BAB III PERANCANGAN Pada bab ini penulis akan menjelaskan mengenai perancangan dan realisasi alat pasteurisasi susu dengan menggunakan metode LTLT (Low Temperature, Long Time). Bahasan perancangan dimulai dengan penjelasan alat secara keseluruhan yaitu penjelasan singkat bagaimana alat bekerja. Pembahasan selanjutnya mengenai penjelasan perancangan perangkat keras meliputi sistem elektroniknya. Yaitu penjelasan perancangan mikrokontroler sebagai pengendali utama pada sistem yang akan dibuat serta komponen lain yang terhubung pada mikrokontroler. Kemudian pembahasan diakhiri dengan penjelasan dari perancangan perangkat lunak. Perangkat lunak berupa program pada mikrokontroler yang digunakan untuk mengolah data dari sensor yang digunakan, serta notifikasi yang akan ditampilkan pada layar LCD. 3.1. Gambaran Alat Sistem yang dirancang oleh penulis adalah alat pasteurisasi susu dengan menggunakan metode LTLT (Low Temperature, Long Time). Alat ini menggunakan dua buah panci sebagai wadah untuk air dan wadah susu yang akan diolah. Alat ini dapat mengolah susu sebanyak 6.000 ml dengan menggunakan 2.000mL air sebagai media pemanasnya dan juga terdapat pengaduk yang bekerja secara otomatis. Pada alat ini terdapat load Cell yang digunakan untuk menentukan volume air dan volume susu, serta dapat menampilkan notifikasi pada layar LCD jika volume air kurang dari batas minimal dan susu kurang dari batas minimal atau lebih dari batas maksimal yang telah ditentukan. Pada skripsi yang dirancang oleh penulis alat untuk mengolah susu dengan cara pasteurisasi. Pada sistem yang dirancang alat akan bekerja terlebih dahulu dengan mengecek apakah sudah terisi air atau belum, jika belum terisi air maka akan mengirim notifikasi untuk mengisi air jika sudah terisi air maka alat ini akan mengukur volume air dengan ketentuan minimal air yang digunakan sebanyak 1.750 ml dan maksimal sebanyak 2.000 ml. Setelah volume air terpenuhi sistem akan memulai memanaskan air 11
sampai nilai suhu 50 C, berikutnya sistem akan mengirim notifikasi untuk mengisi susu. Selanjutnya sistem akan mengukur volume susu yang masuk ke dalam panci dengan ketentuan, minimal susu yang akan diolah adalah sebanyak 250 ml dan maksimal 6.000 ml, setelah batas minimal dan maksimal volume susu terpenuhi maka sistem akan mengirim notifikasi berupa pemberitahuan kepada pengguna agar menekan tombol start sebagai input untuk memulai proses pengolahan susu. Setelah mendapat input dari tombol sistem dapat mulai memanaskan air sampai nilai suhu 64 C pada saat mencapai suhu tersebut sistem akan memulai timer selama 30 menit dan menyalakan pengaduk secara otomatis. Alat ini akan menjaga suhu 64 C selama 30 menit setelah selesai alat ini akan menampilkan nilai suhu susu. Pada perancangan alat ini semua notifikasi yang dikirim oleh sistem akan tertampil pada layar LCD juga termasuk nilai suhu susu. Gambar 3.1. Diagram blok keseluruhan sistem 3.2. Perancangan Perangkat Keras Pada bagian ini dijelaskan mengenai perancangan perangkat keras pada alat pasteurisasi susu. Perancangan perangkat pada alat pasteurisasi terdiri dari bagianbagian utama sebagai berikut: Penampung air dan susu 12
Alat ini menggunakan dua buah panci berbahan stainless steel, panci yang terletak dibagian dalam berfungsi sebagai penampung susu dan panci bagian luar berfungsi sebagai penampung air. Berikut adalah realisasi dari dua buah panci berbahan stainless steel dimana dimensi panci bagian luar memiliki diameter 22 cm dan tinggi 30 cm, sedangkan untuk panci bagian dalam memiliki diameter 18 cm dan tinggi 27 cm. Gambar 3.2. Realisasi dua buah panci stainless steel Pengaduk susu Pada bagian pengaduk susu yang dirancang ini menggunakan motor DC sebagai penggeraknya. Penampang load cell Pada bagian penampang load cell digunakan sebagai alas untuk menempatkan panci dan perangkat keras lainnya, jadi seluruh komponen yang terpasang di atasnya akan terukur beratnya. Realisasi dari penampang load cell dapat dilihat pada gambar 3.2, berbentuk persegi dengan panjang 24 cm dan lebar 24 cm. Gambar 3.3. Realisasi penampang load cell 13
