PERENCANAAN DAN PEMBUATAN ALAT PENGISI BUBUK KOPI

Transkripsi

1 DINAMIKA TEKNOLOGI April 0 Vol. 8; No. ; Hal. 9 PERENCANAAN DAN PEMBUATAN ALAT PENGISI BUBUK KOPI Dwi Wisnu Susilo (), Judi Prajetno Sugiono () Jurusan Teknik Elektro, Sekolah Tinggi Teknik Surabaya jpsugiono@stts.edu () ABSTRAK Banyak barang kemasan yang diperjualbelikan dengan satuan berat barang, salah satunya adalah produk yang berbentuk biji (granule) atau bubuk (powder). Pengukuran berat barang biasanya dilakukan oleh mesin, menggunakan konversi berat ke volume, atau menggunakan timbangan. Pengukuran berat menggunakan konversi berat ke volume dirasakan memiliki kesalahan yang cukup besar, dan hanya cocok dipakai jika berat yang diukur dalam satuan ukuran yang besar. Dalam penelitian diidentifikasi bahwa metode in hanya cocok untuk mengukur berat 0 gram ke atas. Pada penelitian ini akan digunakan sensor berat (load cell) sebagai alat untuk mengukur berat. Dengan dipergunakannya sensor berat diperoleh akurasi yang lebih baik dan fleksibilitas yang lebih luas, karena berat yang diinginkan dapat ditentukan tanpa harus melakukan setup yang rumit. Kata kunci: Mesin Pengisi Bubuk Kopi, Load Cell ABSTRACT Many packaged goods are bought and sold with a unit weight of the goods, one of which is a product in the form of seeds (grains) or powder (powder). Measurements of heavy goods usually done by machine, using the weight to volume conversion, or use the scales. Measurement of weight using the weight to volume conversion perceived to have fairly large error, and only suitable if the weight is measured in units of large size. In the study identified that in only suitable method for measuring the weight of 0 grams or more. This research will use the weight sensor (load cell) as a tool to measure the weight. With a weight sensor used to obtained better accuracy and greater flexibility, because the desired weight can be determined without having to perform complicated setup. Keywords: Coffee Powder Filling Machine, Load Cell. PENDAHULUAN Dalam penelitian yang dilakukan sebelumnya pada produksi bubuk kopi, dilakukan pembuatan Alat Pengisi Biji Kopi dipergunakan metode konversi berat ke volume. Berat yang diinginkan dinyatakan dalam sebuah tabung takaran yang volumenya sudah disesuaikan. Jika kemasan sudah siap, maka pengisian dilakukan dengan membuka tabung takaran dengan tenaga pneumatic. Alat ini harus dikalibrasi ulang setiap kali terjadi pergantian jenis biji kopi, karena faktor besar kecil biji, tingkat kekeringan biji akan berpengaruh pada berat, dan karenanya volume tabung takaran bisa jadi tidak sesuai dengan berat yang diinginkan. Dari observasi lanjutan, alat ini hanya cocok jika berat yang diukur di atas 0 gram. Gambar : Desain alat pengisi biji kopi dengan konversi berat ke volume Dalam penelitian ini di desain sebuah alat pengisi untuk kopi berbentuk bubuk (powder) dengan pengukur berat kopi menggunakan load cell sehingga penimbangan menjadi lebih fleksibel. Dasar pembuatan alat ini menggunakan mikro Jurnal Ilmiah Teknologi dan Rekayasa, ISSN: 90 9

