2012-1-00631-sk 2
DESCRIPTION
sensorTRANSCRIPT
-
7
BAB 2
LANDASAN TEORI
Kegiatan memanen buah pada perkebunan dilakukan ketika buah dianggap
sudah matang , atau siap dipanen, kegiatan memanen dilakukan secara manual dimana
pemilihan buah yang sudah siap dipanen dan belum dilakukan oleh tenaga manusa.
Setelah panen atau pasca panen maka buah yang telah dipanen akan memasuki tahap
sortasi atau penyortiran. Selain sebagai pengecek kematangan buah, alat pengecek
kematangan buah juga dirancang untuk meng-otomatisasi penyortiran dalam kegiatan
memanen buah. Dengan adanya penyortiran ini, maka hasil pemanenan dapat
dipisahkan antara buah yang berada dalam tingkat matang atau belum matang.
2.1 Modul Sensor Warna TCS3200
TCS3200 merupakan IC yang dapat diprogram yang berguna untuk
mengkonversi warna cahaya ke frekuensi dengan output berbentuk sinyal kotak. Ada
dua komponen utama pembentuk alat ini , yaitu photdiode dan pengkonversi arus ke
frekuensi(Gambar 2.1)
Gambar 2.1 Blok Diagram TCS 3200
-
8
Pada dasarnya Sensor Warna TCS3200 merupakan sensor cahaya yang
dilengkapi dengan filter cahaya untuk warna dasar RGB (Red-Green-Blue). Photodiode
dalam Sensor Warna TCS3200 disusun secara array 8X8 dengan konfigurasi internal
sensor photodiode adalah. 16 photodiode untuk sensor cahaya dengan filter cahaya
warna merah. 16 photodiode untuk sensor cahaya dengan filter cahaya warna hijau. 16
photodiode untuk sensor cahaya dengan filter cahaya warna biru. Dan 16 photodiode
untuk sensor cahaya tanpa filter warna.
Sensor warna yang digunakan pada penelitian ini, menggunakan modul sensor warna
DT-Sense Colour Sensor. Modul ini merupakan modul sensor warna yang berbasis
sensor TAOS TCS3200. Modul ini dilengkapi dengan EPROM , sehingga dapat
menyimpan 25 buah data.
Jalur komunikasi pada modul sensor warna DT-Sense dapat menggunakan UART atau
I2C. Untuk UART parameternya adalah sebagai berikut :
Baud Rate : 9600 bps
8 data bit
1 stop bit
Tanpa Parity bit
Tanpa Flow Control
-
9
Jika menggunakan I2C sebagai jalur komunikasi datanya maka, modul DT-
Sense Colour sensor bertindak sebagai slave dengan alamat sesuai dengan yang telah
ditentukan sebelumnya melalui pengaturan jumper. Jalur komunikasi data I2C pada
modul DT-Sense Colour sensor mendukung bit rate sampai dengan 50 Khz.
Spesifikasi Modul DT-Sense sensor warna TC3200 :
Area pandang 2 cm x 2 cm
Jalur komunikasi dapat menggunakan I2C atau UART
Mempunyai EPROM (dapat menyimpan hingga 25 buah data)
Sumber catu daya menggunakan 4.8 - 5.5 VDC
Pada penelitian ini sensor warna TCS3200 digunakan untuk mendeteksi
kematangan buah pisang, tomat, dan belimbing, dimana kuning dan merah mewakili
kondisi matang, dan hijau mewakili kondisi mentah. Untuk menentukan kuning dan
merah adalah matang dan hijau adalah mentah digunakan range warna untuk masing -
masing warna. Cara menentukan range warna adalah dengan cara, mengambil sample
warna untuk buah matang sebanyak 50X dengan posisi dan jarak terbaik yang telah
didapatkan sebelumnya (dapat dilihat pada bab 4, subbab posisi dan jarak buah terhadap
sensor warna), lalu hasil tersebut dicari nilai rata - rata nya dan dicari selisih dari nilai
rata- rata dengan nilai minimum dan selisih dari nilai rata -rata dengan nilai maksimum .
