Penyeleksi dan Penghitung Kemasan Botol Bahan Gelas Berlabel dan Tidak Berlabel

Penyeleksi dan Penghitung Kemasan Botol Bahan Gelas Berlabel dan Tidak Berlabel

Feryan Romadhon¹ ; Istika Isna Damayanti² ; Taufiq Miftakhul Huda³.
Pengampu Dr. Samuel BETA, Ing. Tech.,M.T⁴

e-mail : feryan.romadhon@gmail.com¹ istikaisna09@gmail.com² taufiqmiftakhulhuda@gmail.com³ sambetak2@gmail.com⁴

Program Studi Teknik Elektronika Jurusan Teknik Elektro

Politeknik Negeri Semarang

Jln. Prof. H. Sudarto, S.H., Tembalang, Semarang, Jawa Tengah, Indonesia. 50275.

Telp. (024)7473417, Website : www.polines.ac.id, email : sekretariat@polines.ac.id

Intisari - Untuk mengetahui adanya label pada botol berbahan gelas, dibutuhkan alat untuk mendeteksi botol yang berlabel atau tidak berlabel. Selain itu juga dapat digunakan untuk mengetahui jumlah botol berlabel dan tidak berlabel yang telah diseleksi tersebut. Maka dalam proyek ini dibuatlah aplikasi Arduino menggunakan masukan sensor berupa phototransistor dan laser, dan ada push button untuk mereset perhitungan, sedangkan luaran berupa motor servo dan LCD. Phototransistor digunakan untuk mendeteksi label yang ada di kemasan botol dengan laser sebagai sumber cahaya. Dan untuk menyeleksi botol yang berlabel atau tidak berlabel digunakan motor servo. Sedangkan Arduino sebagai kontroler dan pemroses sinyal.

Kata Kunci : Arduino Uno, Phototransistor, Laser, Motor Servo, LCD, Limit Switch, Push Button

Abstract - To know there is a label on the bottle that made from glasses, needs a tool to detect a bottle labeled or unlabeled. It can also be used to knowing the number of labeled and unlabeled bottles that have been selected. So in this project, we make an Arduino application using sensor as input from phototransistor and laser, and there is push button that used to reset the calculation. Whereas the output that used are motor servo and LCD. Phototransistor used to detect label on the bottle with laser as a light source. And motor servo used to select bottle labeled or unlabeled. Whereas Arduino as a controller and signal processor.

Keyword : Arduino Uno, Phototransistor, Laser, Motor Servo, LCD, Limit Switch, Push Button

I.       PENDAHULUAN

1.1.       Latar Belakang

Di bidang industri, suatu produk dapat menjadi terkenal dikarenakan brand yang ada pada label produk itu sendiri. Maka suatu produk harus memiliki kemasan yang menarik serta tidak memiliki kecacatan. Dan untuk itu, proses penyeleksi terpasangnya label pada kemasan produk dirasa sangat penting. Khususnya di Indonesia, banyak industri yang masih menyeleksi label secara manual. Hal ini akan menimbulkan potensi kesalahan saat penyeleksian, dikarenakan human error. Selain itu, proses penyeleksian yang dilakukan secara manual dirasa tidak efisien jika label produk yang diseleksi banyak dan akan memerlukan tenaga manusia yang banyak pula. Dalam prinsip ekonomi, hal ini akan membebani biaya produksi. Maka proses penyeleksian label produk ini perlu digantikan oleh mesin sehingga dapat berjalan secara otomatis dan lebih modern.

1.2.       Tujuan

Tujuan pembuatan alat ini antara lain :

1.    Sebagai modul pembelajaran

2.    Membuat sebuah alat yang dapat digunakan untuk menyeleksi dan menghitung kemasan botol bahan gelas berlabel dan tidak berlabel.

1.3.       Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang, akan ditentukan beberapa rumusan masalah, yaitu :

1.    Bagaimana photodioda dapat mendeteksi botol yang berlabel dan tidak berlabel?

2.    Bagaimana alat dapat menyimpan jumlah botol yang telah diseleksi pada keadaan alat padam atau tidak ada arus listrik?

1.4.       Pembatasan Masalah

Dalam pembuatan alat ini penulis akan membuat batasan permasalahan agar tidak menyimpang dari spesifikasi dan kemampuan alat yang dibuat. Pembatasan masalah tersebut adalah :

1.    Alat ini berfungsi untuk menyeleksi kemasan botol bahan gelas berlabel dan tidak berlabel menggunakan sensor cahaya (photodioda), dan keluarannya motor servo.

