MODUL TIMBANGAN BUAH DIGITAL BERBASIS MIKROKONTROLER ARM NUC120

 MODUL TIMBANGAN BUAH DIGITAL BERBASIS MIKROKONTROLER ARM NUC120

Hirias Pirono¹, Mareta Yuniarsari², M. Khoirul Umam³, Samuel BETA Kuntardjo⁴.  Program Studi Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Semarang. Jl. Prof. H. Soedarto, S.H. Tembalang, Semarang 50275

E-mail :hirias.pirono@gmail.com¹, mareta_yuniars@ymail.com², k_umam26@yahoo.com³, sambetak2@gmail.com⁴ .

Abstrak

Untuk memudahkan mengukur berat suatu buah, dibutuhkan modul timbangan buah digital untuk menghasilkan hasil pengukuran yang lebih presisi. Dalam penelitian ini dibuatlah aplikasi modul timbangan buah digital berbasis Mikrokontroler ARM NUC120 dengan masukan sensor berat load cell  dengan luaran berupa display Liquid Crystal Display (LCD). ARM adalah arsitektur prosesor 32 bit yang dibuat oleh ARM Holding dan dilisensikan untuk diproduksi oleh berbagai vendor di dunia termasuk AMD, Atmel, Freescale, Nuvoton, Nvidia, NXP, Samsung, ST Micro, dan TI. Prosesor ARM digunakan pada perangkat smartphone, tablet, dan embedded system.Sensor berat ini mampu mengukur berat buah dengan batas maksimum 5kg setelah itu hasil pembacaan sensor  dikuatkan dengan IC HX711. Kemudian luaran yang ditampilkan pada LCD yaitu menampilkan hasil pengukuran berat buah yang diukur .  

Kata Kunci : ARM NUC120, Sensor load cell, IC HX711, LCD.

Abstract

To facilitate measuring the weight of the fruit, the fruit scales digital modules needed to produce a more precise measurement results. In this study made an application module scales ARM Microcontroller based digital fruit NUC120 with heavy load cell sensor input with an output of display Liquid Crystal Display (LCD). Weight sensor is capable of measuring the weight of fruit with a maximum limit of 5kg after the sensor readings confirmed by IC HX711. Then the output is displayed on the LCD which displays the measurement results measured fruit weight.

Keywords: ARM NUC120, load cell sensor, HX711 ICs, LCD.

1.  PENDAHULUAN

1.1    Latar Belakang

Pengukuran berat suatu buah sering menjadi hal yang penting bagi para penjual buah untuk memastikan harga yang sesuai dengan hasil timbangan yang diukur. Modul timbangan buah dipasaran umumnya masih menggunakan timbangan tradisonal (konvensional) yang seringkali masih menghasilkan pengukuran yang tidak teliti dikarenakan tidak adanya akurasi dan tingkat presisi. Selain itu alat ukur yang lain juga hanya sebuah neraca bandul atau timbangan analog yang output hasil pengukurannya hanya ditunjukkan oleh jarum penunjuk. Hasil pengukuran yang ditunjukkan oleh jarum penunjuk tidak menghasilkan hasil pembacaan yang tepat. Hasil pembacaan masing-masing orang memiliki hasil pengukuran yang berbeda.

Atas dasar permasalahan tersebut maka dibuatlah “Modul Timbangan Buah Digital Berbasis Mikrokontroler ARM NUC120” . dengan dibuatnya alat ini maka pengukuran buah menjadi mudah serta memiliki tingkat akurasi dan presisi yang tinggi. Hasil pengukuran tertampil di layar LCD sehingga pembacaan juga semakin mudah dan hasil pembaca setiap orang selalu sama.

1.2    Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang diatas maka dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut :

1. Bagaimana membuat Modul Timbangan Buah Digital Berbasis Mikrokontroler ARM NUC120?
2. Bagaimana cara kerja load cell untuk pengukuran berat buah?

1.3    Ruang Lingkup

Berdasarkan rumusan masalah diatas, agar pembahasan terfokus pada perumusan masalah yang akan dibahas pada alat ini sebagai berikut :

1. Modul timbangan buah digital ini digunakan untuk mengukur berat buah dengan batas berat buah maksimum yang dapat diukur adalah 5kg
2. Load Cell sebagai sensor berat untuk mendeteksi berat buah.

