL ............................................................................................................ 2.14 Transformator ...................................................................................................... 2.15 Dioda ....................................................................................................................
18 20 21 22 25 26 27 28 28 29 29 30 30 31 33 34 37 38 41
BAB III PERANCANGAN ALAT DAN SISTEM KENDALI .................................... 44 3.1 Perancangan Rangkaian Pengendali ...................................................................... 3.1.1 Mikrokontroler ........................................................................................... 3.1.2 Sensor Suhu ............................................................................................... 3.1.3 Driver Relay ............................................................................................... 3.1.4 Driver Motor .............................................................................................. 3.1.5 Heater ........................................................................................................ 3.1.6 Catu Daya ................................................................................................... 3.2 Perancangan Perangkat Lunak Sistem .................................................................. 3.2.1 Flowchart VB ............................................................................................. 3.2.2 Flowchart Mikrokontroler .......................................................................... 3.2.3 Perancangan perangkat lunak bebas program C sebagai pengendali suhu, tegangan dan kecepatan ................................................. 3.3 Perpindahan Panas ................................................................................................. 3.3.1 Arah Aliran Udara Berlawanan .................................................................
44 45 46 47 48 49 50 50 51 53 54 62 63
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ......................................................................... 65 4.1 Pengujian Rangkaian Minimum Sistem Mikrokontroler ....................................... 4.2 Pengujian Tegangan Sensor Suhu LM35 ............................................................... 4.3 Pengujian Rangkaian Driver Relay dan Motor ...................................................... 4.4 Pengujian Rangkaian Catu Daya ........................................................................... 4.5 Pengujian Alat Pengering Kunyit ..........................................................................
65 66 67 68 69
BAB V PENUTUP ............................................................................................................ 71 5.1 Kesimpulan ............................................................................................................ 71 5.2 Saran ...................................................................................................................... 71
Daftar Pustaka
INTISARI Pengeringan merupakan usaha untuk menurunkan kadar air sampai batas tertentu dengan tujuan agar reaksi biologis terhenti dan mikroorganisme serta serangga tidak bisa hidup didalamnya. Proses pengeringan yang dilakukan para petani masih menggunakan energi konvensional, yaitu dengan bantuan sinar matahari yang pada musim hujan sulit untuk bisa mengeringkan hasil pertanian tersebut dengan cepat. Alat pengering yang dirancang ini dibuat untuk mengatasi masalah para petani. Selain itu alat pengering dilengkapi dengan IC mikrokontroller Atmega16 dengan sistem pengendali suhu otomatis yang dilengkapi dengan sensor suhu LM35 yang ditampilkan ke display LCD dan dengan variasi kecepatan dari 1 rpm – 40 rpm dengan waktu tunda yang berbeda-beda sesuai dengan besar kecepatan konveyor dengan terkoneksi ke Komputer menggunakan VB (Visual Basic) . Sistem pengering ini didesain dengan arah aliran udara berlawanan dengan menggunakan Heater sebagai sumber panas sehingga suhu disepanjang alat pengering tetap terjaga pada temperatur 68ºC - 70ºC. Jika suhu melebihi 70ºC panasnya udara yang dihembuskan dapat merusak kandungan gizi di dalam suatu bahan pangan. Sampl bahan pertanian yang digunakan pada sistem pengering ini adalah kunyit dengan persentase kadar air sebelum dan sesudah dikeringkan sebesar 88,013%-78,213%.
Kata Kunci: Mikrokontroler ATmega16, Sensor Suhu LM35
ABSTRACT
Drying is an effort to reduce the water moisture content to a certain extent in order that stops the biological reactions and microorganisms and insects can not live in it. The process of drying of agricultural products still use conventional energy, with the help of sunlight during the rainy season can be difficult to dry the crops quickly.Designed dryers are made to overcome the problems of farmers. Besides the dryer is equipped with Atmega16 microcontroller IC with automatic climate control system is equipped with a temperature sensor LM35 shown to the LCD display and the speed variation of 1 rpm – 40 rpm with a time delay which varies according to the speed of the conveyor.Conditioning ssystem is design with the oposite direction of the airflow using Heater as a source of heat so that the temperature along the kiln is maintained at a temperature of 68ºC 70ºC. If the temperature exceeds 70ºC heat of exhaled air can demage the nutrients of food. Samples of material used in farming system of turmeric with water moisture percentage before and after dried from 88,013%78,213%.
Keywords: Microcontroller ATmega 16, LM35 Sensor Temperature.
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Kunyit merupakan tanaman dari family jahe dengan nama latin Curcuma longa Koen atau Curcuma domestica Val. Kunyit ini tersebar di seluruh daerah tropis. Diperkirakan berasal dari Binar pada ketinggian 1300-1600 m dpl, dan ada juga yang mengatakan kunyit berasal dari India. Pada tahun 77-78 SM (Sebelum Masehi), Dioscorides menyebut tanaman ini sebagai Cyperus menyerupai jahe, tetapi pahit, kelat, dan sedikit pedas, tetapi tidak beracun.
