bab iii - rancang bangun prototipe pasteurisasi

BAB III
METODE PENELITIAN
A
Pada bab ini akan dibahas mengenai perencanaan dan perangkaian
AY
perangkat keras (hardware) maupun pembuatan perangkat lunak (software).
Dimana perangkat lunak tersebut akan diintregasikan ke perangkat keras agar
dapat bekerja untuk menjalankan perangkat keras. Perancangan perangkat keras
AB
dan perangkat lunak dilakukan dengan metode penelitian yang didasarkan pada
studi keputusan berupa data – data literature dari masing – masing komponen,
Perancangan sebuah
R
informasi dari internet dan konsep – konsep teoritis dari buku – buku penunjang.
perangkat
keras diperlukan sebelum
proses
SU
perangkaian perangkat keras. Perancangan ini berguna supaya pengerjaan tahapan
selanjutnya dapat dilakukan dengan lancar. Proses tahapan ini meliputi tahap
perangkat keras, perangkat lunak dan penggabungan perangkat keras dan lunak.
O
sistem:
M
Berikut perancangan perangkat keras, arsitektur dan perangkat lunak
3.1.
Perancangan Perangkat Keras
IK
Perancangan blok diagram perangkat keras pada sistem Rancang Bangun
ST
Prototipe Pasteurisasi Susu, secara garis besar digambarkan pada Gambar 3.1.
48
49
Mikrokontroler
ATMega32
Push Botton
Start
Push Botton
Mode B
LCD
(Metode
Pasteurisasi HTST)
Relay Kipas
Fan Kipas
Sirkulasi
ULN2803
Relay Heater
Heater
Relay Pompa Isi
Air
Pompa Isi Air
Relay Pompa
Buang Air
Pompa Buang Air
Relay Pompa Isi
Susu
Pompa Isi Susu
Relay Pompa Susu
Pompa Susu
A
(Metode
Pasteurisasi LTLT)
Sensor
LM35
AB
Push Botton
Mode A
Sensor Level
Air
AY
Sensor Level
Susu
Relay Motor
Motor Pengaduk
R
Gambar 3.1. Blok diagram keseluruhan system
SU
Dari Gambar 3.1. dapat dilihat bahwa sistem secara keseluruhan terbagi menjadi
beberapa bagian yaitu sebagai Input - an tombol push button yaitu “Start”, mode
“A” dan Mode “B”, sensor – sensor yaitu sensor level air untuk mendeteksi air
M
dipenampungan pemanasan air, sensor ketinggian susu di penampungan
pemanasan susu dan sensor LM35 untuk temperatur, sedangkan untuk Output
O
yaitu LCD, relay untuk Heater, pompa untuk mengisi air, isi susu dan
IK
pembuangan air, pomp untuk menyedot susu, motor DC sebagai motor pengaduk
susu dan sebagai otak dari Input dan Output tersebut digunakan mikrokontroler
ST
ATMega32 yang berfungsi untuk mengatur jalannya system Input dan Output,
dengan tujuan agar dapat menstabilkan proses pasteurisasi dan tidak melebihi
batas maksimal ataupun minimal dari temperatur pemanasan yang ditentukan
setiap metode pasteurisasi yang digunakan.
Pada Minimum system ATmega32 terdapat beberapa rangkaian pendukung
yaitu rangkaian reset dan rangkaian oscillator. Pada rangkaian reset menggunakan
50
manual reset. Pada rangkaian oscillator menggunakan komponen kristal
8000000MHz sebagai clk (clock).
3.1.1. Rangkaian Microcontroller
A
Pada proyek akhir ini dibuat piranti pengendali menggunakan
AY
Microcontroller keluaran AVR, yaitu ATmega32. Untuk mengaktifkan atau
menjalankan microcontroller ini diperlukan rangkaian minimum system.
AB
Rangkaian minimum system tersebut terdiri rangkaian reset, rangkaian oscillator,
rangkaian power supply dan rangkaian sistem microcontroller.
Rangkaian minimum system microcontroller
R
A.
SU
Untuk menjalankan microcontroller dibutuhkan sebuah rangkaian
minimum agar microcontroller tersebut dapat bekerja dengan baik. Rangkaian
minimum microcontroller terdiri dari rangkaian reset dan rangkaian oscillator.
M
Reset pada microcontroler ATmega32 terjadi dengan adanya logika high
“1” selama dua cycle pada kaki RST pada microcontroller ATmega32. Setelah
O
kondisi pin RST kembali low, maka microcontroller akan menjalankan program
IK
dari alamat 0000H. Dalam hal ini reset yang digunakan adalah manual reset.
