RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL PENGERING SERBAGUNA BERKONVEYOR BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA8535 DENGAN ARAH ALIRAN UDARA BERLAWANAN LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III
PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI
Oleh RICARDO PANJAITAN NIM: 1005051038
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2013
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 Serbaguna Berkonveyor Berbasis Mikrokontroler ATMEGA 8535 Dengan Arah Aliran Udara Berlawanan “. Ditulis
sebagai salah satu syarat bagi setiap
mahasiswa jurusan Teknik Mesin, program studi Teknik Konversi Energi 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, spiritual, 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. Ir. Gidion Sembiring, M.T., Ketua Jurusan Teknik Mesin; 3. Ir. Isman Harianda, 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. Etty Rayuana, M.Kes., sebagai Dosen Wali EN-6B 8. Seluruh Dosen Pengajar di Jurusan Teknik Mesin, dan khususnya Dosen Program Studi Teknik Konversi Energi; 9. Teristimewa kepada Orangtua penulis yaitu : D. br Hutapea, serta abang dan kakak yaitu Sandro Pajaitan, Benhard Panjaitan dan Putri Panjaitan serta seluruh keluarga yang telah memberikan doa dan dukungannya selama ini sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan Diploma 3 Politeknik Negeri Medan;
10. Rekan satu kelompok Tugas Akhir yang telah bekerja sama sampai Tugas Akhir ini selesai yaitu Tomu Raja Sinabariba dan M. Ashari Syahputra Lubis ; 11. Seluruh rekan Mahasiswa Teknik Konversi Energi khususnya stambuk 2010 EN6A, EN-6B, EN-6C dan EN-6D; 12. Seluruh rekan Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin khususnya stambuk 2010; 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 manfaat bagi pembaca pada umumnya dan bagi penulis khususnya.
Medan, Hormat Penulis,
2013
DAFTAR ISI
JUDUL ...……………………….………………………………………i SPESIFIKASI TUGAS AKHIR …………………………………......ii LEMBAR PERSETUJUAN ……………………………………….....iii LEMBAR PENGESAHAN …………………………………………..iv KATA PENGANTAR …………….………………….……………….v DAFTAR ISI ………………………………………………………….vii DAFTAR TABEL …………………………………………………….xi DAFTAR GAMBAR ………………….……………………………..xii INTISARI …………………………………………………………….xv ABSTRACT . ………………………………………………………….xvi
BAB I
PENDAHULUAN ………………………………............1 1.1 Latar belakang ...…………………………………… . 1 1.2 Batasan masalah …………………………………….. 3 1.3 Tujuan penulisan ……………………………………. 4 1.4 Manfaat penulisan ………………………………........4 1.5 Metode pengumpulan data.……………………….…..4 1.6 Sistematika penulisan …………………………….…..5
BAB II
LANDASAN TEORI ……………..…………………….,7 2.1 Sistem kontrol …………………..…………………….7 2.1.1 Klasifikasi sistem pengendali……………….8
2.2 Mikrokontroler ATmega8535 ………………………10 2.2.1 Pena – pena mikrokontroler AVR ATmega8535 ……………………………...11 2.2.2 Fitur mikrokontroler ATmega8535..………. 12 2.2.3 Arsitektur ATmega8535 ………………..….13 2.2.4 Pengisian program pada mikrokontroler AVR ………………………14 2.3 Sensor suhu LM35 ……………………………...…...14 2.4 Display LCD M1632 …………………………..……16 2.5 Motor induksi 1 fasa ..…………………………...…..17 2.5.1 Prinsip kerja motor induksi 1 fasa …...……..17 2.6 Hot gun …………………………………...…………18 2.7 Regulator tegangan ……………………………...…..19 2.8 Resistor …………………………………………….. 20 2.8.1 Resistor dengan kode warna …………...….. 21 2.8.2 Kode warna resistor …………………….. ... 23 2.9 Dioda …………………………………..……………24 2.10 Kapasitor ………………………………………..…27 2.11 Transistor ……………………………………..…...28 2.12 Kristal ………………………………………….….30 2.13 Relay ………………………………………….….. 31 2.13.1 Prinsip kerja relay ………………….…….32 2.13.2 Jenis - jenis relay ……………………. …..33 2.13.3 Jenis relay ……………………………….33
2.14 Transformator ……………………………………34 2.15 Diac ……………………………………………...38 2.16 Triac ………………………………………...…...39
BAB III
PERANCANGAN ALAT DAN SISTEM KENDALI…….42
3.1 Perancangan rangkaian pengendali ……………..42 3.1.1 Mikrokontroler …………………………...43 3.1.2 Sensor suhu …………………………...….44 3.1.3 Display LCD ……………………………..44 3.1.4 Driver relay …………………...………….45 3.1.5 Driver motor ……………………………...46 3.1.6 Hot gun …………………………………...46 3.1.7 Catu daya …………………………………47 3.2 Perancangan perangkat lunak sistem ……………...47 3.2.1 Flowchart …………………………………48 3.2.2 Perancangan perangkat lunak bahasa program C sebagai pengendali suhu dan kecepatan konveyor ……………………………….. 49 3.3 Perpindahan Panas................................................53 3.3.1 Arah aliran udara berlawanan....................54
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISA …..……………….…..56 4.1 Pengujian rangkaian minimum sistem mikrokontroler ……………………………......…56 4.2 Pengujian tegangan keluaran sensor suhu LM35.…..57 4.3 Pengujian rangkaian display LCD ………………….58 4.4 Pengujian rangkaian driver relay dan motor ….…....58 4.5 Pengujian rangkaian catu daya ……………………..59 4.6 Pengujian kecepatan konveyor ………………….….59 4.7 Pengujian alat pengering serbaguna …………….….61
