7

BAB 2

LANDASAN TEORI

Kegiatan memanen buah pada perkebunan dilakukan ketika buah dianggap

sudah matang , atau siap dipanen, kegiatan memanen dilakukan secara manual dimana

pemilihan buah yang sudah siap dipanen dan belum dilakukan oleh tenaga manusa.

Setelah panen atau pasca panen maka buah yang telah dipanen akan memasuki tahap

sortasi atau penyortiran. Selain sebagai pengecek kematangan buah, alat pengecek

kematangan buah juga dirancang untuk meng-otomatisasi penyortiran dalam kegiatan

memanen buah. Dengan adanya penyortiran ini, maka hasil pemanenan dapat

dipisahkan antara buah yang berada dalam tingkat matang atau belum matang.

2.1 Modul Sensor Warna TCS3200

TCS3200 merupakan IC yang dapat diprogram yang berguna untuk

mengkonversi warna cahaya ke frekuensi dengan output berbentuk sinyal kotak. Ada

dua komponen utama pembentuk alat ini , yaitu photdiode dan pengkonversi arus ke

frekuensi(Gambar 2.1)

Gambar 2.1 Blok Diagram TCS 3200

8

Pada dasarnya Sensor Warna TCS3200 merupakan sensor cahaya yang

dilengkapi dengan filter cahaya untuk warna dasar RGB (Red-Green-Blue). Photodiode

dalam Sensor Warna TCS3200 disusun secara array 8X8 dengan konfigurasi internal

sensor photodiode adalah. 16 photodiode untuk sensor cahaya dengan filter cahaya

warna merah. 16 photodiode untuk sensor cahaya dengan filter cahaya warna hijau. 16

photodiode untuk sensor cahaya dengan filter cahaya warna biru. Dan 16 photodiode

untuk sensor cahaya tanpa filter warna.

Sensor warna yang digunakan pada penelitian ini, menggunakan modul sensor warna

DT-Sense Colour Sensor. Modul ini merupakan modul sensor warna yang berbasis

sensor TAOS TCS3200. Modul ini dilengkapi dengan EPROM , sehingga dapat

menyimpan 25 buah data.

Jalur komunikasi pada modul sensor warna DT-Sense dapat menggunakan UART atau

I2C. Untuk UART parameternya adalah sebagai berikut :

Baud Rate : 9600 bps

8 data bit

1 stop bit

Tanpa Parity bit

Tanpa Flow Control

9

Jika menggunakan I2C sebagai jalur komunikasi datanya maka, modul DT-

Sense Colour sensor bertindak sebagai slave dengan alamat sesuai dengan yang telah

ditentukan sebelumnya melalui pengaturan jumper. Jalur komunikasi data I2C pada

modul DT-Sense Colour sensor mendukung bit rate sampai dengan 50 Khz.

Spesifikasi Modul DT-Sense sensor warna TC3200 :

Area pandang 2 cm x 2 cm

Jalur komunikasi dapat menggunakan I2C atau UART

Mempunyai EPROM (dapat menyimpan hingga 25 buah data)

Sumber catu daya menggunakan 4.8 - 5.5 VDC

Pada penelitian ini sensor warna TCS3200 digunakan untuk mendeteksi

kematangan buah pisang, tomat, dan belimbing, dimana kuning dan merah mewakili

kondisi matang, dan hijau mewakili kondisi mentah. Untuk menentukan kuning dan

merah adalah matang dan hijau adalah mentah digunakan range warna untuk masing -

masing warna. Cara menentukan range warna adalah dengan cara, mengambil sample

warna untuk buah matang sebanyak 50X dengan posisi dan jarak terbaik yang telah

didapatkan sebelumnya (dapat dilihat pada bab 4, subbab posisi dan jarak buah terhadap

sensor warna), lalu hasil tersebut dicari nilai rata - rata nya dan dicari selisih dari nilai

rata- rata dengan nilai minimum dan selisih dari nilai rata -rata dengan nilai maksimum .