Pada pin VCC diberi masukan tegangan operasi berkisar antara 4,5 volt
ST
sampai dengan 5,5 volt. Pin RST mendapat Input dari manual reset. Rangkaian
minimum system dapat dilihat pada Gambar 3.2 berikut:
51
12V
U1
2
1
1
VIN D VOUT
N
G
LM7805
CON2
C2
2200uf
0
2
D
N
G
3
330
78R33
VIN VOUT
l
tro
D
n
o
N
C G
5
LED
6
3.5V
4
0
PB0
PB1
PB2
PB3
PB4
1
2
3
4
5
6
J3
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
6
7
8
CON5
9
0
0 5V
C3
30pf
J5
Y1
C48.0000mhz
1
2
3
4
5
6
7
8
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
30pf
0
ATMega32
PB0/(XCK/T0)
PB1/(T1)
PB2/(INT2/AIN0)
PB3/(OC0/AIN1)
PB4/(SS)
PB5/(MOSI)
PB6/(MISO)
PB7/(SCK)
RESET
VCC
GND
XTAL2
XTAL1
PD0/(RXD)
PD1/(TXD)
PD2/(INT0)
PD3/(INT1)
PD4/(OC1B)
PD5/(OC1A)
PD6/(ICP)
PA0/(ADC0)
PA1/(ADC1)
PA3/(ADC3)
PA2/(ADC2)
PA4/(ADC4)
PA5/(ADC5)
PA6/(ADC6)
PA7/(ADC7)
40
39
38
37
36
35
34
33
5V
PA0
PA1
PA2
PA3
PA4
PA5
PA6
PA7
AREF
GND
AVCC
PC7/(TOSC2)
PC6/(TOSC1)
PC5/(TDI)
PC4/(TDO)
PC3/(TMS)
PC2/(TCK)
PC1/(SDA)
PC0/(SCL)
PD7/(OC2)
32
31
30
2
3
R7
0.1
Vr +VS
GND
2 L1
J7
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
CON5
0
CON8
VR1 10K
1
10uH 1
J4
PC7
PC6
PC5
PC4
PC3
PC2
PC1
PC0
29
28
27
26
25
24
23
22
21
CON8
5V
D1
R1
C2 47uf 16v
3
C1
1000uf
CON6
PD0
PD1
PD2
PD3
PD4
PD5
PD6
PD7
5V (Adaptor)
2
+VS Vr
J6
J2
MOSI
MISO
SCK
RESET
1
A
5V
5V
2
5V
J8
AY
J9
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
6
7
8
CON5
CON8
R3
C7
10k
10uf
SW3
AB
0
R4
100
SW PUSHBUTTON
<Title>
R
Title
Size
A
Date:
Document Number
<Doc>
Tuesday , July 30, 2013
1
of
1
SU
Gambar 3.2. Rangkaian Minimum System
Rev
<Rev Code>
Sheet
Pin XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin oscillator bagi microcontroller
M
ATmega32. Pin XTAL1 befungsi sebagai Input dan XTAL2 sebagai Output
oscillator. Oscillator ini bisa berasal dari kristal atau dari keramik resonator.
O
Seperti yang sudah terlihat di atas, pin XTAL1 dan XTAL2 dihubungkan dengan
IK
komponen XTAL sebesar 8000000 MHz. Pada proyek akhir ini dibuat rangkaian
oscillator internal yang terbuat dari kristal. Nilai C1 dan C2 masing-masing 33
ST
pF.
52
B.
Perancangan Interface I/O
Rangkaian I/O dari microcontroller mempunyai kontrol direksi yang tiap
bitnya dapat dikonfigurasikan secara individual, maka dalam perancangan I/O
yang digunakan ada yang berupa operasi port ada pula yang dikonfigurasi tiap bit
1.
AY
ada pada masing-masing port yang terdapat pada microcontroller :
A
I/O. Berikut ini akan diberikan konfigurasi dari I/O microcontroller tiap bit yang
Port A
2.
AB
Port A digunakan untuk Input Sensor Temperatur LM35.
Port B
Port B digunakan untuk Input Sensor Level Air, Kipas dan Push Button.
Port C
R
3.
4.
SU
Port C digunakan untuk Output LCD.
Port D
Port D digunakan untuk Output Relay dan Push Button.
M
Untuk perancangan interface Input dan Output pada microcontroller yang lebih
mendetil dapat dilihat pada tabel 3.1 dibawah :
ST
IK
O
Tabel 3.1. Perancangan interface Input/Output
Port
PortA.0
PortB.1
Port B.2
Port B.3
Port B.4
PortB.5
Port B.6
PortC.0
PortC.1
PortC.2
PortC.3
PortC.4
PortC.5
Alokasi Port pada Hardware
Input LM35
Input Level Air Batas Atas A
Input Level Air Batas Bawah A
Input Level Air Batas Atas B
Push Button Mode B
Input Level Air Batas Bawah B
Relay Kipas
D7 LCD
D6 LCD
D5 LCD
D4 LCD
C.
EN LCD
RS LCD
Push Button Mode Start
Push Button Mode A
Pin 8 ULN2803 (relay pomp susu)
Pin 7 ULN2803 (relay motor)
Pin 6 ULN2803 (relay isi air)
Pin 5 ULN2803 (relay buang air)
Pin 4 ULN2803 (relay isi susu)
Pin 3 ULN2803 (relay Heater)
AY
PortC.6
PortC.7
PortD.0
PortD.1
PortD.2
PortD.3
PortD.4
PortD.5
PortD.6
PortD.7
A
53
Program Downloader
AB
Untuk melakukan proses downloading program dalam format .HEX dari
komputer ke dalam memory program internal microcontroller, penulis
R
menggunakan kabel downloader dengan interface USB. USB Downloader adalah
sebuah alat sederhana yang bisa penulis gunakan untuk berkomunikasi pertukaran
SU
data, dari komputer ke mikrokontroller ataupun sebaliknya dengan menggunakan
ST
IK
O
M
jalur data port USB. Dimana Gambar dan Skematiknya sebagai berikut :
Gambar 3.3 Gambar USB Downloader
AB
AY
A
54
Gambar 3.4 : Skematik USB Downloader
(Sumber : http://www.fischl.de/usbasp/)
R
USB Downloader merupakan downloader yang komponen utamanya
SU
adalah mikrokontroler atmega8 yang digunakan sebagai protokol komunikasi
serial berdasarkan program (firmware) yang telah kita tanamkan terlebih dahulu
ke chip atmega8. Firmware disini didefinisikan sebagai suatu program atau
M
perangkat lunak (biasanya berupa file dengan ekstensi *hex ) yang ditanamkan
pada memory non volatile (biasanya dalam mikrokontroler atmega8 pada memori
O
flash atau EEPROM) dan tidak dapat diubah (permanen) kecuali ada perubahan
IK
fisik dari hardware. Firmware tersebut digunakan sebagai bentuk protocol atau
tugas khusus yang akan dijalankan dalam hal ini pada USBASP digunakan
ST
sebagai protokol komunikasi serial SPI (serial programming interface ) antara PC
dan mikrokontroler target.
Sedangkan untuk konektor downloader pada microcontroller ATmega32
dapat dilihat pada Gambar 3.5 berikut:
55
5V
R12
10k
J5
1
2
3
4
5
6
SCK
MOSI
RST
MISO
Downloader
D.
AY
A
Gambar 3.5. Konektor Downloader pada Microcontroller
ATmega32
Rangkaian Reset
AB
Reset pada microcontroler ATmega32 terjadi dengan adanya logika high
“1” selama dua cycle pada kaki RST pada microcontroller ATmega32. Setelah
kondisi pin RST kembali low, maka microcontroller akan menjalankan program
R
dari alamat 0000H. Dalam hal ini reset yang digunakan adalah manual reset.
