BAB III PERANCANGAN SISTEM

BAB III PERANCANGAN SISTEM Bab ini menguraikan perancangan mekanik, perangkat elektronik dan perangkat lunak untuk membangun Pematrian komponen SMD dengan menggunakan conveyor untuk indutri kecil dengan sistem yang ditunjukkan pada gambar Blok diagram. Perancangan mekanik membahas tentang keseluruhan dari kerangka alat, letak komponen elektronik, serta sistem kerja conveyor. Perancangan elektronik membahas alat atau komponen yang digunakan, sedangkan perancangan perangkat lunak berupa baris-baris program yang diunduhkan pada mikrokontroler 3.1. Rancangan Mekanik Pada bagian ini adalah hal yang paling utama dalam sistem pematrian ini karena rancangan menyangkut konveyor yang akan memuat PCB untuk dipatri oleh pemanas. Rancangan ini terdiri dari sebuah konveyor dengan motor sebagai penggerak utama seperti ditunjukkan pada Gambar 3.1: Gambar 3.1. Kerangka keseluruhan. 19

Secara garis besar dapat digambarkan bahwa motor akan menggerakkan pulley yang diletakkan menempel dengan motor yang keduanya dihubungkan dengan roda gigi dengan perbandingan 1:1. Pulley yang digunakan berjumlah 4 dan agar berjalan bersama maka dihubungkan dengan 2 shaft sejajar. Di antara 2 shaft tersebut digunakan tali yang dihubungkan pada nampan conveyor yang seperti pada Gambar 3.1 dan akan menempel di atas empat buah roda yang berjalan pada sebuah rel. Adapun motor yang digunakan adalah motor 24V DC. Ditunjukkan pula pada gambar 3.1 bahwa bahwa nampan conveyor akan membawa PCB untuk dilewatkan pada pemanas keramik untuk melakukan proses pematrian. Di antara tiang penyangga pemanas terdapat sensor photointerrupter yang digunakan untuk pembatas gerakan saat melakukan proses pematrian. Setelah selesai proses maka nampan akan kembali ketempat semula untuk melakukan proses pematrian yang terakhir yaitu pendinginan. 3.2. Rancangan Elektronik 3.2.1. Modul Pengontrol Suhu Modul ini terdiri dari dua komponen utama yaitu sensor termokopel dan penguat tegangan. Adapun penggunaan termokopel adalah untuk mengetahui suhu yang dihasilkan oleh pemanas dan suhu yang ada pada nampan conveyor yang memuat PCB yang akan dipatri. Tujuannya agar suhu yang ada pada saat pematrian dapat diatur sesuai dengan kebutuhan. Oleh karena perubahan tegangan pada keluaran dari termokopel sangat kecil untuk dibaca oleh pin ADC pada mikrokontroler, maka diperlukan penguat tegangan yang menghubungkan antara termokopel dan mikrokontroler 3.2.4.1 Termokopel Untuk kepentingan pemantauan suhu pada sistem pematrian ini dibutuhkan sensor suhu presisi yang dapat bekerja pada suhu yang cukup tinggi. Termokopel digunakan sebagai sensor suhu karena mampu bekerja pada suhu yang cukup ekstrim (berkisar antara -400 C sampai 1300 C) selain itu harga sensor ini relatif terjangkau. 20

Untuk pemilihan termokopel pada alat ini dipakai Tipe K (Chromel (Ni-Cr alloy)/alumel (Ni-Al alloy)). Dikarenakan termokopel jenis ini tersedia untuk rentang suhu 200 C hingga +1200 C. Karena range suhunya sesuai dengan spesifikasi pada alat yang dibuat lebih mudah dicari di pasaran. Gambar 3.2. Termokopel tipe K. Karena tegangan keluaran termokopel tipe K terlalu kecil untuk digunakan oleh pin ADC pada mikrokontroler jenis Tipe K ini harus diberi penguatan tegangan untuk menghubungkan dengan mikrokontroler. 3.2.1.2 Penguat AD595 Gambar 3.3. Penguat AD595. Penguat ini adalah sebuah penguat khusus untuk sensor termokopel dimana tegangan yang dikeluarkan sekitar 41µV/ C dari sensor dikuatkan oleh IC ini menjadi 10 mv/ C dengan penguatan tersebuat maka perubahan tegangan keluaran akan dapat dibaca pin ADC yang terdapat pada mikrokontroler (ATMega 32). 21

