III. METODE PENELITIAN

(1)

III. METODE PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan mulai bulan Februari 2010 sampai dengan Juli 2010.Tempat desain, pembuatan, dan pengujian alat pada penelitian ini dilakukan di Laboratorium Instrumentasi, Center for Instrument Technics Service (CITS), gedung Pusat Antar Universitas (PAU), Institut Pertanian Bogor.

B. Alat dan Bahan

Alat dan bahan utama yang digunakan pada penelitian mi dapat dibagi menjadi 5 unit; 1. Unit Konverter Analog ke Digital (ADC)

Alat dan bahan yang diperlukan untuk membuat unit ADC ini meliputi: a. PCB Matrix IC

b. IC ADC 0809 c. IC7404 d. IC 74244

e. Negatif Temperature Coefficient (NTC) f. Potensiometer 5K

g. Resistor 1K dan 10 K

h. Socket IC 28 pin, 20 pin, dan 16 pin 2. Unit Aktuator

Alat dan bahan yang diperlukan untuk membuat unit aktuator ini meliputi: a. IC 74273

b. Resistor 1K c. Transistor BD 139 d. DiodaIN4148

e. Light Emmiting Diode (LED) f. Socket IC 20 pin

g. Relay 12V DC SPDT 3. Unit Power Supply

Unit ini terdiri dari:

a. Transformator stepdown IA dan 2A b. Dioda kuproks

(2)

d. Electrolit Condensator (Elco) 2200 uF / 25 V e. Light Emmiting Diode (LED)

f. Resistor 220 ohm g. Box power supply

4. Unit Komputer Papan Tunggal (KPT) Mikroprosesor Z-80

Komponen yang terdapat pada KPT Z-80 ini meliputi: a. Mikroprosesor Z-80 Central Processing Unit b. IC 6264 Random Acess Memory

c, IC Read Only Memory

d. Peraga 7 Ruas (Seven Segmen Display) 6. CPU Clock

f. IC Dekoder Input Output g- IC Dekoder Memory h. Unit Masukan (Keyboard)

5. Unit Pengering Benih Padi

Unit ini terdiri atas beberapa bagian, yaitu:

a. Lampu Pijar Pemanas 5, 10, 15, 25, 40, 60, 75 dan 100 W b. Kipas Penghembus (Blower)

c. Rak Pengering Kawat Kasa

Sedangkan alat dan bahan lain yang menunjang penelitian ini meliputi: 1. Multimter Digital dan Analog

2. Stopwatch

3. Termometer Digital dan Analog 4. Solder dan Timah

5. Obeng Set dan Tang 6. Benih Jagung

7. Timbangan analog dan digital 8. Oven

(3)

C. Pendekatan Desain

Dalam proses desain, pembuatan dan pengujian pengendalian suhu proporsional sistem minimum mikroprosesor Z-80 untuk pengeringan benih jagung (Zea maysL.) ini dapat diterangkan dengan tiga pendekatan, yaitu:

1. Desain Fungsional

Secara garis besar sistem pengendali suhu ini berfungsi untuk mengontrol suhu pada proses pengeringan benih yang berada pada ruang pengering. Suhu ruang pengering dijaga agar berada pada kisaran suhu 35-45°C.Masukan suhu dikonversi dengan menggunakan NTC yang dirangkai seri dengan potensiometer 5K menjadi rangkaian pembagi tegangan. Masukan berupa tegangan analog ini dikonversi menjadi bit biner oleh ADC 0809 dan diteruskan ke sistem minimum Z-80 melalui IC 74244. Di komputer papan tunggal Z-80 data digital biner ini diolah berdasarkan fungsi tertentu dan dikeluarkan kembali melalui bus data ke aktuator melalui IC 74273. Aktuator merubah output biner menjadi analog dengan menghidupkan atau mematikan lampu pijar pemanas, sesuai dengan data biner yang telah diolah tersebut.

2. Desain Struktural

Secara struktural sistem pengendali suhu ini terdiri dari 5 unit utama yang terangkai membentuk satu kesatuan fungsi dan struktur bersama. Unit-unit tersebut meliputi:

a. Unit Konversi Analog ke Digital (ADC)

(4)

b.

Unit Aktuator

Gambar 6. Diagram unit aktuator

c.

Unit Komputer Papan Tunggal Z-80

(5)

d. Unit Catu Daya

Gambar 8. Diagram unit catu daya

e. Unit Pengering Benih

(6)

3. Perangkat Lunak

Perangkat lunak yang dimaksud adalah baris program yang disusun agar sistem dapat berfungsi sebagai pengendali suhu secara proporsional. Program disusun dalam bahasa mesin yang dikonversi dari mnemonic untuk memudahkan aplikasinya.Bahasa mesin yang digunakan berupa kode dalam angka hexa berdasarkan aturan yang dikenali oleh mikroprosesor Z-80.Program inilah yang menentukan jenis pengendalian yang dilakukan perangkat kerasnya, selain juga modifikasi rangkaian penunjang yang berhubungan.

