PEMROGRAMAN MODUL KAMERA
PADA PROTOTIPE MESIN SORTIR BUNGKUS PERMEN BERBASIS
IMAGE PROCESSING
Armando Putramala
1, Fauzan Amrullah
2dan Madeleine
31,2Politeknik Negeri Jakarta, Jurusan Teknik Elektro, Prodi teknik Otomasi Listrik Industri, Jl prof.Dr.GA Siwabessy, Kampus Baru UI Depok 16425
E-mail: 1[email protected]
ABSTARCT
To support productivity in the industrial world, automatic machine designs have begun to appear to make the production process more efficient. One of the machines is a sorting machine. Sorting machine is a machine that works to group objects based on certain parameters, this machine helps humans work in identifying objects and then grouping them according to certain parameters. Therefore, this prototype was made with the aim as a means for students involved in the field of automation to be able to learn how to work and build an automatic sorting machine. This prototype is equipped with a camera module that serves to identify the object being sorted. The camera module works by comparing the identified object with the sample that has been made then the camera will categorize the object into the sample that has the greatest similarity. The effectiveness and accuracy of the work of this camera module in identifying objects are greatly influenced by the exact lighting value and the sample made. Lighting values that are too low or too high will make it difficult for the camera module to capture object images so that it can reduce the accuracy of object identification. Samples also affect the performance of the camera module, the more the number of samples made in various positions of the object, the better the identification accuracy will be.
Keywords: Automation, ESP32 Cam Camera Module, Sorting Machine
ABSTRAK
Untuk menunjang produktivitas dalam dunia industri, maka desain mesin-mesin otomatis mulai bermunculan untuk membuat proses produksi lebih efisien. Salah satu dari mesin-mesin tersebut adalah mesin sortir. Mesin sortir adalah mesin yang bekerja untuk mengelompokkan objek berdasarkan parameter tertentu, mesin ini membantu kerja manusia dalam mengidentifikasi objek kemudian mengelompokkannya berdasarkan parameter tertentu. Oleh karena itu prototipe ini dibuat dengan tujuan sebagai sarana bagi para mahasiswa yang terkait dalam bidang otomasi untuk dapat mempelajari cara kerja dan cara mambangun sebuah mesin sortir otomatis. Prototipe ini dilengkapi dengan sebuah modul kamera ESP32 Cam yang berfungsi untuk mengidentifikasi objek yang disortir. Modul kamera bekerja dengan cara membandingkan objek yang diidentifikasi dengan sampel yang sudah dibuat kemudian kamera akan mengkategorikan objek tersebut kedalam sampel yang memiliki kemiripan terbesar. Efektifitas dan akurasi kerja modul kamera ini dalam mengidentifikasi objek sangat dipengaruhi oleh nilai pencahayaan yang tepat dan sampel yang dibuat. Nilai pencahayaan yang terlalu rendah atau terlalu tinggi akan menyulitkan modul kamera untuk menangkap gambar objek sehingga bisa mengurangi akurasi pengidentifikasian objek. Sampel juga berpengaruh terhadap kinerja modul kamera, semakin banyak jumlah sampel yang dibuat dalam berbagai posisi objek maka akurasi pengidentifikasian akan lebih baik.
Kata kunci: Mesin sortir, Modul kamera ESP32 Cam, Otomasi
PENDAHULUAN
Dengan semakin berkembangnya proses produksi yang terjadi pada era industri modern seperti saat ini, peran manusia dalam proses produksi semakin berkurang. Pada awalnya proses produksi masih melibatkan banyak tenaga manusia, kemudian seiring
dengan perkembangan zaman para ahli mulai membuat mesin-mesin yang mampu membantu proses produksi.
