6 

 

 

 

BAB 2

LANDASAN TEORI

Kegiatan perontokan padi dilakukan setelah kegiatan panen menggunakan sabit

atau alat mesin panen (reaper). Kegiatan perontokan ini dapat dilakukan secara

tradisional (manual) atau menggunakan mesin perontok. Secara tradisional kegiatan

perontokan akan menghasilkan susut tercecer yang relatif besar, mutu gabah yang

kurang baik, dan membutuhkan tenaga yang cukup melelahkan. Mesin perontok

dirancang untuk mampu memperbesar kapasitas kerja, meningkatkan effisiensi kerja,

mengurangi kehilangan hasil dan memperoleh mutu hasil gabah yang baik.

2.1 Power Tresher (Tresher Mekanis)

Power tresher merupakan alat perontok yang digerakkan oleh motor bakar atau

motor listrik melalaui sistem transmisi. Pengumpanan padi yang dirontokkan dengan

cara memegang tangkai padi pada bagian malai diletakkan di bawah atau di atas silinder

perontok atau dengan melepas padi keruang perontok.

Power Thresher ini dapat dipakai untuk merontok biji-bijian (padi, jagung dan

kedelai) dan dilengkapi dengan pengayak sehingga biji – bijian yang dihasilkan relatif

bersih (Gambar 2.1).

7 

 

 

 

Gambar 2.1 power tresher

Power tresher ini selanjutnya berkembang dan beredar di pasar Indonesia

dengan modifikasi yang berbeda-beda tergantung kepada merk dan model yang

dikembangkan oleh masing-masing pabrikan.

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

8 

 

 

 

fitur lainnya sehingga penggunaan AVR dapat membatasi kebutuhan penggunaan

komponen eksternal. AVR memiliki 32 General Purpose Registers yang terhubungan

langsung dengan Arithmetic Logic Unit (ALU). Blok diagram dari AVR ATMEGA8535

dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Blok diagram AVR ATMEGA8535

9 

 

 

 

AVR mendukung beberapa jenis bahasa pemrograman dan system 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

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

10 

 

 

 

.

Gambar 2.3 Spesifikasi pin ATMEGA8535

2.3 Sensor Ultrasonik

Pada alat ini sensor yang digunakan didalam penelitian ini adaalah sensor Ping.

Adapun pengertian dari sensor ping adalah ini berfungsi untuk mengukur jarak sebuah

benda solid dalam range 3 – 300 cm dengan cukup presisi dan tanpa kontak fisik.

Kelebihan sensor ini ialah hanya membutuhkan 1 sinyal (SIG), tegangan 5V dan

ground. Perhatikan gambar 2.4 di bawah ini :

Gambar 2.4 Sensor Ultrasonik

11 

 

 

 

Spesifikasi sensor ini :

· Kisaran pengukuran 3cm – 300 cm

· Input trigger –positive TTL pulse, 2uS min., 5uS tipikal

· Echo hold off 750uS dari fall of trigger pulse

· Delay sebelum pengukuran berikutnya 200uS

· Burst indicator LED menampilkan aktifitas sensor.

Gelombang ini melalui udara dengan kecepatan 344 m/s, lalu mengenai obyek dan

memantul kembali ke sensor. Ping mengeluarkan pulsa output high pada pin SIG

setelah memancarkan gelombang ultrasonik dan setelah gelombang pantulan terdeteksi

Ping akan membuat output low pada pin SIG. Lebar pulsa High (tIN) akan sesuai dengan

lama waktu tempuh gelombang ultrasonik untuk 2x jarak ukur dengan obyek. Maka

jarak yang diukur ialah [(tIN s x 344 m/s) : 2]m.

2.4 Jenis Motor Listrik

Motor Listrik ada 2 yaitu motor AC dan DC. Motor AC dan DC juga terbagi

menjadi beberapa bagian lagi, jika digambarkan maka akan terlihat seperti pada Gambar

2.5

12 

 

 

 

Gambar 2.5 Klasifikasi jenis utama motor listrik

2.4.1 Motor DC

Motor arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang

tidak langsung/direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus

dimana diperlukan penyalaan torque yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk

kisaran kecepatan yang luas.

