14

BAB III

PERANCANGAN ALAT

Pada bab ini akan dijelaskan perancangan alat yang terdiri dari gambaran sistem

kerja alat, perancangan perangkat keras dan perancangan perangkat lunak. Perancangan

dimulai dari uraian mengenai gambaran sistem kerja alat yaitu penjelasan tentang

bagaimana alat ini bekerja. Kemudian dilanjutkan uraian mengenai perancangan

perangkat keras dan yang terakhir uraian mengenai perancangan perangkat lunak.

3.1. Gambaran Sistem

Sistem yang dirancang oleh penulis merupakan sebuah alat yang digunakan

untuk memproduksi jamu bubuk otomatis. Proses yang dilakukan pada alat ini

dilakukan secara otomatis dengan tujuan agar mempermudah user untuk

mengoperasikannya.

Gambar 3.1. Blok Diagram Alat

15

3.2. Gambaran Cara Kerja Alat

Ketika terhubung dengan catu daya AC 220 V pada saklar utama dalam

kondisi ON, maka alat ini akan bekerja. Jika kondisi ini sudah terpenuhi maka user

bisa memasukkan rempah-rempah jamu jahe ke dalam kuali terlebih dahulu.

Setelah user sudah memasukkan rempah-rempah jamu jahe ke dalam kuali, maka

LCD akan menampilkan lama proses memasak yang tersedia. User dapat memilih

untuk melakukan berapa lama proses memasak jamu jahe, yaitu proses memasak

selama 1 jam, 2 jam, 3 jam. Ketika user sudah memilih berapa lama proses

memasak jahe tersebut, maka servo akan membuka keran gas sebesar 20o selama

lima detik, dan Arduino akan mengaktifkan pematik api selama lima detik. UV

Tron mendeteksi adanya api atau tidak, apabila tidak mendeteksi adanya api, servo

akan terus membuka keran gas sebesar 20o selama lima detik dan pematik api akan

aktif selama lima detik, setelah itu servo akan menutup kembali keran gas selama

5 detik dan pemantik api tidak aktif selama lima detik, dan begitu seterusnya.

Apabila UV Tron mendeteksi adanya api, maka servo akan membuka keran gas

sesuai yang sudah ditentukan, yaitu untuk lama proses memasak 1 jam, servo akan

membuka dari 30o, 60o, 90o, lama proses memasak 2 jam, servo akan membuka dari

30o, 60o, 80o, lama proses memasak 3 jam, servo akan membuka dari 30o, 60o, 70o.

Setelah kondisi semua sudah terpenuhi,yaitu UV Tron sudah mendeteksi adanya

api, servo sudah pada posisi terbuka 90o apabila memilih proses memasak 1 jam,

80o apabila memilih proses memasak 2 jam, atau 70o apabila memilih proses

memasak 3 jam, maka relay akan mengaktifkan Motor AC, dan pengaduk akan

bergerak. LCD akan menampilkan waktu dan tanggal pada saat itu, waktu mundur

proses memasak jahe, seberapa besar derajat servo terbuka, dan juga berapa derajat

suhu saat proses berlangsung. Setelah proses memasak jamu sudah selesai maka

alarm akan berbunyi menandakan semua proses sudah selesai, dan LCD akan

kembali ke tampilan menu utama, dan servo akan menutup keran gas ke posisi 0o.

16

3.3. Perancangan Perangkat Keras

Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan perangkat keras yang

dirancang oleh penulis. Perancangan perangkat keras yang akan dijelaskan meliputi

perancangan mekanik dan perancangan elektronika dari keseluruhan sistem yang

dirancang.

3.3.1. Perancangan Perangkat Keras Mekanik

Perangkat keras mekanik adalah bentuk fisik dari alat yang berfungsi

untuk menopang komponen-komponen yang digunakan dalam perancangan

ini, sehingga dapat memenuhi kenerja dari alat yang dirancang.

