Monday, October 9, 2017

Jurnal Zulkarnaen Perencanaan Sistem Mikrokonroler Berbasis AtMega32 untuk Mini Factory Kulit Kelinci


PERANCANGAN SISTEM MIKROKONTROLER BERBASIS ATMEGA32 UNTUK MINI FACTORY PENYAMAK KULIT KELINCI
Zulkarnaen, Ir. Nanang Sulistiyanto, M.T., Akhmad Zainuri, ST., MT.
Teknik Elektro Universitas Brawijaya
Jalan M.T Haryono No.167 Malang 65145 Indonesia



Penyamakan kulit-bulu kelinci dalam jumlah terbatas dilakukan secara tradisional, sehingga diperlukan alat instrumentasi yang sesuai untuk skala kecil sehingga memberikan kemudahan bagi peternak untuk melakukan penyamakan kulit dan bulu kelinci. Diperlukan desain alat instrumentasi penyamak kulit yang efisien untuk mempercepat dan mempermudah proses penyamakan kulit kelinci serta memudahkan kerja para peternak untuk mengolah limbah kulit kelinci sehingga memiliki nilai ekonomis. Alat ini menggunakan mikroprosesor ATmega32 dengan diberikannya 2 mode menu yaitu, mode “Menu Pilih” dan “Manual”. Mode menu pilih digunakan berdasarkan proses-proses penyamakan yang telah ada, mode menu pilih digunakan user untuk berapa lama motor akan diputar. Dibuat dengan kontrol embedded system dengan menggunakan ATMega32 menggunakan push button dan keypad sebagai masukan data dan navigasi antarmuka antara alat dan user. Arus masukan driver relay bernilai di atas 0,958 mA sesuai dengan perhitungan untuk mengaktifkan transistor dalam keadaan saturasi. Pembuatan perangkat lunak sebagai pemroses data dari alat instrumentasi telah berjalan sesuai dengan apa yang diharapkan. Terdapat delay waktu dalam menjalankan alat instrumentasi penyamakan kulit. Saat menjalankan di atas 60 menit maka alat instrumentasi memiliki rata rata waktu delay 3 menit, saat menjalankan di bawah 60 menit rata rata waktu delay 1 menit.

Kata KunciKulit Kelinci, Penyamak, Otomatisasi penyamak kulit.
                                                                                                                                   I.                        PENDAHULUAN
Peternakan kelinci merupakan suatu alternatif peternakan yang mampu menghasilkan sumber protein hewani yang bisa turut serta dalam pemenuhan protein hewani masyarakat. Pengembangan peternakan kelinci secara nasional telah dimulai sejak pemerintah mengeluarkan INPRES No. 20 tahun 1979. Menurut Balai Penelitian Ternak, budidaya kelinci memiliki banyak keunggulan, salah satunya yaitu kelinci cepat berkembang biak, dalam satu kali kelahiran mencapai 6-8 ekor anak kelinci dengan masa bunting hanya sekitar 30 hari dan bisa dikawinkan satu bulan setelahnya [1].
Ternak kelinci mampu berfungsi ganda yaitu sebagai penghasil daging dan bulu. Pada kelinci penghasil daging kulitnya belum dimanfaatkan secara maksimal karena merupakan limbah pengolahan ternak kelinci dan tidak mempunyai nilai jual. Kulit kelinci hanya dibuang atau dijadikan sebagai pakan ikan lele. Pada dasarnya kulit kelinci tersebut dapat digunakan sebagai barang kerajinan kulit maupun sepatu baik sebagai aksesori sepatu maupun sebagai bahan pembuatan kerajinan. [2].
Untuk memenuhi kebutuhan proses diperlukan desain alat instrumentasi penyamak kulit yang efisien untuk mempermudah proses penyamakan kulit kelinci [3].
Alat instrumentasi ini memudahkan pengadukan kulit dan bahan kimia. Dari penjelasan ini maka minimum sistem untuk menggerakkan motor pada alat ini menggunakan mikrokontroler ATMega32. Dari sistem ini dibutuhkan pula sebuah rangkaian untuk menggerakkan motor mesin penyamakan karena mikrokontroler tidak melakukan perintah langsung terhadap motor  mesin penyamakan.

