JCONES Vol. 3, No. 1 (2014) 120-125 Journal of Control and Network Systems Situs Jurnal : http://jurnal.stikom.edu/index.php/jcone RANCANG BANGUN ALAT PENGERING GABAH DENGAN PENGENDALI SUHU DAN KELEMBABAN RUANG BERBASIS ARDUINO UNO R3 Ebiet Van Heriyanto 1) Harianto 2) Pauladie Susanto 3) Program Studi/Jurusan Sistem Komputer STMIK STIKOM Surabaya Jl. Raya Kedung Baruk 98 Surabaya, 60298 Email: 1)evangokile@gmail.com, 2)hari@stikom.edu, 3)pauladie@stikom.edu Abstract: One of the constraints faced by farmers in post-harvest rice processing is the drying process. This is due to the drying of grain in the traditional way, ie with grain drying in the sun by placing it on a tarp. Obstacles arise during the rainy season, because the grain will be dried longer and this can lead to insect or fungal attack. In this thesis project created a prototype grain dryers that are expected to help solve the problems on grain drying process. This system uses an Arduino Uno R3. In the control of temperature and humidity and use the heater actuators, blowers, and motors. This system requires a drying time of 175 minutes to dry the moisture content of wet rice 5kg reached 19.2 % RH and humidity drying chamber at 13 % RH. Reading error rate of 11.5 % RH humidity, so the DHT21 sensor accuracy rate reaches 88.5 % RH. Temperature reading error rate of 5:05 C, sehinggan DHT21 sensor accuracy rate reaches 94.95 C. Thus, the expected prototype grain dryers can be applied in real life with a more economical source of energy that could help rice farmers. Keywords: Grain Dryer, Temperature, Humidity, Arduino Uno R3, Sensor DHT21 Pada saat ini masih banyak petani di Indonesia terutama petani padi masih menggunakan cara konvensional dalam memanfaatkan hasil paska panen. Hal ini dapat dilihat dalam pengolahan paska panen dilakukan dengan cara menjemur padi di tempat terbuka menggunakan bantuan dari sinar matahari dengan waktu yang cukup lama. Hal ini dikarenakan pada waktu pengeringan juga sangat tergantung pada kondisi cuaca. Padahal suhu panas dari sinar matahari tidak selalu stabil atau berubah-ubah, maka perlu adanya inovasi untuk mengefisienkan proses pengeringan dengan cara yang modern dan efisien. Sehingga dapat memanfaatkan hasil paska panen dengan mudah, efisien dan tidak tergantung pada cuaca (waktu). Untuk mempersingkat waktu pengeringan, dibutuhkan sumber panas lain yang dapat diatur temperaturnya. Salah satu solusinya adalah menggunakan panas dari heater yang mengalir ke seluruh permukaan tabung pengering dibantu sirkulasi udara oleh exhaust dan blower serta sistem pengadukan yang benar membuat padi cepat kering. Penggunaan motor dc sebagai pengaduk untuk memutar padi di dalam tabung dan menggunakan relay untuk mengatur tengangan heater. Dalam tugas akhir ini penulis merancang suatu peralatan elektronik yang mempunyai kemampuan untuk mengeringkan padi secara otomatis, menggunakan Arduino Uno R3. Dengan sensor temperatur dan kelembaban berupa DHT21. Sensor tersebut digunakan untuk mengontrol suhu ruang pengering, sehingga suhu pengeringan tidak melebihi ambang batas suhu aman dan dapat mempercepat proses pengeringan padi 1.43% dibanding proses pengeringan konvensional menggunakan sinar matahari. (Petruzella, Frank D,2002) Secara nasional kehilangan hasil pasca panen masih sangat tinggi. Menurut data BPS (Badan Pusat Statistik) tahun 1994/1995, tingkat kehilangan hasil paska panen padi mencapai 20,51%. Pada umumnya kadar air padi basah (baru dipanen) masih cukup tinggi. Pada tingkat kadar air tersebut, padi tidak aman disimpan karena sangat mudah terserang jamur. Sehingga JCONES Vol. 3, No. 1 (2014) Hal: 120
