bab iii perancangan sistem -...

19

BAB III

PERANCANGAN SISTEM

Bab ini menguraikan perancangan mekanik, perangkat elektronik dan

perangkat lunak untuk membangun Pematrian komponen SMD dengan menggunakan

conveyor untuk indutri kecil dengan sistem yang ditunjukkan pada gambar Blok

diagram. Perancangan mekanik membahas tentang keseluruhan dari kerangka alat,

letak komponen elektronik, serta sistem kerja conveyor. Perancangan elektronik

membahas alat atau komponen yang digunakan, sedangkan perancangan perangkat

lunak berupa baris-baris program yang diunduhkan pada mikrokontroler

3.1. Rancangan Mekanik

Pada bagian ini adalah hal yang paling utama dalam sistem pematrian ini

karena rancangan menyangkut konveyor yang akan memuat PCB untuk dipatri

oleh pemanas. Rancangan ini terdiri dari sebuah konveyor dengan motor sebagai

penggerak utama seperti ditunjukkan pada Gambar 3.1:

Gambar 3.1. Kerangka keseluruhan.

20

Secara garis besar dapat digambarkan bahwa motor akan menggerakkan

pulley yang diletakkan menempel dengan motor yang keduanya dihubungkan

dengan roda gigi dengan perbandingan 1:1. Pulley yang digunakan berjumlah 4

dan agar berjalan bersama maka dihubungkan dengan 2 shaft sejajar. Di antara 2

shaft tersebut digunakan tali yang dihubungkan pada nampan conveyor yang

seperti pada Gambar 3.1 dan akan menempel di atas empat buah roda yang

berjalan pada sebuah rel. Adapun motor yang digunakan adalah motor 24VDC.

Ditunjukkan pula pada gambar 3.1 bahwa bahwa nampan conveyor akan

membawa PCB untuk dilewatkan pada pemanas keramik untuk melakukan

proses pematrian. Di antara tiang penyangga pemanas terdapat sensor

photointerrupter yang digunakan untuk pembatas gerakan saat melakukan proses

pematrian. Setelah selesai proses maka nampan akan kembali ketempat semula

untuk melakukan proses pematrian yang terakhir yaitu pendinginan.

3.2. Rancangan Elektronik

3.2.1. Modul Pengontrol Suhu

Modul ini terdiri dari dua komponen utama yaitu sensor termokopel

dan penguat tegangan. Adapun penggunaan termokopel adalah untuk

mengetahui suhu yang dihasilkan oleh pemanas dan suhu yang ada pada

nampan conveyor yang memuat PCB yang akan dipatri. Tujuannya agar

suhu yang ada pada saat pematrian dapat diatur sesuai dengan kebutuhan.

Oleh karena perubahan tegangan pada keluaran dari termokopel sangat

kecil untuk dibaca oleh pin ADC pada mikrokontroler, maka diperlukan

penguat tegangan yang menghubungkan antara termokopel dan

mikrokontroler

3.2.4.1 Termokopel

Untuk kepentingan pemantauan suhu pada sistem

pematrian ini dibutuhkan sensor suhu presisi yang dapat bekerja

pada suhu yang cukup tinggi. Termokopel digunakan sebagai

sensor suhu karena mampu bekerja pada suhu yang cukup

ekstrim (berkisar antara -400°C sampai 1300°C) selain itu harga

sensor ini relatif terjangkau.

21

Untuk pemilihan termokopel pada alat ini dipakai Tipe K

(Chromel (Ni-Cr alloy)/Alumel (Ni-Al alloy)). Dikarenakan

termokopel jenis ini tersedia untuk rentang suhu −200°C hingga

+1200°C. Karena range suhunya sesuai dengan spesifikasi pada

alat yang dibuat lebih mudah dicari di pasaran.

Gambar 3.2. Termokopel tipe K.

Karena tegangan keluaran termokopel tipe K terlalu kecil

untuk digunakan oleh pin ADC pada mikrokontroler jenis Tipe K

ini harus diberi penguatan tegangan untuk menghubungkan

dengan mikrokontroler.