                                                                                                                                        II.                        TINJAUAN PUSTAKA
A.      Penyamakan Kulit
Kulit samak adalah kulit hewan atau ternak yang telah diubah secara kimia melalui beberapa proses panjang guna menghasilkan bahan yang kuat, lentur, dan tahan terhadap pembusukan. Penyamakan adalah proses konversi protein kulit mentah menjadi kulit samak yang stabil, tidak mudah membusuk, dan cocok untuk ragam kegunaan [2]. Seni atau teknik dalam mengubah kulit mentah menjadi kulit samak disebut penyamakan [2].

B.      Embeded Sistem
Embeded System adalah suatu sistem / program yang sengaja dirancang untuk melakukan tugas yang sangat spesifik. Sehingga, karena tugas yang dilakukannya sangat spesifik dan berulang – ulang, tidak dibutuhkan kekuatan prosesor yang sangat tinggi. Dan hal ini akan sangat menghemat biaya produksi [4].
Embedded system biasanya merupakan bagian dari piranti yang lebih besar. Contoh piranti yang menganut tentang embedded system adalah mobile phone, pager, MP3 player, DVD player, kamera dll [5].

Salah satu mikrokontroler yang banyak digunakan saat ini yaitu mikrokontroler AVR. Keunggulan mikrokontroler AVR yaitu AVR memiliki kecepatan eksekusi program yang lebih cepat karena sebagian besar instruksi dieksekusi dalam siklus 1 clock, lebih cepat dibandingkan dengan mikrokontroler MCS51 yang memiliki arsitektur CISC (Complex Instruction Set Compute). Salah satu IC mikrokontroler yang sering digunakan adalah ATMega32 [6]. Layout Mikrokontroler ATMega32 ditunjukkan dalam Gambar 1
Gambar 1. Pin layout mikrokontroler ATMega32

LCD (Lyquid Crystal Display) merupakan suatu modul tampilan yang dipergunakan untuk menampilkan informasi dalam suatu modul elektronik. LCD yang digunakan mempunyai keunggulan antara lain adanya panel pengatur kekontrasan cahaya tampilan LCD. Blok diagram LCD dan bentuk fisik LCD ditunjukkan dalam Gambar 2 dan Gambar 3 [7].
Gambar 2. Blog Diagram LCD
Gambar 3 Modul LCD karakter 4x20

E.       Driver Relay
Untuk mengaktif/non aktifkan motor AC diperlukan sebuah rangkaian. Karena pada alat ini motor mendapatkan perintah langsung dari mikrokontroler, namun mikrokontroler tidak dapat mengirim tegangan masukan ke motor AC karena motor membutuhkan switching saklar on/off.

Relay adalah saklar elektronik yang dikendalikan oleh rangkaian listrik lainnya. Pada relay  terdapat dua jenis saklar, yaitu saklar NC (normally close) dan saklar NO (normally open) [8]. Gambar 4 merupakan skematik dari relay. AC. Alat ini menggunakan beban sebesar 2,36 A, maka pada alat ini menggunakan relay bernilai 5 A.
Gambar 4. Relay

                                                                                                                III.               PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT
Spesifikasi alat secara global ditetapkan terlebih dahulu sebagai acuan dalam perancangan selanjutnya. Spesifikasi alat yang direncanakan yaitu:
1.     Mode yang digunakan pada alat ini yaitu menu pilih dan manual.
2.     Kulit yang digunakan adalah kulit kelinci setelah dikuliti.
3.     Input yang digunakan melalui media keypad dan push button.
4.     Driver yang digunakan menggunakan transistor BD139 sebagai switching tegangan yang digunakan untuk ON/OFF motor AC.
5.     Rangkaian Driver AC mempunyai rentang keluaran 4,8 V-5 V DC.
6.     Pusat pengendali sistem adalah Mikrokontroler ATMega32.
Berdasarkan spesifikasi yang dibutuhkan, dibuatlah perancangan sistem perancangan perangkat keras. Gambar 5 menunjukan perancangan sistem perangkat keras dalam perancangan alat penyamakan kulit kelinci berbasis ATMega32.
Gambar 5. Diagram blok sistem instrumentasi mesin penyamak

