CENTRIFUGE DENGAN SISTEM KONTROL ARDUINO (Eric
advertisement
Seminar Tugas Akhir Juni 2017 CENTRIFUGE DENGAN SISTEM KONTROL ARDUINO (Eric Ristadiansyah, Torib Hamzah, Syaifudin) JurusanTeknikElektromedikPoliteknikKesehatan Surabaya Jln. PucangJajarTimur No. 10 Surabaya ABSTRAK Centrifuge merupakan alat yang digunakan untuk memisahkan senyawa yang memiliki berat molekul berbeda dengan memanfaatkan gaya centrifugal. Gaya centifugal yaitu gaya yang bekerja pada benda yang berputar dengan kecepatan yang telah ditentukan dengan arah gaya menjauhi pusat atau inti, sehingga dapat memisahkan larutan. Pada pembuatan modul kali ini penulis mengoptimalkan putaran motor dengan settingan kecepatan 1000 – 4000 rpm dengan keliptan 1000 rpm dan setting waktu mulai dari 0 – 30 menit dengan kelipatan 1 menit untuk pengaturannya menggunakan tombol up, down, dan enter. Menggunakan solenoid sebagai sensor pengunci otomatis yang digunakan sebagai kunci pengaman pada pintu alat. Menggunakan optocoupler sebagai sensor pendeteksi putaran motor yang nantinya akan di tampilkan pada disply LCD karakter 2x16. Setelah melakukan pengukuran dan pengujian dengan menggunakan alat kalibrator digital tachometer dan safety analyzer dan telah dikalibrasi di BPFK Surabaya didapat hasil yaitu: Ketidakpastian Pengukuran dilaporkan pada Tingkat Kepercayaan 95% dengan faktor cakupan k=2 . Pada titik pengukuran 1000 rpm, kinerja alat melebihi kesalahan maksimal yang diijinkan. Modul diuji Keselamatan Listriknya dalam klasifikasi kelas I tipe B. Pada UUT tidak terdapat pin grounding. Dari hasil yang telah ditentukan alat dinyatakan layak untuk digunakan. Kata Kunci : Centrifuge,RPM,Optocoupler PENDAHULUAN Latar Belakang Centrifuge merupakan alat yang digunakan untuk memisahkan organel berdasarkan massa jenisnya melalui proses pengendapan. Dalam prosesnya, centrifuge menggunakan prinsip rotasi atau perputaran tabung yang berisi larutan agar dapat dipisahkan berdasarkan massa jenisnya. Larutan akan terbagi menjadi dua fase yaitu supernatant yang berupa cairan dan pellet atau organel yang mengendap. Peralatan centrifuge terdiri dari sebuah rotor atau tempat untuk meletakkan larutan yang akan dipisahkan. Rotor ini akan berputar dengan cepat yang akan mengakibatkan larutan akan terpisah menjadi dua fase. Semakin cepat perputaran yang dilakukan, semakin banyak pula organel sel yang dapat diendapkan begitu juga sebaliknya. (Rafafara, 2012). Gaya sentrifugal digunakan ketika gaya lebih besar dari gravitasi yang mengakibatkan pemisahan antara solid dan fluida karena perbedaan density atau untuk pemisahan dengan penyaringan alami. Sentrifugasi adalah proses pemisahan zat padat dengan zat cair atau zat cair dan zat cair yang berbeda massa jenisnya dengan menggunakan gaya sentrifugal. Gaya Seminar Tugas Akhir Juni 2017 sentrifugal terjadi dari perpindahan massa di lengkungan dan digunakan dengan pengamatan dari pusat lengkungan. Gaya sentrifugal adalah gaya yang menggunakan perpindahan massa dengan perbandingan terhadap pusat lengkungan dimana massa berpindah dalam jalur lengkungan. Jika gaya ini sama dengan partikel yang berlanjut untuk berotasi dalam jalur sirkular mengelilingi pusat. Sampel yang digunakan adalah Darah. dimaksudkan agar tidak terjadi pelebaran masalah. Adapun batasan-batasan tersebut meliputi: Pada penelitian sebelumnya alat semacam ini pernah dibuat oleh (Aiman Jauhan, 2011) dengan judul “Centrifuge Dilengkapi Pengaturan Kecepatan Motor dan Timer Secara Digital”, alat ini menggunakan sistem digital, rpm maksimal 3000 rpm dan untuk setingannya menggunakan rotari.