10

Nilai rata - rata digunakan sebagai range acuan sedangkan selisih nilai rata - rata dengan

nilai minimum dan selisih nilai rata - rata dengan nilai maksimum digunakan sebagai

toleransinya. Jika berada diluar range nilai yang telah ditentukan maka buah dianggap

tidak matang.

Tabel nilai rata - rata , nilai toleransi dan nilai maksimum dan minimum :

Tabel 2.1 Range Warna

Merah Hijau Biru

Nilai Rata - rata 135 103 0

Nilai Maksimum 255 255 255

Nilai Minimum 50 30 0

Nilai Toleransi +120

-85

+152

-73

+255

-0

Range warna untuk warna merah adalah dari 50 sampai dengan 255, hijau dari

30 sampai dengan 255, dan biru dari 0 sampai dengan 255. Jika nilai buah yang diuji

nilai merah atau hijau, salah satunya atau keduanya kurang dari nilai minimum, maka

buah dianggap tidak matang. Dibawah adalah hasil tabel range warna dalam bentuk

grafik.

11

Grafik 2.1 Grafik Range Warna

2.2 Mikrokontroler

Mikrokontroler adalah sebuah prosesor yang dipergunakan khusus untuk

keperluan kontrol. Berbeda dengan mikroprosesor, mikrokontroler sendiri sudah

memiliki device teretentu yang diperlukan untuk keperluan control. Mikrokontroler

yang akan penulis gunakan dalam percobaan ini adalah ATMEGA8535.

Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur Reduced Instruction Set Computer

(RISC), terdapat Internal Oscillator, I/O port, Timers, USART, SPI, pull-up resistors,

Pulse Width Modulation, ADC, Analog Comparator, watch dog timers, dan beberapa

fitur lainnya sehingga penggunaan AVR dapat membatasi kebutuhan penggunaan

12

komponen eksternal. AVR memiliki 32 General Purpose Registers yang terhubunga

langsung dengan Arithmetic Logic Unit (ALU). Bentuk fisik dari AVR ATMEGA8535

dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Bentuk Fisik AVR ATMEGA8535

AVR mendukung beberapa jenis bahasa pemrograman dan sistem development

tools seperti C Compilers, Macro Assemblers, Program Debugger/Simulators, In-

Circuit Emulators, dan Evaluation Kits.

Terdapat beberapa jenis Development tools dalam perancangan aplikasi AVR

seperti ImageCraft Creation (ICC) AVR, Code Vision, AVR Studio, dan lain-lain

sebagainya. Terdapat beberapa development tools yang langsung mendukung untuk

pemrogramman program ke dalam flash memory dari AVR seperti AVR Studio,

CodeVision, dan lain-lain sebagainya. Sementara development tools yang dipakai dalam

praktikum yaitu ICC AVR tidak mendukung untuk penulisan program ke flash memory

dari AVR. Penulisan program ke AVR digunakan program yang berbeda yaitu

Ponyprog dengan protokol komunikasi Serial Peripheral Interface (SPI). AVR

13

ATMEGA8535 yang diproduksi oleh ATMEL terdiri atas beberapa jenis package, yang

digunakan dalam praktikum yaitu dalam bentuk PDIP, spesifikasi pin dari

ATMEGA8535 dapat dilihat pada gambar 2.3

Gambar 2.3 Spesifikasi pin ATMEGA8535

2.3 Modul Liquid Crystal Display (LCD)

Liquid Crystal Display adalah suatu jenis media tampilan yang

menggunakan liquid crystal atau kristal cair sebagai penampil utama , liquid crystal

tidak menghasilkan cahaya secara langsung (bukan sebagai sumber cahaya).

Penggunaan LCD sudah digunakan di berbagai bidang , misalnya sebagai TV , layar

monitor komputer , layar notebook , LCD semakin banyak digunakan karena hemat

energi selain itu karenan bentuknya yang minimalis , tetapi mempunyai resolusi yang

tinggi.

14

Modul LCD Character dapat dengan mudah dihubungkan dengan

mikrokontroller seperti AT89S51 (Gambar 2.4) atau dengan AVR. Sesuai standarisasi

yang cukup populer digunakan banyak vendor LCD, yaitu HD44780, yang memiliki

chip kontroler Hitachi 44780.