agar aman disimpan, padi perlu dikeringkan hingga mencapai kadar air keseimbangan, yaitu sekitar 14%. Hal ini sesuai dengan pedoman pengolahan hasil paska panen padi yaitu hasil tanaman padi yang telah dilepas dari tangkainya dengan cara perontokkan, dikeringkan, dan dibersihkan yang memiliki kadar air maksimum 14%. Oleh karena itu dalam keadaan ini dibutuhkan proses pengeringan dengan waktu yang relatif lebih cepat dengan kadar air yang merata. Dibutuhkan pemanas untuk mengatur suhu panas yang digunakan sebagai mesin pengering padi yang dapat dikontrol dan diatur secara otomatis untuk mempermudah dalam pemakaian alat tersebut. Dalam suatu proses pengeringan dengan sumber panas buatan yang dapat diatur untuk mencapai panas yang konstan. Suhu ruang mempengaruhi kelembaban benih melalui penguapan. Ketika suhu meningkat maka cairan air akan menguap dari benih. Absorpsi dan desorpsi (pengeluaran) air dipengaruhi oleh benih atau ukuran buah, dan struktur buah atau kulit benih. Benih dan buah kecil menyerap atau melepaskan air lebih cepat dari pada yang lebih besar, karena luas permukaanya relatif besar dibanding volumenya, dan jarak bagi perpindahan air lebih pendek. Anatomi benih akan menentukan seberapa cepat air dapat berpindah dari bagian dalam ke bagian luar selama proses pengeringan. Struktur yang tebal atau padat akan menghambat pergerakan air. (Budi utomo : Ekologi Benih, 2006). METODE Penelitian yang dilakukan ini menitik beratkan pada pengukuran suhu dan kelembaban pada ruang pengering menggunakan sensor DHT21. Kelembaban dan suhu dalam ruang pengering nantinya mempengaruhi kelembaban pada gabah. Penelitian yang dilakukan dapat dijelaskan dengan lebih baik melalui blok diagram seperti yang terlihat pada Gambar 1. Gambar 1. Blok Diagram Sistem Alat pengering gabah ini menggunakan Arduino Uno R3 sebagai kontrol dari sistem. Relay digunakan untuk mengatur arus on-off pada heater dan motor pengaduk. DHT21 akan mendeteksi suhu dan kelembaban ruang pengering, sementara kipas blower bekerja untuk mengalirkan udara panas dari heater keseluruh ruang pengering. DHT21 secara kontinyu memantau suhu dan kelembaban ruangan, jika kelembaban telah mencapai titik set poin, maka mikrokontroler mengirimkan perintah untuk mematikan blower, heater, dan motor pengaduk, dan ketiga komponen ini akan bekerja lagi ketika kelembaban ruangan yang dipantau berada diatas set poin. Cara Kerja Sistem Secara Keseluruhan Sistem ini bekerja dengan menerima data temperatur dan kelembaban dari sensor DHT21. Data dari sensor ini digunakan sebagai parameter untuk menggerakan aktuator heater, blower, dan pengaduk. Data ini kemudian ditampilkan oleh LCD sebagai informasi kondisi kelembaban dan temperatur ruang pengering. Heater dan blower digunakan untuk menurunkan kelembaban dan meningkatkan temperartur pada ruangan. Dengan meningkatnya temperatur ruangan maka temperatur gabah juga akan naik sehingga menyebabkan kelembaban pada gabah akan berkurang. Pengaduk pada sistem ini digunakan agar gabah dapat kering secara merata. Perancangan Hardware Perancangan hardware terbagi menjadi rangkaian relay, rangkaian lcd, rangkaian driver motor, heater, blower, pengaduk, sensor suhu dan kelembaban dht21, arduino uno r3, dan platform pengering gabah. Rangkaian Relay Relay merupakan saklar remote listrik yang memungkinkan pengguna arus kecil seperti Arduino Uno R3, mengontrol arus yang lebih besar seperti heater. Karena heater yang digunakan adalah heater AC maka diperlukan relay sebagai saklar yang dapat dikontrol oleh Arduino Uno R3. Namun relay belum dapat dikontrol oleh Arduino Uno R3 secara langsung, karena arus output Arduino Uno R3 sangat kecil sehingga diperlukan rangkaian tambahan, berikut rangkaian relay. JCONES Vol. 3, No. 1 (2014) Hal: 121