1.4    Tujuan

Tujuan dari pembuatan Proyek ARM ini adalah :

1.       Merancang timbangan buah digital yang dapat mengukur berat buah secara lebih akurasi dan presisi

2.       Mengetahui cara kerja sensor berat load cell untuk mengukur berat buah.

       

2.     TINJAUAN PUSTAKA

Penjelasan dan uraian teori penunjang yang digunakan dalam membuat alat ini diperlukan untuk mempermudah pemahaman tentang cara kerja rangkaian maupun dasar-dasar perencanaan pembuatan alat. Teori – teori yang akan dijelaskan dalam bab ini meliputi ARM NUC120, load cell, IC HX711, dan LCD.

2.1.  Mikrokontroler ARM NUC120

Gambar 1. Mikrokontroler ARM NUC120

ARM adalah prosesor dengan arsitektur set instruksi 32­bit RISC (Reduced Instruction Set Computer) yang dikembangkan oleh ARM Holdings. ARM merupakan singkatan dari Advanced RISC Machine (sebelumnya lebih dikenal dengan kepanjangan Acorn RISC Machine).

Prosesor ARM sering kali ditemukan pada hampir disemua smart phone ataupun tablet. Prosesor ini terkenal memiliki pemrosesan data yang cepat serta hemat daya. Prosesor ARM Cortex-M0 didesain khusus untuk digunakan pada aplikasi mikrokontroler. Sehingga membuat mikrokontroler yang berbasiskan ARM Cortex-M0 sangat cocok untuk pengembangan aplikasi berbasis mikrokontroler.

ARM adalah arsitektur prosesor 32 bit yang dibuat oleh ARM Holding dan dilisensikan untuk diproduksi oleh berbagai vendor di dunia termasuk AMD, Atmel, Freescale, Nuvoton, Nvidia, NXP, Samsung, ST Micro, dan TI. Prosesor ARM digunakan pada perangkat smartphone, tablet, dan embedded system. Kini ARM menjadi arsitektur prosesor yang paling banyak diproduksi di dunia.

Seri arsitektur ARM terbaru terdiri dari 3 lini kelas penggunaan yaitu:

1. ARM CORTEX A untuk prosesor aplikasi umum

2. ARM CORTEX R untuk prosesor real time

3. ARM CORTEX M untuk prosesor mikrokontroler

2.2.  Load cell

Gambar 2. Load Cell

Load cell adalah komponen utama di sistem timbangan, Tingkat keakurasian dan kepresisian timbangan tergantung dari Jenis/Type/Merk Load Cell yang dipakai, sedangkan keakurasian Timbangan akan menentukan efisiensi pada dunia industri, dewasa ini setiap transaksi jual beli yang menggunakan satuan Kilogram/LB dll, diwajibkan menggunakan Timbangan yang Dilegalisasi oleh Departemen Perdagangan melalui Direktorat Metrologi yang berwenang untuk mensahkan atau melegalisasikan timbangan melalui system  TERA, diwajibkan untuk melakukan TERA maksimal setahun sekali, dikarenakan semua timbangan dalam proses pemakaiannya pada jangka waktu tertentu akan mengalami deformasi mekanis pada frame Timbangan. Dalam hal ini akan berpengaruh terhadap tingkat keakurasian dari Load Cell dan pada timbangan tersebut, sehingga harus dilaksanakan suatu  sitem kalibrasi menggunakan Test Weigh/Batu Standar dari Metrologi. Kalibrasi tersebut adalah untuk menyamakan tegangan Load Cell dibandingkan dengan Batu standar yang dibaca di Indicator Timbangan.

2.3.  IC HX711

 Gambar 3. IC HX711

hx711 24-Bit Analog-to-Digital Converter (ADC) for Weigh Scaleshx711 adalah sebuah komponen terintegrasi dari perusahaan "AVIA SEMICONDUCTOR"  http://www.aviaic.com/enindex.asp . Hx711 presisi 24-bit analog-to-digital converter (ADC) yang di desain untuk sensor timbangan digital (weight scales) dan industrial control aplikasi yang terkoneksi dengan sensor jembatan (bridge sensor).

HX711 adalah modul timbangan, yang memiliki prinsip kerja mengkonversi perubahan yang terukur dalam perubahan resistansi dan mengkonversinya ke dalam besaran tegangan melalui rangkaian yang ada. Modul melakukan komunikasi dengan computer/mikrokontroller melalui TTL232.

Kelebihan

Struktur yang sederhana, mudah dalam penggunaan, hasil yang stabil dan reliable, memiliki sensitivitas tinggi, dan mampu mengukur perubahan dengan cepat.

Aplikasi

Digunakan pada bidang aerospace, mekanik, elektrik, kimia, konstruksi, farmasi dan lainnya, digunakan untuk mengukur gaya, gaya tekanan, perpindahan, gaya tarikan, torsi, dan percepatan.

