MAKALAH 1. Latar Belakang Usaha kecil di bidang

MAKALAH
1. Latar Belakang
Usaha kecil di bidang makanan ringan semakin berkembang dan terbukti mampu
mengurangi angka pengangguran di Indonesia. Namun, industri skala kecil seperti ini
mengalami banyak sekali permasalahan khususnya dalam proses pembuatan produknya.
Proses produksi biskuit secara manual sering kali kita temukan dalam industri rumah tangga.
Satu-persatu adonan biskuit yang telah diolah dicetak secara bergantian. Cara manual seperti
ini tentunya dapat membuat proses produksi biskuit memakan waktu yang cukup lama.
Melihat dari permasalahan tersebut, maka perlu sekali dibuat alat pencetak biskuit yang dapat
bekerja secara otomatis. Mesin pencetak biskuit ini bekerja sesuai dengan program yang telah
diisikan ke dalam mikrokontrolernya. Adonan biskuit yang telah ada akan dipotong secara
beraturan sesuai dengan program yang sedang dijalankan pada mikrokontroler. Dengan
demikian, maka diharapkan proses produksi biskuit dapat berlangsung secara cepat dan dapat
menambah jumlah biskuit yang diproduksi setiap hari.
2. Permasalahan
Biasanya dalam industri rumah tangga melakukan produksi secara manual, sehingga
jumlah hasil produksi terbatas. Bagamana cara mengganti teknik mencetak biskuit secara
manual yang semua prosesnya dikerjakan oleh tangan manusia dengan teknik mencetak
biskuit oleh mesin dengan cara mencetak adonan yang telah disiapkan dalam cetakan
sebelumnya. Apakah dengan cara ini sebuah mesin dapat menggantikan kerja dari manusia.
3. Batasan Masalah
Berdasarkan permasalahan yang telah diuraikan di atas, batasan masalah dari Tugas
Akhir ini adalah:
a. Bahan adonan biskuit yang digunakan merupakan campuran tepung terigu dan juga
mentega.
b. Proses pencetakan pada prototipe yaitu pencetakan adonan biskuit.
4. Relevansi
Mesin pencetak biskuit merupakan alternatif dalam pencetakan biskuit dalam suatu
usaha kecil dibidang makanan yang sebelumnya dikerjakan oleh tangan manusia secara
keseluruhan diganti dengan sebuah mesin yang diharapkan dapat mengerjakan pemotongan
adonan menjadi biskuit dengan berbagai macam variasi.
5. Dasar Teori
Teori yang digunakan dalam Makalah ini antara lain adalah motor DC, driver motor
DC, motor stepper, sistem minimum ATmega 16, power supply, sistem keypad, sistem LCD,
sensor photodioda.
5.1 Biskuit
Proses pembuatan biskuit relatif mudah. Tepung yang sudah dimasukkan ke dalam
wadah kemudian diberi telur, gula, dan air secukupnya. Setelah diaduk hingga cukup
kental, adonan biskuit kemudian dituang ke dalam loyang yang telah disediakan. Adonan
yang cukup kental itu segera dicetak secara manual, dan ditata di atas Loyang yang lain
untuk dioven. Setelah adonan biskuit cukup keras, bagian sisi biskuit dirapikan.
Selanjutnya, biskuit kering tersebut dimasukkan ke dalam stoples atau tempat
penyimpanan biskuit yang lain. Pada suhu kamar, rata-rata biskuit kering dapat bertahan
selama 1 – 2 bulan.
Pencetakan adonan biskuit kering tidak dapat dilakukan secara sembarangan agar
adonan biskuit tersebut tidak hancur saat dipanggang dalam oven. Setelak dicetak,
adonan biskuit ditata pada loyang dengan jarak satu sama lain yaitu 3 cm, dan diberi sela
20 cm.
Selama beberapa menit dipanggang, adonan biskuit telah mengeras dan siap untuk
dikeluarkan dari oven. Biskuit kering yang sudah matang harus segera dikemas dengan
baik agar kualitas dan rasa biskuit tidak berkurang.
a.
b.
c.
d.
a.
b.
c.