Gambar 2.6 Motor DC

Dari gambar diatas dapat diuraikan penjelasaannya sebagai berikut ini :

13 

 

 

 

Kutub Medan

Motor DC memiliki 2 kutub medan magnet yaitu kutub utara dan kutub selatan

yang stasioner dan dynamo yang menggerakkan bearing pada ruang diantara kutub

medan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukaan 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

   

Gambar 2.7 Stator commutator

14 

 

 

 

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.

• 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).

15 

 

 

 

• Motor DC daya sendiri/ motor seri

Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) duhubungkan 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.

 

Gambar 2.8 Rangkaian Motor DC daya sendiri

• Motor DC Kompon/gabungan

Motor kompon/ gabungan motor seri dan shunt dimana pada motor

kompon gulungan medan dihubungkan secara paralel dan seri dengan gulungan

dinamo (A). Motor kompon memiliki torque penylaan 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.

16 

 

 

 

2.4.2 Motor AC

Motor arus bolak-balik menggunakan arus listrik yang membalikkan arahnya

secara teratur pada rentang waktu tertentu. Motor listrik memiliki dua buah bagian dasar

listrik: "stator" dan "rotor". Rotor merupakan komponen listrik berputar untuk memutar

as motor. Keuntungan utama motor DC terhadap motor AC adalah bahwa kecepatan

motor AC lebih sulit dikendalikan. Untuk mengatasi kerugian ini, motor AC dapat

dilengkapi dengan penggerak frekwensi variabel untuk meningkatkan kendali kecepatan

sekaligus menurunkan dayanya. Motor induksi merupakan motor yang paling populer di

industri karena kehandalannya dan lebih mudah perawatannya. Motor induksi AC cukup

murah (harganya setengah atau kurang dari harga sebuah motor DC) dan juga

memberikan rasio daya terhadap berat yang cukup tinggi (sekitar dua kali motor DC).

Berdasarkan karakteristik dari arus listrik yang mengalir, motor AC (Alternating

Current, Arus Bolak-balik) terdiri dari 2 jenis, yaitu:

1. Motor listrik AC / arus bolak-balik 1 fasa

2. Motor listrik AC / arus bolak-balik 3 fasa

Pada perancangan yang akan dibuat, penulis menggunakan motor listrik AC 1

fasa.

• Prinsip kerja Motor AC Satu Fasa

Motor AC satu fasa berbeda cara kerjanya dengan motor AC tiga fasa, dimana

pada motor AC tiga fasa untuk belitan statornya terdapat tiga belitan yang menghasilkan

medan putar dan pada rotor sangkar terjadi induksi dan interaksi torsi yang

menghasilkan putaran. Sedangkan pada motor satu fasa memiliki dua belitan stator,

17 

 

 

 

yaitu belitan fasa utama (belitan U1-U2) dan belitan fasa bantu (belitan Z1-Z2), bisa

dilihat pada gambar 2.9

 

Gambar 2.9 Prinsip Medan Magnet Utama dan Medan magnet

Belitan utama menggunakan penampang kawat tembaga lebih besar sehingga

memiliki impedansi lebih kecil. Sedangkan belitan bantu dibuat dari tembaga

berpenampang kecil dan jumlah belitannya lebih banyak, sehingga impedansinya lebih

besar dibanding impedansi belitan utama. Grafik arus belitan bantu Ibantu dan arus

belitan utama Iutama berbeda fasa sebesar φ, hal ini disebabkan karena perbedaan

besarnya impedansi kedua belitan tersebut. Perbedaan arus beda fasa ini menyebabkan

arus total, merupakan penjumlahan vektor arus utama dan arus bantu. Medan magnet

utama yang dihasilkan belitan utama juga berbeda fasa sebesar φ dengan medan magnet

bantu.