Gambar 3.4. Konfigurasi pin dari AD 595 Karena suhu yang diukur merupakan suhu di atas 0 C, maka digunakan catu daya tunggal dengan untai sebagai berikut: Gambar 3.5. Untai penguat catu daya tunggal AD 595. 3.2.2. Rangkaian Pengendali Utama 3.2.2.1 Board ATMega32 Modul ini adalah modul pengendali utama yang mengendalikan seluruh kerja sistem pada alat yang dibuat dengan memproses masukan dari sensor-sensor yang akan digunakan untuk mengubah gerakkan conveyor serta untuk mengaktifkan relay yang akan mensaklarkan pemanas. Pada alat yang dibuat ini digunakan board mikrokontroler ATMega 32 yang mempunyai 22

pin ADC yang digunakan untuk membaca sensor termokopel. a. b. Gambar 3.6.(a) Board ATMega32, (b) Pin pada ATMega 32. Gambar 3.6(a) adalah gambar fisik dari board yang digunakan sedangkan pada Gambar 3.6(b) adalah gambar pemetaan pin dari chip ATMega 32 dengan konfigurasi pin yang digunakan seperti pada Tabel 3.1 dan untai seperti pada Gambar 3.7 Gambar 3.7. Untai rangkaian keseluruhan. 23

Tabel 3.1. Konfigurasi Pin No Nama Port Fungsi 1. PB0 Data RS display LCD 2. PB2 Data E display LCD 3. PB4 Data display LCD 4. PB5 Data display LCD 5. PB6 Data display LCD 6. PB7 Data display LCD 7. PC2 Data Input1 Driver Motor 8. PC4 Data Input2 Driver Motor 9. PC3 Data Input Photo Interupter 10. PC5 Data Input Photo Interupter 11. PC6 Data Input Photo Interupter 12. PA0 Data Input AD595 13. PA1 Data Input AD595 14. PA7 Data SSR 15. PD1 Tombol 16. PD2 Tombol 17. PD3 Tombol 18. PD5 Data Enable Driver Motor 19 PA5 Kipas DC Dari Tabel 3.1 board mikro akan mengendalikan driver motor, menerima masukkan dari photointerrupter, sensor termokopel serta masukkan dari pengguna alat melalui tombol dan menampilkan menu serta suhu lewat LCD 16 2 dan juga mengendalikan pemanas lewat Solid State Relay. 24

3.2.2.2. LCD 16 2 Modul yang digunakan adalah LCD16 2 yang berarti dapat menampilkan 16 karakter dan berisi 2 barisan tampilan berikut gambar dari rangkaian LCD seperti ditunjukkan pada Gambar 3.8. Gambar 3.8 Konfigurasi Pin pada LCD. Adapun kegunaan LCD adalah sebagai penampil menu, ukuran dan proses pematrian yang sedang dikerjakan, dengan LCD ini maka operator memilih ukuran PCB yang akan dikerjakan dan dapat mengetahui dan memilih apakah mesin sudah siap untuk mengerjakan kembali atau mesin dimatikan 3.2.2.3. Tombol Tombol ini digunakan untuk memasukkan menu ukuran yang tertampil di LCD. Selain itu juga untuk memulai melakukan proses pematrian adapun rangkaiannya menggunakan rangkaian pulldown seperti pada Gambar 3.9 Gambar 3.9. Rangkaian pulldown 25

