bab iii analisa dan perancangan

BAB III
ANALISA DAN PERANCANGAN
III.1. Analisa Masalah
Dalam perancangan dan implementasi alat perajang dan penggorengan kentang otomatis
berbasis
mikrokontrolermenggunakan
beberapa
metode
rancang
bangun
yang
pembuatannyaterdapat beberapa masalah yang harus dipecahkan. Permasalahan-permasalahan
tersebut antara lain :
a. Perajang kentang
Masalah awal dalam perancangan alat perajang kentang, dimana sebuah kentang harus
masuk satu persatu untuk dirajang persegi empat memanjang.
b. Tingkat kematangan kentang
Masalah yang kedua yaitu dalam proses penggoreng kentang yang sudah dirajang harus
benar – benar matang atau layak dikonsumsi.
c. Pemindahan kentang dari tempat perajangan ke tempat penggorengan
Masalah yang terakhir proses pemindahan kentang harus tepat pada posisi baik pada
posisi penampung kentang yang sudah dirajang maupun tempat penggoreng(wajan). Pergerakkan
tersebut menggunakan motordc yang di kontrol oleh IC untuk menentukan posisi yang sudah di
tentukan.
III.2. Strategi Pemecahan Masalah
Ada beberapa permasalahan yang terjadi dalam perancangan dan implementasi alat
perajang dan penggorengan kentang otomatis berbasis mikrokontroler, maka dibutuhkan solusi
atau pemecahan masalah, antara lain:
1. Dengan merancang mata pisau secara vertikal dan horizontal secara sejajar maja kita
dapat merajang kentang yang berukuran persegi empat memanjang dan dengan
dilengkapi sebuah motor penggerak kita dapat mengorong kentang kearah mata pisau.
2. Dengan memanfaatkan sensor suhu lm35 kita bias mengetahui suhu dari minyak yang di
panaskan oleh kompor.
III.3. Identifikasi Kebutuhan
Adapun identifikasi kebutuhan dari simulasi perancangan dan implementasi alat perajang
dan penggorengan kentang otomatis berbasis mikrokontroleryang akan dirancang yaituanalisis
kebutuhan softwaredan analisis kebutuhan hardware.
III.3.1 Kebutuhan Perangkat Keras (Hardware) yang Digunakan
Dalam perancangan dan implementasi alat perajang dan penggorengan kentang otomatis
berbasis mikrokontroler, membutuhkan perangkat keras (hardware) yang mempunyai spesifikasi
minimal sebagai berikut:
1.
LaptopProccessor Intel Core I3.
2.
Memory2.00GB
3.
Harddisk500GB
4.
Monitor dengan resolusi 1366 x 768pixel.
III.3.2 Kebutuhan Desain yang Digunakan
Adapun kebutuhan perangkat antara lain :
1. Kompor listrik 700 Watt.
2. Pisau perajang
3. Motor DC
4. kabel pelangi
5. Sensor Suhu LM35
6. Alummunium
7. Acrilic
8. Lem
9. Solder
10. Timah
11. Papan PCB
12. Buzzer
13. Beberapa baut dan mur
14. LCD 16 x 2
15. Limit
III.3.3 Kebutuhan Perangkat Lunak (Software) yang Digunakan
Adapun perangkat lunak (software) yang dibutuhkan dalam perancangan dan
implementasi alat perajang dan penggorengan kentang otomatis berbasis mikrokontroler,
membutuhkan dalam pembuatan program pada sistem operasi MS-Windows2000/XP/Vista/7.
Dan dalam perancangan ini juga menggunakan aplikasi CodeVision AVR adalah program C
compiler berbasis windows untuk mikrokontroler keluarga AVR.
III.4. Diagram Blok Rangkaian
Secara garis besar, perancangan dan implementasi alat perajang dan penggorengan
kentang otomatis berbasis mikrokontrolerini terdiri dari sensor suhu LM35, Driver motor,
Kompor listrik, motorDC, LCD 16x2, minimum sistem Mikrokontroler ATMega8535.
Diagram blok dari simulasi perancangan dan implementasi alat perajang dan
penggorengan kentang otomatis berbasis mikrokontrolerditunjukkan pada gambar III.1.