3.2.1. Sistem pengendali utama perangkat keras Pengendali Utama untuk pada sistem ini menggunakan Arduino Mega 2560. Sebagai pengendali utama pada sistem, tugas dari mikrokontroler antara lain: Menerima data yang diperoleh dari load cell untuk mengukur volume air dan susu. Menerima data yang diperoleh dari sensor suhu DS18B20 yang membaca suhu air dan suhu susu. Menerima data dari push button sebagai input untuk memulai pemanasan saat susu sudah terisi. Mengolah data dari konfigurasi pengukur batas volume yang akan ditampilkan sebagai pemberitahuan. Mengolah data dari konfigurasi pengukur suhu air yang akan digunakan untuk penentu nyala elemen pemanas air. Menjalankan timer selama 30 menit dan memberi perintah untuk menjalankan pengaduk. Mengirim notifikasi berupa tulisan pada penampil elektronik dan menampilkan nilai suhu. 14
Pin Out A0 A1 Tabel 3.1. Konfigurasi pin Arduino Mega2560 Fungsi Terhubung dengan pin DT modul HX711 Terhubung dengan pin SCK modul HX711 A2 Terhubung dengan pin DB4 LCD 16 2 A3 Terhubung dengan pin DB5 LCD 16 2 A4 Terhubung dengan pin DB6 LCD 16 2 A5 Terhubung dengan pin DB7 LCD 16 2 A6 Terhubung dengan pin RS LCD 16 2 A7 Terhubung dengan pin E LCD 16 2 D53 D43 D51 D49 D22 Reset Terhubung dengan pin data Sensor Suhu air DS18B20 Terhubung dengan pin data Sensor Suhu susu DS18B20 Terhubung dengan pin Relay In1 Terhubung dengan pin Relay In2 Terhubung tombol push button start Terhubung dengan tombol push button 3.2.2. Sensor suhu DS18B20 pada air Pada sistem pengukuran suhu menggunakan sensor DS18B20 karena sensor ini dapat bekerja di dalam air. Penggunaan sensor suhu ini hanya menggunakan satu buah pin digital pada Arduino Mega2560 sebagai jalur komunikasi. Agar sensor dapat bekerja dengan baik, pada perancangan untai sensor suhu DS18B20 ditambahkan sebuah resistor pull up pada pin data di dengan nilai 4,7 kω. Resistor pull up pada pin data dari sensor suhu digunakan agar otput data tatap setabil, dan jika tidak di pull up maka keluaran sensor akan bernilai 127 C dan tidak akan berubah. Berikut adalah sistem pengukur suhu serta konfigurasi perancangan untainya. 15
Gambar 3.4. Konfigurasi sensor suhu DS18B20 dengan Arduino 2560 Gambar 3.5. Diagram blok sensor suhu DS18B20 3.2.3. Sensor suhu DS18B20 pada susu Pada sistem pengukuran suhu susu menggunakan sensor DS18B20. Penggunaan sensor suhu ini hanya menggunakan satu buah pin digital pada Arduino Mega2560 sebagai jalur komunikasi. Agar sensor dapat bekerja dengan baik, pada perancangan untai sensor suhu DS18B20 ditambahkan sebuah resistor pull up pada pin data di dengan nilai 4,7 kω. Berikut adalah konfigurasi sistem pengukur suhu susu. Gambar 3.6. Konfigurasi sensor DS18B20 dan Arduino Mega 2560 16
3.2.4. Load cell dan Modul HX711 Pada sistem pengukuran volume dengan menggunakan load cell dan modul HX711. Load cell yang digunakan memiliki kemampuan untuk mengukur berat sampai dengan 20 kg. Load cell disini digunakan sebagai pengukur volume air dan volume susu yang akan diolah. Dengan mengkonversi terlebih dahulu dari masa jenis air ke berat dan masa jenis susu ke berat, Gambar 3.7. Konfigurasi load cell dan modul HX711 Gambar 3.8. Diagram blok pengukuran volume 3.2.5. Elemen pemanas air Elemen pemanas yang digunakan sebagai pemanas air, merupakan elemen pemanas yang digunakan khusus untuk pemanas air. Pada perancangan alat ini menggunakan dua buah elemen pemanas yang dipasang secara seri, dengan daya masing-masing elemen pemanas sebesar 150 watt. Elemen pemanas dirangkai secara seri bertujuan agar daya yang didapatkan semakin besar. Berikut adalah konfigurasi sistem pemanas yang digunakan. 17
Gambar 3.9. Konfigurasi sistem pemanas air Gambar 3.10. Diagram blok sistem pemanas air 3.2.6. Motor DC Sistem penggerak pada pengaduk susu menggunakan motor DC power window sebagai penggeraknya, penggunaan motor DC sebagai penggerak pengaduk bertujuan agar panas yang dihasilkan dapat merata. Motor ini bekerja pada tegangan DC 12 volt, karena motor ini mempunyai kecepatan putar rendah tetapi mempunyai torsi yang besar. Berikut adalah konfigurasi sistem pengaduk. Gambar 3.11. Konfigurasi rancangan pengaduk susu 18
