Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

55
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

description

this is my finalexam to make a journal about mikrokontroler

Transcript of Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

Page 1: 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

Page 2: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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

Page 3: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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

Page 4: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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

Page 5: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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

Page 6: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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

Page 7: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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

Page 8: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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

Page 9: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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

Page 10: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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

Page 11: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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

Page 12: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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

Page 13: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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.

Page 14: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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

Page 15: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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

Page 16: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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

Page 17: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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.

Page 18: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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

Page 19: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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.

Page 20: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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).

Page 21: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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.

Page 22: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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.

Page 23: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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

Page 24: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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.

Page 25: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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

Page 26: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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.

Page 27: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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

Page 28: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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.

Page 29: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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

Page 30: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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

Page 31: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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,

Page 32: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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)

Page 33: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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

Page 34: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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

Page 35: Mikrokontroler Arduino OnAgroTekhnologi

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.