SU
Rangkaian reset dapat dilihat pada Gambar 3.6 berikut :
5V
N
O
T
T
U
B
H
S
U
P
W
S
SW3
C7
10uf
R4
100
0
Gambar 3.6. Rangkaian Reset
IK
O
M
R3
10k
ST
E.
Rangkaian Oscillator
Pin XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin oscillator bagi microcontroller
ATmega32. Pin XTAL1 befungsi sebagai Input dan XTAL2 sebagai Output
oscillator. Oscillator ini bisa berasal dari kristal atau dari keramik resonator.
Rangkaian
oscillator
dapat
dilihat
pada
Gambar
3.7
berikut:
A
56
AY
Gambar 3.7. Rangkaian Oscillator
Pada proyek akhir ini dibuat rangkaian oscillator internal yang terbuat
AB
dari kristal. Nilai C1 dan C2 masing-masing 33 pF.
R
3.1.2. Rangkaian Pendukung.
Pada proyek ini menggunakan beberapa komponen pendukung untuk
SU
membantu kinerja Input dan Output. Komponen pendukung ini memiliki
rangkaian dan penjelasan sebagai berikut :
Regulator
M
A.
O
Pada bagian regulator untuk proyek ini menggunakan 2 komponen
regulator yaitu regulator untuk keluaran 5v dan 3,3v dimana dalam proyek ini
IK
menggunakan IC 7805 dan IC 78R33 dimana pengunaannya untuk menstabilkan
tegangan dengan keluaran 5v dengan regulator 7805 dan tegangan keluaran 3,3v
ST
dengan regulator 78R33.
1.
Rangkaian Regulator Output 5v IC7805A
Rangkaian ini berfungsi untuk Catu daya. Catu daya merupakan
pendukung
utama
bekerjanya
suatu
sistem.
Catu
daya
yang
biasa
digunakan untuk menyuplai tegangan sebesar 5 Volt adalah catu daya DC yang
57
memiliki keluaran +5 volt. Catu daya ini digunakan untuk mensuplay tegangan
sebesar 5 volt. IC 7805 (IC regulator) digunakan untuk menstabilkan tegangan
searah. Kapasitor digunakan untuk mengurangi tegangan kejut saat pertama kali
saklar catu daya dihidupkan. Sehingga keluaran IC regulator 7805 stabil sebesar 5
VIN
OUT
1
D
N
G
7805 (REGULATOR 5V)
C8
C
4
1N4002
C9
C
0
Output
Minimum Sy stem DC 5v
AB
Input
2
R
Adaptor DC12 v
D2
6
AY
U3
2
A
volt DC. Rangkaian regulator terlihat pada gambar dibawah ini.
2.
SU
Gambar 3.8. Rangkaian Regulator 5v
Rangkaian Regulator Output 3,3v IC78R33
Rangkaian ini memiliki fungsi sama dengan rangkaian diatas, namun
M
untuk fungsinya berbeda, rangkaian regulator ini berfungsi untuk mensuplay
tegangan 3.3v untuk penggunaan alat pomp air elektrik…..(Gambar dapat dilihat
IK
O
pada lampiran Skematik)
ST
B.
Rangkaian ULN2803
Rangkaian ULN2803 disini memiliki fungsi untuk driver dari relay
dimana pada proyek ini menggunakan 8 buah relay dengan memfokuskan 6 buah
relay utama untuk fungsi penting dalam proses pasteurisasi diantaranya relay
untuk Heater, relay pompa air elektrik 3.3v untuk susu, relay pomp susu, relay
pomp pengisi air, relay pomp air pembuangan dan relay motor.
58
U1
J4
PC0
PC1
PD7
PD6
PD5
PD4
PD3
PD2
8
7
6
5
4
3
2
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Atmega 32
J5
IN1
IN2
IN3
IN4
IN5
IN6
IN7
IN8
OUT1
OUT2
OUT3
OUT4
OUT5
OUT6
OUT7
OUT8
GND
VCC
18
17
16
15
14
13
12
11
1
2
3
4
5
6
7
8
10
ULN2803
0
8 Relay
VCC
AY
C.
A
Gambar 3.9. Rangkaian ULN2803
Power Supply 12V 10A dan Adaptor 5V
Pada perancangan alat ini dibutuhkan Power Supply dengan Ampere yang
AB
cukup besar dikarenakan lonjakan tegangan yang tidak stabil pada saat beberapa
alat yang bekerja secara bersamaan. Digunakannya power suppy dan adaptor
R
bertujuan agar supplay tegangan 5V tidak mengganggu tegangan yang 12 V,
dihadapi
SU
tetapi pada dasarnya tidak seperti itu, akan tetapi dalam kasus permasalahan yang
memerlukan
penggunaan
adaptor
dan
power
supply
untuk
ST
IK
O
M
memaksimalkan kinerja dari alat.
Gambar 3.10. (A) adaptor 5v. (B) power supply 12v
3.1.3. Rangkaian Input
Pada proyek ini terdapat rangkaian Input yaitu sensor temperature dan
sensor Level air Optocoupler dimana masing – masing komponen memiliki fungsi
59
yang berbeda – beda untuk menunjang kinerja alat dalam proyek ini. Dimana
penjelasan dan rangkaiannya sebagai berikut :
A.
Rangkaian Input Sensor Temperatur LM35
A
Rangkaian Input sensor temperatur LM35 memiliki fungsi untuk
AY
mengetahuin temperatur yang terdapat pada ruang yang dipanasi pada proyek ini.
