6
1 RANCANG BANGUN ALAT PEMILAH DAN PENGHITUNG BARANG DENGAN MENGGUNAKAN LASER BERBASIS MIKROKONTROLLER Indra Hadi P Pendidikan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, UNESA [email protected] Nurhayati Teknik Elektro, Fakultas Teknik, UNESA [email protected] Abstrak Tulisan ini membahas tentang pembuatan rancang bangun alat pemilih barang dan penghitung jumlah barang yang bekerja secara otomatis dengan menggunakan prinsip kerja laser. Alat ini dapat bekerja secara otomatis karena dikendalikan oleh mikrokontroller ATmega 16. Secara keseluruhan sistem ini terdiri dari perancangan sensor barang, pengendali barang,, konveyor, dan catu daya. Tahapan uji coba alat ini meliput, uji rangkaian sensor, uji coba rangkaian motor servo, dan uji coba alat pemilah dan penghitung barang otomatis. Hasil pengujian menunjukan rancang bangun alat sudah dapat bekerja dengan baik dalam melakukan proses penyeleksian dan perhitungan jumlah barang. Kata Kunci: sistem kendali, ATmega 16, conveyor , laser Abstract This paper discusses the design manufacture goods selector tool and countdown the number of items that work automatically by using the principle of laser. This tool can work automatically because it is controlled by a microcontroller ATmega 16. Overall the design of the system consists of sensors goods, goods contollers, conveyors, and power supply. Stages of test coverage tools, test sensor circuit, servo motor circuit testing, and testing tools automated sorter and counter items. The test results showed the design tools are able to work well in the process of selection and the calculation of the amount of goods. Keyword : control system, Atmega 16, conveyor, laser PENDAHULUAN Perusahaan selalu berupaya untuk mengganti pekerjaan yang selama ini dilakukan oleh manusia untuk digantikan dengan mesin-mesin dalam rangka efisiensi dan peningkatan kualitas produksinya. Dengan kata lain banyak perusahaan melakukan otomasi produksinya. Misalnya, proses produksi yang pada awalnya masih dilakukan secara manual seperti pada proses packing. Pada proses industri manual dikerjakan oleh tenaga manusia dan membutuhkan jumlah tenaga kerja yang tidak sedikit dan membuat waktu proses produksi menjadi lebih lama. Selain itu sering terjadi human error pada industri manual ini karena melakukan pekerjaan secara berulang-ulang. Untuk mengatasi masalah itu, perusahaan yang menginginkan proses produksi yang lebih efektif dan efisien melakukan perubahan pola produksi dengan mengaplikasikan sistem otomasi dalam produksinya. Seperti halnya dalam memilih barang berdasarkan warna yang berbeda akan membutuhkan suatu alat yang bisa memilah produk-produk tersebut secara otomatis. Dengan adanya mikrokontroler dapat dimanfaatkan sebagai pengolah data dari sensor dan menjadikannya suatu tampilan akhir dalam proses pemilah barang. Otomatisasi akan sangat membantu dalam proses produksi produk-produk tersebut. Dengan perkembangan teknologi mikrokontroler dan komputer masalah pengendalian elektronis menjadi semakin mudah. Dari berbagai permasalahan di atas penulis mencoba untuk bereksperimen dengan cara menuangkan ide melalui sebuah karya teknologi yang kiranya dapat menjawab ataupun mengurangi beban permasalahan tersebut. Alat yang akan dibuat adalah alat pemilah dan penghitung jumlah barang berdasarkan prinsip kerja laser. Pemilah Barang Berdasarkan Warna (Hitam dan Putih) Menggunakan Sensor Warna Berbasis Mikrokontroler..Alat ini juga diharapkan dapat mempermudah bagi kalangan akademisi dalam mempelajari sistem otomasi yang bisa diterapkan di industri. Tujuan yang diharapkan dalam pembuatan prototype alat pemilah dan penghitung jumlah barang adalah: a. Mengetahui prinsip kerja alat pemilah barang menggunakan laser berbasis mikrokontroler. b. Mengetahui prinsip kerja alat penghitung jumlah barang menggunakan laser berbasis mikrokontroler

189285974 Rancang Bangun Alat Pemilah Dan Penghitung Barang Dengan Menggunakan Laser Berbasis Mikrokontroller

Embed Size (px)