Kelemahan manusia ketika bekerja dalam durasi yang lama seperti kelelahan, mengantuk dan bosan mengakibatkan hasil produksi tidak konsisten, hal ini juga menjadi pemicu para ahli untuk merancang dan membuat mesin-mesin yang mampu menangani
Armando Putramala, Fauzan Amrullah, Madeleine, Imam Halimi, Septina Indrayani
Politeknik Negeri Jakarta, Jurusan Teknik Elektro, Program Studi Teknik Otomasi Listrik Industri
Jalan Prof. Dr. G.A. Siwabessy, Kampus UI, Depok, 16425 E-mail: [email protected]
pekerjaan tersebut. Peran manusia mulai digantikan oleh mesin-mesin yang bisa bekerja lebih cepat dan akurat juga memiliki umur kerja yang panjang.
Salah satu proses produksi di industri yang mulai digantikan oleh mesin adalah proses penyortiran. Pengertian sortir adalah proses memilah, secara deskripsi sortir merupakan proses menyusun kembali objek yang seharusnya disusun dengan suatu pola tertentu, sehingga tersusun secara teratur menurut aturan tertentu [1]. Semula proses ini dilakukan oleh manusia dengan mengandalkan indera manusia, karena pekerjaan ini dianggap melelahkan dan membosankan bagi sebagian besar pekerja maka dibuatlah mesin yang memiliki fungsi khusus untuk mengerjakan proses penyortiran.
Perkembangan kemampuan mesin sortir pada saat ini sangat pesat baik dalam sistem kontrolnya maupun sensor-sensor yang digunakan. Hal tersebut melatar belakangi prototipe mesin sortir ini dibuat sebagai sarana bagi mahasiswa untuk belajar dan mengembangkan kemampuan mereka dalam membangun sistem kontrol pada sebuah mesin sortir dan mengenalkan mereka aplikasi dari sensor-sensor pada mesin sortir.
METODE PENELITIAN
Metode yang digunakan dalam menyelesaikan skripsi ini adalah sebagai berikut:
1. Studi literasi mengenai image processing dan penyortiran.
2. Perancangan desain prototipe.
3. Perakitan dan pemrograman pada prototipe.
4. Pengujian akurasi pendeteksian objek oleh modul kamera dengan memvariasikan nilai flash pada modul kamera.
5. Pengujian dilakukan dengan menggunakan objek bungkus permen kaleng dalam berbagai jenis rasa. 6. Pengambilan data hasil pengujian menggunakan
fitur data logging yang terdapat pada SCADA.
HASIL dan PEMBAHASAN
1. Cara kerja alat
Fungsi utama dari sebuah mesin sortir adalah untuk mengelompokan objek sesuai yang diinginkan. Ada beberapa cara dalam mengelompokkan objek, objek bisa dikelompokkan berdasarkan warna, berat, bahan, dan lain-lain. pada prototipe ini cara yang digunakan dalam mengelompokkan objek adalah dengan membedakan warna dan bentuk objek sesuai dengan yang ditangkap kamera.
Proses pengidentifikasian objek dilakukan dengan mencocokkan gambar objek yang ditangkap oleh kamera dengan gambar model objek yang sudah diambil sebelumnya. Pada prototipe dibuat 3 model untuk masing-masing parameter objek yang berbeda, untuk
setiap model diberikan masing-masing 10 sample gambar.
Ketika kamera mendeteksi objek, maka program akan mencari kecenderungan kemiripan objek dengan model. Model yang memiliki persentase kemiripan paling besar dengan objek akan dianggap sebagai model yang terpilih. Kemudian setiap model yang terpilih akan mengeluarkan nilai output yang berbeda misalnya, kamera mendeteksi objek yang cenderung mirip dengan sampelmodel 1, maka ESP32 Cam akan mengeluarkan logika high pada GPIO2. Contoh lainnya missal kamera mendeteksi objekyang cenderung mirip dengan sampel model 2, maka ESP32 Cam akan mengeluarkan logika high pada GPIO14.