18 

 

 

 

Gambar 2.10 grafik gelombang arus medan bantu dan arus medan utama

 

Gambar 2.11 Medan magnet pada Stator Motor satu fasa

Belitan bantu Z1-Z2 pertama dialiri arus Ibantu menghasilkan fluks magnet Φ

tegak lurus, beberapa saat kemudian belitan utama U1-U2 dialiri arus utama. yang

bernilai positip. Hasilnya adalah medan magnet yang bergeser sebesar 45° dengan arah

berlawanan jarum jam. Kejadian ini berlangsung terus sampai satu siklus sinusoida,

19 

 

 

 

sehingga menghasilkan medan magnet yang berputar pada belitan statornya. Rotor

motor satu fasa sama dengan rotor motor tiga fasa yaitu berbentuk batang-batang kawat

yang ujung-ujungnya dihubung singkatkan dan menyerupai bentuk sangkar tupai, maka

sering disebut rotor sangkar.

 

Gambar 2.12 Rotor sangkar

Belitan rotor yang dipotong oleh medan putar stator, menghasilkan tegangan

induksi, interaksi antara medan putar stator dan medan magnet rotor akan menghasilkan

torsi putar pada rotor.

20 

 

 

 

2.5 Geckodrive G320X

 

Gambar 2.13 . Geckodrive G320X

Untuk rangkaian motor driver, digunakan rangkaian motor driver geckodrive.

Geckodrive dikendalikan menggunakan mikrokontroller AVR yang berfungsi untuk

menggerakkan motor DC (2) . Spesifikasi dari modul motor driver ini adalah :

• Pengali/pengganda gelombang step sudah ada di dalam

• Bisa sebagai 2 tipe yaitu mode yang ada sekarang dan mode servo tegangan

• Membatasi torsi dengan batasan waktu

• 4 pengikut batasan error yang dapat diatur

• Pendeteksi kegagalan enkripsi

• Perlindungan arus pendek

• Pengereman motor secara dinamis saat kondisi yang salah

21 

 

 

 

• Step common dan direction common dapat antara +5VDC atau GND

• LED untuk kondisi IN-position (di posisi), WARN (peringatan),

FAULT(kesalahan), dan POWER

• Step dan Direction adalah +3,3VDC dan +5VDC kompatibel di 6mA

• 20A 80VDC beroperasi maksimum secara kontinu

• Loop PID tertutup secara internal

• Blok enkripsi untuk input < 1V (logika 0) dan >4 (Logika 1)

• +5VDC 50mA alat enkripsi sudah onboard

• Step yang terisolasi Opto dan input DIRECTION

• frekuensi PWM 20kHz

• Arus dapat diatur batasannya dari 0-20A

2.6 Rotary Encoder

Gambar 2.14 Rotary Encoder E30s4

22 

 

 

 

Rotary encoder adalah elektromekanik yang dapat mendeteksi atau memonitor

gerakan dan posisi. Rotary encoder biasanya menggunakan sensor optik untuk

menghasilkan serial pulsa yang dapat dijadikan gerakan, posisi, dan arah. Sehingga

posisi sudut suatu poros benda berputar dapat diolah menjadi informasi berupa kode

digital oleh rotary encoder.

Rotary encoder tersusun dari suatu piringan tipis yang memiliki lubang-lubang

pada bagian lingkaran piringan. LED ditempatkan pada salah satu sisi piringan sehingga

cahaya akan menuju ke piringan. Di sisi yang lain suatu photo-transistor diletakkan

sehingga photo-transistor ini dapat mendeteksi cahaya dari LED yang berseberangan.

Piringan tipis tadi dikopel dengan poros motor berputar lainnya yang ingin kita ketahui

posisinya, sehingga ketika motor berputar piringan juga akan ikut berputar. Apabila

posisi piringan mengakibatkan cahaya dari LED dapat mencapai photo-transistor

melalui lubang-lubang yang ada, maka photo-transistor akan mengalami saturasi dan

akan menghasilkan suatu pulsa gelombang persegi. Semakin banyak deretan pulsa yang

dihasilkan pada satu putaran menentukan akurasi rotary encoder tersebut, akibatnya

semakin banyak jumlah lubang yang dapat dibuat pada piringan menentukan akurasi

rotary encoder tersebut.

