20
BAB III
PERANCANGAN ALAT
Pada bab ini akan dijelaskan perancangan alat yang terdiri dari gambaran sistem kerja alat, perancangan perangkat keras dan perancangan perangkat lunak. Perancangan dimulai dari uraian mengenai gambaran sistem kerja alat yaitu penjelasan tentang bagaimana alat ini bekerja. Kemudian dilanjutkan uraian mengenai perancangan perangkat keras dan yang terakhir uraian mengenai perancangan perangkat lunak.
3.1. Gambaran Sistem
Sistem yang dirancang oleh penulis merupakan sebuah alat yang digunakan untuk melakukan pengujian kualitas susu sapi murni. Pengujian yang dilakukan terdiri dari pengujian nilai pH dan pengujian nilai kadar air yang terkandung di dalamnya. Pada kedua pengujian ini penulis melakukan perancangan sistem secara otomatis dengan tujuan agar mempermudah user untuk mengoperasikannya.
21
Gambar 3.1. Blok Diagram Alat
3.2. Gambaran Cara Kerja Alat
Ketika terhubung dengan daya AC 220 V dan saklar utama dalam kondisi ON, maka alat ini akan bekerja. Jika kondisi ini sudah terpenuhi maka user bisa memilih untuk melakukan proses pengukuran kadar air atau kadar pH terlebih dahulu. Ketika user memilih proses pengukuran kadar pH terlebih dahulu, maka user harus menaruh beaker glass yang berisi susu sapi murni ke tempat mekanik pengukuran kadar pH dan kemudian beaker glass tersebut akan naik secara otomatis menuju ke sensor pH electrode SEN0161. Kemudian sensor akan membaca data keluaran berupa resistansi dan akan dikonversikan oleh pH meter v1.0 yang menghasilkan data berupa tegangan analog. Data tersebut akan dikonversikan lagi menjadi tegangan digital oleh mikrokontroler untuk proses pengolahan data selanjutnya dan data yang sudah di olah oleh mikrokontroler akan tertampil pada layar LCD berupa nilai pH. Setelah data nilai pH sudah didapatkan, maka mikrokontroler akan mengecek apakah kadar pH yang terdapat pada susu sapi murni memenuhi syarat dari Koperasi Andini Luhur, yaitu susu yang mengandung derajat keasaman/ kadar pH antara 6,5 – 7,1. Jika susu
memenuhi syarat tersebut, maka akan tertampil “BAIK” pada layar LCD dan jika
22
Setelah proses pengukuran pH selesai maka user akan memilih untuk proses pengukuran kadar air. Pertama – tama user akan meletakkan cairan susu di cawan yang terletak di tempat penimbangan yang akan menimbang cairan tersebut sebanyak 5 gram. Setelah berat susu sudah mencapai 5 gram yang terlihat pada layar LCD maka user akan menekan tombol saklar untuk menjalankan cawan tersebut ke tempat pemadatan secara otomatis. Ketika berada di tempat pemadatan, cairan susu akan dipadatkan dengan cara memanaskan cairan tersebut selama 35 menit dalam suhu 60 0C. Setelah selesai dalam waktu 35 menit maka cawan tersebut akan kembali berjalan ke tempat penimbangan dan akan menimbang berat susu tersebut setelah di padatkan. Hasil data berat susu sebelum pemadatan dan setelah pemadatan akan diolah oleh mikrokontroler yang akan menghasilkan keluaran data berupa kadar air pada layar LCD. Setelah data nilai kadar air sudah didapatkan, maka mikrokontroler akan mengecek apakah kadar air yang terdapat pada susu sapi murni memenuhi syarat dari Koperasi Andini Luhur atau tidak, yaitu susu yang mengandung kadar air sebanyak 80% - 90%. Jika susu memenuhi syarat tersebut, maka akan tertampil “BAIK” pada layar LCD dan jika
susu tidak memenuhi syarat, akan tertampil “RUSAK” pada layar LCD.
3.3. Perancangan Perangkat Keras
Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan perangkat keras yang dirancang oleh penulis. Perancangan perangkat keras yang akan dijelaskan meliputi perancangan mekanik dan perancangan elektronika dari keseluruhan sistem yang dirancang.
3.3.1. Perancangan Perangkat Keras Mekanik
23
3.3.1.1. Perancangan Mekanik Pengujian Kadar PH
Kerangka mekanik yang direalisasikan pada keseluruhan sistem kadar pH terbuat dari bahan besi kotak 2x2 cm yang sudah dilas sedemikan rupa sehingga dapat berfungsi untuk menopang keseluruhan komponen yang digunakan dalam perealisasian alat yang dirancang pada mekanik pengujian kadar pH. Berikut adalah dimensi dan bentuk kerangka yang direalisasikan :
Tabel 3.1. Dimensi Kerangka Alat Pengujian Kadar PH.
