INTISARI
Di dunia teknologi yang semakin berkembang pesat ini banyak sekali pengaruhnya pada kehidupan manusia. Oleh karena itu, agar dapat mempermudah pekerjaan manusia, conveyor pintar dibuat dengan tujuan meringankan pekerjaan manusia dan memisahkan benda berdasarkan bentuk dan warna serta mengurangi resiko terjadinya kecelakaan pada manusia.
Conveyor pintar ini berkerja secara otomatis sebagai pemisah benda berdasarkan bentuk dan warna menggunakan ATmega32 yang terdiri dari minimum sistem yang berfungsi untuk mengontrol pergerakan conveyor satu dan conveyor dua, GUI pada software MATLAB yang digunakan untuk menampilkan nilai warna benda, mencari bentuk benda dan jumlah warna benda yang terdeteksi. Data citra RGB yang dihasilkan oleh webcam Logitech C170H. Benda tersebut diletakkan pada conveyor satu dan dihantar ke conveyor dua sebagai penerima.
Hasil dari penelitian ini adalah conveyor pintar sudah mampu berkerja secara otomatis dalam proses memilah benda berdasarkan bentuk dan warna. Untuk proses pengenalan bentuk dan warna benda sudah berhasil 100% dalam proses pengidentifikasi benda menggunakan program MATLAB GUI. Untuk dibagian mekanik conveyor pintar ini juga sudah berkerja sesuai dengan perancangan awal dan berhasil memilah benda dengan benar serta akurat dan memiliki keberhasilan 100%.
Kata kunci : Conveyor pintar, webcam, MATLAB, citra RGB, ATmega32.
ix
ABSTRACT
In a world of rapidly evolving technology that is getting a lot of influence on human life. Therefore, in order to facilitate the work of human beings, intelligent conveyor made with the goal of easing the work of human and separates objects based on shape and color as well as reducing the risk of accidents in human.
Smart conveyor work automatically as the separation of objects by shape and color using ATmega32 consisting of minimum system that functions to control the movement of the conveyor one and conveyor two, GUI in MATLAB software is used to display the color values of objects, searching for shapes and the color number of objects detected. RGB image data generated by a Logitech webcam C170H. The object is placed on a conveyor one and the conveyor conductivity to two recipients.
The results of this study are smart conveyor has been able to work automatically in the process of sorting objects by shape and color. For the process of recognition of shapes and colors of objects already succeeded 100% in the process of identifying objects using MATLAB programs GUI. For the mechanical conveyor section is also already working smart in accordance with the initial design and managed to sort objects correctly and accurately and have a 100% success.
TUGAS AKHIR
PROTOTIPE PEMILAH BENDA
BERDASARKAN BENTUK DAN WARNA
MENGGUNAKAN CONVEYOR
Diajukan untuk memenuhi salah syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik pada
Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma
disusun oleh :
ERIK FIRMANTO DA LOVES
Nim : 125114013
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
i
TUGAS AKHIR
PROTOTIPE PEMILAH BENDA
BERDASARKAN BENTUK DAN WARNA
MENGGUNAKAN CONVEYOR
Diajukan untuk memenuhi salah syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik pada
Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma
disusun oleh :
ERIK FIRMANTO DA LOVES
Nim : 125114013
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ii
FINAL PROJECT
PROTOTYPE OF SEPARATOR OBJECTS BASED
ON OBJECT SHAPE AND COLOR
BY USING CONVEYOR
In partial fulfilment of the requirements for the degree of Sarjana Teknik in Electrical Engineering Study Program
Faculty of Science and Technology Sanata Dharma University
ERIK FIRMANTO DA LOVES
Nim : 125114013
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTEMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP
MOTTO :
“Sabar
dalam mengatasi kesulitan dan
bertindak bijaksana dalam mengatasinya
adalah sesuatu hal
yang utama”
Skripsi ini kupersembahkan untuk :
Tuhan Yesus Kristus penyelamatku
Bunda Maria dan Malaikat pelindungku…
Papa dan Mama tercinta, untuk doanya, serta
dukungannya secara moral maupun materi
Untuk adik-adik ku terkasih yang selalu memberi semangat
Kekasih hati ku yang selalu setia mendukungku
Almamaterku tercinta Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma.
Tempatku mengali ilmu untuk membangun cita-cita dan
viii
INTISARI
Di dunia teknologi yang semakin berkembang pesat ini banyak sekali pengaruhnya pada kehidupan manusia. Oleh karena itu, agar dapat mempermudah pekerjaan manusia, conveyor pintar dibuat dengan tujuan meringankan pekerjaan manusia dan memisahkan benda berdasarkan bentuk dan warna serta mengurangi resiko terjadinya kecelakaan pada manusia.
Conveyor pintar ini berkerja secara otomatis sebagai pemisah benda berdasarkan bentuk dan warna menggunakan ATmega32 yang terdiri dari minimum sistem yang berfungsi untuk mengontrol pergerakan conveyor satu dan conveyor dua, GUI pada software MATLAB yang digunakan untuk menampilkan nilai warna benda, mencari bentuk benda dan jumlah warna benda yang terdeteksi. Data citra RGB yang dihasilkan oleh webcam Logitech C170H. Benda tersebut diletakkan pada conveyor satu dan dihantar ke conveyor dua sebagai penerima.
Hasil dari penelitian ini adalah conveyor pintar sudah mampu berkerja secara otomatis dalam proses memilah benda berdasarkan bentuk dan warna. Untuk proses pengenalan bentuk dan warna benda sudah berhasil 100% dalam proses pengidentifikasi benda menggunakan program MATLAB GUI. Untuk dibagian mekanik conveyor pintar ini juga sudah berkerja sesuai dengan perancangan awal dan berhasil memilah benda dengan benar serta akurat dan memiliki keberhasilan 100%.
ix
ABSTRACT
In a world of rapidly evolving technology that is getting a lot of influence on human life. Therefore, in order to facilitate the work of human beings, intelligent conveyor made with the goal of easing the work of human and separates objects based on shape and color as well as reducing the risk of accidents in human.
Smart conveyor work automatically as the separation of objects by shape and color using ATmega32 consisting of minimum system that functions to control the movement of the conveyor one and conveyor two, GUI in MATLAB software is used to display the color values of objects, searching for shapes and the color number of objects detected. RGB image data generated by a Logitech webcam C170H. The object is placed on a conveyor one and the conveyor conductivity to two recipients.
The results of this study are smart conveyor has been able to work automatically in the process of sorting objects by shape and color. For the process of recognition of shapes and colors of objects already succeeded 100% in the process of identifying objects using MATLAB programs GUI. For the mechanical conveyor section is also already working smart in accordance with the initial design and managed to sort objects correctly and accurately and have a 100% success.
x
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat
dan rahmat-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik. Penulis
menyadari bahwa banyak pihak yang telah memberikan doa, dukungan, perhatian serta
bantuan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Oleh karena itu,
penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1) Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D selaku dekan Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2) Petrus Setyo Prabowo, S.T.,M.T., Ketua Program Studi Teknik Elektro Universitas
Sanata Dharma Yogyakarta.
3) Ir. Tjendro.,M.Kom., selaku dosen pembimbing akademik .yang telah mendampingi
dan membimbing penulis selama perkuliahan.
4) Dr. Linggo Sumarno, dosen pembimbing yang dengan penuh pengertian, sabar dan
ketulusan hati memberi bimbingan, kritik, saran, serta motivasi dalam penulisan
tugas akhir ini.
5) Ibu Wiwien Widyastuti, S.T., M.T. dan Bapak Dr.Iswanjono selaku dosen penguji
yang telah bersedia memberikan masukan, bimbingan, dan saran dalam memperbaiki
tugas akhir ini.
6) Bapak/ Ibu dosen yang telah mengajarkan banyak hal selama penulis menempuh
pendidikan di Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Sains dan Teknologi,
Universitas Sanata Dharma.
7) Kedua orang tua tercinta, papa Remi Gius Elang dan mama Agustina Pali atas kasih
sayang dan dukungan serta doa yang tiada henti.
8) Adik-adik tercinta Jon Martin, Roy Martin dan Jenny Martin yang selalu mendukung
dan mendoakan saya, sehingga dapat menyelesaikan tugas belajar dengan baik.
