Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi
-
Upload
santosoary -
Category
Documents
-
view
260 -
download
1
description
Transcript of Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi
DESAIN DAN IMPLEMENTASI SISTEM KONTROL ALAT PENGERING PRODUK HERBAL MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLER BERBASIS OPEN SOURCE
SKRIPSI
Oleh :
Ary Santoso
NIM. 0907055006
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS MULAWARMAN
SAMARINDA
2014
DESAIN DAN IMPLEMENTASI SISTEM KONTROL ALAT PENGERING PRODUK HERBAL MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLER BERBASIS OPEN SOURCE
SKRIPSI
Diajukan kepada
Program Studi Ilmu Komputer Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Mulawarman untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan
Memperoleh Gelar Sarjana Komputer Bidang Ilmu Komputer
Oleh
Ary Santoso
0907055006
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS MULAWARMAN
SAMARINDA
2014
i
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa di dalam naskah skripsi ini
tidak terdapat karya ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar
akademik di suatu Perguruan Tinggi, dan tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah
ditulis dan diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis dikutip dalam naskah
ini dan disebutkan dalam sumber kutipan dan daftar pustaka.
Apabila ternyata di dalam naskah Skripsi ini dapat dibuktikan terdapat unsur-unsur
jiplakan (plagiatisme), maka saya bersedia Skripsi dan Gelar Sarjana atas nama saya
dibatalkan, serta diproses sesuai dengan peraturan Universitas Mulawarman dan
perundang-undangan yang berlaku di Indonesia.
Samarinda, September 2014
Mahasiswa
Ary Santoso
iii
ABSTRAK
Proses pengeringan suatu bahan pangan merupakan proses pemindahan kadar air dari bahan yang dikeringkan selama beberapa waktu. Akan tetapi pengeringan menggunakan sinar matahari bersifat fluktuatif tergantung intensitas cahaya. Sehingga dibutuhkan sebuah sistem kontrol proses pengeringan menggunakan mikrokontroler berbasis open source. Mikrokontroler yang digunakan adalah Arduino yang merupakan platform mikrokontroler open source. Desain alat pengeringan terdiri dari beberapa tahapan, yaitu desain pengering kabinet, pengujian sensor suhu dan kelembaban, penghalusan data dengan penerapan filter sinyal, implementasi dan pengujian alat, dan analisis efisiensi. Untuk memudahkan, desain alat pengering pertama kali dilakukan dengan metode simulasi menggunakan sumber panas lampu 2x100W yang lebih stabil dibandingkan matahari. Selanjutnya alat pengering diuji menggunakan tenaga matahari. Sensor DHT11 yang memiliki hasil pengukuran suhu dan kelembaban yang sama dengan sensor DHT22 digunakan dalam penelitian ini. Savitzky-Golay terpilih menjadi metode filterisasi sinyal disebabkan performa pengukuran yang baik dari sisi waktu dibandingkan dengan metode filter lainnya. Simulasi pengeringan dengan lampu 2x100W memberikan lama waktu 5 dan 9,2 jam untuk daun pandan dan potongan jahe, sementara dengan sinar matahari dengan rentang suhu kerja 40o-60o C memiliki waktu pengeringan hanya 1,5 jam untuk daun pandan, atau lebih cepat 3,5 jam. Pengeringan bergantung pada karakteristik bahan dimana bahan jahe mengalami susut bobot sebanyak 80,6% dengan metode simulasi. Bobot daun pandan adalah 61,25% dan 76% untuk metode simulasi dan metode sinar matahari.
Kata Kunci : Pengeringan, Mikrokontroler, Open Source, Arduino, Sistem Kontrol, Savitzky-Golay
iv
ABSTRACT
The Drying process is a process of evaporatif food moisture from during the drying process. However, sun-drying performance fluctuates depending on the intensity of the light. Controlling drying process requirescontraption condisting of microcontroller and related sensors. The microcontroller in use is an Arduino microcontroller which is an open source platform. This research is procced in several stages, namely the cabinet dryer design, testing temperature and humidity sensors, data smoothing with application of signal filters, implementation and testing tools, and analysis of efficiency. To simplify early stages, the dryer design was first performed by the method of simulation using the heat source of 2x100W lights that provide more constant heat than the sun. Furthermore, the tool was tested using a solar dryer. DHT11 sensor performanced is compared to DHT22 as temperature and humidity probe. Savitzky-Golay filtering method was swlwcted as a result of better performance in smoothing both signals compared with other filtering methods. Simulation of drying with 2x100W lights produce 5 and 9.2 hours for pandan leaves and ginger chips, while with the sun the working temperature was in the range of 40o-60oC, drying time of 1.5 hours for pandan leaves. Drying performance depends on the characteristics of the material in which the ginger had weight loss of 80.6% with simulation method. Pandan leaf weight loses were 61.25% and 76% for the simulation and sunlight respectively.
Keyword : Drying, Microcontrollers, Open Source, Arduino, Control System,Savitzky-Golay
v
KATA PENGANTAR
Bismillahirrahmanirrahim
Segala Puji bagi ALLAH SWT Rabb Semesta Alam yang telah
melimpahkan berkat dan rahmat-Nya kepada penulis sehingga dapat
menyelesaikan Skripsi Tugas Akhir yang berjudul “Desain dan Implementasi
Sistem Kontrol Alat Pengering Produk Herbal Menggunakan Arduino
Berbasis Open Source” ini dengan baik.
Dalam proses penyelesaiannya, penulis menyadari banyak terdapat
kekurangan, namun berkat rahmat ALLAH SWT dan dukungan dari berbagai
pihak, maka skripsi ini dapat terselesaikan. Pada kesempatan kali ini penulis
mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada :
1. Allah Subhanahu Wa Ta'ala karena atas berkat, rahmat dan karunia-
Nyalah penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik.
2. Ayahanda dan Ummi di rumah yang dengan semangat, dorongan, dan
doanya membuat penulis mampu menyelesaikan skripsi ini dengan baik
3. Bapak Drs. Sudrajat, SU selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Mulawarman.
4. Dra. Hj. Ratna Kusuma, M.Si selaku Pembantu Dekan I Universitas
Mulawarman.
5. Bapak Zainal Arifin, M.Kom selaku Ketua program Studi Ilmu Komputer
FMIPA Universitas Mulawarman Samarinda
6. Bapak Dr. H. Fahrul Agus, ST, MT selaku Pembimbing I yang telah
membimbing dan meluangkan waktu dalam proses penyelesaian skripsi
ini.
7. Bapak Anton Rahmadi, STP, M.Sc, PhD selaku Pembimbing II yang telah
meluangkan waktu dan banyak memberikan ide, bimbingan, masukan
serta dorongan sehingga lebih baik lagi saat menulis skripsi ini.
8. Seluruh staf Tata Usaha selaku Pengelola administrasi FMIPA yang telah
banyak membantu proses administrasi selama penulis menjalankan
vi
kuliahnya. Staf pengajar Ilmu Komputer yang telah memberikan ilmunya
kepada penulis selama menempuh pendidikan.
9. Bapak Muhamad Azhari, M.Kom, dan Ibu Indah Fitri Astuti, M.Cs selaku
dewan penguji yang telah memberikan banyak masukan dan perbaikan
dalam penyusunan skripsi ini.
10. Teman teman ilkom 09 Agus Setiawan, Friyandi Dwi N, Bahrul Ilmy,
Muhammad Fakhrurozi, Muhammad Wardhani, Andriyanto, Handri, Tito
Prabara yang membantu menjadi editor dan pengingat penulis. Serta
teman-teman ilkom 09 yang membersamai penulis.
11. Keluarga besar LDM Alhikmah FMIPA, BPPAI UNMUL, FSLDK
KALTIM, Pusdima UNMUL yang masih memberikan waktu dan tempat
agar bisa beraktifitas dalam kebaikan, serta keluarga dalam satu lingkaran
perdaban yang saling menasehati dalam kebaikan.