Rangkaian Driver Motor Output Arduino Uno R3 memiliki arus yang lemah sehingga tidak dapat menggerakan motor, agar dapat menggerakan motor Arduino Uno R3 memerlukan rangkaian driver motor. Rangkaian driver motor merupakan bagian penting dalam penggerakan aktuator. Aktuator yang digerakan dengan driver motor yakni blower. Gambar 2.Rangkaian Relay Transistor bipolar adalah komponen yang bekerja berdasarkan ada-tidaknya arus pemicuan pada kaki Basisnya. Pada aplikasi driver relay, transistor bekerja sebagai saklar yang pada saat tidak menerima arus pemicuan, maka transistor akan berada pada posisi cut-off dan tidak menghantarkan arus, Ic=0. Dan saat kaki basis menerima arus pemicuan, maka transistor akan berubah ke keadaan saturasi dan menghantarkan arus. Pada Gambar 2 terdapat 2 buah transistor jenis NPN yang disusun secara Darlington. Transistor ini berfungsi sebagai saklar elektronik yang akan mengalirkan arus jika terdapat arus bias pada kaki basisnya dan akan menyumbat arus jika tidak terdapat arus bias pada kaki basisnya. Rangkaian Lcd LCD merupakan media tampilan yang menggunakan kristal cair sebagai media untuk merefleksikan cahaya. LCD digunakan untuk memonitor keadaan suhu dan kelembaban ruang pengering gabah, dengan menampilkan nilai dari temperature dan umidity. LCD dihubungkan pada PORTD arduino. Gambar 3 menunjukkan rangkaian LCD. Gambar 4. Rangkaian Driver Motor Pada Gambar 4 terdapat 2 buah diode bridge yang digunakan untuk melindungi tegangan dan arus yang dihasilkan oleh kumparan pada motor DC. Diode ini nantinya akan melindungi IC L293 agar tidak rusak, jika tidak dipasang diode bridge maka IC L293 akan rusak. Heater Sistem ini menggunakan heater untuk menaikan nilai suhu ruangan pada pengering. Heater yang digunakan pada penelitian ini menggunakan arus AC, sehingga diperlukan relay untuk mengontrol heater dengan Arduino Uno R3. Blower Sistem ini menggunakan blower yang diletakkan didepan heater bertujuan untuk mempercepat proses pengeringan gabah, dan menurunkan kelembaban ruangan. Blower yang digunakan pada penelitian ini menggunakan arus DC 24 volt. Blower ini nantinya akan diatur kecepatanya oleh Arduino Uno R3 menggunakan motor driver. Pengaduk Sistem ini menggunakan pengaduk untuk membantu proses pengeringan gabah, gabah yang berada diruang pengering nantinya akan diputar secara kontinyu menggunakan motor dc 12 volt yang sudah dipasang gearbox untuk membantu meringankan beban kerja dari motor pengaduk. Gambar 3. Rangkaian LCD Sensor Suhu Dan Kelembaban DHT21 JCONES Vol. 3, No. 1 (2014) Hal: 122
Sistem ini menggunakan sensor DHT21 untuk pembacaan suhu dan kelembaban ruang pengering gabah. Arduino Uno R3 Arduino pada sistem ini digunakan untuk mengontrol keseluruhan sistem. Pada arduino uno r3 menggunakan ATmega328 sebagai microcontrollerrnya. Platform Pengering Gabah Platform pengering gabah ini dibuat dengan ukuran 100x70 dengan panjang 100 cm, lebar 70 cm, dan tinggi 70 cm, untuk tempat pengering gabah menggunakan diameter 50 cm dan panjang 60 cm.alat pengering gabah ini mampu menampung 50 kg gabah. Platform pengering gabah ini dilengkapi pengaduk dengan menggunakan motor dc 12v yang berfungi untuk mempercepat proses pengeringan gabah. Platform pengering gabah ditunjukan pada Gambar 5. Gambar 6. flowchart sistem pengering gabah Gambar 5. Platform Pengering Gabah. Perancangan Program Perancangan program secara keseluruhan yakni perancangan