i
TUGAS AKHIR
PENGERING KERTAS DAUR ULANG BERBASIS
MIKROKONTROLER ATMEGA 8535
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
NANCY FEBRILA EKO
NIM : 065114015
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ii
FINAL PROJECT
RECYCLE PAPER DRYER BASE ON
MICROCONTROLLER ATMEGA 8535
Presented as Partial Fulfillment of the Requirements to Obtain theSarjana TeknikDegree
In Electrical Engineering
NANCY FEBRILA EKO
NIM : 065114015
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
v
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka sebagaimana layaknya karya ilmiah.
Yogyakarta, 23 Juni 2011
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO
Imagination is more important than knowledge.
Knowledge is limited.
Imagination encircles the world.
Albert Einstein
Tugas Akhir ini kupersembahkan untuk…
TuhanYesuspelindungku
Papi dan Mami tercinta
vii
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :
Nama : Nancy Febrila Eko
Nomor Mahasiswa : 0645114015
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :
PENGERING KERTAS DAUR ULANG BERBASIS
MIKROKONTROLER ATMEGA 8535
beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, me-ngalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.
Pada tanggal : 23 Juni 2011
Yang menyatakan
viii
INTISARI
Kertas merupakan sarana yang digunakan pada hampir semua lembaga/institusi baik pemerintah maupun swasta tidak terkecuali lembaga pendidikan. Hal akan berdampak pada meningkatnya volume limbah kertas yang dihasilkan dan secara tidak langsung akan memboroskan penggunaan sumberdaya alam hutan (kayu). Daur ulang kertas merupakan salah satu alternatif untuk mengurangi limbah kertas. Pada proses daur ulang secara konvensional, pengeringan mengandalkan cahaya matahari. Pada proses daur ulang pada skala besar pengeringan dilakukan dengan mesin besar yang canggih. Mengingat keadaan cuaca yang semakin tidak menentu, sedangkan daur ulang biasanya dilakukan pada skala kecil menegah, maka diperlukan sebuah alat pengering yang dapat digunakan pada skala rumahan. Berdasarkan pemikiran awal seperti tersebut, maka pada tugas akhir ini dilakukan perancangan dan pembuatan pengering kertas daur ulang berbasis mikrokontroler AVR ATmega 8535.
Pada perancangan digunakan mikrokontroler sebagai pengolah data suhu menggunakan kendali Proposional Integral (PI) dan sebagai pengendali tegangan yang akan mengendalikan heaterdan blower. Sistem pemanas kertas daur ulang hanya perlu diberikan nilai suhu yang akan digunakan untuk memanaskan kertas. Pemanas bekerja secara otomatis ketika semua syarat keamanan penggunaan alat sudah terpenuhi. Sistem pemanas bekerja menggunakan prinsip kerja pengendali PI. Dengan sistem pengendali yang memiliki umpan balik, diharapkan panas yang dihasilkan oleh heater dapat lebih optimal. Panas pada heaterdikendalikan dengan keluaran PWM dari mikrokontroler yang dimasukkan ke rangkaian dimmer sebagai pengubah ke tegangan AC. Pengendalian yang sama juga digunakan untuk mengendalikan blower input sehingga semakin tinggi panas yang dihasilkan oleh heater semakin cepat pula blower berputar. Apabila set point yang diinginkan sudah dapat tercapai,makaheaterdan blower inputakan mati, jika terjadi over shoot pada suhu atau suhu yang dihasilkan lebih tinggi dari set point yang diharapkan maka blower output akan aktif dan mengeluarkan udara panas pada sistem. Sistem akan terus bekerja hingga satu siklus proses pencetakan selesai.
Dari hasil penelitian didapatkan pemanas yang akan bekerja secara otomatis untuk memanaskan bubur kertas. Blower yang digunakan mempercepat siskulasi udara pada oven. Pengeringan yang dilakukan dapat mengurangi kadar air pada bubur kertas.
ix
ABSTRAC
Paper is the tool used in almost all agencies / institutions both public and private educational institutions are no exception. This will impact on the increasing volume of paper waste generated and will indirectly wasted use of forest resources (timber – the wood). Recycling paper is one alternative to reduce paper waste. In conventional recycling processes, relying on the sun drying. In the recycling process on a large scale drying is done by large sophisticated machines. Given the state of the increasingly erratic weather, while recycling is usually done on small-medium scale, it would require a dryer that can be used on a home scale. Based on initial thoughts like these, then at the end of the task is done the design and manufacture of recycled paper dryers based ATmega 8535 AVR microcontroller.
In the design of a microcontroller is used as a data processor temperature using a proportional integral control (PI) and as a voltage controller that will control the heater and blower. Recycled paper heating system only needs to be given the value of temperature that will be used to heat the paper. Heater works automatically when all safety requirements are met using the tool. Heating system works using the principle of the PI controllers. With a system that has a feedback controller, is expected to heat generated by the heater can be optimized. Heat on the heater is controlled by the PWM output of microcontroller that is inserted into the dimmer circuit as a modifier to AC voltage. The same control used for controlling the blower so that the higher the heat input generated by the heater the faster spinning blower. When the desired set point is achieved, then the heater and blower input will die, if there is over shoot on the temperature or the temperature of the resulting set point is higher than expected then the blower output will be active and remove the hot air in the system. The system will continue to work until one cycle of the printing process is complete.
Research results obtained from the heater that will work automatically to heat the pulp. Blowers are used to accelerate the air circulationin the oven. Drying is done to reduce the water content of pulp.
x
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikantugas akhir dengan PENGERING KERTAS DAUR ULANG BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 8535.
Adapun penulisan laporan ini tidak terlepas dari keterlibatan dan interaksi dengan banyak pihak yang dengan ketulusan hati mau membantu, membimbing dan memberi motivasi. Dengan kerendahan hati penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada:
1. Ayah untuk segala masukannya dan ibu atas dukungan dan doa.
2. Adikku yang selalu menghibur dan menyemangati, ‘you’re my inspiration’.
3. Ibu B.Wuri Harini, S.T.,M.T., selaku dosen pembimbing I yang telah banyak meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan, semangat, pengetahuan, kritik dan saran dalam menyelesaikan Tugas Akhir.
4. Seluruh dosen teknik elektro dan laboran yang telah banyak memberikan pengetahuan kepada penulis selama kuliah.
5. Teman kelompok tugas akhir Atika S.T., Fernando S.T. dan Ratno S.T., ‘saat terindah bersama kalian di tempat tertinggi’.
6. Bapak satpam dan pegawai kampus yang senantiasa membantu dan memperlancar penulis keluar masuk ruang tugas akhir.
7. Teman dan kakak Teknik Elektro angkatan 2003, 2004 dan 2006, terutama Andi N yang kurepotkan, kak Ginting yang selalu memberi semangat.
8. Sahabatku Novreny, Imanuela dan Danang, terimakasih kalian selalu ada untukku. 9. Semua pihak yang terlibat yang tidak dapat penulis sebutkan satu demi satu, terima
kasih atas dukungannya
Dengan kerendahan hati penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu berbagai kritik dan saran untuk perbaikan tugas akhir ini sangant diharapkan. Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak. Terima kasih.
Yogyakarta, 23 Juni 2011
xi
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA...
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO...
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA
ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS...
xii
BAB II. DASAR TEORI
2.1. Mikrokontroler ATmega 8535... 2.1.1. Fitur... 2.1.2. Peta Memori... 2.1.3. Timer /Counter... 2.1.4. ADC (Analog To Digital Converter)... 2.2. Sensor suhu LM 35... 2.3. Keypad... 2.4. Penguat Daya... 2.5. Thyristor... 2.6. Heater... 2.7. Blower... 2.8. PengendaliProportional Integral...
2.8.1. PengendaliProportional... 2.8.2. PengendaliIntegral...
2.8.3. PengendaliProportional Integral... 2.9. TuningKontroler dengan Metode Ziegler-Nichols...
5
BAB III. RANCANGAN DAN PENELITIAN
3.1. Sistem Pencetak Kertas Daur Ulang... 3.2. Perancangan Perangkat Keras... 3.2.1. Perancangan Catu Daya... 3.2.2. Perancangan Pengendali Tegangan AC... 3.2.3. Keypad...
xiii
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil Perancangan... 4.2. Prinsip dan Cara Kerja... 4.2.1. PengujianHeater Open Loop... 4.2.2. Pengujian sensor LM35... 4.3. Analisa Perangkat Lunak... 4.4. Data Pengujian Sistem... 4.4.1. Set Point=50°C... 4.4.2. Set Point=60°C... 4.4.3. Set Point=80°C...
37 38 39 40 41 44 44 46 47
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan... 5.2. Saran...