Gambar 3.12. Diagram blok sistem pengaduk 3.2.7. 2- Channel Relay Modul Modul relay yang digunakan memiliki dua pin input, input pertama sebagai pengendali elemen pemanas, dan input kedua sebagai pengendali motor DC pada penggerak pengaduk susu. Relay yang digunakan akan aktif apabila kondisi input LOW digunakan sebagai pengatur nyala elemen pemanas untuk memanaskan air, dan motor DC yang digunakan sebagai pengaduk susu. Gambar 3.13. 2- Channel Relay Modul Tabel 3.2. Konfigurasi pin modul relay Pin 2- Channel Relay Modul Fungsi VCC Terhubung dengan 5V Arduino GND Terhubung dengan GND Arduino In1 Terhubung dengan pin 51 Arduino In2 Terhubung dengan pin 49 Arduino NO (Normally Open) K1 Terhubung dengan 220 VAC COM (Common Pin) K1 Terhubung dengan elemen pemanas NO (Normally Open) K2 Terhubung dengan 12 VDC COM (Common Pin) K2 Terhubung dengan motor DC 3.2.8. LCD 16 2 Sebagai media untuk menampilkan notifikasi dan nilai suhu digunakan LCD 16 2. Karena harganya yang murah serta banyak tersedia di pasaran. 19
Notifikasi yang tertampil pada layar LCD berupa pemberitahuan agar pengguna dapat melakukan tindakan yang sesuai dengan notifikasi yang tertampil pada layar LCD. Pemberitahuan yang akan tertampil pada layar LCD berupa pemberitahuan isi air, pemanasan air, isi susu, tekan tombol start, kurangi susu, dan menampilkan nilai suhu. Gambar 3.14. Konfigurasi LCD 16 2 dengan arduino 3.2.9. User interface Pada user interface menggunakan dua buah saklar jenis push button, saklar push button 2 berfungsi sebagai reset yang terhubung dengan ground pada pin arduino. Pada saklar push button 1 berfungsi sebagai tombol untuk memulai proses pengolahan susu setelah batas minimal dan maksimal susu terpenuhi. Saklar 2 menggunakan rangkaian resistor pull-up maka sinyal akan dapat terdefinisi apakah itu HIGH atau LOW. Berikut adalah konfigurasi pada tombol push button. Gambar 3.15. Konfigurasi tombol reset dan tombol start 20
3.3. Perancangan Perangkat Lunak Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan perangkat lunak yang digunakan untuk membuat skripsi ini. Perancangan perangkat lunak pada skripsi ini digunakan untuk mengatur seluruh kerja sistem menggunakan Arduino Mega 2560. 3.3.1. Sistem Perangkat Lunak Pada Arduino Mega 2560 dirancang sebuah program untuk mengukur volume air dan susu yang mendapat data dari pengukur volume, dari data tersebut sistem akan mengirim notifikasi isi air jika volume air kurang dari 1.750 ml. Jika volume air lebih dari 1.750 ml maka sistem akan memberi perintah ke driver pemanas untuk menyalakan elemen pemanas air. Selanjutnya sistem akan membaca data dari sensor suhu, jika nilai suhu air sudah mencapai 50 C maka sistem akan memberi perintah untuk mematikan elemen pemanas lalu akan mengirimkan notifikasi untuk melakukan pengisian susu. Saat susu sudah masuk ke dalam panci maka sistem akan mengukur volume susu dengan batas minimal susu sebesar 250 ml dan batas maksimal sebesar 6.000 ml. Jika volume susu sudah lebih dari batas minimal maka sistem akan mengirim notifikasi untuk menekan tombol yang dilakukan oleh pengguna. Pada saat volume susu lebih dari batas maksimal maka sistem akan mengirim notifikasi untuk mengurangi susu, Setelah terjadi pengurangan susu dan volume susu yang terbaca oleh sistem sama dengan batas maksimal atau kurang dari batas maksimal dan tidak kurang dari 250 ml maka sistem akan kembali mengirim notifikasi untuk menekan tombol start. Pada saat pengguna menekan tombol start, sistem menerima input data dari tombol kemudian sistem memberi perintah untuk menyalakan elemen pemanas, jika suhu air sudah mencapai 64 C maka sistem akan menjalankan timer selama 30 menit dan memberi perintah ke driver pengaduk untuk menyalakan pengaduk. Selama 30 menit sistem akan mengatur agar suhu air tetap stabil. Pada saat timer 30 menit selesai maka sistem akan memberi perintah untuk mematikan pengaduk dan berhenti menjaga suhu tetap stabil, setelah itu sistem akan membaca data dari sensor suhu susu kemudian akan menampilkan nilai suhu susu. Berikut adalah diagram alir program pada mikrokontroler yang telah dibuat 21
Gambar 3.16. Flow chart pada perangkat lunak 22