Ukuran Dimensi Nilai
Panjang 60 cm
Lebar 30 cm
Tinggi 45 cm
Gambar 3.2. Mekanik Keseluruhan Pengujian Kadar PH.
24
Berikut adalah penjelasan dari bagian-bagian kerangka alat untuk otomatisasi naik dan turun:
1. Motor DC
Motor DC adalah bagian yang berfungsi untuk menggerakkan dudukan beaker glass untuk bergerak naik atau turun dengan bantuan tuas/ lengan. Motor yang digunakan adalah Motor DC 12V dengan tegangan input sebesar 12 Volt.
Gambar 3.3. Motor DC.
2. Tuas / Lengan
Tuas / lengan adalah bagian mekanik berbentuk persegi panjang yang terbuat dari lempengan alumunium dengan tebal 1,8 mm. Tuas / Lengan berfungsi untuk merubah gerak dari gerak melingkar menjadi gerak vertikal. Sehingga gerak melingkar yang dihasilkan oleh piringan motor DC akan diubah menjadi gerak vertikal untuk otomatisasi naik dan turunnya dudukan beaker glass.
25
Gambar 3.4. Tuas / Lengan.
3. Dudukan Beaker glass
Dudukan beaker glass adalah bagian mekanik yang berfungsi untuk menopang beban dari beaker glass. Dudukan beaker glass ini memiliki dimensi panjang 10 cm dan lebar 8 cm.
26 4. Beaker glass
Beaker glass adalah gelas ukur yang berfungsi untuk tempat dari susu sapi murni. Pemilihan beaker glass bertujuan supaya susu yang akan dituang memiliki ketepatan yaitu sebesar 200ml. Beaker glass yang digunakan terbuat dari kaca bening.
Gambar 3.6. Beaker glass.
5. Rail
Rail adalah bagian dari mekanik yang menempel di ujung kanan kiri pada dudukan beaker glass yang berfungsi untuk lebih melancarkan dudukan beaker glass naik dan turun, sehingga dudukan beaker glass akan lebih mulus ketika naik atau turun dan rail ini juga membuat dudukan beaker glass menjadi lebih kokoh.
27
3.3.1.2. Perancangan Mekanik Pengujian Kadar Air
Pada keseluruhan kerangka mekanik pengujian kadar air terbuat dari bahan besi kotak 2x2 cm yang telah dilas. Kerangka ini berfungsi untuk menompang keseluruhan komponen yang digunakan dalam perealisasian alat yang dirancang pada mekanik pengujian kadar air. Berikut adalah dimensi dan bentuk kerangka yang direalisasikan :
Tabel 3.2. Dimensi Kerangka Alat Pengujian Kadar air.
Ukuran Dimensi Nilai
Panjang 60 cm
Lebar 30 cm
Tinggi 35 cm
Gambar 3.8. Mekanik Keseluruhan Pengujian Kadar Air.
Seperti yang di tunjukkan pada Gambar bahwa kerangka alat pengujian kadar air terdiri dari beberapa bagian penting untuk menunjang kinerja dari alat.
28 1. Motor Conveyor
Motor conveyor adalah bagian yang berfungsi untuk menggerakkan conveyor dari timbangan menuju ke pemanas dan akan kembali lagi ke timbangan. Motor yang digunakan adalah Motor DC 12V dengan tegangan input sebesar 12 Volt.
Gambar 3.9. Motor Conveyor. 2. Cawan
Cawan adalah bagian dari mekanik yang berbentuk lingkaran berdiameter 10 cm. Cawan berfungsi sebagai tempat dari susu sapi yang akan di timbang dan dipanaskan.
29 3. Infrared Ceramic Heater
Infrared ceramic heater adalah bagian dari mekanik yang berfungsi untuk memanaskan susu sehingga menjadi padatan susu.
Gambar 3.11. Infrared Ceramic Heater.
4. Timbangan
Timbangan adalah bagian dari mekanik yang digunakan untuk mengukur berat dari susu yang akan digunakan.
Gambar 3.12. Timbangan Load Cell.
5. Rantai
30
Gambar 3.13. Rantai.
6. Gir
Gir adalah bagian dari komponen conveyor yang digerakkan oleh rantai dengan memanfaatkan gerak rotasi lingkaran. Pada perancangan ini gir yang digunakan adalah gir Yamaha yang memiliki ukuran 15.
Gambar 3.14. Gir.
7. As
31
dengan diameter dalam pada gir sehingga ketika gir berputar tidak terjadi selip antara as dengan gir. Diameter pada as ini berukuran 12 mm.
Gambar 3.15. As.