A.      Sistem Mikrokontroler
Perancangan ini merupakan perancangan inti dari alat instrumentasi penyamakan kulit kelinci. Sistem ini menggunakan mikrokontroler ATMega32. Mikrokontroler ini memiliki 4 port, pada perancangan ini port A mikrokontroller dihubungkan pada keypad, port B dihubungkan pada LCD, port C0 dihubungkan pada tombol start, port C1 dihubungkan pada C1 dihubungkan pada tombol stop, port C2 dihubungkan pada tombol darurat, port D5 dihubungkan pada LED indikator running, port D6 dihubungkan pada LED indikator stop, dan port D7 dihubungkan pada driver relay. Selain mikrokontroler dihubungkan pada port-port tersebut Vcc mikrokontroler dihubungkan pada keluaran dari regulator berupa tegangan 5 V DC [9]. Skematik sistem mikrokontroler dijelaskan pada Gambar 6
Gambar 6. Skematik sistem mikrokontroler

B.      Rangkaian Driver Motor AC
Dalam menentukan nilai resistor dalam rangkaian driver relay terdapat perhitungan untuk menentukannya. Untuk menghitung nilai resistor (Rb) harus diketahui nilai hfe, Rrelay dan Vce Saturasi [10]. Nilai nilai ini didapatkan pada datasheet masing masing komponen yaitu hfe=100, Rrelay=360 Ω, Vce Sat=0,5 V, dan Vbe = 1 [11]. Terlihat pada Gambar 7 bahwa ada 2 loop pada rangkaian. Didapatkan persamaan pada loop pertama adalah Vs dikurangi Ic dikalikan Rrelay dikurangi Vsat sama dengan nol. Nilai Vs disini sebesar 12 V, Rrelay 360 Ω, dan nilai dari Vsat adalah 0,5 V. maka dari persamaan ini didapatkan Ic sebesar 0,03194 A. kemudian Ic dikalikan 3 karena digunakan untuk memastikan agar transistor berada pada keadaan cut off / saturasi, jadi Ic bernilai 0,09583 A. kemudian dari loop kedua didapaatkan persamaan Vb dikurangi Ib dikali Rb dikurangi Vbe sama dengan nol. Untuk mendapatkan nilai Ib adalah dengan cara membagi Ic dengan hfe. Didapatkan nilai Ib sebesar 0,00095 A. Kembali pada persamaan nilai Vb sebesar 5 V, Ib sebesar 0,00095 A, dan Vbe bernilai 1 V. dari nilai nilai persamaan ini didapatkan nilai Rb sebesar 4210,52 Ω. Atau sebesar 42K.  Diode disini berfungsi sebagai membuang ke sumber karena beban relay induktif. Ketika off kemudian on akan mengakibatkan spike voltage yang berbahaya bagi transistor. Gambar 7 merupakan skematik rangkaian driver relay.
Gambar 7. Skematik rangkaiam driver relay
C.      Rangkaian LCD Penampil
Rangkaian penampil LCD digunakan untuk  menampilkan karakter angka, huruf dan berbagai tanda baca. Rangkaian penampil LCD terdiri atas modul LCD 20X4 karakter dan sebuah resistor variabel untuk mengatur kontras tampilan LCD. LCD memiliki 16 pin. Pada perancangan ini pin 1 dihubungkan pada Vr, pin 2,3 dan 15 dihubungkan pada Gnd. Pin 4 (RS) dihubungkan pada PB0, pin 5 (RW) dihubungkan pada PB1, pin 6 (E) dihubungkan pada PB2, pin 11 (D4) dihubungkan pada PB4, pin 12 (D5) dihubungkan pada PB5, pin 13 (D6) dihubungkan pada PB6, pin 14 (D7) dihubungkan pada PB7. Rangkaian penampil LCD ditunjukkan dalam Gambar 8.
Gambar 8. Skematik rangkaian LCD penampil

D.      Perancangan Push Button dan Keypad
        Push button dan Keypad digunakan sebagai masukan data pada alat. Push button digunakan sebagai tombol stop. Push button dihubungkan pada PC4 dan pin lainnya dihubungkan pada Gnd. LED pada perancangan ini digunakan sebagai indicator LED merah menandakan bahwa proses sedang berlangsung dan LED berwarna hijau menandakan bahwa proses telah berhenti atau mesin sedang standby. LED diberi resistor sebesar 330 Ω. Dan perancangan pada keypad yang memiliki 7 pin dihubungkan pada port A. Perancangan push button dan keypad dapat dilihat pada Gambar  9.