5.2 Motor DC
Motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik
menjadi energi mekanik. Motor DC memerlukan catu tegangan searah pada kumparan
medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Kumparan medan motor disebut stator dan
kumparan jangkar pada motor disebut rotor.
Mekanisme kerja untuk motor DC :
Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya
Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/loop, maka
kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah
yang berlawanan.
Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/torque untuk memutar kumparan.
Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran
yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang
disebut kumparan medan.
Beban pada motor dapat dikatagorikan ke dalam tiga kelompok :
Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi
dengan kecepatan operasinya namun torque-nya tidak bervariasi.
Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi dengan
kecepatan tinggi.
Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang berubah dan
berbanding terbalik dengan kecepatan.
Motor DC memiliki tiga komponen utama:
a. Kutub medan. Secara sederhana digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan
menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang
stasioner dan dinamo yang menggerakkan bearing pada ruang diantara kutub medan.
Motor DC sederhana memilik dua kutub, utara dan selatan.
b. Dinamo. Arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet.
Dinamo yang berbentuk silinder, dihunungkan ke as penggerak untuk menggerakkan
beban.
c. Kommutator. Kegunaannya adalah untuk membalikkan arah arus listrik dalam dinamo.
Kommutator juga membantu dalam transmisi arus antara dinamo dan sumber daya.
Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak
mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur :
a. Tegangan dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan.
b. Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.
5.3 Driver Motor DC
Driver motor DC digunakan sebagai aktuator untuk memberikan penguatan tegangan
dan arus pada motor. Input tegangan 5 Volt 1 ampere mendrive driver motor DC sehingga
tegangan 24 Volt 2 ampere menjalankan motor DC.
Terdapat dua input, input tersebut digunakan untuk mengubah putaran ke kanan dan ke
kiri. Sehingga pada input satu benilai logika nol dan yang satu logika satu untuk satu arah
putaran serta sebaliknya untuk arah putaran balik.
Driver motor DC menggunakan optocoupler pada input agar arus dari motor tidak
kembali dan merusak input yg berupa mikrokontroler.
5.4 Relay
Relay merupakan sakelar yang bekerja berdasarkan prinsip elektro-magnetik yang
terjadi pada kontaktor-kontaktornya. Arus masuk melalui belitan eksitasi (terminal A1 dan
A2). Jangkar akan bergerak dan kontak bekerja. Jika aliran arus pada jangkar terputus, maka
sambungan akan terputus pula.
Relay dan kontaktor bekerja dengan prinsip yang sama. Oleh karena itu Gambar
potongan sakelarnya digambarkan sama. Relay biasanya bekerja dengan daya rendah
(sekitar 1kW, kontaktor bekerja dengan daya yang lebih besar sampai 100 kW.
Relay bekerja dengan tegangan bebas. Ini dimaksudkan relay dapat bekerja dengan
tegangan yang berbeda-beda. Relay banyak digunakan untuk berbagai jenis kontrol,
pengaturan, dan pengecekan, seperti:
a. Relay menunjukkan gambaran antara sinyal dan daya
b. Dapat bekerja dengan tegangan yang berbeda-beda
c. Relay dapat bekerja dengan tegangan DC maupun AC
d. Relay dapat bekerja dengan sinyak-kuadrupel
e. Relay juga dapat bekerja dengan delay sinyal.
Relay tersedia dalam tipe normally-open (terbuka), tertutup, atau sebagai pengubah aliran
arus. Rangkaian kontak atau sambungan sebuah relay sama dengan kontaktor.
a. Belitan untuk arus eksitasi digambarkan sebagai A1 dan A2
b. Relay digambarkan sebagai K1, K2, dan seterusnya.
c. Rangkaian kontak relay digambarkan melalui angka-angka yang terdiri dari dua deret.
Deret pertama merupakan order atau tingkatan, deret kedua merupakan jenis deret
kontak.