3.3.1.1. Perancangan Mekanik Dudukan Gear Box dan Motor AC

Kerangka mekanik yang direalisasikan pada keseluruhan dudukan

Gear Box dan Motor AC terbuat dari besi kotak 2.5 × 2.5 cm yang sudah

di las sedemikian rupa sehingga dapat berfungsi untuk menopang

keseluruhan komponen yang digunakan dalam merealisasikan alat yang

dirancang. Berikut dimensi dan bentuk kerangka yang di realisasikan :

Gambar 3.2. Mekanik Keseluruhan Dudukan Motor AC dan Gear Box

Pemilihan bahan sebagai kerangka alat menggunakan besi 2.5x2.5

cm bertujuan agar alat yang direalisasikan dapat menopang berat beban

90 cm

90 cm 30 cm

17

dari Gear Box dan Motor AC. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.1.,

bahwa Gear Box dan Motor AC terdapat bagian penting untuk menunjang

kinerja dari alat.

Berikut adalah penjelasan dari bagian alat tersebut :

1. Pulley

Pulley adalah bagian yang berfungsi untuk menggerakkan

Gear Box dari Motor AC dan juga memperlambat putaran

yang keluar dari Motor AC ke Gear Box. Perhitungan

menggunakan Pulley tersebut sebagai berikut :

Rasio =160 = 14= 14 . 60= 840

D1 = pulley pada Motor AC = 7 cm

D2 = pulley pada input gear box

= 211400840 = 271400 7840 = 211,666 = 2

18

Gambar 3.3. Pulley

2. Belting

Pada gambar 3.3 Belting berfungsi untuk menyambungkan

kedua pulley. Belting yang di gunakan penulis adalah tipe-a

dengan seri A-48.

3.3.1.2. Perancangan Mekanik Dudukan Kompor dan Kuali

Pada kerangka mekanik dudukan kompor dan kuali terbuat dari

bahan besi kotak 2.5x2.5 cm yang telah dilas. Kerangka ini berfungsi

untuk menopang keseluruhan komponen yang digunakan dalam

perealisasian alat yang di rancang.

Berikut adalah dimensi dan bentuk kerangka yang di realisasikan :

7 cm

11,666 cm

19

Gambar 3.4. Mekanik Keseluruhan Dudukan Kompor dan Kuali

Seperti yang di tunjukkan pada Gambar bahwa kerangka dudukan

kompor dan kuali terdiri dari beberapa bagian penting untuk menunjang

kinerja dari alat.

Berikut adalah penjelasan dari bagian-bagian alat untuk otomatisasi

buka tutup keran gas, pengecekan adanya api atau tidak, dan suhu pada

kuali.

1. UV Tron

UV Tron adalah bagian yang berfungsi untuk mengecek adanya

api atau tidak. Tegangan input yang diterima oleh UV Tron

sebesar 12 volt.

90 cm

90 cm 33,5 cm

20

Gambar 3.5. UV Tron

2. Thermocouple Type-K

Thermocouple adalah bagian dari mekanik yang berfungsi

sebagai pembaca suhu pada kuali. Thermocouple yang

digunakan adalah Thermocouple Tipe-K.

Gambar 3.6. Thermocouple Tipe K

21

3. Servo

Servo adalah bagian dari mekanik yang digunakan untuk

membuka dan menutup keran gas.

Gambar 3.7. Servo

4. Pemantik Api

Pemantik api adalah bagian dari mekanik yang digunakan untuk

menyalakan kompor. Pemantik api yang digunakan dalam

skripsi ini menggunakan baterai kotak 9 V sebagai sumber

tegangan. Pemantik ini akan aktif ketika relay diaktifkan.