9) Tresia Jawa Liwun sebagai teman, sahabat, dan kekasih yang selalu menyemangati
baik dalam suka maupun duka serta mendukung penulis sampai terselesaikannya
xii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP ... vi
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... vii
INTISARI ... viii
ABSTRACT ... ix
KATA PENGANTAR ... x
DAFTAR ISI ... xii
DAFTAR GAMBAR ... vx
DAFTAR TABEL ... xviii
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Tujuan dan Manfaat ... 2
1.3. Batasan Masalah ... 3
1.4. Metodologi Penelitian ... 4
1.5. Sistematika Penulisan ... 5
BAB II DASAR TEORI 2.1. Belt Conveyor ... 6
2.2. Mikrokontroler AVR ATmega32 ... 6
2.2.1. Arsitektur AVR ATmega32 ... 7
2.2.2. Deskripsi Mikrokontroler ATmega32 ... 7
2.2.3. Organisasi Memori AVR ATmega32 ... 8
2.2.3.1. Memori Program ... 8
2.2.3.2. Memori Data ... 9
2.4.4. Interupsi ... 9
2.4.5. Timer/Counter ... 9
2.2.5.1. Timer/counter0 ... 10
xiii
2.4.6. Komunikasi Serial USART ... 11
2.2.6.1. Inisialisasi Serial USART ... 12
2.3. Regulator ic 78xx dan Transistor Penguat Arus ... 16
2.4. Photodioda ... 18
2.5. Infrared ... 21
2.6. Limit switch Sebagai Saklar ... 22
2.7. Webcam ... 22
2.8. Motor DC ... 23
2.9. Modul Relay 5v ... 24
2.9.1. Prinsip Kerja Relay ... 25
2.9.2. Fungsi dan Aplikasi Relay ... 26
2.10. Benda Tiga Dimensi ... 26
2.11. Citra ... 26
2.10.1. Definisi Citra ... 26
2.10.2. Pengolahan Citra Digital ... 27
2.12. Pemrosesan Citra ... 27
2.11.1. RGB ... 27
2.11.2. Cropping ... 28
2.12. Metode Pengenalan Warna dan Bentuk ... 29
BAB III PERANCANGAN PENELITIAN 3.1. Proses Kerja dan Mekanisme Conveyor Pintar ... 30
3.2. Perancangan Mekanik ... 31
3.3. Perancangan Perangkat Keras ... 33
3.3.1. Minimum System ATmega32 ... 34
3.3.2. Webcam Logitech Seri C170h ... 35
3.3.3. Sensor Photodioda ... 36
3.3.4. Regulator dan Penguat Arus ... 37
3.3.5. Modul Relay 5 Volt Dc ... 38
3.3.6. Benda Tiga Dimensi ... 39
3.3.7. Metode Pengenalan Warna dan Bentuk ... 39
3.4. Perancangan Perangkat Lunak ... 40
3.4.1. Flowchart Program Keseluruhan Sistem ... 40
xiv
3.4.3. Flowchart Program Pengenalan Bentuk dan Warna Pada Matlab .... 45
3.4.4. Perancangan GUI MATLAB ... 46
3.4.5. Flowchart Program Rangkaian Photodioda Pada Conveyor Dua .... 47
3.4.6. Bagaimana Proses Pengenalan Bentuk dan Warna Benda ... 48
BAB IV HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN 4.1. Bentuk Fisik dan Sistem Kerja Conveyor Pintar ... 49
4.2. Hasil Data Pengujian dan Pembahasan ... 52
4.2.1. Pengujian Nilai Batasan Pada RGB ... 52
4.2.2. Pengujian Nilai Citra RGB Warna dan Bentuk Benda ... 56
4.2.3. Pengujian Tingkat Keberhasilan Sistem Mendeteksi Benda ... 61
4.2.4. Pengujian Tingkat keberhasilan Sistem conveyor Pintar Memilah Benda Berdasarkan Bentuk Dan Warna ... 65
4.3.Analisa dan Pembahasan Perangkat Lunak ... 69
4.3.1. Aplikasi CodeVision AVR ... 69
4.3.1.1. Pengendali Sensor Photodioda ... 69
4.3.1.2. Pengendali Komunikasi USART ... 71
4.3.1.3. Pengendali Motor Dc ... 72
4.3.1.4. Subrutin Program Utama ... 75
4.3.2. Aplikasi MATLAB ... 76
4.3.2.1. Tampilan Gui MATLAB ... 77
4.3.2.2. Inisialisaisi Komunikasi Serial ... 77
4.3.2.3. Inisialisasi Webcam ... 78
4.3.2.4. Proses Pengelolahan Citra ... 79
4.3.2.5. Proses Pengenalan Bentuk dan Warna Benda ... 81
Kesimpulan dan Saran ... 84
Daftar Pustaka ... 85
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Conveyor ... 6
Gambar 2.2. Konfigurasi Pin mikrokontroler ATmega32 ... 7
Gambar 2.3. Mode Phase Correct PWM ... 11
Gambar 2.4. Mode Fast PWM ... 11
Gambar 2.5. Register UDR ... 12
Gambar 2.6. Register UCSRA ... 13
Gambar 2.7. Register UCSRB ... 14
Gambar 2.8. Register UCSRC ... 15
Gambar 2.9. Konfigurasi Pin IC Regulator ... 16
Gambar 2.10. Rangkaian Umum Regulator 78xx ... 17
Gambar 2.11. Rangkaian Catu Daya Dengan Penguat ... 18
Gambar 2.12. Bentuk Photodioda dan Simbol ... 19
Gambar 2.13. Respon Relatif Spektral Untuk Si, Ge, Dan Selenium Dibandingkan Dengan Mata Manusia ... 19
Gambar 2.14. Hubungan I� Dengan Fc Pada Photodioda ... 20
Gambar 2.15. Rangkaian Sensor Photodioda ... 21
Gambar 2.16. Aplikasi Sensor Photodioda ... 21
Gambar 2.17. Konstruksi, Simbol dan Bentuk Limit Switch ... 22
Gambar 2.18. Webcam Logitech Seri C170h ... 22
Gambar 2.19. Susunan Komponen pada Motor DC ... 23
Gambar 2.20. Modul Relay 2 Channel 5v ... 24
Gambar 2.21. Modul Relay 1 Channel 5v ... 24
Gambar 2.22. Simbol Relay ... ... 24
Gambar 2.23. Struktur Sederhana Relay ... 25
Gambar 2.24. Contoh Benda Tiga Dimensi ... 26
Gambar 2.25. Pengaturan Citra RGB ... 28
Gambar 2.26. (a) Citra sebelum dicrop, (b) Citra sesudah dicrop ... 28
Gambar 3.1. Diagram Blok Sistem ... 31
Gambar 3.2. keseluruhan Sistem Conveyor Dilihat Dari Depan ... 31
Gambar 3.3. Conveyor Dilihat Dari Samping ... 32
xvi
Gambar 3.5. Ukuran Conveyor ... 32
Gambar 3.6. Rangkaian Osilator ATmega32 ... 34
Gambar 3.7. Rangkaian Reset ATmega32 ... 35
Gambar 3.8. Webcam Logitech Seri C170h ... 35
Gambar 3.9. Rangkaian Sensor Photodioda ... 36
Gambar 3.10. A. Rangkaian Regulator 5v dan B. Rangkaian Regulator Dengan Penguat Arus 12v ... 37
Gambar 3.11. Rangkaian Modul Relay 5v ... 38
Gambar 3.12. Benda Tiga Dimensi ... 39
Gambar 3.13. Flowchat Keseluruhan Sistem ... 41
Gambar 3.14. Flowchat Gerak Motor Conveyor Satu Dan Motor Conveyor Dua .. 42
Gambar 3.15. Flowchat Pengenalan Warna dan Bentuk Benda ... 45
Gambar 3.16. Perancangan GUI Pada Matlab ... 46
Gambar 3.17. Flowchat Rangkaian Photodioda pada Conveyor Kedua ... 47
Gambar 4.1. Minimum System ATmega32 ... 49
Gambar 4.2. Modul Relay 5v ... 49
Gambar 4.3. Regulator ... 50
Gambar 4.4. Rangkaian Sensor ... 50
Gambar 4.5. Conveyor Dua ... 50
Gambar 4.6. Conveyor Satu ... 50
Gambar 4.7. Benda ... 50
Gambar 4.8. Wadah Untuk Benda ... 50
Gambar 4.9. Conveyor Pintar ... 51
Gambar 4.10. Pengujian Benda Kotak Merah ... 62
Gambar 4.11. Pengujian Benda Kotak Hijau ... 63
Gambar 4.12. Pengujian Benda Bola Merah ... 64
Gambar 4.13. Pengujian Benda Bola Hijau ... 64
Gambar 4.14. Pengujian Benda Reject ... 65
Gambar 4.15. Grafik Perbandingan Antara Bentuk Kotak Dan Bola ... 67
Gambar 4.16. Grafik Perbandingan Merah Dan Hijau Untuk Benda Kotak Merah . 67 Gambar 4.17. Grafik Perbandingan Merah Dan Hijau Untuk Benda Bola Merah ... 68
Gambar 4.18. Grafik Perbandingan Merah Dan Hijau Untuk Benda Kotak hijau ... 68
xvii
Gambar 4.20. Listing Program ADC ... 70
Gambar 4.21. Listing Program Pengendali Conveyor ... 70
Gambar 4.22. Listing Program Komunikasi USART ... 71
Gambar 4.23. Program Pengerak Conveyor ... 71
Gambar 4.24. Listing Program Benda Reject ... 72
Gambar 4.25. Listing Program Benda Bola Merah ... 73
Gambar 4.26. Listing Program Benda Bola Hijau ... 73
Gambar 4.27. Listing Program Benda Kotak Merah ... 74
Gambar 4.28. Listing Program Benda Kotak Hijau ... 75
Gambar 4.29. Tampilan GUI MATLAB ... 77
Gambar 4.30. Inisialisasi Komunikasi Serial ... 78
Gambar 4.31. Inisialisasi Webcam ... 78
Gambar 4.32. Adalah Fungsi Yang Dipakai Untuk Komunikasi Antara Webcam Dan Matlab ... 79
Gambar 4.33. Proses Pengolahan Citra ... 80
xviii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Hubungan PIN Dan Interupsi ... 9
Tabel 2.2. Penentuan Ukuran ... 15
Tabel 2.3. Karakteristik Regulator Tegangan Ic 78xx ... 17
Tabel 2.4. Hubungan Arus Dengan Hambatan ... 20
Tabel 2.5. Nilai Matriks sementara setelah dijumlahkan ... 29