5.5 Optocoupler
Optocoupler adalah suatu piranti yang terdiri dari 2 bagian yaitu transmitter dan receiver,
yaitu antara bagian cahaya dengan bagian deteksi sumber cahaya terpisah.
a. Transmitter
Merupakan bagian yang terhubung dengan rangkaian input atau rangkaian kontrol. Pada
bagian ini terdapat LED infra merah yang berfungsi untuk mengirimkan sinyal kepada
receiver.
b. Receiver
Merupakan bagian yang terhubung dengan output atau beban, dan berisi komponen
penerima cahaya dari transmitter. Komponen ini adalah phototransistor. Phototransistor
merupakan komponen elektronika yang berfungsi sebagai dektektor cahaya infra merah.
Detektor cahaya ini mengubah efek cahaya menjadi sinyal listrik, oleh sebab itu
phototransistor termasuk dalam detektor optik. Phototransistor memiliki sambungan
kolektor-basis yang besar dengan cahaya infra merah, karena cahaya ini membangkitkan
pasangan lubang elektron. Dengan diberi prasikap maju, cahaya yang masuk akan
menimbulkan arus pada kolektor.
Dilihat dari penggunaannya, optocoupler biasa digunakan untuk mengisolasi common
rangkaian input dengan common rangkaian output. Sehingga supply tegangan untuk
masing-masing rangakaian tidak saling terbebani dan juga untuk mencegah kerusakan
pada rangkaian kontrol (rangkaian input).
Prinsip kerja dari rangakaian optocoupler di atas adalah:
a. Jika S1 terbuka maka led akan mati, sehingga phototransistor tidak akan bekerja.
b. Jika S1 tertutup maka led akan memancarkan cahaya, sehingga phototransistor akan
bekerja.
c. Jika antara phototransistor dan led terhalang maka phototransistor tersebut akan mati
sehingga output dari kolektor akan berlogika high.
d. Sebaliknya jika antara phototransistor dan led tidak terhalang maka phototransistor
tersebut akan on sehingga output-nya akan berlogika low.
5.6 Sistem Minimum ATMega16
Sistem minimum mikrokontroler adalah rangkaian elektronik minimum yang diperlukan
untuk beroperasinya IC mikrokontroler. Sistem minimum ini kemudian bisa dihubungkan
dengan rangkaian lain untuk menjalankan fungsi tertentu.
ATMega 16 mempunyai empat buah port yang bernama PortA, PortB, PortC, dan PortD.
PortA bisa digunakan menjadi ADC yang memiliki 8 channel, 10-bit ADC. Untuk PortB
biasanya digunakan untuk mendownload program, port untuk ISP terletak pada pin MOSI,
MISO, SCK, reset tepat pada PortB. PortD terdapat komunikasi serial. Serta semua Port bisa
menjadi I/O.
Fasilitas yang ada pada Atmega16 ini antara lain adalah, port sebagai input/output digital.
Sebagai timer counter adalah fasilitas yang digunakan untuk perhitungan pewaktuan, pada
fasilitas ini yang sering digunakan adalah pulse width modulation (PWM). Komunikasi
serial, sehingga dapat langsung dikomunikasikan dengan komputer. Generator clock yaitu
menghasilkan dasar clock untuk pengirim dan penerima.
5.7 Rangkaian Regulator [9]
Rangkaian regulator adalah sebuah alat atau sistem yang berfungsi untuk menyalurkan
listrik atau bentuk energi jenis apapun pada beban atau sekelompok beban. Rangkaian
regulator dapat digunakan sebagai pengganti sumber tenaga listrik baik sebagai sumber
utama atau cadangan. Rangkaian regulator mengubah bentuk listrik dari sumber AC
menjadi tegangan DC.
Rangkaian regulator memiliki rangkaian utama yang disebut dengan rectifier
(penyearah), yang berfungsi untuk mengubah sinyal AC menjadi DC. Jenis-jenis penyearah
yaitu :
a. Penyearah setengah gelombang (half wave rectifier)
Pada penyearah ini gelombang sinus pada sumber hanya dilewatkan separuh saja yaitu
pada saat anoda dioda mendapat sinyal positif, namun jika sinyal yang diterima anoda
negatif maka dioda akan off. Hal ini dikarenakan dioda hanya akan aktif jika anodanya
lebih positif dari katoda.