-
10
Nilai rata - rata digunakan sebagai range acuan sedangkan selisih nilai rata - rata dengan
nilai minimum dan selisih nilai rata - rata dengan nilai maksimum digunakan sebagai
toleransinya. Jika berada diluar range nilai yang telah ditentukan maka buah dianggap
tidak matang.
Tabel nilai rata - rata , nilai toleransi dan nilai maksimum dan minimum :
Tabel 2.1 Range Warna
Merah Hijau Biru
Nilai Rata - rata 135 103 0
Nilai Maksimum 255 255 255
Nilai Minimum 50 30 0
Nilai Toleransi +120
-85
+152
-73
+255
-0
Range warna untuk warna merah adalah dari 50 sampai dengan 255, hijau dari
30 sampai dengan 255, dan biru dari 0 sampai dengan 255. Jika nilai buah yang diuji
nilai merah atau hijau, salah satunya atau keduanya kurang dari nilai minimum, maka
buah dianggap tidak matang. Dibawah adalah hasil tabel range warna dalam bentuk
grafik.
-
11
Grafik 2.1 Grafik Range Warna
2.2 Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah sebuah prosesor yang dipergunakan khusus untuk
keperluan kontrol. Berbeda dengan mikroprosesor, mikrokontroler sendiri sudah
memiliki device teretentu yang diperlukan untuk keperluan control. Mikrokontroler
yang akan penulis gunakan dalam percobaan ini adalah ATMEGA8535.
Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur Reduced Instruction Set Computer
(RISC), terdapat Internal Oscillator, I/O port, Timers, USART, SPI, pull-up resistors,
Pulse Width Modulation, ADC, Analog Comparator, watch dog timers, dan beberapa
fitur lainnya sehingga penggunaan AVR dapat membatasi kebutuhan penggunaan
-
12
komponen eksternal. AVR memiliki 32 General Purpose Registers yang terhubunga
langsung dengan Arithmetic Logic Unit (ALU). Bentuk fisik dari AVR ATMEGA8535
dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Bentuk Fisik AVR ATMEGA8535
AVR mendukung beberapa jenis bahasa pemrograman dan sistem development
tools seperti C Compilers, Macro Assemblers, Program Debugger/Simulators, In-
Circuit Emulators, dan Evaluation Kits.
Terdapat beberapa jenis Development tools dalam perancangan aplikasi AVR
seperti ImageCraft Creation (ICC) AVR, Code Vision, AVR Studio, dan lain-lain
sebagainya. Terdapat beberapa development tools yang langsung mendukung untuk
pemrogramman program ke dalam flash memory dari AVR seperti AVR Studio,
CodeVision, dan lain-lain sebagainya. Sementara development tools yang dipakai dalam
praktikum yaitu ICC AVR tidak mendukung untuk penulisan program ke flash memory
dari AVR. Penulisan program ke AVR digunakan program yang berbeda yaitu
Ponyprog dengan protokol komunikasi Serial Peripheral Interface (SPI). AVR
-
13
ATMEGA8535 yang diproduksi oleh ATMEL terdiri atas beberapa jenis package, yang
digunakan dalam praktikum yaitu dalam bentuk PDIP, spesifikasi pin dari
ATMEGA8535 dapat dilihat pada gambar 2.3
Gambar 2.3 Spesifikasi pin ATMEGA8535
2.3 Modul Liquid Crystal Display (LCD)
Liquid Crystal Display adalah suatu jenis media tampilan yang
menggunakan liquid crystal atau kristal cair sebagai penampil utama , liquid crystal
tidak menghasilkan cahaya secara langsung (bukan sebagai sumber cahaya).
Penggunaan LCD sudah digunakan di berbagai bidang , misalnya sebagai TV , layar
monitor komputer , layar notebook , LCD semakin banyak digunakan karena hemat
energi selain itu karenan bentuknya yang minimalis , tetapi mempunyai resolusi yang
tinggi.
-
14
Modul LCD Character dapat dengan mudah dihubungkan dengan
mikrokontroller seperti AT89S51 (Gambar 2.4) atau dengan AVR. Sesuai standarisasi
yang cukup populer digunakan banyak vendor LCD, yaitu HD44780, yang memiliki
chip kontroler Hitachi 44780.