Tabel 4.1. Data Pengujian Nilai Batasan RGB (Kotak Merah) ... 52
Tabel 4.2. Data Pengujian Nilai Batasan RGB (Bola Merah) ... 53
Tabel 4.3. Data Pengujian Nilai Batasan RGB (Kotak Hijau) ... 53
Tabel 4.4. Data Pengujian Nilai Batasan RGB (Bola Hijau) ... 54
Tabel 4.5. Data Pengujian Nilai Batasan RGB (Reject Balok Merah) ... 54
Tabel 4.6. Data Pengujian Nilai Batasan RGB (Reject Balok Hijau) ... 55
Tabel 4.7. Data Pengujian Nilai Batasan RGB (Reject Bola Kuning) ... 55
Tabel 4.8. Data RGB Masing-Masing Warna Dan Bentuk Benda ... 57
Tabel 4.9. Pengujian Tingkat Keberhasilan Sistem Mendeteksi Warna dan Bentuk Benda ... 62
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Dewasa ini perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi terutama dalam bidang
elektronika semakin berkembang pesat. Perkembangan ini sedikit sebanyak telah
meningkatkan kualitas kehidupan manusia, seiring berjalannya waktu dengan banyaknya
tuntutan masyarakat akan produk-produk yang memiliki kualitas bagus dan bermutu yang
dihasilkan oleh industri. Hal ini telah membuat banyak proses industri beralih dari sebuah
sistem manual ke sistem otomatis yang lebih mudah dikendalikan dengan peran manusia
yang semakin lama semakin berkurang. Salah satunya topik yang saat ini sedang
dikembangkan dan banyak sekali yang bisa ditemukan aplikasinya di dunia industri adalah
conveyor dan image processing. Conveyor merupakan alat bantu yang umum dijumpai pada pada industri-industri pengolahan, alat ini digunakan untuk memindahkan satu produk
ketempat lain secara berurutan. Selain itu, penggunaan image processimg akan sangat memudahkan manusia untuk mengetahui jenis suatu benda secara jelas. Di era teknologi
yang semakin canggih ini, bahan-bahan yang digunakan kadang-kala merupakan bahan yang
berat maupun berbahaya bagi manusia. Untuk itu diperlukan suatu alat yang pintar yang
mampu mendeteksi serta memindahkan atau mengangkut bahan-bahan tersebut mengingat
keterbatasan kemampuan tenaga manusia baik itu berupa kapasitas bahan yang akan
diangkut maupun keselamatan kerja dari karyawan.
Sebelumnya pernah ada penelitian tentang sistem pengenalan benda berdasarkan
warna menggunakan lengan robot sebagai pemindah yaitu Richard Bagus Dean Mahendra
[1] yang memiliki tingkat keberhasilan 100% dalam proses pemindahan benda berdasarkan
warnanya sesuai dengan tempat yang telah ditentukan dan proses metode pengenalan warna
menggunakan hasil penjumlahan nilai citra RGB berfungsi sesuai dengan rencana.
Sedangkan penelitian lainnya adalah Irvan Hasan [2] yang membuat sistem pengenalan
benda berdasarkan bentuk menggunakan lengan robot sebagai pemindah benda dan memiliki
tingkat keberhasilan yang sama yaitu 100% yang sesuai dengan rencana, dari proses
pemindahan benda berdasarkan bentuk dan proses atau metode pengenalan bentuk yaitu
dengan baik. Dari penelitian tersebut, maka penelitian ini memiliki gagasan untuk membuat
sebuah convveyor pintar yang mampu berkerja dengan sendirinya dan mampu memisahkan
benda berdasarkan warna dan bentuk kedalam wadah yang telah disediakan dengan
menggunakan webcam sebagai sensor pengidentifikasi benda.
Prinsip kerja sistem ini, yaitu input berupa benda berbentuk kotak dan berwarna
merah ditangkap oleh webcam citranya berupa RGB yang akan diletakan di atas conveyor berjalan. Proses pengenalan warna dan bentuk tersebut menggunakan webcam dimana di proses pada program MATLAB, kemudian data dikirim menggunakan komunikasi serial ke
mikrokontroler dan diproses perintahnya lalu conveyor pertama akan bergerak menghantar benda tersebut ke conveyor kedua dimana diatasnya terdapat wadah sesuai dengan warna dan bentuk yang telah terdeteksi oleh webcam dan jika benda kotak merah maka akan dimasukan kedalam wadah yang bertanda khusus untuk benda kotak merah, demikian juga
berlaku untuk benda kotak hijau, bola merah serta bola hijau dan jika bukan atau tidak sesuai
maka akan dimasukan kedalam wadah khusus untuk benda yang tidak sesuai dengan
keinginan atau reject.
1.2.
Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah untuk membuat sebuah alat
yaitu conveyor pintar yang mampu berkerja secara otomatis memindahkan benda dan diletakan pada suatu wadah berdasarkan warna dan bentuk menggunakan webcam sebagai alat bantu pengidentifikasi benda secara realtime.
Manfaat dari penelitian ini adalah :
a. Sebagai alat bantu memudahkan pekerjaan manusia khususnya pada
industri-industri sekala besar baik dari segi efisiensi waktu, tenaga, kualitas serta hasil
yang diperolehi.
b. Sebagai penelitian awal pengenalan benda menggunakan webcam dengan conveyor satu sebagai penghantar benda dan conveyor dua sebagai pemilah benda serta menempatkannya pada wadah berdasarkan bentuk dan warna.
1.3.
Batasan Masalah
Penulis menetapkan beberapa batasan masalah pada perancangan ini, yaitu :
a. Masukan berupa empat macam benda yaitu, kotak merah, kotak hijau, bola
merah, bola hijau yang terbuat dari styrofoam untuk kotak dan bola terbuat dari
plastik.
b. Ukuran input untuk kotak adalah 5x5x5 cm sedangkan untuk diameter bola
adalah 5 cm.
c. Outputnya dalam bentuk wadah berupa kotak merah, kotak hijau, bola merah,
bola hijau dan benda reject.
d. Sensor photodiode yang dipakai untuk mendeteksi benda di atas conveyor 1 dan
mendeteksi adanya wadah di conveyor 2.
e. Menggunakan Motor dc 24 Volt sebanyak tiga buah untuk mengerakan
masing-masing dua conveyor.
f. Terdapat tampilan GUI dan MATLAB sebagai user interface agar dapat melihat
data benda yang akan dikenali, serta jumlah yang terdeteksi.
g. Monitoring menunjukan posisi benda di atas conveyor, mendeteksi benda menggunakan webcam, pemilahan benda dan selanjutnya peletakan benda-benda yang terdeteksi kedalam wadah sesuai tempatnya.
h. Komunikasi antara laptop dengan ATmega32 menggunakan komunikasi serial
USART yang dihubungkan dengan modul yang sudah tersedia dipasaran yaitu modul USB to TTL converter.
1.4.
Metode Penelitian
Metodologi yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Pengumpulan bahan-bahan referensi pendukung berupa buku dan jurnal
penelitian yang menelitih tentang conveyor, pemrograman dengan CodeVision AVR, Atmega32, image processing dengan menggunakan MATLAB serta buku-buku sarana pendukung lainnya.
2. Studi pustaka mengenai pengendalikan conveyor serta penggunaan mikrokontroler Atmega32 dan penggunaan webcam untuk image processing pada MATLAB.
3. Pembuatan hardware dan software. Tahapan ini berisi tentang pembuatan alat sesuai dengan desain conveyor yang telah dirancang beserta program-program yang akan mengacu pada flowchat yang telah di buat.
4. Merancang serta menguji minimum system mikrokontroler Atmega32 dengan software CodeVision AVR sebagai sistem secara keseluruhan.
5. Pembuatan program GUI menggunakan aplikasi MATLAB untuk pengolahan
citra digital RGB gambar dengan menggunakan webcam Logitech seri C170h sebagai alat bantu pengidentifikasi warna dan bentuk pada benda.
6. Analisa dan penyimpulan hasil percobaan dapat dilakukan dengan melihat
presentase error yang terjadi pada kinerja sistem alat secara keseluruhan, yaitu
tingkat keberhasilan conveyor memindahkan benda berdasarkan bentuk dan warna dari titik awal ke wadah yang telah ditetapkan dan webcam berfungsi
sebagai sensor pendeteksi warna dan bentuk benda dimana saat benda berhenti
1.5.
Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
BAB I: PENDAHULUAN
Bab ini berisi latar belakang masalah, tujuan dan manfaat, batasan masalah, metodologi penelitian dan sistematika penulisan.
BAB II : DASAR TEORI
Bab ini berisi teori-teori yang mendukung kerja sistem dan teori yang digunakan dalam perancangan Conveyor pintar.
BAB III : PERANCANGAN PENELITIAN
Bab ini berisi penjelasan alur perancangan Conveyor pintar serta flow chart program pendukung.
BAB IV : HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi pengamatan dan pembahasan data yang diperoleh, berupa data tingkat keberhasilan sistem mendeteksi benda, data motor dc dan tingkat keberhasilan keseluruhan sistem Conveyor pintar.
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
6
BAB II
DASAR TEORI
Pada bab ini akan dibahas mengenai landasan-landasan teori yang digunakan dalam pembuatan tugas akhir “Prototipe Pemilah Benda Berdasarkan Bentuk Dan Warna Menggunakan Conveyor Berbasis Mikrokontroler”.
2.1.
Belt Conveyor
Belt Conveyor adalah sebuah peralatan yang sangat sederhana dan biasanya digunakan untuk mengangkut benda-benda kecil hingga yang memiliki kapasitas besar. Alat
tersebut terdiri dari sabuk yang akan berkerja sebagai pengangkut benda. Sabuk yang
digunakan pada belt conveyor ini dapat dibuat dari berbagai jenis bahan tergantung sifat benda yang diangkut. Contoh gambar 2.1 [3].
Gambar 2.1.Conveyor [3]
Conveyor pintar yang dirancang ada dua buah dimana satu berfungsi sebagai penghantar benda sedangkan conveyor selanjutnya berfungsi sebagai penerima benda sesuai
dengan wadah yang disiapkan untuk menerima input.
2.2.
Mikrokontroler AVR Atmega32
AVR (Alf and Vegard’sRisc Processor) merupakan seri mikrokontroler CMOS 8 -bit yang diproduksi oleh Atmel berbasis arsitektur RISC(Reduced Instruction Set
Computer). Chip AVR yang digunakan untuk tugas akhir ini adalah ATmega32. Hampir
general-purpose, timer/counter fleksibel dengan mode compare, interupsi internal dan eksternal,
serial UART, programmable Watchdog Timer, dan power saving mode. AVR juga
mempunyai ADC, PWM internal dan In-System Programmable Flash on-Chip yang
mengijinkan memori program untuk diprogram ulang [4].
2.2.1. Arsitektur AVR ATmega32
Fitur-fitur yang dimiliki mikrokontroler Atmega32 adalah sebagai berikut [4]:
1. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D.
2. ADC 10 bit sebanyak 8 channel.
3. Tiga buah Timer/Counter yaitu Timer 0, Timer 1, dan Timer 2.
4. Watchdog Timer dengan osilator internal.
5. SRAM sebesar 512 byte. 6. Memori Flash sebesar 8 kb.
7. Sumber Interupsi internal dan eksternal.
8. Port SPI (Serial Pheriperal Interface).
9. EEPROM on board sebanyak 512 byte.
10. Komparator analog.
11. Port USART (Universal Shynchronous Ashynchronous Receiver Transmitter)
2.2.2. Deskripsi Mikrokontroler ATmega32
Konfigurasi Pin Mikrokontroler Atmega32 dengan kemasan 40-pin DIP (dual
in-line package) dapat dilihat pada gambar 2.2. Untuk memaksimalkan perform dan paralelisme, AVR menggunakan arsitektur Harvard (dengan memori dan bus terpisah untuk
program dan data). Ketika sebuah instruksi sedang dikerjakan maka instruksi berikutnya
diambil dari memori program. Seperti gambar 2.2 [4].
Mikrokontroler Atmega32 memiliki konfigurasi Pin sebagai berikut [4] :
a. VCC (power supply)
b. GND (ground)
c. Port A (PA7..PA0) Port A berfungsi sebagai input analog pada ADC (analog digital
converter). Port A juga berfungsi sebagai suatu Port I/O 8-bit dua arah
d. Port B (PB7..PB0) Port B adalah suatu Port I/O 8 bit dua arah dengan resistor internal
pull-up (yang dipilih untuk beberapa bit)
e. Port C (PC7..PC0) Port C adalah suatu Port I/O 8 bit dua arah dengan resistor internal
pull-up (yang dipilih untuk beberapa bit)
f. Port D (PD7..PD0) Port D adalah suatu Port I/O 8 bit dua arah dengan resistor
internal pull-up (yang dipilih untuk beberapa bit)
g. RESET (Reset input)
h. XTAL1 (Input Oscillator)
i. XTAL2 (Output Oscillator )
j. AVCC adalah pin penyedia tegangan untuk Port A dan ADC
k. AREF adalah pin referensi analog untuk ADC
Port A berfungsi sebagai input analog pada A/D konverter pada port I/O 8-bit dua arah arah. Port B, port C, port D adalah suatu port I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal
pull-up (yang dipilih untuk beberapa bit). Pada rangkaian reset, waktu pengosongan kapasitor dapat dihitung dengan persamaan 2.1.
T = R x C (2.1)
2.2.3.Organisasi Memori AVR Atmega32
Mikrokontroler ATmega32 memiliki 3 jenis memori yaitu memori program,
memori data dan EEPROM. Ketiganya memiliki ruangan sendiri dan terpisah [4].
2.2.3.1.Memori Program
Kode program disimpan dalam flash memory, yaitu memori jenis non-volatile yang
tidak akan hilang datanya meskipun catu daya dimatikan. Dalam ATmega32 terdapat 8Kbty
2.2.3.2.Memori Data
Memori data adalah memori RAM (Random Access Memory) yang digunakan
untuk keperluan program. Memori data terdiri dari 32 General Purpose Register (GPR) yang
merupakan register khusus yang bertugas untuk membantu eksekusi program oleh Arithmetic Logic Unit (ALU) dan I/O register dan additional I/O register yang difungsikan khusus untuk mengendalikan berbagai peripheral dalam mikrokontroler antara lain pin, timer/counter, USART. ATmega32 memiliki kapasitas memori data sebesar 608 Byte yang berbagi menjadi 3 bagian yaitu register serba guna, register I/O dan SRAM [5].
2.2.4.Interupsi
Interupsi adalah suatu kondisi dimana mikrokontroler akan berhenti sementara dari
program utama untuk melayani instruksi-instruksi pada interupsi kemudian kembali
mengerjakan instruksi program utama setelah instruksi-instruksi pada interupsi selesai
dikerjakan. Seperti yang terlihat pada tabel 2.1 [6]
Tabel 2.1. Hubungan PIN dan Interupsi [6]
Jenis Interrupt PIN pada ATmega32
INT0 PORTD.2
INT1 PORTD.3
INT2 PORTD.2
ATmega32 menyediakan tiga interupsi eksternal yaitu, INT0, INT1, dan INT2.
Masing-masing interupsi tersebut terhubung dengan pin ATmega32 seperti pada Tabel 2.1.
Interupsi eksternal bisa dilakukan dengan memberikan logika 0 atau perubahan logika
(rissing edge dan falling edge) pada pin interupsi yang bersangkutan.
2.2.5.Timer/counter
ATmega 32 memiliki tiga modul timer yang terdiri dari dua buah timer/counter 8-bit dan satu buah timer/counter 16-bit. Ketiga modul ini dapat diatur dalam mode yang berbeda-beda secara individu dan tidak saling mempengaruhi satu sama lain. Selain itu
semua timer/counter juga dapat difungsikan sebagai pencacahan waktu seperti pada jam digital maupun untuk menghasilkan sinyal PWM (Pulse Width Modulation) yakni sinyal
2.2.5.1.Timer/counter0
Timer/counter0 merupakan modul timer/counter 8 bit dengan fitur sebagai berikut : a. Timer/counter 1 kanal
b. Auto reload yaitu timer akan dinolkan kembali saat match compare
c. Dapat menghasilkan pulsa PWM (pulse width modulation) dengan glitch free
d. Frequency generator
e. External event counter
f. Prescalar 10 bit untuk timer
g. Membangkitkan interupsi saat timer overflow dan atau match compare
Perhitungan overflow interrupt sebagai pembangkit PWM ditunjukan pada persamaan 2.2,
2.3, dan 2.4 berikut [7].
T = (2.2)
Overflow interrupt = N x 256 x T (2.3)
OCR =
� (2.4)
Keterangan :
f = frekuensi yang digunakan untuk eksekusi program T = periode
N = prescaller yang digunakan
OCR = nilai cacahan pulsa
Pulse = lebar pulsa
2.2.5.2.Mode Operasi
1. Mode normal, timer digunakan untuk menghitung saja, membuat delay, dan
menghitung selang waktu [8].
