HASIL DAN PEMBAHASAN
Pembuatan Purwarupa
Unit Sensor
Fotodioda dirangkaikan dengan LED dalam satu PCB dan dimasukkan ke dalam probe yang terbuat dari PVC untuk memfokuskan LED dalam memancarkan cahaya dan agar fotodioda tepat dalam membaca pantulan sinar LED dari TBS sawit. Sekeliling fotodioda dilindungi dengan pelindung yang terbuat dari pelastik untuk mengurangi pengaruh cahaya dari samping, sehingga penginderaan fotodioda lebih terfokus pada pantulan cahaya. Selain untuk melindungi unit sensor, probe juga berfungsi untuk mengurangi pengaruh cahaya luar yang dapat mengaburkan pemantulan cahaya. Unit sensor tersaji pada Gambar 14.
Gambar 14 Unit sensor
Saat dilakukan pengujian, LED dapat memancarkan sinar dengan terang, akan tetapi untuk jangka waktu yang lama, sinar mulai meredup seiring dengan berkurangnya kapasitas baterai yang dapat menurunkan intensitas reflektan cahaya yang ditangkap oleh fotodioda. Hal tersebut dapat menyebabkan menghasilkan data yang tidak valid. Dalam rangkaian LED perlu ditambahkan regulator tegang agar tegangan tetap stabil dalam memberikan tenaga pada LED. Sehingga pada rangkaian unit sensor yang dibuat saat ini penggunaannya akan optimal ketika kapasitas baterai penuh.
Unit Pemrosesan
Mikrokontroler instrumen ini menggunakan DI PRO SYSTEM dengan chip
ATMega 32 (Gambar 15). Port A0, A1, A2, dan A3 dihubungkan pada rangkaian fotodioda untuk diubah pembacaan nilai analog dari fotodioda menjadi nilai
LED inframerah
18
digital. Tingkat kematangan TBS kelapa sawit ditentukan oleh besar nilai digital dari fotodioda. Port B0 hingga B1 dihubungkan dengan modul memory card. Port C0 hingga C7 dihubungkan dengan LCD. Port D0 dihubungkan dengan tombol pengambilan data. Rangkaian berbagai komponen yang terhubung dengan mikrokontroler tersaji pada Gambar 16.
Gambar 15 Chip ATMega 23
19
Unit Keluaran
Unit keluaran berupa layar LCD. Unit ini berfungsi untuk menampilkan perintah pengambilan data serta nilai digital dari fotodioda. Sebelum tombol pengambilan data ditekan (Gambar 17a), LCD akan menampilkan “tekan tombol” untuk memberitahu pengguna agar menetan tombol pengambilan data. Saat tombol pengambilan data ditekan, maka layar LCD akan memunculkan kata
“Proses” seperti pada Gambar 17b.
(a) (b)
Gambar 17 (a) Tampilan LCD sebelum penekanan tombol pengambilan data (b) tampilan LCD setelah penekanan tombol pengambilan data
Unit Penyimpanan
Unit penyimpanan digunakan untuk menyimpan data pola kematangan TBS yang diindera fotodioda. Data tersebut digunakan sebagai acuan kematangan TBS pada program. Unit penyimpanan berupa modul memory card dan SD card tersaji pada Gambar 18. Pada dasarnya modul ini dapat bekerja jika menggunakan mikrokontroler AVR dengan spesifikasi di bawah ATMega 32 seperti ATMega
8535 atau ATMega 16, namun membutuhkan tambahan memori EEPROM yang terbatas hanya untuk beberapa kali penyimpanan program. Sedangkan jika menggunakan ATMega 32, modul memori tidak memerlukan EEPROM.
Gambar 18 Modul memory card dan SD card
Dudukan Unit Sensor dan Galah Penghubung
Dudukan unit sensor dirancang agar memudahkan penempatan unit sensor pada galah penghubung. Selain itu,dudukan dirancang agar mudah ditekukkan sehingga memudahkan unit sensor untuk mengikuti lekuk TBS sawit. Fungsi lainnya adalah sebagai dudukan baterai LED dan tombol on/off LED. Dudukan ini dibuat dari besi siku dan pipa besi. Tampilan dudukan unit sensor tersaji pada Gambar 19. Agar unit sensor dapat menjangkau TBS sawit yang berada di pohon, digunakan galah penghubung. Galah penghubung ini dapat dipanjang-pendekkan
20
sehingga dapat menyesuaikan tinggi pohon sawit yang akan diuji. Panjang total galah ini adalah 2.7 m. Tampilan galah tersaji pada Gambar 20.
Gambar 19 Dudukan unit sensor
Gambar 20 Galah penghubung
Kotak Elektronika
Seluruh komponen selain unit sensor dan catu daya sensor, disatukan dalam kotak elektronika. Pada kotak ini juga dilengkapi tombol on/off untuk mengaktifkan komponen elektronika didalamnya. Selain itu terdapat tombol pengambilan data untuk memicu fotodioda agar membaca kematangan TBS. Sisi-sisi kotak direkatkan dengan lem. Pada bagian atas dan samping kiri didesain agar dapat dilepas untuk memasukkan komponen elektronika dan baterai. Kotak elektronika tersaji pada Gambar 21.