Perangkat lunak ini dapat dimasukkan ke dalam komputer papan tunggal dengan dua cara, yaitu:

1. Mengetikkan langsung melelui keyboard KPT Z-80 tersebut. 2. Memasukkannya ke dalam EPROM yang terpasang pada KPT.

Untuk program yang masih diuji maka sebaiknya diketikkan langsung melalui keyboard sampai teruji bahwa program sudah benar dan benar sesuai harapan. Program yang telah sempurna dapat dimasukkan ke dalam IC EPROM dengan bantuan EPROM Programmer melalui komputer lain. Diagram alir pengendalian suhu secara proporsional ditunjukkan pada Gambar 10.

(7)

Gambar 10. Diagram alir proses pengendalian suhu secara proporsional

D. Prosedur Pengujian

Pengujian ini berfungsi untuk mengetahui karakteristik dan kinerja dari masing-masing unit penyusun sistem pengendali suhu proporsional dengan sistem minimum mikroprosesor Z-80 untuk pengeringan benih jagung. Pengujian dilakukan secara bertahap berdasarkan urutan proses sebagai berikut:

1. Kalibrasi Sensor Suhu

Kalibrasi sensor dilakukan untuk mengetahui faktor konversi suhu menjadi tegangan dengan bantuan NTC.Kalibrasi ini dilakukan terpisah dari sistem dengan bantuan alat ukur suhu dan tegangan standar sebagai acuan. Data hasil kalibrasi kemudian digunakan untuk

(8)

menentukan nilai setpoint pada proses pengendalian suhu. Rumus yang didapatkan juga digunakan untuk mengkonversi kembali data suhu yang terukur pada saat proses pengendalian suhu.

Tahapan proses kalibrasi dapat diterangkan sebagai berikut:

1. Sensor (NTC) dan alat ukur standar (termometer) diletakkan pada posisi yang dekat dengan alat pemanas.

2. NTC dirangkai dengan resistor menjadi rangkaian pembagi tegangan dan outputnya dihubungkan dengan alat ukur tegangan (voltmeter).

3. Pemanas dihidupkan secara berkala dan diamati kenaikan suhu pada termometer dan tegangan pada voltmeter.

4. Data hasil pengukuran dibandingkan dan dihitung rumus linier serta nilai regresinya. 2. Pengujian Konversi ADC

Konversi nilai tegangan analog menjadi data digital membutuhkan KPT sebagai alat bantu peraga. Input analog didapatkan melalui perubahan tegangan pada kaki 26 IC ADC 0809. Tegangan masukan diatur dengan menggunakan potensiometer sebagai pembagi tegangan. Tahapan proses pengujian unit ADC ini adalah sebagai berikut:

1. Potensiometer dirangkai sebagai pengatur tegangan masukan bagi ADC 0809 dan dihubungkan dengan tegangan 5 volt.

2. Unit ADC dihubungkan dengan KPT Z-80 melalui bus data dan bus alamat. Alamat pemasukan unit ADC diset pada 8IH dan 82H.

3. Program pengujian pemasukan data diketikkan melalui keyboard ke dalam IC RAM pada KPT Z-80 dengan alamat mulai dari 2000H.

4. Program dijalankan (Fn-0) dan diamati data yang terbaca pada display unit KPT Z-80. 5. Tegangan input analog dinaikkan secara bertahap dan diamati kembali perubahan data

hexa yang terbaca pada display.

6. Bandingkan data konversi tersebut dan hitung rumus serta nilai regresinya. Tabel 4. Kode Instruksi Uji Konversi ADC 0809

Alamat Instruksi Mnemonic Keterangan

2000 CD FB 03 CLR DSP BFR Bersihkan display

2003 3E 00 LD A, 00H Masukkan 00 ke A

2005 D3 82 OUT (82), A Keluarkan A ke 82 2007 DB 81 IN A, (81) Ambil data dari 81 2009 32 50 20 LD (2050), A Pindahkan ke 2050 200C 2A 50 20 LD HL, (2050) Pindahkan ke HL

(9)

CD 97 03 CALL DATA DSP Subrutin data. 2012 CD DO 03 CALL SCAN DSP Subrutin scan 2015 C3 00 20 JP2000 Kembali ke 2000

3. Pengujian Unit Peraga dan Aktuator

Pengujian peraga yang dimaksud berupa rangkaian LED yang dihubungkan dengan output dari aktuator. Aktuator mengubah data biner menjadi sistem nyala atau mati lampu pijar pemanas.Aktuator menjadi penghubung antara sistem digital dengan keluaran analog yang dihasilkan. Untuk mengetahui kinerja dan performasi dari unit aktuator dan peraga, maka dilakukan pengujian sebagai berikut:

