RANCANG BANGUN SISTEM KEMUDI OTOMATIS TRAKTOR PERTANIAN BERBASIS NAVIGASI GPS (GLOBAL POSITIONING SYSTEM) CECEP SAEPUL RAHMAN

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN SISTEM KEMUDI OTOMATIS TRAKTOR PERTANIAN BERBASIS NAVIGASI GPS (GLOBAL POSITIONING SYSTEM) CECEP SAEPUL RAHMAN SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2013

2

3 PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Rancang Bangun Sistem Kemudi Otomatis Traktor Pertanian Berbasis Navigasi GPS (Global Positioning System) adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini. Bogor, Januari 2013 Cecep Saepul Rahman NIM F

4

5 ABSTRACT CECEP SAEPUL RAHMAN. Development of Automatic Guidance for Agricultural Tractor Based on GPS navigation. Supervised by DESRIAL and I DEWA MADE SUBRATA. Research about the application of automatic navigation system on agricultural tractors has become one of the important research topics in the last two decades especially in the developed countries where the issue of Precision Farming application is considered. GPS has been commonly used as the navigation system of vehicles including tractors. The objective of the research was to develop smart tractor that would work automatically based on GPS navigation for cultivation activity in precision farming. Mechatronic navigation control system for agricultural riding tractor including tractor steering, accelerator, clutch, brake system, and hydraulic control had been successfully developed using microcontrollers. GPS interfacing and data processing were also developed using Visual Basic 6.0 and functioned as the main control system. Field test was done on 40 x 20 m area with tractor velocity 0.6 m/s. The average error of control system was 17.9 cm. Keyword : GPS, smart tractor, automatic guidance.

6

7 RINGKASAN CECEP SAEPUL RAHMAN. Rancang Bangun Sistem Kemudi Otomatis Traktor Pertanian Berbasis Navigasi GPS (Global Positioning System). Dibimbing oleh DESRIAL dan I DEWA MADE SUBRATA. Penelitian tentang aplikasi sistem navigasi otomatis pada traktor pertanian menjadi salah satu topik penelitian yang penting pada dua decade terakhir, khususnya pada negara-negara maju dimana issue tentang aplikasi Precision Farming (PF) sudah menjadi hal yang harus dipertimbangkan. Sebagai negara berkembang yang berbasis pada sektor pertanian dan sebagai langkah antisipasi pada kemungkinan perubahan iklim dimasa mendatang, maka sudah saatnya di Indonesia dilakukan penelitian yang berkaitan dengan precision farming dimana otomasi penggunaan traktor serta alat dan mesin pertanian sangat diperlukan. Sistem navigasi manual traktor berbasis operator sangat bergantung pada kondisi operator, sehingga ketelitian serta efektifitas hasil pekerjaan bergantung pada hal itu. Kelelahan serta kekurang terampilan operator sering kali menurunkan kinerja pengoperasian traktor, sehingga diperlukan adanya pengembangan sistem navigasi yang ada untuk mengatasi hal itu, diantaranya dengan menggunakan sistem navigasi otomatis. Tujuan dari penelitian ini adalah pengembangan cikal bakal traktor pintar (smart tractor) yang dapat bekerja secara otomatis dalam mendukung kegiatan budidaya pertanian presisi (precision farming) meliputi: pengembangan sistem mekatronika stir, kopling, akselerator, rem dan implement serta pengaplikasian perangkat RTK-DGPS pada sistem navigasi traktor. Prosedur penelitian meliputi : 1) Identifikasi masalah, 2) Pengukuran gaya awal, 3) Perancangan sistem kemudi otomatis traktor, 4) Pembuatan sistem kemudi otomatis traktor, 5) Uji fungsional, 6) Uji kinerja dan 7) Evaluasi hasil. Sistem kontrol stir dibuat menggunakan motor DC 12 volt dengan sistem transmisi puli sabuk. Absolute encoder digunakan untuk mengetahui sudut yang dibentuk oleh roda depan dan menjadi feedback ke sistem. Sistem kontrol akselerator dibuat menggunakan motor DC 12 volt, potensiometer digunakan sebagai sensor

8 pengukur posisi pedal akselerator. Tuas implemen digerakkan menggunakan motor DC 12 volt dengan sistem transmisi sproket rantai. Tinggi lower link implemen diukur berdasarkan posisi tuas yang diukur menggunakan potensiometer dan menjadi feedback ke sistem. Pedal kopling digerakkan menggunakan motor DC 24 volt, sedangkan pedal rem digerakkan menggunakan motor DC 12 volt. Uji kalibrasi serta validasi dilakukan pada mekanisme kontrol stir, akselerator serta implemen. Pada mekanisme kontrol stir, hasil uji validasi menunjukkan error ratarata sebesar Error rata-rata pada mekanisme kontrol akselerator sebesar 2.71%, sedangkan pada mekanisme kontrol tuas implemen sebesar 0.56 cm. Uji kinerja dilakukan pada 3 jenis lintasan, yaitu: lintasan garis lurus, lintasan kotak serta pengolahan tanah menggunakan rotary harrower. Hasil pengujian menunjukkan error rata-rata pada lintasan lurus sebesar 12 cm, pada lintasan kotak sebesar 11.6 cm dan pada pengolahan tanah sebesar 17.9 cm. Secara umum sistem kemudi otomatis hasil rancangan telah mampu mengarahkan traktor mengikuti lintasan yang diinginkan. Kata kunci : traktor otomatis, GPS, sistem navigasi traktor

9 Hak Cipta milik IPB, tahun 2013 Hak Cipta dilindungi Undang-Undang Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh Karya tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB

10

11 RANCANG BANGUN SISTEM KEMUDI OTOMATIS TRAKTOR PERTANIAN BERBASIS NAVIGASI GPS (GLOBAL POSITIONING SYSTEM) CECEP SAEPUL RAHMAN Tesis Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2013

12 Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Prof. Dr. Ir. Tineke Mandang, M.S

13 Judul Tesis : Rancang Bangun Sistem Kemudi Otomatis Traktor Pertanian Berbasis Navigasi GPS (Global Positioning System) Nama : Cecep Saepul Rahman NRP : F Program Studi : Teknik Mesin Pertanian dan Pangan Disetujui: Komisi Pembimbing Dr. Ir. Desrial, M.Eng Ketua Dr. Ir. I Dewa Made Subrata M.Agr Anggota Diketahui: Ketua Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan Dekan Sekolah Pascasarjana Dr. Ir. Setyo Pertiwi, M. Agr Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc.Agr Tanggal Ujian : 17 Januari 2013 Tanggal Lulus :

14

15 PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia-nya sehingga karya ilmiah dengan judul Rancang Bangun Sistem Kemudi Otomatis Traktor Pertanian Berbasis Navigasi GPS (Global Positioning System). Penelitian dilaksanakan mulai bulan Januari sampai dengan November 2012 di Laboratorium Lapang Siswadi Soepardjo, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem IPB, Bogor. Penelitian ini dibiayai sepenuhnya oleh Program Hibah Kompetisi IMHERE B2c IPB tahun 2010 hingga Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Dr. Ir. Desrial, M.Eng selaku ketua komisi pembimbing atas segala bimbingan, arahan dan masukannya selama proses penelitian berlangsung hingga penulisan tesis ini selesai dan juga selaku ketua peneliti atas kesempatan dan kepercayaan yang diberikan kepada penulis menjadi bagian dalam penelitian. 2. Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr selaku pembimbing kedua atas segala koreksi, bimbingan dan arahannya dalam menyusun tesis ini 3. Prof. Dr. Ir. Tineke Mandang, MS selaku dosen penguji luar komisi. 4. Dr. Ir. Setyo Pertiwi, M.Agr selaku ketua Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan. 5. Staf, laboran dan teknisi laboratorium lapangan Siswadi Supardjo, Teknik Mesin Biosistem, Fateta IPB atas bantuannya selama proses penelitian. 6. Teman-teman TMP 2010, Nisa, Angga, Eno, Galih dan Trisnawahyudi atas bantuannya selama proses pembuatan dan pengujian. 7. Program I-MHERE B2.c IPB atas beasiswa yang diberikan kepada penulis selama masa studi ( ) dan biaya penelitian yang telah diberikan. 8. Kedua orang tua Bapak Djuen Ruhiat dan Amay Rumayah, atas segala pengorbanan dan dukungan yang tak ternilai yang diberikan kepada penulis. Semoga karya ilmiah ini dapat dimanfaatkan sebaik-baiknya untuk kemajuan ilmu dan pengetahuan bangsa Indonesia. Bogor, Januari 2013 Cecep Saepul Rahman

16

17 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan pada tanggal 9 November 1987 di Tamansari, Tasikmalaya, Jawa Barat. Penulis merupakan anak ketujuh dari Sembilan bersaudara, dari pasangan Djuen Ruhiat dan Amay Rumayah. Penulis lulus dari MA Husnul Khotimah dan melanjutkan pendidikan S1 di Jurusan Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor pada tahun 2005 melalui jalur USMI. Selama mengikuti perkuliahan penulis aktif menjadi asisten mata kuliah dan praktikum, diantaranya: Statika dan Dinamika serta Gambar Teknik. Penulis menyelesaikan studi S1 pada tahun Penulis melanjutkan studi S2 di Teknik Mesin Pertanian dan Pangan, Sekolah Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor pada tahun 2010 dengan bantuan beasiswa I-MHERE B2c.

18 DAFTAR ISI DAFTAR TABEL... iii DAFTAR GAMBAR... v DAFTAR LAMPIRAN... ix I PENDAHULUAN... 1 Latar Belakang... 1 Rumusan Masalah... 1 Tujuan... 2 II TINJAUAN PUSTAKA... 3 Pertanian Presisi... 3 Traktor Pintar... 4 Global Positioning System... 9 Mikrokontroler Sistem Kontrol Pergerakan Traktor Tenaga Penggerak III TINJAUAN PUSTAKA Waktu dan Tempat Penelitian Alat dan Bahan Tahapan Penelitian Prosedur Pengujian IV PENDEKATAN RANCANGAN Kriteria Perancangan Rancangan Fungsional Analisis Teknik Rancangan Struktural Rancangan Sistem i

19 V HASIL DAN PEMBAHASAN Identifikasi Masalah Pengukuran Gaya Awal Perancangan Sistem Kemudi Otomatis Traktor Pembuatan Sistem Kemudi Otomatis Traktor Pengujian Fungsional Pengujian Kinerja VI KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN ii

20 DAFTAR TABEL 1 Kebutuhan tingkat akurasi data untuk pekerjaan traktor pintar pada lahan pertanian Perangkat keras yang digunakan Penentuan sudut roda depan traktor Kalibrasi antara jarak real dengan hasil pengolahan GPS Hasil pengujian sistem navigasi lintasan garis lurus Hasil pengujian sistem navigasi lintasan kotak Hasil pengujian sistem pada pengolahan tanah iii

21 iv

22 DAFTAR GAMBAR 1 Prototipe traktor pintar yang menerapkan sistem pengendalian terpadu (Scarlett 2001) Pengembangan traktor cerdas dan hasil pengujian yang dilakukan (Ahamed 2006) Pengembangan traktor cerdas; (a) metode fuzzy yang digunakan, (b) traktor yang dikembangkan dan (c) hasil pengujian (Perez et al 2008) Pengembangan traktor cerdas; (a) traktor yang dikembangkan, (b) Hasil pengujian tanpa implemen dan (c) menggunakan implemen (Annas 2012) Ilustrasi penggunaan real time DGPS (El-Rabbany 2002) Konfigurasi pin ATmega 8535 (Atmel 2010) Sinyal lup terbuka (Annas 2012) Sinyal lup tertutup (Annas 2012) Tipe pergerakan robot beroda; (a) pergerakan titik ke titik, (b) mengikuti jalur dan (c) mengikuti lintasan (De Luca et al 1998) Motor listrik; (a) DC dan (b) AC Aktuator hidrolik ; (a) silinder hidrolik dan (b) motor hidrolik Bagan alir proses penelitian Layout alat layout set-up pengujian Layout jalur pengujian sistem navigasi traktor (a) petakan dan (b) pengolahan tanah Diagram benda bebas mekanisme pengontrol stir Diagram benda bebas unit pengontrol kopling Diagram benda bebas unit pengontrol akselerator Diagram benda bebas unit pengontrol pedal rem Diagram benda bebas unit pengontrol tuas implemen Grafik pemilihan ukuran rantai (Srivastava et al, 2006) Mekanisme unit pengontrol stir kemudi Mekanisme unit pengontrol pedal kopling Mekanisme unit pengontrol pedal akselerator v

23 25 Mekanisme unit pengontrol pedal rem Mekanisme unit pengontrol tuas implemen Diagram sistem kontrol traktor Algoritma sistem kontrol stir Algoritma sistem kontrol akselerator Algoritma sistem kontrol tuas implemen Algoritma sistem kontrol pedal kopling Algoritma sistem kontrol pedal rem Algoritma penentuan parameter lintasan olah Sketsa penentuan lintasan olah Sketsa penentuan titik belok dan area belok pada setiap lintasan Algoritma pengolahan data GPS Ilustrasi sudut orientasi terhadap simpangan yang terjadi Contoh pengukuran gaya untuk memutar stir kemudi Pemrograman sistem mikrokontroler menggunakan Code Vision AVR Rangkaian elektronik yang digunakan dalam sistem kontrol Sistem kontrol stir ; (a) mekanisme dan (b) sistem pembacaan sudut putar roda depan Mekanisme kontrol pedal kopling Mekanisme kontrol pedal rem Mekanisme kontrol pedal akselerator Mekanisme kontrol tuas implemen Tampilan sistem navigasi traktor berdasarkan posisi GPS Unit penerima dan pengolah data GPS Traktor yang telah dilengkapi mekanisme kontrol Uji fungsional unit pengontrol traktor ; (a) Kalibrasi dan (b) validasi Grafik respon stir terhadap waktu Uji fungsional unit kontrol pedal akselerator; (a) kalibrasi dan (b) validasi Grafik kalibrasi tinggi lower link implemen Grafik validasi sistem kontrol tinggi lower link implemen Set-up pengujian di lahan vi