Untai ini dibuat untuk mengatasi nilai ambang pada pembacaan nilai oleh mikrokontroler terhadap kondisi saklar pada saat ditekan atau tidak. Cara kerjanya adalah saat saklar open nilai yang dibaca oleh pin mikrokontroler adalah Low GND dan saat close atau ditekan maka pembacaan oleh pin mikrokontroler adalah High VCC 3.2. 3. Rangkaian Motor 3.2.3.1. Motor DC 24V Gambar 3.10. Motor DC Motor ini berfungsi sebagai penggerak utama yang digunakan untuk menggerakkan conveyor dengan spesifikasi Tegangan maksimal = 24V Arus maksimal = 3A Motor ini akan menggerakkan conveyor dengan cepat lambat diatur agar sesuai dengan grafik langkah-langkah pematrian. Adapun untuk mengatur cepat lambat dari kecepatan motor digunakan PWM yang diatur oleh mikrokontroler. 26

3.2.3.2. Driver motor L298 Gambar 3.11. Modul driver motor L298. Dikarenakan adanya pengaturan PWM untuk menggerakan motor maka diperlukan driver untuk men-drive cepat lambat motor sesuai dengan lebar pulsa yang dikirimkan oleh mikrokontroler. Gamba 3.12. Pulse Width Modulator. Untuk menghitung duty cycle sebuah sinyal PWM digunakan rumus: = 100%...(3.2.1.2.1) = +...(3.2.1.2.2) Dari Persamaan 3.2.1.2.1 dan 3.2.1.2.2 maka didapat = 100%...(3.2.1.2.3) Pada perancangan ini digunakan timer counter 8 bit sehingga nilai PWM maksimal dengan duty cycle 100% memiliki nilai OCR 255, (Output Compare Register) OCR 27

merupakan nilai pembanding timer counter agar mengeluarkan sinyal PWM. Misalkan diinginkan PWM dengan duty cycle 50% maka dapat duraikan sebagai berikut ini : Input driver motor 18 Volt maka dapat dirumuskan 50% 255 = 127 Maka tegangan keluaran adalah 50% 18= 9 volt Untuk modul L298 yang dipakai rangkaian yang dipakai sebagai berikut Gambar 3.14 untai L298 L298 memiliki dua buah rangkaian H-Bridge di dalamnya, sehingga dapat digunakan untuk men-drive dua buah motor DC. Masing-masing dapat mengantarkan arus hingga 2A. Namun, dalam penggunaannya, L298 dapat digunakan secara paralel, sehingga kemampuan menghantarkan arusnya menjadi 4A. Dengan tegangan operasi sebesar 46 V 3.2.3.3. Photo Interuppter Rangkaian ini berisi sensor Photointerupter yang difungsikan sebagai pembatas gerakan conveyor. Gambar 3.15 fisik dari sensor photointerrupter Pada saat alat melakukan proses pematrian yaitu preheat, 28

heating dan soldering digunakan juga untuk melakukan counter langkah-langkah tersebut dan pada saat proses pematrian yaitu pendinginan digunakan sebagai penanda dari tempat pendinginan. Adapun untai photointerrupter ditunjukkan seperti pada gambar 3.16. Gambar 3.16 Rangkaian photointeruppter. Cara kerja pada Gambar 3.16 adalah dimana pada kaki 1dan 2 ditengah-tengahnya dihalangi dari kaki 3 dan 4 atau terhalang suatu benda maka cahaya dari led tidak sampai ke kaki basis antara kaki 4 dan 3 dan tegangan dari VCC akan langsung mengalir pada output dan output akan bernilai high dan memberi masukkan pada mikrokontroler. 3.2. 4 Rangkaian Pemanas 3.2.4.1 Pemanas keramik Untuk memenuhi target pematrian yaitu suhu soldering sekitar 260 C maka dipilih ceramic infrared heater seperti pada Gambar 3.17 Gambar 3.17 Ceramic Infrared Heater. Spesifikasi pemanas adalah sebagai berikut 29