(Fahmi Indra Nirwana,2012) dengan judul “Cytocentrifuge Berbasis Mikrokontroler AT89S51”, alat ini menggunakan sistem assembly, rpm maksimal 2500 rpm dan pada display menggunakan seven segment. (Akhmad Dedi Setiawan,2012) dengan judul “Modifikasi Centrifuge Berbasis Mikrokontroler Dilengkapi Dengan Timer”, alat ini menggunakan sistem assembly, rpm maksimal 3000 rpm dan untuk timer maksimal 30 menit dengan kelipatan 5 menit untuk pengaturannya. Berdasarkan hasil identifikasi masalah di atas, maka penulis akan membuat alat dengan judul “Centrifuge dengan Sistem Kontrol Arduino”yang merupakan penyempurnaan dari alat yang telah dibuat sebelumnya. Penyempurnaan alat yang akan penulis buat sebagai kombinasi alat tersebut diatas yaitu dengan merubah sistem menjadi arduino dan kecepatan putaran pada alat. 4. Batasan Masalah Pada perancangan modul ini, penulis membatasi bagian-bagian yang berkaitan dalam pembuatan alat. Hal tersebut 1. 2. 3. 5. 6. 7. Alat centrifuge berbasis arduino dengan pemilihan kecepatan 1000 rpm, 2000 rpm, 3000 rpm, dan 4000 rpm Menggunakan IC atmega 328 Memberikan timer dengan batasan waktu 0 sampai dengan 30 menit pada alat centrifuge dengan memanfaatkan IC atmega 328. Pada saat pemilihan hanya menggunakan tombol up dan down yang digunakan untuk pemilihan waktu dan kecepatan motor. Digunakan untuk 8 tempat sempel. Memberikan safety lock. Live Rpm Rumusan Masalah Dapatkah dibuat alat “Centrifuge dengan Sistem Kontrol Arduino”? Tujuan Tujuan Umum Dibuatnya alat “Centrifuge dengan Sistem Kontrol Arduino”. Tujuan khusus 1. Membuat rangkaian pengatur kecepatan. 2. Membuat rangkaian minimum system IC Atmega 328. 3. Membuat software pemrograman arduino IC atmega 328. Manfaat Manfaat Teoritis 1. Untuk menambah pengetahuan mahasiswa Teknik Elektromedik mengenai alat Centrifuge dengan Sistem Kontrol Arduino. 2. Sebagai referensi penelitian selanjutnya. Manfaat Praktis Seminar Tugas Akhir Juni 2017 Dengan adanya alat ini diharapkan dapat memudahkan user dalam memantau kondisi sampel saat menggunakannya. METODOLOGI Diagram Blok membuktikanapakah settingan waktu yang dimasukkan sesuai dengan jumlah RPM motor yang dihasilkan yang ditampilkan di LCD karakter 2 x 16. Apabila settingan waktu telah selesai maka motor akan berhenti dan buzzer berbunyi, tekan tombol reset untuk memulai dari awal kembali. Diagram Alir Begin Setting Waktu Disply NO Pintu Tertutup (safety lock solenoid) Setting Kecepatan Buzzer YES Inisialisasi LCD Mikrokontroller Driver Motor Motor AC NO Pintu Terbuka (safety lock solenoid) Safety Lock YES Masukan Sampel optocoupler Pintu Tertutup (safety lock switch) INPUT PROGRAMER OUTPUT YES NO Setting Kecepatan Instruksikan pengaturan setting kecepatan dan waktu dengan menekan tombol up dan down lalu menekan tombol enter yang selanjutnya akan di tampilkan pada layar lcd. Settingan tersebut diproses oleh mikrokontroller juga memberikan inputan pada rangkaian driver motor. Kecepatan motor AC tersebut diatur oleh mikrokontroller yang berupa PWM dimana PWM digunakan untuk menentukan kecepatan putaran pada