Gambar 2.10 Gelombang Half Wave
b. Penyearah gelombang penuh (full wave rectifier)
Pada penyearah ini gelombang keluaran lebih sempurna namun masih terdapat riak
(ripple). Prinsip kerja dari penyearah ini adalah pada setengah siklus positif pertama
dioda pertama akan aktif dan melewatkan sinyal tersebut, sedangkan dioda kedua akan
aktif pada saat setengah sinyal kedua, sehingga dioda bekerja secara bergantian.
Gambar 2.11 Gelombang Full Wave
2.8 Sensor Infra Merah
Sensor infra merah sudah sering digunakan sebagai media untuk komunikasi data
antara dua komponen komunikasi, yaitu transmitter dan receiver. Sistem sensor infra
merah akan bekerja apabila sinar infra merah yang dipancarkan oleh pemancar terhalang
oleh suatu benda yang mengakibatkan sinar infra merah tersebut tidak dapat terdeteksi
oleh penerima. Keuntungan atau manfaat dari sistem ini dalam penerapannya antara lain
sebagai pengendali jarak jauh, alarm keamanan, otomatisasi pada sistem. Pemancar pada
sistem ini terdiri atas sebuah LED infra merah yang dilengkapi dengan rangkaian yang
mampu membangkitkan data untuk dikirimkan melalui sinar infra merah, sedangkan
pada bagian penerima biasanya terdapat phototransistor, photodioda, atau infrared modul
yang berfungsi untuk menerima sinar infra merah yang dikirim oleh pemancar.
6. Perancangan Elektronika
Di bawah ini merupakan gambar blok diagram keseluruhan dari sistem yang kami buat.
Power supply sebagai pencatu tegangan untuk se mua komponon dapat bekerja. Mesin
bekerja ketika terdapat input pada keypad yang berupa jumlah cetakan yang akan dilakukan,
atau menekan tombol start dengan otomatis akan menjalankan sistem. Keseluruhan kerja alat
akan ditampilakan pada LCD, sehingga akan diketahui proses apa yang sedang berjalan
dengan melihat pada LCD. Terdapat dua sensor infra merah yang pertama digunakan untuk
proses pemotongan biskuit dan sensor infra merah yang kedua digunakan untuk
menghentikan konveyor, yang menandakan satu proses pencetakan selesai.
Keypad digunakan untuk memberi input jumlah cetak yang akan diproses, dengan input
dari keypad mikrokontroler mengaktifkan driver motor DC untuk menjalankan motor
konveyor. Konveyor membawa cetakan biskuit, ketika sensor infra merah mendeteksi
cetakan, mikrokontroler menerima data yang berbeda dari sensor infra merah sehingga
mematikan motor konveyor. Dengan berhentinya konveyor, mikrokontroler mengaktifkan
motor pemotong untuk proses pemotongan biskuit, setelah proses pemotongan biskuit selesai
dan ketika sensor pada pemotong mendeteksi posisi pemotong. Mikrokontroler mematikan
motor pemotong dan mengaktifkan motor konveyor sampai sensor cetakan mendeteksi
cetakan kembali. Setelah sensor mendeteksi kembali maka proses berulang seperti
sebelumnya sampai lima kali proses pemotongan. Setelah proses pemotongan kelima selesai,
konveyor akan membawa cetakan sampai sensor terakhir mendeteksi adanya cetakan dan
menghentikan proses.
6.1 Rangkaian Regulator
Rangkaian Regulator ini berfungsi menyediakan tegangan DC untuk keseluruhan
rangkaian yang akan digunakan pada mesin cetak batu b ata. Rangkaian Regulator
mengubah tegangan AC 220 Volt menjadi tegangan DC. Realisasi rangkaian diawali
dengan mendesain rangkaian regulator itu sendiri dengan mempertimbangkan kebutuhan
rangkaian sistem minimum ATMega16, dan optocoupler pada driver motor DC yang
memerlukan tegangan +5 Volt dan untuk motor DC memerlukan tegangan +24 Volt.