24 55 Pegujian sistem navigasi lintasan lurus ; (a) tanpa simpangan dan (b) penggunaan simpangan awal Pegujian sistem navigasi traktor lintasan kotak Pegujian sistem navigasi traktor pada pengolahan tanah menggunakan rotary harrower Pesan GPS yang diterima; (a) pesan terpotong dan (b) pesan sempurna Kondisi tanah pengujian; (a) sebelum pengolahan dan (b) setelah pengolahan Hubungan besar simpangan dan waktu yang dibutuhkan untuk kembali ke lintasan set-point Hubungan besar simpangan dan panjang lintasan yang dibutuhkan untuk kembali ke jalur set-point Contoh penentuan simpangan terbesar dan panjang lintasan perbaikan vii

25 viii

26 DAFTAR LAMPIRAN 1 Deskripsi pesan GPS tipe GPGGA Contoh Pengolahan Data GPS Outback S3 GPS Guidance and Mapping System DT-AVR Low Cost Micro System EMS 30A H-Bridge EP50S R-P-24 Autonics Absolute Encoder Skema Rangkaian Kontrol Gambar Teknik Sistem Kemudi Traktor Otomatis Gambar Teknik Unit Pengontrol Stir Gambar Teknik Unit Pengontrol Pedal Kopling Gambar Teknik Unit Pengontrol Pedal Akselerator Gambar Teknik Unit Pengontrol Pedal Rem Gambar Teknik Unit Pengontrol Tuas Implemen ix

27 I PENDAHULUAN Latar Belakang Penelitian tentang aplikasi sistem navigasi otomatis pada traktor pertanian menjadi salah satu topik penelitian yang penting pada dua dekade terakhir, khususnya pada negara-negara maju dimana isu tentang aplikasi precision farming sudah menjadi hal yang harus dipertimbangkan. Sebagai negara berkembang yang berbasis pada sektor pertanian dan sebagai langkah antisipasi pada kemungkinan perubahan iklim di masa mendatang, maka sudah saatnya di Indonesia dilakukan penelitian yang berkaitan dengan precision farming dimana otomasi penggunaan traktor serta alat dan mesin pertanian sangat diperlukan. Sistem navigasi manual traktor berbasis operator sangat bergantung pada kondisi operator, sehingga ketelitian serta efektifitas hasil pekerjaan bergantung pada hal itu. Kelelahan serta kekurangterampilan operator sering kali menurunkan kinerja pengoperasian traktor, sehingga diperlukan adanya pengembangan sistem navigasi yang ada untuk mengatasi hal itu, di antaranya dengan menggunakan sistem navigasi otomatis. Beberapa penelitian sebelummya telah dilakukan untuk mengembangkan sistem navigasi, seperti pada penelitian Bell et al. (2000) yang menunjukkan aplikasi traktor pintar menggunakan Carrier-Phase Differential GPS menunjukkan tingkat akurasi yang tinggi pada skenario lintasan busur lingkaran, spiral dan kurva untuk traktor pertanian. Sedangkan Easterly et al. (2010), memadukan penggunaan Global Navigation Satellite System (GNSS) dan sensor penginderaan vision sensing system dengan tingkat ketelitian mencapai 2 in (51 mm) pada kecepatan maju traktor antara 2-5 m/s. Pada penelitian ini digunakan perangkat RTK-DGPS yang cocok untuk mengetahui posisi objek yang sedang bergerak. Penelitian ini bertujuan sebagai langkah awal untuk pengembangan traktor pintar (smart tractor) di Indonesia yang dilengkapi dengan sistem kemudi otomatis. Rumusan Masalah Aplikasi pertanian presisi (precision farming) sudah menjadi hal yang harus dipertimbangkan untuk memaksimumkan keuntungan. Salah satu faktor pendukung 1

28 aplikasi pertanian presisi adalah otomasi mesin-mesin pertanian di antaranya traktor pertanian. Sistem kemudi otomatis berbasis RTK-DGPS pada traktor diharapkan mampu meningkatkan ketelitian dan produktifitas traktor dalam proses budidaya pertanian. Tujuan Secara umum tujuan dari penelitian ini adalah pengembangan cikal bakal traktor pintar (smart tractor) yang dapat bekerja secara otomatis dalam mendukung kegiatan budidaya pertanian presisi (precision farming). Adapun tujuan khusus dari penelitian ini adalah : 1. Mengembangkan sistem kontrol dan mekatronika stir, kopling, akselerator, rem dan implemen pada traktor pertanian. 2. Aplikasi perangkat RTK-DGPS pada sistem kemudi otomatis traktor pertanian. 2

29 II TINJAUAN PUSTAKA Pertanian Presisi Pertanian presisi merupakan sebuah konsep manajemen yang mengumpulkan data dari berbagai sumber untuk menghasilkan sebuah keputusan yang berkenaan dengan produksi pertanian (Shields, 1998). Menurut Brase (2005), pertanian presisi (precision agriculture) juga disebut sebagai pertanian spesifik lokasi yang bertujuan mengumpulkan data untuk pengambilan keputusan mengenai produksi pertanian yang sesuai dengan lokasi tertentu. Secara umum, pertanian presisi didefinisikan sebagai sistem menejemen produksi pertanian yang berbasis teknologi informasi untuk mengidentifikasi, menganalisis, dan mengelola faktor-faktor produksi untuk mengoptimumkan keuntungan, daya tahan, dan perlindungan sumber daya lahan (Singh, 2007). Ada lima komponen teknologi yang digunakan dalam pertanian presisi, yaitu Geographical Information System (GIS), Global Positioning System (GPS), sensors, variable rate technology, dan, yield monitoring (Rains dan Thomas 2009). 1. GIS merupakan suatu sistem yang terdiri dari komponen perangkat keras, perangkat lunak, data geografis, dan sumber daya manusia yang bekerja bersama secara efektif untuk memasukkan, menyimpan, memperbaiki, memperbaharui, mengelola, memanipulasi, mengintegrasikan, menganalisa, dan menampilkan data dalam suatu informasi berbasis geografis (Tim Teknis Nasional 2007). 2. GPS adalah jantung dari pertanian presisi (Searcy 1997). Sistem ini bertanggung jawab dalam merekam lokasi mesin ketika bergerak di lahan, posisi dan hasil pengukuran direkam secara simultan yang dapat menghasilkan gambar berupa peta. Informasi posisi yang diberikan dapat ditingkatkan akurasinya dengan koreksi sinyal Differential GPS (DGPS), Kecepatan maju alat juga dapat diukur menggunakan penerima DGPS, dimana akurasi pengukuran ditentukan oleh kualitas penerima yang digunakan dan juga kecepatan alat. Pengukuran tidak akan akurat untuk kecepatan mesin yang lambat (<1.5 mph). 3. Sensor yang dipasang pada kendaraan aplikator dapat memberikan data yang dapat digunakan untuk menilai kondisi lapangan dan untuk menentukan (secara keseluruhan atau sebagian) tingkat aplikasi yang diinginkan. Beberapa contoh 3

30 sensor yang umum digunakan antara laian : sensor Doppler seperti radar untuk menentukan kecepatan kendaraan aplikator (Sudduth 1999), kamera CCD untuk aplikasi deteksi rintangan (Ahmad et al 2011 ; Apostolopoulos et al 1999), sensor ultrasonik untuk aplikasi deteksi rintangan (Borenstein dan Koren 1988). 4. VRT mencakup kontrol komputer dan perangkat keras yang terkait untuk mengatur jumlah keluaran dari pupuk, kapur, dan pestisida. Kontrol ini dibuat oleh beberapa perusahaan dan secara umum menggunakan peta aplikasi yang ada pada GPS untuk menentukan lokasi lahan dan mengendalikan perangkat keras yang mengatur tingkat aplikasi (Rains dan Thomas 2009). Secara agronomi, sistem variable rate memberikan pengertian bahwa target pemupukan didasarkan atas hasil pengujian tanah dan berhubungan dengan sistem informasi kandungan hara tanah. Secara ekonomi, sistem variable rate berhubungan dengan biaya yang harus dikeluarkan untuk pemupukan pada suatu areal pertanian. Pendekatan lingkungan, sistem variable rate membantu untuk mencegah pemupukan yang berlebihan yang dapat menyebabkan terjadinya masalah lingkungan (Setiawan 2001). 5. Yield monitoring merupakan metode langsung untuk mengetahui hasil produksi dari lahan dan bagaimana mengaturnya agar lebih baik. (Rains dan Thomas 2009). Penelitian yang dilakukan oleh Arnholt (2001) menunjukkan bahwa kombinasi antara yield monitoring dan GPS dapat meningkatkan keuntungan bersih, hal ini berarti bahwa yield monitoring hanya akan menunjukkan nilai yang signifikan ketika analisis spasial dihasilkan dan hal ini membutuhkan teknologi GPS. Traktor Pintar Mayoritas operasi lahan pertanian dilakukan oleh traktor dengan kombinasi implemen atau aplikator yang sesuai dengan kebutuhan. Kualitas kerja dan output dari kombinasi traktor tersebut bergantung pada keterampilan dan konsentrasi kerja operator. Saat ini sistem elektronik untuk membantu meringankan kerja operator dan meningkatkan respon pada traktor telah banyak dikembangkan seperti misalnya perangkat elektronik pada mesin, transmisi, hidrolik dan pengendalian traksi pada traktor (Holtmann 1999). Namun, untuk mengoptimalkan kinerja serta efisiensi traktor diperlukan sebuah mekanisme untuk mengkoordinasikan semua kerja dari sistem kontrol secara presisi. 4

31 Konsep traktor pintar dirancang untuk menerapkan semua kontrol secara terintegrasi dengan seluruh sistem serta mengotomatisasi koordinasi antara traktor dan jenis pekerjaan untuk mencapai efisiensi operasi baik secara kinerja maupun nilai ekonomi serta mengurangi beban kerja dan kelelahan. Pada Gambar 1 ditunjukkan prototipe traktor pintar yang menerapkan sistem pengendalian terpadu menurut Scarlett (2001) adalah sebagai berikut : 1. Traktor dilengkapi dengan kontrol berbasis mikroprosesor yang bertanggung jawab untuk setiap sub sistem seperti mesin, powershift, transmisi, elektrohidrolik, traksi driveline dan lain sebagainnya. 2. Kontrol berbasis mikroprosesor sub-sistem terpasang pada masing-masing implemen. 3. Pusat unit kontrol dan antarmuka operator terletak di kabin kendaraan/traktor. 4. Antar-komunikasi/kontrol jaringan menghubungkan masing-masing sub-sistem ke unit kontrol pusat dan antarmuka operator. Gambar 1 Prototipe traktor pintar yang menerapkan sistem pengendalian terpadu (Scarlett 2001). Auernhammer (2000) menyatakan bahwa kebutuhan tingkat akurasi data dari traktor pintar berbeda tergantung kebutuhan operasi yang dilakukan. Hal ini dapat dilihat pada Tabel 1. 5

32 Tabel 1 Kebutuhan tingkat akurasi data untuk pekerjaan traktor pintar pada lahan pertanian. Tingkat Akurasi Data Kebutuhan Operasi Contoh Pekerjaan ± 10 m Sistem navigasi Pembuatan peta lahan, pengelompokan lahan ± 1 m Informasi untuk pengambilan keputusan Kontrol penggunaan kebutuhan pestisida, perlindungan tanaman, monitoring lahan ± 10 cm Pemandu kendaraan/peralatan Pengolahan tanah dengan traktor, pemanenan hasil pertanian ± 1 cm Aplikasi Implemen/Peralatan Peralatan pemupukan, aplikasi pengendalian hama Penelitian mengenai pengembangan traktor cerdas telah dilakukan di berbagai negara. Ahamed (2006) menggunakan berbagai sensor sebagai pemandu sistem pergerakan traktor. Penggunaan berbagai macam sensor tersebut dimaksudkan untuk menghindari bermasalahnya sistem akibat kesalahan sensor yang terbaca, sehingga kegagalan pembacaan pada satu sensor, mampu ditanggulangi oleh penggunaan sensor lainnya. Sensor penentuan posisi yang utama adalah GPS, sedangkan sensor Laser Range Finder (LRF) digunakan untuk memetakan wilayah kerja traktor secara lokal. Hal ini berguna ketika sistem GPS mengalami kesalahan pembacaan ataupun adanya halangan (obstacle) di wilayah kerja traktor, traktor tetap mampu bergerak sesuai dengan jalur yang diharapkan. Perangkat kontrol yang digunakan adalah programmable logic control (PLC) yang dikomunikasikan dengan komputer. Aktuator stir dikontrol menggunakan motor hidrolik dengan sistem kontrol loop tertutup (closed loop) dan encoder linier digunakan sebagai sensor untuk pengukur sudut stir kemudi. Salah satu tujuan dari penelitian yang dilakukan adalah membuat sistem yang mampu menggerakkan traktor menuju satu posisi tertentu seperti letak implemen serta tempat parkir. Hasil pengujian menunjukkan 6