21
Hasil Perancangan Instrumen
Hasil perancangan instrumen penentu kemasakan TBS sawit terbagi atas bagian unit sensor yang berada di ujung atas galah penghubung, galah penghubung, dan komponen elektronika lain yang berada di bawah.
22
Kotak elektronika
Gambar 23 Komponen bagian atas
Gambar 24 Komponen bagian bawah LCD Tombol
pengambilan data
Baterai
Tombol on/off Memory card Mikrokontroler Unit sensor Baterai Tombol on/off LED Dudukan unit sensor
23
Pembuatan Perangkat lunak
Algoritma program instrument ditulis pada software CV AVR 2.05 (Gambar 25). Dalam penulisan program digunakan library LCD, ADC, dan memory card. Program instrumen ini terdiri atas beberapa tahapan pengaktifan fungsi komponen-komponen elektronika. Pertama, fungsi memory card diaktifkan yang
ditandai pada LCD. Jika LCD menunjukkan kata “MMC tdk ada Masukkan
MMC”, maka SD card harus dimasukkan ke dalam modul.
Gambar 25 Tampilan software CV AVR 2.05
Setelah fungsi memory aktif, maka dilanjutkan dengan memanggil fungsi ADC. Ketika unit sensor diletakkan pada permukaan TBS sawit dan tombol pengambilan data ditekan, maka pembacaan ADC diaktifkan. Kemudian, jika penekanan tombol telah dilakukan sebanyak sembilan kali, nilai pembacaan masing-masing fotodioda akan tersimpan pada memori. Pada tahap pengujian kinerja unit sensor, nilai hasil penyimpanan akan dilihat apakah terdapat pola kematangan TBS yang dapat dijadikan acuan untuk diprogram pada mikrokontroler. Namun untuk memudahkan pengujian secara keseluruhan, mikrokontroler diprogram dengan memberikan nilai pembatas sembarang untuk tiap tipe kematangan dari rata-rata hasil penginderaan fotodioda, kemudian diterjemahkan di layar LCD dalam bentuk nilai ADC. Kode program tersaji pada Lampiran 4.
Setelah kode program selesai ditulis, maka perlu diterjemahkan ke dalam hexadesimal (compile) dengan memilih build all pada menu Project. Selain diterjemahkan, CV AVR juga akan memeriksa apabila terjadi kesalahan penulisan kode program. Jika sudah tidak ada kesalahan penulisan, maka program perlu diunduh ke dalam mikrokontroler melalui port USB dengan kabel pengunduhan (Gambar 26).
24
Gambar 26 Kabel pengunduh program
Kemudian pilih menu Tools lalu Chip Programer dan pilih Program All
pada kotak dialog pengunduhan program (Gambar 27). Pilih no saat kotak dialog penggunaan EEPROM muncul karena tidak dibutuhkan. Lalu jika proses pengunduhan selesai, maka lepaskan kabel pengunduhan dan fungsi-fungsi mikrokontroler siap digunakan.
Gambar 27 Kotak dialog pengunduhan program
Kinerja Instrumen Penentu Kemasakan TBS Kelapa Sawit
Ketepatan dan Ketelitian Sensor
Kalibrasi dilakukan dengan menggunakan nilai pengukuran latar hitam dan putih sebagai acuan pengukuran, karena pada latar hitam seluruh pancaran cahaya akan diserap karena dan pada latar putih seluruh pancaran cahaya akan dipantulkan. Saat dilakukan pengukuran, latar hitam menghasilkan nilai digital tertinggi dan latar putih menghasilkan nilai digital terendah. Setelah dikalibrasi,
25 maka diketahui bahwa kofisien determinasi sebesar 0.99. Hal tersebut menunjukkan bahwa nilai intensitas pemantulan cahaya mampu dideteksi oleh sensor fotodioda.
Pengukuran ketelitian sensor juga didasarkan pada latar hitam dan putih yang datar. Saat diuji pada latar hitam maka ketelitian untuk fotodioda 1 sebesar 14%, fotodioda 2 sebesar 4.96%, fotodioda 3 sebesar 12.40%, dan fotodioda 4 sebesar 11.14%. Akan tetapi saat diuji pada latar putih, nilai fotodioda 1 sebesar 32.33%, fotodioda 2 sebesar 80.04%, fotodioda 3 sebesar 37.08%, dan fotodioda 4 sebesar 44.55%. Hal tersebut menunjukkan bahwa fotodioda yang digunakan lebih sensitif mengukur pantulan cahaya pada latar yang gelap ketimbang latar yang terang. Namun perbedaan pada fotodioda 2 dapat disebabkan oleh kondisi sensor yang sudah kurang baik.