BAB V
PENUTUP ………………...…………………………..64 5.1 Kesimpulan ………………………………….……..64 5.2 Saran ………………………………………………. 64
DAFTAR TABEL Tabel 1. Kode Warna Resistor...........................................................................23 Tabel 2. Pengujian Rangkaian Minimum Sistem Mikrokontroler.....................56 Tabel 3. Pengujian Tegangan Pada Suhu...........................................................57 Tabel 4. Pengujian Rangkaian Display LCD.....................................................58 Tabel 5. Pengujian Rangkaian Driver Relay Dan Motor...................................58 Tabel 6. Pengujian Rangkaian Catu Daya..........................................................59 Tabel 7. Data Pengujian Kecepatan Konveyor...................................................60 Tabel 8. Pengujian Alat Pengering Serbaguna....................................................61
DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Diagram Blok Sistem Kontrol Loop Terbuka....................................9 Gambar 2. Diagram Blok Sistem Kontrol Loop Tertutup...................................10 Gambar 3. Mikrokontroler Pin IC Atmega 8535.................................................11 Gambar 4. Blok Diagram Fungsional Atmega8535.............................................13 Gambar 5. Sensor Suhu LM35.............................................................................15 Gambar 6. Tampilan LCD Display M 1632.........................................................16 Gambar 7. Konstruksi Motor Induksi 1 Fasa.......................................................17 Gambar 8. Hot Gun .............................................................................................18 Gambar 9. Regulator Tegangan............................................................................19 Gambar 10. (a) Resistor, (b) Lambang Resistor...................................................21 Gambar 11. Resistor Komposisi Karbon Dengan Ukuran Daya 1/8, 1/4 Dan 1/2..........................................................................................................................21 Gambar 12. Ukuran Resistor Komposisi Karbon Dalam Milimeter....................22 Gambar 13. Resistor Metal Film Dengan Ukuran Daya 1/8W, 1/4W, 1W, 2W...................................................................................22 Gambar 14. Ukuran Resistor Metal Film Dalam Milimeter.................................23 Gambar 15. (a) Dioda, (b) Lambang Dioda.........................................................25 Gambar 16. Penyearah Gelombang Penuh Siklus Positif ( bias forward)...........26 Gambar 17. Penyearah Gelombang Penuh Siklus Negatif ( bias reverse)...........26 Gambar 18. Kapasitor..........................................................................................28 Gambar 19. Transistor NPN dan PNP.................................................................29 Gambar 20. Macam-Macam Transistor................................................................29 Gambar 21. Bentuk Fisik Kristal..........................................................................30 Gambar 22. Lambang Kristal...............................................................................31 Gambar 23. Relay Yang Banyak Di Pasaran........................................................32 Gambar 24. Skema Relay Elektromekanik...........................................................32 Gambar 25. Relay jenis Single Pole Double Throw (SPDT)...............................34
Gambar 26. Relay Dengan Contact Lebih Dari Satu...........................................34 Gambar 27. Trafo (Transformator) Adaptor........................................................36 Gambar 28. Trafo IF (Frekuensi Menengah)........................................................37 Gambar 29. Trafo OT...........................................................................................38 Gambar 30. DIAC................................................................................................38 Gambar 31. Struktur DIAC..................................................................................39 Gambar 32. Simbol DIAC....................................................................................39 Gambar 33. Simbol Skematik TRIAC..................................................................39 Gambar 34. Struktur Dalam Pada TRIAC............................................................40 Gambar 35. (a) TRIAC, (b) TRIAC.....................................................................41 Gambar 36. Kurva Karakteristik TRIAC.............................................................41 Gambar 37. Rangkaian