Lokasi dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Teknik Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatra Utara, dan mulai dilaksanakan pada bulan Mei 2009 sampai dengan bulan Juni 2010.
Bahan dan Alat Bahan
Adapun bahan – bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain : Kawat solder
Lem silikon Kawat kuningan
NE555 (General Purpose Single Bipolar Timers)
TTL SN74LS76 (Dual JK Flip-Flop with Set and Clear)
TTL SN74LS93 (Decode Counter ; Divide by Twelve Counter ; 4-Bit Binary Counter)
TTL SN74LS47 (BCD to seven segment decoder/ driver) LED Display Seven Segment (Anoda)
TTL SH74HC125 (Quad 3-State Buffers)
TTL SN74LS08 (Quad Rupple 2-input Positive And-Gates) TTL SN74LS04 (Hex Inverter)
TTL SN74LS21 (Dual 4-input Positive And-Gates) TTL SN74LS32 (Quad 2-input Or-Gates)
TTL SN74LS21 (Dual 4-input And-Gates) TTL SN 74LS27 (3-input Positive Nor-Gates)
Optocoupler 4N25 (Phototransistor Output With Base Connection) Transistor DIP D-313 (NPN)
Switch Relay 12V (FK-4098) Trimpots 10K
LM741 (Single Operational Amplifier) Transistor DIP C-945 (NPN)
Transistor DIP A-733 (PNP) Transistor SCR C106DG
Potensiometer 100K (Linear Tapper Potensiometer) Motor DC 12V 1400RPM
Motor DC 12V 2400RPM
Dioda Zener (1N76 THRU 1N759 ; 0,5A) LED (Red, Yellow, Blue, Green)
Transistor (300Ω, 1KΩ, 10KΩ, 16KΩ, 270Ω) IC Regulator 7805 (5V 1A positive Regulator) IC Regulator 7812 (+12V 1A Positive Regulator) IC Regulator 7912 (-12V 1A negative Regulator) Kapasitor (10pF, 100nF, 1000μF, 220μF, 2200μF) Bridge Rectifier 3A
Transformator CT 18V 3A
DC FAN 12V (0,16A; 0,23A; 0,3A) Heatsink
Switch digital
PCB Single-Side Board
Alat
Adapun alat – alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain : Solder Pasta Solder Desoldering Gun Keran putar ½” Motor DC Gir Isolasi Kaca pembesar Senter Obeng Tang Pinset Gunting Baut dan mur Bor Listrik Palu
Metode Penelitian Kendali Besaran Api
Pada dasarnya, kendali besaran api memanfaatkan rangkaian penjumlah (C) yang besarannya diambil dari rangkaian referensi (B) berdasarkan pembacaan sensor (A). Rangkaian referensi berisi informasi tentang pembagian waktu proses dan kecepatan yang nilainya didapat dari penelitian. Informasi dari rangkaian referensi tersebut kemudian diproses oleh rangkaian penjumlah, dalam hal ini digunakan IC op-amp LM741.
Penguat operasional atau op-amp (operational amplifier) adalah penguat diferensial dengan dua masukan dan satu keluaran yang mempunyai penguatan tegangan yang sangat tinggi, yaitu dengan orde 105. Dengan penguatan yang tinggi ini op-amp memiliki kemampuan yang lebih baik daripada penguat transistor. Penguat op-amp digunakan dalam rangkaian yang sudah didesain dalam IC (integrated circuit), penguat op-amp juga digunakan sebagai penguat inverting, non-inverting dan penambah (Azies-tech.com, 2006).
Tegangan yang masuk pada penguat inverting akan selalu memiliki polaritas yang berlawanan dengan sinyal masukannya. Pada penguat non-inverting, tegangan keluaran akan selalu se-fasa dengan tegangan masukannya. Pada sistem kendali besaran api, yang digunakan adalah penguat penjumlah tegangan,. Dengan menggunakan rangkaian penguat membalik dasar dan menambahkan resistor pada masukan lainnya, sehingga tegangan keluaran akan dibalik dan nilainya sama dengan penjumlahan aljabar dari masing-masing perkalian tegangan masukan dengan hasil bagi resistor masukan dengan resistor
umpan-balik yang bersesuaian. Artinya, sistem akan selalu mencari nilai 0. proses yang berlangsung pada rangkaian penjumlah menjadi dasar bagi sensor untuk menggerakan motor DC yang kemudian memutar katup gas untuk mendapatkan besaran api sesuai dengan yang ditetapkan oleh rangkaian referensi.
Gambar 11. Proses kendali besaran api
Berikut model matematika untuk rangkaian penjumlah : A + B = C = 0
A < B = - C A > B = + C
Misalkan nilai A yang masuk adalah + 5 Volt dan nilai B adalah – 5 Volt maka nilai di C adalah 0. Nilai 0 adalah posisi motor DC berhenti bergerak (Halt).
Jika nilai A yang masuk lebih kecil dari nilai B, maka C bernilai negatif. Artinya motor DC akan memutar keran searah jarum jam (clockwise).