1. Dimensi lebar 6 cm dan panjang 23 cm 2. Menggunakan catu daya 220VAC 50 Hz 3. Temperatur maksimum 800 C 4. Daya keluaran maksimum 1000 Watt 3.2.4.2 Solid State Relay (SSR) Pemanas tersebut agar dapat disaklarkan oleh mikrokontroler maka digunakan Solid State Relay (SSR) sebagai komponen pensaklaran. Komponen SSR yang digunakan pada alat ini adalah jenis KSD225AC3 buatan Cosmo Electronic dengan spesifikasi: 1. Input 5-12 VDC 2. Load 25 A, 250 VAC 3. Tegangan Drop Out 1VDC Gambar 3.18 Gambar fisik dari SSR. Untuk rangkaiannya seperti ditunjukkan pada Gambar 3.19 Gambar 3.19 Untai Solid State Relay. Dari untai pada Gambar 3.18 mikrokontroler akan memberikan tegangan sebesar 5 volt menggunakan pin A7. Setelah dipicu, SSR akan aktif maka pemanas keramik akan 30

disaklarkan untuk kondisi menyala sampai batas suhu yang digunakan untuk pematrian. Adapun resistor 330Ω di rangkai sebagai pengaman agar arus yang masuk ke mikrokontroler tidak terlalu besar jika terjadi feedback current 3.2. 5 Modul Pendingin Modul pendingin ini berisi dari rangkaian berikut ini Gambar 3.20 Rangkaian saklar pendingin. Rangkaian ini berfungsi untuk melakukan proses pematrian terakhir yaitu pendinginan menggunakan kipas DC 12 volt biasa dan disaklarkan oleh mikrokontroler untuk menyalakan dan mematikan kipas. 3.3. Rancangan Perangkat Lunak Perancangan perangkat pada alat ini menggunakan chip ATMega dan diprogram menggunakan Arduino Ide. Untuk penggunaan perangkat lunak pada alat ini maka mikrokontroler diprogram untuk dapat mengendalikan pemanas, untuk menggerakkan conveyor, serta mengendalikan sensor-sensor yang menunjang sistem 31

3.3.1 Diagram Alir Sistem perangkat Lunak Gambar 3.21. Diagram alir sistem perangkat lunak. 32

Langkah kerja perangkat lunak dari diagram alir yang ada pada Gambar 3.21 yaitu pertama adalah penyalaan sumber tegangan baik dari power supply maupun dari sumber tegangan AC 220V-50 Hz. Setelah semua menyala maka termokopel yang berada pada pemanas keramik akan melakukan monitoring apakah suhu pada pemanas sudah mencapai suhu yang diinginkan yaitu 350 C pada permukaan pemanas. Adapun panas pada permukaan pemanas dijaga suhunya dari 390 C - 410 C saat alat menyala. Apabila permukaan pemanas sudah mencapai suhu yang diinginkan yaitu 350 C maka akan tertampil menu ukuran pada LCD. Ukuran tersebut berfungsi untuk membedakan cepat lambat gerakan pada motor yang disetting dengan PWM. Setelah menu ukuran pada LCD telah diisi oleh operator maka ditekan menu yes yang tertampil pada LCD maka mulailah proses pematrian dari preheating lalu heating dan akhirnya soldering setelah selesai proses maka conveyor akan menuju ke modul pendingin berupa kipas untuk melakukan proses pendinginan. Dimana sebagai monitoring dari suhu konveyor dipasang sebuah termokopel. Dari termokopel inilah diketahui apakah suhu pada conveyor sudah sesuai dengan suhu yang diinginkan yaitu dibawah 30 C. Jika suhu sudah berada dibawah 30 C maka kipas akan dimatikan dan pada monitor LCD akan tertampil menu lanjutkan untuk memulai lagi proses pematrian atau selesai untuk mengakhiri pematrian dan mematikan semua sistem. 33