Gambar 2.4 Pin LCD dan MCS 51
Pada kaki - kaki atau pin LCD mempunyai kegunaan masing , kegunaan tersebut
dapat kita lihat pada gambar 2.5
Gambar 2.5 Pinout LCD
-
15
Ada 2 cara utk berkomunikasi dengan LCD, yaitu 8 bit dan 4 bit jalur data. Jika
jalur data yang digunakan sebesar 4 bit maka pin data bus yang digunakan adalah DB4
- DB7. Tetapi jika jalur data yang digunakan sebesar 8 bit maka pin data bus yang
digunakan adalah DB0 - DB7. LCD akan ter-reset secara otomatis pada saat power ON.
Sebelum menggunakan modul LCD, kita harus melakukan inisialisasi dan
mengkonfigurasikannya. Hal ini dijalankan dengan mengirimkan sejumlah instruksi ke
LCD. Antara lain: pengaturan lebar data interface 8 bit atau 4 bit data bus, pemilihan
ukuran font karakter 5x8 atau 5x7 dan lain-lain. Inisialisasi juga dapat dilakukan dengan
menggunakan wizart pada program codevision AVR.
2.4 Motor DC
Motor listrik merupakan alat yang mengubah energi listrik menjadi energi
mekanik Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya, memutar impeller pompa, fan
atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dll. Motor listrik digunakan
juga di rumah (mixer, bor listrik, kipas angin) dan di industri.
Motor DC memerlukan tegangan yang searah, pada kumparan medan untuk
dirubah menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada motor DC disebut stator
(bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang
berputar). Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan
penyalaan torque/beban motor yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran
kecepatan yang luas. Torque umumnya dapat dikategorikan kedalam 3 kelompok :
-
16
Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluarnya energinya
bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torque nya tidak bervariasi.
Contoh beban dengan torque konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan
pompa displacement konstan
Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi
dengan kecepatan operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa
sentrifugal.
Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang
berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan
daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin.
Gambar 2.6 Motor DC
Gambar diatas merupakan bentuk fisik dari motor DC (gambar 2.6) , motor DC
mempunyai 3 komponen utama yang membentuknya , yaitu :
-
17
Kutub Medan
Motor DC memiliki 2 kutub medan magnet yaitu kutub utara dan kutub selatan yang
stasioner dan dinamo yang menggerakkan bearing pada ruang diantara kutub medan.
Garis magnetik energi membesar melintasi bukan diantara kutub-kutub dari utara ke
selatan.
Dinamo
Dinamo pada motor DC berbentuk silinder, dihubungkan kearah penggerak untuk
menggerakkan beban. Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi
elektromagnet. Pada motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang
dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan berganti lokasi. Saat hal itu
terjadi arus yang masuk kedalam motor DC akan berbalik dan merubah kutub-kutub
utara dan selatan dinamo.
Commutator
Kegunaan komponen ini pada motor DC adalah untuk membalikkan arah arus listrik
dalam dinamo, commutator juga membantu motor DC dalam hal transmisi arus antara
dinamo dan sumber daya. Bisa dilihat pada Gambar 2.7
-
18
Gambar 2.7 Stator commutator
Keuntungan penggunaan motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang
tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor DC umumnya dibatasi untuk
penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang, ini
dikarenakan karena sering terjadi masalah dengan perubahan arah arus listrik mekanis
pada ukuran yang lebih besar. Motor DC juga relative lebih murah daripada motor AC.
Jenis-jenis motor DC, yaitu sebagai berikut :
Motor DC sumber daya terpisah / Separately Excited
Motor DC jenis ini adalah dimana jika arus medan dipasok dari sumber
terpisah jadi arus yang masuk kedalam motor DC bukanlah arus yang ada pada
motor DC itu sendiri melainkan dari sumber yang tepisah.
