BAB 3 PERANCANGAN SISTEM Pengaturan Temperatur dan Kelembapan merupakan hal yang sangat penting dalam perancangan dan pengelolahan mesin tetas telur otomatis. Karena itu perancanganya meliputih pengontrolan temperatur dan kelembapan yang memperhatikan faktor faktor yang berkaitan dalam penggunakan alat tetas otomatis. Pemilihan Sensor dan microcontroller dalam perancangan alat ini memberikan pengaruh yang cukup besar terhadapat kualitas alat. Sensor kelembapan HSM-20G dan temperature LM35 memiliki banyak kelebihan dan kemudahan dalam penggunaannya yang membuatnya menjadi pilihan yang tepat untuk aplikasi ini. Pemilihan microcontroller yang menjadi otak dari kontrol ini penulis memilih ATmega16 yang memiliki beberapa fitur yang sudah disertakan didalamnya seperti ADC yang tidak ditemui di MCS-51. Awal perancangan alat yang penulis buat ini memilik tiga inputan yaitu sensor, webcam dan pushbuttom, dan juga memiliki output berupa LCD, monitor, heater, water heater. Untuk heater penulis gunakan lampu pijar 3 buah 40W dan 1 lampuh 5W juga menggunakan water heater untuk memunculkan kelembapanya. Kemudian penulis juga menggunakan webcam yang berguna untuk memantau keadaan didalam incubator pada saat telur akan menetas dengan pencahayaan yang berasal dari lampu heater 43
44 3.1 Rancangan Perangkat Keras Dalam perancangan mesin penetas, penulis melakukan analisa terlebih dahulu terhadap sistem mesin penetas yang sudah ada, berikut adalah tabel perbandingan antara mesin penetas yang sudah ada dan mesin penetas yang penulis rancang. Sistem yang Ada Sistem yang Dirancang Keterangan LM35 lebih ekonomis, serta Sensor Suhu PTC LM35 sudah cukup untuk bekerja di kondisi mesin penetas(25-40 0 C) HSM-20G lebih ekonomis, Sensor Kelembapan 808H5V5 HSM-20G serta sudah cukup untuk bekerja di kondisi mesin penetas(25-40 0 C) Elemen pemanas cukup sulit Pemanas Elemen Pemanas Bola Lampu untuk diganti bila rusak serta memakan daya yang lebih besar Pemanas air lebih mudah Pelembap Penyemprot air Pemanas Air didapatkan serta menimbulkan uap yang cenderung mengisi
45 ruang dibandingkan dengan embun yang cenderung jatuh ke bawah Motor servo dapat langsung Pemutar Telur Motor Stepper Motor Servo dikontrol melalui microcontroller tanpa membutuhkan driver khusus Setpoint yang dinamis Setpoint Statis Bisa Diatur memungkinkan untuk melakukan pengeraman unggas lainnya Fitur tambahan yang belum Perekam Suhu, ada, ditambahkan untuk Perekam Tidak Ada kelembaban dan memungkinkan pengamatan video lebih lanjut terhadap proses penetasan Tabel. 3.1 Perbandingan dengan Sistem yang Ada
46 Mesin Penetas telur otomatis ini dibuat menurut bagian - perbagian. Setelah masing-masing bagian dibuat, maka langkah selanjutnya bagian-bagian tersebut disusun menjadi satu unit berdasarkan fungsinya. Diagram blok merupakan gambaraan dasar dari rangkaian sistem yang akan dirancang. Setiap diagram blok mempunyai fungsi masing-masing. Adapun diagram blok dari sistem yang akan dirancang adalah sebagai berikut: LCD Pengerak telur Sensor suhu Sensor kelembapan Mikrocontroler Blower (kipas) Pemanas incubator (heater) Push button Kelembapan (humidifier) PC monitor Webcam Gambar 3.1 Block Diagram System Sistem utama pada mesin penetas telur otomatis ini diatur oleh mikrokontroler. Input mikrokontroler ini diperoleh dari sensor LM 35 yang berfungsi sebagai sensor suhu sedangkan untuk kelembapan penulis menggunakan sensor HSM-20G untuk mendapatkan nilai suhu dan kelembaban. Data dari sensor tersebut akan ditampilkan nilainya pada LCD dan monitor.