Gambar 9. Perancangan push button dan keypad.

E.       Perancangan Perangkat Lunak
1. Perancangan program utama
Perancangan program utama ini dilakukan agar mikrokontroler dapat mengetahui mode apa yang dikehendaki oleh user. Setelah mikrokontroler mengetahui mode yang dikehendaki oleh user mikrokontroler akan melakukan pembacaan program yang telah tertulis pada tiap-tiap mode.setelah melakukan inisialisasi user telah memilih salah satu mode mikrokontroler akan melaksanakan program sesuai dengan mode yang dipilih. Setelah mikrokontroler melaksanakan program maka mikrokontroler kembali pada tampilan awal yang berupa pemilihan mode yang terdapat pada sistem. Gambar 10 adalah  flowchart sistem keseluruhan.
 

Gambar 10. Flowchart Utama.

2. Perancangan sub-rutin Menu Pilih
Perancangan ini dilakukan agar mikrokontroler dapat  membaca mode yang terpilih dan kemudian menjalankan program proses penyamakan kulit. Berdasarkan diagram alir sub rutin menu pilih, proses 1 adalah pencucian, proses 2 adalah perendaman, proses 3 adalah penguatan bulu I, II, dan III, proses 4 adalah pengasaman I, II, dan III, proses 5 adalah tanning I, proses 6 adalah pencucian, proses 7 adalah tanning II, proses 8 netralisasi, proses 9 peminyakan. Setelah melakukan inisialisasi kemudian user memilih proses apa yang dikehendaki. Saat user menekan tombol stop maka program yang sedang berjalan saat itu berhenti dan kembali pada mode menu pilih dan saat user menekan tombol emergency maka program akan kembali pada tampilan menu awal. Setelah proses penyamakan kulit kelinci telah dilaksanakan maka program akan kembali pada tampilan pilih mode. Diagram alir sub rutin perintah penyamakan mode menu pilih ditunjukkan dalam Gambar 11.
Gambar 11. Diagram alir program sub-rutin menu pilih
3. Perancangan sub-rutin Manual
Berdasarkan diagram alir sub rutin manuale, mikrokontroler akan melaksanakan program sesuai dengan masukan angka yang dilakukan oleh user melalui keypad, dan kemudian mikrokontroler akan melaksanakan lama pemutaran motor sesuai yang diinginkan oler user. Setelah motor diputar sesuai yang diinginkan maka program akan kembali ke pilih menu utama menunggu perintah yang diberikan oler user. Jika tombol stop ditekan maka program akan kembali pada menu sub rutin manual dan jika saat proses sedang berlangsung user menekan tombol emergency maka program akan kembali pada menu utama. Diagram alir sub rutin perintah penyamakan mode menu pilih ditunjukkan dalam Gambar 12.


Gambar 12. Diagram alir program sub-rutin manual
                                                                                                                                      IV.               PENGUJIAN DAN ANALISIS
Pengujian dilakukan untuk mengetahui apakah sistem dapat bekerja sesuai dengan perancangan.
A.      Pengujian LCD 20x4 Karakter
Tujuan dari pengujian LCD ini adalah untuk mengetahui bahwa LCD bekerja dengan baik. Pengujian ini dilakukan dengan cara menuliskan komposisi string yang akan ditampilkan pada LCD penampil 20x4 karakter. String yang dikirimkan adalah ”Test LCD”. Gambar 13 menunjukkan hasil dari pengujian LCD

Gambar 13. Hasil pengujian LCD.


B.      Pengujian  Keypad dan Push Button
Pengujian keypad dan push button untuk mengetahui bahwa keypad dan push button mengirim perintah pada mikrokontroller sehingga mikrokontroler dapat mengolah data apa yang telah diberikan. Pengujian dilakukan dengan menekan tombol-tombol angka dilanjutkan dengan menekan tombol huruf dan dan kemudian menekan simbol *, #. Setelah menekan tombol tombol yang ada pada keypad dilihat keluaran yang tertera pada LCD apakah sudah sesuai dengan tombol tombol yang tertekan. Hasil pengujian yang tertera pada Gambar 14 dan 15 dapat disimpulkan bahwa keypad dan push button bekerja dengan baik.