2. Mode phase correct PWM (PCP), digunakan untuk menghasilkan sinyal PWM
dimana nilai resistor counter (TCNT0) yang mencacah naik dan turun secara terus
menerus akan selalu dibandingkan dengan register pembanding OCR0 [9]. Hasil
perbandingan register TCNT0 dan OCR0 digunakan membangkitkan sinyal PWM
Gambar 2.3. Mode Phase Correct PWM [4]
3. CTC (Clear timer on compare match), register counter (TCNT0) akan mencacah
naik kemudian di-reset atau kembali menjadi 0x00 pada saat nilai TCNT0 sama
dengan OCR0. Sebelumnya OCR diset dulu, karena timer 0 dan 2 maksimumnya
255, maka range OCR 0-255 [7].
4. Fast PWM, mode ini hampir sama dengan mode phase correct PWM, hanya
perbedaannya adalah register counter TCNT0 mencacah naik saja dan tidak
pernah mencacah turun seperti terlihat pada gambar 2.4. [7].
Gambar 2.4. Mode Fast PWM [4]
2.2.6.Komunikasi Serial USART
Komunikasi data adalah perpindahan data antara dua atau lebih piranti, baik yang
dilaksanakan secara paralel atau seri. Komunikasu seri dapat dibedakan menjadi 2 macam,
yaitu komunikasi data seri sinkron dan komunikasi data asinkron. Dikatakan sinkron jika
sisi pengirim dan sisi penerima ditabuh (clocked) oleh penabuh (clock) yang sama, satu
sumber penabuh, data dikirim beserta penabuh. Dikatakan asinkron jika sisi pengirim dan
sisi penerima ditabuh oleh penabuh yang terpisah dengan frekuensi yang hampir sama, data
dikirim disertai informasi sinkronisasi [4].
Pada proses inisialisasi ini setiap perangkat yang terhubung harus memiliki bandrate
yang sama. Beberapa fasilitas yang disediakan USART AVR adalah sebagai berikut:
a) Operasi full duplex (mempunyai register receive dan transmit yang terpisah)
b) Mendukung kecepatan multiprosesor
c) Mode kecepatan berorde Mbps
d) Operasi asinkron dan sinkron
e) Operasi master atau slave clock sinkron
f) Dapat menghasilkan band-rate (laju data) dengan resolusi tinggi
g) Modus komunikasi kecepatan ganda pada asinkron
2.2.6.1.Inisialisasi Serial USART
Pada mikrokontroler AVR untuk mengaktifkan dan mengeset komunikasi USART
dilakukan dengan cara mengaktifkan register-register yang digunakan untuk komunikasi
USART. Register-register yang digunakan untuk komunikasi USART antara lain:
1. USART I/O Data Register (UDR)
UDR merupakan register 8 bit yang terdiri dari 2 buah dengan alamat yang sama,
yang digunakan sebagai tempat untuk menyimpan data yang akan dikirimkan (TXB) atau
tempat data diterima (RXB) sebelum data tersebut dibaca. Seperti gambar 2.5. registre UDR
[4].
2.
USART Control and Status Register A (UCSRA)
Gambar 2.6. Register UCSRA [4]
Penjelasan bit penyusun UCSRA [4] :
a) RXC (USART Receive Complete)
Bit ini akan set ketika data yang masuk ke dalam UDR belum dibaca dan akan
berlogika nol ketika sudah dibaca. Flag ini dapat digunakan untuk membangkitkan
interupsi RX jika diaktifkan dan akan berlogi nol secara otomatis bersamaan dengan
eksekusi vektor interupsi yang bersangkutan.
b) TXC (USART Transmit Complete)
Flag ini akan set ketika data yang dikirim telah keluar. Flag ini akan membangkitkan
interupsi TX jika diaktifkan dan akan clear secara otomatis bersamaan dengan eksekusi vektor interupsi yang bersangkutan.
c) UDRE (USART Data Register Empty)
Flag ini sebagai indikator ini UDR. Jika bernilai satu maka UDR dalam keadaan
kosong dan siap menerima data berikutnya, jika flag bernilai nol berarti sebaliknya.
d) FE (Frame Error)
Bit ini sebagai indikator ketika data yang diterima error, misalnya ketika stop bit pertama data dibaca berlogika nol maka bit FE bernilai satu. Bit akan bernilai 0 ketika
stop bit data yang diterima berlogika nol. e) DOR (Data OverRun)
Bit ini berfungsi untuk mendeteksi jika ada yang tumpang tindih. Flag akan bernilai
satu ketika terjadi tumpang tindih data.
f) PE (Parity Error)
Bit yang menentukan apakah terjadi kesalahan paritas. Bit ini berfungsi jika ada
kesalahan paritas. Bit akan berlogika satu ketika terjadi bit parity error apabila bit paritas digunakan.
Bit yang berfungsi untuk menggandakan laju data menjadi dua kalinya. Hanya
berlaku untuk modus asinkron, untuk mode sinkron bit ini diset nol.
h) MPCM (Multi Processor Communication Mode)
Bit untuk mengaktifkan modus multi prosesor, dimana data yang diterima oleh USART tidak mengandung informasi alamat akan diabaikan.
1. USART CONTROL AND STATUS REGISTER B (UCSRB)
Gambar 2.7. Register UCSRB [4]
Penjelasan bit penyusun UCSRA dari gambar 2.7. [4] :
a) RXCIE (RX Complete Interrupt Enable)
Bit pengatur aktivitas interupsi penerima data serial, akan berlogika satu jika
diaktifkan dan berlogika nol jika tidak diaktifkan.
b) TXCIE (TX Complete Interrupt Enable)
Bit pengatur aktivitas pengiriman data serial, akan berlogika satu jika diaktifkan fan
berlogika nol jika tidak diaktifkan.
c) UDRIE (USART Data Register Empty Interrupt Enable)
Bit ini berfungsi untuk mengaktifkan interupsi data register kosong, berlogika satu
jika diaktifkan dan sebaliknya.
d) RXEN (Receiver Enable)
Bit ini berfungsi untuk mengaktifkan pin RX saluran USART. Ketika pin diaktifkan
maka pin tersebut tidak dapat digunakan untuk fungsi pin I/O karena sudah
digunakan sebagai saluran penerima USART.
e) TXEN (Transmitter Enable)
Bit ini berfungsi untuk mengaktifkan pin TX saluran USART. Ketika pin diaktifkan
maka pin tersebut tidak dapat digunakan untuk fungsi pin I/O karena sudah
digunakan sebagai saluran pengirim USART.
f) UCSZ2 (Character Size)
Tabel 2.2. Penentuan Ukuran [4]
g) RXB8 (Receive Data Bit 8)
Bit ini digunakan sebagai bit ke-8 ketika menggunakan format data 9-10 bit, dan bit
ini harus dibaca dahulu sebelum membaca UDR
h) TXB8 (Transmit Data Bit 8)
Bit ini digunakan sebagai bit ke-8 ketika menggunakan format data 9-10 bit, dan bit
ini harus ditulis dahulu sebelum membaca UDR
2. USART CONTROL AND STATUS REGISTER C (UCSRC)
Gambar 2.8. Register UCSRC [4]
Penjelasan bit penyusun UCSRA dari gambar 2.8. [4] :
a) URSEL (Register Select)
Bit ini berfungsi untuk memilih register UCSRC dengan UBBRH, dimana untuk menulis atau membaca register UCSRC maka bit harus berlogika satu.
b) UMSEL (USART Mode Select)
Bit pemilih mode komunikasi serial antara sinkron dan asinkron.
c) UMP [1...0] (Parity Mode)
UCSZ[2..0] Ukuran Karakter dalam bit
0 5
1 6
10 7
11 8
100-110 Tidak dipergunakan
Bit ini berfungsi untuk memilih mode paritas bit yang akan digunakan. Transmitter
USART akan membuat paritas yang akan digunakan secara otomatis
d) USBS (Stop Bit Select)
Bit ini berfungsi untuk memilih jumlah stop bit yang akan digunakan.
e) UCSZ1 dan UCSZ0
Merupakan bit pengatur jumlah serial bit yang berfungsi untuk memilih lebar data
yang digunakan dikombinasikan bit UCSZ2 dalam register UCSRB.
f) UCPOL (Clock Parity)
Bit yang berguna hanya untuk modus sinkron. Bit ini berhubungan dengan perubahan
data keluaran dan sampel masukkan, dan clock sinkron (XCK).
2.3.
Regulator Tegangan IC 78xx dan Transistor Penguat Arus
Rangkaian penyearah pada dasarnya sudah cukup bagus jika tegangan ripple-nya kecil namun ada masalah pada stabilitas tegangan yang dihasilkan. Regulator tegangan tipe
78xx adalah salah satu regulator tegangan tetap dengan tiga terminal, yaitu terminal Vin,
GND dan Vout. Regulator tegangan 78xx dirancang sebagai regulator tegangan tetap,
meskipun demikian keluaran dari regulator ini dapat diatur tegangan dan arusnya melalui
tambahan komponen eksternal. Ini adalah konfigurasi pin IC regulator ditunjukan pada
Gambar 2.9. [10].