Citation preview

  • 1RANCANG BANGUN ALAT PEMILAH DAN PENGHITUNG BARANG DENGAN

    MENGGUNAKAN LASER BERBASIS MIKROKONTROLLER

    Indra Hadi PPendidikan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, UNESA

    [email protected]

    NurhayatiTeknik Elektro, Fakultas Teknik, UNESA

    [email protected]

    Abstrak

    Tulisan ini membahas tentang pembuatan rancang bangun alat pemilih barang dan penghitung jumlah barangyang bekerja secara otomatis dengan menggunakan prinsip kerja laser. Alat ini dapat bekerja secara otomatis karenadikendalikan oleh mikrokontroller ATmega 16. Secara keseluruhan sistem ini terdiri dari perancangan sensor barang,pengendali barang,, konveyor, dan catu daya. Tahapan uji coba alat ini meliput, uji rangkaian sensor, uji coba rangkaianmotor servo, dan uji coba alat pemilah dan penghitung barang otomatis. Hasil pengujian menunjukan rancang bangunalat sudah dapat bekerja dengan baik dalam melakukan proses penyeleksian dan perhitungan jumlah barang.

    Kata Kunci: sistem kendali, ATmega 16, conveyor , laser

    AbstractThis paper discusses the design manufacture goods selector tool and countdown the number of items that work

    automatically by using the principle of laser. This tool can work automatically because it is controlled by amicrocontroller ATmega 16. Overall the design of the system consists of sensors goods, goods contollers, conveyors,and power supply. Stages of test coverage tools, test sensor circuit, servo motor circuit testing, and testing toolsautomated sorter and counter items. The test results showed the design tools are able to work well in the process ofselection and the calculation of the amount of goods.

    Keyword : control system, Atmega 16, conveyor, laser

    PENDAHULUANPerusahaan selalu berupaya untuk mengganti

    pekerjaan yang selama ini dilakukan oleh manusiauntuk digantikan dengan mesin-mesin dalam rangkaefisiensi dan peningkatan kualitas produksinya. Dengankata lain banyak perusahaan melakukan otomasiproduksinya. Misalnya, proses produksi yang padaawalnya masih dilakukan secara manual seperti padaproses packing. Pada proses industri manual dikerjakanoleh tenaga manusia dan membutuhkan jumlah tenagakerja yang tidak sedikit dan membuat waktu prosesproduksi menjadi lebih lama. Selain itu sering terjadihuman error pada industri manual ini karena melakukanpekerjaan secara berulang-ulang. Untuk mengatasimasalah itu, perusahaan yang menginginkan prosesproduksi yang lebih efektif dan efisien melakukanperubahan pola produksi dengan mengaplikasikansistem otomasi dalam produksinya. Seperti halnyadalam memilih barang berdasarkan warna yang berbedaakan membutuhkan suatu alat yang bisa memilahproduk-produk tersebut secara otomatis. Dengan adanyamikrokontroler dapat dimanfaatkan sebagai pengolahdata dari sensor dan menjadikannya suatu tampilanakhir dalam proses pemilah barang. Otomatisasi akan

    sangat membantu dalam proses produksi produk-produktersebut. Dengan perkembangan teknologi

    mikrokontroler dan komputer masalah pengendalianelektronis menjadi semakin mudah.

    Dari berbagai permasalahan di atas penulis mencobauntuk bereksperimen dengan cara menuangkan idemelalui sebuah karya teknologi yang kiranya dapatmenjawab ataupun mengurangi beban permasalahantersebut. Alat yang akan dibuat adalah alat pemilah danpenghitung jumlah barang berdasarkan prinsip kerjalaser. Pemilah Barang Berdasarkan Warna (Hitam danPutih) Menggunakan Sensor Warna BerbasisMikrokontroler..Alat ini juga diharapkan dapatmempermudah bagi kalangan akademisi dalammempelajari sistem otomasi yang bisa diterapkan diindustri.

