BAB 3 PERANCANGAN SISTEM

BAB 3
PERANCANGAN SISTEM
Pengaturan Temperatur dan Kelembapan merupakan hal yang sangat penting
dalam perancangan dan pengelolahan mesin tetas telur otomatis . Karena itu
perancanganya meliputih pengontrolan temperatur dan kelembapan yang memperhatikan
faktor – faktor yang berkaitan dalam penggunakan alat tetas otomatis.
Pemilihan Sensor dan microcontroller dalam perancangan alat ini memberikan
pengaruh yang cukup besar terhadapat kualitas alat. Sensor kelembapan HSM -20G dan
temperature LM 35 memiliki banyak kelebihan dan kemudahan dalam penggunaannya
yang membuatnya menjadi pilihan yang tepat untuk aplikasi ini. Pemilihan
microcontroller yang menjadi otak dari kontrol ini penulis memilih ATmega16 yang
memiliki beberapa fitur yang sudah disertakan didalamnya seperti ADC yang tidak
ditemui di M CS-51.
Awal perancangan alat yang penulis buat ini memilik tiga inputan yaitu sensor ,
webcam dan pushbuttom , dan juga memiliki output berupa LCD, monitor , heater,
water heater . Untuk heater penulis gunakan lampu pijar 3 buah 40W dan 1 lampuh 5W
juga menggunakan
water heater untuk memunculkan kelembapanya . Kemudian
penulis juga menggunakan webcam yang berguna untuk memantau keadaan didalam
incubator pada saat telur akan menetas dengan pencahayaan yang berasal dari lampu
heater
43 44 3.1 Rancangan Perangkat Keras
Dalam perancangan mesin penetas, penulis melakukan analisa terlebih dahulu
terhadap sistem mesin penetas yang sudah ada, berikut adalah tabel perbandingan antara
mesin penetas yang sudah ada dan mesin penetas yang penulis rancang.
Sistem yang
Sistem yang Ada
Keterangan
Dirancang
LM 35 lebih ekonomis, serta
sudah cukup untuk bekerja di
Sensor Suhu
PTC
LM 35
kondisi mesin penetas(25400C)
HSM -20G lebih ekonomis,
serta sudah cukup untuk
Sensor
808H5V5
HSM -20G
bekerja di kondisi mesin
Kelembapan
penetas(25-400C)
Elemen pemanas cukup sulit
untuk diganti bila rusak serta
Pemanas
Elemen Pemanas
Bola Lampu
memakan daya yang lebih
besar
Pemanas air lebih mudah
Pelembap
Penyemprot air
Pemanas Air
didapatkan serta menimbulkan
uap yang cenderung mengisi
45 ruang dibandingkan dengan
embun yang cenderung jatuh
ke bawah
M otor servo dapat langsung
Pemutar
dikontrol melalui
M otor Stepper
M otor Servo
Telur
microcontroller tanpa
membutuhkan driver khusus
Setpoint yang dinamis
memungkinkan untuk
Setpoint
Statis
Bisa Diatur
melakukan pengeraman unggas
lainnya
Fitur tambahan yang belum
Perekam
Tidak Ada
Perekam Suhu,
ada, ditambahkan untuk
kelembaban dan
memungkinkan pengamatan
video
lebih lanjut terhadap proses
penetasan
Tabel. 3.1 Perbandingan dengan Sistem yang Ada
46 M esin Penetas telur otomatis ini dibuat menurut bagian - perbagian. Setelah
masing-masing bagian dibuat, maka langkah selanjutnya bagian-bagian tersebut disusun
menjadi satu unit berdasarkan fungsinya.
Diagram blok merupakan gambaraan dasar dari rangkaian sistem yang akan
dirancang. Setiap diagram blok mempunyai fungsi masing-masing. Adapun diagram
blok dari sistem yang akan dirancang adalah sebagai berikut:
LCD Pengerak telur Sensor suhu Mikrocontroler Blower (kipas) Pemanas incubator (heater) Sensor kelembapan PC Push button monitor Kelembapan (humidifier) Webcam Gambar 3.1 Block Diagram System
Sistem utama pada mesin penetas telur otomatis ini diatur oleh mikrokontroler.