-
19
Motor DC sumber daya sendiri / Self Excited motor shunt
Pada motor shunt , gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara
paralel dengan gulungan dinamo (A) oleh karena itu total arus dalam jalur
merupakan penjumlahan arus dan arus dinamo. Jika dijabarkan tentang
kecepatan motor shunt adalah sebagai berikut :
o Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban
(hingga torque tertentu kecepatan berkurang) dan oleh karena itu cocok
untuk penggunaan komersial dengan beban awal yang rendah.
o Kecepatan komersial dapat dikendalikan dengan cara memasang
tahanan dalam susunan seri dengan dinamo (kecepatan berkurang) atau
dengan memasang tahanan pada arus medan (kecepatan bertambah).
Motor DC daya sendiri/ motor seri
Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara
seri dengan gulungan dinamo oleh karena itu arus medan sama dengan arus
dinamo. Dimana kecepatan dibatasi pada 5000 RPM dan harus menghindari
menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab kecepatan motor diluar 5000
RPM tidak dapat dikendalikan. Motor seri cocok untuk penggunaan yang
memerlukan torque penyalaan awal yang tinggi.
Motor DC Kompon/gabungan
Motor kompon/ gabungan motor seri dan shunt dimana pada motor
kompon gulungan medan dihubungkan secara paralel dan seri dengan gulungan
-
20
dinamo (A). Motor kompon memiliki torque penyalaan awal yang bagus dan
kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase penggabungan ( persentase
gulungan medan yang dihubungkan secara seri), makin tinggi pula torque
penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini.
2.4 Regulator
Sebuah sistem elektronik tidak akan bisa beroperasi tanpa sumber tegangan.
Sumber tegangan tersebut dapat berupa sumber tegangan AC (Alternate Current) atau
DC (Direct Current) dimana besar kecilnya daya output harus stabil dan harus
disesuaikan dengan kebutuhan. Misalnya IC TTL membutuhkan tegangan DC stabil 5
Volt, IC CMOS membutuhkan tegangan DC stabil 12 Volt, dan sebagainya. Sumber
tegangan AC dapat diperoleh di antaranya dari:
1. Listrik PLN yang diturunkan dengan Transformator
2. Motor Generator
3. Turbin Angin
Sumber tegangan DC dapat diperoleh di antaranya dari:
1. Battery (Accu)
2. Power Supply Buatan dengan sumber awal dari PLN yang telah diturunkan
3. Solar Cell
-
21
Regulator adalah rangkaian regulasi atau pengatur tegangan keluaran dari
sebuah catu daya agar efek dari naik atau turunnya tegangan tidak mempengaruhi
tegangan catu daya sehingga menjadi stabil. Selain untuk menjaga kestabilan tegangan
output regulator juga digunakan untuk mencegah terjadinya hubungan singkat.
Regulator ada 4 Jenis , yaitu :
1. Regulator dengan Zener
2. Regulator dengan Zener Follower
3. Regulator dengan OP-Amp
4. Regulator dengan IC (Integerated Circuit)
Sekarang ini yang sering digunakan adalah Regulator dengan IC , karena selain
lebih praktis biayanya juga lebih murah dibanding dengan 3 regulator lain-nya.
Regulator dengan IC yang umum digunakan ada 2 jenis , yaitur 78XX sebagai regulator
tegangan positif dan 79XX sebagai regulator tegangan negatif.
komponen ini biasanya sudah dilengkapi dengan pembatas arus ( current
limiter ) dan juga pembatas suhu ( thermal shutdown ). Komponen ini hanya
mempunyai tiga pin dan dengan menambah beberapa komponen saja sudah dapat
menjadi rangkaian catu daya yang ter-regulasi dengan baik. Bentuk fisik regulator dapat
dilihat pada gambar 2.8
-
22
Gambar 2.8 IC regulator 7805
IC regulator akan bekerja sebagai regulator tegangan DC yang stabil jika
tegangan input di atas atau sama dengan MIV (Minimum Input Voltage), sedangkan arus
maksimum beban output yang diperbolehkan harus kurang dari atau sama dengan MC
(Maximum Current) sesuai karakteristik masing-masing.