12. Orang-orang yang terus mengingatkan penulis untuk mengerjakan
skripsinya, Lia Puspita sari dan Denik Pusvita Maya sari.
13. Semua pihak yang telah membantu dan memberikan dukungan hingga
terselesaikannya skripsi ini.
Akhir kata semoga kebaikan yang telah diberikan kepada penulis
mendapat balasan oleh ALLAH SWT. Penulis menyadari dalam penulisan
skripsi ini masih banyak kekurangan, oleh sebab itu penulis mengharapkan
masukan berupa saran dan kritik sehingga kedepannya akan menjadi lebih
baik.
Samarinda, 1 September 2014
Ary Santoso 0907055006
vii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ........................................................................................ iHALAMAN PENGESAHAN .......................................................................... iiPERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ......................................................... iiiABSTRAK ........................................................................................................ ivABSTRACT ...................................................................................................... vKATA PENGANTAR ...................................................................................... viDAFTAR ISI...................................................................................................... viii DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xDAFTAR TABEL.............................................................................................. xiBAB I PENDAHULUAN .......................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ................................................................................ 11.2 Rumusan Masalah ........................................................................... 11.3 Batasan Masalah ............................................................................. 21.4 Tujuan Penelitian ............................................................................ 21.5 Manfaat Penelitian........................................................................... 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................ 32.1 Open Source Hardware dan Mikrokontroler .................................. 3
2.1.1 Arduino ............................................................................... 42.1.2 Arduino IDE ........................................................................ 7
2.2 Konsep Dasar Pengeringan ............................................................... 82.2.1 Cara Pengeringan Komoditas Pertanian................................. 92.2.2 Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Pengeringan.................. 13
2.3 Proses Kontrol dan Monitoring Pengeringan.................................... 152.3.1 Sensor .................................................................................. 15
2.4 Simulasi Pengeringan ....................................................................... 19 2.5 Flowchart .......................................................................................... 19BAB III METODOLOGI PENELITIAN ................................................. 22
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ......................................................... 223.2 Metode Pengumpulan Data ........................................................... 223.3 Metode Pengembangan Sistem Kontrol .......................................... 233.4 Analisis Kebutuhan Sistem ............................................................. 24
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN............................ 25 4.1 Deskripsi Alat................................................................................... 25 4.1.1 Instalasi Rangkaian Sistem Kontrol ....................................... 26
4.1.1.1 Instalasi Real Time Clock .......................................... 274.1.1.2 Instalasi Sensor Suhu dan Kipas ................................ 284.1.1.3 Instalasi Data Logger ................................................ 294.1.1.4 Desain Keseluruhan Sistem Kontrol .......................... 32
4.2 Pengujian Sensor Suhu dan Kelembaban......................................... 334.3 Filtering Signal ............................................................................... 344.4 Pengukuran Suhu dan RH Berdasarkan Kombinasi Kipas ............. 44
4.4.1 Hasil Pengukuran Pada Kondisi Kipas 1,2,3 Blow dan 4,5,6 Exhaust................................................................................. 45
viii
Halaman
4.4.2 Hasil Pengukuran Pada Kondisi Kipas 2,3,4 Blow dan 1,5,6 Exhaust ................................................................................ 46
4.4.3 Hasil Pengukuran Pada Kondisi Kipas 1,4,5 Blow dan 2,3,6 Exhaust ................................................................................ 48
4.4.4 Hasil Pengukuran Pada Kondisi Kipas 1,3,6 Blow dan 2,4,5 Exhaust ................................................................................ 50
4.4.5 Hasil Pengukuran Pada Kondisi Kipas 2,5,6 Blow dan 1,3,4 Exhaust ................................................................................ 51
4.4.6 Hasil Pengukuran Pada Kondisi Kipas 1,3,5 Blow dan 2,4,6 Exhaust ................................................................................ 53
4.4.7 Hasil Pengukuran Pada Kondisi Semua Kipas Blow ............. 544.4.8 Hasil Pengukuran Pada Kondisi Semua Kipas Exhaust ........ 55
4.5 Implementasi dan Pengujian Alat ................................................... 574.5.1 Pengujian Pengeringan Daun dengan Matahari ..................... 604.5.1 Pengujian Pengeringan Daun ................................................. 614.5.2 Pengujian Pengeringan Umbi ................................................. 62
4.6 Tabulasi Hasil Pengujian Sistem Kontrol ...................................... 64` 4.7 Keterbatasan Alat ............................................................................ 65BAB V PENUTUP ........................................................................................... 66
5.1 Kesimpulan ..................................................................................... 665.2 Saran ................................................................................................ 66
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 67LAMPIRAN ...................................................................................................... 69DAFTAR RIWAYAT HIDUP ........................................................................ 72
ix
DAFTAR GAMBAR
2.1 Arsitektur Arduino Uno .......................................................................... 62.2 Ilustrasi Cara Pengeringan ...................................................................... 112.3 Alat Pengering Tipe Thin Layer.............................................................. 142.4 Konsep pin IC DS1307.................................................................................. 182.5 Rangkaian DS1307 dengan 12C ........................................................... 192.6 DS1307 Address Map.................................................................................... 193.1 Bagan Pengembangan Sistem Kontrol ................................................... 234.1 Desain Alat Pengering ...................................................................................... 264.2 Rangkaian Real Time Clock ............................................................................. 274.3 Rangkaian Kipas Pada Sistem Kontrol ............................................................. 294.4 Konfigurasi Pin dengan Modul SD Card........................................................... 304.5 Rangkaian Elektronika Sistem Kontrol ............................................................ 324.6 Data Smoothing untuk Temperatur .................................................................. 424.7 Data Smoothing untuk Kelembaban Relatif ..................................................... 424.8 Desain Wadah Pengering dengan Nomor Kipas .............................................. 444.9 Grafik Pengukuran Suhu Kombinasi Kipas 1 ................................................... 454.10 Grafik Pengukuran Kelembaban Kombinasi Kipas 1 ....................................... 464.11 Kombinasi Kipas Kondisi 2 .............................................................................. 474.12 Grafik Pengukuran Suhu Kombinasi Kipas 2 ................................................... 474.13 Grafik Pengukuran Kelembaban Kombinasi Kipas 2 ....................................... 484.14 Kombinasi Kipas 3 ........................................................................................... 484.15 Grafik Pengukuran Suhu Kombinasi Kipas 3 ................................................... 494.16 Grafik Pengukuran Kelembaban Kombinasi Kipas 3 ....................................... 494.17 Formasi Kipas 4 ................................................................................................ 504.18 Grafik Pengukuran Suhu Kombinasi Kipas 4 ................................................... 504.19 Grafik Pengukuran Kelembaban Kombinasi Kipas 4 ....................................... 514.20 Kombinasi Kipas 5 ........................................................................................... 514.21 Grafik Pengukuran Suhu Kombinasi Kipas 5 ................................................... 524.22 Grafik Pengukuran Kelembaban Kombinasi Kipas 5 ....................................... 534.23 Grafik Pengukuran Suhu Kombinasi Kipas 6 ................................................... 534.24 Grafik Pengukuran Kelembaban Kombinasi Kipas 6 ....................................... 544.25 Grafik Pengukuran Suhu Kombinasi Kipas 7 ................................................... 544.26 Grafik Pengukuran Kelembaban Kombinasi Kipas 7 ....................................... 554.27 Grafik Pengukuran Suhu Kombinasi Kipas 8 ................................................... 564.28 Grafik Pengukuran Kelembaban Kombinasi Kipas 8 ....................................... 564.29 Flowchart Sistem Kontrol ................................................................................. 584.30 Grafik Suhu Pengeringan Daun Pandan Dengan Matahari ............................... 604.31 Grafik Kelembaban Relatif Pengeringan Pandan Dengan Matahari ................ 614.32 Grafik Temperatur Pengeringan Daun Pandan ................................................. 614.33 Grafik Kelembaban Relatif Pengeringan Daun Pandan .................................... 624.34 Grafik Suhu Pengeringan Cip Jahe ................................................................... 634.35 Grafik Kelembaban Relatif Pengeringan Cip Jahe ........................................... 63
x
Halaman
DAFTAR TABEL2.1 Simbol-simbol Flowchart .................................................................... 214.1 Hasil Uji Pembacaan Sensor Suhu ....................................................... 334.2 Tabel Waktu Pembacaan Sensor ......................................................... 434.3 Tabel Pengukuran Kipas ..................................................................... 574.4 Tabel Penurunan Kadar Air Bahan ..................................................... 64
xi
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Proses pengeringan suatu bahan pangan merupakan proses pemindahan
kadar air dari bahan yang dikeringkan selama beberapa waktu. Proses pengeringan
menggunakan sinar matahari pada produk herbal adalah salah satu contohnya.