    Tujuan yang diharapkan dalam pembuatan prototype alatpemilah dan penghitung jumlah barang adalah:a. Mengetahui prinsip kerja alat pemilah barang

    menggunakan laser berbasis mikrokontroler.b. Mengetahui prinsip kerja alat penghitung jumlah

    barang menggunakan laser berbasis mikrokontroler

  • Manfaat yang diharapkan dalam pembuatan prototypealat pemilah dan penghitung jumlah barang adalah:a. Dapat membuat prototype alat pemilah barang

    menggunakan laser berbasis mikrokontroler.b. Mempermudah bagi kalangan akademisi dalam

    mempelajari sistem otomasi yang bisa diterapkan diindustri.

    KAJIAN PUSTAKASensor Photodioda

    Sensor yang dapat digunakan untuk pembuatan alatpemilah dan penghitung barang adalah photodiode.Supaya dapat digunakan sebagai sensor, makaphotodiode dibias reverse. Cara kerja dari photodiode,resistansinya berubah-ubah sesuai dengan intensitascahaya yang diterima olehnya, karena sebenarnya suatuphoton dapat mendorong elektron bebas untukmenyebrangi persambungan pn junction, danmenyebabkan arus untuk mengalir.

    Photodiode, dapat disebut sebagai salah satu darikomponen sensor. Sensor yaitu suatu komponen yangdigunakan untuk mengubah suatu besaran fisika kedalambentuk sinyal listrik, di mana sensor itu merupakanbagian dari tranducer. Photodioda adalah diodasambungan p-n yang secara khusus dirancang untukmendeteksi cahaya dan terdapat lapisan intrinsik antaralapisan p dan n. Piranti yang memiliki lapisan intrinsikdisebut pin atau PIN photodhioda. Photodioda dirancangberoperasi pada mode bias mundur. Arus bocor biasmundur meningkat dengan peningkatan level cahaya.

    Pada LED ata laser, anak panah menunjuk ke luar,sementara pada photodiode, anak panah menunjuk kedalam, itu artinya photodiode menerima cahaya, danresistansinya berubah-ubah sesuai dengan intensitascahaya yang diterima olehnya, karena sebenarnya suatuphoton dapat mendorong elektron bebas untukmenyebrangi persambungan pn junction, danmenyebabkan arus untuk mengalir.

    Cahaya diserap di daerah penyambungan atau daerahintrinsik menimbulkan pasangan elektron-hole yangmengalami perubahan karakteristik elektris ketika energicahaya melepaskan pembawa muatan dalam bahan itu,sehingga menyebabkan perubahan konduktifitas. Hal inimenyebabkan photodioda menghasilkan tegangan/aruslistrik jika terkena cahaya. Hal ini dapat ditunjukkandengan rumus:

    =

    atau =h.f

    Dimana:Eg = Energi fotonh= Potensial ionisasi (4,136.10-15 eV)c= Kecepatan cahaya (3. 108 m/s) = panjang gelombang (m)

    Gambar 1. Simbol dan fisik photodiodeLaser

    Laser (singkatan dari bahasa Inggris: LightAmplification by Stimulated Emission of Radiation)merupakan mekanisme suatu alat yang memancarkanradiasi elektromagnetik, biasanya dalam bentuk cahayayang tidak dapat dilihat maupun dapat lihat dengan matanormal, melalui proses pancaran terstimulasi. Pancaranlaser biasanya tunggal, memancarkan foton dalampancaran koheren. Laser juga dapat dikatakan efek darimekanika kuantum.

    Dalam teknologi laser, cahaya yang koherenmenunjukkan suatu sumber cahaya yang memancarkanpanjang gelombang yang diidentifikasi dari frekuensiyang sama, beda fase yang konstan[1] dan polarisasinya.Selanjutnya untuk menghasilkan sebuah cahaya yangkoheren dari medium lasing adalah dengan mengontrolkemurnian, ukuran, dan bentuknya. Keluaran yangberkelanjutan dari laser dengan amplituda-konstan(dikenal sebagai CW atau gelombang berkelanjutan),atau detak, adalah dengan menggunakan teknik Q-switching, modelocking, atau gain-switching.

    Dalam operasi detak, dimana sejumlah daya puncakyang lebih tinggi dapat dicapai. Sebuah medium laserjuga dapat berfungsi sebagai penguat optik ketika di-seed dengan cahaya dari sumber lainnya. Sinyal yangdiperkuat dapat menjadi sangat mirip dengan sinyalinput dalam istilah panjang gelombang, fase, danpolarisasi; Ini tentunya penting dalam telekomunikasiserat optik.