Rangkaian Input LM35 menggunakan ADC yang telah terdapat pada
AB
mikrokontroler. Sensor LM35 ini terhubung pada pin A(0) pada mikrokontroler,
yang didalamnya telah terdapat ADC(0), dimana Output tegangan keluaran sangat
berubah - ubah berpadanan dengan perubahan suhu. Sensor ini berfungsi sebagai
R
pengubah dari besaran fisis suhu ke besaran tegangan yang memiliki koefisien
SU
sebesar 10 mV /°C yang berarti bahwa kenaikan suhu 1° C maka akan terjadi
kenaikan tegangan sebesar 10 mV, dengan tegangan catu daya yang digunakan
adalah 5V, dengan mensetting keluaran Vref sebesar 1V dimaksudkan agar
M
kenaikan temperatur tidaklah secara cepat sehingga menjadi tidak akurat. Gambar
ST
IK
O
rangkaian Sensor Temperatur LM35 dapat dilihat pada gambar 3.12.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
LM35
1
GRD
T
U
O
V
0
ATMega32
PB0/(XCK/T0)
PB1/(T1)
PB2/(INT2/AIN0)
PB3/(OC0/AIN1)
PB4/(SS)
PB5/(MOSI)
PB6/(MISO)
PB7/(SCK)
RESET
VCC
GND
PA0/(ADC0)
PA1/(ADC1)
PA3/(ADC3)
PA2/(ADC2)
PA4/(ADC4)
PA5/(ADC5)
PA6/(ADC6)
PA7/(ADC7)
40
39
38
37
36
35
34
33
AVCC
PD0/(RXD)
PD1/(TXD)
PD2/(INT0)
PD3/(INT1)
PD4/(OC1B)
PD5/(OC1A)
PD6/(ICP)
5V
VIN
3
2
VR1 10K
AREF
GND
32
31
0.1
XTAL2
XTAL1
U4
PC7/(TOSC2)
PC6/(TOSC1)
PC5/(TDI)
PC4/(TDO)
PC3/(TMS)
PC2/(TCK)
PC1/(SDA)
PC0/(SCL)
PD7/(OC2)
30
2
3
Vr +VS
GND
1
R7
2
L1
29
28
27
26
25
24
23
22
21
Gambar 3.11. Rangkaian LM35
10uH 1
60
Untuk mengetahui setiap kenaikan tersebut dibutuhkan pembanding yang
teruji
keakuratannya,
dimana digunakan suatu alat
pembanding untuk
mendapatkan nilai temperature yang sesuai, agar proses pasteurisasi dapat
persentase error pada sistem ini yaitu
HasilPengu kuran  NilaiAkura si
x100%
NilaiAkura si
AY
% Error 
Keterangan :
: Nilai yang terukur pada sistem (temperatur
AB
1. Hasil Pengukuran
A
berjalan dengan baik. Dengan demikian didapatkan rumus untuk menentukan
sistem oC).
: Nilai yang terukur pada alat ukur (temperatur
R
2. Nilai Akurasi
B.
SU
thermometer oC).
Rangkaian Input Sensor Level Air
M
Rangkaian sensor level air ini menggunakan jenis sensor yang menyerupai
pelampung atau jenis float switch water level dimana salah satu ujungnya dialiri
O
tegangan catu daya 5v dan dilengkapi dengan rangkaian pull-up yang difungsikan
IK
agar nilai Output yang keluar agar memiliki nilai 0 atau 1, dimana prinsip kerja
alat ini yaitu, saat sensor level air bernilai 1 apabila switch akan terdorong oleh air
ST
yang naik ke permukaan dan tersentuh ujung katup pada sensor maka pin akan
High atau kondisi “open” dan begitu sebaliknya akan bernilai “0” apabila menjauh
dari katup atas dengan kondisi “close” atau low. Gambar 3.12 Rangkaian Level
Air.
AB
AY
A
61
Push Button Mini switch.
C.
R
Gambar 3.12. Rangkaian Level Air.
SU
Push Button disini memiliki fungsi untuk memfungsikan alat dan untuk
pemilihan mode pasteurisasi yang diinginkan user. Prinsip kerja Push Button
adalah memiliki fungsi sama seperti saklar push-on yaitu akan terhubung pada
M
saat katupnya ditekan pada batas penekanan tertentu yang telah ditentukan dan
ST
IK
O
akan memutus saat – saat katup tidak ditekan.
1
1
1
SW1
SW2
SW3
C5
IC2
ATMega32
2
SW PUSHBUTTON
2
SW PUSHBUTTON
2
5V
1
2
3
4
5
6
7
8
9
12
0
1
PB0/(XCK/T0)
C
PB1/(T1)
C
V
PB2/(INT2/AIN0)
PB3/(OC0/AIN1)
PB4/(SS)
PB5/(MOSI)
PB6/(MISO)
PB7/(SCK)
XTAL2
AREF
AVCC
14
15
16
17
18
19
20
21
40
39
38
37
36
35
34
33
RESET
SW PUSHBUTTON
13
0
100uf
PA0/(ADC0)
PA1/(ADC1)
PA3/(ADC3)
PA2/(ADC2)
PA4/(ADC4)
PA5/(ADC5)
PA6/(ADC6)
PA7/(ADC7)
32
30
1 1
1 3
0
Gambar 3.13. Rangkaian Push Button.
5V
C6
0
XTAL1
PD0/(RXD)
PC7/(TOSC2)
PD1/(TXD)
PC6/(TOSC1)
PD2/(INT0)
PC5/(TDI)
PD3/(INT1)
PC4/(TDO)
PD4/(OC1B)
PC3/(TMS)
PD5/(OC1A)
PC2/(TCK)
PD6/(ICP) D D
PC1/(SDA)
PD7/(OC2) N N
PC0/(SCL)
G G
5V
29
28
27
26
25
24
23
22
0.1uf
62
3.1.4. Rangkaian Output
A.
Modul Display (LCD)
Modul display merupakan modul yang berfungsi untuk menampilkan
menu, intruksi – intruksi program yang akan dijalankan, informasi waktu dan
A
temperatur saat proses pasteurisasi dilakukan yang dikirim oleh mikrokontroler.
AY
Informasi tersebut ditampilkan pada sebuah LCD 16 x 2.