a. Kerja Manual
Salah satu pilihan mode pada prototipe ini adalah kerja manual. Pemilihan mode manual dilakukan dengan menekan tombol mode manual pada menu tampilan SCADA. Mode kerja manual digunakan untuk memeriksa apakah perangkat output pada prototipe ini bekerja dengan baik atau tidak. Cara pengoperasian kerja manual ini adalah dengan menekan tombol pada SCADA, misalnya operator ingin memeriksa apakah motor konveyor bekerja dengan baik atau tidak, maka operator bisa memilih mode kerja manual kemudian menekan tombol “motor konveyor” yang terdapat pada menu tampilan SCADA, jika motor konveyor dalam keadaan baik maka motor akan bekerja selama tombol ditekan oleh operator. Demikian pula dengan perangkat output lainnya, cara pengoperasian dalam kerja manualnya sama dengan motor konveyor.
b. Kerja Otomatis
Pada mode kerja otomatis ini operator hanya perlu menekan tombol “Start” untuk memulai kerja sistem secara keseluruhan dan menekan tombol “Stop” untuk menghentikan kerja sistem. Mode otomatis ini digunakan dalam keadaan normal, sistem akan berjalan berulang sampai perintah masukan “Stop” atau objek yang akan disortir habis.
c. Kerja Gangguan
Mode kerja gangguan adalah mode ketika sistem tidak berjalan normal saat berada dalam mode otomatis. Misalnya, ketika kontroler memerintahkan motor konveyor untuk bekerja tetapi sensor tidak memberikan feedback ke kontroler kalau objek berpindah tempat, maka secara otomatis sistem akan masuk ke mode kerja gangguan. Ketika sistem sudah masuk ke mode kerja gangguan maka kontroler akan mengirimkan data ke SCADA tentang gangguan yang terjadi dan SCADA akan menampilkan alarm. Sistem baru bisa kembali normal jika gangguan sudah direset.
2. Spesifikasi alat
Bagian dari perancangan lainnya adalah menentukan komponen yang digunakan dengan spesifikasi yang sesuai agar prototipe dapat bekerja optimal.
Fungsi utama dari motor konveyor ini adalah mengubah energi listrik menjadi energi gerak putar yang mampu menggerakkan sabuk konveyor. Motor yang digunakan untuk menggerakkan konveyor pada prototipe ini adalah motor DC dengan suplai tegangan 12V. Motor ini sudah dilengkapi dengan gearbox sehingga kecepatan putaran yang dihasilkan sudah disesuaikan. Motor yang digunakan pada prototipe ini adalah motor DC shunt dimana kumparan medannya terhubung paralel dengan kumparan angker seperti terlihat pada gambar di bawah.
Gambar 1 Rangkaian motor DC shunt Sumber:
http://anggraenidwis.blogspot.com/2017/03/motor-dc-motor-searah-pengertian-motor.html
Bentuk fisik motor yang digunakan pada prototipe ini bisa dilihat pada Gambar 3.4. Untuk memproteksi motor DC ini bisa digunakan fuse untuk melindungi motor dari hubung singkat dan arus berlebih.
Gambar 2 Motor konveyor Sumber: Dokumen pribadi
b. Solenoid Ejector
Fungsi solenoid ejector pada prototipe ini adalah untuk mendorong objek ke atas sabuk konveyor atau mendorong objek dari atas sabuk konveyor ke tempat penyimpanan. Solenoid ejector pada prototipe ini memiliki panjang shaft ketika aktif 10 mm. Tegangan kerja untuk mengaktifkan kumparan hingga mampu menarik shaft yaitu 12V DC. Gambar 3.5 menunjukkan salah satu solenoid ejector yang digunakan pada prototipe ini.
Gambar 3 Solenoid ejector Sumber: Dokumen pribadi
Prinsip kerja solenoid ini adalah ketika kumparan dialiri arus listrik maka akan menimbulkan medan magnet pada kumparan, sehingga memberi gaya yang menarik plunger (besi di tengah kumparan). Gaya magnet tersebut lebih besar dari gaya pegas pada solenoid sehingga plunger dapat tertarik. Ketika tidak ada arus yang mengalir pada kumparan maka gaya magnet akan hilang sehingga gaya pegas akan bekerja untuk mengembalikan plunger pada posisi awal. Rangkaian dalam solenoid ini bisa dilihat pada gambar di bawah.