48 48
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Konfigurasi pin Atmega 8535... Gambar 2.2 Konfigurasi Memori Data... Gambar 2.3 Register TCCR0... Gambar 2.4 Register TCCR01A... Gambar 2.5 Register TCCR1B... Gambar 2.6 Register TCCR2... Gambar 2.7 Register ADMUX... Gambar 2.8 Format data ADC dengan ADLAR=0... Gambar 2.10 Register ADCSRA... Gambar 2.11Keypadmatrik 4x3... Gambar 2.12 konfigurasi saklarkeypad4x3... Gambar 2.13 Rangkaian penguat daya dengan transformator... Gambar 2.14 Bentuk Fisik & Simbol Thrystor...
Gambar 2.15 Simbol TRIAC... Gambar 2.16 Karakteristik triac...
Gambar 2.17 Rangkaian triac untuk mengatur putaran motor ac... Gambar 2.17Heater... Gambar 2.19Fan, BlowerdanImpeler... Gambar 2.20Fan... Gambar 2.21Blower... Gambar 2.22Impeler... Gambar 2.23 Responoutputterhadap masukan P... Gambar 2.24 Responoutputterhadap masukan I... Gambar 2.25 Kurva respons tangga satuan yang memperlihatkan 25 % lonjakan maksimum... Gambar 2.26 Respon tangga satuan sistem... Gambar 2.27 Kurva Respons berbentuk S... Gambar 3.1 Sistem otomasi pencetak kertas daur ulang... Gambar 3.2Flow chartsistem pencetak kertas daur ulang... Gambar 3.3 Sistem pencetak kertas daur ulang...
xv
Gambar 3.4 Rangkaian Catu Daya... Gambar 3.5 Blok diagram sistem pemanas... Gambar 3.6 Rangkaian Penguat Daya... Gambar 3.7 Rangkaian Inverter Dengan TRIAC... Gambar 3.8Keypad... Gambar 3.9Minimum sistem... Gambar 3.10 Pembagian Port Pada Mikrokontroler... Gambar 3.11 Blok Diagram Perancangan Program...
Gambar 3.12Flow ChartSistem Pencetak... Gambar 3.13Flow ChartSistemStandby... Gambar 3.14Flow ChartSistemInput... Gambar 3.15Flow ChartSistemSafety... Gambar 3.16Flow chart Sistem Pengendali Suhu... Gambar 4.1 Hasil akhir sistem otomasi pencetak kertas daur ulang... Gambar 4.2 Rak dan loyang pencetak... Gambar 4.3 Rangkaian Elektronis... Gambar 4.4 Grafikheaterdengan pengujian open loop... Gambar 4.5 Keluaran PI dengan SP 50°C... Gambar 4.6 Perbandingan suhu dengan SP 50°C... Gambar 4.7 Keluaran PI dengan SP 60°C...
xvi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Konfigurasi bitclock selectuntuk memilih sumberclock... Tabel 2.2 Konfigurasi bitclock selectuntuk memilih sumberclock... Tabel 2.3 Konfigurasi bitclock selectuntuk memilih sumberclock... Tabel 2.4 Beberapa setting kondisi untuk memilih tegangan referensi... Tabel 2.5 Beberapa setting untuk memilih frekuensi ADC... Tabel 2.6 Konfigurasi keypad... Tabel 2.7 Penalaan paramater PID dengan metode kurva reaksi... Tabel 4.1 Pengujiansensor LM35... Tabel 4.2 Perbandingan suhu...
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Pemanasan global menyebabkan terjadinya perubahan iklim, atau tepatnya perubahan
beberapa variabel iklim suhu udara dan curah hujan.Perubahan Iklim merupakan global
saat ini. Indonesia pun tidak terlepas dari pengaruh perubahan iklim tersebut [1]. Oleh
karena itu, perlu upaya semua pihak untuk memperlambat laju perubahan iklim yang sudah
tidak dapat dihindari lagi.
Sebagai lembaga yang peduli terhadap perubahan iklim Climate Change Center (3C) mengadakan Kegiatan Paperless Generation, kegiatan ini berupaya membentuk generasi yang berhemat dan mengurangi konsumsi kertas. Diharapkan melalui kegiatan ini dapat
mengurangi laju perubahan iklim.[2]
Kondisi yang ada selama ini menunjukkan bahwa hampir semua lembaga/institusi baik
pemerintah maupun swasta tidak terkecuali lembaga pendidikan sangat boros dalam
pemakaian kertas. Meskipun limbah kertas mudah hancur namun sampah-sampah tersebut
akan berdampak pada meningkatnya volume limbah yang dihasilkan, dimana pada
gilirannya akan memperpendek usia Tempat Pembuangan Akhir (TPA). Secara tidak
langsung hal ini akan memboroskan penggunaan sumberdaya alam hutan (kayu).[3] Daur
ulang kertas merupakan salah satu alternatif untuk mengurangi limbah kertas.
Proses daur ulang kertas meliputi beberapa tahapan, yaitu: pembuatan bubur kertas,
pencetakan, dan pengeringan. Pada pembuatan kertas daur ulang bagian terpenting dalam
proses produksi yang menentukan kualitas kertas ditentukan pada saat pencetakan dan
pengeringan kertas. Pengeringan kertas dapat dilakukan dengan beberapa cara, antara lain
dengan dianginkan atau mengandalkan cahaya matahari saat pengeringan.
Daur ulang kertas sebagian besar dilakukan oleh kelompok usaha ekonomi kecil dan
menengah. Dengan keadaan cuaca yang tidak menentu dewasa ini membuat usaha
ekonomi kecil yang menggantungkan penggunaan matahari sebagai sarana pengering tidak
dapat berproduksi sebagaimana sebelumnya. Beberapa diantaranya berusaha menggantikan
proses pengeringan dengan menggunakan oven sama seperti yang digunakan pada oven untuk membuat kue, baik yang menggunakan listrik maupun kompor sebagai sumber
Sejalan dengan perkembangan teknologi di era globalisasi dewasa ini yang semakin
modern, pemerintah mencanangkan pembangunan di bidang industri dan teknologi
sehingga sumbangan kreatifitas dan daya pikir dapat memberikan sesuatu yang berguna
untuk memajukan dunia industri kreatif. Dalam perkembangan teknologi yang semakin
modern, banyak hal yang sudah mulai tergantikan dengan sistem otomasi yang dapat lebih
mengefisiensi kerja dan waktu. Sistem otomasi tersebut penggunaanya dapat diterapkan
dalam kehidupan sehari – hari, bahkan dapat pula diterapkan dalan berbagai bidang ilmu
yang lain.
Pemanas yang ada di pasaran selama ini tidak memperhatikan kualitas panas yang
dihasilkan oleh pemanas terhadap objek yang dipanaskan dan hanya mengandalkan timer sebagai pewaktu mulai dan selesainya suatu proses.
Berdasarkan pemikiran awal seperti tersebut, maka pada tugas akhir ini dilakukan
perancangan dan pembuatan pengering kertas daur ulang berbasis mikrokontroler AVR
ATmega 8535. Pada perancangan digunakan mikrokontroler sebagai pengolah data suhu
menggunakan kendali Proposional Integral (PI) dan sebagai pengendali tegangan yang
akan mengendalikan heater dan blower. Sistem pemanas kertas daur ulang hanya perlu diberikan nilai suhu yang akan digunakan untuk memanaskan kertas. Pemanas bekerja
secara otomatis ketika semua syarat keamanan penggunaan alat sudah terpenuhi. Sistem
pemanas bekerja menggunakan prinsip kerja pengendali PI. Dengan sistem pengendali
yang memiliki umpan balik, diharapkan panas yang dihasilkan oleh heater dapat lebih optimal. Panas pada heaterdikendalikan dengan keluaran PWM dari mikrokontroler yang dimasukkan ke rangkaianinverter sebagai pengubah ke tegangan AC. Pengendalian yang sama juga digunakan untuk mengendalikan blower input sehingga semakin tinggi panas yang dihasilkan oleh heater semakin cepat pula blower berputar. Apabila set point yang diinginkan sudah dapat tercapai,makaheaterdan blower inputakan mati, jika terjadi over shoot pada suhu atau suhu yang dihasilkan lebih tinggi dari set point yang diharapkan maka blower output akan aktif dan mengeluarkan udara panas pada sistem. Sistem akan terus bekerja hingga satu siklus proses pencetakan selesai.
1.2. Tujuan dan Manfaat
Tujuan yang ingin dicapai adalah menghasilkan suatu sistem pengering kertas yang
pengeringan kertas dapat menjadi lebih tepat, sesuai dengan panas yang dikehendaki dalam
sebuah proses pengeringan kertas. Sehingga proses produksi tidak lagi terkendala oleh
cuaca yang tidak menentu.