5V
C5
PA0/(ADC0)
PA1/(ADC1)
PA3/(ADC3)
PA2/(ADC2)
PA4/(ADC4)
PA5/(ADC5)
PA6/(ADC6)
PA7/(ADC7)
14
15
16
17
18
19
20
21
40
39
38
37
36
35
34
33
RESET
R1
AREF
10k
32
3
2
30
5V
0.1uf
XTAL1
PD0/(RXD)
PC7/(TOSC2)
PD1/(TXD)
PC6/(TOSC1)
PD2/(INT0)
PC5/(TDI)
PD3/(INT1)
PC4/(TDO)
PD4/(OC1B)
PC3/(TMS)
PD5/(OC1A)
PC2/(TCK)
PD6/(ICP) D D
PC1/(SDA)
PD7/(OC2) N N
PC0/(SCL)
GG
C6
0
+
-
6
0
107
2
RS
D1
EN
DIODE
D4
D5
D6
D7
C6
J2A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
6
1
X
2
D
C
L
0.1uf
M
1 1
1 3
29
28
27
26
25
24
23
22
0
RESISTOR TAPPED
3
1
5V
XTAL2
AVCC
13
0
100uf
R
9
12
0
1
PB0/(XCK/T0)
C
PB1/(T1)
C
V
PB2/(INT2/AIN0)
PB3/(OC0/AIN1)
PB4/(SS)
PB5/(MOSI)
PB6/(MISO)
PB7/(SCK)
SU
1
2
3
4
5
6
7
8
AB
IC2
ATMega32
0
O
Gambar 3.14 Rangkaian LCD
Relay Motor
IK
B.
Motor DC digunakan sebagai pengaduk cairan susu agar cairan susu
ST
didalam tabung pemanas cepat mencapai titik temperatur panas yang di inginkan.
Motor yang digunakan menggunakan tegangan 12v dan arus 1A. untuk
menjalankan motor DC ini memerlukan perantara antara mikrokontroler dan
motor driver. Dimana sebagai driver motor digunakan relay seperti yang
dijelaskan diatas sehingga memenuhi tegangan dan arus motor.
63
U1
8
7
6
5
4
3
2
1
1
2
3
4
5
6
7
8
PC0
PC1
PD7
PD6
PD5
PD4
PD3
PD2
9
Atmega 32
IN1
IN2
IN3
IN4
IN5
IN6
IN7
IN8
OUT1
OUT2
OUT3
OUT4
OUT5
OUT6
OUT7
OUT8
GND
VCC
18
17
16
15
14
13
12
11
10
K1
ULN2803
VCC
0
4
M1
3
5
AY
12v
6
5v
A
J4
1
2
RELAY DPST
0
AB
MOTOR AC
Gambar 3.15 Rangkaian Motor DC.
R
Kecepatan motor DC yang dikontrol dengan rangkaian diatas akan
memiliki torsi maksimum dan kecepatan masimum. Pada rangkaian interface
SU
antara motor DC dengan mikrokontroler seperti pada rangkaian diatas, data
kontrol motor DC dari mikrokontroler diberikan ke driver ULN2803 untuk
menggerakan relay yang pada akhirnya relai ON dan motor DC mendapat supply
O
M
tegangan melalui kontaktor relay.
C.
Relay Kipas
IK
Kipas digunakan sebagai prototype pendingin ruangan yang dipanaskan,
ST
yang difungsikan sebagai pendingin ruangan apabila panas yang dihasilkan
kompor melebihi temperatur yang diinginkan maka kipas akan menyala sampai
temperatur ruangan tersebut sesuai yang diinginkan.
64
5V
C5
IC2
ATMega32
18
17
16
15
14
13
12
11
10
PB1
PB2
PB3
PB5
PB6
RESET
12V
2
-
MG1
Kipas 12 V
A
1
1
+
A
NC1
COM1
NO1
MG2
Kipas 12 V
3
1
Q1
30pf
BC557
XTAL2
AREF
8.0000mhz
PD0
PD1
PD2
PD3
PD4
PD5
PD6
PD7
0
+
Relay _DPDT_nb
PA0/(ADC0)
PA1/(ADC1)
PA3/(ADC3)
PA2/(ADC2)
PA4/(ADC4)
PA5/(ADC5)
PA6/(ADC6)
PA7/(ADC7)
AVCC
13
14
15
16
17
18
19
20
21
0
100uf
PA0
PA1
PA2
PA3
PA4
PA5
PA6
PA7
40
39
38
37
36
35
34
33
RESET
Y1
C4
2
9
12
30pf
U5
NC2
COM2
NO2
-
+
C3
R5
2k
0
1
PB0/(XCK/T0)
C
PB1/(T1)
C
V
PB2/(INT2/AIN0)
PB3/(OC0/AIN1)
PB4/(SS)
PB5/(MOSI)
PB6/(MISO)
PB7/(SCK)
XTAL1
PD0/(RXD)
PC7/(TOSC2)
PD1/(TXD)
PC6/(TOSC1)
PD2/(INT0)
PC5/(TDI)
PD3/(INT1)
PC4/(TDO)
PD4/(OC1B)
PC3/(TMS)
PD5/(OC1A)
PC2/(TCK)
PD6/(ICP) D D
PC1/(SDA)
PD7/(OC2) N N
PC0/(SCL)
GG
32
30
5V
5V
C6
0
29
28
27
26
25
24
23
22
0.1uf
PC7
PC6
PC5
PC4
PC3
PC2
PC1
PC0
AY
R-Pack
1
2
3
4
5
6
7
8
A
R2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1 1
1 3
2
0
0
AB
Gambar 3.16 Rangkaian Relay Kipas.
Prinsip kerja kipas ini menggunakan prinsip logika high dan low pada pin
R
mikrokontroler digunakan untuk trigger pada rangkaian transistor (Transistor
SU
BC557) sebagai saklar. Logika high akan dijadikan bias maju untuk pin basis
transistor sehingga transistor aktif ketika kaki colektor dan emitter dibias maju.
Untuk menghasilkan kondisi on / off seperti saklar, transistor dioperasikan pada
M
salah satu titik kerja, yaitu titik saturasi dan cut-off. Saat nilai saturasi, transistor
akan seperti sebuah saklar yang tertutup (on) sehingga arus dapat mengalir ke
O
kolektor menuju emitor. Sedangkan pada kondisi cut-off, transistor seperti sebuah
IK
saklar terbuka (off) sehingga tidak ada arus yang mengalir ke emitor. Jadi saat
logika high atau bernilai 5 v maka relay akan aktif dan kipas akan berputar dan
ST
jika logika low atau bernilai 0 v maka relay non-aktif dan kipas akan berhenti.