Pengeringan menggunakan sinar matahari tidak dapat dipastikan kestabilan hasil
produk, disebabkan oleh faktor cuaca, sehingga dalam pengeringan suatu produk
bisa mengunakan waktu yang berbeda-beda. Untuk monitoring kualitas hasil
pengeringan ini maka diperlukan suatu alat untuk bisa menjaga kestabilan suhu
dan kelembaban ruangan maupun bahan tersebut. Selain itu diperlukan sistem
kontrol untuk memonitoring paramater pengeringan seperti suhu dan kelembaban,
konveksi udara, serta waktu pada objek pengeringan.
Kemajuan teknologi merupakan suatu hal yang dapat mendukung sistem
kontrol pada proses pengeringan. Mikrokontroler digunakan sebagai sistem untuk
mengontrol atau memonitoring pengeringan bahan pangan. Pengunaan
mikrokontroler dapat dipadukan menggunakan beberapa sensor yang tersedia
secara bebas. Platform mikrokontroler yang sedang berkembang saat ini adalah
Arduino. Keunggulan dari Arduino adalah sifatnya yang open source secara
hardware dan software. Selain itu, Arduino memiliki basis pengguna yang luas di
seluruh dunia.
Penulis mempunyai ide untuk mendesain sebuah sistem kontrol alat
pengering untuk dapat memonitoring kualitas pengeringan bahan herbal. Pada
penelitian ini fungsi mikrokontroler adalah mengontrol dan memonitoring sensor-
sensor yang digunakan sebagai parameter pengeringan, seperti suhu, kelembaban,
dan konveksi udara.
1.2 Rumusan Masalah
Apakah mikrokontroler dapat digunakan sebagai sistem kontrol
pengeringan produk herbal dengan parameter lama waktu pengeringan, temperatur
dan kelembaban, serta konveksi udara?
1
2
1.3 Batasan Masalah
Dalam pembangunan alat pengering ini penulis menggunakan beberapa
batasan masalah, yaitu :
1. Platform mikrokontroler yang digunakan adalah Arduino.
2. Parameter–parameter yang digunakan dalam alat pengering ada empat,
yaitu temperatur, kelembaban, lama pengeringan (waktu), dan konveksi
udara.
3. Batasan monitoring pengeringan menyesuaikan spesifikasi alat dan sensor
yang digunakan, yaitu aktivitas kipas, sensor suhu dan kelembaban
(DHT11).
4. Produk herbal yang digunakan terbatas pada daun pandan dan umbi yaitu
jahe.
1.4 Tujuan Penelitian
1. Mendesain perangkat keras dan lunak berbasis mikrokontroler yang akan
digunakan untuk kontrol temperatur dan kelembaban proses pengeringan
produk herbal.
2. Mengimplementasikan parameter-parameter pengeringan produk dalam
bentuk perangkat keras dan lunak untuk monitoring mutu pengeringan
yang terdiri dari sensor suhu dan kelembaban, aktivitas kipas, dan lama
pengeringan.
1.5 Manfaat Penelitian
1. Memadukan antara teori bahasa pemrograman dengan kemampuan elektro
sehingga dapat menunjang penelitian ke arah teknologi terapan.
2. Penelitian ini dapat memacu munculnya inovasi–inovasi penelitian yang
mengaplikasikan perkembangan IT dengan bidang ilmu lainnya.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Open source Hardware dan Mikrokontroler
Open Source Hardware (OSH) diciptakan untuk memberikan alternatif
untuk paten sebagai cara untuk mempromosikan inovasi. Tidak seperti paten,
OSH mempromosikan kolaborasi dan membantu mengurangi biaya untuk
teknologi segera dan dapat memberikan manfaat sosial. Sedangkan Open Source
Software merupakan perangkat lunak yang lisensinya memberi kebebasan kepada
para pengguna untuk menjalankan program apa saja, mempelajari dan
memodifikasi program, serta mendistribusikan program yang asli atau yang sudah
dimodifikasi tanpa harus membayar royalti kepada pengembang perangkat lunak
sebelumnya (David Wheeler).
Open source hardware (OSH) sedikit berbeda dari open source software
(OSS). Rancangan hardware (khususnya chip), tidak sepenuhnya bebas diakses
publik disebabkan perlunya dana riset dalam desain chip dan bahan material
perangkat keras tersebut. Meskipun demikian pada sisi pengguna perangkat keras,
desain implementasi chip, baik rancangan skematik ataupun source code program
pengendali chip, misalnya program mikrokontroler Arduino, dapat bebas diakses
oleh publik (Banzi, 2009).
OSH merupakan tipe pure open model sehingga dapat menghasilkan
produk tanpa melibatkan elemen Intellectual Property (IP). Mayoritas bisnis
perangkat keras merupakan kolaborasi antara strategi development dan gabungan
antara open source dan closed-source hardware (Bruijns, 2011). OSH telah
mempopulerkan elektronika karena kemudahan memperoleh contoh program,
diagram skematik, dan dukungan dokumentasi hasil karya komunitas
pengembang. "komunitas OSH kini sudah ada, sehingga tidak perlu lagi
mendokumentasikan komponen-komponen eletronika dengan detail, Anda
memiliki banyak orang di seluruh dunia yang menggunakan produk serupa, dan
memelihara perangkat lunak dan perangkat keras itu untuk Anda (Marilly, 2011).
3
4
Awalnya Arduino menggunakan lisensi Creative Commons Attribution
(CCA) disebut Share A-like karena belum ada hukum yang mengatur hak open
source pada perangkat keras. Di bawah lisensi Creative Commons (CC),
pengembang diizinkan meng-copy desain board, mendesain ulang, atau menjual
board hasil desain tanpa biaya lisensi atau meminta izin. Pembelajaran
mikrokontroler masih sebatas pemahaman fungsi dasar pemrograman chip. Walau
sangat penting, tetapi fokus pembelajaran mengakibatkan terpinggirkannya fungsi
utama mikrokontroler sebagai tool interaksi dunia nyata. Hadirnya open-source
high-level hardware language memberikan manfaat positif maupun negatif.
Positifnya, perancang dapat lebih fokus mendesain sistem komputasi berbasis
interaksi langsung dunia nyata, sebagai solusi alternatif kebutuhan komputasi dan
juga sangat mendukung dunia pendidikan disebabkan sifat open source dan
lowcost (Barragan et.al, 2011). Negatifnya, pendidik harus cepat beradaptasi
seiring pesatnya perkembangan open source hardware dan perubahan paradigma
fungsi perangkat keras sebagai bagian dari media tangible devices dan percepatan
perubahan arsitektur yang semakin kompleks (Barragan et.al, 2011).
OSH merupakan bentuk ekspresi dan spirit pengembangan prototipe
berbasis komunitas (Mellis, 2008), kontribusi dapat bersifat bebas, layaknya
pengembangan perangkat lunak . Kenyataannya, pada OSS pun, banyak hal yang
bisa dikomersialisasi tanpa mengorbankan aspek open source itu sendiri (Marilly,
2011) (Hoftijzer, 2008). Pada open source hardware, faktor distribusi menjadi
sangat esensial. Berbeda dari perangkat lunak yang hanya cukup mengunggah ke
website, pada perangkat keras diperlukan mekanisme pabrikasi, penjualan, hingga
pendistribusian, tanpa mengurangi aspek open source hardware (Mellis, 2008).