Jika nilai A yang masuk lebih besar dari nilai B, maka C bernilai positif. Artinya motor DC akan memutar keran berlawanan arah jarum jam (counter clockwise).
Motor DC akan terus berputar searah atau berlawanan arah jarum jam sampai C bernilai 0, dimana 0 merupakan besaran api yang dikehendaki rangkaian referensi.
Penempatan kran dan motor DC diperlukan untuk pengembangan fisik mesin. Penempatan gir juga perbandingan yang gir dan putaran motor DC akan membantu kelancaran putaran keran gas.
Kendali Kecepatan Putaran Pengaduk Dodol
Untuk mengatur kecepatan putaran pengaduk dodol digunakan trigger NE555. Trigger NE555 mampu menghasilkan jeda waktu (time delay) atau osilasi akurat yang dapat dikontrol dengan sangat baik oleh sirkuit pewaktu monolitik yang terdapat pada NE555. Frekuensi yang dihasilkan oleh trigger akan dikumpulkan oleh counter 4 bit
Pada tiap counter terdapat dua seksi yang kemudian tiap seksi tersebut dibagi lagi menjadi dua, lima, enam atau delapan seksi yang tiap seksinya akan menerima input High atau Low. Counter kemudian akan membaginya sesuai pembagian waktu yang dikehendaki. Selanjutnya counter akan menghasilkan kombinasi digital berupa 1 (tinggi) dan 0 (rendah) pada setiap pin-nya. Dalam counter juga terdapat flip-flop yang digunakan sebagai unsur pengingat (memory) yang menyimpan satu bit binari informasi logika dari kombinasi sebelumnya yang digunakan untuk me-reset counter selanjutnya dalam menghasilkan kombinasi digital.
Kombinasi digital kemudian akan dilanjutkan ke gerbang logika.. Gerbang logika akan mengumpulkan kombinasi digital yang dihasilkan oleh counter untuk kemudian dilanjutkan ke flip-flop, dimana flip-flop digunakan sebagai unsur pengingat (memory) pada rangkaian logika berurut serempak untuk menyimpan kombinasi logika. Disebut berurut serempak karena perubahan keadaan keluaran hanya terjadi pada saat-saat yang ditentukan, keluaran daripada rangkaian itu tidak akan berubah walaupun masukan berubah diantara selang waktu yang telah ditentukan (Tarigan, 2001).
Setiap gerbagng logika akan menghasilkan output sinyal bernilai High sesuai dengan batasan waktu yang ditetapkan. Kondisi High ini akan diteruskan ke transistor SCR C106DG. Transistor SCR pada rangkaian ini digunakan sebagai switch digital yang dapat memutus dan meneruskan arus.
Saat kaki Gate dari transistor diberi sinyal High, anoda dan katoda akan terhubung dan arus dialirkan dengan ditandai berpendarnya LED. Logika High dari transistor SCR akan diteruskan ke rangkaian pengatur kecepatan motor. Optocoupler berfungsi sebagai sensor pemutus dan penghubung. Saat arus diberikan pada kaki anoda, anoda dan katoda terhubung yang menyebabkan ruang uji photo transistor ter-emisi dan meneruskan arus. Arus dari optocoupler akan dikuatkan dengan transistor DIP D-313. setelah dikuatkan, arus akan diteruskan pada switch relay. Kondisi switch relay yang diberi arus akan membuat saklar berada pada kondisi normaly open. Kondisi ini arus akan diteruskan untuk menggerakkan motor DC yang putarannya sudah disesuaikan menggunakan trimpots sesuai dengan nilai referensi yang dikehendaki.
Saat sudah tidak ada logika lagi yang berlaku pada timer, timer akan di-reset oleh IC TTL 74LS76. fungsi di-reset oleh IC 74LS76 digunakan untuk meng-clear-kan atau membersihkan sisa logika yang masih tersisa pada counter, sehingga tidak mengacaukan proses selanjutnya.
Prosedur Penelitian
Pembuatan alat simulasi dibagi menjadi 3 (tiga) pekerjaan utama, yaitu : pembuatan power supply, pembuatan rangkaian penghitung (Timer) dan pembuatan rangkaian pembagi.
Pembuatan power supply
1. Disiapkan trafo step down CT 18V 3A untuk menurunkan tegangan 220V menjadi +9V.
2. Dibuat rancangan power supply.
3. disiapkan dioda rectifier, IC-IC regulator, dan kipas.
4. dihubungkan output, +9V trafo ke input (+) rectifier, dan 0V ke input (-) rectifier.
5. Dihubungkan ke IC-IC regulator. IC 7805 untuk mendapatkan output +5V, 7812 untuk tegangan +12V dan 7912 untuk tegangan -12V.
6. Dihubungkan kipas kerangkaian mengingat suhu kerja mencapai 800 C dan untuk mencegah over heat tiap komponen yang bekerja.
