Seminar Tugas Akhir
Juni 2017
CENTRIFUGE DENGAN SISTEM KONTROL ARDUINO (Eric Ristadiansyah, Torib Hamzah, Syaifudin) JurusanTeknikElektromedikPoliteknikKesehatan Surabaya Jln. PucangJajarTimur No. 10 Surabaya ABSTRAK
Centrifuge merupakan alat yang digunakan untuk memisahkan senyawa yang memiliki berat molekul berbeda dengan memanfaatkan gaya centrifugal. Gaya centifugal yaitu gaya yang bekerja pada benda yang berputar dengan kecepatan yang telah ditentukan dengan arah gaya menjauhi pusat atau inti, sehingga dapat memisahkan larutan. Pada pembuatan modul kali ini penulis mengoptimalkan putaran motor dengan settingan kecepatan 1000 – 4000 rpm dengan keliptan 1000 rpm dan setting waktu mulai dari 0 – 30 menit dengan kelipatan 1 menit untuk pengaturannya menggunakan tombol up, down, dan enter. Menggunakan solenoid sebagai sensor pengunci otomatis yang digunakan sebagai kunci pengaman pada pintu alat. Menggunakan optocoupler sebagai sensor pendeteksi putaran motor yang nantinya akan di tampilkan pada disply LCD karakter 2x16. Setelah melakukan pengukuran dan pengujian dengan menggunakan alat kalibrator digital tachometer dan safety analyzer dan telah dikalibrasi di BPFK Surabaya didapat hasil yaitu: Ketidakpastian Pengukuran dilaporkan pada Tingkat Kepercayaan 95% dengan faktor cakupan k=2 . Pada titik pengukuran 1000 rpm, kinerja alat melebihi kesalahan maksimal yang diijinkan. Modul diuji Keselamatan Listriknya dalam klasifikasi kelas I tipe B. Pada UUT tidak terdapat pin grounding. Dari hasil yang telah ditentukan alat dinyatakan layak untuk digunakan.
Kata Kunci : Centrifuge,RPM,Optocoupler
PENDAHULUAN Latar Belakang Centrifuge merupakan alat yang digunakan untuk memisahkan organel berdasarkan massa jenisnya melalui proses pengendapan. Dalam prosesnya, centrifuge menggunakan prinsip rotasi atau perputaran tabung yang berisi larutan agar dapat dipisahkan berdasarkan massa jenisnya. Larutan akan terbagi menjadi dua fase yaitu supernatant yang berupa cairan dan pellet atau organel yang mengendap. Peralatan centrifuge terdiri dari sebuah rotor atau tempat untuk meletakkan larutan yang akan dipisahkan. Rotor ini akan berputar dengan cepat yang akan mengakibatkan larutan akan
terpisah menjadi dua fase. Semakin cepat perputaran yang dilakukan, semakin banyak pula organel sel yang dapat diendapkan begitu juga sebaliknya. (Rafafara, 2012). Gaya sentrifugal digunakan ketika gaya lebih besar dari gravitasi yang mengakibatkan pemisahan antara solid dan fluida karena perbedaan density atau untuk pemisahan dengan penyaringan alami. Sentrifugasi adalah proses pemisahan zat padat dengan zat cair atau zat cair dan zat cair yang berbeda massa jenisnya dengan menggunakan gaya sentrifugal. Gaya
Seminar Tugas Akhir
Juni 2017
sentrifugal terjadi dari perpindahan massa di lengkungan dan digunakan dengan pengamatan dari pusat lengkungan. Gaya sentrifugal adalah gaya yang menggunakan perpindahan massa dengan perbandingan terhadap pusat lengkungan dimana massa berpindah dalam jalur lengkungan. Jika gaya ini sama dengan partikel yang berlanjut untuk berotasi dalam jalur sirkular mengelilingi pusat. Sampel yang digunakan adalah Darah.