Input mikrokontroler ini diperoleh dari sensor LM 35 yang berfungsi sebagai sensor
suhu sedangkan untuk kelembapan penulis menggunakan sensor H SM -20G untuk
mendapatkan nilai suhu dan kelembaban. Data dari sensor tersebut akan ditampilkan
nilainya pada LCD dan monitor.
47 Ketika suhu terlalu tinggi, maka lampu ( heater) akan mati , sedangkan jika suhu
lebih rendah dari nilai yang telah ditentukan untuk suhu didalam inkubator maka lampu
( heater) akan hidup. Disamping itu water heater
dihidupukan untuk menjaga
kelembaban telur agar telur tidak kering dan keras karena bisa menghambat dalam
penetasan telur ayam. Jika kelembaban terlalu tinggi dari yang ditentukan, maka water
heater akan mati untuk menurunkan tingkat kelembaban dan jika kelembaban kurang
water heater akan menyala kembali , setiap delapan jam motor servo akan berputar
sebanyak 18o setiap delapan jam sekali. untuk kipas akan secara otomatis bekerja
setiap lima menit sekali selama dua puluh detik untuk perputaran udarah di dalam
mesin penetas telur.
block diagram diatas terdapat beberapa sensor yang penulis gunakan untuk mengukur
suhu dan kelembapan juga terdapat beberapa fitur – fitur :
•
Terdapat LCD yang berfungsi untuk menampilkan nilai kelembapan ,suhu, dan
hari didalam inkubarot dengan ketelitian 1 anggka dibelakang koma
•
Kapasitas maksimal isi didalam incubator adalah 20 telur
•
M ampu mempertahankan suhu dan kelembapan
didalam incubator sesuai
dengan nilai yang telah ditentukan user
•
Terdapat webcam pengawas yang berfungsi untuk memantau keadaan didalam
inkubator saat menjelang penetasan telur
48 •
Terdapat pemutar telur yang berfungsi untuk mencega agar embrio didalam telur
tidak lengket dengan kulit
•
Kipas untuk sirkulasi udara
3.1.1 S pesifikasi Mesin Penetas Otomatis
M otor penggerak : M otor servo
Gambar 3.2 Pergerakan M otor Servo
Dimensi : P = 35cm, L = 30 cm.
78cm 29cm Gambar 3.3 Rancangan M esin Tetas
49 Pemanas : lampu
Kapasitas telur : 20 butir telur
78cm 29cm Gambar 3.3 Posisi lampu di M esin tetas
3.1.2 Modul Pengontrol
Penulis membuat rangkaian untuk microcontroller, voltage regulator,
LCD, Serial, sensor, dan motor menjadi satu modul pengontrol. Berikut
adalah gambar skematik dari rangkaian modul pengontrol :
Gambar 3.4 Skematik M odul Pengontrol
50 Penjelasan yang lebih mendalam mengenai tiap bagian dari modul
pengontrol akan dijelaskan di sub-bab berikut.
3.1.2.1 Modul Microcontroller
Microcontroller
ATM ega16
produksi
Atmel
merupakan
microcontroller yang sudah memiliki banyak fitur terintegrasi
didalamnya. Selain itu microcontroller ini juga mudah ditemui
dipasaran dengan harga yang terjangkau. Karena pertimbangan
tersebut maka penulis memilih untuk menggunakan microcontroller
ATM ega16 sebagai inti dari mesin penetas telur ini. Sebagai
sumber
clock
untuk
ATM ega16,
penulis
memilih
untuk
menyandingkan microcontroller ATM ega16 dengan external clock
sebesar 11.0592 M Hz dengan tujuan nilai clock tersebut akan
memberikan nilai kesalahan yang kecil ketika digunakan dalam
transmisi serial. Untuk mengatur tegangan referensi bagi ADC
internal, penulis menyertakan sebuah trimmer potensio yang
dihubungkan pada pin AREF microcontroller. Berikut adalah
gambar dari skematik modul microcontroller:
51 Gambar 3.4 Skematik M odul Microcontroller
3.1.2.2 Modul Sensor
M odul sensor ini terdapat dua sensor yaitu Sensor suhu LM 35 dan
HSM -20G adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi
untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk
tegangan. LM 35 memiliki sudah dikalibrasi dari pabrik, tidak
membutuhkan rangkaian yang rumit dalam penggunaannya serta
mudah didapatkan dengan harga yang terjangkau. Sensor ini hanya
membutuhkan 60 micro Ampere untuk beroperasi dan mempunyai
akurasi 0.50C dengan kemampuan untuk bekerja pada suhu -550C
hingga 1500C. Selain itu, dimodul ini juga terdapat sensor
kelembapan HSM -20G yang berfungsi untuk membaca kelembapan
yang ada didalam inkubator, kelebihan dari sensor ini adalah ouput
yang dihasilkan berupa tegangan. Didalam sensor HSM -20G, sudah
52 terintegrasi
sensor
suhu,
namun
kami
memilih
tidak
menggunakannya karena output dari sensor suhu yang tidak linear.