33 bahwa sistem yang dibangun mampu menggerakkan traktor menuju posisi target dengan simpangan posisi 2 cm dan sudut 1 0 menggunakan sensor LRF dan 15 cm dengan menggunakan metode dead reckoning. Traktor yang digunakan pada penelitian serta contoh hasil pengujian dapat dilihat pada Gambar 2. Gambar 2 Pengembangan traktor cerdas dan hasil pengujian yang dilakukan (Ahamed 2006) Perez et al (2008) melakukan penelitian mengenai otomasi traktor pada traktor pertanian konvensional. Sistem sensor yang digunakan adalah DGPS, kompas digital serta sistem dead reckoning (DR). DGPS digunakan sebagai penentu posisi secara umum, dikarenakan bersifat absolute di semua tempat. Kekurangan dari GPS adalah sangat tergantung pada satelit, sehingga ketika traktor berada dekat bangunan atau pohon, akurasi DGPS dapat menurun. Cuaca juga sangat mempengaruhi tingkat akurasi. Metode dead reckoning digunakan untuk mengatasi masalah ketika akurasi DGPS terganggu. Sistem ini memanfaatkan posisi terakhir traktor serta pembacaan odometer, sehingga dapat diduga posisi traktor selanjutnya. Perangkat kontrol yang digunakan berupa sebuah mikroprosesor yang dikomunikasikan dengan komputer melalui perangkat wifi. Aktuator yang dikontrol adalah perangkat stir kemudi, pedal rem dan kopling. Aktuator tersebut digerakkan menggunakan motor hidrolik. Kontrol aktuator stir kemudi dilakukan menggunakan metode logika fuzzy berdasarkan error sudut yang dibentuk dan menghasilkan output berupa kecepatan putar motor hidrolik. Salah satu pengujian yang dilakukan berupa navigasi traktor dari satu baris menuju baris lintasan selanjutnya berjarak 10 m dengan membentuk u-turn. Hasil pengujian menunjukkan bahwa simpangan maksimum antara posisi real traktor dengan lintasan adalah sebesar 3 m. 7

34 (a) (b) (c) Gambar 3 Pengembangan traktor cerdas; (a) metode fuzzy yang digunakan, (b) traktor yang dikembangkan dan (c) hasil pengujian (Perez et al 2008) Annas (2012) menggunakan RTK-DGPS sebagai sensor penentu posisi dalam kontrol kemudi traktor roda 4. Sistem koreksi pada RTK-DGPS yang digunakan adalah sistem koreksi NTRIP (Networked Transport of RTCM via Internet Protocol). Sistem ini memanfaatkan aplikasi internet untuk koreksi posisi yang terbaca oleh GPS. Traktor dikendalikan oleh komputer pengendali melalui perangkat Ni-DAQ. Perangkat yang di kontrol pada penelitian ini adalah stir kemudi dan sensor yang digunakan berupa potensiometer linier. Sudut yang dibentuk dihitung berdasarkan simpangan yang terjadi terhadap lintasan set-point. Pengujian dilakukan pada lintasan garis lurus sepanjang 40 m dengan menggunakan implemen bajak serta tanpa implemen. Hasil pengujian menunjukkan simpangan maksimum yang dibentuk adalah sebesar 415 cm pada 8

35 pengujian tanpa bajak dan 123 cm pada lintasan dengan menggunakan implemen bajak singkal. Hasil pengujian dapat dilihat pada Gambar 4. (a) (b) (c) Gambar 4 Pengembangan traktor cerdas; (a) traktor yang dikembangkan, (b) Hasil pengujian tanpa implemen dan (c) menggunakan implemen (Annas 2012) Global Positioning System Global Positioning System (GPS) adalah salah satu teknologi kunci yang memungkinkan terwujudnya pertanian presisi. GPS terdiri atas konstelasi 24 satelit pada ketinggian orbit di atas bumi yang menempati 6 orbit yang mengelilingi bumi. Satelit ini secara terus menerus mentransmisikan sinyal radio yang diambil dan diuraikan dengan penerima khusus (Rains dan Thomas 2009). Posisi yang diinformasikan oleh GPS adalah posisi tiga dimensi (3D) dinyatakan dalam lintang (latitude), bujur (longitude) dan tinggi (altitude), akan tetapi biasanya pernyataan posisi hanya dalam dua dimensi (2D) yaitu lintang dan bujur saja. Sistem penentuan posisi global GPS terdiri dari tiga segmen utama yaitu segmen angkasa (space segment) yang terdiri atas satelit-satelit GPS yang selesai terpasang di awal tahun 1990 yang awalnya terdiri dari konstelasi 18 satelit operasi ditambah 3 dalam orbit dan saat ini bertambah menjadi 24 satelit, segmen yang lain yaitu segmen sistem control (control system segment) terdiri atas stasiun-stasiun pemonitor dan pengontrol satelit yang pusatnya terdapat di Colorado Springs (USA), dan segmen pemakai (user segment) termasuk alatalat penerima dan pengolah sinyal data GPS. 9

36 Akurasi GPS dalam menentukan posisi dipengaruhi oleh cuaca dan aktivitas penerima, menurut Ehsani (2003) akurasi GPS biasa yang bekerja pada aktivitas dinamis akan menurun dibandingkan jika dioperasikan pada aktivitas statis. Untuk meningkatkan akurasi penentuan lokasi, maka digunakan metode Real Time Kinematic (RTK) dimana pada metode tersebut dua receiver GPS melakukan tracking pada satelit yang sama sehingga akurasi pengukuran dapat meningkat hingga 2-5 cm (El-Rabbany 2002). Untuk merealisasikan tuntutan real time tersebut, stasiun referensi harus mengirimkan error pseudorange-nya ke pengguna secara real-time menggunakan format Radio Technical Commission for Maritime Service (RTCM). Stasiun referensi dan pengguna harus dilengkapi dengan perangkat pemancar dan penerima data. Gambar 5 Ilustrasi penggunaan real time DGPS (El-Rabbany 2002) Stephen dan Rasmusen (2010) menyatakan bahwa akurasi sistem RTK sangat dipengaruhi oleh jarak yang terbentuk antara stasiun referensi (base station) dan rover, semakin jauh jarak yang terbentuk, akurasi yang didapatkan semakin menurun. Umumnya base station berada pada radius 6 10 mil dari rover GPS. Pesan GPS dibaca oleh penerima GPS dalam bentuk pesan yang mengikuti protocol NMEA Ada beberapa jenis tipe pesan yang biasa digunakan dalam GPS, salah satunya GPGGA. Format data GPS dengan tipe GPGGA berisikan data waktu dan posisi yang fix. Deskripsi pesan GPS dengan tipe GPGGA dapat dilihat pada Lampiran 1. Pembacaan data GPS memberikan informasi posisi dalam bentuk derajat bujur (longitude) dan lintang (latitude). Pada penggunaanya di lapangan, koordinat tersebut harus ditransformasikan menjadi koordinat kartesian x dan y. UTM (Universal 10

37 Transverse Mercator) merupakan sebuah sistem yang menggunakan koordinat kartesian dua dimensi untuk memetakan posisi di permukaan bumi. UTM membagi wilayah berdasarkan garis bujur menjadi 60 zona, dengan lebar zona 6 0. Datum yang digunakan mengacu pada world geodetic system (WGS) 84 yang disepakati pada tahun Datum adalah parameter acuan yang digunakan untuk mendefinisikan geometri ellipsoid bumi. Snyder (1987) menyatakan bahwa nilai koordinat x dan y dapat dihitung menggunakan persamaan:... (1) y = k0n {M - M0 + N tan Ø [ ]}... (2) Dimana k 0 adalah faktor skala = N = a/(1 e 2 ) 1/2... (3) λ λ0)... (4) T = tan 2 Ø... (5) 2 cos 2 Ø... (6) e' 2 = e 2 /(1 e 2 )... (7)... (8) M = a[(1 e 2 /4 3e 4 /64 5e 6 /256 Ø (3e 2 /8 + 3e 4 / e 2 / sin 2Ø + (15e 4 / e 6 / sin Ø - (35e 6 / sin Ø ]... (9) Dimana : a = jari-jari equator bumi = m b = jari-jari polar bumi= m Ø = derajat lintang (latitude) dalam radian λ = derajat bujur (longitude) dalam radian λ 0 = derajat meridian tengah (central meridian) dalam radian N = radius kelengkungan (m) M = jarak sebenarnya dari garis equator ke derajat lintang sepanjang garis meridian tengah. A = delta derajat bujur. 11

38 Koordinat x dan y yang dihasilkan pada persamaan merupakan jarak dari garis equator dan garis meridian. Jarak antara dua titik dengan koordinat GPS dapat dipermudah dengan menggunakan persamaan yang dinyatakan oleh Srivastava et al. (2006). Persamaan tersebut adalah :... (10)... (11) Dimana : x = delta posisi dalam bidang x (m) y = delta posisi dalam bidang y (m) K x = perubahan jarak pada tiap radian bujur (m/rad) K y = perubahan jarak pada tiap radian lintang (m/rad) Mikrokontroler Mikrokontroler merupakan komputer mikro yang dibuat dalam bentuk chip semikonduktor. Mikrokontroller telah banyak digunakan di berbagai peralatan elektronik, dari peralatan rumah tangga, perangkat audio-video, pengendali mesinmesin industri sampai pesawat ruang angkasa. Sebuah komputer mikro memiliki tiga komponen utama, unit pengolah pusat, memori, dan sistem input/output untuk dihubungkan dengan perangkat luar (Usman, 2008). Mikrokontroler yang ada saat ini salah satunya adalah mikrokontroler jenis AVR (Advanced Virtual RISC ) yang pertama kali dikembangkan pada tahun 1996 oleh dua orang mahasiswa Norwegian Institute of Technology yaitu Alf-Egil Bogen dan Vegard Wollan. Mikrokontroler AVR kemudian dikembangkan lebih lanjut oleh Atmel. Saat ini mikrokontroller AVR memiliki banyak seri, setiap seri memiliki perbedaan kemampuan, feature-feature, ukuran chip dan harga, dimana beberapa seri mikrokontroller ini telah memiliki ADC dan PWM. Mikrokontroler AVR menggunakan teknologi RISC (Reduced Instruction Set Computer), yang memberikan kemampuan untuk melaksanakan instruksi dengan cepat karena mengurangi jumlah instruksi level mesin. Pengurangan jumlah instruksi ini berpengaruh pada kecepatan yang disebabkan karena dengan jumlah instruksi mesin yang terbatas, kebanyakan dapat berjalan dalam satu putaran dari clock prosessor. Dipandang dari segi MIPS (million of instructions per 12

39 second), AVR yang menggunakan clock 8 MHz dapat mengeksekusi 8 juta instruksi perdetik atau 8 MIPS (Barnet et al. 2006). Gambar 6 Konfigurasi pin ATmega 8535 (Atmel 2010) ATmega 8535 merupakan salah satu mikrokontroler dari keluarga AVR, dengan kapasitas memori yang besar dan kelebihan fitur AVR lainnya seperti PWM, dan ADC dengan total 32 pin. Selengkapanya fitur ATmega 8535 : a. High performance, Mikrokontroler AVR berdaya rendah. b. Memori Flash 8 Kbytes, EEPROM 512 bytes, SRAM 512 Kbytes c. 2 buah 8-bit timer/counters, 1 buah 16-bit timer/counters, 2 kanal 8-bit PWM, 2 kanal 16-bit PWM. d. 8 kanal 10-bit ADC, 1 USART, watchdog timer, dan analog comparator. e. 32 jalur Input/Output. f. Antar muka SPI untuk In-System Programming. g. Dapat mencapai 16 MIPS (Millions of instruction per second) pada 16 MHz. h. Enam mode sleep : idle, ADC Noise, Power-save, Power-down, Standby dan extended standby. i. Nilai kecepatan 0-16 MHz. (Atmel 2010). 13

40 Sistem Kontrol Pergerakan Traktor Sistem kontrol adalah suatu alat (kumpulan alat) yang digunakan untuk mengendalikan, memerintah, dan mengatur keadaan dari seluruh sistem. Berdasarkan umpan balik sinyal keluaran, secara umum sistem kontrol dibagi dua (Annas 2012): 1. Sistem lup terbuka adalah sistem kontrol yang keluarannya tidak berpengaruh pada aksi pengontrolan, sehingga keluarannya tidak diukur atau diumpanbalikkan untuk dibandingkan dengan masukan Masukan Kontroler Proses Keluaran Gambar 7 Sinyal lup terbuka (Annas 2012) 2. Sistem kontrol lup tertutup merupakan sistem kontrol yang sinyal keluarannya mempunyai pengaruh langsung pada aksi pengontrolan. Sistem kontrol lup tertutup adalah sinyal sistem kontrol berumpan balik, sehingga sinyal kesalahan penggerak merupakan selisih antar sinyal masukan dan sinyal umpan-balik. Masukan Kontroler Proses Keluaran Umpan Balik Gambar 8 Sinyal lup tertutup (Annas 2012) Pada otomasi sistem kemudi traktor dimana umpan balik dipergunakan sebagai parameter kondisi traktor, maka sistem kontrol yang umum digunakan adalah sistem kontrol sinyal tertutup. De Luca et al. (1998) mengklasifikasikan pergerakan robot beroda dalam lingkungan bebas tanpa ada rintangan (obstacle) menjadi tiga jenis, yaitu : 1. Pergerakan titik ke titik (point to point motion), dimana robot harus bergerak dari satu titik awal ke titik tujuan, tanpa perlu mengikuti lintasan yang jelas. 2. Pergerakan mengikuti jalur tertentu (path following), dimana robot harus bergerak ke posisi tujuan akhir yang diinginkan yang dimulai dari konfigurasi awal sementara pada saat yang bersamaan robot harus mengikuti jalur pada sumbu kartesian. 14