Manfaat yang akan didapat dalam perancangan dan pembuatan alat ini yaitu :
1. Memberikan sumbangan perangkat baru bagi masyarakat industri kreatif yang
diadaptasi dari sistem pengeringan kertas daur ulang tradisional.
2. Menjadikan mikrokontroler sebagai perangkat elektronis yang mudah
diaplikasikan sebagai pengendali pada berbagai kasus dan bidang kehidupan.
1.3. Batasan Masalah
Tugas akhir pengering kertas berbasis mikrokontoler ini adalah bagian dari sistem
pencetak kertas daur ulang. Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
a. Objek pengaturan adalah suhu pengering kertas dengan kisaran ukur antara 27°C
hingga 100°C
b. Aktuator pengatur panas yang digunakan berupaheaterdanblower. c. Instrumen pengendali menggunakan mikrokontroler AVR ATmega 8535.
d. Inputdiberikan melaluikeypaddan dapat dilihat melalui LCD. e. Sensor yang digunakan adalah sensor suhu.
1.4. Metodologi Penelitian
Metodologi penelitian yang digunakan dalam pembuatan skripsi terdiri dari beberapa
tahapan sebagai berikut:
1. Pengumpulan literatur; yaitu mengumpulkan dan mempelajari berbagai informasi
yang relevan dengan penelitian yang berasal dari buku pustaka, makalah, catatan
kuliah, dan internet.
2. Wawancara dan pengamatan; yakni melakukan wawancara dengan ahli yang
terlibat langsung dalam proses daur ualang kertas dan pengamatan proses
pengerjaan kertas daur ulang secara manual.
3. Perancangan peralatan menggunakan teori yang ada untuk mendapatkan
karakteristik yang sesuai dengan spesifikasi yang ditentukan.
4. Pengujian karakteristik pemanas dan sensor – sensor yang akan digunakan.
6. Pembuatan software dengan konstanta pemanasan yang sudah didapat dari pengujian yang sebelumnya.
7. Pengujian kinerja sistem secara keseluruhan serta mengambil data dari hasil
pengujian.
8. Analisis dan penyimpulan hasil percobaan.
1.5. Sistematika Penulisan
Agar skripsi ini lebih mengarah pada permasalahan dan membuat keteraturan dalam
penyusunan dan penulisannya maka dibuat dalam beberapa bab, sebagai berikut :
BAB I. PENDAHULUAN
Bab ini berisi latar belakang, tujuan dan manfaat, pembatasan masalah, metodologi
penelitian, dan sistematika penulisan.
BAB II. DASAR TEORI
Bab ini berisi dasar teori mengenai intensitas pengendali PI, perangkat keras utama
yaitu mikrokontroler Atmega8535 dan perangkat keras pendukung seperti sensor, dan
aktuator.
BAB III. RANCANGAN PENELITIAN
Bab ini berisi rancangan perangkat keras maupun perangkat lunak.
BAB IV. DATA DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi hasil pengujian perangkat keras maupun lunak disertai analisis hasil
pengujian.
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi kesimpulan dan saran yang dapat dipergunakan untuk penelitian lebih
5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI
2.1. Mikrokontroler ATmega 8535
Mikrokontroller ATmega8535 [5] merupakan mikrokontroller generasi AVR (Alf and
Vegard’s Risk processor). Mikrokontroller AVR memiliki arsitektur RISC (Reduced
Instruction Set Computing) 8 bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit
(16-bits word) dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam satu siklusclock.
Gambar 2.1 Konfigurasi pin ATmega 8535
Konfigurasi pin ATmega8535 dapat dilihat pada Gambar 2.1. Secara fungsional
konfigurasi pin ATmega8535 sebagai berikut :
1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya.
2. GND merupakan pinground.
3. Port A (PA0..PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC.
4. Port B (PB0..PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus untuk
Timer/Counter, Komparator analog, dan SPI.
5. Port C (PC0..PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin khusus untuk TWI,
Komparator analog, danTimer Oscilator.
6. Port D (PD0..PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin khusus untuk Komparator
analog, Interupsi eksternal, dan Komunikasi serial.
8. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukanclockeksternal.
9. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC.
10. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.
2.1.1. Fitur
Keistimewaan dari ATmega8535 adalah sebagai berikut :
1. Mikrokontroler AVR berkemampuan tinggi.
2. Didesain berdaya rendah dan semua operasi bersifat statis.
3. Memory flashsebesar 8K –bytes.
4. EEPROM sebesar 512bytes.
5. SRAMinternalsebesar 512bytes.
6. Dua buahtimer / counter8 – bit.
7. Satu buahtimer / counter16 – bit.
8. PWM (Pulse Width Modulation) sebanyak 4 (empat) kanal (channels).
9. ADC (Analog – to – Digital Converter) internal dengan fidelitas 10 – bit
sebanyak 8channels.
10. Portal komunikasi serial (USART)
11. Analog comparator internal.
12. Enam pilihan modesleeppenghemat penggunaan daya listrik.
13. Tegangan operasi 2,7-5,5V (untuk ATmega8535L) dan 4,5-5,5V (untuk
ATmega8535).
14. Kecepatan maksimal 16 MHz.
15. Antarmuka SPI.
16. Unit interupsi internal dan eksternal.
17. Saluran I/O sebanyak 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C dan Port D
18. ATmega8535terdiri dari 40-pin PDIP, 44-lead TQFP dan 44-pad MLF.
2.1.2. Peta Memori
Memori data terbagi menjadi 3 bagian, yaitu 32 register umum,64 buah register
I/O,dan 512 byte SRAM Internal.Register keperluan umum menempati space data pada
alamat terbawah, yaitu $00 sampai $1F. Sementara itu, register khusus unutk menangani
I/O dan kontrol terhadap mikrokontroler menempati 64 alamat berikutnya, yaitu mulai dari
mengatur fungsi terhadap berbagai peripheral mikrokontroler, seperti kontrol register,
timer/counter, fungsi – fungsi I/O, dan sebagainya. Alamat memori berikutnya digunakan
untuk SRAM 512 byte, yaitu pada lokasi $60 sampai dengan $25F. Konfigurasi memori
data ditunjukkan pada gambar 2.2 di bawah ini.
Gambar 2.2. Konfigurasi Memori Data
2.1.3.
Timer /Counter
AVR ATmega8535 memiliki tiga buah timer, yaituTimer / Counter0 (8 bit), Timer /
Counter 1 (16 bit),Timer / Counter2 (8 bit).
a. Timer / Counter 0
Pengaturan diatur oleh TCCR0 (Timer / Counter Control Register0) yang dapat dilihat
pada gambar 2.3dan tabel 2.1.
Gambar 2.3. Register TCCR0
Bit 7 – FOC0: ForceOutputCompare
Bit 6,3-WGM01:WGM00 : Waveform generation Unit
Bit 5,4 – COM1:COM00 : Compare MatchOutputMode
Bit 2,1,0 – CS02,CS01,CS00 :Clock select
Ketiga bit tersebut memilih sumber clok yang akan digunakan oleh Timer/Counter .
Tabel 2.1. Konfigurasi bitclock selectuntuk memilih sumberclock
b. Timer / Counter1
Timer/Counter1 adalah 16 Bit Timer/Counter yang memungkinkan program
pewaktuan lebih akurat .
Pengaturan pada Timer/Counter1 diatur melalui Register TCCR1A (Timer / Counter
Control Register1A), gambar 2.4
Gambar 2.4. Register TCCR1A
Pengaturan diatur oleh Register TCCR1B (Timer / Counter Control Register1B) yang
dapat dilihat pada gambar 2.5 dan tabel 2.2.
Tabel 2.2. Konfigurasi bitclock selectuntuk memilih sumberclock
c. Timer / Counter 2
Pengaturan diatur oleh TCCR2 (Timer / Counter Control Register2) yang dapat
dilihat pada gambar 2.6 dan tabel 2.3.
Gambar 2.6. Register TCCR2
Tabel 2.3. Konfigurasi bitclock selectuntuk memilih sumberclock
2.1.4.
ADC (Analog To Digital Converter)Proses inisialisasi ADC meliputi proses penentuan clock, tegangan referensi, format
output data, dan mode pembacaan. Register yang perlu diset nilainya adalah ADMUX
(ADC Multiplexer Selection Register), ADCSRA (ADC Control and Status Register A),
ADMUX merupakan register 8 bit yang berfungsi menentukan tegangan referensi
ADC, format data Output, dan saluran ADC yang digunakan. Konfigurasinya seperti
gambar 2:7
Gambar 2.7. Register ADMUX
Bit penyusunnya dapat dijelaskan sebagai berikut:
a. REFS[1..0] merupakan bit pengatur tegangan referensi ADC ATMega8535.