Gambar 3.8. Pemantik Api

22

3.3.2. Perancangan Perangkat Keras Elektronik

Perangkat Keras Elektronik merupakan beberapa rangkaian elektronika

yang digunakan dalam sistem yang dirancang. Pada bagian ini akan membahas

tentang mikrokontroler Arduino Mega sebagai pengendali utama,

Thermocouple, UV Tron, Servo, Pemantik api.

3.3.2.1. Pengendali Utama

Pengendali utama pada suatu sistem kendali memiliki peran yang

sangat penting. Hal ini dikarenakan pengendali utama dapat

mengendalikan semua masukan dan keluaran dari suatu plant maupun

sensor yang ada pada suatu sistem. Oleh karena itu digunakan sebuah

pengendali utama pada skripsi ini untuk mengolah data yang diperlukan

dan mengambil keputusan untuk melakukan sesuatu pada tahap

selanjutnya dalam alat ini.

Pada skripsi ini pengendali utama yang digunakan adalah sebuah

mikrokontroler. Mikrokontroler ini dapat menerima data dari sensor

kemudian akan memprosesnya dan mengkonversikan data tersebut

menjadi satuan yang diinginkan. Mikrokontroler yang digunakan adalah

mikrokontroler yang termasuk dalam keluarga ATMega buatan Atmel

Corporation, yaitu ATMega 2560 yang diprogram dengan program

Arduino. Pemilihan ATMega 2560 berbasis Arduino sebagai pengendali

utama karena ATMega 2560 memiliki input dan output yang banyak, serta

memiliki banyak fasilitas yang relative lebih mudah dipelajari.

Pada mikrokontroler ini digunakan untuk mendapatkan data yang

terukur pada sensor suhu yang terukur oleh sensor suhu Thermocouple

Type K, serta digunakan untuk mendapatkan data yang terukur pada

sensor UV Tron. Mikrokontroler ini juga bertugas untuk menghidupkan

relay untuk menghidupkan Motor AC, mematik api, dan mengatur

pembukaan keras gas yang digerakkan oleh servo.

23

Tabel 3.1. Konfigurasi Pin ATMega 2560 Pada Bagian Pengendali Utama

Nama Port Fungsi

PORTA 0 Tombol push button 1 jam

PORTA 1 Tombol push button 2 jam

PORTA 2 Tombol push button 3 jam

PORTA 3 Tombol push button Reset

PORTD 10 Digital UV Tron

PORTD 11 Data servo

PORTD 20 SDA LCD dan RTC DS3231

PORTD 21 SCK LCD dan RTC DS3231

PORTD 8 Data Buzzer

PORTD 45 GND Thermocouple

PORTD 47 VCC Thermocouple

PORTD 49 SO Thermocouple

PORTD 51 CS Thermocouple

PORTD 53 SCK Thermocouple

PORTD 33 Relay Motor AC

PORTD 35 Relay Pematik Api

24

Skripsi yang dirancang dan direalisasikan ini dilengkapi dengan

program user interface. Program user interface yang digunakan berfungsi

untuk menampilkan status apakah alat dapat bekerja atau tidak, serta untuk

menampilkan waktu mundur lama pemasakan, berapa derajat servo

terbuka, suhu yang terukur oleh suhu Thermocouple, serta real time dari

RTC. Hal ini dirancang dengan tujuan untuk mempermudah user dalam

penggunaan supaya user mengetahui apakah alat sudah selesai atau belum

pada saat melakukan pemasakan. Untuk menampilkan user interface

digunakan sebuah LCD character 20 x 4 yang terhubung langsung ke

mikrokontroler, selain itu digunakan tombol push button memulai proses

memasak.