Gambar 2.4 Pin LCD dan MCS 51

Pada kaki - kaki atau pin LCD mempunyai kegunaan masing , kegunaan tersebut

dapat kita lihat pada gambar 2.5

Gambar 2.5 Pinout LCD

15

Ada 2 cara utk berkomunikasi dengan LCD, yaitu 8 bit dan 4 bit jalur data. Jika

jalur data yang digunakan sebesar 4 bit maka pin data bus yang digunakan adalah DB4

- DB7. Tetapi jika jalur data yang digunakan sebesar 8 bit maka pin data bus yang

digunakan adalah DB0 - DB7. LCD akan ter-reset secara otomatis pada saat power ON.

Sebelum menggunakan modul LCD, kita harus melakukan inisialisasi dan

mengkonfigurasikannya. Hal ini dijalankan dengan mengirimkan sejumlah instruksi ke

LCD. Antara lain: pengaturan lebar data interface 8 bit atau 4 bit data bus, pemilihan

ukuran font karakter 5x8 atau 5x7 dan lain-lain. Inisialisasi juga dapat dilakukan dengan

menggunakan wizart pada program codevision AVR.

2.4 Motor DC

Motor listrik merupakan alat yang mengubah energi listrik menjadi energi

mekanik Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya, memutar impeller pompa, fan

atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dll. Motor listrik digunakan

juga di rumah (mixer, bor listrik, kipas angin) dan di industri.

Motor DC memerlukan tegangan yang searah, pada kumparan medan untuk

dirubah menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada motor DC disebut stator

(bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang

berputar). Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan

penyalaan torque/beban motor yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran

kecepatan yang luas. Torque umumnya dapat dikategorikan kedalam 3 kelompok :

16

Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluarnya energinya

bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torque nya tidak bervariasi.

Contoh beban dengan torque konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan

pompa displacement konstan

Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi

dengan kecepatan operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa

sentrifugal.

Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang

berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan

daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin.

Gambar 2.6 Motor DC

Gambar diatas merupakan bentuk fisik dari motor DC (gambar 2.6) , motor DC

mempunyai 3 komponen utama yang membentuknya , yaitu :

17

Kutub Medan

Motor DC memiliki 2 kutub medan magnet yaitu kutub utara dan kutub selatan yang

stasioner dan dinamo yang menggerakkan bearing pada ruang diantara kutub medan.

Garis magnetik energi membesar melintasi bukan diantara kutub-kutub dari utara ke

selatan.

Dinamo

Dinamo pada motor DC berbentuk silinder, dihubungkan kearah penggerak untuk

menggerakkan beban. Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi

elektromagnet. Pada motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang

dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan berganti lokasi. Saat hal itu

terjadi arus yang masuk kedalam motor DC akan berbalik dan merubah kutub-kutub

utara dan selatan dinamo.

Commutator

Kegunaan komponen ini pada motor DC adalah untuk membalikkan arah arus listrik

dalam dinamo, commutator juga membantu motor DC dalam hal transmisi arus antara

dinamo dan sumber daya. Bisa dilihat pada Gambar 2.7

18

Gambar 2.7 Stator commutator

Keuntungan penggunaan motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang

tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor DC umumnya dibatasi untuk

penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang, ini

dikarenakan karena sering terjadi masalah dengan perubahan arah arus listrik mekanis

pada ukuran yang lebih besar. Motor DC juga relative lebih murah daripada motor AC.

Jenis-jenis motor DC, yaitu sebagai berikut :

Motor DC sumber daya terpisah / Separately Excited

Motor DC jenis ini adalah dimana jika arus medan dipasok dari sumber

terpisah jadi arus yang masuk kedalam motor DC bukanlah arus yang ada pada

motor DC itu sendiri melainkan dari sumber yang tepisah.