41 3. Pergerakan mengikuti lintasan tertentu (trajectory following). Pergerakan ini menyerupai path following, akan tetapi ada variable waktu, sehingga robot pergerak mengikuti lintasan yang telah ditentukan pada waktu yang tepat. Tipe ini biasanya digunakan apabila satu robot beroda harus mengikuti pergerakan robot lainnya secara beriringan. (a) (b) (c) Gambar 9 Tipe pergerakan robot beroda; (a) pergerakan titik ke titik, (b) mengikuti jalur dan (c) mengikuti lintasan (De Luca et al 1998) Junyusen (2005) menyatakan bahwa tipe pergerakan titik ke titik adalah tipe yang paling sulit dikontrol dikarenakan kontrol berbasis input state sehingga sistem harus mampu menciptakan jalur yang terbaik agar mampu menggerakkan traktor secara tepat ke titik tujuan. Junyusen (2005) dan Ahamed (2006) mengembangkan traktor cerdas dengan tipe pergerakan titik ke titik, dimana traktor diatur agar mampu bergerak menuju 15

42 titik tertentu dari posisi awal traktor, sedangkan traktor cerdas yang dikembangkan oleh Annas (2012) menggunakan tipe pergerakan path following. Tenaga Penggerak Tenaga penggerak merupakan tenaga yang diperlukan untuk menggerakkan lengan maupun komponen penggerak sehingga dapat melakukan fungsi sesuai tujuan perancangannya. Ada beberapa jenis tenaga penggerak yang umum dikenal yaitu: motor listrik dan motor hidrolik. 1. Tenaga penggerak listrik Motor listrik merupakan tenaga penggerak yang memanfaatkan catu daya listrik untuk menghasilkan gerakan. Berdasarkan catu dayanya, motor listrik dibagi menjadi 2 jenis, yaitu : motor listrik DC dan motor listrik AC. Motor DC adalah motor yang digerakkan menggunakan arus listrik DC. Kecepatan putar motor DC dipengaruhi oleh nilai tegangan yang diberikan. Makin rendah tegangan yang diberikan, maka kecepatan putarnya akan semakin rendah. Demikian juga torsi yang dihasilkan akan semakin rendah. Polaritas catu daya akan menetukan arah putaran motor. Motor AC adalah motor yang digerakkan menggunakan tegangan/ arus listrik bolak-balik (AC). (a) (b) Gambar 10 Motor listrik; (a) DC dan (b) AC 16

43 2. Tenaga penggerak hidrolik Tenaga penggerak hidrolik adalah sistem penggerak yang bekerja berdasarkan minyak hidrolik bertekanan tinggi. Menurut Srivastava et al. (2006), sistem tenaga hidrolik terdiri dari : reservoir minyak, pompa hidrolik, katup kendali, actuator dan filter yang berfungsi untuk membersihkan minyak dari kontaminan. Ada tiga kenis katup kendali, yaitu : katup pengendali tekanan, katup pengendali laju aliran minyak dan katup pengendali arah aliran. Adapun aktuator terdiri dari dua jenis aktuator, yaitu silinder hidrolik dan motor hidrolik. Silinder hidrolik merupakan aktuator yang digunakan agar gerakan yang dihasilkan berupa gerakan translasi. Motor hidrolik merupakan aktuator yang digunakan untuk menggerakan secara rotasi. Silinder hidrolik serta motor hidrolik dapat dilihat pada Gambar 11. (a) (b) Gambar 11 Aktuator hidrolik ; (a) silinder hidrolik dan (b) motor hidrolik Penggunaan motor hidrolik sebagai penggerak aktuator pada pengembangan traktor cerdas telah dilakukan oleh Junyusen (2005), Ahamed (2006) dan Perez (2008), sedangkan pada penelitian Annas (2012), sumber tenaga penggerak aktuator yang digunakan adalah motor listrik DC. 17

44 III TINJAUAN PUSTAKA Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian dilaksanakan pada bulan Januari 2012 November 2012 di laboratorium lapangan Siswadi Supardjo, Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Alat dan Bahan Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini meliputi: 1. Perangkat keras. Perangkat keras (hardware) yang digunakan beserta gambar perangkat tersebut dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2 Perangkat keras yang digunakan Nama Alat / Fungsi Gambar Laptop / Komputer pengendali Mikrokontroller DT-AVR Low Cost Micro System / Pengendali unit aktuator RTK-DGPS Outback S3 GPS Guidance and Mapping System / Penentu posisi traktor 5 Motor DC / Penggerak unit aktuator 18

45 Tabel 2 Perangkat keras yang digunakan (lanjutan) Nama Alat Gambar 5 EMS 30A H-Bridge / Pengatur arah putaran motor 2 Potensiometer Linier / Pengukur sudut putaran 1 Absolute Encoder / Pengukur sudut putaran Traktor Yanmar EF 453T / Traktor yang dikendalikan 10 Limit Switch / Saklar pengaman aktuator 2. Software - Microsoft Visual Basic Code Vision AVR Tahapan Penelitian Secara umum, tahapan penelitian mengikuti kaidah umum rancang bangun. Tahapan penelitian dapat dilihat pada Gambar

46 Mulai Identifikasi masalah Pengukuran gaya awal Perancangan sistem kemudi otomatis traktor Pembuatan sistem kemudi otomatis traktor Tidak Uji fungsional Ya Uji kinerja Evaluasi Ya Selesai Tidak Gambar 12 Bagan alir proses penelitian Berdasarkan Gambar 12 di atas, tahapan-tahapan penelitian yang dilakukan terdiri atas : 1. Identifikasi masalah. Pada tahap ini diidentifikasi masalah-masalah serta kebutuhan yang diperlukan supaya sistem kemudi otomatis berbasis GPS dapat dilakukan. Permasalahan tersebut meliputi: komponen-komponen traktor utama seperti stir, kopling, rem, akselerator dan implemen harus mampu bergerak secara otomatis serta diperlukan adanya panduan yang dapat memandu traktor agar dapat bergerak secara otomatis. Berdasarkan permasalahan tersebut, maka dirumuskan beberapa alternatif solusi yang mungkin. 2. Pada tahap pengukuran gaya awal, diukur masing-masing kebutuhan gaya yang diperlukan untuk menggerakkan masing-masing mekanisme. Gaya yang dibutuhkan untuk menggerakkan stir sebesar 14.7 N pada landasan beton, sedangkan untuk menggerakkan akselerator dibutuhkan gaya sebesar N. Gaya yang diperlukan untuk menggerakkan tuas implemen sebesar N, dan gaya yang dibutuhkan untuk menggerakkan rem sebesar N sedangkan gaya yang dibutuhkan untuk menggerakkan pedal kopling adalah sebesar N N. 20

47 3. Pada tahap perancangan sistem kemudi otomatis traktor, dirancang beberapa sistem maupun mekanisme untuk mengatasi masalah yang telah diidentifikasi. Rancangan fungsional serta struktural dapat dilihat pada Bab Pendekatan Rancangan. 4. Pembuatan sistem kemudi otomatis traktor meliputi mekatronika sistem kontrol stir, akselerator, impelemen, rem dan kopling. Tahapan ini meliputi pembuatan sistem mekanik serta pemrograman system pada mikrokontroller. Pemrograman dilakukan dengan menggunakan bahasa pemrograman C. Pemilihan bahasa C didasarkan oleh beberapa keunggulan yang dimiliki antara lain: bahasa C merupakan bahasa pemrograman tingkat tinggi, yang memudahkan desainer dan merupakan bahasa yang powerfull, fleksibel, dan portable sehingga dapat dijalankan pada beberapa sistem operasi yang berbeda (Joni & Raharjo 2006). Program yang ditulis dengan menggunakan aplikasi Code Vision AVR, yang kemudian dicompile menjadi file yang dapat diunduh kedalam chip mikrokontroler. Mekanisme yang telah dibangun kemudian dipasangkan pada traktor yang digunakan. Adapun gambar lay out keseluruhan alat dapat dilihat pada Gambar 13. Keterangan : 1. Antena radio GPS dengan Baseline 2. Modul kontrol, mekanisme pengendalian tuas implemen 3. Mekanisme pengendalian kopling, rem dan akselerator 4. Mekanisme pengendalian stir 5. GPS receiver Gambar 13 Layout alat 21

48 5. Pengujian fungsional dilakukan untuk mengetahui kinerja mekanisme yang dibangun berdasarkan fungsi yang diharapkan. Tahapan uji fungsional meliputi uji kalibrasi serta validasi. Hasil uji fungsional akan menentukan layak-tidaknya sistem mekatronika yang dibangun untuk diuji kinerjanya. Jika hasil uji fungsional menunjukkan bahwa sistem mekatronika belum siap, maka penelitian akan kembali pada tahap perancangan fungsional. 6. Pada tahap uji kinerja, sistem mekatronika yang dibangun akan diuji secara lengkap. Traktor akan digerakkan berdasarkan lintasan yang diinginkan. 7. Pengolahan data hasil pengujian dilakukan pada tahap evaluasi untuk mengetahui kinerja sistem kontrol yang telah dibuat, meliputi ketepatan pembacaan serta gerakan traktor terhadap jalur yang diinginkan. Parameter yang digunakan adalah simpangan maksimum serta simpangan rata-rata. Prosedur Pengujian 1. Uji kalibrasi sistem kontrol mekatronika yang telah dibuat Uji kalibrasi dilakukan untuk mengetahui nilai yang terbaca oleh sensor terhadap kondisi perubahan sudut, baik sudut putar roda depan, maupun akselerator. Uji kalibrasi dilakukan pada sistem kontrol mekatronika akselerator, stir dan implemen. Pada sistem kontrol stir, kalibrasi dilakukan dengan membandingkan nilai yang terbaca oleh absolute encoder dengan sudut yang dibentuk oleh roda depan. Berdasarkan data-data tersebut, dibangun sebuah persamaan yang menyatakan nilai pembacaan absolute encoder terhadap sudut putaran roda depan. Uji kalibrasi pada sistem kontrol tuas akselerator dilakukan dengan membandingkan nilai hasil pembacaan ADC dari sensor potensiometer terhadap kecepatan putaran (RPM) mesin. Berdasarkan nilai-nilai tersebut, dibangun persamaan yang menunjukkan nilai ADC terhadap RPM mesin Pada sistem kontrol tuas implemen, uji kalibrasi dilakukan dengan membandingkan nilai hasil pembacaan ADC terhadap tinggi lower link implemen. Nilai-nilai tersebut kemudian dijadikan patokan untuk menentukan nilai ADC yang tepat pada setiap posisi tuas hidrolik. 22

49 2. Uji validasi sistem kontrol mekatronika yang telah dibuat Uji validasi dilakukan untuk mengetahui nilai error yang dihasilkan dari sistem mekatronika yang telah dibuat. Pada sistem kontrol stir, sistem diset pada sudut putar roda depan tertentu, kemudian diukur sudut putar roda depan yang terjadi dan dihitung error yang dihasilkan. Pada sistem kontrol akselerator, sistem diperintahkan untuk berada pada persentase akselerasi tertentu kemudian diukur persentase akselerasi yang terjadi dan dihitung error yang dihasilkan. Pada sistem kontrol tuas implemen, sistem diperintahkan untuk bergerak menuju posisi tuas tertentu, kemudian akan dilihat posisi yang dihasilkan oleh sistem. 3. Pengujian statis Pada pengujian statis, traktor terlebih dahulu diangkat dengan menggunakan hidrolik sehingga traktor berada dalam keadaan statis. Sistem kontrol dijalankan dengan kondisi tertentu, kemudian diberi perlakuan dari luar terhadap roda penggerak, roda bagian depan untuk melihat respon sistem dalam mengatasi perlakuan tersebut apakah kembali bekerja sesuai dengan pengaturan awal. Pengujian yang dilakukan meliputi uji konsistensi sistem dan uji respon sistem. Pada uji konsistensi sistem kontrol stir, roda depan diset pada sudut putar tertentu (set point), kemudian dilakukan perubahan sudut putar dan dikembalikan ke sudut putar set point dan diukur sudut yang terbentuk pada set point untuk mengetahui error sudut yang terjadi akibat terjadi perubahan nilai sudut. Proses ini dilakukan berulangulang sehingga diketahui kekonsistenan sistem kontrol yang dibuat. Pada uji konsistensi sistem akselerator, sistem diset pada persentase akselerasi tertentu, kemudian dilakukan perubahan persentase akselerasi dan dikembalikan pada set point persentase akselerasi serta diukur persentase akselerasi yang terjadi untuk mengetahui kekonsistenan sistem yang telah dibuat. Pada uji respon sistem, sistem diset pada nilai tertentu baik sistem stir maupun akselerasi selama periode tertentu, kemudian diset kembali pada nilai yang lain selama periode tertentu dan dikembalikan ke set point awal. Hal ini dilakukan berulang-ulang dan diukur nilai sudut putar roda depan serta persentase akselerasi yang terjadi pada setiap waktu untuk mengetahui apakah sistem sudah merespon sesuai dengan yang diperintahkan. 23