dimaksudkan agar tidak terjadi pelebaran masalah. Adapun batasan-batasan tersebut meliputi:
Pada penelitian sebelumnya alat semacam ini pernah dibuat oleh (Aiman Jauhan, 2011) dengan judul “Centrifuge Dilengkapi Pengaturan Kecepatan Motor dan Timer Secara Digital”, alat ini menggunakan sistem digital, rpm maksimal 3000 rpm dan untuk setingannya menggunakan rotari.(Fahmi Indra Nirwana,2012) dengan judul “Cytocentrifuge Berbasis Mikrokontroler AT89S51”, alat ini menggunakan sistem assembly, rpm maksimal 2500 rpm dan pada display menggunakan seven segment. (Akhmad Dedi Setiawan,2012) dengan judul “Modifikasi Centrifuge Berbasis Mikrokontroler Dilengkapi Dengan Timer”, alat ini menggunakan sistem assembly, rpm maksimal 3000 rpm dan untuk timer maksimal 30 menit dengan kelipatan 5 menit untuk pengaturannya. Berdasarkan hasil identifikasi masalah di atas, maka penulis akan membuat alat dengan judul “Centrifuge dengan Sistem Kontrol Arduino”yang merupakan penyempurnaan dari alat yang telah dibuat sebelumnya. Penyempurnaan alat yang akan penulis buat sebagai kombinasi alat tersebut diatas yaitu dengan merubah sistem menjadi arduino dan kecepatan putaran pada alat.
4.
Batasan Masalah Pada perancangan modul ini, penulis membatasi bagian-bagian yang berkaitan dalam pembuatan alat. Hal tersebut
1.
2. 3.
5. 6. 7.
Alat centrifuge berbasis arduino dengan pemilihan kecepatan 1000 rpm, 2000 rpm, 3000 rpm, dan 4000 rpm Menggunakan IC atmega 328 Memberikan timer dengan batasan waktu 0 sampai dengan 30 menit pada alat centrifuge dengan memanfaatkan IC atmega 328. Pada saat pemilihan hanya menggunakan tombol up dan down yang digunakan untuk pemilihan waktu dan kecepatan motor. Digunakan untuk 8 tempat sempel. Memberikan safety lock. Live Rpm
Rumusan Masalah Dapatkah dibuat alat “Centrifuge dengan Sistem Kontrol Arduino”? Tujuan Tujuan Umum Dibuatnya alat “Centrifuge dengan Sistem Kontrol Arduino”. Tujuan khusus 1. Membuat rangkaian pengatur kecepatan. 2. Membuat rangkaian minimum system IC Atmega 328. 3. Membuat software pemrograman arduino IC atmega 328. Manfaat Manfaat Teoritis 1. Untuk menambah pengetahuan mahasiswa Teknik Elektromedik mengenai alat Centrifuge dengan Sistem Kontrol Arduino. 2. Sebagai referensi penelitian selanjutnya. Manfaat Praktis
Seminar Tugas Akhir
Juni 2017
Dengan adanya alat ini diharapkan dapat memudahkan user dalam memantau kondisi sampel saat menggunakannya.
METODOLOGI Diagram Blok
membuktikanapakah settingan waktu yang dimasukkan sesuai dengan jumlah RPM motor yang dihasilkan yang ditampilkan di LCD karakter 2 x 16. Apabila settingan waktu telah selesai maka motor akan berhenti dan buzzer berbunyi, tekan tombol reset untuk memulai dari awal kembali. Diagram Alir Begin
Setting Waktu
Disply
NO Pintu Tertutup (safety lock solenoid)
Setting Kecepatan
Buzzer
YES Inisialisasi LCD
Mikrokontroller Driver Motor
Motor AC
NO Pintu Terbuka (safety lock solenoid)
Safety Lock
YES Masukan Sampel
optocoupler Pintu Tertutup (safety lock switch)
INPUT
PROGRAMER
OUTPUT YES NO
Setting Kecepatan
Instruksikan pengaturan setting kecepatan dan waktu dengan menekan tombol up dan down lalu menekan tombol enter yang selanjutnya akan di tampilkan pada layar lcd. Settingan tersebut diproses oleh mikrokontroller juga memberikan inputan pada rangkaian driver motor. Kecepatan motor AC tersebut diatur oleh mikrokontroller yang berupa PWM dimana PWM digunakan untuk menentukan kecepatan putaran pada motor, output PWM tersebut akan mengaktifkan dan memberikan inputan pada driver motor dimana output driver motor tersebut akan memberikan tegangan ke motor sesuai dengan settingan pada PWM tersebut. Kecepatan putaran motor tersebut disensor oleh optocopler untuk mengetahui berapa RPM kecepatan motor tersebut, output dari optocopler tersebut masuk ke mikrokontroller untuk diproses kembali dan untuk
ENTER
NO
Setting waktu
YES ENTER
Pintu Tutup (safety lock solenoid)
Motor On
NO
Timer On
Data Ditampilkan Pada Display
Timer Off
Motor Off
Buzzer On
Pintu Terbuka (safety lock solenoid)
End
Pertama setting Timer dan Kecepatan Putaran, kemudian akan dioalah oleh IC Mikrokontroller. Hasil dari setting timer dan
Seminar Tugas Akhir
kecepatan putaran akan ditampilkan display LCD. Kemudian motor akan berputar sesuai settingan apabila kecepatan putaran motor lebih dari settingan maka motor akan mati dan hidup kembali apabila kecepatan kurang dari settingan. Sebelum switch tertekan maka driver motor tidak akan bekerja IC mikrokontroller juga memberi input pada PWM. PWM berfungsi sebagai pengatur kecepatan putaran motor sesuai dengan pada settingan. Pada saat motor berputar maka rangkaian tachometer dengan sesnsor otocopler akan menghiting kecepatan putaran motor. Disaat timer belum selesai maka motor akan tetap berputar dan jika saat timer yang telah disetting telah selesai maka akan menghentikan sistemnya, secara otomatis motor akan berhenti berputar dan buzzer berbunyi, apabila ingin memulai dari awal tekan tombol reset.