1. Aktuator dihubungkan dengan Data Bus KPT Z-80 melalui IC 74273 dengan alamat 80H.

2. Unit peraga dan lampu pijar dihubungkan dengan aktuator melalui relay kontaktor 12V DC.

3. Program pengujian diketikkan melalui keyboardKPT Z-80.

4. Running program dan diamati perubahan pada unit peraga dan lampu pemanas.

Tabel 5. Kode Instruksi Subrutin Delay / Tunda

2100 11 FF FF LD DE, FFFFH Masukkan FFFF ke DE

2103 I B DEL DE Kurangi DE

2104 7B LD A, E Masukkan E ke A

2105 B2 OR D Bandingkan dengan D

2106 C2 03 21 JPNZ2103 Jika z = 1 ke 2103

2107 C9 RETURN Kembali ke program

4. Pengujian Kontrol Suhu Proporsional

Pengujian kontrol suhu secara proporsional ini dilakukan bila semua unit yang dibutuhkan sudah ada dan teruji dengan benar.Program kontrol suhu secara proporsional disusun berdasarkan konstanta kalibrasi dan karakteristik kerja dari unit sensor, ADC, KPT Z-80 dan aktuator serta pemanasnya. Urutan langkah kerja pengujian kontrol suhu secara proporsional ini adalah sebagai berikut:

1. Unit sensor, ADC, KPT Z-80, aktuator dan pemanas dipasang sesuai dengan urutan dan letaknya. Semua unit tersebut dihubungkan dengan catu daya masing-masing.

(10)

2. Program kontrol suhu secara proporsional diketikkan mulai alamat 2000H dan ditentukan setpoini sesuai dengan nilai kalibrasi ADC yang telah dilakukan.

3. Pada peraga atau seven segment displayakm terbaca nilai suhu sekarang, setpoint dan selisih suhu yang dikeluarkan melalui aktuator.

4. Catat waktu yang dibutuhkan untuk mencapai setpoint dan suhu yang terukur pada setpoint tercapai.

5. Hitung waktu transien, error yang terjadi dan daya pemanas yang dibutuhkan mulai awal pengujian sampai tercapai setpoint.

Tabel 6. Kode Instruksi Uji Peraga dan Aktuator

2000 CD FB 03 CLR DSP BFR Bersihkan buffer

2003 3E 00 LD A, O0H Masukkan 00 ke A

2005 D3 80 OUT (80), A Keluarkan melalui 80

2007 CD 00 21 JP2100 Subrutin tunda

200A 3E 01 LD A, 01H Masukkan 01 ke A

200C D3 80 OUT (80), A Keluarkan melalui 80

200E CD 00 21 JP2100 Subrutin tunda

201A D3 80 OUT (80), A Keluarkan melalui 80

201C CD 00 21 JP2100 Subrutin tunda

201F 3 E 08 LD A, 08H Masukkan 08 ke A

202A CD 00 21 JP2100 Subrutin tunda

202D 3E 20 LD A, 20H Masukkan 20 ke A

202F D3 80 OUT (80), A Keluarkan melalui 80

(11)

203B 3E 80 LD A, 80H Masukkan 80 ke A

203D D3 80 OUT (80), A Keluarkan melalui 80

203F CD 00 21 JP2100 Subrutin tunda

2042 C3 00 21 JP2100 Kembali ke awal

5. Pengujian Pengeringan Benih Jagung

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik dan performasi kerja pengeringan dengan menggunakan bahan berupa benih jagung. Benih jagung diukur kadar air dan berat awalnya, kemudian ditentukan kadar air yang diharapkan setelah pengeringan.

Pengujian dilakukan dengan perlakuan yang berbeda berdasarkan kapasitas bahan, konstanta proporsional, penggunaan blower dan pengaturan setpoint yang berbeda.Kapasitas bahan yang digunakan adalah 500 gram. Sedangkan konstanta proporsional yang digunakan adalah konstanta proporsional (kp) ditandai dengan susunan daya lampu pijar 5, 10, 15, 25, 40, 60, 75, dan 100 Watt. Penggunaan blower juga diuji untuk mengetahui pengaruhnya terhadap proses pengeringan benih. Pengaturan setpoint dilakukan dari 35, 40, 45, dan 50° C.

Susunan daya lampu pada output data digital dapat dilihat pada tabel 5:

(12)

Tabel 7. Hubungan Output Digital dengan Daya Lampu Daya Lampu Output Digital Kp DO 5 DI 10 D2 15 D3 25 D4 40 D5 60 D6 75 D7 .100 Total 330