8. Bearing
Bearing adalah bagian mekanik yang menempel presisi pada ujung as. Bearing berfungsi untuk mengurangi koefisien gesekan antara as dengan rumahnya.
Gambar 3.16. Bearing.
9. Mur Baut
Mur baut adalah bagian dari mekanik yang berfungsi untuk menyatukan dua bagian menjadi satu.
Pada perancangan perangkat keras pengujian kadar pH dan pengujian kadar air ini bagian atas kerangka dan samping-samping kerangka akan ditutup dengan menggunakan kayu triplek dengan ketebalan 4 mm.
32
3.3.2. Perancangan Perangkat Keras Elektronik
Perangkat Keras Elektronik merupakan beberapa rangkaian elektronika yang digunakan dalam sistem yang dirancang. Pada bagian ini akan membahas tentang mikrokontroler arduino mega sebagai pengendali utama, sensor pH, sensor berat, sensor suhu dan skematik driver conveyor.
3.3.2.1. Pengendali Utama
Pengendali utama pada suatu sistem kendali memiliki peran yang sangat penting. Hal ini dikarenakan pengendali utama dapat mengendalikan semua masukan dan keluaran dari suatu plant maupun sensor yang ada pada suatu sistem. Oleh karena itu akan digunakan sebuah pengendali utama pada skripsi ini untuk mengolah data yang diperlukan dan mengambil keputusan untuk melakukan sesuatu pada tahap selanjutnya dalam alat ini.
Pada skripsi ini pengendali utama yang digunakan adalah sebuah mikrokontroler. Mikrokontroler ini dapat menerima data dari sensor kemudian akan memprosesnya dan mengkonversi data tersebut menjadi satuan yang diinginkan. Mikrokontroler yang digunakan dalam adalah mikrokontroler yang termasuk dalam keluarga ATMega buatan Atmel Corporation, yaitu ATMega 2560 yang diprogram dengan pemrograman arduino. Pemilihan ATMega 2560 berbasis arduino sebagai pengendali utama karena ATMega 2560 memiliki pin input dan output banyak, serta memiliki banyak fasilitas yang relatif lebih mudah dipelajari dibandingkan dengan AVR.
33
Tabel 3.3. Konfigurasi Pin ATMega 2560 Pada Bagian Pengendali Utama.
Nama Port Fungsi
PORTD 46 Tombol Push Button kadar pH PORTD 48 Tombol Push Button kadar Air
34
interface digunakan sebuah LCD character 16 x 2 yange terhubung langsung ke mikrokontroler, selain itu digunakan tombol push button untuk memulai proses pengukuran.
3.3.2.2. Sensor PH dengan Modul PH Meter V.1.0.
Pada sistem yang dirancang untuk pengukuran pH digunakan sensor pH electrode SEN0161. Sensor pH electrode SEN0161 ini mampu mendeteksi tingkat keasaman dari 0 – 14 pH. Dalam proses pengukuran kadar pH ini diperlukan sebuah pengkondisi sinyal, agar sinyal yang dihasilkan oleh sensor pH electrode SEN0161 ini dapat terbaca oleh mikrokontroler. Dalam perancangan skripsi ini digunakan pengkondisi sinyal pH meter V.1.0. Pengkondisi sinyal ini memerlukan 2 buah pin pada mikrokontroler dan pada skripsi ini diberikan port TX1 dan RX1.
Gambar 3.17. Skema Sensor pH.
3.3.2.3. Sensor Berat Load cell dengan modul HX711
35
sinyal modul HX711. Modul HX711 adalah sebuah modul timbangan yang berfungsi untuk mengkonversi perubahan yang terukur dalam perubahan resistansi oleh sensor berat load cell dan mengkonversinya ke dalam besaran tegangan. Ketika sensor berat load cell mendapatkan tekanan beban pada sisi yang lebih elastis, maka pada sisi lain akan mengalami perubahan regangan yang sesuai dengan yang dihasilkan oleh load cell, hal ini terjadi karena ada gaya yang seakan melawan pada sisi lainnya. Perubahan nilai resistansi yang di akibatkan oleh perubahan gaya yang terjadi kemudian diubah menjadi nilai tegangan oleh modul HX711. Dan berat dari objek yang di ukur dapat diketahui dengan mengukur besarnya nilai tegangan yang timbul.