Kunyit ini digunakan sebagai bahan pewarna dan penyedap makanan, rimpangnya digunakan untuk pewarna kapas, wol, sutera, tikar, dan barangbarang kerajinan lainnya. Selain digunakan sebagai bahan makanan, kunyit memiliki manfaat lainnya. Berupa bagi kesehatan, karena kunyit adalah senyawa Kurkuminoid yang memberi warna kuning pada kunyit. Kurkuminoid ini bersifat antioksidan, antiinflamasi yang berfungsi sebagai pencegah kanker serta dapat menurunkan resiko serangan jantung. Karena dalam kunyit terdapat minyak atsiri 6% , kurkuminoid sebanyak 5%, protein, fosfor, kalium, besi dan Vitamin C. Dan di akar kunyit mengandung pati getah yang terdiri dari kurkumin (zat berwarna kuning) turmeron, zingibern, turmerol (minyak turmerin yang menyebabkan aroma dan wangi pada kunyit) lemak, pati, dan damar (Agusta sebagai pengawet makanan pengganti formalin,untuk memperlama masa simpan dari makanan tersebut).
Karena kunyit sangat bermanfaat bagi kehidupan sehari-hari, banyak yang membutuhkan kunyit tersebut. Untuk memenuhi kebutuhan konsumen tersebut para petani sangat memerlukan alat teknologi yang mudah dan effisien untuk memperoleh sistem kerja otomatis pada proses produksi dalam menghasilkan suatu produk yang berkualitas.
1
Dimana saat ini proses pengeringan yang dilakukan para petani banyak menggunakan energi konvensional, yaitu dengan bantuan sinar matahari, yang memiliki kelemahan. Dimana kelemahan dari cara tersebut yaitu disaat musim penghujan, sehingga sulit untuk bisa mengeringkan kunyit tersebut.
Selain menggunakan energi konvensional, para penjual kunyit atau petani kunyit menggunakan Oven atau Microwave, yaitu dengan bantuan sensor suhu (panas). Dimana cara tersebut memiliki kelemahan yaitu kunyit yang mau dikeringkan tidak dapat banyak, karena muatan Oven atau Microwave tersebut dan masih menggunakan cara manual.
Oleh karena itu pada pembahasan ini penulis akan merancang suatu alat pengering
kunyit
berkonveyor
dilengkapi
dengan
IC
mikrokontroller
ATMEGA16 sebagai chip dengan sistem pengendali suhu otomatis yang dilengkapi dengan sensor suhu LM35 yang ditampilkan ke Komputer yang menggunakan aplikasi VB (Visual Basic).
Dimana di alat pengering kunyit ini memiliki beberapa rangkaian, seperti : a)
Mikrokontroller Atmega16
b) Sensor suhu LM35 c)
Transistor
d) Regulator Tegangan e)
Resistor
f)
Relay
g) Motor Induksi 1 fasa h) Heater i)
Kapasitor
j)
DIAC
k) TRIAC l)
Kristal
m) Transformator
2
Rangkaian pendukung untuk alat ini adalah:
1.
Komputer PC berfungsi sebagai alat monitoring yang berhubungan dengan
manusia (user). Komputer menampilkan suhu, kecepatan motor, dan daya dari sistem yang sedang berjalan. 2.
Interfase berfungsi sebagai perantara komunikasi PC dengan mikrokontroller.
a)
Mikrokontroller berfungsi sebagai pengendali beban yaitu; suhu, dan kecepatan motor sesuai dengan input yang diterima
b) Kontroller juga membaca sensor seperti sensor suhu dan kecepatan motor c)
Driver berfungsi sebagai penguat arus sehingga beban-beban dapat dijalankan, misalnya: Heater dan motor. i. Heater adalah alat untuk menaikkan suhu ii. Motor berfungsi sebagai penggerak kecepatan konveyor iii. Sensor berfungsi sebagai mendeteksi suhu dari ruangan tersebut
Jadi untuk alat pengering ini telah didesain sedemikian rupa sehingga suhu disepanjang kotak pengering berada di temperatur 68-70 ºC tidak kurang dari 68 ºC dan tidak lebih dari 70 ºC. Jadi suhu tetap terjaga, jika suhu melebihi 70 ºC maka panasnya udara yang dihembuskan dapat merusak kandungan gizi yang terdapat dalam kunyit.
Pengeringan merupakan usaha untuk menurunkan kadar air sampai batas tertentu dengan tujuan agar reaksi biologis terhenti dan mikroorganisme serta serangga tidak bisa hidup di dalamnya. Pada pembahasan ini penulis mengambil 1 sampel dari hasil pertanian yaitu kunyit.
Kunyit siap dipanen pada umur 8-18 bulan, saat panen yang terbaik adalah pada umur 11-12 bulan, yaitu pada saat gugurnya daun kedua. Saat itu produksi yang diperoleh lebih besar dan lebih banyak bila dibandingkan dengan masa panen pada umur kunyit 7-8 bulan. Ciri-ciri tanaman kunyit yang siap panen ditandai dengan berakhirnya pertumbuhan vegetatif, seperti terjadi kelayuan/ perubahan warna daun dan batang yang semula hijau berubah menjadi kuning
3
(tanaman kelihatan mati). Cara pemanenan kunyit dilakukan dengan cara membongkar rimpang dengan cangkul/garpu. Sebelum dibongkar, batang dan daun dibuang terlebih dahulu. Selanjutnya rimpang yang telah dibongkar dipisahkan dari tanah yang melekat lalu dimasukkan dalam karung agar tidak rusak.Panen kunyit dilakukan dimusim kemarau karena pada saat itu sari/zat yang terkandung didalamnya mengumpul.