Open source hardware memiliki potensi yang sangat besar bagi komunitas dan
user dapat terlibat dan berkontribusi balik secara lebih interaktif terhadap
perangkat keras yang dimilikinya:
2.1.1 Arduino
Untuk memahami Arduino, terlebih dahulu harus memahami apa yang
dimaksud dengan physical computing. Physical computing adalah membuat
sebuah sistem atau perangkat fisik dengan menggunakan perangkat lunak dan
5
perangkat keras yang sifatnya interaktif yaitu dapat menerima rangsangan dari
lingkungan dan merespon balik. Physical computing adalah sebuah konsep untuk
memahami hubungan yang manusiawi antara lingkungan yang sifat alaminya
adalah analog dengan dunia digital. Pada prakteknya konsep ini diaplikasikan
dalam desain - desain alat atau proyek-proyek yang menggunakan sensor dan
microcontroller untuk menerjemahkan input analog ke dalam sistem perangkat
lunak untuk mengontrol gerakan alat-alat elektro-mekanik seperti lampu, motor
dan sebagainya.
Arduino dikatakan sebagai sebuah platform dari physical computing yang
bersifat open source. Pertama-tama perlu dipahami bahwa kata “platform” di sini
adalah sebuah pilihan kata yang tepat. Arduino tidak hanya sekedar sebuah alat
pengembangan, tetapi ia adalah kombinasi dari perangkat keras, bahasa
pemrograman dan Integrated Development Environment (IDE) yang canggih. IDE
adalah sebuah perangkat lunak yang sangat berperan untuk menulis program,
meng-compile menjadi kode biner dan meng-upload ke dalam memory
microcontroller. Ada banyak proyek dan alat-alat dikembangkan oleh akademisi
dan profesional dengan menggunakan Arduino, selain itu juga ada banyak modul-
modul pendukung (sensor, tampilan, penggerak dan sebagainya) yang dibuat oleh
pihak lain untuk bisa disambungkan dengan Arduino. Arduino berevolusi menjadi
sebuah platform karena ia menjadi pilihan dan acuan bagi banyak praktisi
(Massimo Banzi, 2005).
Salah satu yang membuat Arduino memikat hati banyak orang adalah
karena sifatnya yang open source, baik untuk perangkat keras maupun perangkat
lunak -nya. Diagram rangkaian elektronik Arduino digratiskan kepada semua
orang. Kebebasan men-download gambarnya, membeli komponen-komponennya,
membuat PCB-nya dan merangkainya sendiri tanpa harus membayar kepada para
pembuat Arduino. Sama halnya dengan IDE Arduino yang bisa di-download dan
diinstal pada komputer secara gratis.
Saat ini komunitas Arduino berkembang dengan pesat dan dinamis di
berbagai belahan dunia. Arduino begitu memikat kalangan seniman maupun
praktisi elektronika karena perangkat keras maupun perangkat lunak Arduino
6
merupakan bentuk yang lintas platform. Sehingga dapat dipakai pada sistem
operasi apapun. Arduino merupakan mikrokontroler yang mudah untuk dipelajari,
pada perangkat lunak Arduino terdapat banyak sampel program untuk
menggunakan Arduino.
Arduino Board terdiri dari sebuah mikroprosesor Atmel AVR, kristal
atau osilator (pengukuran waktu dasar yang mengirimkan timepulses pada
frekuensi tertentu agar dapat beroperasi pada kecepatan yang benar) dan regulator
tegangan 5V. Pada beberapa jenis Arduino juga ada yang memiliki soket USB
untuk memungkinkannya untuk dihubungkan ke PC atau Mac untuk meng-upload
atau mengambil data. Dengan meng-expose I/O (input/output) pin mikrokontroler
dapat dihubungkan dengan sensor atau perangkat elektronika lain yang
berhubungan dengan pekerjaan tertentu.
Gambar 2.1 Arsitektur Arduino UNO
perangkat keras dan perangkat lunak Arduino keduanya open source,
yang berarti bahwa kode, skema, desain, dll. semua terbuka bagi siapa saja untuk
mengambil secara bebas dan melakukan dengan apa yang mereka sukai. Oleh
karena itu, ada banyak Clone Board ataupun Arduino Board berbasis lain yang
tersedia untuk dibeli atau dibuat sebuah skema.
7
Arduino juga dapat diperluas dengan penggunaan "Shield" yang
merupakan papan sirkuit yang mengandung perangkat lain misalnya penerima
GPS, tampilan LCD, modul Ethernet, dll. Shields juga memperpanjang pin
(tempat di Arduino di mana dapat produksi atau input data) sehingga tetap dapat
terkoneksi dengan perangkat elektronika yang lainnya. Tidak selamanya dalam
merangkai Arduino membutuhkan shield, karena shield bisa diganti dengan
rangkaian elektronik buatan sendiri yang mempunyai fungsi sama dengan shield
yang akan digunakan. Beberapa Papan strip atau Veroboard (papan terdiri dari
strip tembaga dalam kotak untuk rumah disolder proyek), atau dengan membuat
PCB sendiri. Beberapa klon yang kompatibel dalam banyak hal tetapi mungkin
memiliki perbedaan yang disengaja untuk mendukung suatu fitur. Karena Arduino
asli memungkinkan adanya operasi 3,3 V yang mungkin tidak kompatibel untuk
semua shield.
Ada banyak varian yang berbeda dari Arduino yang tersedia. Yang paling
umum adalah Uno, dirilis pada tahun 2010 (saat ini di Revisi 3) dan Arduino Uno
adalah yang paling mungkin dan paling banyak ditemukan dalam penelitian atau
proyek–proyek besar elektronika baik yang berada pada jurnal maupun tersebar di
beberapa website. Ada juga produk–produk Arduino lain seperti Due Leonardo,
Duemilanove, mega 2560, mega ADK, Fio, Arduino Ethernet, Mini, Nano,
Lilypad, dan Bluetooth Arduinos. Penambahan terbaru untuk lini produk adalah
Arduino Leonardo, yang merupakan produk pertama Arduino yang menggunakan
prosesor ARM, bukan prosesor arsitektur AVR. Arduino Leonardo memiliki
prosesor 32-bit bukan prosesor 8-bit seperti varian Arduino lainnya, berjalan pada
84MHz, dan memiliki 512KB memori flash. Dari itu semua mungkin yang paling
serbaguna dan populer adalah Uno (sebelum Uno, Duemilanove adalah yang
paling populer). Hal ini karena Uno menggunakan standar 28 pin chip yang
melekat pada IC (integrated circuit) socket .
Arduino Uno terbaru memiliki keuntungan atas Arduino sebelumnya,
Duemilanove. Dalam hal ini memiliki chip USB diprogram di papan yang
memungkinkan untuk flash chip sedemikian rupa sehingga dapat dipasang
perangkat suatu PC seperti mpulse, keyboard, atau joystick. Hal ini
8
memungkinkan untuk menggunakan Arduino sebagai sebuah antarmuka untuk
menciptakan perangkat USB sendiri.
Untuk memprogram suatu Arduino, biasanya menggunakan sebuah
perangkat yang disebut Arduino IDE, yang merupakan bagian dari perangkat
lunak gratis yang memungkinkan untuk memprogram dalam bahasa yang Arduino
mengerti. Dalam kasus Arduino, bahasa didasarkan pada C / C + + dan bahkan
dapat diperpanjang melalui C + + perpustakaan. IDE ini memungkinkan untuk
menulis sebuah program komputer, yang merupakan satu set langkah demi
langkah petunjuk yang kemudian diunggah ke Arduino. Arduino kemudian akan
melaksanakan instruksi tersebut dan berinteraksi dengan apa pun yang terhubung
pada pin I/O Arduino. Dalam dunia Arduino, program yang dikenal sebagai
"sketsa"
2.1.2 Arduino IDE
Software Arduino yang akan digunakan adalah driver dan IDE, walaupun
masih ada beberapa perangkat lunak lain yang sangat berguna selama
pengembangan Arduino. Aduino IDE merupakan bagian dari perangkat lunak
gratis. Arduino IDE adalah perangkat lunak yang sangat canggih ditulis dengan
menggunakan Java. Arduino IDE dalam menggunakan bahasa pemrograman C
untuk dituliskan dalam mikrokontroler.