50 4. Pengujian kinerja sistem kontrol traktor pada operasi di lapangan Pada pengujian ini, seluruh perangkat sistem telah terpasang pada traktor. Traktor diprogram untuk mengikuti jalur lintasan yang telah ditentukan. Pada proses pengujian, langkah pertama adalah menyalakan base-line GPS, agar koreksi RTK- DGPS dapat dilakukan. Tahapan selanjutnya adalah memasukkan titik-titik koordinat GPS acuan kedalam sistem. Tahap selanjutnya adalah sistem melakukan koneksi ke GPS, dan menunggu hingga kondisi GPS mencapai kondisi RTK-DGPS. Pada kondisi RTK-DGPS telah terpenuhi, maka traktor dikendarai secara manual hingga mencapai titik awal pengujian. Tahap selanjutnya adalah menghidupkan rangkaian kontrol mikrokontroler sehingga mikrokontroler akan melakukan pengaturan awal pada tiap-tiap aktuator yang dibangun. Pada tahap terakhir sistem akan melakukan koneksi ke mikrokontroler dan proses pengujian pun dapat dilakukan. Layout set-up pengujian dapat dilihat pada Gambar 14. Baseline GPS Lahan Pengujian Antena komunikasi rover - baseline GPS rover Titik awal pengujian Gambar 14 layout set-up pengujian Pengujian dilakukan pada tiga jenis lintasan, yaitu lintasan lurus, petakan dan terakhir pengolahan tanah dengan menggunakan garu rotari. I Pengujian lintasan lurus. Pada lintasan lurus, panjang lintasan yang digunakan sebesar 30 m. pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kinerja sistem pada lintasan lurus. Pada pengujian ini 24

51 juga diberikan perlakuan simpangan awal untuk mengetahui respon sistem terhadap simpangan yang diberikan. Parameter uji yang diukur adalah besarnya simpangan yang terjadi terhadap lintasan yang seharusnya. Lintasan set-point merupakan garis yang dibentuk oleh dua titik koordinat GPS. II III Pengujian lintasan persegi panjang Pengujian dengan bentuk lintasan persegi panjang dilakukan untuk mengetahui besar sudut belok yang diperlukan serta kemampuan sistem dalam melakukan maneuver belok. Pengujian dilakukan pada lahan berukuran 40 x 20 m. lintasan set-point dibuat berdasarkan 4 titik pojok koordinat yang telah diukur sebelumnya dengan menggunakan GPS. Parameter uji yang diukur adalah besarnya simpangan yang terjadi terhadap lintasan set-point yang diinginkan, terutama simpangan yang terjadi akibat mekanisme belok. Traktor digerakkan dari posisi pojok kanan bawah bergerak naik ke kanan atas, kemudian belok ke kiri bawah dan terakhir kembali ke titik awal. Layout pengujian dapat dilihat pada Gambar 15(a). Pengujian pengolahan tanah. Pada pengujian terakhir berupa pengolahan tanah, luas lahan yang digunakan sama dengan pengujian petakan yaitu 40 x 20 m. Lebar kerja disesuaikan dengan lebar kerja implemen garu yaitu 1.6 m. sehingga jumlah lintasan yang harus dilalui sebanyak 13 lintasan. Penentuan masing-masing lintasan dilakukan dengan menggunakan algoritma yang dikembangkan. Pada pengujian ini implemen dikontrol agar bergerak turun pada jalur lurus (panjang) dan implemen akan dinaikkan pada jalur belok. Jalur lintasan dibentuk berdasarkan input 4 titik koordinat pojok lahan yang akan diolah. Titik-titik tersebut merupakan nilai GPS yang telah dibaca pada kondisi RTK-DGPS. Kecepatan putaran mesin (RPM) diatur pada 2200 rpm, dengan kombinasi porseneling low 3 sehingga kecepatan yang diharapkan 0.6 m/s. Tinggi lower link RPM diset pada ketinggian 35 cm atau maksimum menyentuh tanah. Layout pengujian dapat dilihat pada Gambar 15 (b). 25

52 Titik 3 Titik 2 Mulai Titik 4 Titik 1 Selesai Selesai Mulai (a) (b) Gambar 15 Layout jalur pengujian sistem navigasi traktor (a) petakan dan (b) pengolahan tanah. Parameter uji yang diukur adalah besarnya simpangan yang terjadi terhadap lintasan set-point yang diinginkan, terutama simpangan yang terjadi akibat mekanisme belok. Analisa juga dilakukan pada besarnya panjang lintasan serta waktu yang dibutuhkan untuk memperbaiki simpangan yang terjadi. Waktu yang dibutuhkan dihitung berdasarkan lamanya waktu yang dibutukan dari simpangan maksimum yang terjadi hingga traktor kembali ke lintasan set-point, begitu juga panjang lintasan perbaikan yang dibutuhkan. 26

53 IV PENDEKATAN RANCANGAN Kriteria Perancangan Pada prinsipnya suatu proses perancangan terdiri dari beberapa tahap atau proses sehingga menghasilkan suatu desain atau prototype produk yang sesuai dengan kebutuhan. Perancangan sistem kemudi otomatis traktor pertaian pada penelitian ini bertujuan untuk memandu traktor pertanian bergerak secara otomatis sesuai dengan jalur set-point yang diinginkan. GPS digunakan untuk penentuan posisi traktor secara real time. Rancangan Fungsional Pada rancangan fungsional, dilakukan perancangan berdasarkan aspek fungsional dari masing-masing mekanisme yang dibuat. Sistem navigasi otomatis traktor pertanian terdiri atas: unit pengontrol stir, unit pengontrol kopling, unit pengontrol pedal akselerator, unit pengontrol pedal rem, unit pengontrol tuas implemen dan unit pembaca serts pengolah data GPS. 1. Unit pengontrol stir Unit pengontrol stir berfungsi untuk mengontrol stir agar berputar kanan-kiri sesuai dengan yang diperintahkan dengan kecepatan putar yang dapat diatur. Pengontrolan stir dilakukan agar traktor mampu bergerak sesuai dengan jalur set-point yang diinginkan serta mampu memperbaiki simpangan yang terjadi. 2. Unit pengontrol kopling Unit pengontrol kopling berfungsi untuk mengontrol pergerakan kopling agar sesuai dengan yang diperintahkan dan kecepatan pergerakan yang dapat diatur. Pengontrolan kopling dilakukan bertujuan agar traktor mampu bergerak dan berhenti sesuai dengan yang diperintahkan. 3. Unit pengontrol pedal akselerator Unit pengontrol pedal akselerator berfungsi untuk mengontrol persentase akselerasi agar bergerak sesuai dengan yang diperintahkan dan kecepatan putar 27

54 yang dapat diatur. Pengontrolan pedal akselerator dilakukan agar traktor mampu bergerak sesuai dengan kecepatan yang diinginkan. 4. Unit pengontrol rem Unit pengontrol rem berfungsi untuk mengontrol pedal rem agar bergerak sesuai dengan yang diperintahkan dengan kecepatan putar yang dapat diatur. Pengontrolan rem dilakukan agar traktor mampu menurunkan kecepatan majunya terutama pada kondisi-kondisi yang kritis. 5. Unit pengontrol tuas implemen Unit pengontrol tuas implemen berfungsi untuk mengontrol tuas agar bergerak ke posisi implemen yang diperintahkan dengan kecepatan putar yang dapat diatur. Pengontrolan tuas implemen dilakuan bertujuan untuk mengontrol tinggi lower link implemen sesuai dengan yang diinginkan. 6. Unit penerima dan pengolah data GPS Unit penerima dan pengolah data GPS berfungsi untuk menerima data GPS dari satelit, kemudian mengolahnya sehingga menjadi acuan bagi pergerakan traktor. Berdasarkan data GPS, komputer pengendali akan memerintahkan unit-unit aktuator agar bergerak sesuai dengan algoritma yang dibangun. Analisis Teknik Analisis teknik diperlukan pada proses perancangan untuk menentukan spesifikasi yang dibutuhkan bagi masing-masing unit pengontrol. Pada tahap ini dilakukan perhitungan kebutuhan daya masing-masing motor penggerak agar mekanisme dapat bekerja sesuai dengan tujuannya. Ukuran mekanisme pun menjadi hal yang diperhitungkan agar mekanisme dapat bergerak sesuai dengan yang diharapkan. Analisis teknik dilakukan pada 5 mekanisme unit kontrol, yaitu : unit pengontrol stir, unit pengontrol kopling, unit pengontrol akselerator, unit pengontrol rem serta unit pengontrol tuas implemen. 1. Unit pengontrol roda stir Pengukuran gaya awal untuk menggerakkan stir kemudi telah dilakukan pada landasan beton dan gaya yang dibutuhkan untuk memutar stir (F) adalah 1.5 kgf 28

55 = 14.7 N dan jari-jari stir (r 3 )= 20 cm, maka torsi yang dibutuhkan untuk memutar stir adalah : Jika kecepatan putar roda stir (N 2 ) maksimum yang diinginkan adalah sebesar 0.75 rps, dengan kecepatan putar motor DC penggerak (N 1 ) sebesar 1.5 rps, maka perbandingan jari-jari puli yang digunakan baik pada motor DC penggerak (r 1 ) maupun stir (r 2 ) adalah sebagai berikut : Jika puli yang digunakan pada poros motor DC berdiameter 7.5 cm maka puli pada stir berdiameter 15 cm. r 1 ω 1 Motor DC 12 V T- Belt r 2 r 3 ω 2 F Gambar 16 Diagram benda bebas mekanisme pengontrol stir 29

56 Torsi motor DC yang dibutuhkan adalah sebesar : Daya motor DC yang dibutuhkan dengan asumsi effisiensi 70% adalah: Nilai safety factor yang digunakan adalah sebesar 1.75, sehingga daya motor yang digunakan adalah sebesar : Berdasarkan ketersediaan di pasaran, maka motor DC yang digunakan adalah motor DC yang memiliki daya sebesar 36 watt. 2. Unit pengontrol kopling Kopling dikontrol dengan menggunakan motor DC. Pedal kopling dihubungkan dengan batang penggerak yang berfungsi untuk menurunkan gaya serta mempermudah proses pengontrolan. Panjang batang penggerak (L) didesain 55 cm dan sudut α yang terbentuk adalah 23 0, sehingga panjang Y dapat dihitung dengan persamaan : sin sin Y F L Pedal kopling α r ω Motor DC 24 V F Gambar 17 Diagram benda bebas unit pengontrol kopling 30

57 Pada perancangan, waktu yang dibutuhkan untuk menggerakkan kopling dari kondisi kosong menjadi terinjak sepenuhnya didesain 1.64 detik, dan kecepatan putar motor (N) sebesar 0.6 rps, sehingga jari-jari r dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : Berdasarkan hasil pengukuran awal, gaya yang dibutuhkan untuk menarik batang kopling (F ) sebesar 13 kgf =127.4 N, sehingga torsi yang dibutuhkan pada motor DC penggerak adalah sebesar : s s Dan daya motor yang digunakan dengan effisiensi motor 70% adalah sebesar : Nilai safety factor yang digunakan adalah 2, sehingga daya motor yang digunakan adalah sebesar : Hal yang perlu diperhatikan pada rancangan ini adalah besarnya gaya yang ditimbulkan oleh pegas agar kopling kembali pada posisi kosong (terangkat). Sehingga perlu adanya mekanisme yang mampu menahan kembalinya pedal kopling ketika proses penurunan pedal kopling terjadi, dalam hal ini digunakan gearbox berupa worm gear, sehingga kopling akan tetap berada pada posisi meskipun motor DC sudah tidak dialiri arus. Berdasarkan hal tersebut, maka motor DC yang memenuhi syarat tersebut adalah motor DC yang telah dilengkapi gearbox berupa worm-gear dengan daya 150 watt. 31

58 3. Unit pengontrol akselerator Unit pengontrol akselerator dikontrol menggunakan motor DC. Pedal rem dihubungkan ke batang penggerak untuk memudahkan proses pengontrolan. Batang penggerak didesain berbentuk tuas dengan panjang lengan F 1 (L 1 ) sepanjang 10 cm dan panjang lengan F (L 2 ) sepanjang 25 cm. Jarak vertikal yang terbentuk antara persentase akselerasi 0 dan 100% (Y 1 ) sepanjang 4 cm. F r Motor DC 12 v ω Batang penggerak L 1 α Y 1 F 1 Pedal Akselerator F Y 2 F 1 L 2 Gambar 18 Diagram benda bebas unit pengontrol akselerator Berdasarkan hasil pengukuran, yang dibutuhkan untuk menarik tuas akselerator (F 1 ) sebesar 6 kgf = N. Gaya F 1 dapat dihitung menggunakan persamaan berikut: sin s s s sin s sin 32