2 DINAMIKA TEKNOLOGI April 0 Vol. 8; No. ; Hal. 9 kontroller AVR ATMEGA yang akan mengendalikan kegiatan mesin selama mesin beroperasi. Dalam mesin ini akan ditambahkan sensor berat load cell yang akan mengukur berat. Sebuah LCD display dan keypad dipasang untuk menjembatani setting yang harus dilakukan oleh operator. Prinsip kerja dari alat yang didesain terlihat seperti pada gambar. Pertama kali dilakukan setting berat yang diukur lewat keypad. Bubuk kopi yang disimpan dalam hooper akan diturunkan oleh screw yang diputar oleh motor, untuk dimasuk ke dalam kemasan yang disiapkan. Gambar : Desain Alat Pengisi Bubuk Kopi Dipergunakannya screw selain untuk mendorong turunnya bubuk kopi, juga untuk mengatasi tekanan berat yang sampai di timbangan, yang mungkin membuat hasil ukur menjadi salah. Dibawah kemasan diletakkan load cell, yang menimbang berat dari bubuk kopi yang jatuh. Jika berat sudah mencapai angka yang diinginkan pintu hopper ditutup oleh door lock dan motor screw dimatikan. DESAIN RANGKAIAN Gambar : Blok Rangkaian Elektronik Kunci dari alat ini adalah sejumlah rangkaian seperti pada gambar. Alat ini terdiri blok pengendali yang dibuat dengan mikrokontroller ATMEGA, rangkaian driver untuk menggerakkan motor DC, rangkaian driver untuk menggerakkan katup penutup hopper, dan penguat instrumentasi untuk mengambil hasil ukur dari load cell. Selain itu dipasang juga sepasang keypad dan LCD untuk memasukkan parameter yang diinginkan.. MIKROKONTROLLER ATMEGA AVR merupakan seri mikrokontroler CMOS 8bit buatan Atmel, berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer) yang ditingkatkan. Hampir semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai register general purpose, timer atau counter fleksibel dengan mode compare, interrupt internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, dan mode power saving. Mempunyai ADC dan PWM internal. AVR juga mempunyai InSystem Programmable Flash onchip yang mengizinkan memori program untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI. ATmega adalah mikrokontroler CMOS 8bit dayarendah berbasis arsitektur RISC yang ditingkatkan.. Flash memori program ada di dalam chip (onchip) dan mempunyai kemampuan In System Programmable (ISP). Semua prosesor keluarga AVR memiliki memori flash yang dapat diprogram dengan dua mode yaitu: paralel dan serial.. Prosesor AVR dilengkapi dengan memori EEPROM dan RAM. Pada Arsitektur Havard EEPROM dan RAM dianggap sebagai memori data untuk menyimpan konstanta dan variabel.. Frekuensi clock sampai dengan 8 MHz, hampir semua instruksi beroperasi dalam cycle clock, berarti hampir 0 kali lebih cepat dibandingkan dengan prosesor konvensional lainnya, pada frekuensi clock yang sama.. Rangkaian power on reset.. Onchip programmable timer dengan prescalar terpisah. Ini digunakan untuk aplikasi timer.. Internal dan eksternal interupsi.. Programmable Watchdog timer dengan osilator sendiri dapat digunakan untuk mendebug software yang dibuat. 8. Mode operasi idle, power down dan power safe untuk menghemat daya ketika prosesor dalam mode sleep. 9. Mempunyai general purpose working (GPW) register. Dengan registerregister ini 0 Jurnal Ilmiah Teknologi dan Rekayasa, ISSN: 90

3 DINAMIKA TEKNOLOGI April 0 Vol. 8; No. ; Hal. 9 banyak variabel yang dapat disimpan dalam CPU dibanding dengan variabel diletakkan dalam memori data yang membutuhkan waktu akses yang lebih lama dan dengan cara ini akan mempercepat jalannya program. Gambar menunjukkan ATmega yang menggunakan crystal 8MHz untuk rangkaian pembangkit clock. Sejumlah port output dari ATmega digunakan untuk disambungkan dengan rangkaian LCD (liquid crystal display) yang merupakan bagian tampilan pada alat ini. Keypad sebagai input nilai untuk menentukan berat, tersambung juga pada mikrokontroler ini. semua pin port B juga digunakan untuk keypad. Port C di mana semua pin dari port C