BUZZER
Sensor suhu
LCD 16x2
LIMIT
Driver Motor
TOMBOL
ATmega
8535
Motor CD
Perajang
MotorDC
untuk memindahkan
kentang yang sudah
dirajang dan yang
sudah di goreng
Gambar III.1. Diagram Blok Rangkaian
1. Minimum sistem ATMega8535 merupakan pusat kendali dari seluruh rangkaian
2. Sensor Suhu LM35 berfungsi sebagai pengukur Suhu pada minyak goreng.
3. Tombol berfung untuk Start alat.
4. Buzzer berfung sebagai memberi tanda kentang sudah selesai di goring.
5. Deriver motor yang di pasang berfungsi untuk mengatur laju kecepatan potaran motor hal
tersebut digunakan untuk keakuratan posisi penampung maupun pada saat menggoreng.
6. Limit digunakan untuk mengintruksikan pada atmega dimana posisi penampung kentang.
7. LCD 16x2 sebagai tampilan media data secara hardware.
III.5. Sensor Suhu LM35
Sensor suhu IC LM 35 merupkan chip IC produksi Natioanal Semiconductor yang
berfungsi untuk mengetahui temperature suatu objek atau ruangan dalam bentuk besaran elektrik,
atau dapat juga di definisikan sebagai komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah
perubahan temperature yang diterima dalam perubahan besaran elektrik. Sensor suhu IC LM35
dapat mengubah perubahan temperature menjadi perubahan tegangan pada bagian outputnya.
Sensor suhu IC LM35 membutuhkan sumber tegangan DC +5 volt dan konsumsi arus DC
sebesar 60 µA dalam beroperasi.Bentuk fisik sensor suhu LM 35merupakan chip IC dengan
kemasan yang berfariasi. Bentuk fisik sensor LM35
bisa dilihat pada gambar.III.2.
Gambar III.2. Bentuk Fisik Sensor LM35
Sumber : (http://elektronika-dasar.web.id/sensor-suhu-ic-lm35/)
Dari gambar diatas dapat diketahui bahwa sensor suhu IC LM35 pada dasarnya memiliki 3 pin
yang berfungsi sebagai sumber supply tegangan DC +5 volt, sebagai pin output hasil
penginderaan dalam bentuk perubahan tegangan DC pada
Vout dan pin untuk Ground.
Karakteristik Sensor suhu IC LM35 adalah : Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor
skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam
celcius. Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC seperti terlihat
pada gambar 2.2. Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.
Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.
Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara
diam. Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA. Memiliki
ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC. Sensor suhu IC LM35 memiliki keakuratan tinggi dan
mudah dalam perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, sensor suhu LM35
juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat
dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kontrol khusus serta tidak memerlukan seting
tambahan karena output dari sensor suhu LM35 memiliki karakter yang linier dengan perubahan
10mV/°C. Sensor suhu LM35 memiliki jangkauan pengukuran -55ºC hingga +150ºC dengan
akurasi ±0.5ºC. Tegangan output sensor suhu IC LM35 dapat diformulasikan sebagai berikut :
Vout LM35 = Temperature º x 10 mV Sensor suhu IC LM 35 terdapat dalam beberapa varian
sebagai berikut : LM35, LM35A memiliki range pengukuran temperature -55ºC hingga +150ºC.
LM35C, LM35CA memiliki range pengukuran temperature -40ºC hingga +110ºC. LM35D
memiliki range pengukuran temperature 0ºC hingga +100ºC. LM35 Kelebihan dari sensor suhu
IC LM35 antara lain : Rentang suhu yang jauh, antara -55 sampai +150ºC Low self-heating,
sebesar 0.08 ºC Beroperasi pada tegangan 4 sampai 30 V Rangkaian menjadi sederhana Tidak
memerlukan pengkondisian sinyal.
III.6. Deriver Motor
Driver motor merupakan suatu rangkaian khusus yang memiliki fungsi untuk mengatur
arah ataupun kecepatan pada motor DC. Perlunya rangkaian driver motor ini dikarenakan pada
umumnya suatu motor DC membutuhkan arus lebih dari 250mA untuk beberapa IC contohnya
NE555, ATMEGA 16 dan IC seri 74 tidak bisa memberikan arus lebih dari nilai tersebut. Jika
motor langsung dihubungkan ke IC, maka hal ini akan menyebabkan kerusakan pada IC tersebut.