Gambar 2.9. Konfigurasi Pin IC Regulator [10]
Tabel 2.3. menunjukan spesifikasi IC regulator seri 78xx dengan keluaran dan masukan
Tabel 2.3. Karakteristik Regulator Tegangan Ic 78xx [11]
Type VOUT (Volt)
VIN (Volt)
Min Maks
7805 5 7,3 20
7806 6 8,3 21
7808 8 10,5 23
7810 10 12,5 25
7812 12 14,6 27
7815 15 17,7 30
7818 18 21 33
7824 24 27,1 38
Gambar 2.10. Rangkaian Umum Regulator 78xx [11]
Nilai komponen c1 dan c2 difungsikan sebagai filter kapasitor yang bertujuan untuk
menghilangkan tegangan ripple agar tegangan keluaran menjadi lebih stabil. Untuk mendapatkan nilai kapasitor yang sesuai dapat mengacu pada persamaan 2.1 dan 2.2.
Vr(rms) = �
√ = . �
� = . �
��.� (2.5)
r = �
� x 100% (2.6)
Komponen eksternal yang digunakan yaitu transistor 2N3055 karena kemampuan arus
maksimal adalah 15 A [10]. Untuk gambar rangkaian lengkap dengan Ic regulator dapat
Gambar 2.11. Rangkaian Catu Daya Dengan Penguat [10]
Darri gambar 2.11. maka diperolehi persamaan-persamaan sebagai berikut [10] :
VB = Vreg + VD (2.7)
Tegangan keluaran rangkain menjadi,
Vo = Vreg - VBE (2.8)
Jika VD≈VBE, maka
Vo = Vreg (2.9)
Tegangan diantara kolektor dan emittor transistor 2N3055 adalah [10],
VCE = VIN - VRI (2.10)
Disipasi daya transistor NPN 2N3055 adalah [10],
PD =VCE x IC (2.11)
Untuk nilai penguatan arus diperoleh dengan persamaan dibawah ini [11]:
Ic = β IB (2.12)
Ie = (β+1) IB (2.13)
2.4. Photodioda
Photodioda adalah dioda yang berkerja berdasarkan intensitas cahaya, jika photodioda terkena cahaya maka photodioda berkerja seperti dioda pada umumnya, tetapi jika tidak mendapat cahaya maka photodioda akan berperan seperti resistor dengan nilai tahanan yang
besar sehingga arus listrik tidak dapat mengalir.
Photodioda merupakan sensor cahaya semikonduktor yang dapat mengubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Photodioda merupakan sebuah dioda dengan sambungan
Karena photodioda terbuat dari semikonduktor p-n junction maka cahaya yang diserap
oleh photodioda akan mengakibatkan terjadinya pergeseran foton yang akan menghasilkan
pasangan electron-hole dikedua sisi dari sambungan. Ketika elektron-elektron yang dihasilkan itu masuk ke pita konduksi maka elektron-elektron itu akan mengalir ke arah
positif sumber tegangan sedangkan hole yang dihasilkan mengalir ke arah negatif sumber tegangan hingga arus akan mengalir di dalam rangkaian. Besarnya pasangan elektron
ataupun hole yang dihasilkan tergantung dari besarnya intensitas cahaya yang diserap oleh photodioda.
Photodioda digunakan sebagai penangkap gelombang cahaya yang dipancarkan oleh infrared. Besarnya tegangan atau arus listrik yang dihasilkan oleh photodioda tergantung besar kecilnya radiasi yang dipancarkan oleh infrared. Gambar 2.12. adalah contoh bentuk
dan simbol photodioda [12].
Gambar 2.12. Bentuk Photodioda dan Simbol. [12]
Gambar 2.13. Respon Relatif Spektral Untuk Si,Ge, Dan Selenium Dibandingkan Dengan
Gambar 2.14. Hubungan I� Dengan Fc Pada Photodioda [12].
Grafik pada gambar 2.14. menunjukan bahwa arus maksimal pada sensor
photodioda adalah sebesar 800 µA, sehingga untuk penentuan nilai hambatan agar arus sensor photodioda tidak terlalu besar yaitu [12] :
R = �
� (2.14)
Sehingga nilai hambatan untuk sensor photodioda dengan asumsi bahwa Vcc = 5 Volt seperti
pada tabel 2.4.
Tabel 2.4. Hubungan Arus Dengan Hambatan
ARUS (µA) HAMBATAN (KΩ)
200 25
400 12,5
600 8,33
800 6,25
Gambar 2.15. Rangkaian Sensor Photodioda
Gambar 2.16 Aplikasi Sensor Photodioda [12]
2.5.
Led InfraRed
Led infrared merupakan sumber cahaya dengan panjang gelombang 750nm-1000nm dan arus maksimal sebesar 100 mA [12]. Aplikasi led infrared biasa dijumpai pada
modul sensor yang berhubungan dengan cahaya seperti photodioda dan photo transistor. Menurut gambar 2.16, led infrared merupakan sumber cahaya yang paling baik untuk sumber sensor cahaya. Penentuhan nilai hambatan untuk led infrared dengan rumus :
R = �
2.6.
Limit Switch Sebagai Saklar
Limit switch merupakan jenis saklar yang dilengkapi dengan katup yang berfungsi untuk menggantikan tombol. Prinsip kerjanya sama seperti saklar Push ON yaitu hanya akan
menghubungkan pada saat katupnya ditekan pada batas penekanan tertentu yang telah
ditentukan dan akan memutus saat katup tidak ditekan. Limit switch termasuk dalam kategori
sensor mekanis yaitu sensor yang akan memberikan perubahan elektrik saat terjadi
perubahan mekanik pada sensor tersebut. Contoh Gambar konstruksi, simbol dan bentuk
limit switch 2.17 [14].
Gambar 2.17. Konstruksi, Simbol dan Bentuk Limit Switch [14]
Transistor dapat digunakan sebagai saklar elektronika dengan membuat transistor
tersebut berada dalam kondisi cut-off (saklar terbuka, arus tidak mengalir) atau saturasi (saklar tertutup, sehingga arus mengalir).
2.7.
Webcam Logitech Seri C170h
Webcam adalah kamera digital yang dikoneksikan ke komputer dan digunakan untuk telekomferensi video atau tujuan lain. Pengoperasian webcam cukup mudah karena webcam memiliki fitur fungsionalitas USB untuk koneksi menggunakan komputer. Sehingga banyak dipergunakan untuk mengolah image processing yang kemudian akan diolah dengan perangkat lunak untuk pemrosesan berbasis pixel, RGB dan lain-lain. Salah satu contoh webcam ditunjukan pada gambar 2.18 [15].
Sebuah webcam yang sederhana terdiri dari sebuah lensa, dipasang di sebuah papan
sirkuit untuk menangkap sinyal citra. Webcam memiliki casing (pelindung/cover) depan dan
casing samping untuk menutupi lensa standar dan memiliki sebuah lubang lensa di casing depan yang digunakan sebagai lokasi masuknya sinyal citra. Sebuah webcam biasanya dilengkapi dengan software yang digunakan untuk mengambil citra hasil tangkapan kamera
digital secara terus menerus maupun dalam interval waktu tertentu.
2.8.
Motor DC
Motor adalah mesin listrik yang mampu mengubah energi listrik menjadi energi
mekanik berupa putar motor. Motor DC adalah salah satu jenis motor yang menggunakan
tegangan searah (DC) sebagai sumber tegangan. Dua bagian utama pada motor DC yaitu
rotor sebagai bagian yang berputar dan stator sebagai bagaian yang diam. Bagian rotor
berupa koil yang akan dialiri arus listrik. Bagian stator menghasilkan medan magnet dari
pengaruh elektromagnetik koil ataupun magnet permanen seperti yang di tunjukan pada
gambar 2.19 [16].
Gambar 2.19. Susunan Komponen pada Motor DC [16]
Arah putaran pada motor DC dapat diatur dengan mengubah polaritas tegangan
pada terminal, sehingga gerak putaran motor berupa clockwise atau counterclocwise. Kecepatan putaran motor DC berbanding lurus dengan besar beda potensial yang diberikan
pada terminal. Pemberian beda potensial yang semakin meningkat akan berdampak pada
2.9.
Modul Relay 5v
Relay adalah saklar (switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan
komponen electromechanical (elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni elektromagnet (coil) dan mekanikal (seperangkat kontak saklar/switch). Relay
menggunakan prinsip elektromagnetik untuk menggerakkan kontak saklar sehingga dengan
arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih
tinggi. Sebagai contoh, relay yang menggunakan elektromagnet 5v dan 50 mA mampu
menggerakan armature relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk menghantarkan lisrik
220v dan 2a.
Gambar 2.20. Modul Relay 2 Channel 5v [30]
Gambar 2.21. Modul Relay 1 Channel 5v [30] Gambar 2.22. Simbol Relay [29]
Relay 2 channel dan relay 1 channel ini memerlukan arus sekitar 15 – 20mA untuk
mengontrol masing-masing channel. Disertai dengan relay high-current sehingga dapat
menghubungkan perangkat dengan AC250v 10A. Dan relay ini mampu hidup hanya dengan
2.9.1
Prinsip Kerja Relay
Pada dasarnya, relay terdiri dari 4 komponen dasar yaitu :
1. Electromagnet (Coil)
2. Armature
3. Switch Contact Point (Saklar)
4. Spring
Gambar 2.23. Struktur Sederhana Relay
Kontak poin (contact point) relay terdiri dari 2 jenis yaitu :
Normally Close (NC) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada
diposisi CLOSE (tertutup).