motor, output PWM tersebut akan mengaktifkan dan memberikan inputan pada driver motor dimana output driver motor tersebut akan memberikan tegangan ke motor sesuai dengan settingan pada PWM tersebut. Kecepatan putaran motor tersebut disensor oleh optocopler untuk mengetahui berapa RPM kecepatan motor tersebut, output dari optocopler tersebut masuk ke mikrokontroller untuk diproses kembali dan untuk ENTER NO Setting waktu YES ENTER Pintu Tutup (safety lock solenoid) Motor On NO Timer On Data Ditampilkan Pada Display Timer Off Motor Off Buzzer On Pintu Terbuka (safety lock solenoid) End Pertama setting Timer dan Kecepatan Putaran, kemudian akan dioalah oleh IC Mikrokontroller. Hasil dari setting timer dan Seminar Tugas Akhir kecepatan putaran akan ditampilkan display LCD. Kemudian motor akan berputar sesuai settingan apabila kecepatan putaran motor lebih dari settingan maka motor akan mati dan hidup kembali apabila kecepatan kurang dari settingan. Sebelum switch tertekan maka driver motor tidak akan bekerja IC mikrokontroller juga memberi input pada PWM. PWM berfungsi sebagai pengatur kecepatan putaran motor sesuai dengan pada settingan. Pada saat motor berputar maka rangkaian tachometer dengan sesnsor otocopler akan menghiting kecepatan putaran motor. Disaat timer belum selesai maka motor akan tetap berputar dan jika saat timer yang telah disetting telah selesai maka akan menghentikan sistemnya, secara otomatis motor akan berhenti berputar dan buzzer berbunyi, apabila ingin memulai dari awal tekan tombol reset. Juni 2017 b. Test Point Output PWM 2000rpm c. Test Point Output PWM 3000rpm Diagram Mekanis d. Test Point Output PWM 4000rpm HASIL DAN ANALISA Hasil Pengukuran Test Point PWM a. Test Point Output PWM 1000rpm Hasil Pengukuran Test Point Sensor Optocoupler a. Test Point Sensor Optocoupler 1000rpm Seminar Tugas Akhir Juni 2017 Data Hasil Pengukuran Setti ng b. Test Point 2000rpm Sensor Optocoupler I II III IV V VI 1000 1775 1765 1753 1611 1747 1712 rpm rpm rpm rpm rpm rpm rpm 2000 1941 1996 1983 1913 1930 1891 rpm rpm rpm rpm rpm rpm rpm 3000 3162 2983 2848 3120 2781 3121 rpm rpm rpm rpm rpm rpm rpm 4000 4135 4277 4127 4133 4145 4188 rpm rpm rpm rpm rpm rpm rpm Settin c. Test Point Sensor Optocoupler 3000rpm Param eter g Terukur pada Rata-rata Alat Standart Kesalah Kesalahan Ketidakpa Kesalah an Maksimal stian an Relatif yang Pengukur (%) Diijinkan an (%) (RPM) Akuras i 1000 1727.17 -727.17 -72.72 2000 1942.33 57.67 2.88 Kecepa tan d. Test Point Sensor Optocoupler 4000rpm Hasil Pengukuran Data (RPM) ± 6.38 ±2.12 ± 10 % 3000 3002.50 -2.50 -0.08 ±5.57 4000 4175.83 -175.83 -4.40 ±1.51 Seminar Tugas Akhir Juni 2017 R3 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 SW UP SW5 2 2 R7 R UP 1 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 R1 R6 + C6 10uF / 16V SW2 SW RESET VCC 5V SW DOWN 220 2 R DOWN GND J10 Tegangan jala Jala- 228.7 Volt ±10% dari 220 Volt 5 4 3 2 1 U7 1 PC6 (RESET) 8 7 6 5 4 3 2 1 14 15 16 17 18 19 9 10 PORT B 23 24 25 26 27 28 C4 CAP 22pF Y2 CRYSTAL 16 MHz 8/PB0 (ICP) 9/PB1 (OC1A) 10/PB2 (OC1B) 11/PB3 (MOSI) 12/PB4 (MISO) 13/PB5 (SCK) 14/PB6 (XT1) 15/PB7 (XT2) (RxD) PD0/0 (TxD) PD1/1 (INT0) PD2/2 (INT1) PD3/3 (T0) PD4/4 (T1) PD5/5 (AIN0) PD6/6 (AIN1) PD7/7 2 3 4 5 6 11 12 13 R4 12 2 SW LOCK 0.0 µA ≤100 µA Arus bocor pada chassis tanpa pembumian 