23 

 

 

 

Gambar 2.15 Blok penyusun rotary encoder

Pada penelitian ini rotary encoder yang digunakan termasuk dalan kategori

incremental encoder. Incremental encoder terdiri dari dua track atau single track dan

dua sensor yang disebut channel A dan B . Ketika poros berputar, deretan pulsa akan

muncul di masing-masing channel pada frekuensi yang proporsional dengan kecepatan

putar sedangkan hubungan fasa antara channel A dan B menghasilkan arah putaran.

Putaran dapat dihitung dengan cara jumlah pulsa yang terjadi terhadap resolusi piringan.

Untuk mengetahui arah putaran, dengan mengetahui channel mana yang leading

terhadap channel satunya dapat kita tentukan arah putaran yang terjadi karena kedua

channel tersebut akan selalu berbeda fasa seperempat putaran (quadrature signal).

Quadrature signal atau Sinyal berpangkat sebenarnya terdiri dari 2 sinyal yang biasanya

dimisalkan dengan I (untuk phase biasa) dan Q (untuk phase kuadrart) atau dengan RE

(untuk sinyal Real) dan IM (untuk sinyal imaginer). Letak perbedaan dari sinyal

sebenarnya dengan sinyal kudarat adalah terletak di spektrum dari sinyal kuadrat tidak

simetric dengan frequensi 0.

Seringkali terdapat output channel ketiga, disebut INDEX, yang menghasilkan

satu pulsa per putaran berguna untuk menghitung jumlah putaran yang terjadi.

24 

 

 

 

Gambar 2.16 . susunan piringan untuk incremental encoder

Resolusi keluaran dari sinyal quadrature A dan B dapat dibuat beberapa macam,

yaitu 1X, 2X dan 4X. Resolusi 1X hanya memberikan pulsa tunggal untuk setiap siklus

salah satu sinya A atau B, sedangkan resolusi 4X memberikan pulsa setiap transisi pada

kedua sinyal A dan B menjadi empat kali resolusi 1X. Arah putaran dapat ditentukan

melalui level salah satu sinyal selama transisi terhadap sinyal yang kedua. Pada contoh

resolusi 1X, A = arah bawah dengan B = 1 menunjukkan arah putaran searah jarum jam,

sebaliknya B = arah bawah dengan A = 1 menunjukkan arah berlawanan jarum jam.

Gambar 2.17 Contoh pola keluaran incremental encoder

25 

 

 

 

Gambar 2.18 Output dan arah putaran pada resolusi yang berbeda-beda

2.7 Relay

  Relay adalah saklar elektronik yang dapat membuka atau menutup rangkaian

dengan menggunakan kontrol dari rangkaian elektronik lain. Sebuah relay tersusun atas

kumparan, pegas, saklar (terhubung pada pegas) dan 2 kontak elektronik (normally close

dan normally open)

a. Normally close (NC) : saklar terhubung dengan kontak ini saat relay tidak aktif

atau dapat dikatakan saklar dalam kondisi terbuka.

26 

 

 

 

b. Normally open (NO) : saklar terhubung dengan kontak ini saat relay aktif atau

dapat dikatakan saklar dalam kondisi tertutup.

Gambar 2.19 Relay

Berdasarkan pada prinsip dasar cara kerjanya, relay dapat bekerja karena adanya

medan magnet yang digunakan untuk menggerakkan saklar. Saat kumparan diberikan

tegangan sebesar tegangan kerja relay maka akan timbul medan magnet pada kumparan

karena adanya arus yang mengalir pada lilitan kawat. Kumparan yang bersifat sebagai

elektromagnet ini kemudian akan menarik saklar dari kontak NC ke kontak NO. Jika

tegangan pada kumparan dimatikan maka medan magnet pada kumparan akan hilang

sehingga pegas akan menarik saklar ke kontak NC.