Tabel 2.4 Beberapa setting kondisi untuk memilih tegangan referensi
b. ADLAR merupakan bit pemilih mode data keluaran ADC. Penjelasannya dapat dilihat
pada gambar 2.8 dan gambar 2.9 :
Gambar 2.8 Format data ADC dengan ADLAR=0
c. MUX[4..0] merupakan bit pemilih saluran pembacaan ADC. Dengan nilai awal 00000
, maka bila nilai MUX tidak diubah secara otomatis kanal ADC yang dipilih adalah
ADC0, sedangkan untuk pemilihan kanal yang lain dilakukan dengan mengubah
settingan MUX.
d. ADCSRA merupakan register 8 bit yang berfungsi melakukan manajemen sinyal
kontrol dan status dari ADC. ADCSRA memiliki susunan seperti gambar 2.10
Gambar 2.10 Register ADCSRA
Bit penyusunnya dapat dijelaskan sebagai berikut:
a. ADEN merupakan bit pengatur aktivasi ADC. Bernilai awal 0. Jika bernilai 1, maka
ADC aktif.
b. ADSC merupakan bit penanda mulainya konversi ADC. Bernilai awal 0 selama
konversi ADC akan bernilai 1, sedangkan jika konversi telah selesai, akan berniai 0.
c. ADATE merupakan bit pengatur aktivasi picu otomatis operasi ADC. Bernilai awal 0.
Jika berjilai 1, operasi konversi ADC akan dimulai pada saat transisi positif dari sinyal
picu yang dipilih. Pemilihan sinyal picu menggunakan bit ADTS pada register SFIOR.
d. ADIF merupakan bit penanda akhir suatu konversi ADC. Bernilai awal 0. Jika bernilai
1, maka donversi ADC pada suatu saluran telah selesai dan data siap diakses.
e. ADIE merupakan bit pengatur aktivasi interupsi yang berhubungan dengan akhir
konversi ADC. Bernilai awal 0. Jika bernilai 1 dan jika sebuah konversi ADC telah
selesai, sebuah interupsi akan dieksekusi.
f. ADPS[2..0] merupakan bit pengatur clock ADC. Bernilai awal 000 yang berarti
frekuensi ADC menyelsaikan konversi adalah setengah dari frekuensi osilator yang
digunakan. Sedangkan jika diinginkan frekuensi yang lebih rendah dapat dilakukan
Tabel 2.5 Beberapa setting untuk memilih frekuensi ADC
2.2. Sensor suhu LM 35
Sensor suhu merupakan komponen elektronik yang berfungsi merubah besaran suhu
menjadi besaran tegangan listrik. Sensor suhu LM35 digunakan untuk mengetahui
besarnya suhu ruangan. Karakteristik sensor LM 35 adalah sebagai berikut:
1. Tegangan yang dihasilkan oleh output sensor sebanding dengan nilai perubahan
suhu, dengan linearitas 10 mV untuk setiap perubahan suhu 1°C, dengan error
±¼°C.
2. Jangkauan (range) suhu yang mampu dirasakan oleh LM35 adalah dari -55°C
sampai dengan 150°C.
3. Dapat bekerja pada tegangan 4 – 30 V.
4. Arus yang diperlukan kurang dari 60μA.
5. Impedansioutputrendah.
2.3.
Keypad
Gambar 2.11Keypadmatrik 4x3
Sebuah keypad pada dasarnya adalah saklar-saklar push button yang disusun secara
matrik. Keypad matrik 4x3 gambar 2.11 adalah keypad matrik dengan susunan empat baris
Tabel 2.5 Beberapa setting untuk memilih frekuensi ADC
2.2. Sensor suhu LM 35
Sensor suhu merupakan komponen elektronik yang berfungsi merubah besaran suhu
menjadi besaran tegangan listrik. Sensor suhu LM35 digunakan untuk mengetahui
besarnya suhu ruangan. Karakteristik sensor LM 35 adalah sebagai berikut:
1. Tegangan yang dihasilkan oleh output sensor sebanding dengan nilai perubahan
suhu, dengan linearitas 10 mV untuk setiap perubahan suhu 1°C, dengan error
±¼°C.
2. Jangkauan (range) suhu yang mampu dirasakan oleh LM35 adalah dari -55°C
sampai dengan 150°C.
3. Dapat bekerja pada tegangan 4 – 30 V.
4. Arus yang diperlukan kurang dari 60μA.
5. Impedansioutputrendah.
2.3.
Keypad
Gambar 2.11Keypadmatrik 4x3
Sebuah keypad pada dasarnya adalah saklar-saklar push button yang disusun secara
matrik.Keypad matrik 4x3 gambar 2.11 adalah keypad matrik dengan susunan empat baris
Tabel 2.5 Beberapa setting untuk memilih frekuensi ADC
2.2. Sensor suhu LM 35
Sensor suhu merupakan komponen elektronik yang berfungsi merubah besaran suhu
menjadi besaran tegangan listrik. Sensor suhu LM35 digunakan untuk mengetahui
besarnya suhu ruangan. Karakteristik sensor LM 35 adalah sebagai berikut:
1. Tegangan yang dihasilkan oleh output sensor sebanding dengan nilai perubahan
suhu, dengan linearitas 10 mV untuk setiap perubahan suhu 1°C, dengan error
±¼°C.
2. Jangkauan (range) suhu yang mampu dirasakan oleh LM35 adalah dari -55°C
sampai dengan 150°C.
3. Dapat bekerja pada tegangan 4 – 30 V.
4. Arus yang diperlukan kurang dari 60μA.
5. Impedansioutputrendah.
2.3.
Keypad
Gambar 2.11Keypadmatrik 4x3
Sebuah keypad pada dasarnya adalah saklar-saklar push button yang disusun secara
dan tiga kolom.Keypadberfungsi sebagaiinputdalam aplikasi elektronik. Memiliki seperti
gambar 2.12 konfigurasi 4 baris (output scanning) dan 3 kolom (input scanning).
Gambar 2.12 konfigurasi saklarkeypad4x3
Dari konfigurasi keypad seperti gambar di atas maka dapat dilihat bahwa saklar
terbagi menjadi 2 buah kelompok, menjadi baris dan kolom hal ini bertujuan agar
masukkan yang dapat dikodekan dapat lebih banyak dibandingkan dengan data output dari
keypad itu sendiri. Karena terdapat 4 baris dan 3 kolom maka terdapat 12 konfigurasi yang
terbaca. Untuk mempermudah pembacaan maka dapat dilihat pada tabel 2.6 berikut.
2.4. Penguat Daya
Dengan menggunakan transformator, penguatan dari masukan yang bernilai kecil
dapat diperkuat sehingga dapat menjalankan sebuah beban keluaran. Penguat daya dengan
transformator yang tergandeng dengan keluaran dapat memperkuat daya yang hilang akibat
tahanan-dalam sebuah alat jauh lebih besar dari pada tahanan dalam sebuah beban [6].
Gambar 2.13 adalah sebuah penguat daya dengan transformator.
Gambar 2.13 Rangkaian penguat daya dengan transformator
Ketika suatu pulsa dengan tegangan yang mencukupi diberikan ke kaki basis transistor
Q6, transistor akan saturasi dan tegangan dc Vcc akan terlihat di sepanjang lilitan primer
transformator, yang akan memberikan tegangan pulsa pada lilitan sekunder transformator
yang langsung diberikan pada gerbang triac dan terminal katoda. Ketika tegangan pulsa
masukan sama dengan nol, transistor Q6 akan tersumbat dan tegangan dengan polaritas
terbalik akan menginduksi lilitan primer dari transformator dan membuat dioda Dm
tersambung. Arus karena energi magnetik transformator akan menghilang melalui Dm ke
nol. Selama masa transien itu, tegangan balik terjadi pada lilitan sekunder [7].
2.5. Thyristor
Thyristor [8] dikembangkan oleh Bell Laboratories tahun 1950-an dan mulai
digunakan secara komersial oleh General Electric tahun 1960an. Thyristor adalah
komponen semikonduktor empat lapisan berstruktur pnpn dengan tiga pn junction.
Thyristor memiliki tiga kaki, yaitu Anoda, Katoda dan Gate. Juga dikenal ada dua jenis
Gambar 2.14. : Bentuk Fisik & Simbol Thrystor
Triac adalah thyristor yang konduktif pada dua arah. Triac merupakan sebuah
komponen yang mampu bekerja pada dua arah (bidirectional), maka tidak perlu penamaan
dengan menggunakan anoda dan katoda. Gambar 2.15 adalah simbol dari sebuah triac.