Dalam sebuah Arduino IDE telah ditanamkan sebuah sistem untuk
mengedit perintah yang akan ditanam pada Arduino menggunakan bahasa
pemrograman. Sebelum program tersebut diunggah pada mikrokontroler, Arduino
IDE akan melakukan compile atau penerjemahan bahasa pemrograman menjadi
kode biner yang dimengerti oleh mikrokontroler. Setelah mikrokontroler terisi
dengan program yang telah diunggah pada mikrokontoler dapat dilihat proses
kerja suatu Arduino melalui serial window yang disediakan oleh Arduino IDE.
Sehingga bentuk kesalahan atau kecocokan program dengan perangkat elektronika
dapat terlihat.
9
2.2 Konsep Dasar Pengeringan
Pengeringan adalah proses pemindahan panas dan uap air secara
simultan, yang memerlukan energi panas untuk menguapkan kandungan air yang
dipindahkan dari permukaan bahan, yang dikeringkan oleh media pengering yang
biasanya berupa panas (Taib et al., 1988).
Hall (1957) menyatakan proses pengeringan adalah proses pengambilan
atau penurunan kadar air sampai batas tertentu sehingga dapat memperlambat laju
kerusakan biji-bijian akibat aktivitas biologis dan kimia sebelum bahan diolah.
Parameter-parameter yang mempengaruhi waktu pengeringan adalah suhu,
kelembaban udara, laju aliran udara, kadar air awal dan kadar air bahan kering.
Dasar proses pengeringan adalah terjadinya penguapan air ke udara karena
perbedaan kandungan uap air antara udara dengan bahan yang dikeringkan.
Dalam hal ini kandungan uap air udara lebih sedikit atau dengan kata lain
udara mempunyai kelembaban nisbi yang rendah, sehingga terjadi penguapan
(Taib et al., 1988). Kemampuan udara membawa uap air bertambah besar jika
perbedaan antara kelembaban nisbi udara pengering dengan udara sekitar bahan
semakin besar. Salah satu faktor yang mempercepat proses pengeringan adalah
kecepatan angin atau udara yang mengalir. Bila udara tidak mengalir maka
kandungan uap air disekitar bahan yang dikeringkan makin jenuh sehingga
pengeringan makin lambat (Taib et al., 1988). Tujuan pengeringan adalah
mengurangi kadar air bahan sampai batas dimana perkembangan mikroorganisme
dan kegiatan enzim yang dapat memnyebabkan pembusukan terhambat atau
terhenti. Dengan demikian bahan yang dikeringkan dapat mempunyai waktu
simpan yang lama (Taib et al., 1988). Makin tinggi suhu dan kecepatan aliran
udara pengering makin cepat pula proses pengeringan berlangsung. Makin tinggi
suhu udara pengering makin besar energi panas yang dibawa udara sehingga
makin banyak jumlah massa cairan yang diuapkan dari permukaan bahan yang
dikeringkan. Jika kecepatan aliran udara pengering makin tinggi maka makin
cepat pula massa uap air yang dipindahkan dari bahan ke atmosfir (Taib et al.,
1988).
10
Proses pengeringan pada prinsipnya menyangkut proses pindah panas
dan pindah massa yang terjadi secara bersamaan (simultan). Pertama-tama panas
harus dipindahkan dari medium pemanas ke bahan. Selanjutnya setelah terjadi
penguapan air, uap air yang terbentuk harus dipindahkan melalui struktur bahan
ke medium sekitarnya. Proses ini akan menyangkut aliran fluida di mana cairan
harus ditransfer melalui struktur bahan selama proses pengeringan berlangsung.
Jadi panas harus disediakan untuk menguapkan air dan air harus mendifusi
melalui berbagai macam tahanan agar dapat terlepas dari bahan dan berbentuk uap
air yang bebas. Lama proses pengeringan tergantung pada bahan yang dikeringkan
dan cara pemanasan yang digunakan.
Dengan sangat terbatasnya kadar air pada bahan yang telah dikeringkan,
maka enzim-enzim yang ada pada bahan menjadi tidak aktif dan mikroorganisme
yang ada pada bahan tidak dapat tumbuh. Pertumbuhan mikroorganisme dapat
dihambat, bahkan beberapa jenis dimatikan karena mikroorganisme seperti
umumnya jasad hidup yang lain membutuhkan air untuk proses metabolismenya.
Mikroorganisme hanya dapat hidup dan melangsungkan pertumbuhannya pada
bahan dengan kadar air tertentu. Walaupun setelah proses pengeringan secara fisik
masih terdapat (tersisa) molekul-molekul air yang terikat, tetapi molekul air
tersebut tidak dapat dipergunakan oleh mikrooganisme. Di samping itu enzim
tidak mungkin aktif pada bahan yang sudah dikeringkan, karena reaksi biokimia
memerlukan air sebagai medianya. Berdasarkan hal tersebut, berarti kalau kita
bermaksud mengawetkan bahan melalui proses pengeringan, maka harus
diusahakan kadar air yang tertinggal tidak mungkin dipakai untuk aktivitas enzim
dan mikroorganisme.
2.2.1 Cara Pengeringan Komoditas Pertanian
Secara garis besar pengeringan dapat dibedakan atas pengeringan alami
(natural drying atau disebut juga sun drying) dan pengeringan buatan (artificial
drying). Pengeringan secara alami dapat dilakukan dengan cara menjemur di
bawah sinar matahari, sedangkan pengeringan secara buatan dilakukan dengan
menggunakan alat pengering mekanis.
11
Penjemuran merupakan proses pengeringan yang sederhana dan murah
karena sinar matahari tersedia sepanjang tahun dan tidak memerlukan peralatan
khusus. Sarana utama yang dibutuhkan untuk penjemuran adalah lantai penjemur
atau lamporan berupa lantai semen atau lantai plesteran batu bata. Lamporan
dapat dilengkapi dengan camber (bagian lantai yang berlekuk). Selain pada
lamporan, penjemuran juga dapat dilakukan pada rak-rak penjemur, tampah
bambu, anyaman bambu dan tikar penjemuran dilakukan dengan menyebarkan
bahan secara merata pada lamporan, dan secara periodik dilakukan pembalikan
bahan agar pengeringan merata dan bahan tidak mengalami keretakan (sun
cracking).
Proses penjemuran yang dilakukan di daerah bersuhu tinggi akan
memerlukan luas bidang penjemuran yang lebih kecil daripada di daerah bersuhu
rendah. Demikian pula pada daerah yang mempunyai RH rendah akan
memerlukan bidang penjemuran yang lebih kecil daripada daerah yang
mempunyai RH tinggi. Pengeringan dengan cara penjemuran mempunyai
beberapa kelebihan yaitu tidak memerlukan bahan bakar sehingga biaya
pengeringan rendah, dapat memperluas kesempatan kerja, dan sinar infra merah
matahari mampu menembus sel-sel bahan. Sedangkan kekurangannya adalah
suhu pengeringan dan RH tidak dapat dikontrol dengan baik, memerlukan tempat
yang luas, kemungkinan terjadinya susut bobot tinggi karena mungkin ada
gangguan ternak dan burung dan hanya dapat berlangsung bila cuaca baik. Selain
itu juga proses pengeringan tidak dapat berjalan secara konstan karena intensitas
sinar matahari tidak tetap.