2.    Alat ini juga bisa menghitung jumlah botol yang telah diseleksi dengan keluaran LCD.

II.    DASAR TEORI

2.1.       Arduino Uno

Arduino Uno adalah board mikrokontroler berbasis ATmega328 (datasheet). Memiliki 14 pin input dari output digital  dimana 6 pin input tersebut dapat digunakan sebagai output PWM dan 6 pin input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack power, ICSP header, dan tombol reset. Untuk mendukung mikrokontroler agar dapat digunakan, cukup hanya menghubungkan Board Arduino Uno ke komputer dengan menggunakan kabel USB atau listrik dengan AC yang ke adaptor DC atau baterai untuk menjalankannya.

  

Gambar 1. Arduino Uno

Arduino Uno R3 berbeda dengan semua board sebelumnya karena Arduino Uno R3 ini tidak menggunakan chip driver FTDI USB-to-serial. Melainkan menggunakan fitur dari ATMega 16U2 yang diprogram sebagai konverter USB-to-serial. 

Tabel 1. Deskripsi Arduino Uno R3

Mikrokontroler	ATMega 328
Operating Voltage	5 V
Input Voltage (recommended)	7 – 12 V
Input Voltage (Limit)	6 – 20 V
Digital I/O Pins	14
Analog Input Pins	6
DC Current per I/O Pin	40 mA
DC Current for 3,3 V Pin	50 mA
Flash Memory	32 KB
SRAM	2 KB
EPROM	1 KB
Clock Speed	16 MHz

 Digunakan Arduino UNO mengingat untuk alat ini hanya membutuhkan 10 pin I/O.

2.2.       Photodioda

Photodioda adalah jenis dioda yang berfungsi mendeteksi cahaya (peka cahaya). Jenis cahaya yang dapat dideteksi photodioda yaitu infra-merah, cahaya tampak, ultraviolet, sampai sinar-X.

Gambar 2. Bentuk fisik photodioda

Perbedaan photodioda dengan dioda biasa adalah besaran “Arus Bocor” pada photodioda dipengaruhi intensitas cahaya yang diterimanya. Semakin banyak intensitas yang diterima, semakin besar arus bocor pada sambungan PN, dan sebaliknya.

Gambar 3. Simbol Photodioda

-       Penggunaan photodioda dalam rangkaian yaitu :

1.        Pada saat keadaan banyak cahaya

 

Gambar 4. Keadaan banyak cahaya

Arus Bocor pada sambungan PN Besar, sehingga banyak arus yang mengalir ke Ground. Akibatnya tegangan yang masuk ke pin ADC [A0] Arduino Semakin Kecil.

2.        Pada saat keadaan sedikit cahaya

Gambar 5. Keadaan sedikit cahaya

Arus Bocor pada sambungan PN Kecil, sehingga sedikit arus yang mengalir ke Ground. Akibatnya tegangan yang masuk ke pin ADC [A0] Arduino Semakin Besar.

2.3.       Dioda Laser

Laser adalah suatu alat yang dapat memancarkan gelombang elektromagnetik melewati suatu proses yang dinamakan emisi spontan. Seperti halnya LED, jenis dioda ini memancarkan cahaya dengan panjang gelombang tertentu. Istilah laser merupakan singkatan dari light amplification by stimulated emission of radiation. Berkas laser umumnya sangat koheren, yang mengandung arti bahwa cahaya yang dipancarkan tidak menyebar dan rentang frekuensinya sempit (monochromatic light). Laser merupakan bagian khusus dari sumber cahaya.

      

Gambar 6. Bentuk fisik dioda laser

                          

Gambar 7. Simbol dioda laser

Umumnya, sumber cahaya memiliki emisi (pancaran elektron) yang tidak koheren (berhubungan), spektrum frekuensi lebar, dan fasanya bervariasi (acak). Seperti pada gambar dibawah ini : 

Gambar 8. Cahaya biasa

Berbeda dengan laser, emisi dikuatkan, spektrum frekuensi  dipersempit, fasanya disearahkan (diseragamkan). Sehingga hal ini menyebabkan cahaya dari laser lebih kuat. Seperti dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

Gambar 9. Cahaya Laser

-       Penggunaan diode laser dalam rangkaian yaitu :

1.        Keadaan botol tidak berlabel. 

                               

Gambar 10. Botol tidak berlabel

Pada saat keadaan botol tidak berlabel, sinar laser akan menembus botol. Hal ini mengakibatkan photodioda terkena cahaya, sehingga arus bocor besar dan tegangan keluaran kecil.