C.      Pengujian Driver relay
Tujuan pengujian ini dilakukan agar dapat mengetahui bahwa rangkaian yang telah dirancang sebagai driver relay dapat berjalan dengan baik dan mengetahui tegangan krisis dari driver relay. Langkah pengujian pertama memberikan catu daya pada masukan driver relay sebesar 5 V DC sebagai tegangan yang dihasilkan dari mikrokontroler. Dan memberikan catu daya pada relay sebesar 12 V DC sebagai sumber masukan. Setelah sumber tegangan terpenuhi dilanjutkan dengan mengukur arus pada Ib, relay mengalami kontak saklar, apakah LED menyala atau tidak, dan mengukur tegangan keluaran pada kontak relay.
Hasil pengujian dan analisis dijelaskan pada Tabel 1 Hasil pengujian driver relay menunjukkan bahwa saat driver relay akan berkerja saat arus base memenuhi nilai di atas 0,958 mA sesuai dengan perhitungan. Vout driver akan mengeluarkan tegangan sebesar 220V AC saat relay mengalami switching. Dari pengujian ini dapat disimpulkan bahwa driver relay bekerja dengan baik.



Tabel 1. Hasil Pengujian Motor DC Servo
Tegangan (Vin)
Ib
On/Off
LED
Vout Motor
0
0
Off
0
0
0,5
0.0001115
Off
0
0
1
0.0002229
Off
0
0
1.5
0.0003344
Off
0
0
2
0.0004458
Off
0
0
2,5
0.0005573
Off
0
0
3
0.0006687
Off
0
0
3,5
0.0007802
Off
0
0
4
0.0008917
Off
0
0
4,5
0.0010031
On
1
220V
5
0.0011146
On
1
220V

D.      Pengujian program
Pengujian program dilakukan menggunakan perangkat lunak ISIS Proteus 7 untuk mengsimulasikan program yang telah dibuat. Dari Simulasi ini didapatkan data yang ditampilkan pada Tabel. Pada setiap proses pada menu pilih program berjalan sesuai waktu yang dibutuhkan. Namun pada proses tanning I terdapat delay 1 menit. Saat menjalankan menu manual pengujian 120 menit pun terdapat delay sebesar 1 menit. Secara keseluruhan program berjalan dengan baik namun ada tunda waktu yang terjadi pada saat menjalankan program. Data pengujian simulasi ditampilkan pada Tabel 2 dan 3.
Proses
Proses Penyamakan (menit)
Hasil Pengujian (menit)
Pencucian
15
15
Perendaman
60
60
Penguatan Bulu I
90
90
Penguatan Bulu II
30
30
Penguatan Bulu III
10
10
Pengasaman Bulu I
10
10
Pengasaman Bulu II
10
10
Pengasaman Bulu III
10
10
Tanning I
120
121
Pencucian
20
20
Tanning II
30
30
Netralisasi
20
20
Peminyakan
90
90
Lama waktu yang diinginkan (menit)
Hasil Pengujian (menit)
30
30
60
60
90
90
120
121