Gambar 4 Rangkaian dalam solenoid Sumber:
c. Modul Kamera
Gambar 5 Modul kamera ESP32 Cam Sumber: Dokumen pribadi
Modul kamera yang digunakan pada prototipe ini adalah ESP32 Cam. ESP32 Cam membuat pengguna dapat membuat sistem yang berkonsep Internet of Things contohnya CCTV (Closed Circuit Television) online yang dilengkapi face recognition dan lain-lain. lebih mudahnya lagi bisa diprogram menggunakan Arduino IDE [2].Bentuk fisik dari modul kamera ini terdapat pada Gambar 3.7. Modul kamera ini dilengkapi dengan kamera OV2640, modul WiFi, modul Bluetooth, dan slot SDCard. Berikut adalah tabel spesifikasi ESP32 Cam:
Tabel 1 Spesifikasi modul kamera
Parameter Spesifikasi
Dimensi 27 x 40.5 x 4.5 (±0.2) mm
RAM 520KB SRAM + 4M PSRAM
Bluetooth Bluetooth 4.2 BR/EDR and BLE standards
Wi-Fi 802.11 b/g/n/
Support interface UART, SPI, I2C, PWM
IO Port 9
UART Baudrate Default 115200 bps Image output
format
JPEG (OV2640 Support only), BMP, Grayscale Spectrum range 2412 – 2484 MHz Power supply range 5 V Operating temperature -20 °C ~ 85 °C d. Kontroler
Gambar 6 PLC Outseal Nano V4.0 Sumber: Dokumen pribadi
Perangkat kontrol yang digunakan pada prototipe ini adalah PLC Outseal nano V4.0 seperti yang ada pada Gambar 3.8. Programmable Logic Controller (PLC) didefinisikan suatu perangkat elektronik digital dengan memori yang dapat diprogram untuk menyimpan instruksi-instruksi yang menjalankan fungsi-fungsi spesifik seperti logika, sequence, timing, counting dan aritmatika, dan untuk mengontrol suatu mesin industri atau proses industri sesuai dengan yang diinginkan [3]. Kontroler ini berfungsi untuk mengolah semua masukan kemudian mengirimkan sinyal keluaran ke perangkat output. Berikut adalah spesifikasi dari PLC Outseal nano V4.0:
Tabel 2 Spesifikasi PLC
Parameter Spesifikasi
Kapasitas flash 32 kB Jumlah input digital 8 Jumlah output digital 8
Teknis digital input Berjenis sinking 5 – 24 VDC
Teknis digital output NPN open collector 5 – 28 V, 100 mA/ channel High speed counter 1 channel
Analog 2 buah, 0 – 5 V atau 4 – 20 mA
Komunikasi 1 serial port
Power supply Switching buck converter Max 24 V
e. Catu Daya
Catu daya atau power supply pada prototipe ini berfungsi untuk memberikan suplai daya listrik kepada perangkat input, perangkat output, maupun kontroler. Catu daya bekerja mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC karena perangkat yang digunakan membutuhkan suplai listrik DC. Kerja dari catu daya ini adalah dengan menurunkan tegangan AC (Alternating Current) 220V kemudian mengkonversikan menjadi tegangan DC. Catu daya yang digunakan pada prototipe ini sebesar 60W dengan tegangan keluaran 12V dan arus 5A. Catu daya yang digunakan pada prototipe ini adalah seperti yang terdapat pada Gambar 3.9.