D.
Relay Pomp Air Input dan Output
Relay pompa air ini sistem kerjanya sama seperti sama seperti pada
kinerja motor DC diatas menggunakan ULN2803 sebagai driver untuk
65
menjalankan pompa. Dimana pada rangkaian interface antara pompa air dengan
mikrokontroler seperti pada gambar 3.17 gambar rangkaian relay pompa air, data
kontrol pompa air dari mikrokontroler diberikan ke driver ULN2803 untuk
menggerakan relay yang pada akhirnya relai ON dan pompa air mendapat supply
A
tegangan melalui kontaktor relay. Pompa akan ON apabila arus tegangan 5 v
AY
masuk dan berlogika high atau bernilai 1 dan pompa akan OFF dengan kondisi
sebaliknya.
U1
PC0
PC1
PD7
PD6
PD5
PD4
PD3
PD2
8
7
6
5
4
3
2
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Atmega 32
IN1
IN2
IN3
IN4
IN5
IN6
IN7
IN8
GND
ULN2803
0
OUT1
OUT2
OUT3
OUT4
OUT5
OUT6
OUT7
OUT8
VCC
18
17
16
15
14
13
12
11
AB
J4
10
K2
4
VCC
4
3
6
RELAY DPST
R6
R
SU
C
P
o
m
p
a
In
p
u
t
A
ir
3
5
1
2
R
C10
K2
6
5
1
2
P
o
m
p
a
In
p
u
t
A
ir
C10
C
5v
RELAY DPST
R6
R
AC 220v
GRD
P
o
m
p
a
O
u
tp
u
t
A
ir
P
o
m
p
a
O
u
tp
u
t
A
ir
E.
M
Gambar 3.17 Rangkaian Pompa Air input dan Air Output
Relay Pomp Susu Input dan Output
O
Untuk pompa susu pada gambar 3.18 dibawah, cara kerjanya hamper
IK
sama dengan pompa air, hanya saja yang sebagi pembeda disini adalah pompa
Output susu, pompa Output susu disini menggunakan alat pompa sedot air pada
ST
gallon air minum kemasan. Dimana pada dasarnya menggunakan baterai yang
mengkonsumsi daya 3.5v sehingga untuk mengaktifkanya memerlukan suplay
daya 3.5 v dari regulator 3.5v sesuai pada gambar 3.9 rangkaian regulator diatas.
66
U1
PC0
PC1
PD7
PD6
PD5
PD4
PD3
PD2
8
7
6
5
4
3
2
1
1
2
3
4
5
6
7
8
IN1
IN2
IN3
IN4
IN5
IN6
IN7
IN8
9
Atmega 32
OUT1
OUT2
OUT3
OUT4
OUT5
OUT6
OUT7
OUT8
GND
VCC
ULN2803
18
17
16
15
14
13
12
11
5v
10
VCC
0
4
K3
6
3.5v
1
2
3
4
5
6
K2
3
5
1
2
RELAY DPST
RELAY DPST
C10
R6
R
C
A
J4
AC 220v
AY
GRD
P
P
oo
mm
p
a
ap
OO
uu
t t
p
up
t u
t
SS
uu
s s
uu
P
o
m
p
a
In
p
u
t
S
u
s
u
AB
Gambar 3.18. Rangkaian Susu Input dan Susu Output
Heater
F.
P
o
m
p
a
In
p
u
t
S
u
s
u
R
Rangkain Heater sama seperti rangkaian – rangkaian lainnya hanya saja
daalam penggunaannya disini menggunakan 4 Heater untuk melakukan proses
SU
pemanasan, 4 Heater tersebut di parallel ke dalam 1 relay dimana relay yang
digunakan yaitu relay 16A. Masing – masing Heater memiliki daya 150 Watt
sehingga dapat ditotal menjadi 600 Watt,
U1
M
J4
PC0
PC1
PD7
PD6
PD5
PD4
PD3
PD2
1
2
3
4
5
6
7
8
O
8
7
6
5
4
3
2
1
IK
Atmega 32
OUT1
OUT2
OUT3
OUT4
OUT5
OUT6
OUT7
OUT8
GND
VCC
ULN2803
18
17
16
15
14
13
12
11
4
6
1
2
AC 220v
10
K5
3
5
12v
RELAY DPST
VCC
C11
C
ST
0
9
IN1
IN2
IN3
IN4
IN5
IN6
IN7
IN8
Gambar 3.19. Rangkaian Heater.
R6
R
GRD
P
o
w
e
r
H
e
a
te
r
P
o
w
e
r
H
e
a
te
r
67
3.2.
Perancangan Arsitektur Sistem
Perancangan arsitektur sistem dalam hal ini adalah maket untuk
komponen – komponen elektronika, dimana terbuat dari besi sebagai kerangka
utama, acrilik sebagai penutup atas, papan kayu sebagai alas, dan mika sebagai
ST
IK
O
M
SU
R
AB
AY
A
penutup luar yang dirancang seperti gambar 3.20.
Gambar 3.20 Arsitektur Sistem.
68
F
D
H
I
B
K
AB
J
AY
C
A
E
G
A
R
Gambar 3.21 Sistem Keseluruhan.
A.
Board Utama
B.
Heater
C.
Panci Pemanas Air (Terdapat Sensor Ketinggian Air)
D.
M
SU
Keterangan :
Panci Pemanas Susu (Terdapat Sensor Ketinggian Susu dan Sensor
O
Temperatur LM35)
Motor Pengaduk
IK
E.
Pompa Penyedot (Output susu)
G.
Kipas Sirkulasi
H.
Penampung Susu (Terdapat Pompa input susu)
I.
Penampung Air (Terdapat Pompa input air)
J.
Penampung Susu
K.
Power Suppy dan Adaptor.
ST
F.
69
3.3.