Normally Open (NO) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada
diposisi OPEN (terbuka).
Berdasarkan gambar diatas, sebuah besi (iron core) yang dililit oleh sebuah
kumparan coil yang berfungsi untuk mengendalikan besi tersebut. Apabila kumparan coil
diberikan arus listrik, maka akan timbul gaya elektromagnet yang kemudian menarik
armature untuk berpindah dari posisi sebelumnya (NC) ke posisi baru (NO) sehingga
menjadi saklar yang dapat menghantar arus listrik di posisi barunya (NO). Posisi dimana
armature tersebut berada sebelumnya (NC) akan menjadi OPEN atau tidak terhubung. Pada
saat tidak dialiri arus listrik, armature akan kembali lagi ke posisi awal (NC). Coil yang
digunakan oleh relay untuk menarik contact poin ke posisi close pada umumnya hanya
2.9.2
Fungsi dan Aplikasi Relay
Beberapa fungsi relay yang telah umum diaplikasikan kedalam peralatan
elektronika diantaranya adalah :
1. Relay digunakan untuk menjalankan fungsi logika (Logic Function)
2. Relay digunakan untuk memberikan fungsi penundaan waktu (Time Delay
Function)
3. Relay digunakan untuk mengendalikan sirkuit tegangan tinggi dengan bantuan
dari signal tegangan rendah.
4. Relay yang berfungsi untuk melindungi motor ataupun komponen lainnya dari
kelebihan tegangan ataupun hubung singkat (short).
2.10.
Benda Tiga Dimensi
Benda 3 dimensi merupakan benda yang memiliki ruang atau volume sehingga
benda akan tampak lebih nyata. Benda 3 dimensi memiliki ukuran panjang, lebar, dan tinggi.
Contoh benda 3 dimensi dapat dilihat pada gambar 2.20 [17].
Gambar 2.24. Contoh Benda Tiga Dimensi [17]
2.11. Citra
2.11.1.Definisi Citra
Citra adalah gambar dua dimensi yang dihasilkan dari gambar analog dua dimensi
yang kontinus menjadi gambar diskrit melalui proses sampling. Gambar analog dibagi
menjadi N baris dan M kolom sehingga menjadi gambar diskrit. Persilangan antara baris dan
kolom tertentu disebut dengan piksel [18]. Secara harafiah, citra (image) adalah gambar pada
merupakan fungsi menerus (continue) dari intensitas cahaya pada bidang dwimatra. Sumber
cahaya menerangi objek, objek memantulkan kembali sebagian dari berkas cahaya tersebut.
Pantulan cahaya ini kemudian ditangkap oleh optik, misalnya mata pada manusia, kamera
pemindai dan sebagainya, sehingga bayangan objek yang disebut citra tersebut terekam [19].
2.11.2.Pengolahan Citra Digital
Pengolahan citra digital adalah kegiatan memperbaiki kualitas citra agar mudah
diinterpretasi oleh manusia atau mesin (komputer). Inputnya adalah citra dan keluarannya
juga citra tapi dengan kualitas yang lebih baik daripada citra masukan. Misalnya citra
warnanya kurang tajam, kabur, mengandungi noise dan lain-lain sehingga perlu ada pemrosesan untuk memperbaiki citra karena informasi yang disampaikan menjadi kurang.
Teknik pengolahan citra mentransformasikan citra menjadi citra lain. Sehingga
masukkannya adalah suatu citra dan keluarannya juga citra, namun citra keluaran
mempunyai kualitas yang lebih baik daripada citra masukkan [19].
2.12. Pemrosesan Citra
2.12.1.RGB
Suatu citra biasanya akan langsung mengacu ke citra RGB. Sebelumnya bagaimana
citra disimpan dan dimanipulasi dalam komputer diturunkan dari teknologi televisi, yang
pertama kali mengaplikasikannya untuk tampilan grafis komputer. Jika dilihat dari kaca
pembesar, tampilan monitor komputer akan terdiri dari sejumlah triplet titik warna merah
(RED), hijau (GREEN) dan biru (BLUE). Tergantung pada pabrik monitornya untuk
menentukan apakah titik tersebut merupakan titik bulat atau kotak kecil, tetapi akan selalu
terdiri dari 3 triplet red, green dan blue [20].
Citra dalam komputer tidak lebih dari sekumpulan piksel dimana setiap triplet
terdiri atas variasi tingkat keterangan (brightness) dari elemen red, green dan blue. Representasinya dalam citra, triplet akan terdiri dari 3 angka yang mengatur intensitas dari
Red (R), Green (G) dan Blue (B) dari suatu triplet. Setiap triplet akan merepresentasikan 1 piksel (picture element). Suatu triplet dengan nilai 67,228 dan 180 berarti akan mengeset nilai R ke nilai 67, G ke nilai 228 dan B ke nilai 180. Angka-angka RGB ini yang seringkali
direpresentasikan dengan 24 bit, 8 bit untuk R, 8 bit untuk G dan 8 bit untuk B. Pengaturan
citra RGB dapat dilihat pada gambar 2.21 [13].
Gambar 2.25. Pengaturan Citra RGB [13]
2.12.2.Cropping
Cropping citra bertujuan untuk memotong bagian tertentu dari suatu citra yang tidak
diperlukan dalam proses pengolahan citra. Penentuhan titik-titik yang akan diambil dalam
proses cropping menggunakan matrik_titiksudut_crop yang merepresentasikan nilai [x,y,∆x, ∆y]. x : posisi kolom dari pojok kiri atas area yang mau di crop, y : posisi baris dari pojok kiri atas area yang mau di crop, ∆x : lebar area yang mau di crop, ∆y : tinggi area yang mau
di crop. Contoh cropping dapat dilihat pada gambar 2.22 [21].
(a) (b)
2.13.Metode Pengenalan Warna dan Bentuk
Metode yang digunakan adalah penjumlahan nilai matriks red, green dan blue. Dari hasil jumlah tersebut akan dicari nilai terbesar pada masing-masing nilai matriks. Dimana
jumlah dari nilai terbesar menunjukan warna pada benda tersebut. Pada tabel 2.5. adalah
hasil nilai sementara yang diperolehi setelah dijumlahkan [22].
Tabel 2.5. Nilai Matriks sementara setelah dijumlahkan
Gambar benda
berwarna
Gambar setelah di
crop
Nilai RGB benda Pengenalana warna
benda
Merah = 17,92
Hijau =10,442
Benda kotak
berwarna merah
Merah = 17,13
Hijau = 7,23
Benda bola
berwarna merah
Dapat dilihat pada tabel 2.5 menunjukan nilai RGB gambar benda yang lebih besar
adalah nilai warna merah maka dari itu disimpulkan bahwa gambar tersebut adalah benda
berwarna merah. Sedangkan untuk mengenali bentuk maka, dilakukan perbandingan nilai
besaran antara nilai RGB kotak dengan nilai RGB bola yang sudah ditetapkan. Dimana yang
memiliki nilai yang paling besar adalah bentuk kotak sedangkan nilai terkecil adalah bentuk
bola. Benda kotak berwarna merah memiliki nilai matriks 17,92 sedangkan benda bola
30
BAB III
PERANCANGAN PENELITIAN
Dalam bab III ini akan dibahas mengenai perancangan perangkat keras dan
perancangan perangkat lunak. Pembahasan meliputi :
a) Proses kerja dan mekanisme conveyor pintar
b) Perancangan mekanik conveyor pintar
c) Perancangan perangkat keras (handware)
d) Perancangan perangkat lunak (software)
3.1. Proses Kerja dan Mekanisme Conveyor Pintar
Pada pembuatan tugas akhir ini, dirancang sebuah prototipe menggunakan sebuah
conveyor pintar yang dapat mengenali dua jenis warna dan dua jenis bentuk, dimana conveyor pintar mampu memindahkan dan menempatkan benda secara otomatis berdasarkan bentuk dan warna ke suatu wadah khusus yang telah disediakan. Komponen yang digunakan
dalam pembuatan tugas akhir ini meliputi rangkaian minimum system Atmega32, conveyor,
rangkaian sensor photodioda, rangkaian limit switch, relay 5v, webcam logitech seri C170h,
software AVR, software MATLAB, laptop dan motor dc 24V.