Beberapa contoh driver motor yang akan dibahas yaitu tipe IC : L298D & L293D,
tipe transistor : BJT dan MOSFET dan relay.
III.6.1 Prinsip Kerja Driver Motor
Bentuk rangkaian driver motor yang umum digunakan yaitu H-Bridge. Berbentuk seperti
huruf H yang memiliki perbedaan fungsi di setiap sisinya. Prinsip sederhana dari pergerakan
rangkaian driver motor DC ini bias dilihat pada gambar III.3.
Gambar III.3. Prinsip kerja Driver Motor
Sumber :(http://www.geyosoft.com/2014/merancang-driver-motor-dc)
Pada gambar III.3 driver motor yang digunakan yaitu Transistor Bipolar (BJT). Motor
akan bergerak forward atau searah jarum jam apabila transistor pada sebelah kiri atas dan kanan
bawah aktif (high) serta transistor kiri bawah dan kanan atas tidak aktif (low). Pada kondisi ini
kutub positif pada motor DC mendapatkan tegangan sumber dan kutub negatifnya terhubung
dengan ground sehingga ada perbedaan potensial yang menyebabkan motor berputar. Untuk
pergerakan berlawanan jarum jam (reverse) kebalikan dari seluruh kondisi pada keadaan
forward.
III.7. Perancangan MinimumSistem Mikrokontroler ATMEGA8535
Rangkaian ini berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh sistem yang ada. Komponen
utama dari rangkaian ini adalah IC mikrokontrolerATMega8535. Dalam IC mikrokontroler
ATMega8535 terdapat rangkaian ADC yang dapat mengkonversi data-data analog menjadi datadata digital. IC mikrokontroler ATMega8535 ini juga memiliki kapasitas memori yang cukup
besar. Pada IC inilah semua program diisikan, sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan
yang dikehendaki.Mikrokontroler memiliki 4 port I/O dengan data yang berbeda-beda, yaitu port
A (PA0…PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan catu ADC, Port B (PB0…PB7)
merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus yaitu Timer/Counter, komparator analog, dan
SPI, Port C (PC0…PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus TWI, komparator
analog dan Timer Oscillator, Port D (PD0…PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin
fungsikhusus yaitu komparator analog, Interupsi ekternal, dan komunikasi serial. Pin 9
digunakan untuk reset yang dihubungkan dengan pin 10 (VCC). XTAL1 dan XTAL2 (pin 12 dan
13) merupakan pin masukan clock internel, nilai Kristal akan mempengaruhi kecepatan
Mikrokontroler dalam mengeksekusi suatu perintah tertentu. Pin 10 dihubungkan dengan VCC
5Volt dan pin 11 di ground.
Pada pin 9 dihubungkan dengan sebuah kapasitor 22 uF yang dihubungkan ke positif dan
sebuah resistor 10 Kohm yang dihubungkan ke ground. Keduan komponen ini berfungsiagar
program pada mikrokontroler dijalankan beberapa saat setelah power aktif.
Pada umumnya,mikrokontroler membutuhkan tiga elemen utama yaitu power supply,
kristal osilator (XTAL), dan reset. Analogi fungsi kristal osilator (clock) yaitu untuk memompa
data. Fungsi rangkaian RESET adalah untuk membuat mikrokontroler memulai kembali
pembacaan program dengan kondisi aktif low atau ketika diberi logika 0. Hal tersebut
dibutuhkan pada saat mikrokontroler mengalami gangguan dalam eksekusi program.
Sistem kendali yang digunakan pada pembuatan alat ini adalah mikrokontroler jenis
ATMega8535 dengan dilengkapi 40 port yang bisa digunakan sebagai input maupun output.
Mikrokontroler jenis ATMega8535 memiliki fitur ADC dan PWM.