Gambar 2.15 Simbol TRIAC
Jika terminal MT2 positif terhadap MT1, triac dapat di-on-kan dengan memberikan
sinyal gerbang positif antara G dan MT1. Jika terminal MT2 negatif terhadap MT1 maka
triac dapat di-on-kan dengan memberikan sinyal pulsa negatif antara G dan MT1. Tidak
perlu memiliki kedua sinyal gerbang positif dan negatif dan triac dapat dihidupkan baik
oleh sinyal gerbang positif maupun negative.
Karakteristik V-I dari triac diberikan Gambar 2.16. Arus I, disebut holding current
adalah arus minimun yang dibutuhkan untuk mempertahankan triac tetap on. Triac
merupakan komponen yang simetris dan mampu memberikan perfomansi yang sama pada
daerah kerja kuadran III dari grafik dengan kerja kuadran I, sehingga Triac dapat
dioperasikan di kuadran I (tegangan dan arus gerbang positif) atau di kuadran III (arus dan
tegangan gerbang negatif).
Gambar 2.17 adalah rangkaian triac yang digunakan untuk mengatur putaran motor ac.
Rangkaian RC yang tersusun seri adalah sebuah rangkaian snubber. Snubber berfungsi
untuk memberikan tambahan arus saat arus yang mengalir dari triac belum mampu
menggerakan motor ac.
Gambar 2.17 Rangkaian triac untuk mengatur putaran motor ac
Persamaan untuk mendapatkan nilai R dan C adalah
=
, × [2.1]=
, × [2.2]2.6.
Heater
Gambar 2.18Heater
Heateradalah sebuah alat yang mampu membangkitkan panas bila dialiri arus listrik.
Elemen pemanas pada heater pada umumnya tebuat dari kawat nikrom. Kawat nikrom
konduktor listrik yang lemah apabila dibandingkan dengan kawat tembaga. Hasilnya,
kawat ini memiliki resistansi yang cukup untuk menghasilkan panas dari arus listrik yang
melewatinya. Panas dapat terjadi karena sifat tahanan adalah apabila dialiri arus listrik
maka tahanan tersebut akan melepaskan panas. Panas yang dihasilkan oleh tahanan
tersebut adalah energi listrik yang bisa dituliskan sebagi berikut :
= ∙ ∙ [2.3]
Di mana:
U= energi listrik [Wh, kWh atau joule]
I= arus listrik [A]
R= tahanan [Ohm]
t= waktu [detik, jam (Hour)]
Jadi energi listrik yang diubah menjadi panas tergantung pada arus listrik (I) yang mengalir, besar tahanan (R) dan lama arus listrik mengalir (t). Dari ketiga besaran tersebut yang paling dominan adalah arusnya, yaitu secara kuadrat. Dalamheater, R adalah tahanan
dari elemen pemanasnya.
Tegangan di sini adalah tegangan kerja dari heater, yaitu bila heater dipasang pada
tegangan yang ditentukan maka heater akan bekerja secara normal dengan daya seperti
yang tertulis padadata sheet heater. Dayaheaterditulis dengan hurufPdalam satuan watt atau kilowatt. Daya komporPdapat dituliskan sebagai:
= ∙ ∙ [2.4]
Daya heater ini menunjukkan kapasitas dari heater, semakin besar dayanya akan
semakin besar pula kapasitas untuk panasnya dan waktu pemanasannya juga akan semakin
cepat.
2.7.
Blower
Blower atau yang biasa disebut juga dengan kipas, terdapat beberapa macam. Pada
dasarnya blower digolongkan sesuai dengan motor penggeraknya. Motor penggerak blower
terdapat dua macam,yaitu : AC dan DC. Dengan susunan kumparan pada motor yang
menentukan kehandalan kerja blower.
Baling – baling pada kipas memiliki tiga tipe yang menunjukan karakteristik angin
Gambar 2.19Fan, BlowerdanImpeler
Masing masing kipas memiliki sifat yang berbeda untuk meniupkan angin.
Gambar 2.20Fan
Fan memiliki baling – baling yang menyirip (menyamping) gambar 2.20, angin yang
di hembuskan oleh fan adalah ke arah depan. Hembusan angin yang dihasilkan oleh fan
tergantung dari banyaknya jumlah sirip yang digunakan dalam sebuah fan.
Gambar 2.21Blower
Blower memiliki baling – baling kipas yang tegak di dalamnya atau baling sentrifugal,
sehingga angin yang dihembuskan ke arah samping gambar 2.21. Di dukung bentuk blower
yang memilikichasing menyerupai keong dengan satu sisi terbuka, hal ini ditujukan agar
hembusan angin agar lebih kuat dan terfokus ke satu sisi. Sisi yang terbuka adalah bagian
di mana blower dapat mengambil udara dari sekitar.
Impeller adalah kipas yang sering digunakan pada sirkulasi udara mobil, gambar 2.22.
Baling – baling impeller hampir menyerupai blower, tetapi pada baling – balingnya
memiliki kemiringan tertentu. Impeller memiliki kemampuan meniupkan angin ke seluruh
arah samping (sisi kipas).
2.8. Pengendali
Proportional Integral
2.8.1.
Pengendali
Proportional
Kontrol proporsional (disebut juga gain) membuat perubahan ke output yang
sebanding dengan nilai kesalahan saat ini. Tanggapan proporsional dapat diperoleh dari
mengalikan konstan K p dengan error, yang disebut Konstanta Proporsional. Kp berlaku
sebagai Gain (penguat) saja tanpa memberikan efek dinamik kepada kinerja kontroler.
Gambar 2.23 Responoutputterhadap masukan P
Proporsionaloutputdiberikan oleh:
= ( ) [2.5]
di mana
P out : Proporsionaloutput
Kp : proporsional gain
e :Error= S P - P V
t : Waktu atau waktu sesaat
Pengaruh pada sistem :
a. Menambah atau mengurangi kestabilan
b. Dapat memperbaiki respon transien khususnya : rise time, settling time
Penggunaan kontrol P memiliki berbagai keterbatasan karena sifat kontrol yang tidak
dinamik.
2.8.2.
Pengendali
Integral
Kontrol integral (disebut juga reset) adalah sebanding dengan baik besarnya kesalahan
dan durasi dari kesalahan. Menjumlahkan kesalahan sesaat dari waktu ke waktu
(mengintegrasikan kesalahan) memberikan akumulasi offset yang seharusnya diperbaiki
sebelumnya. Akumulasi kesalahan ini kemudian dikalikan dengan konstanta integral dan
ditambahkan ke keluaran pengontrol. Besarnya kontribusi istilah integral untuk
mengendalikan keseluruhan tindakan ditentukan oleh integral gain, K i.
Gambar 2.24 Responoutputterhadap masukan I
Kontroler integral diberikan oleh:
= ∫ ( ) [2.6]
di mana
Iout : Integraloutput
K i : Konstanta Integral
e :Error= S P - P V
t : Waktu atau waktu sesaat
τ : integrasi dummy variabel
Pengaruh pada sistem :
a. MenghilangkanErrorSteady State
b. Respon lebih lambat (dibanding P)
Pemilihan Ki yang tidak tepat dapat menyebabkan respon transien yang tinggi
sehingga dapat menyebabkan ketidakstabilan sistem. Pemilihan Ki yang sangat tinggi
justru dapat menyebabkanoutputberosilasi karena menambah orde sistem
2.8.3.
Pengendali
Proportional Integral
Pemilihan pengendali P berdasarkan kemampuanya yang cepat dalam merespon
perubahan masukan. Namun sayangnya pengendali P masih selalu meninggalkan sinyal
kesalahan (offset). Untuk menghilangkan sinyal kesalahan tersebut maka pengendali P
akan dipasang bersama dengan pengendali I yang mampu menghilangkan sinyal kesalahan
dari pengendali P. Pengkombinasian pengendali P dan I sering disebut dengan pengendali
PI. Semua kelebihan dan kekurangan dari pengendali P dan I ada pada pengendali itu
sendiri. Sifat pengendali P yang selalu meninggalkan sinyal kesalahan dapat ditutupi oleh
sifat pengendali I yang mampu menghilangkan sinyal kesalahan tersebut, sedangkan sifat
pengendali I yang lambat dapat ditutupi oleh sifat pengendali P yang mampu merespon
secara cepat. Dari penjelasan-penjelasan tersebut maka pengendali PI merupakan pilihan
tepat pada penelitian ini.Meskipun pengendali PI masih mempunyai kelemahan yaitu
kecepatan responnya yang lambat, dengan pengendali PI sistem tidak akan mempunyai
harga kesalahan yang besar.