3.2.1.2 Penguat AD595

Gambar 3.3. Penguat AD595.

Penguat ini adalah sebuah penguat khusus untuk sensor

termokopel dimana tegangan yang dikeluarkan sekitar 41µV/°C

dari sensor dikuatkan oleh IC ini menjadi 10 mV/°C dengan

penguatan tersebuat maka perubahan tegangan keluaran akan

dapat dibaca pin ADC yang terdapat pada mikrokontroler

(ATMega 32).

22

Gambar 3.4. Konfigurasi pin dari AD 595

Karena suhu yang diukur merupakan suhu di atas 0° C, maka

digunakan catu daya tunggal dengan untai sebagai berikut:

Gambar 3.5. Untai penguat catu daya tunggal AD 595.

3.2.2. Rangkaian Pengendali Utama

3.2.2.1 Board ATMega32

Modul ini adalah modul pengendali utama yang

mengendalikan seluruh kerja sistem pada alat yang dibuat dengan

memproses masukan dari sensor-sensor yang akan digunakan

untuk mengubah gerakkan conveyor serta untuk mengaktifkan

relay yang akan mensaklarkan pemanas. Pada alat yang dibuat ini

digunakan board mikrokontroler ATMega 32 yang mempunyai

23

pin ADC yang digunakan untuk membaca sensor termokopel.

a. b.

Gambar 3.6.(a) Board ATMega32, (b) Pin pada ATMega 32.

Gambar 3.6(a) adalah gambar fisik dari board yang

digunakan sedangkan pada Gambar 3.6(b) adalah gambar

pemetaan pin dari chip ATMega 32 dengan konfigurasi pin yang

digunakan seperti pada Tabel 3.1 dan untai seperti pada Gambar

3.7

Gambar 3.7. Untai rangkaian keseluruhan.

24

Tabel 3.1. Konfigurasi Pin

No Nama Port Fungsi

1. PB0 Data RS display LCD

2. PB2 Data E display LCD

3. PB4 Data display LCD




7. PC2 Data Input1 Driver Motor

8. PC4 Data Input2 Driver Motor

9. PC3 Data Input Photo Interupter



12. PA0 Data Input AD595

13. PA1 Data Input AD595

14. PA7 Data SSR

15. PD1 Tombol

16. PD2 Tombol

17. PD3 Tombol

18. PD5 Data Enable Driver Motor

19 PA5 Kipas DC

Dari Tabel 3.1 board mikro akan mengendalikan driver

motor, menerima masukkan dari photointerrupter, sensor

termokopel serta masukkan dari pengguna alat melalui

tombol dan menampilkan menu serta suhu lewat LCD 16×2

dan juga mengendalikan pemanas lewat Solid State Relay.

25

3.2.2.2. LCD 16×2

Modul yang digunakan adalah LCD16×2 yang berarti

dapat menampilkan 16 karakter dan berisi 2 barisan tampilan

berikut gambar dari rangkaian LCD seperti ditunjukkan pada

Gambar 3.8.

Gambar 3.8 Konfigurasi Pin pada LCD.