12
Gambar 2.2 Ilustrasi cara pengeringan
Kecepatan pengeringan serta kualitas hasil yang diperoleh dengan cara
penjemuran sangat dipengaruhi oleh keadaan cuaca (suhu udara dan
kelembaban /RH) karena semakin tinggi suhu maka akan semakin tinggi tingkat
penguapan air yang terjadi. Sifat bahan yang dikeringkan juga berpengaruh pada
kecepatan pengeringan. Bahan yang mempunyai kadar air awal tinggi dan ukuran
partikel besar akan lebih lama waktu pengeringannya daripada bahan yang kadar
air awalnya rendah dan ukuran partikelnya kecil. Selain itu cara penjemuran juga
berpengaruh, semakin banyak tumpukan bahan pada wadah penjemuran semakin
lambat proses pengeringan terjadi.
Pada pengeringan mekanis; suhu, kelembaban nisbi udara serta kecepatan
pengeringan dapat diatur dan diawasi. Alat pengering pada umumnya terdiri dari
tenaga penggerak dan kipas, unit pemanas (heater) serta alat-alat kontrol. Sebagai
sumber tenaga untuk mengalirkan udara dapat digunakan motor bakar atau motor
listrik. Sumber energi yang dapat digunakan pada unit pemanas adalah gas,
minyak bumi, batubara dan elemen pemanas listrik.
Untuk mengeringkan hasil pertanian berupa biji-bijian dapat digunakan
alat pengering tipe bak. Pada alat ini bahan yang akan dikeringkan diletakkan
pada suatu bak yang bagian dasarnya berlubang-lubang atau dibuat dari anyaman
kawat. Lubang-lubang berfungsi untuk melewatkan udara panas. Besar kecilnya
ukuran lubang dasar bak disesuaikan dengan ukuran bahan yang dikeringkan.
Bentuk bak dapat persegi panjang atau bulat. Pada bak dapat dilengkapi pengaduk
yang berputar yang berfungsi untuk menyeragamkan kondisi pengeringan.
Kecepatan putaran pengaduk disesuaikan dengan ketebalan tumpukan bahan,
kecepatan aliran udara panas dan suhu pengeringan.
Prinsip kerja dari alat pengering ini ialah : udara pengering dari plenum
chamber dengan bantuan kipas akan bergerak menuju dasar bak dan melalui
lubang dasar bak akan mengalir melewati bahan yang dikeringkan dan
melepaskan sebagian panasnya sehingga terjadi proses penguapan air dari bahan.
Dengan demikian, semakin ke bagian atas bak suhu udara pengering semakin
turun. Penurunan suhu ini harus diatur sedemikian rupa agar pada saat mencapai
13
bagian atas bahan yang dikeringkan, udara pengering masih mempunyai suhu
yang memungkinkan terjadinya penguapan air. Di samping itu kelembaban udara
pengering pada saat mencapai bagian atas harus dipertahankan tetap tidak jenuh
sehingga masih mampu menampung uap air yang dilepaskan. Di dalam
penggunaan alat pengering ini perlu diperhatikan pengaturan suhu, kecepatan
aliran udara pengering dan tebal tumpukan bahan yang dikeringkan sehingga hasil
kering yang diharapkan dapat tercapai.
Pengaturan suhu pengering dilakukan dengan cara mengatur alat
pemanas yang dihubungkan dengan termostat. Pengukuran suhu bahan yang
dikeringkan sebaiknya dilakukan pada 3 tempat yaitu di bagian bawah, bagian
tengah dan bagian atas bak. Pada umumnya suhu udara pemanas bagi gabah yang
akan dikonsumsi sekitar 50-600 C, dan bagi gabah benih sekitar 42-430 C. Untuk
mengatur kecepatan aliran udara pengering digunakan klep udara yang dipasang
di bagian bak pengering. Pengukurannya dilakukan dengan menggunakan tabung
Pitot atau orifice meter. Dalam melaksanakan pengeringan; sebaiknya dilakukan
pembalikan bahan pada setiap selang waktu tertentu sehingga hasil pengeringan
yang diperoleh seragam.
Berdasarkan ketebalan tumpukan bahan/lapisan bahan yang dikeringkan,
alat pengering tipe bak dapat digolongkan atas dua jenis yaitu "deep bed" dan
"thin layer". Pada umumnya ketebalan tumpukan bahan pada pengering sistem
deep bed antara 3-5 m dan pada pengering sistem thin layer sekitar 30 - 60 cm.
Prinsip kerja pengering sisten thin layer sama dengan pengering sistem deep bed
hanya bidang pengeringannya lebih luas. Pada pengering sistem ini proses
pengeringan berlangsung serentak dan merata di seluruh bagian bahan. Pengering
sistem deep bed cocok digunakan oleh perusahaan-perusahaan pertanian karena
alat ini dapat difungsikan sebagai tempat penyimpanan bahan yang telah
dikeringkan, sedangkan pengering sistem thin layer cocok digunakan oleh petani.
14
Gambar 2.3 Alat Pengering Tipe Thin Layer
Keterangan Gambar :
A = Kipas
B = Udara panas
C = Plenum Chamber
D = Tumpukan bahan yang dikeringkan
E = Pengeluaran udara dan uap air
2.1.2 Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Pengeringan
Kecepatan pengeringan maksimum dipengaruhi oleh percepatan pindah
panas dan pindah massa selama proses pengeringan. Faktor-faktor yang
mempengaruhi kecepatan pindah panas dan massa tersebut adalah sebagai berikut
(Estiasih, 2009) :
1. Luas permukaan
Pada pengeringan umumnya, bahan pangan yang akan dikeringkan
mengalami pengecilan ukuran, baik dengan cara diiris, dipotong, atau digiling.
Proses pengecilan ukuran akan mempercepat proses pengeringan. Hal ini
disebabkan pengecilan ukuran akan memperluas permukaan bahan, air lebih
mudah berdifusi, dan menyebabkan penurunan jarak yang harus ditempuh oleh
panas.
2. Suhu
Semakin besar perbedaan suhu antara medium pemanas dengan bahan
pangan semakin cepat pindah panas ke bahan pangan dan semakin cepat pula
penguapan air dari bahan pangan. Apabila udara merupakan medium pemanas,
maka faktor kecepatan pergerakan udara harus diperhatikan. Pada proses
15
pengeringan, air dikeluarkan dari bahan pangan dapat berupa uap air. Uap air
tersebut harus segera dikeluarkan dari atmosfer di sekitar bahan pangan yang
dikeringkan. Jika tidak segera keluar, udara di sekitar bahan pangan akan menjadi
jenuh oleh uap air sehingga memperlambat penguapan air dari bahan pangan yang
memperlambat proses pengeringan. Semakin tinggi suhu udara, semakin banyak
uap air yang dapat ditampung oleh udara tersebut sebelum terjadi kejenuhan.
Faktor lain yang mempengaruhi kecepatan pengeringan adalah volume udara.
3. Kecepatan pergerakan udara
Semakin cepat pergerakan atau sirkulasi udara maka proses pengeringan
akan semakin cepat. Prinsip ini menyebabkan beberapa proses pengeringan
menggunakaan sirkulasi udara atau udara yang bergerak seperti pengering
kabinet, dan tunnel dryer.
4. Kelembaban udara
Semakin kering udara (kelembaban semakin rendah) maka kecepatan
pengeringan semakin tinggi. Kelembaban udara akan menentukan kadar air akhir
bahan pangan setelah dikeringkan. Proses penyerapan akan terhenti sampai
kesetimbangan kelembaban nisbi bahan pangan tercapai.
5. Tekanan atmosfer
Pengeringan pada kondisi vakum menyebabkan pengeringan lebih cepat
atau suhu yang digunakan untuk suhu pengeringan dapat lebih rendah. Suhu
rendah dan kecepatan pengeringan yang tinggi diperlukan untuk mengeringkan
bahan pangan.