2.        Keadaan botol berlabel

                                       

                                     Gambar 11. Botol berlabel

Berbeda pada saat keadaan botol berlabel, sinar laser tidak akan menembus botol. Sehingga photodioda tidak terkena cahaya, mengakibatkan arus bocor yang kecil dan tegangan keluaran besar.

Tegangan keluaran dibaca dengan ADC pada arduino dan dibandingkan dengan suatu nilai referensi, dan hasilnya sebagai indikasi apakah botol berlabel atau tidak berlabel.

2.4.       Motor Servo

Motor Servo merupakan salah satu jenis aktuator putar yang menggunakan Motor DC sebagai penggerak dan dilengkapi susunan gear dan rangkaian kendali posisi didalamnya.

Ada 2 jenis motor servo, yaitu:

1.    Motor servo standar (standart) bergerak dalam jangkauan sudut 180 derajat.

2.    Motor servo kontinyu (continunous) bergerak dalam jangkauan putar 360 derajat.

Gambar 12. Bentuk fisik motor servo

Untuk menggerakan motor servo, dilakukan dengan memberi pulsa dengan periode 20 ms (milidetik) dan lama pulsa “tinggi” antara 1 ms sampai dengan 2 ms. Contoh:

Gambar 13. sinyal kendali servo

-       Pulsa 1 ms, akan memutar motor servo ke kiri.

-       Pulsa 1,5 ms, akan menggerakan servo ke posisi tengah (netral).

-       Pulsa 2 ms, akan memutar motor servo ke kanan.

Penggunaan motor servo dalam rangkaian yaitu alat ini menggunakan motor servo standar dengan lingkup gerak 180 derajat. Dikarenakan tuas pendorong botol harus berhenti pada posisi sudut tertentu (sesuai dengan yang diinginkan). Mengingat motor servo kontinyu hanya dapat berputar ke kiri, berhenti, dan berputar ke kanan namun tidak dapat berhenti pada posisi yang ditentukan.

2.5.       Limit Switch

Limit switch adalah suatu alat yang berfungsi untuk memutuskan dan menghubungkan arus listrik pada suatu rangkaian, berdasarkan struktur mekanik dari limit switch itu sendiri.  Limit switch memiliki tiga buah terminal, yaitu: central terminal, normally close (NC) terminal, dan normally open (NO) terminal. Sesuai dengan namanya, limit switch digunakan untuk membatasi kerja dari suatu alat yang sedang beroperasi. Terminal NC, NO, dan central dapat digunakan untuk memutuskan aliran listrik pada suatu rangkaian atau sebaliknya.

Gambar 14. Bentuk fisik limit switch

Perbedaan limit switch dengan switch secara mekanik yaitu pada limit switch terdapat pegas dan tuas. Apabila tuas ditekan/tertekan, kontak COM-NO akan terhubung.

Gambar 15. Konstruksi dan simbol limit switch

Penggunaan limit switch dalam rangkaian yaitu sebagai berikut :

Pada alat ini digunakan untuk mengetahui apakah ada botol yang diletakkan atau tidak. Konfigurasi rangkaian “aktif rendah” dan menggunakan resistor pull up internal.

1.   Pada saat keadaan tidak ada botol

Gambar 16. keadaan tidak ada botol

Pada saat tidak ada botol limit switch tidak tertekan, sehingga menyebabkan arus dari Vcc menuju port melalui R Pull Up dan pin D9 berlogika “1” (tidak ada botol).

2.    Pada saat keadaan ada botol

Gambar 17. keadaan ada botol

Pada saat ada botol limit switch tertekan, sehingga menyebabkan arus dari Vcc melalui R Pull Up akan diteruskan menuju Ground dan pin D9 berlogika “0” (ada botol).

2.6.       Push Button (Tactile Switch)

Push button disebut juga tombol “Push On”, dimana kontak-kontak dari push button ini akan terhubung pada saat tuas dari tombol tersebut ditekan. Dan akan kembali terputus saat dilepas. 

Gambar 18. Bentuk fisik push button (tactile switch)

Hanya terdapat 1 atau 2 pasang kaki yang berfungsi sama halnya seperti kaki COM dan NO pada saklar/switch pada umumnya.