59 Pada perancangan, waktu yang dibutuhkan untuk menggerakkan tuas akselerator dari persentase 0% menjadi 100% kondisi kosong menjadi terinjak sepenuhnya didesain 1 detik, dan kecepatan putar motor sebesar 0.4 rps sehingga jari-jari r dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : Torsi yang terjadi pada motor DC penggerak adalah sebesar : Dan daya motor yang digunakan dengan effisiensi 70% adalah sebesar : Nilai safety factor yang digunakan adalah 2, sehingga daya motor yang dibutuhkan adalah sebesar : Berdasarkan ketersediaan di pasaran, motor yang digunakan adalah motor dengan daya 30 watt. 4. Unit pengontrol pedal rem Pedal rem dikontrol dengan menggunakan motor DC dengan bantuan batang penggerak yang dihubungkan ke pedal rem. Rem yang dikontrol merupakan penggabungan rem kanan dan rem kiri. Panjang lengan L didesain 38 cm dan sudut α yang terbentuk adalah 11 0, sehingga panjang Y dapat dihitung dengan persamaan : sin sin Pada perancangan, waktu yang dibutuhkan untuk menggerakkan pedal rem dari kondisi kosong menjadi terinjak sepenuhnya didesain 0.6 detik, dan kecepatan putar motor sebesar 0.6 rps, sehingga jari-jari r dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : 33

60 Y F L Pedal rem α r ω Motor DC 12 V F Gambar 19 Diagram benda bebas unit pengontrol pedal rem Berdasarkan hasil pengukuran, gaya yang dibutuhkan untuk menarik pedal rem adalah sebesar 8 kgf = N, maka torsi yang dibutuhkan pada motor DC penggerak dihitung berdasarkan persamaan: s s Dan daya motor yang digunakan dengan effisiensi motor 70% adalah sebesar : Nilai safety factor yang digunakan adalah 2, sehingga besarnya daya motor yang dbutuhkan dihitung menggunakan persamaan : Berdasarkan nilai daya yang didapat dan mempertimbangkan ketersediaan di pasaran, maka motor yang dipilih adalah motor berdaya 30 watt. 34

61 5. Unit pengontrol tuas implemen Tuas implemen digerakkan dengan menggunakan motor DC melalui mekanisme sprocket dan rantai. Berdasarkan pengukuran awal, maka jarak lintasan tuas implemen dari posisi 0-9 adalah 30 cm. jika motor yang digunakan memiliki kecepatan putar 1 rps, dan waktu yang diinginkan adalah 2 detik, maka jari-jari sprocket yang dibutuhkan dihitung menggunakan persamaan : Motor DC Tuas implemen r F Y Y Gambar 20 Diagram benda bebas unit pengontrol tuas implemen Gaya untuk menarik tuas implemen adalah sebesar 8 kgf=78.48 N, maka torsi yang dibutuhkan pada motor DC penggerak dihitung berdasarkan persamaan: Dan daya motor yang digunakan dengan effisiensi motor 70% adalah sebesar : Nilai safety factor yang digunakan adalah 2, sehingga daya motor yang dibutuhkan dihitung menggunakan persamaan : Berdasarkan nilai daya yang didapat dan membandingkan ketersediaan di pasaran, maka motor yang digunakan adalah motor DC dengan daya 30 watt. 35

62 Perhitungan ukuran rantai yang digunakan, dihitung menggunakan grafik yang dapat dilihat pada Gambar 21. Gambar 21 Grafik pemilihan ukuran rantai (Srivastava et al, 2006) Berdasarkan grafik, maka rantai yang digunakan adalah rantai dengan no. 25, yang memiliki spesifikasi jarak bagi 6.35 mm, rol rantai dengan diameter 3.3 mm dan lebar 3.18 mm, plat mata rantai dengan tebal 0.76, diameter pena 2.3 mm. Rancangan Struktural Dalam perancangan, pemilihan bentuk dan penentuan ukuran yang digunakan merupakan proses yang sangat penting. Rancangan struktural dari mekanisme unit pengontrol dirancang sedemikian rupa sehingga sesuai untuk dirangkaikan pada traktor roda 4 dalam hal ini traktor Yanmar EF453T. Mekanisme unit pengontrol juga dirancang agar tidak mengganggu pengoperasian unit-unit yang dikontrol bila dioperasikan secar manual. 1. Unit pengontrol stir Unit pengontrol stir dirancang agar mampu menggerakkan stir layaknya dikendalikan oleh pengemudi. Mekanisme pengontrol stir dilakukan dengan menggunakan motor DC 36 watt. Putaran motor DC ditransmisikan ke stir 36

63 kemudi menggunakan sistem transmisi puli sabuk dengan perbandingan diameter puli 1: 2. Diameter puli pada poros motor DC yang digunakan adalah 7.5 cm, sedangkan pada stir kemudi puli yang digunakan berdiameter 15 cm. Diameter puli pada stir kemudi diset dua kali diameter puli pada poros motor DC dengan tujuan agar torsi yang dihasilkan lebih besar dengan cara menurunkan kecepatan putar stir kemudi. Sabuk yang digunakan berupa timingbelt (T-Belt). Timing-belt digunakan agar putaran motor dapat ditransmisikan secara sempurna ke stir kemudi tanpa terjadi slip. Secara umum mekanime kontrol stir kemudi dapat dilihat pada Gambar 22. Gambar 22 Mekanisme unit pengontrol stir kemudi 2. Unit pengontrol kopling Pengontrolan kopling dilakukan menggunakan motor DC 150 watt. Pedal kopling dihubungkan dengan batang penggerak yang berfungsi untuk memudahkan pengontrolan serta menurunkan gaya yang dibutuhkan untuk menggerakkan pedal kopling. Batang penggerak yang digunakan berupa besi pipa berdiameter 30 mm, dengan ketebalan 1 mm dan panjang 55 cm. Pada ujung batang penggerak, dipasang tali sling baja berdiameter 1 mm. Tali sling tersebut dihubungkan ke puli berdiameter 7.5 cm berbahan dasar Polietilen (PE). Puli tersebut diputar menggunakan motor DC. Secara umum mekanisme pengontrol pedal kopling dapat dilihat pada Gambar

64 Gambar 23 Mekanisme unit pengontrol pedal kopling 3. Unit pengontrol akselerator Pengontrolan akselerator dilakukan menyerupai sistem tuas pengungkit. Pedal akselerator dihubungkan dengan batang penggerak berbahan dasar besi, dengan panjang sebesar 35 cm, lebar 3 cm dan tebal 3 mm. Batang penggerak dihubungkan ke tali sling berdiameter 1 mm. Tali sling tersebut dihubungkan ke puli berdiameter 7.5 cm yang terbuat dari Poli Etilen (PE). Puli diputar menggunakan motor DC yang memiliki daya sebesar 30 watt. Secara umum mekanisme pengontrol gerakan pedal rem dapat dilihat pada Gambar 24. Gambar 24 Mekanisme unit pengontrol pedal akselerator 38

65 4. Unit pengontrol rem Mekanisme kontrol pergerakan pedal rem dirancang menyerupai mekanisme kontrol pedal kopling. Rem yang dikontrol pada mekanisme ini merupakan penggabungan dari pedal rem kanan dan pedal rem kiri. Pedal rem dihubungkan dengan batang penggerak yang berfungsi untuk memudahkan pengontrolan serta memperkecil gaya yang dibutukan untuk menggerakkan pedal kopling. Batang penggerak yang digunakan berupa besi pipa berdiameter 30 mm, dengan ketebalan 1 mm dan panjang 55 cm. Pada ujung batang penggerak, dipasang tali sling baja berdiameter 2 mm. Tali sling tersebut dihubungkan ke puli berdiameter 6.4 cm berbahan dasar Polietilen (PE). Puli tersebut diputar menggunakan motor DC 30 watt. Secara umum mekanisme pengontrol pedal kopling dapat dilihat pada Gambar 25. Gambar 25 Mekanisme unit pengontrol pedal rem 5. Unit pengontrol tuas implemen Mekanisme kontrol pergerakan tuas implemen dirancang agar mampu menggerakkan tuas implemen naik-turun. Tuas implemen dikontrol menggunakan motor DC 30 watt. Pergerakan tuas implemen merupakan pergerakan translasi dan pergerakan motor merupakan gerakan rotasi, sehingga 39

66 diperlukan mekanisme yang mampu merubah gerakan rotasi menjadi gerakan translasi. Sistem transmisi putaran yang digunakan berupa sistem transmisi sproket rantai. Tuas implemen dihubungkan ke salah satu pin rantai, sehingga tuas implemen mampu bergerak secara translasi. Motor DC yang digunakan memiliki daya 30 watt. Rantai yang digunakan adalah rantai no. 25 dan sproket yang digunakan berdiameter 2.4 cm. Secara umum mekanisme pengontrol pedal kopling dapat dilihat pada Gambar 26. Gambar 26 Mekanisme unit pengontrol tuas implemen 6. Unit penerima dan pengolah data GPS GPS yang digunakan pada penelitian ini merupakan GPS dengan tipe RTK- DGPS. Komponen yang sangat penting agar sistem RTK DGPS dapat terpenuhi adalah 1 set GPS rover dan base-line. Satu set GPS rover terdiri atas antenna GPS, antenna radio komunikasi rover dan base-line, serta monitor GPS. GPS rover yang digunakan adalah RTK-DGPS Outback S3 GPS Guidance and Mapping System dengan tingkat ketelitian yang diharapkan sebesar 3-5 cm. Unit pengolah data yang digunakan adalah sebuah laptop mini (notebook) yang telah dilengkapi dengan sistem pengolah data. 40

67 Komputer pengendali serta GPS rover dipasang pada traktor. Posisi antenna radio komunikasi rover dan base-line diletakkan di atas kap traktor, sedangkan antenna GPS diletakkan diatas roda sebelah kanan. Rancangan Sistem Berdasarkan mekanisme yang dirancang sebelumnya, maka pada tahap ini dirancang sistem kontrol mekanismenya. Secara umum diagram alir kontrol sistem dapat dilihat pada Gambar 27. Keterangan : Garis kontrol Garis data Garis penggerak Gambar 27 Diagram sistem kontrol traktor 1. Sistem kontrol stir. Pergerakan stir dilakukan dengan menggunakan motor DC 12 volt. Motor DC dikontrol menggunakan mikrokontroller melalui perangkat H-Bridge. Input kontrol yang digunakan berupa sudut yang harus dibentuk oleh roda depan. 41

68 Sensor yang digunakan untuk pembacaan sudut roda adalah absolute encoder dengan ketelitian 1 0. Hasil pembacaan sensor dijadikan feedback mikrokontroller. Algoritma sistem kontrol stir dapat dilihat pada Gambar 28. Mulai Input sudut depan roda traktor (x) Pembacaan nilai encoder (enc) enc = x? Ya Ya Tidak enc > x? Motor berputar ke kanan PORTD.7=1; PORTD.6=0; Tidak Motor berputar ke kiri PORTD.7=0; PORTD.6=1; Motor berhenti PORTD.7=0; PORTD.6=1; Delay 100 us Pembacaan nilai encoder (enc) Delay 100 us Pembacaan nilai encoder (enc) Selesai Ya Ya enc > x? enc < x? Tidak Tidak Gambar 28 Algoritma sistem kontrol stir 2. Sistem kontrol pedal akselerator. Pedal akselerator digerakkan dengan menggunakan motor DC 12 volt. Pergerakan motor DC dikontrol oleh mikrokontroller melalui perangkat H- Bridge. Input kontrol yang digunakan berupa besaran kecepatan putaran (RPM) mesin. Rpm diatur melalui posisi pedal akselerator, dan posisi pedal akselerator 42

69 diukur menggunakan potensiometer yang dihubungkan langsung ke poros motor penggerak pedal akselerator. Perubahan hambatan pada potensiometer dikonversi menjadi data digital oleh ADC internal mikrokontroller dan menjadi feedback ke sistem. Algoritma sistem kontrol dapat dilihat pada Gambar 29. Mulai Input kecepatan putaran mesin (x) Pembacaan nilai ADC (ADC0) ADC0=x? Ya Ya Tidak ADC0>x? Motor berputar ke kanan PORTD.3=1; PORTD.2=0; Tidak Motor berputar ke kiri PORTD.3=0; PORTD.2=1; Motor berhenti PORTD.3=0; PORTD.2=1; Delay 100 us Pembacaan nilai ADC (ADC0) Delay 100 us Pembacaan nilai ADC (ADC0) Selesai Ya Ya ADC0>x? ADC0<x? Tidak Tidak Gambar 29 Algoritma sistem kontrol akselerator 3. Sistem kontrol tuas implemen. Tuas iplemen digerakkan menggunakan motor DC 12 volt. Motor DC tersebut dikontrol menggunakan mikrokontroller melalui perangkat H-Bridge. Input kontrol yang digunakan adalah tinggi lower link implemen yang diharapkan. 43

70 Posisi tuas implemen menunjukkan tinggi lower link implemen. Sensor yang digunakan untuk mengukur tinggi lower link implemen adalah potensiometer yang dipasang ke poros motor DC penggerak tuas implemen menggunakan kopel. Perubahan hambatan pada potensiometer dikonversi menjadi data digital oleh ADC internal mikrokontroler dan dijadikan sebagai feedback ke sistem. Algoritma kontrol tuas implemen dapat dilihat pada Gambar 30. Mulai Input tinggi lower link implemen (x) Pembacaan nilai ADC (ADC1) ADC1=x? Ya Ya Tidak ADC1>x? Motor berputar ke kanan PORTA.3=1; PORTA.2=0; Tidak Motor berputar ke kiri PORTA.3=0; PORTA.2=1; Motor berhenti PORTA.3=0; PORTA.2=1; Delay 100 us Pembacaan nilai ADC (ADC1) Delay 100 us Pembacaan nilai ADC (ADC1) Selesai Ya Ya ADC1>x? ADC1<x? Tidak Tidak Gambar 30 Algoritma sistem kontrol tuas implemen 44