Pengendali......................................................................42 Gambar 38. Rangkaian Minimum Sistem Mikrokontroler ATmega8535............43 Gambar 39. Rangkaian Sensor Suhu....................................................................44 Gambar 40. Rangkaian Display LCD...................................................................45 Gambar 41. Rangkaian Driver Relay...................................................................45 Gambar 42. Rangkaian Driver Motor...................................................................46 Gambar 43. Rangkaian Pengendali Hot Gun........................................................47 Gambar 44. Rangkaian Catu Daya.......................................................................47 Gambar 45. Flowchart..........................................................................................48
INTISARI 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. Proses pengeringan dari hasil pertanian masih banyak 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 itu. Selain itu alat pengering dilengkapi dengan IC mikrokontroler ATmega8535 dengan sistem pengendali suhu otomatis yang dilengkapi dengan sensor suhu LM35 yang ditampilkan ke display LCD dan dengan variasi kecepatan dari 1 cm/s - 20 cm/s dengan waktu tunda yang berbeda-beda sesuai dengan besar kecepatan konveyor. Sistem pengering ini didesain dengan arah aliran udara berlawanan dengan menggunakan Hot Gun sebagai sumber panas sehingga suhu di sepanjang alat pengering tetap terjaga pada temperatur 68-70 oC. Jika suhu melebihi 70 oC panasnya udara yang dihembuskan dapat merusak kandungan gizi di dalam suatu bahan pangan. Sampel bahan pertanian yang digunakan pada sistem pengering ini adalah gabah padi, kopi dan pisang dengan persentase kadar air sebelum dan sesudah dikeringkan sebesar 28.342 % sampai 68.19 %. Kata Kunci: Mikrokontroler ATmega8535, Sensor Suhu LM35, Aliran Udara Berlawanan.
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 ATmega8535 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 cm / s - 20 cm / s with a time delay which varies according to the speed of the conveyor. Conditioning system is designed with the opposite direction of the air flow using Hot Gun as a source of heat so that the temperature along the kiln is maintained at a temperature of 68-70 oC. If the temperature exceeds 70 ° C heat of exhaled air can damage the nutrients in a food. Samples of materials used in farming system of paddy rice dryer is, coffee and bananas with water moisture percentage before and after dried from 28.342 % up to 68.19 %. Keywords: Microcontroller ATmega8535, LM35 Temperature Sensor, Air Flow Opposite.
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perkembangan teknologi yang demikian pesatnya, terutama dibidang elektronika menyebabkan rangkaian-rangkaian aplikasi elektronika menggantikan peran manusia sebagai ketelitian dan keakuratan dalam suatu pekerjaan. Semakin berkembangnya teknologi di dunia elektronika, maka industri terus-menerus dilengkapi dengan teknologi untuk memperoleh sistem kerja otomatis pada proses produksi dalam menghasilkan suatu produk yang berkualitas. Dewasa ini proses pengeringan dari hasil pertanian masih banyak menggunakan energi
konvensional yaitu dengan bantuan sinar matahari, yang
kelemahannya pada saat musim penghujan sulit untuk bisa mengeringkan hasil pertanian tersebut dengan cepat dan mempunyai kualitas yang baik. Oleh karena itu pada pembahasan ini penulis akan merancang suatu alat pengering serbaguna berkonveyor dilengkapi dengan IC mikrokontroler ATMEGA 8535 sebagai chip dengan sistem pengendali suhu otomatis yang dilengkapi dengan sensor suhu LM35 yang ditampilkan ke display LCD. Untuk sistem kontrol ini sendiri merupakan rangkaian aplikasi penggabungan antara elektronika yaitu sensor-sensor suhu, analog to digital converter (ADC) dan mikrokontroler, dimana kesemuanya dapat dioperasikan secara otomatis melalui input data-data program yang telah dimasukkan kedalam mikrokontroler. 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 ditakutkan
panasnya udara yang dihembuskan dapat merusak kandungan gizi di dalam suatu bahan pangan. 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 3 sampel dari hasil pertanian, yaitu gabah padi, kopi dan pisang. Beras adalah makanan pokok penduduk Indonesia. Namun ironisnya Indonesia sebagai negara agraris yang memiliki lahan pertanian yang subur justru mengimpor beras dari negara lain. Salah satu penghambat produksi beras di Indonesia yaitu permasalahan pada proses pengeringan gabah. Selama ini para petani Indonesia hanya mengandalkan panas matahari untuk mengeringkan gabah hasil panennya sehingga pada saat musin hujan mereka mengalami kesulitan dalam proses pengeringannya.