6. Penguapan air
Penguapan atau evaporasi merupakan penghilangan air dari bahan
pangan yang dikeringkan sampai diperoleh produk kering yang stabil. Penguapan
yang terjadi selama proses pengeringan tidak menghilangkan semua air yang
terdapat dalam bahan pangan.
7. Lama pengeringan
Pengeringan dengan suhu tinggi dalam waktu yang pendek dapat lebih
menekan kerusakan bahan pangan dibandingkan waktu pengeringan yang lebih
lama dan suhu lebih pendek.
16
2.3 Proses Kontrol dan Monitoring Pengeringan
Dalam proses mengontrol proses pengeringan peneliti menggunakan
Arduino dan beberapa sensor yang terhubung. Hal ini terjadi karena dalam
memonitoring pengeringan berbasis sinar matahari akan sulit mengontrol semisal
suhu wadah daripada mengontrol suhu dalam pengering buatan (oven). .
2.3.1 Sensor
Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk mengubah suatu besaran
fisik menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan rangkaian listrik
tertentu. Hampir seluruh peralatan elektronik yang ada mempunyai sensor
didalamnya. Pada saat ini, sensor tersebut telah dibuat dengan ukuran sangat kecil.
Ukuran yang sangat kecil ini sangat memudahkan pemakaian dan menghemat
energi.
Sensor merupakan bagian dari transducer yang berfungsi untuk
melakukan sensing atau “merasakan dan menangkap” adanya perubahan energi
eksternal yang akan masuk ke bagian masukan dari transducer, sehingga
perubahan kapasitas energi yang ditangkap segera dikirim kepada bagian
konvertor dari transducer untuk dirubah menjadi energi listrik. Beberapa sensor
yang akan di gunakan dalam penelitian ini adalah sensor suhu, kelembaban dan
sensor warna. Selain itu parameter lain yang ada dalam penelitian ini adalah
konveksi udara dalam hal ini menggunakan fan (kipas) dan waktu pengeringan
yang menggunakan modul DS1307 real time clock.
A. Sensor Suhu dan Kelembaban
Sensor suhu adalah komponen yang dipakai untuk merubah besaran
panas menjadi listrik dan sangat mudah untuk dianalisa besarannya. Pembuatan
sensor ini bisa memakai sejumlah metode, di mana salah satu caranya adalah
dengan cara memakai material yang terhadap suatu arus elektrik akan mengubah
hambataanya tergantung dari suhunya.
Material logam apabila panasnya meningkat akan menyebabkan
meningkat pula besar hambatannya terhadap arus listrik. Logam bisa juga dibilang
sebagai muatan positif yang ada di dalam elektron, di mana elektron ini dapat
17
bergerak bebas. Bila suhu meningkat elektron-elektronnya menjadi bergetar, terus
getarannya semakin bertambah besar sejalan dengan bertambahnya suhu yang
ada. Dalam kondisi besarnya getaran itu, membuat logam memiliki nilai hambatan
yang bertambah karena gerakan elektron yang terhambat.
Bahan semikonduktor memiliki sifat yang sebaliknya atas logam, yaitu
nilai hambatannya akan terus turun bila suhu bertambah besar. Kondisi ini
disebabkan oleh karena keadaan yang lebih tinggi suhunya menyebabkan elektron
dari material ini jadi pindah ketingkatan yang teratas dan membuatnya bisa
dengan bebas bergerak. Dengan terus terjadinya pertambahan suhu, maka semakin
bertambah pula elektron dari semikonduktor ini yang bebas bergerak dan hasilnya
adalah nilai hambatannya akan terus berkurang.
Pada monitoring suhu dan kelembaban proses pengeringan dapat dijaga
kestabilannya. Dalam hal ini temperatur harus dijaga pada range suhu 40o – 60o C.
Sedangkan kelembaban akhir produk pengeringan adalah 12 – 15% RH. Dalam
pengukuran temperatur dan kelembaban ini digunakan sensor DHT11.
DHT11 adalah sensor suhu dan kelembaban, sensor yang memiliki
keluaran sinyal digital yang dikalibrasi dengan sensor suhu dan kelembaban yang
kompleks. Teknologi ini memastikan keandalan tinggi dan sangat baik
stabilitasnya dalam jangka panjang. Sensor ini terhubung dengan mikrokontroler
dengan kinerja sebesar 8 bit. Sensor ini termasuk elemen resistif dan perangkat
pengukur suhu NTC. Memiliki kualitas yang sangat baik, respon cepat,
kemampuan anti-gangguan dan keuntungan biaya yang tinggi.
Setiap sensor DHT11 memiliki fitur kalibrasi sangat akurat dari
kelembaban ruang. Koefisien kalibrasi yang disimpan dalam memori program
OTP, sensor internal mendeteksi sinyal dalam proses, disebut koefisien kalibrasi.
Sistem antarmuka tunggal-kabel serial terintegrasi untuk menjadi cepat dan
mudah. DHT11 adalah sensor berukuran kecil, mempunyai daya rendah dan
sinyal transmisinya sampai jarak 20 meter, dan bisa digunakan pada aplikasi-
aplikasi yang banyak digunakan saat ini misalnya dalam dunia kesehatan dan
lingkungan.
18
Produk ini dijalankan dengan masukan voltase sebesar 5V sehingga
cukup dengan power yang di alirkan oleh Arduino. Dengan rentang temperatur 0-
50°C dengan tingkat kesalahan ± 2°C dan Kelembaban 20-90% dengan RH ± 5%
RH eror, maka dapt dikategorikan DHT11 merupakan sensor yang cukup cermat
dan teliti dalam pembacaan signalnya.
B. Aktifasi Kipas (fan)
Pada parameter konveksi udara di dalam wadah pengering digunakan
modul untuk mengenali apakah kipas yang berada pada dasar wadah menyala atau
tidak. Peletakan kipas ada 2 macam, peletakan kipas ke arah dalam untuk mengisi
udara di dalam wadah. Kedua peletakan kipas ke arah luar untuk mengeluarkan
udara panas dari dalam wadah. Peletakan dan kecepatan kipas di tentukan dengan
kalibrasi berdasar suhu di dalam wadah.
C. Modul Pengukur Waktu
Untuk modul pengukur waktu digunakan modul driver DS1307.
Sebenarnya di dalam Arduino sudah tersedia modul pengukur waktu, hanya saja
jika Arduino melaksanakan tugas dengan sensor pembacaan waktu menjadi
terlambat. Oleh karena itu digunakan modul DS1307 sebagai penghitung waktu
terkini (Real Time Clock).
Dalam mikrokontroler sebenarnya juga sudah ada modul perhitungan
waktu dengan timer. Akan tetapi dengan menggunakan driver DS1307 atau driver
timer yang lain memori waktu tetap tersedia walaupun mikrokontroler dalam
keadaan mati. Salah satu RTC yang sudah populer dan mudah penggunaannya
adalah DS1307, apalagi pada Codevision sudah tersedia fungsi-fungsi untuk
mengambil data waktu dan tanggal untuk RTC DS1307 ini.
Gambar 2.4 konsep pin IC DS1307
19
Kemampuan DS1307 sebagai modul RTC dapat menghitung detik,
menit, jam, tanggal, dan bulan valid hingga 2100 dengan konsumsi arus hanya
sebesar 500nA pada baterai internal. DS1307 merupakan sirkuit serial 2 jalur
interface (I2C) yang dapat bertahan pada suhu kisaran -40°C sampai +85°C.
Untuk membaca data tanggal dan waktu yang tersimpan di memori RTC DS1307
dapat dilakukan melalui komunikasi serial I2C seperti tampak pada gambar 2.4
Gambar 2.5 Rangkaian DS1307 dengan 12C
DS1307 beroperasi sebagai slave pada bus I2C. Cara akses pertama
mengirim sinyal START diikuti device address dan alamat sebuah register yang
akan dibaca. Beberapa register dapat dibaca sampai STOP condition dikirim. Data
waktu dan tanggal tersimpan dalam memori masing-masing 1 byte, mulai dari
alamat 00H sampai 007H. Sisanya 08H - 3FH alamat RAM yang bisa digunakan.