digunakan untuk mengatur tampilan LCD kecuali kaki pin PC. Port D ini banyak digunakan untuk mengontrol tombol push button, motor dan door lock. Pin yang digunakan adalah PD, PD digunakan untuk push button, PD, PD digunakan untuk mengatur door lock dan PD, PD digunakan untuk mengatur motor.. KEYPAD U 9 0 C RESET PA0(ADC0) 9 pf Y PA(ADC) 8 XTAL PA(ADC) PA(ADC) C PA(ADC) pf PA(ADC) 8Mhz XTAL PA(ADC) PA(ADC) 8 AREF PB(SCK) 0 PB(MISO) A PB(MOSI) PB(SS) AGND PB(OC0AIN) PB(INT/AIN0) PB(T) 0 PB0(XCK/TO) 9 ISP PC(TOSC) 8 GND PC(TOSC) PC PC PC PC PC(SDA) PC0(SCL) PD(OC) 0 PD(ICP) 9 PD(OCB) 8 PD(OCA) PD(INT) PD(INT0) PD(TXD) PD0(RXD) ATmega Gambar : Rangkaian mikrokontroler ATmega Penggunaan port ATMEGA ditentukan dalam segmen program di bawah. Segmen program ini berisikan pengaturan Inisialisasi Port, Inisialisasi Timer/Counter, Inisialisasi External Interrupt Segmen program : Inisialisasi port 0. // I/O Ports initialization 0. // Port A initialization 0. PORTA =0x00; 0. DDRA =0x00; 0. // Port B initialization 0. PORTB =0x00; 0. DDRB =0x0F; 08. // Port C initialization 09. PORTC =0x00; 0. DDRC =0x00;. // Port D initialization. PORTD =0xFF;. DDRD =0xFF; Port A hanya satu pin yang digunakan yaitu PA0, pin ini digunakan untuk membaca ADC dari rangkaian Instrumentation Amplifier. Port B digunakan sebagai modul ISP (In System Programmer), kakikaki yang digunakan adalah MISO, MOSI dan SCK. Selain digunakan untuk ISP Gambar : Struktur Keypad dengan prinsip scanning Keypad yang digunakan pada alat ini adalah keypad X. Segmen program menjelaskan perintah pada operasi keypad. Modul keypad bekerja berdasarkan prinsip scanning. Keluaran dari modul keypad berupa delapan pin, yaitu empat pin baris dan empat pin kolom. Ketika ada penekanan pada salah satu tombol pada keypad, maka baris dan kolom dari tombol yang ditekan akan tersambung, cara membaca masukan dari keypad. Segmen Program : Program Untuk scan Keypad 0. ScanCode[]={0xD,0xEE,0xED,0xEB,0x DE,0xDD,0xDB,0xBE,0xBD,0xBB,0xE,0xD,0xB,0x,0xE,0xB}; 0. //0 8 9 A B C D * # 0. unsigned char ScanKey (void) 0. { 0. Unsigned char i,j,u=0xff,u=0xff; 0. for (i=0;i<;i) 0. { 08. PORTB=~(<<i); 09. delay_ms(); Jurnal Ilmiah Teknologi dan Rekayasa, ISSN: 90

4 DINAMIKA TEKNOLOGI April 0 Vol. 8; No. ; Hal for (j=0;j<;j){. if (PINB==ScanCode[j]) u=j;. }. }. delay_ms();. if (u!=0xff). {. for (i=0;i<;i) 8. { 9. PORTB=~(<<i); 0. delay_ms();. for (j=0;j<;j). {. if (PINB==ScanCode[j]) u=j;. }. }. }else return(0xff);. if (u==u) return (u); 8. return(0xff); 9. }. LOAD CELL Load cell adalah sebuah sensor gaya yang banyak digunakan untuk mengukur berat. Load Cell pada dasarnya adalah sebentuk foil metal strain gauges (SG). Strain dari muncul sebagai pengaruh dari pembebanan yang berupa perubahan resistansi strain gauge yang linier dengan gaya berat yang dipasang. Proses pengambilan data pada sensor berat (load cell) dilakukan lewat Instrumentation Amplifier, dan kemudian diumpankan ke port ADC dari ATMEGA. Segmen program berikut ini adalah segmen program yang digunakan untuk membaca tegangan output dari rangkaian instrumentation amplifier. Segmen program : Pembaca ADC 0. // Read the AD conversion result 0. unsigned int read_adc(unsigned char adc_input) 0. { 0. ADMUX=adc_input (ADC_VREF_TYPE & 0xff); 0. // Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage 0. delay_us(0); 0. // Start the AD conversion 08. ADCSRA =0x0; 09. // Wait for the AD conversion to complete 0. while ((ADCSRA & 0x0)==0);. ADCSRA =0x0;. return ADCW;. } Untuk menaikkan akurasi pengukuran, terutama terhadap gelombang interferensi frekuensi rendah, maka diterapkan prosedur ratarata. Prosedur ratarata ini akan mengambil sejumlah data hasil ukur dari percobaan, yang kemudian dicari harga rataratanya. Segmen Program : Program berat ratarata JH Load Cell 9V U LM LM U Gambar : Load cell R0 R R 00k 0K k R8 00k R K R 0K R K LM R9 00k U R R k 0k R k LM U JH Supply 9V JH ADC, mikrokontroller JH GND 0. weight=weightread_adc(0);i;j; 0. if (i==0){ 0. weight_mean=(weight/0); // berat diratarata 0. i=0; 0. weight=0; 0. } Baris ke dalam segmen preogram tersebut merupakan hasil pengukuran yang sebenarnya kemudian nilainya akan dimasukan pada variabel I, yang diratarata sepuluh kali, dan akan dikembalikan 0 kembali.. MOTOR DC Gambar : Rangkaian Instrumentation Amplifier Sinyal output load cell cukup kecil dalam orde mv tidak bisa dibaca langsung oleh mikrokontroller, untuk itu dipasang sebuah rangkaian Instrumentation Amplifier. Tegangan output load cell, dikuatkan dalam orde Volt Motor DC adalah suatu mesin yang berfungsi mengubah tenaga listrik arus searah menjadi putaran dari rotor. Putaran dari rotor ini di timbulkan dari adanya arus listrik yang mengalir dari kawat yang berada dalam medan magnet. Bila arus listrik mengalir dalam kawat arahnya menjauhi medan magnet yang terbentuk disekitar kawat, Jurnal Ilmiah Teknologi dan Rekayasa, ISSN: 90

5 JH port mikro R D LED D LED R U 8 a h b g c f d e PC8 _V R R R D LED Q BDB0A D R N8 Q R BUZ0 Q BUZ0 Q BUZ0 D 00 D 00 D D K JH C RELAY 8pin D0 00 D 00 D8 00 D9 00 DINAMIKA TEKNOLOGI April 0 Vol. 8; No. ; Hal. 9 kawat akan bergerak yang arahnya searah dengan arah putaran jarum jam. Sebaliknya bila arus listrik yang mengalir dalam kawat yang arahnya mendekati maka medan magnet yang terbentuk disekitar kawat, maka kawat akan bergerak kearah yang berlawanan dengan arah putaran jarum jam. Dalam penelitian ini, motor dipergunakan untuk memutar screw, cepat lambatnya produksi tergantung dari berapa cepat motor untuk berputar, diperlukan pengendali motor untuk mengaturnya. Rangkaian driver pada gambar 8 digunakan untuk mengontrol kecepatan motor. Gambar 8: Rangkaian Driver Motor DC Dibawah ini merupakan potongan program yang digunakan untuk mengatur kecepatan motor. Segmen Program : Program Untuk Inisialisasi Port Motor 0. on=0; 0. on=; speed=tempspeed; 0. if (motorrun) { //flag 0. if (OCRA>speed) OCRA=OCRA; 0. if (tempspeed>000) tempspeed=(tempspeed%000); Instruksi baris ke dan baris ke digunakan sebagai pengkondisian motor, bila motor mendapat 0 maka kondisi motor dalam kondisi off, sedangkan motor yang mendapat maka motor dalam kondisi on. Pada baris ke adalah flag dengan maksud untuk melihat kondisi motor dalam kondi off atau on, jika dalam kondisi off maka tidak akan melanjutkan program dan jika dalam kondisi on maka akan meneruskan program programnya. Baris ke digunakan untuk mengejar setting PWM OCRA merupakan PWM dimana dalam keadaan 00% maka tegangan yang dipakai sebesar V, dan RPM penuh sebesar 0 RPM. Dalam alat ini digunakan 000 RPM untuk 00% kondisi PWM.. RANGKAIAN DOOR LOCK Rangkaian door lock yang dipergunakan, memiliki bentuk yang sama dengan rangkaian driver motor D N8 (memiliki fungsi yang sama, yaitu menggunakan motor untuk membuat gerakan majumundur). Door lock membutuhkan membalik tegangan yang digunakan untuk menaik turunkan tuas. Berikut ini segment program yang digunakan untuk mengendalikan door lock. Segmen program : door lock 0. If motorrun // flag 0. PORTD.0=0; 0. delay_ms(00); 0. PORTD.