19

Motor DC sumber daya sendiri / Self Excited motor shunt

Pada motor shunt , gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara

paralel dengan gulungan dinamo (A) oleh karena itu total arus dalam jalur

merupakan penjumlahan arus dan arus dinamo. Jika dijabarkan tentang

kecepatan motor shunt adalah sebagai berikut :

o Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban

(hingga torque tertentu kecepatan berkurang) dan oleh karena itu cocok

untuk penggunaan komersial dengan beban awal yang rendah.

o Kecepatan komersial dapat dikendalikan dengan cara memasang

tahanan dalam susunan seri dengan dinamo (kecepatan berkurang) atau

dengan memasang tahanan pada arus medan (kecepatan bertambah).

Motor DC daya sendiri/ motor seri

Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara

seri dengan gulungan dinamo oleh karena itu arus medan sama dengan arus

dinamo. Dimana kecepatan dibatasi pada 5000 RPM dan harus menghindari

menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab kecepatan motor diluar 5000

RPM tidak dapat dikendalikan. Motor seri cocok untuk penggunaan yang

memerlukan torque penyalaan awal yang tinggi.

Motor DC Kompon/gabungan

Motor kompon/ gabungan motor seri dan shunt dimana pada motor

kompon gulungan medan dihubungkan secara paralel dan seri dengan gulungan

20

dinamo (A). Motor kompon memiliki torque penyalaan awal yang bagus dan

kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase penggabungan ( persentase

gulungan medan yang dihubungkan secara seri), makin tinggi pula torque

penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini.

2.4 Regulator

Sebuah sistem elektronik tidak akan bisa beroperasi tanpa sumber tegangan.

Sumber tegangan tersebut dapat berupa sumber tegangan AC (Alternate Current) atau

DC (Direct Current) dimana besar kecilnya daya output harus stabil dan harus

disesuaikan dengan kebutuhan. Misalnya IC TTL membutuhkan tegangan DC stabil 5

Volt, IC CMOS membutuhkan tegangan DC stabil 12 Volt, dan sebagainya. Sumber

tegangan AC dapat diperoleh di antaranya dari:

1. Listrik PLN yang diturunkan dengan Transformator

2. Motor Generator

3. Turbin Angin

Sumber tegangan DC dapat diperoleh di antaranya dari:

1. Battery (Accu)

2. Power Supply Buatan dengan sumber awal dari PLN yang telah diturunkan

3. Solar Cell

21

Regulator adalah rangkaian regulasi atau pengatur tegangan keluaran dari

sebuah catu daya agar efek dari naik atau turunnya tegangan tidak mempengaruhi

tegangan catu daya sehingga menjadi stabil. Selain untuk menjaga kestabilan tegangan

output regulator juga digunakan untuk mencegah terjadinya hubungan singkat.

Regulator ada 4 Jenis , yaitu :

1. Regulator dengan Zener

2. Regulator dengan Zener Follower

3. Regulator dengan OP-Amp

4. Regulator dengan IC (Integerated Circuit)

Sekarang ini yang sering digunakan adalah Regulator dengan IC , karena selain

lebih praktis biayanya juga lebih murah dibanding dengan 3 regulator lain-nya.

Regulator dengan IC yang umum digunakan ada 2 jenis , yaitur 78XX sebagai regulator

tegangan positif dan 79XX sebagai regulator tegangan negatif.

komponen ini biasanya sudah dilengkapi dengan pembatas arus ( current

limiter ) dan juga pembatas suhu ( thermal shutdown ). Komponen ini hanya

mempunyai tiga pin dan dengan menambah beberapa komponen saja sudah dapat

menjadi rangkaian catu daya yang ter-regulasi dengan baik. Bentuk fisik regulator dapat

dilihat pada gambar 2.8

22

Gambar 2.8 IC regulator 7805

IC regulator akan bekerja sebagai regulator tegangan DC yang stabil jika

tegangan input di atas atau sama dengan MIV (Minimum Input Voltage), sedangkan arus

maksimum beban output yang diperbolehkan harus kurang dari atau sama dengan MC

(Maximum Current) sesuai karakteristik masing-masing.