Adapun kegunaan LCD adalah sebagai penampil menu,

ukuran dan proses pematrian yang sedang dikerjakan, dengan

LCD ini maka operator memilih ukuran PCB yang akan

dikerjakan dan dapat mengetahui dan memilih apakah mesin

sudah siap untuk mengerjakan kembali atau mesin dimatikan

3.2.2.3. Tombol

Tombol ini digunakan untuk memasukkan menu ukuran

yang tertampil di LCD. Selain itu juga untuk memulai

melakukan proses pematrian adapun rangkaiannya

menggunakan rangkaian pulldown seperti pada Gambar 3.9

Gambar 3.9. Rangkaian pulldown

26

Untai ini dibuat untuk mengatasi nilai ambang pada

pembacaan nilai oleh mikrokontroler terhadap kondisi saklar

pada saat ditekan atau tidak. Cara kerjanya adalah saat saklar

open nilai yang dibaca oleh pin mikrokontroler adalah Low ≈

GND dan saat close atau ditekan maka pembacaan oleh pin

mikrokontroler adalah High ≈ VCC

3.2. 3 . Rangkaian Motor

3.2.3.1. Motor DC 24V

Gambar 3.10. Motor DC

Motor ini berfungsi sebagai penggerak utama yang

digunakan untuk menggerakkan conveyor dengan spesifikasi

Tegangan maksimal = 24V

Arus maksimal = 3A

Motor ini akan menggerakkan conveyor dengan cepat

lambat diatur agar sesuai dengan grafik langkah-langkah

pematrian. Adapun untuk mengatur cepat lambat dari kecepatan

motor digunakan PWM yang diatur oleh mikrokontroler.

27

3.2.3.2. Driver motor L298

Gambar 3.11. Modul driver motor L298.

Dikarenakan adanya pengaturan PWM untuk

menggerakan motor maka diperlukan driver untuk men-drive

cepat lambat motor sesuai dengan lebar pulsa yang dikirimkan

oleh mikrokontroler.

Gamba 3.12. Pulse Width Modulator.

Untuk menghitung duty cycle sebuah sinyal PWM digunakan

rumus: = ×100%....................................(3.2.1.2.1)= + ...............................................(3.2.1.2.2)

Dari Persamaan 3.2.1.2.1 dan 3.2.1.2.2 maka didapat= ×100%..............................(3.2.1.2.3)

Pada perancangan ini digunakan timer counter 8 bit

sehingga nilai PWM maksimal dengan duty cycle 100%

memiliki nilai OCR 255, (Output Compare Register) OCR

28

merupakan nilai pembanding timer counter agar mengeluarkan

sinyal PWM. Misalkan diinginkan PWM dengan duty cycle 50%

maka dapat duraikan sebagai berikut ini :

Input driver motor 18 Volt

maka dapat dirumuskan 50% ×255 = 127

Maka tegangan keluaran adalah 50% ×18= 9 volt

Untuk modul L298 yang dipakai rangkaian yang dipakai sebagai

berikut

Gambar 3.14 untai L298

L298 memiliki dua buah rangkaian H-Bridge di dalamnya,

sehingga dapat digunakan untuk men-drive dua buah motor DC.

Masing-masing dapat mengantarkan arus hingga 2A. Namun,

dalam penggunaannya, L298 dapat digunakan secara paralel,

sehingga kemampuan menghantarkan arusnya menjadi 4A.

Dengan tegangan operasi sebesar 46 V

3.2.3.3. Photo Interuppter

Rangkaian ini berisi sensor Photointerupter yang

difungsikan sebagai pembatas gerakan conveyor.

Gambar 3.15 fisik dari sensor photointerrupter

Pada saat alat melakukan proses pematrian yaitu preheat,

29

heating dan soldering digunakan juga untuk melakukan counter

langkah-langkah tersebut dan pada saat proses pematrian yaitu

pendinginan digunakan sebagai penanda dari tempat

pendinginan. Adapun untai photointerrupter ditunjukkan seperti

pada gambar 3.16.

Gambar 3.16 Rangkaian photointeruppter.

Cara kerja pada Gambar 3.16 adalah dimana pada kaki

1dan 2 ditengah-tengahnya dihalangi dari kaki 3 dan 4 atau

terhalang suatu benda maka cahaya dari led tidak sampai ke kaki

basis antara kaki 4 dan 3 dan tegangan dari VCC akan langsung

mengalir pada output dan output akan bernilai high dan memberi

masukkan pada mikrokontroler.

3.2. 4 Rangkaian Pemanas

3.2.4.1 Pemanas keramik

Untuk memenuhi target pematrian yaitu suhu soldering

sekitar 260 °C maka dipilih ceramic infrared heater seperti

pada Gambar 3.17

Gambar 3.17 Ceramic Infrared Heater.