47 Ketika suhu terlalu tinggi, maka lampu ( heater) akan mati, sedangkan jika suhu lebih rendah dari nilai yang telah ditentukan untuk suhu didalam inkubator maka lampu ( heater) akan hidup. Disamping itu water heater dihidupukan untuk menjaga kelembaban telur agar telur tidak kering dan keras karena bisa menghambat dalam penetasan telur ayam. Jika kelembaban terlalu tinggi dari yang ditentukan, maka water heater akan mati untuk menurunkan tingkat kelembaban dan jika kelembaban kurang water heater akan menyala kembali, setiap delapan jam motor servo akan berputar sebanyak 18 o setiap delapan jam sekali. untuk kipas akan secara otomatis bekerja setiap lima menit sekali selama dua puluh detik untuk perputaran udarah di dalam mesin penetas telur. block diagram diatas terdapat beberapa sensor yang penulis gunakan untuk mengukur suhu dan kelembapan juga terdapat beberapa fitur fitur : Terdapat LCD yang berfungsi untuk menampilkan nilai kelembapan,suhu, dan hari didalam inkubarot dengan ketelitian 1 anggka dibelakang koma Kapasitas maksimal isi didalam incubator adalah 20 telur Mampu mempertahankan suhu dan kelembapan didalam incubator sesuai dengan nilai yang telah ditentukan user Terdapat webcam pengawas yang berfungsi untuk memantau keadaan didalam inkubator saat menjelang penetasan telur
48 Terdapat pemutar telur yang berfungsi untuk mencega agar embrio didalam telur tidak lengket dengan kulit Kipas untuk sirkulasi udara 3.1.1 Spesifikasi Mesin Penetas Otomatis Motor penggerak : Motor servo Gambar 3.2 Pergerakan Motor Servo Dimensi : P = 35cm, L = 30 cm. 78cm 29cm Gambar 3.3 Rancangan Mesin Tetas
49 Pemanas : lampu Kapasitas telur : 20 butir telur 78cm 29cm Gambar 3.3 Posisi lampu di Mesin tetas 3.1.2 Modul Pengontrol Penulis membuat rangkaian untuk microcontroller, voltage regulator, LCD, Serial, sensor, dan motor menjadi satu modul pengontrol. Berikut adalah gambar skematik dari rangkaian modul pengontrol : Gambar 3.4 Skematik Modul Pengontrol
50 Penjelasan yang lebih mendalam mengenai tiap bagian dari modul pengontrol akan dijelaskan di sub-bab berikut. 3.1.2.1 Modul Microcontroller Microcontroller ATMega16 produksi Atmel merupakan microcontroller yang sudah memiliki banyak fitur terintegrasi didalamnya. Selain itu microcontroller ini juga mudah ditemui dipasaran dengan harga yang terjangkau. Karena pertimbangan tersebut maka penulis memilih untuk menggunakan microcontroller ATMega16 sebagai inti dari mesin penetas telur ini. Sebagai sumber clock untuk ATMega16, penulis memilih untuk menyandingkan microcontroller ATMega16 dengan external clock sebesar 11.0592 MHz dengan tujuan nilai clock tersebut akan memberikan nilai kesalahan yang kecil ketika digunakan dalam transmisi serial. Untuk mengatur tegangan referensi bagi ADC internal, penulis menyertakan sebuah trimmer potensio yang dihubungkan pada pin AREF microcontroller. Berikut adalah gambar dari skematik modul microcontroller:
51 Gambar 3.4 Skematik Modul Microcontroller 3.1.2.2 Modul Sensor Modul sensor ini terdapat dua sensor yaitu Sensor suhu LM 35 dan HSM-20G adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. LM 35 memiliki sudah dikalibrasi dari pabrik, tidak membutuhkan rangkaian yang rumit dalam penggunaannya serta mudah didapatkan dengan harga yang terjangkau. Sensor ini hanya membutuhkan 60 micro Ampere untuk beroperasi dan mempunyai akurasi 0.5 0 C dengan kemampuan untuk bekerja pada suhu -55 0 C hingga 150 0 C. Selain itu, dimodul ini juga terdapat sensor kelembapan HSM-20G yang berfungsi untuk membaca kelembapan yang ada didalam inkubator, kelebihan dari sensor ini adalah ouput yang dihasilkan berupa tegangan. Didalam sensor HSM-20G, sudah