Cara kerja conveyor pintar yaitu mula-mula benda diletakan pada conveyor pertama
yang akan membawa benda tersebut mendekati webcam. Webcam akan mendeteksi benda tersebut, kemudian akan diproses oleh laptop melalui software matlab untuk mengenali bentuk dan warna benda. Setelah benda dikenali, maka disiapkan laptop melalui aplikasi
MATLAB akan mengirimkan kode benda yang dikomunikasikan secara serial kepada minimum system ATmega32 menggunakan modul USB to TTL untuk mengerakan conveyor kedua, dimana conveyor kedua ini berfungsi menyiapkan wadah yang sesuai dengan benda
Gambar 3.1. Diagram Blok Sistem
3.2. Perancangan Mekanik
Pada perancangan mekanik dari conveyor pintar tersebut, antara lain mendesain ukuran converyor pintar, penggunaan bahan dasar untuk mekanik conveyor yaitu besi bolongan setebal 3mm dan pipa plastik 3inch, untuk ukuran lebar belt 20cm untuk converyor
pertama sedangkan untuk converyor kedua 25cm, panjang converyor pertama 100cm dan converyor kedua panjangnya 300cm, kemudian untuk wadah tempat benda dijatuhkan berukuran 20cm x 20cm x 15cm yang terbuat dari bahan papan kayu tipis Desain conveyor
menggunakan software AutoCad 2010 untuk gambar conveyor. Conveyor ini di bagi menjadi dua bagian dimana satunya berfungsi sebagai penghantar benda dan conveyor selanjut berfungsi sebagai pemilah benda. Gambar 3.2, 3.3, 3.4, dan 3.5 adalah bentuk
seluruh sistem dan ukurannya.
x
Gambar 3.3. Conveyor Dilihat Dari Samping
Gambar 3.4. Conveyor Dilihat Dari depan
Pada perancangan conveyor pintar ini memiliki rincian desain dengan ukuran yang berbeda-beda untuk dua buah conveyor dimana untuk conveyor pertama memiliki panjang 100cm, lebarnya 15cm dan memiliki tinggi 35cm. Kemudian untuk ketinggian tempat
webcam adalah 25cm. Selanjutnya untuk conveyor kedua memiliki panjang 300cm, lebar 25cm dan memiliki tinggi 30cm. Untuk ukuran wadah tempat input adalah 20cm x 20cm x
15cm. Kemudian untuk jarak wadah antara kiri dan kanan dinding conveyor adalah 2,5cm
masing-masingnya dengan tujuan wadah tersebut tidak mengenai dinding kiri atau kanan
saat conveyor beroperasi. Selanjutnya untuk jarak antara wadah adalah 9cm dan jarak antara
sensor adalah 29cm.
Perhitungan jarak wadah : conveyor kedua memilik panjang 300cm dimana untuk jarak antara wadah 9cm x 6 = 54cm, untuk ukuran wadah 20cm x 5 = 100cm, untuk jarak
antara sensor photodioda adalah 29cm x 5 = 145cm sehingga memiliki total jarak yang
diperolehi adalah 54cm + 100cm + 145cm = 299cm. Jarak ini digunakan karena telah sesuai
dengan perhitungan agar saat conveyor kedua aktif, wadah diatas conveyor tersebut tidak terjatuh atau bertabrakan antara satu sama lain.
Jarak antara conveyor pertama dan conveyor kedua adalah 10cm agar saat input dipindahkan dari conveyor pertama ke conveyor kedua langsung masuk kedalam wadah yang telah disediakan.
3.3. Perancangan Perangkat Keras (hardware)
Ada beberapa komponen dalam perancangan subsistem perangkat keras Conveyor pemisah benda berdasarkan bentukdan warna, diantaranya yaitu :
1.Minimum System ATmega32
2.Webcam Logitech seri C170h 3.Sensor photodioda
4.Regulator 12v + penguat arus
5.Modul Relay 5v + limit switch
6.Benda
3.3.1.Minimum System ATmega32
Rangkaian minimum system berfungsi sebagai I/O untuk mengontrol atau mengendalikan gerakan motor conveyor yang telah diprogram dalam mikrokontroler ATmega32 pada conveyor serta sebagai pengolahan data secara serial yang dikirimkan dari
laptop melalui USB to TTL converter. Mikrokontoler membutuhkan minimum system yang
terdiri dari rangkaian eksternal yaitu rangkaian osilator serta rangkaian reset.
Untuk rangkaian osilator ini menggunakan crystal dengan frekuensi sebesar 11,0592
Mhz dan dua buah kapasitor masing-masing sebesar 22pF. Penggunaa crystal dengan frekuensi sebesar 11,0592 Mhz bertujuan untuk menghasilkan komunikasi yang sesuai
dengan baud rate piranti yang dituju sedangkan fungsi kapasitor disini adalah untuk menstabilkan osilasi yang dihasilkan oleh kristal. Penempatan antara kapasitor dengan
kristal diusahakan sedekat mungkin untuk menghindari terjadinya noise. Rangkaian osilator
adalah subsistem dari mikrokontroler yang berfungsi untuk membangkitkan clock pada mikrokontroler. Clock tersebut diperlukan oleh mikrokontroler untuk mensinkronkan proses
yang sedang berlangsung dalam mikrokontroler. Gambar 3.6. menunjukan rangkaian
osilator [1].
Gambar 3.6. Rangkaian Osilator ATmega32 [1]
Perancangan rangkaian reset ini bertujuan untuk memaksa proses kerja pada mikrokontroler agar dapat diulang dari awal atau memulai membaca program kembali. Saat
tombol reset ditekan maka mikrokontroler mendapat input logika rendah, sehingga akan
Gambar 3.7. Rangkaian Reset ATmega32 [25]
Pada gambar 3.7. terdapat resistor yang memiliki resistansi sebesar 4,7 KΩ yang difungsikan sebagai pull-up. Resistor pull-up eksternal dapat digunakan untuk menjaga agar
pin RESET tidak berlogika 0 secara tidak sengaja. Kapasitor 10nF digunakan untuk
menghilangkan noise yang disususn seri dengan resistor. Rangkaian reset minimum system ATmega32 merupakan gabungan dari rangkaian push-button dan low-pass filter.
3.3.2.Webcam Logitech Seri C170h
Webcam yang digunakan pada tugas akhir ini adalah webcam Logitech seri C170h. Fungsinya untuk melakukan capture benda dan output dari gambar data yang dimiliki merupakan nilai matriks citra RGB (Red Green Blue) sudah dalam bentuk digital yang
datanya akan diolah menggunakan aplikasi matlab. Webcam jenis ini sudah memiliki dudukan sendiri serta mempunyai software pendukung yang bisa melakukan zoom in dan zoom out sehingga memudahkan pengaturan dari laptop. Pada proses pengambilan citra menggunakan resolusi 320 x 240 piksel. Spesifikasinya webcam bisa dilihat pada lampiran.
Gambar 3.8 webcam Logitech Seri C170h [15].
3.3.3. Sensor Photodioda
Sensor photodioda digunakan untuk mendeteksi benda yang diletakan pada conveyor
satu dan conveyor dua. Cara kerjanya yaitu jika sensor photodioda terhalang oleh benda atau
mendeteksi benda, maka motor pada conveyor akan berhenti. Rangkaian sensor photodioda
ditunjukan oleh Gambar 3.9 [26].
Gambar 3.9. Rangkaian Sensor Photodioda [26]
Dengan nilai vcc sebesar 5 volt dan arus maksimal infrared 100mA, maka hambatan dapat dihitung menggunakan rumus :
� =���
� sehingga, (3.1)
R = 5
��= 50 Ω
Karena nilai resistor sebesar 50 Ω tidak tersedia di pasaran dan agar infrared tidak kelebihan arus, maka digunakan resistor sebesar 100 Ω. Sedangkan untuk nilai hambatan sensor photodioda menggunakan resistor yang mengacu pada gambar 2.14 dan persamaan
2.14 sehingga diperoleh nilai hambatan antara 6,25 KΩ – 25 KΩ. Pada perancangan ini menggunakan resistor 20 KΩ untuk sensor photodioda.
Output mikrokontroller ATmega32 memiliki arus yang kecil sehingga tidak bisa
digunakan untuk mengendalikan motor dc yang membutuhkan arus cukup besar. Oleh
3.3.4. Regulator dan Penguat Arus
Pembuatan rangkaian regulator dan penguat arus yang nantinya dipakai sebagai
penyetabil tegangan pada minimum system ATmega32 dan motor dc. Komponennya terdiri
dari ic 7805, ic 7812, transistor 2N3055, kapasitor, dan diode. Ic 7805 dipakai sebagai
penurun tegangan dimana untuk ic tipe ini memiliki tegangan keluaran (output) sebesar 5
volt, arus maksimumnya adalah 1 A, tegangan masukan (input) minimum 7 volt dan
maksimal 20 volt dan dipakai untuk memberikan daya pada minimum system Atmega32 yang hanya membutuhkan 5 volt, kemudian untuk komponen pendukung yaitu kapasitor
berfungsi sebagai penghilang riple sedangkan untuk ic 7812 digunakan untuk menstabilkan
tegangan sekaligus menggunakan transistor 2N3055 sebagai penguat arus, karena bisa
dipakai sebagai rangkaian power suplay dengan tegangannya yang bisa diset. Ic ini memiliki
tegangan keluaran (output) sebesar 12 volt, arus maksimumnya adalah 1 A, tegangan
masukan (input) minimum 14,6 volt dan maksimal 27 volt dan digunakan untuk memberikan
daya pada motor dc 24 volt. Maka dari itu trasistor harus dibias