Pengukuran ketepatan sensor dilakukan pada suatu latar sembarang yang dalam hal ini berwarna merah. Hasil menunjukkan bahwa nilai pada fotodioda 1 sebesar 0.23%, fotodioda 2 sebesar 0.70%, fotodioda sebesar 3 0%, dan fotodioda 4 sebesar 0.07%. Hal tersebut menunjukkan bahwa semua fotodioda mampu menghasilkan nilai pengukuran yang relatif sama berulang kali dengan baik.
Saat pengujian di lapangan, fotodioda 2 tidak digunakan karena memiliki sensitifitas yang buruk disbanding dengan fotodioda lainnya.
Pengujian Lapangan
Setelah dilakukan kalibrasi sensor, maka dilakukan pengujian di lapang. TBS yang diuji adalah TBS yang masih berada di atas pohon kelapa sawit. Berdasarkan Tabel 3, nilai intensitas pantulan cahaya LED inframerah memiliki nilai yang beragam untuk di setiap fraksinya. Selain itu, terdapat nilai negatif yang menandakan angka tersebut dekat dengan angka nol. Penyebab terjadinya keragaman ini dapat disebabkan oleh permukaan TBS yang tidak rata, sehingga masih memungkinkan terbentuknya celah pada unit sensor yang dapat mengaburkan pendeteksian oleh fotodioda. Ditambah lagi, posisi brondol sawit tidak seragam, sehingga intensitas yang diterima fotodioda sangat beragam.
Tabel 3 Nilai intensitas reflektan untuk fraksi kematangan TBS Sampel F0 (%) F1 (%) F2 (%) F3 (%) F4 (%) 1 21.57 14.01 41.06 24.01 61.41 2 34.04 15.72 24.45 32.67 33.33 3 12.07 58.63 66.44 59.33 53.36 4 27.40 56.15 84.92 17.31 46.76 5 41.94 31.28 93.93 15.27 76.35 6 53.98 38.97 96.37 14.78 51.32 7 48.84 91.11 90.07 38.29 53.36 Rata-rata 34.26 43.70 71.03 28.81 53.70
26 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 0 1 2 3 4 Fraksi Ka da r miny ak (% ) R efle ktan ( % )
Faktor lain yang mempengaruhi keragaman hasil pengukuran adalah bentuk unit sensor. Pada Gambar 14, fotodioda sekeliling fotodioda tidak terlindungi. Sehingga memungkinkan suatu cahaya masuk lewat samping fotodioda. Ditambah lagi meskipun menurut pendugaan, panjang gelombang sumber cahaya yang lebih dari 850 nm dapat memberikan suatu pola kematangan secara khusus, akan tetapi instrumen ini yang hanya menggunakan satu panjang gelombang belum mampu menghasilkan pola tersebut. Sehingga perlu diketahui karakter pada beberapa macam panjang gelombang.
Gambar 28. Pola intensitas reflektan terhadap fraksi kematangan TBS. Reflektan, Kadar minyak.
Apabila hasil rata-rata dari Tabel 3 digambarkan dalam grafik, maka akan terbentuk suatu pola intensitas reflektan terhadap fraksi kematangan TBS (Gambar 28). Terlihat bahwa dari fraksi 0 sampai fraksi 2, intensitas pantulan meningkat dan pada fraksi 3 menurun. Ini mirip seperti pola kandungan kadar minyak sawit yang terkandung pada tiap-tiap jenis kematangan. Namun pada fraksi 4 meningkat tidak sesuai dengan pola kadar minyak sawit terhadap kematangan. Hal ini dapat disebabkan oleh penaksiran pemanen yang kurang tepat. Selama ini pemanen menentukan fraksi kematangan TBS secara kulitatif yang sangat dipengaruhi oleh pengalaman kerja, pengetahuan serta stamina yang dapat mengaburkan penaksiran.
Pola intensitas pantulan cahaya terhadap tingkat fraksi kematangan TBS belum cukup menjadi acuan untuk diprogram pada mikrokontroler, karena dengan melihat grafik tersebut, instrumen tidak mampu membedakan fraksi 0 hingga 4 karena nilai intensitasnya cenderung mirip dan berdekatan. Pola inilah yang tidak dapat dimasukkan dalam program instrumen, karena tidak ada nilai yang spesifik antara fraksi 0 hingga 4. Hal tersebut menyebabkan instrumen dapat melakukan kesalahan penentuan antar fraksi. Sehingga instrumen ini belum dapat membedakan fraksi hanya dengan melihat pola intensitas reflektan TBS pada satu panjang gelombang
27
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Instrumen penentu kematangan TBS sawit mampu mendeteksi intensitas pantulan cahaya pada latar gelap dengan baik. Namun instrumen belum dapat membedakan tingkat fraksi dengan baik jika hanya mengacu pada pola pengukuran di lapangan menggunakan reflektan satu panjang gelombang cahaya.
Saran
1. Perlu dilakukan penggantian sumber cahaya dengan beberapa macam panjang gelombang inframerah.
2. Sekeliling fotodioda perlu dilindungi untuk mengurangi cahaya yang masuk dari samping.
3. Rangkaian LED perlu ditambahkan regulator tegangan agar intensitas cahaya yang dipancarkan tetap stabil.
28