Juni 2017
b. Test Point Output PWM 2000rpm
c. Test Point Output PWM 3000rpm Diagram Mekanis
d. Test Point Output PWM 4000rpm
HASIL DAN ANALISA Hasil Pengukuran Test Point PWM a. Test Point Output PWM 1000rpm
Hasil Pengukuran Test Point Sensor Optocoupler a. Test Point Sensor Optocoupler 1000rpm
Seminar Tugas Akhir
Juni 2017
Data Hasil Pengukuran
Setti ng
b. Test Point 2000rpm
Sensor
Optocoupler
I
II
III
IV
V
VI
1000
1775
1765
1753
1611
1747
1712
rpm
rpm
rpm
rpm
rpm
rpm
rpm
2000
1941
1996
1983
1913
1930
1891
rpm
rpm
rpm
rpm
rpm
rpm
rpm
3000
3162
2983
2848
3120
2781
3121
rpm
rpm
rpm
rpm
rpm
rpm
rpm
4000
4135
4277
4127
4133
4145
4188
rpm
rpm
rpm
rpm
rpm
rpm
rpm
Settin
c. Test Point Sensor Optocoupler 3000rpm
Param eter
g
Terukur
pada
Rata-rata
Alat
Standart
Kesalah
Kesalahan
Ketidakpa
Kesalah
an
Maksimal
stian
an
Relatif
yang
Pengukur
(%)
Diijinkan
an (%)
(RPM)
Akuras i
1000
1727.17
-727.17
-72.72
2000
1942.33
57.67
2.88
Kecepa tan
d. Test Point Sensor Optocoupler 4000rpm
Hasil Pengukuran Data
(RPM)
± 6.38 ±2.12 ± 10 %
3000
3002.50
-2.50
-0.08
±5.57
4000
4175.83
-175.83
-4.40
±1.51
Seminar Tugas Akhir
Juni 2017
R3
1 2 3 4 5
1 2 3 4 5
SW UP
SW5
2
2
R7
R UP
1
16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
R1
R6
+ C6 10uF / 16V
SW2 SW RESET
VCC 5V
SW DOWN
220 2
R DOWN
GND J10
Tegangan jala
Jala-
228.7 Volt
±10% dari 220 Volt
5 4 3 2 1
U7 1
PC6 (RESET)
8 7 6 5 4 3 2 1
14 15 16 17 18 19 9 10
PORT B
23 24 25 26 27 28
C4 CAP 22pF Y2 CRYSTAL 16 MHz
8/PB0 (ICP) 9/PB1 (OC1A) 10/PB2 (OC1B) 11/PB3 (MOSI) 12/PB4 (MISO) 13/PB5 (SCK) 14/PB6 (XT1) 15/PB7 (XT2)
(RxD) PD0/0 (TxD) PD1/1 (INT0) PD2/2 (INT1) PD3/3 (T0) PD4/4 (T1) PD5/5 (AIN0) PD6/6 (AIN1) PD7/7
2 3 4 5 6 11 12 13
R4 12
2
SW LOCK
0.0 µA
≤100 µA
Arus bocor pada chassis tanpa pembumian
0.0 µA
≤500 µA
Arus bocor pada chassis polaritas terbalik dengan pembumian
0.0 µA
≤100 µA
Arus bocor pada chassis polaritas terbalik tanpa pembumian
0.0 µA
≤100 µA
R LOCK
2
VCC PLN
RL2 MOTOR AC 3 4 IN+ IN-
1 LOAD 2 LOAD
SSR DC/AC J4
5v
D7 Q1 DIODE ZENER MOSFET_EN_SDG
RESISTOR
PWM DRIVER R6 aref
ATMEGA328
CON1
J7
20k
5v
R11 1
2 LS1 Q2 NPN BCE
CON1
VCC 1
RES
R2 220
BUZZER
D6 LED ON/OFF
Title <Title> Size A1 Date:
Document Number
Saturday , June 03, 2017
Rev Sheet
1
of
J5 1 PLN
R10 1
1 2 3 4
+ C2 0,1uF
20 AVCC 21 AREF 22 AGND
SENSOR
1
2
Arus bocor pada chassis dengan pembumian
1
J1
7 VCC 8 GND
A0/PC0 (ADC0) A1/PC1 (ADC1) A2/PC2 (ADC2) A3/PC3 (ADC3) A4/PC4 (SDA) A5/PC5 (SCL)
R5 1
≤0,2 Ω
J2 4 3 2 1
SW1
Ω
1 220
5V
-
OUTPUT MG1 J6
LCD
1
D5 2 LED
Tahanan Hubungan Pentanahan ( Khusus Kelas I )