71 4. Sistem kontrol pedal kopling. Pedal kopling digerakkan menggunakan motor DC 24 volt. Pergerakan motor DC dikontrol menggunakan mikrokontroller melalui perangkat H-bridge. Pergerakan kopling hanya diset pada dua kondisi, yaitu tersisi sepenuhnya atau lepas sepenuhnya. Sensor yang digunakan berupa limit switch, yang akan bereaksi jika switch tertekan. Algoritma sistem kontrol pedal kopling dapat dilihat pada Gambar 31. Mulai Input arah gerakan pedal kopling Ya Motor berputar ke kanan PORTA.7=1; PORTA.6=0; Gerakan pedal kopling=naik? Tidak Motor berputar ke kiri PORTA.7=0; PORTA.6=1; Delay 1 detik Motor berhenti PORTA.7=0; PORTA.6=0; Delay 2detik Selesai Gambar 31 Algoritma sistem kontrol pedal kopling 5. Sistem kontrol pedal rem. Pedal rem digerakkan menggunakan motor DC 12 volt. Pergerakan motor DC dikontrol menggunakan mikrokontroller melalui perangkat H-bridge. Pergerakan rem hanya diset pada dua kondisi, yaitu tersisi sepenuhnya atau lepas sepenuhnya. Sensor yang digunakan berupa limit switch, yang akan bereaksi jika switch tertekan. Algoritma yang digunakan dapat dilihat pada Gambar

72 Mulai Input arah gerakan pedal rem Tidak Motor berputar ke kanan PORTA.4=1; PORTA.5=0; Gerakan pedal rem = Naik? Ya Motor berputar ke kiri PORTA.4=0; PORTA.5=1; Delay 0.6 detik Motor berhenti PORTA.4=0; PORTA.5=0; Delay 0.4 detik Selesai Gambar 32 Algoritma sistem kontrol pedal rem 6. Sistem pembacaan dan pengolahan data GPS Perangkat computer digunakan untuk membaca dan mengolah data GPS yang dikirimkan oleh GPS receiver. Data GPS yang diterima berupa sebuah kalimat yang mengikuti protocol NMEA Header yang digunakan berupa header GPGGA. Berdasarkan data yang diterima, dilakukan pengolahan data sehingga ditentukan operasi apa yang dilakukan dan dikirimkan ke mikrokontroller. Data yang didapatkan dari GPS berupa data geodetic berbentuk besaran sudut bujur (longitude) dan lintang (latitude). Besaran sudut tersebut perlu dikonversi menjadi data UTM (Universal Transverse Mercator) berbentuk x, y bersatuan meter. Perhitungan dilakukan menggunakan persamaan (10) dan (11). Berdasarkan data 4 titik koordinat pojok lahan olah, maka sistem akan membentuk lintasan-lintasan yang harus dilalui. Parameter-parameter lintasan yang dihitung adalah 2 titik ujung lintasan, persamaan garis lintasan dan sudut orientasi lintasan. 4 titik koordinat GPS tersebut dikonversi menjadi data UTM, koordinat x dan y. 46

73 Tahap selanjutnya adalah menhitung x, y maksimum dari masing-masing titik yang berhadapan, dengan persamaan berikut :... (11)... (12)... (13)... (14) Berdasarkan masing-masing delta yang ada, dihitung lebar lahan olah ( ) dengan menggunakan persamaan berikut :... (15) Berdasarkan lebar lahan olah (, dihitung banyaknya jumlah lintasan yang harus diakukan pengolahan tanah. Jumlah lintasan (n lintasan ) dihitung dengan membagi lebar lahan ( dengan lebar kerja alat yaitu 1.6 m. perhitungan dilakukan dengan melakukan pembulatan keatas.... (16) Setiap lintasan olah akan membentuk 1 lintasan belok tanpa adanya proses pengolahan tanah. Dua lintasan olah dan dua lintasan belok akan membentuk 1 petakan olah, sehingga jumlah petak lintasan (n petak ) dihitung menggunakan persamaan:... (17) Berdasarkan dan, maka parameter masing-masing lintasan dapat dihitung. Titik awal dan titik akhir pada lintasan ganjil dihitung menggunakan persamaan :... (18)... (19)... (20)... (21) Pada lintasan genap, maka titik awal dan akhir dihitung menggunakan persamaan: 47

74 ... (22)... (23)... (24)... (25) dimana nilai i adalah indeks petakan olah ke-i. Perhitungan persamaan garis dan sudut orientasi lintasan dihitung menggunakan persamaan :... (26)... (27) n... (28) jika y akhir < y awal, maka nilai θ ditambahkan dengan Persamaan garis yang terbentuk berupa y=mx+c, dengan sudut orientasi θ. Secara umum algoritma tersebut dapat dilihat pada Gambar 33 dan sketsa penentuan lintasan olah dapat dilihat pada Gambar 34. Pada setiap lintasan akan ditentukan area belok yang berjarak 3.6 m dari tiap ujung lintasan. Sketsa penetuan titik belok dan area belok dapat dilihat pada Gambar 35. Mulai Input 4 titik koordinat lahan (long1,lat1), (long2,lat2), (long3,lat3), (long4,lat4) Konversi ke UTM (x1,y1), (x2,y2), (x3,y3), (x4,y4), Hitung x, y Hitung lebar lahan olah Hitung jumlah lintasan Hitung jumlah petakan lintasan Hitung parameter lintasan (titik awal, titik akhir, pers. garis, sudut orientasi) Selesai Gambar 33 Algoritma penentuan parameter lintasan olah 48

75 Titik 3 koordinat lahan (x 3,y 3 ) x 2 y 2 Titik 2 koordinat lahan (x 2,y 2 ) y (m) Titik 4 koordinat lahan (x 4,y 4 ) y 1 x 1 Gambar 34 Sketsa penentuan lintasan olah Titik 1 koordinat lahan (x 1,y 1 ) x (m) Lintasan belok Titik awal lintasan m Titik akhir lintasan 1 Lintasan olah 2 Lintasan olah m Titik akhir lintasan 2 Lintasan belok Keterangan : = Titik belok = Area belok Titik awal lintasan 1 Gambar 35 Sketsa penentuan titik belok dan area belok pada setiap lintasan Data real time GPS dibaca dengan frekuensi pembacaan 5 Hz. Data tersebut kemudian diolah menggunakan algoritme pengolahan data GPS yang dibangun dan ditentukan keputusan yang selanjutnya dikirimkan ke mikrokontroler yang akan menggerakkan aktuator sesuai dengan yang diharapkan. Algoritma pengolahan data GPS dapat dilihat pada Gambar

76 Hal pertama yang dilakukan adalah konversi data GPS menjadi data UTM (x,y). Posisi traktor kemudian diproyeksikan ke peta lintasan yang dibuat. Sistem akan memerintahkan mikrokontroller agar menurunkan kopling hingga traktor akan berhenti jika traktor pada kondisi telah menyelesaikan semua lintasan yang harus dilalui. Sistem juga akan memerintakan agar RPM mesin diturunkan hingga 1000 rpm. Sistem akan memerintahkan aktuator melakukan manuver belok berupa pembentukan sudut roda depan sebesar Sudut yang dibentuk tersebut merupakan sudut yang optimum dalam operasi belok dengan radius belok 3.5 m. sistem juga akan memerintahkan mikrokontroller agar implemen bergerak maksimum terangkat yaitu tinggi lower link 83 cm. Mulai Koordinat GPS (Long, Lat) Selesai Konversi ke UTM (x, y) Pedal Kopling Turun RPM mesin = 1000 rpm Ya Akhir Lintasan? Penetuan Trajektori Set Point Tidak Tidak Area Belok? Ya Sudut Putar = 34 0 Tinggi Lower Link = 83 cm Penentuan Orientasi Maju Traktor Perhitungan Besar Error Terhadap Jalur Set Point Penentuan Orientasi yang Seharusnya Sudut Putar = x Penentuan Sudut Putar Roda Depan Traktor (x) Penentuan Delta Orientasi Tinggi Lower Link = 83 cm Tidak Ya Lintasan Olah? Tinggi Lower link = 35 cm Gambar 36 Algoritma pengolahan data GPS 50

77 Pada kondisi traktor berada pada lintasan lurus, sistem akan menentukan lintasan set-point yang sedang dilalui traktor. Penentuan tersebut dilakukan berdasarkan posisi, arah maju traktor serta urutan lintasan yang telah dilalui, sehingga ketika titik akhir lintasan sebelumnya telah dilewati, maka traktor secara otomatis akan diarahkan menuju lintasan yang selanjutnya. Berdasarkan parameter-parameter lintasan tersebut, dilakukan perhitungan simpangan. Orientasi maju real traktor dhitung dengan membandingkan posisi real dengan posisi 1 detik sebelumnya. Orientasi dihitung relatif terhadap orientasi lintasan (θ) menggunakan persamaan berikut : n... (29) dimana indeks t-1 menunujukkan waktu 1 detik sebelumnya. Perhitungan simpangan (error) dilakukan dengan membandingkan posisi real traktor dengan lintasan set-point yang seharusnya. Untuk arah maju traktor utara atau selatan yang sejajar dengan sumbu y, maka perhitungan simpangan dilakukan dengan membandingkan posisi x real dengan posisi x yang seharusnya.... (30) Pada arah maju traktor mendekati arah barat-timur atau sejajar dengan sumbu x, maka perhitungan simpangan dilakukan dengan membandingkan x real dengan x yang seharusnya, sehingga simpangan dihitung menggunakan persamaan berikut:... (31) Berdasarkan nilai error, dihitung orientasi maju traktor yang seharusnya. Perhitungan dilakukan dengan mengasumsikan bahwa orientasi maksimum yang dibentuk antara pergerakan traktor dengan lintasan adalah sebesar 45 0 dengan jarak maksimum 3.5 meter. Orientasi yang seharusnya (ori) dihitung menggunakan persamaan berikut:... (32) 51

78 Penentuan orientasi yang seharusnya tersebut dimaksudkan agar ketika simpangan yang terbentuk sangat besar, maka traktor akan membentuk sudut yang besar juga terhadap orientasi lintasan set-point. Besar orientasi tersebut akan berkurang seiring dengan berkurangnya simpangan, sehingga ketika simpangan mendekati 0, besar orientasi pun demikian. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 37. Gambar 37 Ilustrasi sudut orientasi terhadap simpangan yang terjadi Sudut orientasi yang seharusnya (Ori) kemudian dibandingkan dengan orientasi maju real traktor, untuk mendapatkan delta orientasi yang terjadi. Delta orientasi tersebut dihitung menggunakan persamaan berikut:... (33) Berdasarkan delta orientasi tersebut, ditentukan besar sudut yang harus dibentuk roda depan menggunakan Tabel 3. 52

79 Tabel 3 Penentuan sudut roda depan traktor Delta orientasi ( 0 ) Sudut roda depan ( 0 ) x x x x x x x x x Berdasarkan Tabel 3 tersebut, maka komputer akan mengirimkan perintah ke mikrokontroler agar menggerakkan roda depan traktor membentuk sudut roda depan yang telah ditentukan. Pada lintasan olah, sistem juga akan memerintahkan mikrokontroler agar menggerakkan tuas implemen, sehingga tinggi lower link implemen 35 cm atau maksimum menyentuh tanah, sedangkan pada lintasan belok, sistem akan memerintahkan mikrokontroler agar menggerakkan tuas implemen sehingga tinggi lower link implemen 83 cm atau terangkat maksimum. 53

80 V HASIL DAN PEMBAHASAN Identifikasi Masalah Tahapan identifikasi masalah bertujuan untuk mengetahui masalah serta kebutuhan yang diperlukan agar otomasi traktor dapat dilaksanakan. Studi pustaka dilakukan untuk mengetahui masalah serta hal-hal yang diperlukan. Berdasarkan studi pustaka, masalah yang paling penting dalam otomasi adalah pengendalian sistem kemudi secara otomatis. Hal ini sangat diperlukan agar traktor mampu bergerak sesuai dengan lintasan yang diharapkan. Penentuan posisi traktor secara otomatis pun merupakan hal yang penting agar traktor mampu mengenali posisinya sendiri, sehingga mampu bergerak ke posisi yang diinginkan. Sistem penentuan posisi telah banyak dikembangkan, baik penentuan posisi secara lokal maupun secara global menggunakan GPS. Pengendalian kecepatan kerja traktor merupakan hal penting lainnya agar hasil kerja traktor maksimal. Pengaturan kecepatan kerja dapat dilakukan salah satunya dengan kombinasi pengaturan pedal akselerator dan sistem pengereman. Pengontrolan pedal akselerator diperlukan untuk mengatur kecepatan putaran mesin traktor. Sistem pengereman diperlukan untuk menurunkan kecepatan kerja terutama ketika lahan olahan memiliki kontur yang beragam. Hal penting lainnya dalam proses otomasi traktor adalah pengontrolan sistem kopling. Hal ini disebabkan karena pedal kopling punya peran penting dalam perubahan kombinasi porseneling serta kontrol gerak tidaknya traktor. Proses penghentian traktor menggunakan kopling sangat penting terutama ketika hal-hal yang tidak diharapkan terjadi. Hasil kinerja traktor terutama pengolahan tanah sangat bergantung pada pengaturan ketinggian impemen traktor. Pengolahan tanah yang terlalu dalam akan menyebabkan traktor slip, sedangkan kedalaman yang terlalu rendah akan menyebabkan kurang optimalnya hasil pengolahan tanah. Berdasarkan hal tersebut, maka pengontrolan implemen melalui kontrol tuas implemen sangat penting agar kedalaman olah sesuai dengan yang diharapkan. Berdasarkan masalah-masalah yang terjadi, maka pada penelitian ini sistem kontrol aktuator dibatasi pada 5 komponen aktuator yaitu : sistem kontrol stir kemudi, 54

