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
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 6.0 - Code Vision AVR Tahapan Penelitian Secara umum, tahapan penelitian mengikuti kaidah umum rancang bangun. Tahapan penelitian dapat dilihat pada Gambar 12. 19
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 58.86 N. Gaya yang diperlukan untuk menggerakkan tuas implemen sebesar 78.48 N, dan gaya yang dibutuhkan untuk menggerakkan rem sebesar 78.48 N sedangkan gaya yang dibutuhkan untuk menggerakkan pedal kopling adalah sebesar 127.4 N N. 20
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
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
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
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
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
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