Gambar 2.6 DS1307 Address
2.4 Simulasi Pengeringan
20
Pengeringan dengan tenaga surya merupakan pengeringan yang efektif
dan bersifat alami. Akan tetapi dengan kondisi cuaca yang berubah-ubah akan
sulit dalam proses mendesain suatu alat pengering yang terkontrol parameternya.
Dalam hal ini parameter terpenting adalah suhu dan kelembaban. Oleh karena itu
cahaya matahari dapat disimulasikan menggunakan cahaya lampu 100 Watt.
Dengan peletakan posisi dan jumlah yang sesuai maka lampu tersebut dapat
mewakili panas dari cahaya matahari.
Pada simulasi pengeringan dengan lampu dimaksudkan untuk dapat
melakukan stabilisasi panas yang didapat. Karena dengan cahaya lampu tidak ada
halangan seperti tertutup awan, mendung ataupun hujan, sehingga panas yang
didapt dirasa cukup stabil. Masalah terbesar dalam simulasi pengeringan dengan
lampu adalah adanya suplai listrik yang cukup. Karena jika listrik padam di
tengah-tengah penelitian maka akan mengganggu jalannya pengeringan suatu
spesimen.
2.5 Flowchart
Bagian alir (Flowchart) merupakan teknik analisis yang digunakan
untuk menjelaskan aspek-aspek sistem informasi secara jelas, tepat dan logis
(Krismiaji, 2010). Flowchart menolong analis dan programmer untuk
memecahkan masalah ke dalam segmen-segmen yang lebih kecil dan menolong
dalam menganalisis alternatif-alternatif lain dalam pengoperasian.
System flowchart adalah urutan proses dalam sistem dengan
menunjukkan alat media input, output serta jenis media penyimpanan dalam
proses pengolahan data. Program flowchart adalah suatu bagan dengan simbol-
simbol tertentu yang menggambarkan urutan proses secara mendetail dan
hubungan pedoman-pedoman dalam pembuatan fowchart. Simbol-simbol pada
diagram flowchart dijelaskan pada Tabel 2.1
Tabel 2.1 Simbol-simbol flowchart
No Simbol Nama Keterangan
1 Terminal Digunakan untuk memulai,
21
mengakhiri atau titik henti dalam
sebuah proses atau program
2 Dokumen
Sebuah dokumen/laporan.
Dokumen dapat dibuat dengan
tangan atau dicetak oleh
komputer.
3 Kegiatan manualSebuah kegiatan pemrosesan
yang dilakukan secara manual.
4 Keputusan
Sebuah tahap keputusan yang
menunjukkan cabang bagi
akternatif cara
5Penghubung dalam
sebuah halaman
Menghubungkan bagian alir
pada halaman yang sama.
6Penghubung pada
halaman berbeda
Menunjukkan sebagai
penghubung berbeda halaman.
7 ArsipArsip dokumen disimpan dan
diambil secara manual.
8 Input / Output
Digunakan untuk
menggambarkan berbagai media
input & output
9Pemasukan data
online
Entri data oleh alat online seperti
terminal CRT/ komputer pribadi.
10Pemrosesan
komputer
Sebuah fungsi pemrosesan yang
dilaksanakan oleh komputer.
(Sumber: Krismiaji, 2010)
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilaksanakan pada bulan Januari sampai dengan Juli 2014.
Penelitian ini dilaksanakan di laboratorium Teknologi Hasil Pertanian Fakultas
Pertanian dan laboratorium Perangkat Keras Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Mulawarman.
3.2 Metode Pengumpulan Data
Metode pengumpulan data adalah cara yang dilakukan dengan mencari
sumber informasi, menyusun dan menjelaskan secara sistematis mengenai data
yang diperlukan dalam sebuah laporan. Dalam pengumpulan data ada sebuah
teknik yang dapat digunakan, adapun teknik pengumpulan data yang penulis
gunakan adalah:
1. Studi Pustaka
Studi pustaka yang digunakan adalah dengan mengutip dari berbagai
sumber buku tentang mikrokontroller terutama mikrokontroler dengan platform
Arduino, perangkat elektronika, macam–macam sensor, dan prinsip–prinsip
pengeringan dan mesin pengering. Literatur-literatur yang berkenaan dengan
materi penelitian, data yang diperoleh dapat menunjang penelitian dan penulisan
laporan skripsi. Sehingga laporan penelitian ini dapat terbantu dan terdukung
dalam pemecahan masalah dan proses penyelesaian laporan penelitian ini dapat
digunakan serta tidak menyimpang dari ketentuan yang ada. Data yang diperoleh
tersebut berupa konsep atau teori-teori yang didapat dari literatur yang berupa
buku dan jurnal yang berkenaan dengan pembuatan aplikasi dan tinjauan pustaka
pada Tugas Akhir ini.
2. Kalibrasi Alat
Dalam tahap ini dilakukan kalibrasi pada material elektronika yang akan
digunakan. Kalibrasi di sini termasuk juga pada kalibrasi kepekaan tiap sensor
yang digunakan. Contohnya untuk kalibrasi sensor suhu dan kelembaban maka
22
23
digunakan beberapa sensor dalam rentang waktu yang sama dan dilkukan
pengukuran keakuratan sensor disesuaikan dengan pembacaan suhu menggunakan
termometer.
3.3 Metode Pengembangan Sistem Kontrol
Gambar 3.1 Bagan Pengembangan Sistem Kontrol
Metode pengembangan sistem kontrol adalah cara yang dilakukan untuk
merancang hingga mengevaluasi sistem yang telah dirancang. Metode
pengembangan yang digunakan adalah metode prototype. Metode ini dimulai
dengan merancang sistem berdasarkan kebutuhan user, setelah itu dilakukan
proses penulisan dan penanaman sistem pada mikrokontroler. Tahap implementasi
digabung bersama dengan tahap evaluasi, karena saat ada kesalahan pada sistem
maka perbaikan dilakukan saat itu juga.
1. Perancangan Sistem Kontrol
Tahap ini menghasilkan desain perangkat keras yang akan digunakan.
Pengembangan yang awalnya berdiri sendiri mulai digabungkan dengan bahan
elektronika lain hingga membentuk suatu rangkaian elektronik atau perangkat
keras yang bisa digunakan dalam penelitian.
2. Penulisan dan Embed System
Setelah desain alat telah selesai maka dibuat program atau source code
untuk mikrokontroler sebagai pengontrol alat elektronika lainnya. Pada tahap ini
dituliskan program untuk mikrokontroler dengan platform Arduino menggunakan
Perancangan Sistem Kontrol
Implementasi dan Evaluasi
Penulisan dan Embed System
24
Software Arduino IDE dan menanamkan perintah pada mikrokontroler untuk
memanipulasi rangkaian elektronika menjadi sistem kontrol terpadu.
3. Tahapan Penerapan (Implementasi)
Tahap ini merupakan kegiatan untuk mengimplementasikan program pada
perangkat keras yang telah dirancang. Pada tahap ini dilakukan evaluasi
kesesuaian program dengan Perangkat keras yang telah dirancang,
mensimulasikan sinar matahari dengan lampu 2x100W, serta melakukan
pengujian pengeringan produk herbal baik menggunakan simulasi sinar matahari
dan sinar matahari langsung. Tahap implementasi juga ditambahkan revisi source
code system menyesuaikan kebutuhan sistem kontrol.
3.4 Analisis Kebutuhan Sistem
Kebutuhan sistem mencakup kebutuhan perangkat keras (hardware) dan
kebutuhan perangkat lunak (software). Perangkat keras yang dibutuhkan dalam
penelitian ini adalah laptop, Arduino Uno, sensor suhu dan kelembaban (DHT11),
driver RTC DS1307, breadboard, dan kipas. Perangkat lunak yang digunakan
adalah Arduino IDE.