Spesifikasi pemanas adalah sebagai berikut

30

1. Dimensi lebar 6 cm dan panjang 23 cm

2. Menggunakan catu daya 220VAC 50 Hz

3. Temperatur maksimum 800°C

4. Daya keluaran maksimum 1000 Watt

3.2.4.2 Solid State Relay (SSR)

Pemanas tersebut agar dapat disaklarkan oleh mikrokontroler

maka digunakan Solid State Relay (SSR) sebagai komponen

pensaklaran. Komponen SSR yang digunakan pada alat ini

adalah jenis KSD225AC3 buatan Cosmo Electronic dengan

spesifikasi:

1. Input 5-12 VDC

2. Load 25 A, 250 VAC

3. Tegangan Drop Out 1VDC

Gambar 3.18 Gambar fisik dari SSR.

Untuk rangkaiannya seperti ditunjukkan pada Gambar 3.19

Gambar 3.19 Untai Solid State Relay.

Dari untai pada Gambar 3.18 mikrokontroler akan

memberikan tegangan sebesar 5 volt menggunakan pin A7.

Setelah dipicu, SSR akan aktif maka pemanas keramik akan

31

disaklarkan untuk kondisi menyala sampai batas suhu yang

digunakan untuk pematrian. Adapun resistor 330Ω di rangkai

sebagai pengaman agar arus yang masuk ke mikrokontroler

tidak terlalu besar jika terjadi feedback current

3.2. 5 Modul Pendingin

Modul pendingin ini berisi dari rangkaian berikut ini

Gambar 3.20 Rangkaian saklar pendingin.

Rangkaian ini berfungsi untuk melakukan proses pematrian terakhir

yaitu pendinginan menggunakan kipas DC 12 volt biasa dan disaklarkan

oleh mikrokontroler untuk menyalakan dan mematikan kipas.

3.3. Rancangan Perangkat Lunak

Perancangan perangkat pada alat ini menggunakan chip ATMega dan

diprogram menggunakan Arduino Ide. Untuk penggunaan perangkat lunak pada

alat ini maka mikrokontroler diprogram untuk dapat mengendalikan pemanas,

untuk menggerakkan conveyor, serta mengendalikan sensor-sensor yang

menunjang sistem

32

3.3.1 Diagram Alir Sistem perangkat Lunak

Gambar 3.21. Diagram alir sistem perangkat lunak.

33

Langkah kerja perangkat lunak dari diagram alir yang ada pada

Gambar 3.21 yaitu pertama adalah penyalaan sumber tegangan baik dari

power supply maupun dari sumber tegangan AC 220V-50 Hz. Setelah

semua menyala maka termokopel yang berada pada pemanas keramik

akan melakukan monitoring apakah suhu pada pemanas sudah mencapai

suhu yang diinginkan yaitu 350°C pada permukaan pemanas. Adapun

panas pada permukaan pemanas dijaga suhunya dari 390°C - 410°C saat

alat menyala. Apabila permukaan pemanas sudah mencapai suhu yang

diinginkan yaitu 350°C maka akan tertampil menu ukuran pada LCD.

Ukuran tersebut berfungsi untuk membedakan cepat lambat gerakan

pada motor yang disetting dengan PWM. Setelah menu ukuran pada

LCD telah diisi oleh operator maka ditekan menu “yes” yang tertampil

pada LCD maka mulailah proses pematrian dari preheating lalu heating

dan akhirnya soldering setelah selesai proses maka conveyor akan

menuju ke modul pendingin berupa kipas untuk melakukan proses

pendinginan. Dimana sebagai monitoring dari suhu konveyor dipasang

sebuah termokopel. Dari termokopel inilah diketahui apakah suhu pada

conveyor sudah sesuai dengan suhu yang diinginkan yaitu dibawah 30°C.

Jika suhu sudah berada dibawah 30°C maka kipas akan dimatikan dan

pada monitor LCD akan tertampil menu lanjutkan untuk memulai lagi

proses pematrian atau selesai untuk mengakhiri pematrian dan

mematikan semua sistem.

bab iii perancangan sistem -...

Documents