Untuk mendapatkan tegangan tersebut digunakan IC regulator LM 7805, dan LM 7824.
Pada keluaran IC regulator ditambahkan penguat arus menggunakan TIP 3055 untuk
supply motor DC yang digunakan.
Tegangan AC diturunkan dengan menggunakan trafo step down tipe CT, output dari
trafo disearahkan dengan menggunakan dioda untuk menghasilkan tegangan DC. Hasil
penyearahan dioda difilter oleh kapasitor sebesar 4700 µF, kemudian dimasukan ke IC
regulator untuk mendapatkan besar tegangan yang diinginkan, dari IC regulator difilter
kembali dengan menggunakan kapasitor sebesr 220 µF.
Secara lengkap rangkaian rangkaian regulator tersebut dapat dilihat pada gambar di
bawah ini. Di bawah ini adalah rangkaian regulator dengan output tegangan sebesar +5
Volt dan +24 Volt.
Rangkaian rangkaian regulator +24 Volt yang digunakan untuk catu daya motor DC.
6.2 Driver Motor DC
Rangkaian driver motor DC ini berfungsi untuk menjalankan motor DC dengan
tegangan motor 24 Volt menggunakan tegangan input 5 Volt yang dikendalikan oleh
mikrokontroler. Untuk memisahkan antara mikrokontroler dengan tegangan 24 Volt
diperlukan isolating berupa optocoupler. Antara tegangan kecil dan tegangan besar
dipisahkan dengan kendali cahaya.
Pada driver motor DC ini menggunakan dua buah jenis transistor yaitu dua buah
transistor Mosfet IRFZ44N. Rangkaian di atas menggunakan optocoupler yang berfungsi
untuk mengamankan kontrol input dari mikrokontroler agar tidak rusak. Input data dari
mikrokontroler harus bernilai low/nol agar led pada optocoupler menyala, ketika led
menyala maka tegangan input pada kolektor akan mengalir ke emitter sebagai output
optocoupler. Output optocoupler tersebut akan mengaktifkan transistor Mosfet IRFZ44N
yang digunakan men-drive motor, dengan demikian motor akan berjalan ke satu arah
putaran dengan tegangan sebesar +24 Volt.
6.3 Sistem Minimum ATMega16
Sistem minimum mikrokontroler ATMega16 merupakan salah satu rangkaian
elektronika yang sangat penting dalam sistem alat, karena semua sistem akan dijalankan
oleh mikrokontroler dengan menggunakan program yang diprogram melalui
CodeVisionAVR V2.03.9. Input yang diberikan pada mikrokontroler akan menghasilkan
output dari mikrokontroler tersebut yang digunakan untuk menjalankan semua proses
kerja alat.
Pada rangkaian mikrokontroler akan aktif ketika switch on dinyalakan. Pada
rangkaian di atas tersebut terdapat tombol reset yang digunakan untuk me-reset
mikrokontroler atau dengan kata lain me-reset program yang sedang berjalan pada
mikrokontroler. ATMega16 ini akan reset ketika pin 9 atau pin reset di beri nilai logika
low/nol. Pada pin reset juga terhubung kapasitor dengan GND, kapasitor tersebut
memiliki fungsi untuk me-reset mikrokontroler ketika awal baru dinyalakan, ketika
tegangan pada kapasitor penuh maka secara otomatis mikrokontroler tidak akan reset lagi
sampai tombol reset ditekan.
Sensor yang digunakan pada mesin cetak biskuit ini adalah sensor infra merah yang
menjadi input data ke mikrokontroler untuk menghentikan konveyor dan pemotong. Data
dari sensor infra merah masuk pada pin ADC mikrokontroler, hal ini digunakan untuk
mengubah data analog sensor menjadi digital.