    Beberapa jenis laser, seperti laser dye dan laservibronik benda-padat (vibronic solid-state lasers) dapatmemproduksi cahaya lewat jangka lebar gelombang;properti ini membuat mereka cocok untuk penciptaandetak singkat sangat pendek dari cahaya, dalam jangkafemtodetik (10-15 detik). Banyak teori mekanikakuantum dan termodinamika dapat digunakan kepadaaksi laser, meskipun nyatanya banyak jenis laserditemukan dengan cara trial and error.

    ATmega 16Penggunaan mikrokontroler dalam suatu sistem minimumlebih menguntungkan dibandingkan denganmikroprosesor sebab mikrokontroler tidak membutuhkanlagi memori dan I/O eksternal selama memori dan I/Ointernal dalam chip masih mencukupi. Secara umum ICkeluarga AVR memiliki kelebihan pada siklus kerjayaitu dibutuhkan 1 clock untuk setiap siklus kerja sertamudah dalam hal pemrograman karena menggunakanbahasa C yaitu bahasa tingkat menengah.Mikrokontroller ATmega16 memiliki osilator internal(on chip oscillator) yang dapat digunakan sebagaisumber clock bagi CPU. Jika mengunakan osilatorinternal diperlukan sebuah kristal antara pin xtal-1 danxtal-2 dan kapasitor ke ground seperti gambar XX.Untuk kristalnya dapat digunakan frekuensi dari 0sampai 16 MHz. Sedangkan untuk kapasitormenggunakan 33 pF. Pin xtal-1 terletak pada pin 13,

  • berfungsi sebagai input bagi inverting oscillatoramplifier. Pin xtal-2 terletak pada pin 12, berfungsisebagai output inverting oscillator amplifier

    Gambar 2.Rangkaian mikrokontroler AVRAT mega16.

    . Rangkaian osilator cristal ditunjukkan pada gambardi bawah ini.

    Gambar 3 Rangkaian osilator kristal.

    Mikrokontroller AVR ATmega16, dalam standartoprasionalnya memerlukan sebuah rangkaian reset yangberfungsi untuk mengembalikan kekondisi awal.

    KomparatorKomparator merupakan komponen elektronik

    yang membandingkan dua input tegangan lalumemberikan output sebagai High and Low. Komparatorini akan mengkondisikan sinyal atau tegangan yangdihasilkan oleh sensor ke level yang dapat diterima ataudikenali microcontroller sebagai logika 0 dan 1.Tegangan yang dibandingkan oleh komparator adalahtegangan dari keluaran sensor dengan tegangan referensi,yaitu tegangan yang dihasilkan oleh potensiometer yangdihubungkan ke Vcc. Pada dasarnya jika tegangan darikeluaran sensor (Vin) lebih besar dari tegangan referensi(Vref) maka akan mengeluarkan logika 1. Sebaliknyajika lebih kecil maka akan mengeluarkan logika 0.

    Gambar 4.Komparator

    Motor ServoMotor servo adalah motor yang mampu bekerja dua

    arah (CW dan CCW) dimana arah dan sudutpergerakan rotornya dapat dikendalikan hanyadengan memberikan pengaturan duty cycle sinyal PWMpada bagian kontrolnya. Motor servo merupakan sebuahmotor dc yang memiliki rangkaian elektronik dan internalgear untuk mengendalikan pergerakan dan sudutangularnya. Motor servo adalah motor yang berputarlambat, dimana biasanya ditunjukkan oleh rate putarannyayang lambat, namun demikian memiliki torsi yang kuatkarena internal gearnya.

    ConveyorConveyor merupakan alat pembawa barang atau seringdisebut dengan ban berjalan. Conveyor lazim digunakandalam dunia industri, fungsi conveyor adalah sebagaisarana transportasi barang dari satu proses menuju proseslainnya. Sistem conveyor digunakan apabila kita inginmemindahkan suatu material dalam jumlah yang banyakdari satu tempat ke tempat lain yang melewati suatu jalur,dimana perpindahan material yang terjadi yaitu secarakontinyu. Dalam system pemindahan stok barang ini,conveyor yang dibuat yaitu belt conveyor.