= + ∫ ( ) [2.7]
Dengan:
u = sinyal kontrol
e = kesalahan (error)
Kp = penguatan proporsional
Ti =Kp/Ki konstanta waktu integral dan derivatif.
Pengendali PI secara digital dapat dinyatakan sebagai berikut:
( ) = ( ) + ∑ ( ) [2.8]
Kendali dengan keluaran (t=(n-1T)),a=sebagai berikut
( − 1) = ( − 1) + ( )
( )
( ) = ( − 1) + [ + ] ( ) − ( − 1) ( ) = ( − 1) + ( ) + ( − 1) Maka
= [ + ] = −
( ) = ( − 1) =
Program dapat dibuat berdasarkan uraian rumus di atas.
2.9.
Tuning
Kontroler dengan Metode Ziegler-Nichols [9]
Aspek yang sangat penting dalam desain kontroler PID ialah penentuan parameter
kontroler PID supaya sistem close loop memenuhi kriteria performansi yang diinginkan.
Hal ini disebut juga dengantuningkontroler.
Ziegler-Nichols pertama kali memperkenalkan metodenya pada tahun 1942. Metode
ini memiliki dua cara, metode osilasi dan kurva reaksi. Kedua metode ditujukan untuk
menghasilkan respon sistem dengan lonjakan maksimum sebesar 25%. Gambar 2.25
memperlihatkan kurva dengan lonjakan 25%.
Gambar 2.25 Kurva respons tangga satuan yang memperlihatkan 25 % lonjakan
maksimum
Metode ini didasarkan terhadap reaksi sistem untaian terbuka. Plant sebagai untaian
terbuka dikenai sinyal fungsi tangga satuan (gambar 2.26). Kalau plant minimal tidak
mengandung unsur integrator ataupun pole-pole kompleks, reaksi sistem akan berbentuk S.
Gambar 2.27 menunjukkan kurva berbentuk S tersebut. Kelemahan metode ini terletak
pada ketidakmampuannya untuk plant integrator maupun plantt yang memiliki pole
kompleks.
Gambar 2.26 Respon tangga satuan sistem
Gambar 2.27 Kurva Respons berbentuk S
Kurva berbentuk-s mempunyai dua konstanta, waktu mati (dead time) L dan waktu
tunda T. Dari gambar 2.27 terlihat bahwa kurva reaksi berubah naik, setelah selang waktu
L. Sedangkan waktu tunda menggambarkan perubahan kurva setelah mencapai 66% dari
keadaan mantapnya. Pada kurva dibuat suatu garis yang bersinggungan dengan garis
kurva. Garis singgung itu akan memotong dengan sumbu absis dan garis maksimum.
Perpotongan garis singgung dengan sumbu absis merupakan ukuran waktu mati, dan
perpotongan dengan garis maksimum merupakan waktu tunda yang diukur dari titik waktu
Penalaan parameter PID didasarkan perolehan kedua konstanta itu. Zeigler dan
Nichols melakukan eksperimen dan menyarankan parameter penyetelan nilai Kp, Ti, dan
Td dengan didasarkan pada kedua parameter tersebut. Tabel 2.7 merupakan rumusan
penalaan parameter PID berdasarkan cara kurva reaksi.
25 BAB III
RANCANGAN PENELITIAN
3.1. Sistem Pencetak Kertas Daur Ulang
Perancangan sistem pencetak kertas daur ulang terbentuk dari 4 bagian sub sistem, yaitu:
1. Sistem pengukuran, berupa pemantau suhu dan kelembapan. 2. Sistem pengering kertas, berupa pengatur suhu.
3. Sistem pengepres kertas, berupa plat yang terdapat pada rak.
4. Sistem pemantau, berupa tampilan proses yang sedang berlangsung pada PC. Keempat sistem tersebut di atas membentuk sebuah sistem seperti gambar 3.1, dengan sistem pemantau berupa PC yang dihubungkan dengan kabel serial RS 232.
Gambar 3.1 Sistem otomasi pencetak kertas daur ulang
melalui keypad. Seluruh sistem pencetak kertas daur ulang terhubung langsung dengan sistem pemantau. Cara kerja sistem pencetak secara garis besar dapat dilihat pada gambar 3.2 sebagai berikut.
Gambar 3.2Flow chartsistem pencetak kertas daur ulang
Sistem akan mulai bekerja ditandai dengan aktifnya heater dan blower input yang meniupkan udara masuk ke dalam loyang. Heater akan menyala sampai set point suhu yang dikehendaki tercapai. Suhu diukur oleh sensor LM 35 yang diletakan pada tiap – tiap lapisan loyang, dengan output yang diberikan oleh sensor berupa tegangan. Blower input
berfungsi untuk memberikan tekanan udara, agar udara yang ada di dalam pemanas dapat bersirkulasi dengan baik. Apabila udara di dalam pemanas melebihi set point suhu yang dikehendaki maka blower ouput akan menyala untuk mengurangi udara panas di dalam pemanas.
Sistem pengepresan akan bekerja saat kelembapan pada sistem yang di panaskan seudah mencapai batas bawah yang menyatakan keadaan air pada bubur kertas sudah mulai menguap karena panas. Motor DC yang berada pada bagian bawah rak dan terhubung pada pelat pengepres akan bekerja. Plat pengepres berfungsi untuk memberikan tekanan pada bubur kertas agar kadar air pada bubur kertas dapat berkurang dan kertas yang dihasilkan dapat lebih padat. Plat pengepres akan naik jika kelembapan pada sistem otoamasi sudah mencapai batas atas.
Sistem akan berhenti bekerja atau selesai menjalankan satu siklus pencetakan apabila kelembapan di dalam oven sudah mencapai batas atas yang ditentukan pada proses pencetakan kertas daur ulang. Program akan menonaktifkan heater, blower dan motor dengan sistem penampil pada LCD dan komunikasi serial pada monitoring akan tetap aktif. Pada tugas akhir ini hanya akan dibahas mengenai perancangan sistem pengering kertas yang terdiri dariheater, blowerin, blowerout, dan sensor suhu. Dengan cara kerja sistem pemanas secara keseluruhaan seperti tersebut di atas.
3.2. Perancangan Perangkat Keras
Perangkat keras non elektronis terbuat dari besi dan aluminium sebagai kerangkaoven.
Pada kerangkaovendibuat kisi – kisi sebagai ventilasi yang dirancang dengan kemiringan tertentu agar aliran udara panas dapat mengalir pada tiap lapisan loyang, seperti pada gambar 3. . Udara yang mengalir pada kisi – kisi adalah udara yang ditiupkan olehblower input. Untuk menjaga agar panas pada plant tetap terjaga maka oven dilengkapi dengan
blower outputuntuk mengeluarkan udara panas.
Gambar 3.3 Sistem pencetak kertas daur ulang
Pada blower input digunakan blower yang memiliki kecepatan putar yang besar dengan kemampuan meniupkan angin ke sisi samping, sesuai dengan saluran yang disediakan untuk jalan udara menuju kisi – kisi. Kecepatan putar yang besar ditujukan agar angin yang dihasilkan cukup besar sehingga dapat meniupkan udara panas dengan kekuatan yang hampir sama pada setiap lapisan loyang. Kecepatan putar baling – baling dikendalikan oleh tegangan yang sama dengan tegangan yang diberikan pada heater
dengan menggunakan PWM keluaran dari mikrokontroler. Semakin tinggi tegangan yang digunakan oleh heater uantuk memanaskan plant, maka semakin cepat pula blower input
3.2.1. Perancangan Catu Daya
Rangkaian ini dirancang harus dapat memenuhi kebutuhan tegangan yang dibutuhkan oleh rangkaian. Nilai kapasitor yang digunakan mengikuti data sheet 7805.
Gambar 3.4 Rangkaian Catu Daya
Input tegangan DC 12 volt adalah keluaran dari trafo stepdown yang menurunkan tegangan AC 220 volt menjadi 12 volt. Selanjutnya harus disearahkan terlebih dahulu melalui dioda,yang kemudian menjadi sumber masukan bagi rangkaian pada gambar 3.4.
3.2.2. Perancangan Pengendali Tegangan AC
Tegangan AC sebagai sumber catuan pada heater dan blower input. Tegangan yang diberikan adalah kelularan dari inverter (tegangan yang sudah dikendalikan frekuensinya). Besarnya tegangan yang sama dengan frekuensi yang berubah akan menghasilkan tegangan yang sama namun daya yang dihasilkan pada perhitungan akan berbeda. Jika diterapkan pada heater maka,tegangan yang sama dengan frekuensi yang lebih kecil dari pada 50Hz maka akan dapat menghasilkan panas yang lebih rendah. Sedangkan pada
blowerakan membuat putaran semakin rendah.