52 terintegrasi sensor suhu, namun kami memilih tidak menggunakannya karena output dari sensor suhu yang tidak linear. HSM-20G mampu beroperasi pada tegangan 0 0 C - 50 0 C, sebuah rentang suhu pengoperasian yang sempit bila dibandingkan dengan sensor mahal yang ada di pasaran. Namun nilai ini sudah cukup untuk memenuhi kebutuhan alat kami yang hanya beroperasi pada kisaran suhu 25 0 C(suhu ruangan) - 40 0 C. Sensor sensor ini akan terhubung dengan pin pin input ADC yang ada pada modul microcontroller. Berikut adalah gambar skematik mengenai bagian microcontroller yang terhubung ke sensor : Gambar 3.5 Skematik Modul Sensor
53 Untuk mendapatkan nilai suhu dari tegangan output sensor LM35, digunakan rumus melalui penuruan berikut : Skala Faktor LM35 = 10mV/ 0 C Suhu ( 0 C) = tegangan output LM35(V)/ skala faktor LM35(mV/ 0 C) Suhu ( 0 C) = tegangan output LM35(V)/(skala faktor LM35(V/ 0 C)/ 1000) Suhu ( 0 C) = tegangan output LM35(V)/(10(V/ 0 C)/1000) Suhu( 0 C) = tegangan output LM35(V)/10 (V/ 0 C)*1000 Suhu( 0 C) = tegangan output LM35(V) * 100( 0 C/V) Sedangkan untuk mendapatkan nilai kelembaban dari tegangan output sensor HSM-20G digunakan rumus berikut: Tegangan output minimum HSM-20G = 0.7 V Output minimum HSM-20G(V) = 10% Skala faktor HSM-20G = 30mV/% Kelembaban(%) = (tegangan output HSM-20G(V) tegangan output minimum HSM-20G(V)) /skala faktor HSM- 20G(mV/%) + output minimum HSM-20G(%) + konstanta kalibrasi(%)
54 Kelembaban(%) = (tegangan output HSM-20G(V) tegangan output minimum HSM-20G(V)) /(skala faktor HSM- 20G(V/%)/1000) /%) + output minimum HSM-20G(%) + konstanta kalibrasi(%) Kelembaban(%) = (tegangan output HSM-20G(V) tegangan output minimum HSM-20G(V)) / ( 30(V/%)/1000) /%) + output minimum HSM-20G(%) + konstanta kalibrasi(%) 3.1.2.3 Modul LCD Penggunaan Modul LCD difungsikan untuk menampilkan kondisi temperature dan kelembaban pada saat itu yang dilengkapi dengan tampilan hari. selain bisa memuncul kan angka dan huruf lcd juga memunculkan symbol yang menunjukan bahwa microcontroller tidak dalam kondisi hang. Sehingga melalui LCD dapat diilihat kondisi saat itu didalam inkubator dan menunjukkan lama telur mengalami inkubasi. LCD terhubung pada microcontroller di port B, pada modul LCD penulis menyertakan trimmer potensio untuk
55 mengatur kontras tulisan pada LCD. Berikut adalah gambar skematik mengenai bagaimana LCD terhubung ke microcontroller. Gambar 3.6 Skematik Modul LCD 3.1.2.4 Modul Pushbutton Modul Pushbutton ini digunakan untuk berinteraksi dengan microcontroller sehingga pengguna dapat mengatur berbagai setpoint yang diperlukan. modul pushbutton ini terhubung dengaan modul microcontroller pada pin input. Terdapat 4 buah Pushbutton yang dapat digunakan untuk berinteraksi dengan alat. Berikut ini adalah gambar dari skematik rangkaian Pushbutton :