Perancangan Perangkat Lunak
Perancangan perangkat lunak bertujuan untuk memperoleh, menampilkan
data temperatur dan waktu untuk pemodelan Pasteurisasi yang digunakan.
Perancangan perangkat lunak terbagi dalam beberapa device sistem antara lain :
A
program baca level air, program baca temperatur, program hitung pemodelan
AY
pasteurisasi, program dispay LCD, dan program untuk penggerak komponen –
komponen pembantu lainnya seperti, motor pengaduk, Heater (pemanas), kipas
AB
sirkulasi, pompa penyedot susu, pompa untuk mengeluarkan air, pompa mengisi
air dan pompa mengisi susu. Diagram alir perangkat lunak secara umum dapat
ST
IK
O
M
SU
R
dilihat pada Gambar 3.22. berikut.
R
AB
AY
A
70
SU
Gambar 3.22 Diagram alir program secara umum.
Pada gambar di atas merupakan pembacaan diagram alir program keseluruhan
M
secara umum, dimana saat awal pembacaan, program akan melakukan inisialisasi
fungsi –fungsi awal yang telah dibuat. Dimana saat sistem melakukan inisialisasi,
O
sistem melakukan pengecekan seluruh perintah yang akan dijalankan seperti timer,
IK
interupsi, port – port yang digunakan dan yang lainnya diakhiri dengan
mendisplay perintah “system init” “waiting prosses.”. Pada saat pengecekan awal
ST
sistem terjadi, dilakukan pengecekan dengan menjalankan fungsi dari kontrol
level air dan kontrol level susu, dimana saat kontrol level air pada sensor level air
bagian bawah dan kontrol level susu pada sensor level susu bawah yang terdapat
pada ruang pemanasan berlogika “1” atau “open” maka sistem akan menjalankan
perintah dengan display “mengkosongkan ruang” dengan penyesuaian komponen
Output untuk pengosongan ruang pemanasan yaitu pompa air keluar dan pompa
71
susu keluar akan aktif hingga sensor mendeteksi bahwa air dan susu benar – benar
kosong. Jika sudah sensor tidak mendeteksi cairan yang ada dalam tabung atau
berlogika “0” atau “close” maka dilanjutkan dengan mendisplay perintah “start 2
continue”. Dengan mendisplay perintah “start”, dimaksudkan agar user
A
melakukan penekanan tombol “start”. Jika tombol “start” tidak ditekan sistem
AY
akan menunggu hingga terjadi penekanan “fstart == 0”, dan sebaliknya jika
dilakukan penekanan maka sistem akan membaca penekanan tombol start “fstart
AB
== 1” dengan perintah selanjutnya yaitu pengisian ruang pemanasan air dengan
dispalay “air masuk” dan disesuaikan dengan Output dari pompa air masuk akan
aktif, selanjutnya mengisi air pada ruang pemanasan air dan menunggu hingga
R
sensor level air atas mendeteksi kondisi “open” atau “1” dengan mendisplay
SU
kondisi “air penuh” disesuaikan dengan pompa air masuk akan berhenti mengisi
dan dilanjutkan dengan mendisplay “pilih mode” dengan diaktifkannya timer
tombol “start” selama 5 menit, ketika salah satu tombol mode mendapat inputan
M
penekanan, maka setiap inputan tombol mode akan menjalankan masing – masing
prosesnya seperti proses (mode A) dan proses (mode B) dengan dimulainya
O
proses pemanasan.
IK
Apabila salah satu tombol mode tidak ditekan makan sistem akan kembali
melakukan ke proses awal dimana akan terjadi pengosongan ruang dengan
ST
aktifnya pompa air keluar dan menunggu kondisi sensor level air bawah bernilai
“0” atau “close” yang disesuaikan dengan berhentinya pompa air keluar dan
mendisplay “start 2 continue”.
72
3.3.1.
Program Mikrokontroler
A.
Program Tombol.
Diagram alir untuk mengetahui input penekanan tombol untuk
M
SU
R
AB
AY
diinginkan user, dapat dilihat pada gambar 3.23. berikut.
A
melakukan proses menjalankan alat dan memilih mode pasteurisasi yang
O
Gambar 3.23. Diagram alir pembacaan input penekanan tombol.
IK
Pada gambar 3.23. Diagram alir pembacaan input penekanan tombol
ST
dimulai dengan inputan dari sensor level susu bawah dan level air bawah,
dikondisikan jika dalam media penampungan untuk pemanasan terdapat susu dan
air makan dikosongkan terlebih dahulu. Setelah itu tombol “Start” akan berfungsi.
Setelah penekanan tombol “Start”, pompa akan aktif untuk mengisi media
penampungan untuk pemanasan hingga level air atas menerima inputan. timer
tombol “Start” akan aktif selama 5 menit. Apabila salah satu tombol mode “A”
73
atau mode “B” ditekan maka tombol “Start” akan disable dan proses selanjutnya
berlangsung, dan apabila tombol mode tidak ditekan selama 5 menit maka air
akan keluar kembali dan proses kembali ke awal. Berikut potongan program
program bisa dilihat di halaman
R
lampiran )
Program Mode A dan Mode B
SU
B.
AY
AB
system_init();
while (1)
{
if (fstart == 0)
{
if (cek_tombol_start() == 1)
{
lcd_clear();
lcd_putsf("Air Masuk");
control_level_air(1);
while(level_air_atas != 0);
control_level_air(0);
}
………….. (lanjutan
A
pembacaan tombol yaitu :
Diagram alir untuk mengetahui mode mana yang akan diinputkan user
ST
IK
O
M
dapar dilihat pada gambar 3.24 berikut.
AB
AY
A
74
R
Gambar 3.24. Diagram Alir Mode A dan Mode B.
SU
Pada gambar 3.24 Diagram Alir Mode A dan Mode B diproses melalui
penekanan tombol mode oleh user sendiri sesuai kebutuhan waktu pasteurisasi
yang diinginkan. Dimana untuk tombol Mode A waktu yang di sediakan untuk
M
Mode pasteurisasi jenis LTLT (Low Temperature Long Time) dengan waktu
pasteurisasi selama 30 menit temperatur 600C - 630C dan untuk tombol Mode B
O
dengan mode pasteurisasi jenis HTST (High Temperatur Short Time) dengan
IK
waktu pasteurisasi selama 15 detik temperatur 710C - 750C. berikut potongan
ST
program pembacaan tombol Mode A dan Mode B.