0.0 µA ≤500 µA Arus bocor pada chassis polaritas terbalik dengan pembumian 0.0 µA ≤100 µA Arus bocor pada chassis polaritas terbalik tanpa pembumian 0.0 µA ≤100 µA R LOCK 2 VCC PLN RL2 MOTOR AC 3 4 IN+ IN- 1 LOAD 2 LOAD SSR DC/AC J4 5v D7 Q1 DIODE ZENER MOSFET_EN_SDG RESISTOR PWM DRIVER R6 aref ATMEGA328 CON1 J7 20k 5v R11 1 2 LS1 Q2 NPN BCE CON1 VCC 1 RES R2 220 BUZZER D6 LED ON/OFF Title <Title> Size A1 Date: Document Number <Doc> Saturday , June 03, 2017 Rev <Rev Code> Sheet 1 of J5 1 PLN R10 1 1 2 3 4 + C2 0,1uF 20 AVCC 21 AREF 22 AGND SENSOR 1 2 Arus bocor pada chassis dengan pembumian 1 J1 7 VCC 8 GND A0/PC0 (ADC0) A1/PC1 (ADC1) A2/PC2 (ADC2) A3/PC3 (ADC3) A4/PC4 (SDA) A5/PC5 (SCL) R5 1 ≤0,2 Ω J2 4 3 2 1 SW1 Ω 1 220 5V - OUTPUT MG1 J6 LCD 1 D5 2 LED Tahanan Hubungan Pentanahan ( Khusus Kelas I ) J3 1 21 ≥20 M Ω 10k 220 5V R6 LCD 10K 5v Over M Ω CAP 22pF ISO1 R8 OPTO ISOLATOR R9 J8 PROGRAMMER C5 Tahanan Isolasi Kabel Catu Daya dengan Chassis VCC J17 1 2 R ENTER SW ENTER 5V SW4 5 5V 1 R RESET 10K 4 J11 1 1 J12 VCC 5V SW3 5V 1 Hasil Ukur 5V 5V 2 Parameter Ambang Batas yang Diijinkan PEMBAHASAN Rangkaian Keseluruhan 2 Tabel 4.3 Hasil Pengujian Keselamatan Listrik 1 Tegangan 5V masuk ke pin Anoda sedangkan resistor 220 disini berfungsi sebagai pengaman, kemudian pin katoda di groundkan, tegangan 5V juga memberikan inputan pada pin collector, sedangkan pada pin emittor di berikan resistor 10K sebelum ground. Ketika phototransistor saturasi output berlogika high, tegangan yang masuk pada collector menuju ke resistor sehingga tegangan yang menuju ground kecil yang kemudian akan di inputkan pada Port 2 mikrocontroller yang kemudian di olah menjadi data digital untuk selanjutnya di tampilkan pada LCD 2x16. Kinerja Sistem Keseluruhan Cara kerja pembuatan sistem modul ini yaitu dimulai dengan menghidupkan modul,selanjutnya masukan sampel. Untuk melakukan setting tutup pintu unit terlebih dahulu. Selanjutnya melakukan setting kecepatan. Setelah itu melakukan setting timer dan alat bekerja sesuai dengan settingan yang telah ditentukan. Seminar Tugas Akhir Pengukuran modul menggunakan alat Tachometer di kampus Teknik Elektromedik sebagai kalibrator Dari hasil pengukuran RPM yang dibandingkan dengan alat Tachometer BPFK Surabaya pada setting kecepatan 1000 – 4000 RPM dimana masing - masing pengukuran dilakukan sebanyak 6 kali. Alat ini lebih khusus untuk mengukur kecepatan pada motor guna mengetahui tingkat error pada modul. Pada titik pengukuran 1000 rpm, kinerja alat melebihi kesalahan maksimal yang diijinkan. PENUTUP Kesimpulan Secara menyeluruh penelitian ini dapat disimpulkan bahwa : 1. Dibuatnya Centrifuge yang dilengkapi dengan selonoid sebagai safety lock bekerja dengan baik. 2. Sensor Optocoupler untuk mendeteksi hasil putaran pada motor dapat menampilkan hasil RPMnya pada disply. 3. Ketidakpastian Pengukuran dilaporkan pada Tingkat Kepercayaan 95% dengan faktor cakupan k=2. 4. Pada titik pengukuran 1000 rpm, kinerja alat melebihi kesalahan maksimal yang diijinkan disebabkan pengaturan pada PWM. 6.2. SARAN Juni 2017 Pengembangan dilakukan pada : 1. 2. 3. 4. penelitian ini dapat Mengurangi nilai error pada sensor pendeteksi putaran dengan menggunakan sensor yang lebih sensitive dan lebih linier. Menambah kecepatan RPM. Menambah pemilihan Timer. Menambah grounding pada alat.