Padi siap panen: 95 % butir sudah menguning (33-36 hari setelah berbunga), bagian bawah malah masih terdapat sedikit gabah hijau, kadar air gabah 21-26 %. Berdasarkan kadar air, umur panen optimum dicapai setelah kadar air gabah mencapai: ± 23 % pada musim kemarau, ± 26% pada musim penghujan. Pengeringan adalah proses penurunan kadar air gabah sampai pada nilai tertentu sehingga siap untuk diolah/digiling atau aman untuk disimpan dalam waktu lama yaitu sekitar ±14%. (Trimulad DahonoSw,SP,2013)
Biji kopi yang sudah siap diperdagangkan adalah berupa biji kopi kering yang sudah terlepas dari daging buah, kulit tanduk dan kulit arinya, butiran biji kopi yang demikian ini disebut kopi beras (coffea beans) atau market coffea. Kopi beras berasal dari buah kopi basah yang telah mengalami beberapa tingkat proses pengolahan. Kadar air biji kopi dalam kondisi basah berkisar antara 60 – 65% dan setelah
dikeringkan menjadi 12 %.
Keuntungan pengeringan buatan, dapat menghemat biaya dan juga tenaga kerja hal yang perlu diperhatikan adalah pengaturan suhunya. Menurut Roelofsen, pengeringan sebaiknya pada suhu rendah yaitu 55°C akan menghasilkan buah kopi yang bewarna merah dan tidak terlalu keras. Untuk buah kopi kering dengan kadar air rendah dikeringkan dengan suhu tidak terlalu tinggi sehingga tidak akan terjadi perubahan rasa. Setelah proses pengeringan Kadar air akan menjadi sekitar 12 %. Buah pisang adalah salah satu buah yang mengandung gizi cukup tinggi dengan nilai kalori 120 kalori dan dilengkapi dengan berbagai macam vitamin dan mineral, selain itu juga mempunyai kandungan zat pati yang cukup tinggi 30mg/100gram sehingga cocok untuk dibuat menjadi tepung. Tepung pisang sangat baik untuk pencernaan sehingga cocok sebagai menu makanan untuk bayi, selain itu sebagai produk setengah jadi (produk antara) dapat dijadikan berbagai macam olahan kue dan makanan sebagai pengganti atau subsitusi penggunaan tepung terigu yang selama ini produknya masih impor.
Oleh sebab itu penulis membuat Tugas akhir ini dengan judul: “RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL PENGERING SERBAGUNA BERKONVEYOR BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 8535 DENGAN ARAH ALIRAN UDARA BERLAWANAN”
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 serbaguna dengan menggunakan mikrokontroler ATMEGA 8535
2. Sampel yang digunakan yaitu : gabah padi, kopi dan pisang 3. Pada perancangan ini tidak dibahas mengenai perancangan rangka alat.
1.3 Tujuan Penulisan Adapun tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah: 1. Dapat mengaplikasikan alat ini agar dapat dipakai oleh masyarakat dengan membantu pekerjaan masyarakat khususnya di bidang pertanian, 2. Dapat mempermudah sekaligus mempercepat pengeringan hasil pertanian dengan menggunakan alat pengering ini daripada menjemurnya dengan bantuan panas matahari yang membutuhkan waktu yang lama, 3. Dapat mengurangi kadar air bahan pangan sesuai yang diinginkan, 4. Dapat mengontrol suhu dan kecepatan konveyor dengan rangkaian kontrol yang dirancang.
1.4. Manfaat Penulisan Adapun manfaat dari laporan Tugas Akhir ini adalah: 1. Menambah pengetahuan dan wawasan tentang proses merancang dan membangun alat pengering serbaguna 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. Studi literature dengan mencari buku-buku yang ada di perpustakaan Politeknik Negeri Medan maupun sumber lain yang berkaitan dengan perancangan alat tersebut,
2. 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, 3. Melalui wesbsite dan search engine yaitu google yang berhubungan dengan perancangan alat tersebut, 4. Membuat rancang bangun, melakukan pengujian dan pengambilan data.
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 masing-masing membahas mengenai pokok penting dalam perencanaan proyek ini. Bab –bab yang terkandung dalam laporan 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 SERBAGUNA Bab ini menjelaskan tentang tahap-tahap dalam pengerjaan pembuatan sistem kontrol, 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.
BAB V
PENUTUP Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dalam perancangan dan perancangan sistem ini, serta saran yang akan disampaikan kepada pembaca.