Tabel 2.2 Tabel Contoh Jenis - Jenis Regulator

Type Number

Regulation Voltage Maximum Current Minimum Input Voltage

7805

+5V 1A +7V

7806

+6V 1A +8V

7808

+8V 1A +10.5V

7812

+12V 1A +14.5V

7815

+15V 1A +17.5V

7824

+24V 1A +26V

23

2.6 Transformator (Trafo)

Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau

menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok

yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua

(skunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk

memperkuat medan magnet yang dihasilkan.

Gambar 2.9 Trafonsmator (Trafo)

Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik, ketika

kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus

listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan

magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti besi ke

kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl

induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik

24

Gambar 2.10 Cara Kerja Trafo

Berdasarkan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan

skunder transformator ada dua jenis yaitu:

1. Transformator step up yaitu transformator yang mengubah tegangan

bolak-balik rendah menjadi tinggi, transformator ini mempunyai jumlah

lilitan kumparan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan primer

(Ns > Np).

2. Transformator step down yaitu transformator yang mengubah tegangan

bolak-balik tinggi menjadi rendah, transformator ini mempunyai jumlah

lilitan kumparan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder

(Np > Ns)

25

Selain transformator step-up dan step-down ada lagi jenis transformator yang

lain , yaitu :

1. Autotransformator, merupakan transformator yang hanya terdiri dari 1

lilitan dimana sebagian lilitan primer juga merupakan lilitan sekunder.

2. Autotransformator variabel, sama dengan autotransformator biasa ,

tetapi bedanya perbandingan lilitan primer dan sekunder bisa dirubah -

rubah

3. Transformator isolasi, memiliki lilitan sekunder yang berjumlah sama

dengan lilitan primer, sehingga tegangan sekunder sama dengan

tegangan primer

4. Transformator pulsa, merupakan transformator yang didesain khusus

untuk memberikan keluaran gelombang pulsa

5. Transformator tiga fasa, transformator tiga fasa sebenarnya adalah tiga

transformator yang dihubungkan secara khusus satu sama lain. Lilitan

primer biasanya dihubungkan secara bintang (Y) dan lilitan sekunder

dihubungkan secara delta ()

Transformator (trafo) digunakan pada peralatan listrik terutama yang

memerlukan perubahan atau penyesuaian besarnya tegangan bolak-balik. Misal radio

memerlukan tegangan 12 volt padahal listrik dari PLN 220 volt, maka diperlukan

transformator untuk mengubah tegangan listrik bolak-balik 220 volt menjadi tegangan

26

listrik bolak-balik 12 volt. Contoh alat listrik yang memerlukan transformator adalah:

TV, komputer, mesin foto kopi, gardu listrik dan sebagainya.

2.6 IC L298

L298 merupakan IC driver motor yang terdiri dari dua buah rangkaian H-bridge

di dalamnya, sehingga dapat digunakan untuk mengendalikan dua buah motor DC atau

stepper. masing - masing rangkaian H-bridge di dalamnya dapat mengantarkan arus

hingga 2A. Tetapi dalam penggunaannya, rangkaian H-bridge di dalam IC L298 dapat

diparalel sehingga kemampuan mengantarkan arusnya menjadi 4A , tetapi hanya dapat

mengendalikan 1 motor DC atau stepper saja.

Gambar 2.11 IC L298

27

Berikut adalah pin-pin yang dihubungkan dalam modus operasi paralel:

OUT1 dihubungkan dengan OUT4.

OUT2 dihubungkan dengan OUT3.

IN1 dihubungkan dengan IN4.

IN2 dihubungkan dengan IN3.

ENABLE A dihubungkan dengan ENABLE B.

OUT1/OUT4 dan OUT2/OUT3 dihubungkan dengan motor DC yang akan

dikendalikan.

Gambar 2.12 Skematik Rangkaian Paralel L298 4A

28

Perlu diketahui bahwa output dari L298 tidak memiliki dioda pengaman. Jadi,

perlu ditambahkan dua buah dioda flyback diodes, dengan kemampuan arus yang

sesuai, pada setiap titik output.