#define TIMER_MODE_A 1800 // 30 MENIT
#define TIMER_MODE_B 15 // 15 DETIK
void proses(u8 mode)
{
u16 lama_proses;
float temp_ruang, temp_mulai_proses, temp_min, temp_max;
// --- PEMILIHAN MODE --lcd_clear();
if (mode == MODE_A)
75
lcd_putsf("MODE A BEGIN!");
lama_proses = TIMER_MODE_A;
temp_ruang = TEMPERATUR_RUANG_A;
temp_mulai_proses = TEMPERATUR_MULAI_PROSES_A;
temp_min = TEMPERATUR_MIN_A;
temp_max = TEMPERATUR_MAX_A;
}
else
{
AY
………….. (lanjutan program bisa dilihat di halaman
lampiran )
Program Pompa Air.
R
C.
AB
}
lcd_putsf("MODE B BEGIN!");
lama_proses = TIMER_MODE_B;
temp_ruang = TEMPERATUR_RUANG_B;
temp_mulai_proses = TEMPERATUR_MULAI_PROSES_B;
temp_min = TEMPERATUR_MIN_B;
temp_max = TEMPERATUR_MAX_B;
A
{
SU
Diagram alir untuk mengaktifkan dan menon-aktifkan pompa air masuk
dan keluar, dimana diagram alirnya dapat dilihat pada gambar 3.25. sebagai
ST
IK
O
M
berikut.
Gambar 3.25. Diagram alir Pompa air.
76
Pada gambar 3.25. Diagram alir Pompa air, menunjukkan bahwa proses
kinerja pompa air, pada case (0) posisi pompa air non-aktif berarti pompa tidak
mendapat inputan untuk melakukan proses. Sedangkan case (1) pompa air masuk
akan aktif, dan case (2) pompa air keluar akan aktif. Berikut potongan program
AB
void control_level_air(u8 mode_control)
{
switch (mode_control)
{
// stop pompa air
case 0 :
{
pompa_air_out = 0;
pompa_air_in = 0;
break;
} ………….. (lanjutan program bisa dilihat
AY
A
pembacaan pompa air sebagai berikut:
R
Program Pompa Susu.
SU
D.
di halaman lampiran )
Program alir pompa susu berfungsi untuk mengaktifkan dan menonaktifkan pompa susu masuk dan keluar, dimana diagram alirnya dapat dilihat pada
ST
IK
O
M
gambar 3.26. sebagai berikut.
Gambar 3.26. Diagram Alir Pompa Susu.
77
Pada gambar 3.26. Diagram Alir Pompa Susu proses kinerjanya sama
seperti pompa air diatas, dimana untuk case (0) menonaktifkan pompa susu input
maupun Output, case(1) mengaktifkan pompa susu masuk, dan case (2)
mengaktifkan pompa susu keluar. Berikut potongan program pembacaan diagram
di halaman lampiran )
Program Pembacaan Temperatur.
R
E.
AB
AY
void control_level_susu(u8 mode_control)
{
switch (mode_control)
{
case 0 :
{
pompa_susu_out = 0;
pompa_susu_in = 0;
} ………….. (lanjutan program bisa dilihat
A
alir pompa susu sebagai berikut :
SU
Diagram alir untuk pembacaan temperatur yang berdasarkan inputan
sensor temperatur LM35 dengan Output temperatur “C” (cencius) terdapat pada
ST
IK
O
M
gambar 3.27.
Gambar 3.27. Diagram Alir Pembacaan Temperatur.
Pada gambar 3.27. Diagram Alir Pembacaan Temperatur menunjukkan
bahwa apabila sensor mendapat input temperatur maka outpunya akan masuk ke
78
ADC, dimana nilai ADC sama dengan Read ADC. Nilai ADC merupakan data
digital yang telah dihasilkan dari konversi ADC. Untuk mendapatkan nilai dari
temperatur maka ((float) nilai adc * 102)/1023 dimana nilai dari 102oC itu didapat
dari nilai vref yang telah di setting 1000mV atau nilai maksimal dan nilai minimal
A
0mV 2oC. Saat proses pembacaan temperatur aktif atau enable nilai temperatur
potongan program dari pembacaan temperatur.
AY
akan ditampilkan dengan nilai temperatur dengan satuan celcius. Berikut
F.
(lanjutan program bisa dilihat di halaman lampiran )
SU
}…………..
R
AB
float cek_temperatur(const u8 enable, const u8 baris, const u8
kolom)
{
int nilai_adc = read_adc(0);
s8 str[6];
float temperatur = ((float)nilai_adc * 102)/1023;
Program Kipas.
Diagram alir kipas merupakan pembacaan input dari sensor temperatur,
ST
IK
O
M
menghasilkan Output kipas dapat dilihat pada gambar 3.28.
Gambar 3.28. Diagram Alir Kipas.
79
Pada gambar 3.28. Diagram Alir Kipas diatas, kipas akan non-aktif apabila kurang
dari temperatur minimal dan temperatur control yang sudah di setting. Maka
Power kompor = 1, berarti heater dalam kondisi memanaskan. Apabila sebaliknya
kipas akan aktif, jika melebihi temperatur maksimal dan tidak sesuai dengan
A
temperatur control maka Power kompor = 0 dimana Power kompor = 0 itu
AY
berfungsi untuk menon-aktifkan kompor. Potongan program sebagai berikut.
ST
IK
O
M
SU
R
AB
void control_temperatur(const u8 enable, const u8 baris, const u8
kolom, float t_min, float t_max)
{
float temp = cek_temperatur(enable,baris,kolom);
if (temp <= t_min && ftemp_control)
{
Power_kompor(0);
kipas = 1;
ftemp_control = 0;
}
}………….. (lanjutan program bisa dilihat di halaman lampiran )