Penggunaan push button dalam rangkaian yaitu sebagai berikut :

Pada alat ini digunakan untuk mengetahui apakah tombol reset ditekan atau tidak. Konfigurasi rangkaian “aktif rendah” dan menggunakan resistor pull up internal.

1.    Tombol reset tidak ditekan

Gambar 19. keadaan tombol reset tidak ditekan

Pada saat tombol reset tidak ditekan arus dari Vcc menuju port melalui R Pull Up, mengakibatkan pin D9 berlogika “1” (jumlah tidak di reset).

2.    Tombol reset ditekan

Gambar 20. keadaan tombol reset ditekan

Pada saat tombol reset ditekan arus dari Vcc melalui R Pull Up diteruskan menuju Ground, mengakibatkan pin D9 berlogika “0” (jumlah di reset).

  

2.7.       Penampil Karakter LCD 16x2

LCD (Liquid Crystal Display) adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk menampilkan informasi berupa gambar atau tulisan pada media tampil yang umumnya terbuat dari kaca.

Bahan yang digunakan untuk menampilkan informasi tersebut adalah kristal cair, yang dapat dipengaruhi arus listrik. Pada LCD umumnya terdapat rangkaian elektronik yang berfungsi untuk menyimpan data sementara yang akan ditampilkan, dan juga untuk mengaktifkan kristal cair tersebut.

Gambar 21. Bentuk fisik LCD

Penggunaan LCD dalam rangkaian :

Pada alat ini digunakan untuk menampilkan pesan awal, dan informasi jumlah botol berlabel dan tidak berlabel yang terhitung.

                      

Gambar 21. Tampilan Pesan Awal

                   

Gambar 22. Tampilan Pesan Awal 

III.      Metode Penelitian

1.    Persiapan

Melakukan penelitian dan studi kasus mengenai masalah terkait.

2.    Perencanaan Konseptual

Merancang konsep yang akan dikembangkan dan mulai menyusun diagram blok dari gambaran cara kerja alat yang akan dibuat.

3.    Perancangan Sistem

Metode ini terdiri dari perancangan hardware dan software. Perancangan hardware dimulai dari menentukan komponen yang diperlukan melalui hitungan. Kemudian pembuatan skematik rangkaian melalui software eagle. Perancangan software dilakukan dengan merancang flow chart, serta algoritma program.

4.    Pembuatan Alat

Dimulai dengan pembuatan rangkaian di PCB kemudian pembuatan program.

5.    Pengujian Alat

Memastikan bahwa alat bekerja dengan respon sesuai yang diinginkan.

6.    Analisa Hasil Pengujian

Hasil dari pengujian alat dianalisa dan dibandingkan dengan rencana dan tujuan awal penelitian. Apabila terjadi error maka dicari penyebab serta menjari solusi yang paling efektif agar alat dapat bekerja dengan lebih baik lagi.

7.    Penyajian Alat

Penyajian alat pada para penguji dan pembuatan laporan hasilnya.

IV.      Hasil Rancangan
               4.1.  Skema Rangkaian

Gambar 23. Skema rangkaian keseluruhan

Gambar 24. Skema rangkaian catu daya

4.2.            Diagram Pengawatan

-          Pengawatan Dalam

Gambar 25. Diagram pengawatan dalam

-          Pengawatan Luar

Gambar 26. Diagram pengawatan Luar

V.         Cara kerja alat secara keseluruhan

Alat ini berfungsi untuk menyeleksi botol berlabel dan tidak berlabel. Ketika botol diletakkan diatas limit switch, laser bekerja. Apabila photodioda menerima banyak cahaya, berarti botol tersebut tidak berlabel. Kemudian motor servo akan menggerakkan botol ke kiri. Dan jumlah botol ini akan ditampilkan pada LCD. Begitu pula sebaliknya, apabila phodioda menerima sedikit cahaya, ini mengindikasikan bahwa botol tersebut berlabel. Sehingga motor servo akan menggerakkan botol ke kanan. Sesuai dengan program yang telah dibuat. Setelah itu motor servo akan kembali ke tengah. Kemudian ditampilkan jumlah botol yang telah terseleksi akan ditampilkan di LCD. Pada alat ini juga terdapat tombol reset yang berfungsi untuk mereset jumlah botol berlabel dan tidak berlabel yang ditampilkan di LCD. Selain itu apabila listrik padam, ketika dinyalakan lagi alat ini akan tetap menyimpan jumlah botol berlabel dan tidak berlabel yang telah diseleksi sesuai dengan jumlah awal sebelum listrik padam.