    Catu DayaPerangkat elektronika yang baik mestinya dicatu olehsuplai arus searah DC (Direct Current) yang stabil agardapat bekerja dengan baik. Baterai atau accu adalahsumber catu daya DC yang paling baik. Namun untukaplikasi yang membutuhkan catu daya lebih besar,sumber dari baterai tidak cukup. Sumber catu daya yangbesar adalah sumber bolak-balik atau AC (AlternatingCurrent) dari pembangkit tenaga listrik. Untuk itudiperlukan suatu perangkat catu daya yang dapatmengubah arus AC menjadi DC.

    METODEPada rancang bangun alat pemilah dan penghitung jumlahbarang digunakan langkah-langkah sebagai berikut

  • 5alat ini adalah adaptor +24 volt sebagai aktivatorrangkaian. Tegangan +24 volt tersebut akan digunakanuntuk menggerakkan motor dan alat pendorong barang,lalu tegangan +5 volt digunakan sebagai aktivatorMikrokontroler.

    Proses kerja alat adalah pertama menekan tombol ON-OFF pada rangkaian Minsys ATEMEGA 16 dan motorDC. Kemudian terjadi proses setting atau cek latar untukmembedakan warna hitam dan putih pada benda. Setelahcek latar,menaruh benda warna hitam/putih diatas sebuahkonveyor yang akan berjalan melewat sensor pendeteksiwarna dan jumlah benda. Maka akan secara otomatissensor laser dan sensor warna dapat membedakan antarawarna hitam dan putih dengan menggunakan rangkaianMikrokontroller. Bila benda hitam yang terdeteksi olehsensor maka benda akan dipindahkan ke bagian kananoleh lengan robot, sedangkan bila sensor mendeteksibenda berwarna putih maka benda akan secara otomatisdipindahkan kea rah kiri

    Tabel 1. Ketepatan memilah barang

    Percobaan ke Ketepatan memilah

    1 tepat2 tepat3 tepat4 tepat5 tepat6 tepat7 tidak tepat8 tepat9 tepat

    10 tepat

    Selain pengujian dalam hal ketepatan memilah barangmaka juga dilakukan ketepatan dalam menghitung barang.Pada pengujian ini tiap percobaan dilakukan sepuluhkalipercobaan untuk mengetahui ketepatan perhitungan .

    Tabel 2. Ketepatan perhitungan jumlah barang

    Percobaan ke Ketepatanperhitungan1 tepat2 tepat3 tidak tepat4 tepat5 tepat6 tepat7 tidak tepat

    8 tepat9 tepat

    10 tepat

    Pada pengujian ini untuk melihat kestabilan kecepatankonveyor pada saat membawa barang.

    Tabel 3. Lama waktu barang mencapai sensor

    Data keLamanya BarangMencapai Sensor

    (sekon)1 4.32 4.103 3.804 4.205 4.306 3.907 4.108 4.209 3.80

    10 3.90Rata-rata 4.06

    Untuk mengetahui ketepatan sensor dalam pendeteksianmaka dilakukan pengujian dengan cara memberikanbarang dengan panjang dan lebar yang sama hanya dengantinggi yang berbeda. Untuk barang dengan ketinggianyang sama dilakukan sepuluh kali pengujian dan di lihattingkat kesalahan dalam pemilahan barang. Pengujian inibertujuan untuk mengetahui seberapa jauh jarak jangkauansensor.

    Tabel 4. Ketepatan pendeteksian berdasarkan ketinggian

    Tinggi benda Tingkat kesalahan

    5 cm 1 kali kesalahan

    4 cm 1 kali kesalahan

    3 cm 2 kali kesalahan

    2 cm 2 kali kesalahan

    1 cm 3 kali kesalahan

    Pebahasan

    Pada sensor fotodioda, apabila sensor terhalangmaka dihasilkan tegangan. Ketika sensor tehalang akanterjadi aktif high sehingga tegangan lebih tinggi dibandingkan ketika sensor tidak terhalang. Karenaketika sensor tidak terhalang maka terjadi aktif low.Photodioda digunakan sebagai komponen pendeteksi

  • ada tidaknya cahaya maupun untuk membentuk alatukur akurat yang dapat mendeteksi intensitas cahaya .Photodioda mempunyai resistansi yang rendah padakondisi forward bias. Photodioda ini dapatdimanfaatkan pada kondisi reverse bias dimanaresistansi dari photodiode akan turun seiring denganintensitas cahaya yang diterima.