3.3.2.2. Sensor Suhu Thermocouple Type-K

Pada sistem yang dirancang untuk pengukuran suhu digunakan

Thermocouple type-k. Sensor suhu Thermocouple ini memiliki jangkauan

pengukuran 0oC sampai dengan 1200oC. Pada prinsipnya sensor suhu

Thermocouple digunakan untuk mengubah perbedaan suhu dalam benda

menjadi perubahan tegangan listrik (voltase). Dalam perancangan skripsi

ini dibutuhkan sebuah pengkondisi sinyal agar sensor suhu Thermocouple

dapat diolah oleh mikrokontroler. Pengkondisi sinyal yang digunakan

adalah modul MAX6675. Modul MAX6675 dibentuk dari kompensasi

cold-junction yang outputnya didigitalisasi dari sinyal yang dihasilkan

oleh Thermocouple type-k. Data output memiliki resolusi 12 bit dan

mendukung komunikasi SPI mikrokontroler secara umum. Data dapat

dibaca dengan mengkonversi dengan hasil pembacaan 12-bit data.

Pada perancangan skripsi ini sensor suhu Thermocouple digunakan

untuk membaca besaran suhu yang dihasilkan oleh pemanas kompor.

25

Gambar 3.9. Skema Sensor Suhu Thermocouple

3.3.2.3. Sensor Api UV Tron

Pada sistem yang dirancang untuk mendeteksi adanya api atau tidak

digunakan sensor api UV Tron. Sensor api UV Tron mampu menditeksi

gelombang inframerah antara 185 nm – 300 nm. Sensor memiliki digital.

Dalam proses mendeteksi adanya api atau tidak, diperlukan sebuah

pengkondisi signal, agar signal yang di hasilkan oleh sensor api UV Tron

ini dapat terbaca oleh mikrokontroler. Dalam perancangan skripsi ini

memerlukan satu buah pin pada mikrokontroler dan pada skripsi ini

diberikan port D10.

3.4. Perancangan Perangkat Lunak

Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan perangkat lunak yang

digunakan dalam skripsi ini. Perancangan perangkat lunak yang akan dijelaskan

mengenai mikrokontroler ATMega 2560 dan pengolahan data dari sensor api UV

Tron dan sensor suhu Thermocouple Type-K. Penjelasan perancangan perangkat

lunak pada skripsi ini akan dijelaskan melalui diagram alir.

26

Gambar 3.10. Diagram Alir Alat Produksi Jamu Bubuk Otomatis (Bagian 1)

27

Gambar 3.11. Diagram Alir Alat Produksi Jamu Bubuk Otomatis (Bagian 2)

Servo kembali ke 0oC

28

Penjelasan dari Gambar 3.10. adalah sebagai berikut :

Sistem akan melalui proses pemasakan jamu ketika salah satu tombol

push button lama pemrosesan ditekan oleh user.

Setelah salah satu push button lama pemrosesan di tekan, maka servo

akan membuka keran gas sebesar 20o.

Setelah keran gas terbuka maka mikrokontroler akan mengaktifkan

pematik api dan UV Tron akan mendeteksi adanya api atau tidak.

Setelah UV Tron mendeteksi adanya api, servo akan membuka keran gas

30o, 60o, 90o, untuk lama proses memasak 1 jam, 30o, 60o, 80o, untuk

lama proses memasak 2 jam, 30o, 60o, 70o, untuk lama proses memasak 3

jam.

Setelah kondisi servo telah terpenuhi, maka mikrokontroler akan

mengaktifkan relay untuk mengaktifkan Motor AC yang akan

menggerakkan Gear Box, dan pengaduk akan mulai mengaduk hingga

waktu yang telah ditentukan, lama pemrosesan akan tertempil di LCD 20

x 4.

Kemudian cek lagi, apakah waktu pemrosesan telah selesai?

Jika YA, maka mikrokontroler akan menonaktifkan relay yang menjadi

pemicu Motor AC sehingga Gear Box untuk pengaduk berhenti berputar.

Servo akan menutup keran gas ke 0o, sehingga kompor akan mati dan

jamu sudah bisa diambil.

Jika TIDAK, maka pengaduk tetap berputar sampai proses waktu

memasak selesai.

Proses pemproduksian jamu selesai dan siap menerima input kembali.