HSM -20G mampu beroperasi pada tegangan 00C - 500C, sebuah
rentang suhu pengoperasian yang sempit bila dibandingkan dengan
sensor mahal yang ada di pasaran. Namun nilai ini sudah cukup
untuk memenuhi kebutuhan alat kami yang hanya beroperasi pada
kisaran suhu 250C(suhu ruangan) - 400C. Sensor – sensor ini akan
terhubung dengan pin – pin input ADC yang ada pada modul
microcontroller. Berikut adalah gambar skematik mengenai bagian
microcontroller yang terhubung ke sensor :
Gambar 3.5 Skematik M odul Sensor
53 Untuk mendapatkan nilai suhu dari tegangan output sensor LM 35,
digunakan rumus melalui penuruan berikut :
Skala Faktor LM 35 = 10mV/0C
Suhu (0C) = tegangan output LM 35(V)/ skala faktor LM 35(mV/0C)
0
0
Suhu ( C) = tegangan output LM 35(V)/(skala faktor LM 35(V/ C)/ 1000)
Suhu (0C) = tegangan output LM 35(V)/(10(V/0C)/1000)
0
0
Suhu( C) = tegangan output LM 35(V)/10 (V/ C)*1000
0
0
Suhu( C) = tegangan output LM 35(V) * 100( C/V)
Sedangkan untuk mendapatkan nilai kelembaban dari tegangan output
sensor HSM -20G digunakan rumus berikut:
Tegangan output minimum HSM -20G = 0.7 V
Output minimum HSM -20G(V) = 10%
Skala faktor HSM -20G = 30mV/%
Kelembaban(%) = (tegangan output HSM -20G(V) – tegangan output
minimum HSM -20G(V)) /skala faktor HSM - 20G(mV/%) + output
minimum HSM -20G(%) + konstanta kalibrasi(%)
54 Kelembaban(%) = (tegangan output HSM -20G(V) – tegangan output
minimum H SM -20G(V)) /(skala faktor HSM - 20G(V/%)/1000) /%) +
output minimum HSM -20G(%) + konstanta kalibrasi(%)
Kelembaban(%) = (tegangan output HSM -20G(V) – tegangan output
minimum HSM -20G(V)) / ( 30(V/%)/1000) /%) + output minimum
HSM -20G(%) + konstanta kalibrasi(%)
3.1.2.3 Modul LCD
Penggunaan M odul LCD difungsikan untuk menampilkan kondisi
temperature dan kelembaban pada saat itu yang dilengkapi dengan
tampilan hari. selain bisa memuncul kan angka dan huruf lcd juga
memunculkan symbol yang menunjukan bahwa microcontroller
tidak dalam kondisi hang . Sehingga melalui LCD dapat diilihat
kondisi saat itu didalam inkubator dan menunjukkan lama telur
mengalami inkubasi. LCD terhubung pada microcontroller di port
B, pada modul LCD penulis menyertakan trimmer potensio untuk
55 mengatur kontras tulisan pada LCD. Berikut adalah gambar
skematik mengenai bagaimana LCD terhubung ke microcontroller.