Selain itu kandungan air dalam rimpang sudah sedikit sehingga memudahkan proses pengeringannya. Berat basah rimpang bersih/rumpun yang diperoleh dari hasil panen 0,71 kg. Produksi rimpang segar / ha biasanya 20 – 30 ton.
Keuntungan dari pengeringan buatan ini, dapat menghemat biaya, kinerjanya santai karena cara kerja mesin pengering ini dilakukan secara otomatis dari komputer tidak secara manual. Dimana karena alat pengering yang dibahas penulis dilengkapi dengan aplikasi VB (Visual Basic ), yang berfungsi sebagai alat koneksi dari mesin ke komputer.
Oleh sebab itu penulis membuat Tugas Akhir dengan judul: “RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL PENGERING KUNYIT BERKONVEYOR BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA16 DENGAN TERKONEKSI KE KOMPUTER”.
1.2. Batasan Masalah Pada laporan tugas akhir ini, agar pembahasan tepat pada sasaran maka rancang bangun tugas akhir ini membahas tentang: 1.
Perancangan sistem kontrol alat pengering kunyit berkonveyor berbasis mikrokontroller ATMEGA16 dengan terkoneksi ke komputer
2.
Sampel yang digunakan yaitu : kunyit
3.
Pada perancangan ini tidak dibahas mengenai perancangan rangka alat
4
1.3. Tujuan Penelitian Adapun tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah: 1. Dapat mempermudah sekaligus mempercepat pengeringan kunyit dengan menggunakan alat pengering ini daripada menjemurnya dengan bantuan panas matahari yang membutuhkan waktu yang lama, 2. Dapat mengurangi kadar air kunyit sesuai yang diinginkan, 3. Dapat mengontrol suhu dan kecepatan konveyor dengan rangkaian kontrol yang dirancang, 4. Dapat mengaplikasikan alat ini agar dapat dipakai oleh masyarakat dengan membantu pekerjaan masyarakat khususnya bagi petani kunyit atau industri yang menggunakan kunyit.
1.4. Manfaat Penulisan Adapun manfaat dari laporan Tugas Akhir ini adalah: 1. Menambah pengetahuan dan wawasan tentang proses merancang dan membangun alat pengering kunyit ini. 2. Dapat dijadikan referensi ( bahan bacaan ) bagi yang membutuhkan informasi yang berkaitan dengan tugas akhir ini.
1.5. Metode Pengumpulan Data Berbagai cara yang dilakukan penulis dalam pengumpulan data di antaranya: 1. Melakukan konsultasi dengan dosen pembimbing maupun dengan pihak-pihak yang dapat membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini yang memahami dan mengerti tentang perancangan alat tersebut, 2. Dengan mencari buku-buku yang ada diperpustakaan Politeknik Negeri Medan maupun sumber lain yang berkaitan dengan perancangan alat tersebut, 3. Melalui website dan search engine yaitu google yang berhubungan dengan perancangan alat tersebut, 4. Membuat rancang bangun, melakukan pengujian dan pengambilan data
5
1.6. Sistematika Penulisan Untuk memaparkan hasil perancangan, perakitan dan pengujian sistem yang akan dibuat,maka laporan ini akan disusun dalam sistematika yang diharapkan
mempermudah
dengan
memahami
materi-materi
yang
akan
disampaikan kepada pembaca. Laporan ini terdiri dari 5 ( lima ) bab yang masingmasing membahas mengenai pokok penting dalam perencanaan proyek ini. Bab – bab yang terkandung dalam proyek ini adalah:
BAB I
PENDAHULUAN
Bab ini menjelaskan tentang latar belakang pemilihan judul, batasan masalah, tujuan penulisan, manfaat penulisan, metode pengumpulan data dan sistematika penulisan.
BAB II
LANDASAN TEORI
Bab ini menjelaskan tentang teori dasar yang perlu diketahui untuk mempermudah dalam pemahaman sistem kerja dari alat ini, seperti komponen-komponen dasar, alat-alat kontrol proses pemindahan program dan lain-lain.
BAB III
PERANCANGAN ALAT PENGERING KUNYIT
Bab ini menjelaskan tentang tahap-tahap dalam pengerjaan pembuatan sistem kontrol yang terkoneksi ke komputer, cara kerja sistem dan pemilihan alat komponen.
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISA RANGKAIAN
Bab ini menjelaskan tentang pengujian dan pengukuran pada peralatan yang direncanakan, apakah peralatan tersebut dianggap telah berjalan baik atau tidak.
6
BAB V
PENUTUP
Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dalam perancangan dan perancangan sistem ini, serta saran yang akan disampaikan kepada pembaca.
7