Gambar 7 Catu daya Sumber: Dokumen pribadi
Untuk lebih jelas mengenai prinsip kerja catu daya ini bisa dilihat pada gambar di bawah. Tegangan input 220V AC diturunkan menjadi 15V AC menggunakan transformator step down. Kemudian untuk merubahnya menjadi arus searah digunakan empat buah dioda (diode bridge). Hasil keluaran dari diode bridge masih memiliki noise,untuk menyaring noise pada gelombang keluaran tersebut maka digunakan elco C1. Agar memperoleh nilai tegangan 12V DC yang stabil maka digunakan IC (integrated circuit) L7812 untuk menjaga keluaran stabil sebesar 12V DC. Elco C2 digunakan untuk membuat gelombang menjadi lebih halus lagi. Kemudian transistor NPN Q1 digunakan sebagai penguat arus agar bisa mengeluarkan arus sesuai dengan yang dibutuhkan. Untuk lebih menghaluskan keluaran tegangan catu daya maka digunakan elco C3 agar memperoleh keluaran tegangan DC yang benar-benar halus.
Gambar 8 Rangkaian catu daya Sumber:
http://kitaklikya.blogspot.com/2015/01/rangkaian-regulator-power-supply-12v-5a.html
f. Diagram Blok
Sumber: Dokumen pribadi
Gambar 3.11 menunjukkan diagram blok dari sistem secara keseluruhan. Pada bagian kiri kontroler merupakan perangkat input dan monitoring. Pada bagian kontroler terdapat perangkat output berupa motor konveyor dan solenoid ejector.
g. Pengawatan ESP32 Cam
Pengawatan ESP32 Cam dilakukan dengan menggunakan kabel jumper. Rangakian pengawatan ESP32 Cam bisa dilihat pada Gambar 3.12.
Sumber: Dokumen Pribadi
KESIMPULAN
Dari hasil pengujian yang sudah dilakukan diperoleh beberapa hal yang dapat disimpulkan:
1. Proses pendeteksian objek pada prototipe ini dilakukan oleh modul kamera ESP32 Cam melalui web.
2. Proses pendeteksian objek dilakukan dengan cara membandingkan objek dengan sampel yang sudah
Sensor SCADA ESP32 Cam Kontr oler (PLC) R el ay Konve yor Solenoi d Ejector Power Supply 5V 5V 3.3V GND GPIO16 GPIO12 GPIO0 GPIO13 GND GPIO15 5V GPIO14 GPIO3 GPIO2 GPIO1 GPIO4 GND ESP32CAM
~
Gambar 9 Diagram blok
dibuat, objek yang memiliki kecenderungan terbesar dengan salah satu sampel akan diklasifikasikan dalam kelas sampel tersebut.
3. Pembuatan kelas sampel dilakukan dengan cara melatih kamera dengan beberapa sampel objek. 4. Hasil pendeteksian oleh modul kamera akan
dikirimkan ke PLC berupa input digital.
5. Pengaruh pencahayaan terhadap objek sangat besar, nilai pencahayaan yang terlalu rendah atau terlalu tinggi akan menyulitkan kamera saat pembacaan. 6. Nilai flash pada kamera yang terlalu tinggi
menyebabkan panas yang berlebih pada kamera sehingga menyebabkan kamera terputus dari sambungan WiFi.
Daftar Acuan
[1] M. I. Ardimansyah and D. N. Bagenda, “Perbedaan Warna Menggunakan Led Rgb Dan Ldr Berbasis,” Prototipe Alat Sortir Bola Berdasarkan Perbedaan Warn. Menggunakan Led Rgb Dan Ldr Berbas. Mikrokontroler, pp. 1–6, 2014.
[2] D. W. Dewantoro, “Rancang Bangun Lengan Robot Pemilah Barang Berdasarkan Berat Dengan Pemanfaatan Internet Of Things (IoT) Sebagai Kontrol Dan Monitoring Jarak Jauh,” vol. 21, no. 1, pp. 1–9, 2020.
[3] Sujito, “IMPLEMENTASI
PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC) PADA PENGENDALIAN ROBOT PEMINDAH BOTOL MINUMAN Sujito,” Manag. Oper., pp. 85–91, 2011.