Gambar 3.5 Blok diagram sistem pemanas
Gambar 3.6 Rangkaian Penguat Daya
Gambar 3.7 adalah sebuah aplikasi triac untuk mengendalikan putaran motor ac. Sumber penyulutan akan dihubungkan pada keluaran dari penguat daya. Saat keluaran penguat daya membentuk pulsa positif, maka triac akan ON, sehingga ada arus yang mengalir dari MT1 ke MT2.
Gambar 3.7 Rangkaian Inverter Dengan TRIAC
Nilai R dan C ditentukan dari persamaan 2.2. dv/dt triac BTA16 = 50V/μs [data sheet], Vs adalah tegangan sumber sebesar 220V dan C ditentukan terlebih dahulu sebesar 0,47μF, maka nilai R yang harus terpasang dapat ditentukan.
=0,632 ×
50 / =0,632 × 220 × 0,47 R=5,9Ω
Pada perancangan nilai R yang di pakai adalah sebesar 6,8Ω.
3.2.3. Keypad
Gambar 3.8Keypad
3.2.4. Mikrokontroler ATmega 8535
Gambar 3.9Minimum sistem
3.3. Perancangan perangkat lunak
3.3.1. Pembagian Port Atmega 8535
Perancangan perangkat lunak pengendali sistem pencetak kertas daur ulang terdapat pada komponen mikrokontroler Atmega 8535. Gambar 3.9 berikut adalah pembagian port untuk keseluruhan sistem pencetak kertas daur ulang.
Gambar 3.10 Pembagian Port Pada Mikrokontroler
Port yang akan digunakan pada perancangan sistem pengering kertas daur ulang adalah port yang diberi tanda kotak pada gambar 3.9. Port yang akan digunakan pada perancangan ini adalah PA0..2 sebagai input dari sensor LM35, PD5 sebagai pengendali
heaterdanblower inputdan PB0 sampai 7 sebagiinputdari keypad untuk memasukkanset point.
3.3.2. Perancangan Program
Bagian yang akan diprogram pada mikrokontroler ATMega 8535 adalah bagian yang bertanda kotak tebal putus – putus pada gambar 3.11
Gambar 3.11 Blok Diagram Perancangan Program
ADC mikro yang kemudian datanya diolah oleh sistem pengukuran suhu. Data yang digunakan untuk menghitungerroradalah data yang dikirimkan dari sistem pengukuran.
Flow chart perancangan software secara keseluruhan program diperlihatkan pada gambar 3.12, dengan inisialisasi masing – masing proses terdapat pada tiap sub rutin yang akan dieksekusi. Tiap proses berjalan berurutan sampai sebuah siklus pencetakan selesai dilaksanakan.
Gambar 3.12Flow ChartSistem Pencetak
Gambar 3.13Flow ChartSistemStandby
Subrutin sisteminputgambar 3.14 adalah subrutin pengambilan data suhu darikeypad, didahului dengan pengecekan data pada keypad. Sistem dapat bekerja apabila pengguna sudah memberikan data set point dataset point. Jika nilaiset point yang dimasukkan tidak sesuai dengan rentang yang ditentukan,maka pada LCD akan tampil perintah untuk memasukkanset point ulang. Apabila data yang dimasukkan telah sesuai maka data yang disimpan akan digunakan pada proses pengendali suhu.
Subrutin sistem safety gambar 3.15 adalah syarat keamanan yang harus dipenuhi setelah set point dimasukkan. Sistem keamanan terdiri dari dua buah syarat, pengecekan loyang dan pengecekan pintu. Pada sistem disediakan rak dengan 3 susunan loyang, sistem akan dapat bekerja apabila minimal ada sebuah loyang yang terdapat didalamnya.
Gambar 3.15Flow ChartSistemSafety
Subrutin pengendali suhu gambar 3.16, data suhu yang diolah diambil dari sitem pengukuran suhu. Data suhu yang didapat dibandingkan nilainya dengan input yang dimasukan dari set point. Apabila nilai suhu tidak sama dengan nilai set point yang diharapkan, maka nilaierrorakan dihitung, dengan perhitunganerroradalah nilaiset point
yang dikehendaki dikurangi dengan nilai suhu saat ini.
Gambar 3.16Flow chartSistem Pengendali Suhu
37
BAB IV
DATA DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil Perancangan
Setelah melakukan beberapa penyesuaian pada alat yang dirancang,maka hasil akhir
dari sistem otomasi pencetak kertas daur ulang adalah seperti gambar 4.1 sebagai berikut.
Gambar 4.1 Hasil akhir sistem otomasi pencetak kertas daur ulang
Pada sistem pencetak kertas daur ulang disertakan LCD dan keypad. LCD berfungsi
sebagai penampil aktifitas yang terjadi pada sistem, meliputi status komunikasi, status
keamanan sistem, nilai set point yang dimasukkan melalui keypad dan eksekusi perintah
yang sedang di jalankan pada sistem.
Sistem memiliki tiga buah loyang yang sudah dimanipulasi dengan screen sebagai
cetakan bubur kertas. Setiap loyang akan dipanaskan oleh sebuah pemanas, sehingga
terdapat tiga buah pemanas untuk memanaskan masing – masing loyang. Pemanas terletak
pada setengah keliling loyang pada bagian belakang sistem. Pemanas diletakkan di sisi
yang sedikit lebih tinggi dari sisi atas loyang, hal ini bertujuan untuk memanaskan udara di
celah antar loyang dimana diantaranya terdapat plat pengepres yang terbuat dari besi yang
Gambar 4.2 Rak dan loyang pencetak
Masing – masing pemanas terhubung dengan sebuah rangkaian dimmer yang
dikendalikan oeh PWM dari mikrokontroler. Agar udara panas dapat bersirkulasi dengan
baik, maka pada sistem disertakan sebuah blower yang berfungsi untuk memberikan
tekanan udara. Blower yang digunakan dipicu oleh dimmer dan PWM yang sama dengan
picuan pada pemanas, sehingga ketika pemanas bekerjablowerjuga berputar.
Gambar 4.3 Rangkaian Elektronis
Pada dinding luar sistem diberikan bahan anti panas, yang berfungsi untuk
memastikan udara panas didalam sistem dapat bubur kertas secara sempurna, dan sebagi
pelindung agar sistem aman digunakan oleh pengguna. Pengaman juga terdapat pada sisi
samping sistem sebagai tempat untuk meletakan rangkain elektronis seperti pada gambar
4.3 diatas.
Sensor LM35 diletakan pada bagian depan samping loyang. Sensor diletakkan di
bagian depan yang berlawanan dengan letak pemanas,bertujuan agar suhu yang terukur
pada sensor mewakili nilai suhu pada ruangan.
4.2. Prinsip dan Cara Kerja
Sistem otomasi dapat bekerja bila sistem keamanan yang di syaratkan dapat terpenuhi
secara garis besar seperti yang telah di rancang pada flowchart gambar 3.2. Prinsip kerja
sistem adalah memanaskan bubur kertas yang ada di dalam loyang sesuai dengan suhu
yang dikehendaki oleh pengguna melaluikeypad.
Sistem akan mulai bekerja dengan melakukan pengecekan sensor loyang dan sensor
pintu,sebagai salah satu syarat keamanan. Setelah syarat keamanan terpenuhi, kemudian
sistem akan melakukan pengecekan set point. Pemanas akan bekerja ketika nilai
pengendali dari perhitungan PI telah didapatkan.
Panas yang ada pada oven akan selalu dipantau oleh sensor LM35. Keluaran dari
ketiga sensor LM35 dimasukkan ke ADC mikro yang nantinya akan diolah pada program
rata - rata suhu. Pada penelitian ini hanya digunakan hasil rata – rata suhu sebagai data
suhu yang akan di selisihkan dengan set poin, menjadi data suhu. Data akan diproses
menggunakan kendali PI.
Pemanas akan berhenti bekerja jika mekanik pengepres telah bekerja sesuai dengan
masukan dari sensor kelembaban. Namun pada penelitian ini akan dibahas mengenai
pengendalian pemanas dengan kendali PI.
4.2.1. Pengujian
Heater Open Loop
Pengujianheaterdilakukan untuk menentukan nilai Kp dan Ki. Karena pengujian
heaterdilakukan pada ruang tebuka maka data yang di ambil adalah data padaheater.
Heateryang digunakan adalahheater300watt.
Dari data percobaan heater secaraopen loop dengan pengambilan data menggunakan
multimeter PC-510 didapat data (lampiran 3) dengan grafik seperti pada gambar 4.3 . Nilai
Ldan T dari grafik adalah 5s dan 435s. Maka konstanta PI dihitung menggunakan rumus
Ziegler-Nichols dengan metode kurva reaksi, perhitungannya adalah sebagai berikut.