Gambar 3.6 Skematik M odul LCD
3.1.2.4 Modul Pushbutton
M odul Pushbutton ini digunakan untuk berinteraksi dengan
microcontroller sehingga pengguna dapat mengatur berbagai
setpoint yang diperlukan. modul pushbutton ini terhubung dengaan
modul microcontroller pada pin input. Terdapat 4 buah Pushbutton
yang dapat digunakan untuk berinteraksi dengan alat. Berikut ini
adalah gambar dari skematik rangkaian Pushbutton :
56 Gambar 3.7 Skematik M odul Pushbutton
3.1.2.5 Modul Serial
M odul Serial digunakan dalam proses pengiriman data dari
microcontroller ke PC, modul ini berfungsi untuk menyamakan
tingkat tegangan antara microcontroller dengan PC. M elalui jalur
serial ini, microcontroller mengirimkan data suhu, kelembapan dan
hari ke PC, dimana pengiriman data dilakuakan setiap enam detik
sekali . Berikut adalah rangkaian skematik dari modul serial:
Gambar 3.8 Skematik M odul Serial
57 Format data yang digunakan penulis untuk mengirim data dari
microcontroller ke PC adalah data suhu diikuti data kelembapan dan
diakhiri dengan data hari. Berikut adalah rincian dari format data
yang penulis gunakan:
Suhu
Suhu
.
Suhu
Kelembapan
Kelembapan
Hari
Hari
Tabel. 3.2 Format Data Serial
Empat karakter awal termasuk karakter “.” adalah data suhu
karena data suhu yang dibaca dari sensor memiliki ketelitian satu
angka dibelakang koma. Karakter ke lima dan enam merupakan
data kelembapan serta karakter ke tujuh dan delapan merupakan
data hari.
3.1.2.6 Modul Voltage Regulator
Untuk memberikan suplai tegangan ke dalam modul pengontrol,
penulis menggunakan adaptor dengan output 12V. Karena
keseluruhan rangkaian modul pengontrol bekerja pada tegangan 5V,
maka penulis membuat rangkaian voltage regulator 5V agar supplai
tegangan dari adaptor tidak merusak berbagai komponen pada
modul pengontrol. Berikut adalah skematik dari rangkaian tersebut:
58 Gambar 3.9 Skematik M odul Voltage Regulator
3.1.3 Modul Relay
Untuk mengatur lampu pemanas dan pemanas air, penulis menggunakan relay
yang akan mengatur nyala dan matinya alat tersebut berdasarkan perintah dari
modul pengontrol. Untuk modul relay ini, penulis memilih untuk menggunakan
modul relay driver yang dijual di pasaran. Relay ini terhubung pada port D dari
microcontroller. Berikut adalah skematik dari rangkaian relay yang penulis
gunakan :
Gambar 3.10 Skematik M odul M odul Relay
59 3.1.4 Motor Servo
Penulis menggunakan motor servo yang dihubungkan dengan port C
microcontroller untuk menggerakkan rak telur. M otor Servo yang penulis gunakan
memiliki spesifikasi sebagai berikut :
•
Panjang x Lebar x tinggi : 39.5mm x 20mm x 35.6mm
•
Berat : 41g
•
Kecepatan putar 0.23s/60
•
Torsi : 3.4kg/cm
0
3.2 Rancangan Perangkat Lunak
M esin penetas telur yang penulis buat ini menggunakan 4 buah
program.
Program pertama adalah program pada microcontroller menggunakan bahasa
embedded C dengan menggunakan Compiler CodeVision AVR, yang kedua
menggunakan Qt creator untuk program data recorder di PC, program ketiga adalah
program bot untuk membuat key event palsu dan program ke empat adalah program
untuk merekam kamera yang penulis memilih untuk menggunakan freeware. Untuk
flowchart program di mikcrokontroler penulis membagi menjadi beberapa bagian
yaitu incubator main program, incubator interup 0 dan incubator fungsi atur set
poin . Berikut adalah flowchart dari program microcontroller:
60 Gambar 3.11 Flowchart M ain Program 1
61 Gambar 3.12 Flowchart M ain Program 2
62 Gambar 3.13 Flowchart Timer 0 Interrup
63 Gambar 3.14 Flowchart Fungsi Atur Setpoin 1
64 Gambar 3.15 Flowchart Fungsi Atur Setpoin 2
65 Gambar 3.16 Flowchart Fungsi Atur set Poin 3
66 Gambar 3.17 Flowchart Fungsi Atur set Poin 4 67 Gambar 3.18 Flowchart Fungsi Atur set Poin 5
68 Berikut adalah flowchart untuk program datarecorder :
Gambar 3.19 Flowchart Datarecorder
69 Berikut adalah flowchart untuk program bot :
Gambar 3.20 Flowchart Program Bot