6.4 Sensor Infra Merah
Pada mesin ini terdapat tiga sensor inframerah. Sensor 1 merupakan sensor
pendeteksian ada tidaknya cetakan dibawah pemotong. Sensor 2 merupakan sensor
pendeteksi putaran 1800 pada pemotong. Sensor 3 merupakan sensor pendeteksi cetakan
telah sampai pada ujung konveyor. Cetakan dibawa oleh konveyor untuk proses
pemotongan, ketika sensor infra merah mendeteksi cetakan atau sensor 1, maka proses
pemotongan akan mulai berjalan sampai cetakan selesei proses pemotongan. Ketika
cetakan telah melawati pemotongan akan terdeteksi sensor infra merah yang kedua
sehingga akan menghentikan konveyor sampai cetakan diangkat.
Prinsip kerja sensor infra merah yaitu bila photodioda terkena sinar inframerah maka
arus bocor yang melewati photodioda sangat kecil sehingga teganan output akan
bertambah secaar linier berdasarkan tingkat penambahan cahaya. Tegangan ini yang
akan digunakan sebagai input mikrokontroler melalui pin ADC untuk melakukan proses
kerja yang dibutuhkan.
7. Kesimpulan
Dari Tugas Akhir yang telah dilakukan dan telah dibuat, dapat ditarik beberapa
kesimpulan.
1. Penggunaan sensor fotodioda dengan infra merah setelah masing-masing diberi input
5 Volt dan diberi halangan, maka keluaran dari sensor tersebut hanya berkisar antara
1.7-2.7 Volt.
2. Penggunaan PWM pada relay, ternyata cukup berpengaruh pada respon pergerakan
relay.
3. Nilai tegangan output dari regulator cenderung sedikit berubah ketika diberi beban.
8. Saran
Dalam pembuatan rangkaian elektronika sebaiknya melakukan pengecekan masingmasing komponen sebelum mencobanya secara kesesluruhan.. Kesalahan pada salah satu
komponen, bisa berpengaruh pada semua alat yang telah dibuat.
Dalam menggunakan driver relay, sebaiknya memberikan catu daya yang baik. Apabila
catu daya atau power supply kurang baik maka dapat menimbulkan short circuit pada
rangkaian power supply ataupun pada relay.
Dalam membuat sistem minimum, sebaiknya dilengkapi rangkaian ADC agar dapat
membaca output dari sensor fotodioda dan infra merah.
Penggunaan belt konveyor serta roller penggerak konveyor harus tepat, agar tidak terjadi
selip ketika belt digerakkan dan diberi beban.
DAFTAR PUSTAKA
[1]. Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, Gramedia, Jakarta, 1988.
[2]. ..........,
Pedoman
Efisiensi
Energi
untuk
Industri
di
Asia,
www.energyefficiencyasia.org, Asia, 2006.
[3]. Jaenal, Optocoupler, http://jaenal91.wordpress.com/2009/04/ 03/ optocoupler, Jakarta,
2009.
[4]. Zalfikar, Inzar, Minimum System Mikrokontroler ATmega16, http://keepelka.blogspot.com/2009/08/minimum-system-mikrokontroller-atmega16,
Jakarta,
2009.
[5]. Prabowo, Toni, Fungsi dari ke 40 Pin IC Mikrokontroler ATmega, http://tonxonline.blogspot.com/2010/03/fungsi-dari-ke-40-pin-ic, Jakarta, 2010.
[6]. Budiharto, Widodo, Panduan Praktikum Mikrokontroler AVR ATmega16, Elex Media
Koputindo, Jakarta, 2008.
[7]. ………., Power Supply, http://www.scribd.com/doc/13853572/ Power-Supply,
Jakarta, 2008
[8]. Khairi,
Ikhwanul,
Prinsip
Kerja
Photodioda,
http://ikhwanpcr.blogspot.com/2009/12/prinsip-kerja- photodioda. html, Riau, 2009.
[9]. Rachmad Setiawan, Diktat Kuliah Mikrokontroller - ITS.
[10]. Bejo, Agus. C dan AVR Rahasia kemudahan Bahasa C dalam Mikrokontroler
ATMega 8535. Graha Ilmu. Yogyakarta, 2008.
[11]. Andrianto, Heri, Pemrograman Mikrokontroler AVR ATmega16, Penerbit Informatika,
Bandung, 2008.