    Pada saat cahaya dari laser terhalang benda putihmaka intensitas cahaya yang diterima photodiode akanlebih besar sehingga arus yang mengalir lebih besardan resistansinya kecil. Sebaliknya jikacahaya darilaser terhalang benda hitam maka cahaya akan banyakterserap oleh benda sehingga intesitas cahaya yangditerima lebih kecil maka resistansi pada photodiodeakan besar . Dengan adanya perubahan resistansi makaVout pada sensor juga akan berubah.

    Dari hasil pengujian dapat diketahui bahwa systemsudah dapat bekerja dengan baik. Pada table 1 hanyaada satu kesalahan dalam pemilahan barang hal inimungkin disebabkan ada kekeliruan program dalammendeteksi barang. Pada table 2 dapat terlihat padasaat proses perhitungan barang yang di tunjukkan LCDuntuk tiap kali pengambilan data sepuluh kalipercobaan terjadi dua kali kesalahan. Hal ini jugadapat disebabkan oleh kesalahan program dalammenghitung jumlah barang. Namun dapat disimpulkansystem ini secara keseluruhan sudah baik dalam halmenghitung jumlah barang. Pada table 3 ditunjukkanrata-rata barang mencapai konveyor antara semuapercobaan tidak terlalu berbeda jauh sehingga dapatdisimpulkan motor penggerak konveyor juga dapatbekerja dengan baik.

    Pada table 4 terlihat bahwa sensor hanya bisa bekerjadengan baik untuk barang yang mempunyai ketinggian5 atau 4 cm karena untuk barang yang mempunyaiketinggian kurang dari 4 cm akan terjadi kesalahanpendeteksian. Hal ini dikarenakan intensitas cahayayang diterima sensor sangat kecil karena benda terlalupendek dan pembacaan tegangan pada sensor olehrangkaian komparator di seting hanya untuk batastegangan tertetu yang hanya cocok dilakukan untukbenda dengan ketinggian 4 dan 5 cm. Namun daribeberapa data yang di hasilkan dapat disimpulkan alatpemilah dan penghitung jumlah barang dapat bekerjadengan baik.

    PENUTUPKesimpulanDari beberapa tahap perancangan, pembuatan dan

    pengujian yang telah dilakukan dapat diambilkesimpulan antara lain :1. Sensor Laser sudah bekerja baik bila hanya

    digunakan untuk mendeteksi dan menghitung benda.2. Penggunaan laser sudah sangat tepat karena

    karakteristik laser yang hanya mengeluarkan cahayadengan titik tertentu sehingga sensor dapatmendeteksi benda dengan baik.

    SaranDalam pembuatan simulasi ini masih ada kekuranganyang harus diperbaiki, diantara lain:

    1. Simulasi ini hanya dapat bekerja dua warna yaituhitam dan putih maka dari itu bisa dikembangkanlagi untuk dapat memilah benda berbagai warna.

    2. Simulasi ini hanya dapat bekerja setiap satu stepproses kerja sudah terselesaikan. Maka dari itu,dapat dikembangkan dengan membuat sistem yangterintegrasi yaitu sistem dapat bekerja bila terus adainput benda tanpa harus menunggu proses pertamaselesai.

    DAFTAR PUSTAKA

    Andrianto Heri 2008, Pemrograman Mikrokontroller AVRAtmega 16

    Budiharo, Widodo. 2005. Perancangan Sistem danAplikasi Mikrokontroler. Elex Media Komputindo.Jakarta.

    Boylestad, Robert dan Nashelsky, Louis. 1992. ElectronicDevices and Circuit Theory. Prentice HallInternational. New Jersey

    Dyah Nur'ainingsih,Irwan Tri Handoyo, Sistem KendaliConveyor Otomatis Berbasis MikrokontrollerAT89S51,Jurusan Teknik Elektro, Fakultas TeknologiIndustri, Universitas Gunadanna