VI.      Diagram Alir dan Diagram Blok 

Gambar 27. Diagram alir sistem

Gambar 28. Blok diagram sistem

VII.   Hasil Pengujian

Setelah dilakukan pengujian alat ini dapat bekerja dengan baik sesuai dengan perencanaan awal. Ketika limit switch mendeteksi ada botol, kemudian photodioda menerima banyak cahaya, mengindikasikan botol tidak berlabel maka motor servo akan menggerakkan botol ini ke kiri, kemudian motor servo kembali ke tengah. Jumlah botol tidak berlabel akan ditampilkan di LCD. Kemudian apabila ketika limit switch mendeteksi adanya botol, dan photodioda menerima sedikit cahaya. Hal ini mengindikasikan botol berlabel, sehingga motor servo akan menggerakkan botol ke kanan kemudian kembali ke tengah. Dan jumlah botol berlabel akan ditampilkan di LCD. Ketika ingin mereset jumlah botol yaitu dengan menekan tombol reset yang ada pada alat ini, maka jumlah botol berlabel maupun tidak berlabel akan kembali ke 0 semua. Kemudian apabila sumber listrik dimatikan, ketika dihidupkan kembali maka jumlah botol yang ditampilkan di LCD akan tetap jumlahnya seperti sebelum sumber listrik dimatikan.

Gambar 29. Tabel Masukan Luaran

Gambar 30. Tampak depan

Gambar 31. Tampilan atas

Gambar 32. Tampak samping

VIII.    Kesimpulan

Setelah dilakukan perancangan, pembuatan, serta pengujian dan analisis ,dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1.    Photodioda mendeteksi botol berlabel dan tidak berlabel yaitu apabila photodioda menerima banyak cahaya dari laser ini mengindikasikan bahwa botol yang diletakkan di limit switch tersebut tidak berlabel tetapi apabila photodioda menerima sedikit cahaya dari laser, maka hal ini dapat mengindikasikan bahwa botol yang diletakkan di limit switch tersebut berlabel.

2.    Pada saat alat padam atau tidak ada arus listrik alat ini menyimpan jumlah botol yang telah diseleksi di EEPROM. Jadi, ketika dinyalakan kembali jumlah botol yang telah diseleksi akan sama seperti sebelum listrik padam atau tidak ada arus listrik.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Tutorkeren. (2016). Motorservo. [Online]. Tersedia: https://tutorkeren.com/artikel/tutorial-lengkap-mengontrol-motor-servo-dengan-arduino.htm [11 Oktober 2016]

[2] Kelas Mikrokontrol. (2016). Bahasa pemograman Arduino [Online] Tersedia: http://www.kelas-mikrokontrol.com/e-learning/mikrokontroler/bahasa-pemrograman-arduino.html [12 Oktober 2016]

[3] Push Button. (2016). Pengertian push button. http://blog.unnes.ac.id/antosupri/pengertian-push-button-switch-saklar-tombol-tekan/  [12 Oktober 2016]

FERYAN ROMADHON

Penulis dilahirkan di Boyolali, tanggal 27 Februari 1993. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SD N 1 Gumukrejo, SMP N 1 Banyudono, dan SMK N 2 Surakarta. Tahun 2011 penulis menyelesaikan pendidikannya di STM, Pada tahun 2014 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM 3.32.14.2.05 Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa via email: feryan.romadhon@gmail.com

ISTIKA ISNA DAMAYANTI

Penulis dilahirkan di Sukoharjo, tanggal 3 Januari 1997. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SD Negeri Langenharjo 1, SMP N 1 Sukoharjo, dan SMA N 1 Sukoharjo. Tahun 2014 penulis menyelesaikan pendidikannya di SMA. Pada tahun 2014 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM 3.32.14.2.09 Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa via email: istikaisna09@gmail.com

TAUFIQ MIFTAKHUL HUDA

 Penulis dilahirkan di Semarang, tanggal 4 Januari 1996. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SD Negeri Perumnas Banyumanik, SMP Eka Sakti Semarang, dan SMK Hidayah Semarang. Tahun 2014 penulis menyelesaikan pendidikannya di SMK,  Pada tahun 2014 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM. 3.32.14.2.19 Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa via email: taufiqmiftakhulhuda@gmail.com

Nama pengajar Samuel BETA. Beliau mengajar di program studi Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Semarang. Email : sambetak2@gmail.com

• Lihat Program disini | Unduh Program disini 
• Lihat Presentasi disini
• Lihat Jurnal disini | Unduh file pdf disini