Rangkaianminimumsistem Mikrokontroler ATMega8535 dapat dilihat pada gambar III.4
:
Gambar III.4. SkematikMiminumSystem Mikrokontroler ATMega8535
Tersedia 4 bagian besar PORT pada mikrokontroler ATMega8535 yaituPORTA (0-7),
PORTB (0-7), PORTC (0-7), dan PORTD (0-7). Pada tabel III.4dapat dilihat konfigurasi pin
yang digunakan :
Tabel III.1. Konfigurasi Pin Pada ATMega8535
Nama Pin
No.Pin Fungsi
Keterangan
XCK/T0 (PORTB.0)
1
Output
LCD(RS)
T1 (PORTB.1)
2
Output
LCD(RW)
INT2/AIN0(PORTB.2)
3
Output
LCD(E)
OC0/AIN1(PORTB.3)
4
Output
LCD(DB4)
SS (PORTB.4)
5
Output
LCD(DB5)
MOSI (PORTB.5)
6
Output
LCD(DB6)
MISO (PORTB.6)
7
Output
LCD(DB7)
SCK (PORTB.7)
8
Input
Tombol Start
ADC4 (PORTA.0)
40
Input
SENSOR Suhu LM35
OC1B (PORTD.4)
18
Output
PWM Driver Motor
OC1A (PORTD.5)
19
Output
PWM Driver Motor
INT1(PORTD.3)
17
Output
Driver Motor
ICP1(PORTD.6)
20
Output
Driver Motor
RXD(PORTD.0)
14
Output
Rilay
Tabel III.1. Konfigurasi Pin Pada ATMega8535
Nama Pin
TXD(PORTD.1)
No.Pin Fungsi
15
Output
Keterangan
Rilay
III.8. Perancangan rangkaian Downloader
Perancangan sistem pengendalian listrik secara bergantian menggunakan metode random
bersyaratini akan menggunakan downloader untuk memasukkan data program dari komputer ke
mikrokontroler ATMega8535. AVR USB
Downloader memiliki interface USB untuk
memudahkan dalam memprogram mikrokontroler melalui laptop menggunakan portparalel
sebagai downloadernya.
Downloader ini menggunakan USB sebagai penghubungnya.Ini merupakan rangkaian
USBasp downloader yang berfungsi untuk memasukkan program ke rangkaian minimum sistem
ATMega8535. Rangkaian downloaderdapat dilihat pada gambar III.4.
Gambar III.5. Skematik USB Downloader
Sumber : http://www.fischl.de/usbasp
Rangkaian ini menggunakan chip ATMEGA8 yang diprogram khusus sebagai media
untuk memasukkan data file.hexyang akan disikan ke mikrokontroler ATMega8535.
III.9. Flowchart
Agar dapat melihat struktur jalannya program maka dibuat flowchart (diagram alur).
Flowchart digunakan sebagai dasar acuan dalam membuat program. Struktur program akan lebih
mudah dibuat atau didesain.Selain itu juga jika terdapat kesalahan akan lebih mudah untuk
mendeteksi letak kesalahannya serta untuk lebih memudahkan dalam menambahkan instruksiinstruksi baru pada program jika nantinya terjadi pengembangan pada struktur programnya.
Gambar III.6.Flowchart hardware
III.10. Algoritma Flowchart hardware
1. Start.
2. Inisialisasi Perangkat, ini dimaksudkan apakah perangkat sudah terpasang dengan benar
sesuai dengan skematik rangkaian.
3. Hidupkan perangkat, dengan memberikan tegangan pada rangkaian dan mulai memanaskan
kompor.
4. Masukkaan kentang pada penampung untuk nantinya akan secara otomatis dirajang
berukuran persegi4 memanjanag.
5. Proses selanjutnya adalah melakukan pemberian data input dari tombol .
6. Mikrokontroler akan mendeteksi data dari inputanlalu motor akan bekerja setelah kentang
sudah pada posisi yang sebenarnya untuk dirajang.
7. Setelah proses perajangan pada kentang, penampung kentang akan menunggu sampai minyak
yang sudah di panaskan benar pada suhu yang sudah di tetapkan.
8. Pada lcd 16*2 akan selalu menampilkan kondisi pada suhu minyak goreng.
9. Jika sensor suhu > 80 % maka motor penampung kentang akan bergerak pada posisi yang
sebenarnya untuk memasukkan kentang ke dalam penggorengan.
10. Jika kentang sudah matang penampung kentang akan memindahkan ke tempat penirisan
untuk kengurangi kadar minyak pada kentang.
11. Perangkat akan berada pada posisi standbyatau posisi dimana perangkat terus menerus
membaca data inputan tombol hingga terjadi perubahan data.
12. Finish