=0; 0. j=0; segment program menjelaskan cara maju mundurnya door lock pada baris ke merupakan flag, flag adalah penanda apakah motor berputar atau tidak. Baris ke kondisi dimana door lock sedang menarik tuasnya, baris ke merupakan kondisi dalam kondisi mendorong ke atas, jika dikasih, yang berarti ON. UJI COBA ALAT Untuk menghindari kesalahan kesalahan yang terjadi pada peralatan elektronika, diperlukan suatu pengujian dan pengukuran pada peralatan yang direncanakan. Pengujian dilakukan dengan menguji tipa tiap modul berjalan dengan baik, maka perlatan ini telah dianggap telah berjalan dengan yang diinginkan.. Pengujian rangkaian instrumentasi Pengujian rangkaian instrumentasi amplifier dengan Load Cell adalah untuk mengetahui penguatan tegangan sebelum dari rangkaian instrument dan sesudah dari rangkaian instrument. Tabel : Pengujian rangkaian instrumentasi Beban Load Cell Sebelum rangkaian Instrument (mv) Sesudah rangkaian Instrumentasi (V) 00, 0, 0, 0, 00, 0, ,9 00.,. Pengujian kecepatan motor dan waktu Tujuan dilakukan pengujian kecepatan motor dan waktu yang diperlukan untuk mengetahui berapa lama waktu yang diperlukan untuk memenuhi berat Jurnal Ilmiah Teknologi dan Rekayasa, ISSN: 90

6 DINAMIKA TEKNOLOGI April 0 Vol. 8; No. ; Hal. 9 yang ingin dicapai. Alat ini memiliki beban minimum dan beban maksimum yang mampung ditimbang, beban minimum sebesar 0 gram sedangkan beban maksimum sebesar 900 gram. Load cell yang digunakan mempunyai beban maksimal KG hal ini diperkecil dari beban maksimal load cell karena desain mesin yang kecil tidak dapat menampung berat sampai dengan KG bubuk kopi. Tabel : Pengujian kecepatan motor dan waktu Beban Load Cell Kecepatan Motor (PWM) Ratarata Waktu (Detik) 00 00, 0 00, , , 00 00,. Pengujian berat yang diukur dengan mesin dibandingkan dengan berat yang diukur dengan timbangan standar Tujuan dilakukan uji coba ini adalah untuk membandingkan berat yang diukur dengan mesin dan berat yang diukur dengan timbangan digital standart. Percobaan dilakukan dengan beberapa berat yang berbeda. Tabel. Pengujian Berat dibanding referensi Berat yang akan diukur 00 Hasil percobaan Perco baan 0 Hasil timbangan referensi Nilai ratarata Percobaan Nilai ratarata PENUTUP 8 89 Dari hasil percobaan yang dilakukan diperoleh hasil persentase keseluruhan kesalahan alat ini mencapai, %. Ada beberapa sebab yang sudah diidentifikasi yaitu, kualitas rancangan peletakan sensor, pengaruh atau interferensi gelombang frekuensi rendah, dan kadar air dari bubuk kopi yang diukur. Kecepatan Motor yang dipergunakan untuk door lock cukup baik untuk menggerakkan door lock, tetapi tidak terlalu memuaskan untuk menggerakkan screw. Terjadi trade off antara kecepatan dan kepresisian pengukuran berat. DAFTAR PUSTAKA. Agus Bejo (008), C dan AVR rahasia kemudahan bahasa C dalam Mikrokontroller ATMega, Graha Ilmu.. Erika KressRogers & Christopher J. B. Brimelow (000), Instrumentation and sensors for the food industry Second edition, CRC Press.. Jacob Fraden (00), Handbook Of Modern Sensors: Physics, Designs, and Applications, AIP Press.. Allan Morris (00), Measurement and Instrumentation Principles, Butterworth Heinemann.. Paulus Andi Nalwan (00) Panduan praktis teknik antarmuka dan pemrograman mikrokontroller Atmega, PT. Elex Media Komputindo.. Sabri Solomon, (00) Sensor Handbook, McGraw Hill. Jurnal Ilmiah Teknologi dan Rekayasa, ISSN: 90