56 Gambar 3.7 Skematik Modul Pushbutton 3.1.2.5 Modul Serial Modul Serial digunakan dalam proses pengiriman data dari microcontroller ke PC, modul ini berfungsi untuk menyamakan tingkat tegangan antara microcontroller dengan PC. Melalui jalur serial ini, microcontroller mengirimkan data suhu, kelembapan dan hari ke PC, dimana pengiriman data dilakuakan setiap enam detik sekali. Berikut adalah rangkaian skematik dari modul serial: Gambar 3.8 Skematik Modul Serial
57 Format data yang digunakan penulis untuk mengirim data dari microcontroller ke PC adalah data suhu diikuti data kelembapan dan diakhiri dengan data hari. Berikut adalah rincian dari format data yang penulis gunakan: Suhu Suhu. Suhu Kelembapan Kelembapan Hari Hari Tabel. 3.2 Format Data Serial Empat karakter awal termasuk karakter. adalah data suhu karena data suhu yang dibaca dari sensor memiliki ketelitian satu angka dibelakang koma. Karakter ke lima dan enam merupakan data kelembapan serta karakter ke tujuh dan delapan merupakan data hari. 3.1.2.6 Modul Voltage Regulator Untuk memberikan suplai tegangan ke dalam modul pengontrol, penulis menggunakan adaptor dengan output 12V. Karena keseluruhan rangkaian modul pengontrol bekerja pada tegangan 5V, maka penulis membuat rangkaian voltage regulator 5V agar supplai tegangan dari adaptor tidak merusak berbagai komponen pada modul pengontrol. Berikut adalah skematik dari rangkaian tersebut:
58 Gambar 3.9 Skematik Modul Voltage Regulator 3.1.3 Modul Relay Untuk mengatur lampu pemanas dan pemanas air, penulis menggunakan relay yang akan mengatur nyala dan matinya alat tersebut berdasarkan perintah dari modul pengontrol. Untuk modul relay ini, penulis memilih untuk menggunakan modul relay driver yang dijual di pasaran. Relay ini terhubung pada port D dari microcontroller. Berikut adalah skematik dari rangkaian relay yang penulis gunakan : Gambar 3.10 Skematik Modul Modul Relay
59 3.1.4 Motor Servo Penulis menggunakan motor servo yang dihubungkan dengan port C microcontroller untuk menggerakkan rak telur. Motor Servo yang penulis gunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut : Panjang x Lebar x tinggi : 39.5mm x 20mm x 35.6mm Berat : 41g Kecepatan putar 0.23s/60 0 Torsi : 3.4kg/cm 3.2 Rancangan Perangkat Lunak Mesin penetas telur yang penulis buat ini menggunakan 4 buah program. Program pertama adalah program pada microcontroller menggunakan bahasa embedded C dengan menggunakan Compiler CodeVision AVR, yang kedua menggunakan Qt creator untuk program data recorder di PC, program ketiga adalah program bot untuk membuat key event palsu dan program ke empat adalah program untuk merekam kamera yang penulis memilih untuk menggunakan freeware. Untuk flowchart program di mikcrokontroler penulis membagi menjadi beberapa bagian yaitu incubator main program, incubator interup 0 dan incubator fungsi atur set poin. Berikut adalah flowchart dari program microcontroller:
Gambar 3.11 Flowchart Main Program 1 60
Gambar 3.12 Flowchart Main Program 2 61
Gambar 3.13 Flowchart Timer 0 Interrup 62
Gambar 3.14 Flowchart Fungsi Atur Setpoin 1 63
Gambar 3.15 Flowchart Fungsi Atur Setpoin 2 64
Gambar 3.16 Flowchart Fungsi Atur set Poin 3 65
Gambar 3.17 Flowchart Fungsi Atur set Poin 4 66
Gambar 3.18 Flowchart Fungsi Atur set Poin 5 67
68 Berikut adalah flowchart untuk program datarecorder : Gambar 3.19 Flowchart Datarecorder
69 Berikut adalah flowchart untuk program bot : Gambar 3.20 Flowchart Program Bot