E.       Pengujian Sistem Keseluruhan

Pengujian sistem keseluruhan dilakukan untuk menguji apakah parameter yang sudah ditentukan dapat di aplikasikan pada alat dan sudah sesuai dengan yang diinginkan.
Pengujian keseluruhan sistem tentu menggunakan motor AC 1 phase sebagai keluaran dari alat penyamakan kulit kelinci ini. Hasil yang diharapkan adalah motor dapat berjalan sesuai waktu yang diharapkan. Data hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 4 dan Tabel 5.
Waktu yang diinginkan (menit)
Uji I (menit)
Uji I (menit)
Uji I (menit)
Uji I (menit)
30
31
31
31
31
60
62
61
62
62
90
93
93
92
92
120
126
124
124
125
Proses
Proses Penyamakan
Uji I
Uji II
Uji III
Uji IV
Pencucian
15
16
16
15
16
Perendaman
60
62
61
62
62
Penguatan Bulu I
90
93
92
92
93
Penguatan Bulu II
30
31
32
31
31
Penguatan Bulu III
10
11
11
11
11
Pengasaman Bulu I
10
11
11
11
10
Pengasaman Bulu II
10
11
11
11
11
Pengasaman Bulu III
10
11
11
11
10
Tanning I
120
125
124
125
126
Pencucian
20
22
21
21
21
Tanning II
30
32
31
31
31
Netralisasi
20
21
21
21
22
Peminyakan
90
93
92
92
92
Maka dapat disimpulkan bahwa sistem instrumentasi terdapat delay waktu dalam menjalankan alat instrumentasi penyamakan kulit. Saat menjalankan proses penyamakan di atas 60 menit memiliki rata rata waktu delay 2 menit 8 detik dengan melakukan pembulatan menjadi 3 menit. Saat menjalankan  proses penyamakan di bawah  60 menit memiliki rata rata waktu delay 1 menit 1 detik dengan melakukan pembulatan menjadi 1 menit.
                                                                                                                                         V.               KESIMPULAN DAN SARAN
A.      Kesimpulan
1. Alat instrumentasi kulit kelinci telah dirancang dan dibuat dengan kontrol embedded system dengan menggunakan ATMega32. Dibuat dengan menggunakan push button dan keypad sebagai masukan data dan navigasi antarmuka antara alat dan user.
2. Arus masukan driver relay bernilai di atas 0,958 mA untuk mengaktifkan transistor dalam keadaan saturasi.
3. Pembuatan  perangkat lunak sebagai pemroses data dari alat instrumentasi telah berjalan. Pada menu  mode pilih perangkat lunak menampilkan 13 proses dari penyamakan kulit kelinci dan menjalankan proses sesuai waktu yang dibutuhkan. Pada menu menu pilih pun perangkat lunak bisa bekerja sesuai dengan data yang dimasukkan secara manual oleh user melalui keypad.
4. Memiliki waktu delay dalam menjalankan sistem keseluruhan. Proses prose penyamakan di atas 60 menit memiliki rerata waktu delay 2 menit 8 detik mendekati 3 menit. Proses  proses penyamakan di bawah  60 menit memiliki rerata waktu delay 1 menit 1 detik dengan melakukan pembulatan menjadi 1 menit.

B.      Saran
Perancangan dan pembuatan alat ini masih memiliki banyak  kekurangan. Diperlukan kajian lebih lanjut tentang tampilan display yang lebih memudahkan.

DAFTAR PUSTAKA
[1] Purnomo,E. 1985. Pengetahuan Dasar Penyamakan Kulit. Diktat Kuliah. Akademi Teknologi Kulit. Yogyakarta.
[2] Judoamdjojo, R. M, 1980. Dasar Teknologi dan Kimia kulit. Departemen Teknologi Hasil Pertanian. Fatemeta, IPB. Bogor.
[3] Triatmojo, Suharjono. 2003. Teknologi Pengolahan Kulit Sapi. Yogyakarta. Citra Aji Parama.
[4] Istianto, Jazi Eko. 2005. Embedded System: Hardware or Software. Yogyakarta: Universitas Gadjah Mada.
 [5]          Mazidin, Ali Muhammad, 2007, The 8051 Microcontroller and Embedded System Using Assembly and C (English) 2nd Edition. Pearson India.
[6] Atmel. 2011. ATMega32A 8-bit Microcontroller with 32Kbytes In-System Programmable Flash. www.atmel.com/Images/Atmel-8155-8-bitMicrocontroller-AVR-ATMega32A_Datasheet.pdf. Diakses tanggal 10 Oktober 2014.
[7] Vishay. 2012. LCD-016N004B.www.vishay.com. diakses tanggal 2 November 2014.
[8] Omron. 2009. PCB Relay G2RL.www.omron.com. diakses tanggal 5 November 2014.
[9] Texas Instrument. 2003. µA7800 Series Positive-Voltage Regulators. www.sparkfun.com/ datasheets/Components/LM7805.pdf. Diakses tanggal 12 November 2014.
[10]         Ramdhani, Mohamad. 2008. Rangkaian Listrik. Bandung: Erlangga.

[11] Philips Semiconductor. 1999. NPN Power Transistors.www.datasheetcatalog.com. Diakses tanggal 23 Oktober 2014.