Tabel 2.2 Tabel Contoh Jenis - Jenis Regulator
Type Number
Regulation Voltage Maximum Current Minimum Input Voltage
7805
+5V 1A +7V
7806
+6V 1A +8V
7808
+8V 1A +10.5V
7812
+12V 1A +14.5V
7815
+15V 1A +17.5V
7824
+24V 1A +26V
-
23
2.6 Transformator (Trafo)
Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau
menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok
yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua
(skunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk
memperkuat medan magnet yang dihasilkan.
Gambar 2.9 Trafonsmator (Trafo)
Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik, ketika
kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus
listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan
magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti besi ke
kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl
induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik
-
24
Gambar 2.10 Cara Kerja Trafo
Berdasarkan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan
skunder transformator ada dua jenis yaitu:
1. Transformator step up yaitu transformator yang mengubah tegangan
bolak-balik rendah menjadi tinggi, transformator ini mempunyai jumlah
lilitan kumparan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan primer
(Ns > Np).
2. Transformator step down yaitu transformator yang mengubah tegangan
bolak-balik tinggi menjadi rendah, transformator ini mempunyai jumlah
lilitan kumparan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder
(Np > Ns)
-
25
Selain transformator step-up dan step-down ada lagi jenis transformator yang
lain , yaitu :
1. Autotransformator, merupakan transformator yang hanya terdiri dari 1
lilitan dimana sebagian lilitan primer juga merupakan lilitan sekunder.
2. Autotransformator variabel, sama dengan autotransformator biasa ,
tetapi bedanya perbandingan lilitan primer dan sekunder bisa dirubah -
rubah
3. Transformator isolasi, memiliki lilitan sekunder yang berjumlah sama
dengan lilitan primer, sehingga tegangan sekunder sama dengan
tegangan primer
4. Transformator pulsa, merupakan transformator yang didesain khusus
untuk memberikan keluaran gelombang pulsa
5. Transformator tiga fasa, transformator tiga fasa sebenarnya adalah tiga
transformator yang dihubungkan secara khusus satu sama lain. Lilitan
primer biasanya dihubungkan secara bintang (Y) dan lilitan sekunder
dihubungkan secara delta ()
Transformator (trafo) digunakan pada peralatan listrik terutama yang
memerlukan perubahan atau penyesuaian besarnya tegangan bolak-balik. Misal radio
memerlukan tegangan 12 volt padahal listrik dari PLN 220 volt, maka diperlukan
transformator untuk mengubah tegangan listrik bolak-balik 220 volt menjadi tegangan
-
26
listrik bolak-balik 12 volt. Contoh alat listrik yang memerlukan transformator adalah:
TV, komputer, mesin foto kopi, gardu listrik dan sebagainya.
2.6 IC L298
L298 merupakan IC driver motor yang terdiri dari dua buah rangkaian H-bridge
di dalamnya, sehingga dapat digunakan untuk mengendalikan dua buah motor DC atau
stepper. masing - masing rangkaian H-bridge di dalamnya dapat mengantarkan arus
hingga 2A. Tetapi dalam penggunaannya, rangkaian H-bridge di dalam IC L298 dapat
diparalel sehingga kemampuan mengantarkan arusnya menjadi 4A , tetapi hanya dapat
mengendalikan 1 motor DC atau stepper saja.
Gambar 2.11 IC L298
-
27
Berikut adalah pin-pin yang dihubungkan dalam modus operasi paralel:
OUT1 dihubungkan dengan OUT4.
OUT2 dihubungkan dengan OUT3.
IN1 dihubungkan dengan IN4.
IN2 dihubungkan dengan IN3.
ENABLE A dihubungkan dengan ENABLE B.
OUT1/OUT4 dan OUT2/OUT3 dihubungkan dengan motor DC yang akan
dikendalikan.
Gambar 2.12 Skematik Rangkaian Paralel L298 4A
-
28
Perlu diketahui bahwa output dari L298 tidak memiliki dioda pengaman. Jadi,
perlu ditambahkan dua buah dioda flyback diodes, dengan kemampuan arus yang
sesuai, pada setiap titik output.