7. Dihitung menggunakan multi-tester apakah tiap output sudah sesuai dengan nilai tegangan yang dikehendaki.
Pembuatan Rangkaian Penghitung (Timer)
Perancangan Timer Simulasi Kendali Putaran Pengaduk
1. Diteliti nilai dari rangkaian referensi dengan mengamati proses pembuatan dodol secara manual serta membandingkan dengan proses pembuatan dodol yang dikerjakan oleh mesin
2. Dilakukan studi khusus pemilihan komponen IC yang sesuai dengan keperluan perakitan alat simulasi.
3. Disiapkan rangkaian power supply dengan memanfaatkan trafo CT 18V dan IC 7805, 7812, serta 7912. IC 7805 akan mengeluarkan tegangan +5V, IC 7812 akan mengeluarkan tegangan +12V dan IC 7912 akan mengeluarkan tegangan –12V.
4. Diambil nilai asumsi pembuatan dodol standar berdasarkan proses yang dikerjakan secara manual. Nilai asumsi tersebut berupa waktu pemasakan, kecepatan pengaduk dan nilai bukaan kran gas yang nantinya akan dilaksanakan oleh rangkaian digital.
5. Disiapkan Project Board untuk tempat kaki-kaki IC diletakkan sesuai informasi datasheet-nya.
6. Dipasang NE555 dan IC counter, decoder, dan BCD 7 Segment. 7. Disusun agar jalur kabel tidak terlalu berbelit-belit.
8. Disambungkan jalur-jalur (kaki-kaki IC) sesuai ketentuan yang berlaku (lihat lampiran datasheet).
9. Disiapkan IC gerbang logika setelah rangkaian penghitung waktu selesai dirangka i.
10.Disambungkan kaki keluaran Q0, Q1, Q2, Q3 pada IC counter rangkaian penghitung waktu ke rangkaian IC gerbang logika yang selanjutnya akan menjadi masukan pada rangkaian pembagi (IC Flip-Flop – SN74LS76). 11.Disambungkan keluaran dari IC Flip-Flop switch relay pada rangkaian
pembagi yang berfungsi membagi tenaga putaran motor sesuai nilai asumsi (nilai referensi) yang telah ditetapkan.
Perancangan Timer Simulasi Kendali Besaran Api
1. Diambil kombinasi High pada kaki-kaki IC SN 74LS93 (decode counter 4-bit binary) sesuai logika biner 4-bit dengan waktu yang sudah ditetapkan, misalnya pada tahapan waktu pertama (5 menit ; 0.05.00 / h.mm.ss), maka logika biner yang berlaku adalah Q0 = 1 ; Q1 = 0 ; Q2 = 1 ; Q3 = 0 (lihat tabel binari 4-bit).
2. Disambungkan kaki-kaki yang bernilai High tadi pada IC-IC gerbang logika dengan dasar pemikiran bahwa keluaran High dari 74LS93 pada nilai 5 yang berulang tidak mempengaruhi tahapan yang sedang berlangsung.
3. Disambungkan switch relay ke motor DC pengatur gerakan buka-tutup kran.
Perancangan Rangkaian Pembagi Rangkaian Pembagi Putaran Motor
1. Disiapkan komponen-komponen yang terlibat (PCB Bolong 0.8 mm, LM741, Optocoupler 4n235, Trimpot 1K, transistor DIP D-313, dan switch relay 12V 5-pin).
2. Disusun dan disambungkan sesuai dengan desain.
3. Disambungkan input pada optocoupler dengan keluaran yang ada pada IC 74LS76 di timer sesuai dengan taraf pembagian waktu yang ada.
4. Disambungkan output pada NO (Normaly Out) switch relay, lalu digabung NO pada setiap switch relay untuk kemudian menjadi tegangan Positif (+) motor DC.
5. Dilihat apakah motor DC bergerak sesuai dengan kecepatan yang diingikan pada taraf waktu yang berlaku saat itu.
Rangkaian Pembagi Bukaan Gas
1. Disiapkan komponen-komponen yang terlibat (PCB Bolong 0.8 mm, LM741, Optocoupler 4n235, Trimpot 1K, transistor DIP D-313, potensiometer 100K, motor DC 12v 2400rpm, dan switch relay 12V 5-pin).
2. Seperti pada rangkaian pembagi putaran motor, disususn dan disambungkan komponen-komponen sesuai dengan disain.
3. Disambungkan input optocoupler pada output rangkaian timer sesuai taraf waktu yang ditetapkan.
4. Disambungkan tegangan -12V pada VEE LM741 yang berfungsi sebagai op-amp (komparator).
5. Disambungkan NO switch relay yang kemudian menjadi input positif (+) LM741 dan input negatif pada pin 2 potensiometer. Disini kita sedang merancang rangkaian komparator.
6. Disambungkan output dari LM741 pada motor DC.
7. Dilihat, apakah motor DC dapat memutar potensiometer menuju nilai referensi yang diinginkan.
Parameter yang Diamati
1. Kendali otomasi
Kendali otomasi dilihat dari hidup-matinya lampu indikator pada sistem timer. Menyalanya lampu menunjukan adanya arus yang keluar dari gerbang switch. Besaran arus yang keluar dari gerbang tersebut bernilai high (4,5 V- 5,0 V). Arus ini akan dimanfaatkan sebagai input pada sistem switch pengatur kecepatan putar dan bukaan gas.
2. Logika per nilai referensi yang berlaku