J3 1
21
≥20 M Ω
10k
220
5V R6 LCD 10K
5v
Over M Ω
CAP 22pF
ISO1 R8 OPTO ISOLATOR
R9
J8
PROGRAMMER
C5
Tahanan Isolasi Kabel Catu Daya dengan Chassis
VCC
J17
1 2 R ENTER SW ENTER
5V SW4
5
5V
1 R RESET 10K
4
J11
1
1
J12
VCC
5V SW3
5V
1
Hasil Ukur
5V 5V
2
Parameter
Ambang Batas yang Diijinkan
PEMBAHASAN Rangkaian Keseluruhan
2
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Keselamatan Listrik
1
Tegangan 5V masuk ke pin Anoda sedangkan resistor 220 disini berfungsi sebagai pengaman, kemudian pin katoda di groundkan, tegangan 5V juga memberikan inputan pada pin collector, sedangkan pada pin emittor di berikan resistor 10K sebelum ground. Ketika phototransistor saturasi output berlogika high, tegangan yang masuk pada collector menuju ke resistor sehingga tegangan yang menuju ground kecil yang kemudian akan di inputkan pada Port 2 mikrocontroller yang kemudian di olah menjadi data digital untuk selanjutnya di tampilkan pada LCD 2x16. Kinerja Sistem Keseluruhan Cara kerja pembuatan sistem modul ini yaitu dimulai dengan menghidupkan modul,selanjutnya masukan sampel. Untuk melakukan setting tutup pintu unit terlebih dahulu. Selanjutnya melakukan setting kecepatan. Setelah itu melakukan setting timer dan alat bekerja sesuai dengan settingan yang telah ditentukan.
Seminar Tugas Akhir
Pengukuran modul menggunakan alat Tachometer di kampus Teknik Elektromedik sebagai kalibrator Dari hasil pengukuran RPM yang dibandingkan dengan alat Tachometer BPFK Surabaya pada setting kecepatan 1000 – 4000 RPM dimana masing - masing pengukuran dilakukan sebanyak 6 kali. Alat ini lebih khusus untuk mengukur kecepatan pada motor guna mengetahui tingkat error pada modul. Pada titik pengukuran 1000 rpm, kinerja alat melebihi kesalahan maksimal yang diijinkan. PENUTUP Kesimpulan Secara menyeluruh penelitian ini dapat disimpulkan bahwa : 1.
Dibuatnya Centrifuge yang dilengkapi dengan selonoid sebagai safety lock bekerja dengan baik. 2. Sensor Optocoupler untuk mendeteksi hasil putaran pada motor dapat menampilkan hasil RPMnya pada disply. 3. Ketidakpastian Pengukuran dilaporkan pada Tingkat Kepercayaan 95% dengan faktor cakupan k=2. 4. Pada titik pengukuran 1000 rpm, kinerja alat melebihi kesalahan maksimal yang diijinkan disebabkan pengaturan pada PWM.
6.2. SARAN
Juni 2017
Pengembangan dilakukan pada : 1.
2. 3. 4.
penelitian
ini
dapat
Mengurangi nilai error pada sensor pendeteksi putaran dengan menggunakan sensor yang lebih sensitive dan lebih linier. Menambah kecepatan RPM. Menambah pemilihan Timer. Menambah grounding pada alat.