program arduino uno r3. Perancangan secara keseluruhan bisa dilihat lebih jelas melalui flowchart pada Gambar 6. Blok Baca Sensor Blok ini berisi tentang proses pembacaan nilai sensor DHT21 dengan menggunakan fungsi print_dht21. PORT yang dibaca dalam proses ini adalah PORTD. Blok Perhitungan Nilai Suhu Dan Kelembaban Perhitungan nilai suhu dan kelembaban untuk sensor DHT21 telah terdapat di dalam library Arduino. Proses perhitungan sensor DHT21 (ambil dari datasheet) Blok PWM Blower Blok PWM merupakan blok untuk mengatur kecepatan putaran blower. Jika kelembaban mendekati target yang diharapkan maka kipas akan menjadi pelan seiring penurunan kelembaban. Penampil Suhu Dan Kelembaban Blok tampil data berisi tentang proses penampilan data yang telah tersimpan dalam variable temp dan hum. LCD yang digunakan pada proses penampilan data adalah LCD dengan JCONES Vol. 3, No. 1 (2014) Hal: 123
ukuran 16x2 yang sudah menngunakan komunikasi I2c. Prosedur Evaluasi 1. Pengujian Arduino Uno R3 Pengujian sistem arduino uno r3 dilakukan dengan memprogram sistem arduino uno r3 untuk membuat Pin.4 menjadi nilai positif negative 0 dan 1 yang diulang-ulang dengan delay 100ms.kemudian Pin.4 akan diukur dengan avometer. 2. Pengujian LCD Pengujian LCD menggunakan arduino uno r3 sebagai alat untuk memerintahkan LCD menampilkan beberapa karakter. Pada pengujian LCD ini arduino uno r3 diberi program untuk menampilkan karakter pada tiap baris. 3. Pengujian Sensor Temperatur dan Kelembaban Pengujian sensor temperatur dan kelembaban dilakukan dengan membandingkan sensor DHT21 dengan hygrometer digital. Masukkan probe sensor DHT21 dan hygrometer digital ke dalam ruang pengering gabah. Nyalakan pemanas pada ruang pengering dan amati perubahan pada hygrometer digital dan LCD yang menampilkan nilai DHT21, kemudian catat perbandingan perubahan suhu dan kelembabannya. 4. Pengujian Blower Pengujian blower dilakukan dengan menyalakan pemanas pada ruang pengering gabah sehinnga temperatur pada ruang pengering meningkat. Pada pengujian ini, kecepatan blower akan diatur menggunakan PWM. Ketika kelembaban tinggi blower akan berputar cepati dan kelembaban mencapai 10%Rh blower akan berhenti. 5. Pengujian Heater Pengujian heater dilakukan dengan cara memberikan catu daya 220 volt AC dari listrik PLN, kemudian dihubungkan dengan relay yang sudah diprogram pada arduino uno r3. 6. Pengujian Pengaduk Pengujian pengaduk dilakukan dengan cara memberikan catu daya dari power supply untuk memutar motor DC 12 volt yang sudah dipasang gearbox sehinnga putaran pengaduk lebih ringan. 7. Pengujian Sistem Secara Keseluruhan Pengujian sistem menggunakan 5kg gabah basah dimasukkan kedalam ruang pengering, pengambilan data dilakukan setiap 25 menit untuk mendapatkan nilai kelembaban ruang dan kelembaban gabah. pengukuran nilai suhu dan kelembaban ruang diamati sampai proses selesai. Pada proses ini akan diukur seberapa cepat sistem dapat menurunkan kelembaban ruang pengering mencapai 10% RH. HASIL DAN PEMBAHASAN Berikut ini adalah hasil dan pembahasan dari rancang bangun alat pengering gabah dengan pengendali suhu dan ruang berbasis arduino uno yang telah selesai dibuat : Pengujian Sistem Keseluruan Pengujian sistem menggunakan 5kg gabah basah dimasukkan kedalam ruang pengering, pengambilan data dilakukan setiap 25 menit untuk mendapatkan nilai kelembaban ruang dan kelembaban gabah. pengukuran nilai suhu dan kelembaban ruang diamati sampai proses selesai. Pada proses ini akan diukur seberapa cepat sistem dapat menurunkan kelembaban ruang pengering mencapai 10% RH. Tujuan Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui kemampuan sistem dalam mengontrol kelembaban ruang pengering dan seberapa cepat sistem dapat menurunkan kelembaban gabah. Alat yang Digunakan 1. Arduino Uno R3 2. Catu daya 3. LCD 4. Hygrometer 5. Sensor suhu dan kelembaban DHT21 7. Stopwatch 8. Perangkat Lunak (Arduino IDE) 9. heater 10. blower 10. PC / Laptop 11. Kabel USB Board Arduino Uno 12. Driver Motor 13. Rangkaian Relay 14. Miniatur Pengering Gabah Prosedur Pengujian 1. Download Program ke Arduino Uno R3 (Program sistem keseluruhan dapat dilihat pada Lampiran) JCONES Vol. 3, No. 1 (2014) Hal: 124
2. Hubungkan power supply pada stop kontak. 3. Hubungkan heater dengan stop kontak. 4. Masukkan gabah basah 5 kg ke dalam ruang pengering. 5. Aktfikan stopwatch. 6. Amati pergerakan kecepatan blower dan panas dari heater. 7. Amati perubahan suhu dan kelembaban ruang setelah sistem dinyalakan. 8. Catat waktu yang diperlukan untuk merunkunkan kadar air ruang pengering gabah mencapai kelembaban 10% RH. Hasil Pengujian Sistem Keseluruhan Tabel 1. Hasil pengujian kelembaban ruang pengering dan kelembaban gabah No Kelembaban Gabah Menit %RH Ruang %RH 1 0 94.0 84.3 2 25 52.0 26.5 3 50 52.0 26.5 4 75 40.0 31.3 5 100 38.0 19.0 6 125 35.0 28.2 7 150 19.2 18.0 8 175 19.2 13.0 Berdasarkan table 1 diatas dibutuhkan waktu pengeringan 175 menit untuk menurunkan kelembaban ruang menjadi 13 %RH dan kelembaban gabah mencapai 19.2 %RH. Pada sistem ini tidak dapat mencapai kelembaban gabah 14 %RH terjadi karena uap air tidak dapat keluar dari tabung pengering sehingga harus ditambahkan exhaust atau blower untuk mengeluarkan kelembaban pada ruang pengering gabah. KESIMPULAN Setelah melalui beberapa proses perencanaan, pembuatan dan pengujian alat serta dari data yang didapat dari perencanaan dan pembuatan maka dapat disimpulkan: 1. Tingkat kesalahan pembacaan kelembaban sebesar 11,5 %RH, sehingga tingkat akurasi sensor DHT21 mencapai 88,5 %RH dan Tingkat kesalahan pembacaan suhu sebesar 5.05 C, sehinggan tingkat akurasi sensor DHT21 mencapai 94.95 C. 2. Dibutuhkan waktu pengeringan 175 menit untuk menurunkan kelembaban ruang menjadi 13 %RH dan kelembaban gabah mencapai 19.2 %RH. Pada sistem ini tidak dapat mencapai kelembaban gabah 14 %RH terjadi karena uap air tidak dapat keluar dari tabung pengering sehingga harus ditambahkan exhaust atau blower untuk mengeluarkan kelembaban pada ruang pengering gabah. DAFTAR PUSTAKA A.A.K., 2006, Budidaya Tanaman Padi, Kanisius, Yogyakarta. Adimas Radix & Teguh Hidayat Iskandar. 2010. RANCANG BANGUN MESIN PENGERING PADI BERBASIS MIKROKONTROLER MCS-51.Stikom Surabaya. Arduino.cc. 2013. Software Arduino IDE, [online] (http://arduino.cc/en/main/software, diakses tanggal 22 November 2013) Arduino.cc. 2013. Arduino Program DHT21, [online], (http:// arduino.cc/main/dhtlib, diakses tanggal 22 November 2013) Bambang S. dkk. 2007. Deskrispsi Varietas Padi, Balai Besar Penelitian Tanaman padi, Subang. Banzi, M. 2009. Getting Started with Arduino. America: O'Reilly. Brooker, D. B. 1973. Drying Cereal Gram. The AVI Publishing Company, Inc. Westport. Connecticut. Brubaker, J. E. dan Pos, J. Determining The Static Coefficient of Friction of Grains on Structural Surface. Trans. New York. Petruzella. Frank D. 2002. ELEKTRONIC INDUSTRI. Yogyakarta: ANDY Yogyakarta. Sant, Hary. 2013. Cara Kerja Relay. (online). (http://www.elangsakti.com/ 2013/03/pengertian-fungsi-prinsip-dancara.html, diakses 12 Desember 2013). Vishay. 2002. 16 x 2 LCD Character. (online). (http://www.engineersgarage. com/sites/default/files/lcd%2016x2.pd f, diakses 12 desember 2013). JCONES Vol. 3, No. 1 (2014) Hal: 125