Gambar 3.18. Skema Sensor Berat Load cell
36 3.3.2.4. Sensor Suhu Thermocouple Type-K
Pada sistem yang dirancang untuk pengukuran suhu digunakan thermocouple type-k. Sensor suhu thermocouple ini memiliki jangkauan pengukuran 0°C sampai dengan 1200 °C. Pada prinsipnya sensor suhu thermocouple digunakan untuk mengubah perbedaan suhu dalam benda menjadi perubahan tegangan listrik (voltase). Dalam perancangan skripsi ini dibutuhkan sebuah pengkondisi sinyal agar sensor suhu thermocouple dapat diolah oleh mikrokontroler. Pengkondisi sinyal yang digunakan adalah modul MAX6675. Modul MAX6675 dibentuk dari kompensasi cold-junction yang outputnya didigitalisasi dari sinyal yang dihasilkan oleh thermocouple type-k. Data output memiliki resolui 12 bit dan mendukung komunikasi SPI mikrokontroler secara umum. Data dapat dibaca dengan mengkonversi dengan hasil pembacaan 12-bit data.
Pada perancangan skripsi ini sensor suhu thermocouple digunakan untuk membaca besaran suhu yang dihasilkan oleh pemanas infrared ceramic heater di dalam ruang pemanas. Thermocouple berfungsi membaca besaran suhu di dalam ruang pemanas mencapai suhu 60 °C.
37 3.4. Perancangan Perangkat Lunak
Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan perangkat lunak yang digunakan dalam skripsi ini. Perancangan perangkat lunak yang akan dijelaskan mengenai mikrokontroler ATMega 2560 dan pengolahan data dari sensor pH, sensor berat load cell dan sensor suhu thermocouple type-K. Penjelasan perancangan perangkat lunak pada skripsi ini akan di jelaskan melalui diagram alir pengukuran kadar pH dan diagram alir pengukuran kadar air.
3.4.1. Diagram Alir Pengukuran Kadar PH
38
Penjelasan dari Gambar. 3.20. adalah sebagai berikut :
Sistem akan memulai proses pengukuran kadar pH ketika tombol push button A ditekan oleh user.
Mikrokontroler akan mengaktifkan driver EMS untuk menggerakkan motor DC ke atas secara otomatis sehingga beaker glass yang berisi susu akan tercelup oleh sensor pH electrode SEN0161.
Setelah susu tercelup oleh sensor pH electrode SEN0161 maka sensor akan mendapatkan data berupa resistansi dan akan dikonversikan oleh modul pH meter V.1.0 menjadi data tegangan dan kemudian akan di olah oleh mikrokontroler.
Setelah diolah oleh mikrokontroler maka data berupa nilai pH akan didapatkan dan data yang telah didapatkan akan ditampilkan pada LCD 16 x 2.
Kemudian dudukan beaker glass akan otomatis turun ke bawah setelah nilai pH sudah tertampil pada LCD.
Mikrokontroler akan melakukan pengecekan, apakah nilai pH sesuai dengan syarat susu baik menurut Koperasi Andini Luhur atau tidak, yaitu bernilai pH 6,5 – 7,1 ?
Jika YA, maka akan tertampil “BAIK” pada LCD 16 x 2 dan proses pengukuran
kadar pH telah selesai.
Jika TIDAK, maka akan tertampil “RUSAK” pada LCD 16 x 2 dan prosess
39 3.4.2. Diagram Alir Pengukuran Kadar Air
Gambar 3.21. Diagram Alir Pengukuran Kadar Air.
Penjelasan dari Gambar. 3.21. adalah sebagai berikut :
Sistem akan memulai proses pengukuran kadar air ketika tombol push button B ditekan oleh user.
Sensor berat load cell akan melakukan pengukuran berat pada susu yang akan di uji.
40
Setelah pemanas menyala, maka conveyor akan berjalan secara otomatis menuju ke tempat pemanas dan sensor suhu thermocouple akan otomatis membaca suhu yang terukur pada ruang pemanas.
Kemudian akan melakukan pengecekan oleh mikrokontroler, apakah suhu yang terukur oleh sensor suhu telah sesuai 60 °C ?
Jika YA, maka pemanas akan otomatis melakukan proses pemadatan susu selama 35 menit.
Jika TIDAK, maka pemanas akan menyala sampai suhu yang terukur telah sesuai 60 °C.
Setelah selesai melakukan proses pemadatan, maka conveyor akan otomatis
berjalan menuju ke timbangan untuk melakukan penimbangan susu setelah
dipadatkan.
Kemudian mikrokontroler akan mengolah data berat susu sebelum dan sesudah
dipadatkan yang sesuai dengan metode gravimetri sehingga akan didapatkan
nilai kadar air.
Nilai kadar air yang di dapatkan akan ditampilkan pada LCD 16 x 2.
Kemudian akan melakukan pengecekan oleh mikrokontroler, apakah nilai kadar air sesuai dengan syarat Koperasi Andini Luhur yaitu bernilai 80% - 90% ? Jika YA, maka akan tertampil “BAIK” pada LCD 16 x 2 dan proses pengukuran
kadar pH telah selesai.