Menghitung nilai Kp :
= 0,9
Nilai koefiseien PI yang terhitung masih dalam bentuk pecahan, untuk mempermudah
proses perhitungan maka dilakukan pembulatan nilai. Nilai setelah pembulatan adalah Kp=
78 dan Ki=47.
4.2.2. Pengujian sensor LM 35
Pengujian pada LM35 dilakukan,untuk memastikan bahwa nilai yang tertera pada
LCD bernilai sama dengan alat pengukur suhu pembanding. Alat pengukur suhu
pembanding yang digunakan adalah multimeter PC 510.
Tabel 4.1 Pengujiansensor LM35
PC 510 Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3
27° 27° 27° 27°
29° 29° 28° 29°
30° 30° 30° 30°
Dari tabel dapat terlihat bahwa terkadang ada ketidak samaan dalam pembacaan
4.3. Analisa Perangkat Lunak
Berdasarkan perancangan seperti pada diagram alir gambar 3.2 maka uraian program
sebagai berikut:
[1] Inisialisasi
Blok ini berisi tentang pendefinisian fungsi, variabel, dan nilai awal yang diperlukan
[2] Pembacaan Sensor
Blok ini berisi program pembacaan sensor LM35 danhumidityoleh ADC yang akan di
tampilkan pada LCD. Pada blok ini tidak dibahas lebih lanjut, karena hanya hasil akhir dari
pengolahan yang akan digunakan pada program selanjutnya. Program pembacaan sensor
LM35 berasal dari penelitian dari Ratno dan pembacaan sensor humidity berasal dari
penelitian Fernando.
[3] Inputkeypad
Blok ini berisi tentang bagaimana program dapat mengetahui nilai set-point. Pada
pembacaan nilai input terlebih dahulu dilakukan prosedur pembacaan keypad,pada listing
pertama, kemudian dilakukan pembacaan nilai. Setelah set poin dimasukkan, terlebih dulu
akan dilakukan pengecekkan,apakah nilai yang dimasukkan sesuai dengan yang
Program pembacakeypad
[4] Perhitungan PI
Blok ini berisi program untuk menghitungcontrol output.
Pada program dibuat perbandingan nilai antara nilai keluaran PI saat ini dengan
sebelumnya, apa bila nilai keluaran PI lebih kecil dari sebelumnya maka nilai yang akan
dikeluarkan oleh Port D.5 adalah nol, atau mematikanheaterdanblower.
4.4. Data Pengujian Sistem
Pengujian dilakukuan dengan menyalakan heater pertama yang terletak pada bagian
paling atas dan blower. Data diambil setiap 10 detik, dengan pencatatan data yang
dilakukan adalah nilai suhu rata – rata dan nilai hasil perhitungan PI. Pada pencatatan data
suhu apabila dalam proses pengambilan data LCD belum menampilkan nilai suhu maka
nilai akan disesuaikan dengan pencatatan suhu sebelunya dan sesudahnya.
4.4.1.
Set Point
= 50°C
Pengambilan data dengan set poin 50°C dilakukan sebanyak dua kali dengan
percobaan kedua dengan tanpa blower. Hasil pengujian keluaran pengendali PI terhadap
waktu dengan nilai set point 50°C pada suhu sistem, dengan menggunakan heater dan
blower Gambar 4.5 berikut adalah data bentuk dalam grafik, hasil dalam bentuk tabel
terlampir pada lampiran 4.
Gambar 4.5 Keluaran PI dengan SP 50°C
Sedangkan untuk pencatatan data suhu akan dilakukan pembandingan antara
percobaan menggunakan denganblowerdan tanpablower, data lihat lampiran 5.
Gambar 4.6 Perbandingan suhu dengan SP 50°C 0
12:00:00 AM12:02:53 AM12:05:46 AM12:08:38 AM12:11:31 AM12:14:24 AM12:17:17 AM12:20:10 AM
K
Waktu (Jam : Menit : Detik)
Keluaran Pengendali PI SP 50°C
C Out
12:00:00 AM12:02:53 AM12:05:46 AM12:08:38 AM12:11:31 AM12:14:24 AM12:17:17 AM12:20:10 AM12:23:02 AM
S
Waktu (Jam : Menit : Detik)
Perbandingan Suhu
Pada gambar 4.6 perbandingan suhu dapat terlihat jika pada pengujian dengan
menggunakanblowerakan lebih cepat mencapai nilai set poin yang diinginkan sedangkan
pada percobaan tanpa blower memerlukan waktu sedikit lebih lama. Perbedaan tersebut
terjadi karena pada percobaan tanpablowerterdapat perbedaan suhu yang sangat jauh pada
loyang pertama dan loyang ketiga. Seperti terlihat pada tabel 4.1 pada beberapa
pencuplikan data suhu.
Tabel 4.2 Perbandingan suhu
De
Gambar 4.7 Keluaran PI dengan SP 60°C
Pada percobaan dengan set point 60°C diperlukan waktu yang lebih lama namun
cenderung lebih stabil pada kenaikan suhu, jika dibandingkan dengan kenaikan suhu pada 0
12:00:00 AM12:07:12 AM12:14:24 AM12:21:36 AM12:28:48 AM12:36:00 AM
K
Waktu (Jam : Menit : Detik)
Keluaran Pengendali PI SP 60°C
set point 60°C. Hal ini dipengaruhi oleh kenaikan suhu yang cenderung berbeda pada
setiap percobaan,namun sejauh ini program masih dapat menghitung PI dengan baik. Data
lihat lampiran 6.
4.4.3.
Set Point
= 80°C
Gambar 4.8 Grafik suhu pengujian SP 80°C
Pemanas yang dinyalakan hanya sebuah pemanas yang terdapat di atas maka kenaikan
panas loyang membutuhkan waktu yang cukup lama untuk mencapai nilai set poin yang
dikehendaki. Hal itu dapat terjadi karena terdapat perbedaan suhu pada sisi atas dan bawah
loyang. Pada saat pengambilan data dengan set point 80°C tidak dapat diselesaikan
sebagaimana mestinya karena pada saat suhu rata – rata oven pada suhu 77°C blower
berbunyi dan mengalami kerusakan pada 59.30 detik dan pengambilan data dihentikan
pada waktu 60 menit (data lihat lampiran 7).
Dengan kata lain jika sirkulasi dan pemanasan dapat diperbaiki penempatannya maka
set point80°C seperti terdapat pada batasan masalah dapat dipenuhi. 0
12:00:00 AM12:07:12 AM12:14:24 AM12:21:36 AM12:28:48 AM12:36:00 AM12:43:12 AM12:50:24 AM12:57:36 AM1:04:48 AM
S
Waktu (Jam : Menit : Detik)
48
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan hasil pengujian dan analisa yang telah dilakukan pada alat ini didapatkan
beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Program PI dapat berjalan dengan baik dalam menghitung error.
2. Dengan udara panas yang diputar olehblowerpenyebaran panas dapat lebih cepat
dibandingkan tanpablower.
5.2. Saran
Dalam perjalanan pengerjaan proyek akhir ini tentunya tidak lepas dari berbagai macam
kekurangan dan kelemahan, baik pada sistem dan peralatan yang dibuat, untuk itu demi
kesempurnaan tugas akhir ini, kami dapat memberikan beberapa catatan.
1. Penempatan heater sebaiknya diberi pelindung yang baik, agar didalamnya dapat
49
DAFTAR PUSTAKA
[1] Peran Strategis Mahasiswa Indonesia Menyikapi Perubahan Iklim,
http://climatechange-center.org/, diakses pada 07 April 2010.
[2] Seminar Pendidikan Lingkungan Hidup Jawa Barat,http://climatechange-center.org/ , diakses pada 07 April 2010.
[3] GREEN CAMPUS Vs. PEMANASAN GLOBAL,
http://www.gogreenindonesiaku.com, diakses pada 07 April 2010.
[4] IMTLI Ajarkan Cara Daur Ulang Kertas,http://www.wargahijau.org, diakses pada 09 April 2010
[5] Wardhana, Lingga, 2005, Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR Seru ATmega8535, Penerbit Andi, Yogyakarta.
[6] Rashid, Muhhamad H., 2004, Power Electronic Circuits, devices, and applications, 3th, Pearson Education International , Upper Saddle River, New Jersey.
[7] Rashid, Muhhamad H., 2004, Power Electronic Circuits, devices, and applications, 3th, Pearson Education International , Upper Saddle River, New Jersey.
[8] Batarseh,Issa, 2004, Power Electronic Circuit, 1st, John Wiley & Sons Inc, Orlando, Florida.
[9] Ratno, Pengukuran Suhu pada Oven Pencetak Kertas Daur Ulang.