81 sistem kontrol pedal kopling, sistem kontol pedal akselerator, sistem kontrol pedal rem dan sistem kontrol tuas implemen. Pengukuran Gaya Awal Pengukuran gaya awal diperlukan untuk menentukan spesifikasi yang diperlukan pada proses perancangan. Pengukuran gaya awal dilakukan pada 5 komponen aktuator yang akan dikontrol. Pengukuran dilakukan menggunakan timbangan pegas. Contoh pengukuran gaya yang dibutuhkan untuk menggerakkan mekanisme dapat dilihat pada Gambar 38. Timbangan Pegas Gambar 38 Contoh pengukuran gaya untuk memutar stir kemudi Gaya yang dibutuhkan untuk memutar stir kemudi dengan landasan roda beton adalah sebesar 1.5 kgf atau setara dengan 14.7 N. Gaya yang dibutuhkan untuk menarik pedal kopling adalah sebesar 13 kgf atau setara dengan N. Besarnya nilai tersebut dikarenakan pedal kopling dilengkapi dengan pegas, sehingga semakin jauh ditarik, gaya yang dibutuhkan pun semakin besar. Gaya yang dibutuhkan untuk menarik pedal akselerator adalah sebesar 6 kgf = N. Pedal akselerator dipilih sebagai aktuator yang dikontrol dibandingkan dengan tuas akselerator tangan dikarenakan kemudahan dalam pembuatan mekanisme kontrol serta gaya yang dibutuhkan pun tidak terlalu besar. Gaya yang dibutuhkan untuk menarik pedal rem adalah sebesar 8 kgf = N. Gaya tersebut merupakan gaya yang dibutuhkan untuk menarik gabungan pedal rem kanan dan rem kiri. Gaya terakhir yang diukur adalah gaya yang dibutuhkan untuk menarik tuas implemen. Berdasarkan hasil 55

82 pengukuran, gaya yang dibutuhkan untuk menarik tuas implemen adalah sebesar 8 kgf = N. Perancangan Sistem Kemudi Otomatis Traktor Proses perancangan merupakan proses yang sangat pentinga dalam rancang bangun. Pada proses ini dilakukan perhitungan serta penentuan spesifikasi unit pengontrol yang akan dibangun. Tahapan perancangan meliputi rancangan fungsional, analisis teknik, rancangan struktural serta rancangan sistem kontrol. Pada rancangan fungsional, dirancang beberapa unit berdasarkan fungsi untuk mengatasi masalah yang telah diidentifikasi pada proses identifikasi masalah. Unit-unit yang dirancang berdasarkan fungsinya meliputi: unit pengontrol stir kemudi yang berfungsi untuk mengontrol stir kemudi agar berputar kiri-kanan sesuai dengan yang diharapkan, unit pengontrol kopling yang berfungsi untuk mengontrol pergerakan pedal kopling sesuai dengan yang diperintahkan, unit pengontrol pedal akselerator yang berfungsi untuk menggerakkan pedal akselerator dalam rangka pengaturan kecepatan maju traktor, unit pengontrol pedal rem yang berfungsi untuk mengontrol pergerakan pedal rem agar sesuai dengan yang diharapkan, unit pengontrol tuas implemen yang berfungsi untuk mengatur tinggi lower link implemen yang berimplikasi pada kedalaman pengolahan serta unit penerima dan pengolah data GPS berfungsi untuk menerima data GPS dari satelit, kemudian mengolahnya sehingga menjadi acuan bagi pergerakan traktor. 1. Unit pengontrol stir kemudi Pada sistem kontrol stir kemudi, diameter puli pada motor DC pengendali berukuran 7.5 cm dan pada roda stir berukuran 15 cm. Hal ini dilakukan agar torsi yang digunakan untuk memutar roda stir kemudi dua kali lebih besar dibandingkan dengan torsi yang dihasilkan oleh motor DC. Pemilihan sistem transmisi puli-sabuk dilakukan agar stir mampu bergerak sesuai dengan putaran motor DC. Daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan mekanisme kontrol stir adalah sebesar 34.7 watt. Berdasarkan hasil perhitungan tersebut, maka motor DC yang digunakan dipilih berdasarkan ketersediaan di pasaran. Motor DC yang digunakan memiliki daya 36 watt. 56

83 Pada perancangan sistem, motor DC digerakkan dengan tipe kontrol on-off. Motor DC digerakkan oleh mikrokontroler melalui perangkat H-Bridge. Sensor yang digunakan sebagai feedback adalah sensor encoder dengan resolusi 1 0. Perangkat limit switch juga digunakan sebagai faktor pengaman, sehingga ketika roda bergerak ke sudut paling besar maupun paling kecil, badan roda akan menekan switch dan secara otomatis arus yang dialirkan terputus. 2. Unit pengontrol pedal kopling Pedal kopling dikontrol dengan menggunakan motor DC. Sistem transmisi daya yang digunakan adalah puli dan tali sling yang dihubungkan dengan batang penggerak pedal kopling. Pemilihan puli dan tali sling dilakukan karena sistem pedal kopling memiliki pegas, sehingga untuk menggerakkan pedal kopling ke posisi bawah (turun), motor akan memutar dan menarik tali sling. Pada proses pelepasanpedal kopling, motor hanya memutar untuk melepaskan tali sling, dan mekanisme pegas pada pedal akan mendorong pedal kopling ke posisi atas (naik). Puli yang digunakan pada mekanisme kontrol pedal kopling berdasarkan perhitungan berdiameter 7.44 cm. Berdasarkan gaya yang dibutuhkan untuk menarik pedal kopling, maka daya motor yang dibutuhkan untuk menggerakkan mekanisme pedal kopling adalah sebesar watt. Motor DC yang digunakan dipilih dengan daya yang lebih besar untuk faktor keamanan serta ketersediaan di pasaran. Motor DC yang dipilih juga harus memiliki perangkat gearbox, hal ini dikarenakan konstanta pegas yang terdapat pada kopling ssangat besar, sehingga jika arus yang mengalir ke motor DC tanpa gearbox dihentikan, maka pegas akan mendorong batang penggerak, sehingga motor akan tertarik dan pedal kopling akan kembali ke posisi semula. Pada motor DC dengan gear-box, daya dorong pegas tidak mampu memutar gearbox, sehingga ketika arus yang mengalir dihentikan, pergerakan mekanisme pun berhenti. Berdasarkan hal tersebut, maka motor DC yang dipilih adalah motor DC yang dilengkapi gearbox berupa wormgear dengan daya sebesar 150 watt. Pada perancangan sistem, motor DC digerakkan dengan tipe kontrol on-off. Motor DC digerakkan oleh mikrokontroler melalui perangkat H-Bridge. Pedal kopling 57

84 hanya diset pada dua kondisi, sehingga kontrol yang dilakukan berbasis waktu. Motor digerakkan selama waktu tertentu berdasarkan kecepatan putar motor. Perangkat limit switch juga digunakan sebagai faktor pengaman, sehingga ketika pedal rem telah berada pada titik maksimum ataupun minimum, batang penggerak pedal akan menyentuh limit switch dan secara otomatis arus yang dialirkan terputus. 3. Unit pengontrol pedal akselerator Pedal akselerator dikontrol menggunakan motor DC. Sistem tuas pengungkit digunakan untuk mengontrol pedal akselerator, dengan tujuan mempermudah mekanisme sistem serta memperkecil tenaga yang dibutuhkan. Salah satu ujung batang pengungkit dihubungkan ke pedal akselerator, dan ujung lainnya dihubungkan ke tali sling. Sistem transmisi daya yang digunakan adalah puli dan tali sling. Berdasarkan proses perhitungan pada analisis teknik, diameter puli yang digunakan adalah sebesar 7.5 cm. Daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan mekanisme pengontrol pedal akselerator adalah 6.54 watt. Motor yang dipilih adalah motor DC dengan daya 30 watt. Motor yang dipilih memiliki daya yang lebih besar dikarenakan ketersediaan di pasar. Pergerakan motor motor DC dikontrol dengan tipe kontrol on-off. Motor DC dikontrol oleh mikrokontroler melalui perangkat H-Bridge. Sistem kontrol bekerja dengan sistem kontrol loop tetutup, dimana potensiometer yang dihubungkan ke poros motor menjadi umpan balik ke sistem. Perangkat limit switch juga digunakan pada mekanisme ini sebagai pengaman. 4. Unit pengontrol pedal rem Prinsip kerja mekanisme pengontrol pedal rem mirip dengan mekanisme pengontrol pedal kopling. Hal yang berbeda adalah konstanta pegas lebih kecil bila dibandingkan dengan konstaanta pegas pada pedal kopling. Hal tersebut menyebabkan gaya yang dibutuhkan pun semakin kecil. Diameter puli yang digunakan pada mekanisme kontrol pedal rem dirancang sebesar 6.4 cm, dan kebutuhan daya motor yang dibutuhkan untuk menggerakkan mekanisme pedal rem 58

85 adalah sebesar watt. Motor DC yang dipilih memiliki daya sebesar 30 watt, hal ini dilakukan karena ketersediaan di pasaran. Tipe kontrol motor DC yang digunakan seperti halnya mekanisme kopling adalah kontrol on-off dengan sistem loop terbuka, yang berarti tidak ada sensor yang menjadi umpan balik ke sistem. Mekanisme hanya digerakkan dengan waktu tertentu berdasarkan kecepatan putaran motor. Limit switch digunakan pada mekanisme ini sebagai pengaman agar mekanisme berhenti ketika posisi maksimum dan minimum tercapai. 5. Unit pengontrol tuas implemen Tuas impelemen digerakkan menggunakan motor DC. Sistem transmisi daya yang digunakan berupa transmisi sproket rantai. Hal ini dilakukan karena tuas impelemen digerakkan maju mundur tanpa adanya pegas, sehingga motor DC harus mampu menarik atau mendorong tuas agar bergerak ke posisi yang diharapkan. Tuas implemen dihubungkan ke salah satu mata rantai, sehingga untuk menarik tuas implemen ke depan (bawah), motor DC berputar searah jarum jam dan untuk mendorong mundur (naik) motor DC akan berputar berlawanan arah jarum jam. Berdasarkan analisis teknik, diameter sproket yang digunakan adalah 2.4 cm atau 14 gigi dengan no rantai yang digunakan adalah 25. Daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan mekanisme pengontrol tuas implemen adalah sebesar watt. Motor yang dipilih memiliki daya 30 watt, hal ini dilakukan berdasarkan ketersediaan di pasaran serta faktor keamanan agar mekanisme dapat bekerja dengan sempurna. Tipe kontrol motor DC yang digunakan adalah kontrol on-off dengan sistem loop tertutup. Potensiometer yang dihubungkan ke poros motor DC digunakan untuk mengukur sudut yang dibentuk oleh motor DC dan dijadikan umpan balik ke sistem. Limit switch digunakan pada mekanisme ini sebagai pengaman agar mekanisme berhenti ketika posisi maksimum dan minimum tercapai. 6. Unit pembaca dan pengolah data GPS Pembacaan data posisi dilakukan dengan menggunakan RTK-DGPS Outback S3 GPS Guidance and Mapping System. GPS tersebut dipilih dengan alasan ketelitian 59

86 yang mampu dicapai GPS tersebut sebesar 3 5 cm. Hal ini bertujuan agar simpangan yang terjadi akibat kesalahan pembacaan data GPS mampu dihindari. Data GPS yang telah dibaca kemudian diolah oleh komputer pengendali sehingga menghasilkan perintah yang dikirim ke mikrokontroler dan menggerakkan aktuator yang sesuai. Pembuatan Sistem Kemudi Otomatis Traktor Proses pembuatan sistem kontrol baik mekanik maupun elektronik dilakukan berdasarkan rancangan yang telah dibuat. Pemrograman sistem pada mikrokontroler dilakukan menggunakan Code Vision AVR. Hal ini dilakukan berdasarkan kemudahan dalam pembuatan dikarenakan lengkapnya library yang terdapat pada Software tersebut serta bahasa pemrograman yang digunakan berbasis bahasa pemrograman C. File yang telah dibuat kemudian di-compile dan didownload ke chip mikrokontroler. Pemrograman menggunakan Code Vision AVR dapat dilihat pada Gambar 39. Gambar 39 Pemrograman sistem mikrokontroler menggunakan Code Vision AVR Rangkaian elektronik yang digunakan dibuat dalam 1 kotak kontrol agar memudahkan perangkaian. Rangkaian tersebut meliputi : mikrokontroler, RS232 USB Converter, rangkaian H-Bridge, penurun tegangan output encoder dan LCD. Mikrokontroler berfungsi mengatur semua pergerakan aktuator sesuai dengan perintah 60