Fitur

– Differential input voltage: ±40mV(Full-scale differential input voltage is ± 40mV)

– Data accuracy: 24 bit (24 bit A / D converter chip.)

– Refresh frequency: 80 Hz

– Operating Voltage : 5V DC

– Operating current :

– Size:38mm*21mm*10mm

Prinsip Kerja

Gambar 4. Prinsip Kerja Load Cell

Prinsip kerja load cell ketika mendapat tekanan beban.

Ketika bagian lain yang lebih elastic mendapat tekanan, maka pada sisi lain akan mengalami perubahan regangan yang sesuai dengan yang dihasilkan oleh straingauge, hal ini terjadi karena ada gaya yang seakan melawan pada sisi lainnya. Perubahan nilai resistansi yang diakibatkan oleh perubahan gaya diubah menjadi nilai tegangan oleh rangkaian pengukuran yang ada. Dan berat dari objek yang diukur dapat diketahui dengan mengukur besarnya nilai tegangan yang timbul.

2.4.  LCD

Gambar 5. LCD

Display elektronik adalah salah satu  komponen elektronika yang berfungsi sebagai tampilan suatu data, baik karakter, huruf ataupun grafik.

LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu jenis media tampil yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. LCD sudah digunakan diberbagai bidang misalnya alal–alat elektronik seperti televisi, kalkulator, atau pun layar komputer. Pada postingan aplikasi LCD yang dugunakan ialah LCD dot matrik dengan jumlah karakter 2 x 16. LCD sangat berfungsi sebagai penampil yang nantinya akan digunakan untuk menampilkan status kerja alat.

                    

3.     METODOLOGI PENELITIAN

      Metodologi penelitian yang digunakan pada pembuatan Proyek ARM adalah sebagai berikut:

1.    Studi Pustaka : Merumuskan teori secara analisis dengan mempelajari buku – buku yang diperoleh dari catatan kuliah, buku – buku perpustakaan dan mempelajari media internet yang berhubungan rangkaian.

2.   Studi Laboratorium : Melakukan penelitian dan pengujian pada beberapa komponen elektronika berdasarkan data spesifikasi. Selanjutnya melakukan pengambilan data pada alat tersebut dan membandingkan dengan hasil teoritis.

3.   Metode Diskusi : Mengajukan beberapa pertanyaan kepada dosen pengajar serta rekan – rekan mahasiswa Teknik Elektronika.

4.     PERANGKAT ALAT

Bab ini membahas tentang perancangan dan pembuatan modul timbangan buah digital . Pada perancangan system ini meliputi perancangan perangkat lunak (software), dan perangkat keras (hardware).

A. Penentuan Spesifikasi Alat.

Dalam perencanaan sistem ini akan dibahas tentang kebutuhan-kebutuhan yang harus dipenuhi, agar alat ini dapat bekerja sesuai dengan apa yang direncanakan, yaitu:

1.     Mikrokontroler ARM NUC120 dapat dinyalakan dengan tegangan suplay sebesar 12V/2A, baik menggunakan batterai ataupun adaptor.

2.     Menggunakan Load cell sebagai deteksi berat buah

3.     IC HX711 digunakan sebagai penguat keluaran load cell

4.      Alat ini dapat mengukur berat benda selain berat buah

5.     Jika terjadi penambahan beban maka pengukuran berat juga otomatis bertambah.

B. Perancangan Diagram Blok

Diagram blok sistem merupakan salah satu bagian terpenting dalam perancangan dan pembuatan alat ini, karena dari diagram blok dapat diketahui prinsip kerja keseluruhan rangkaian. Tujuan lain diagram blok ini adalah memudahkan proses perancangan dan pembuatan pada masing-masing bagian, sehingga akan terbentuk suatu sistem yang sesuai dengan perancangan sebelumnya. 

Gambar 6. Diagram Blok Modul Timbangan Buah Digital.

Keterangan :

1.       Sensor load cell digunakan untuk mendeteksi berat buah

2.       IC HX711 IC HX711 digunakan sebagai penguat keluaran load cell

3.       Mikrokontroler ARM NUC120 digunakan sebagai tempat proses data/pengkondisian sinyal

4.       LCD 16x2 sebagai display tampilan pengukuran berat buah

C. Prinsip Kerja Alat

load cell mendeteksi obyek (dalam hal ini merupakan berat buah), kemudian IC HX711 mengkonversi perubahan yang terukur dalam perubahan resistansi dan mengkonversinya ke dalam besaran tegangan (sebagai penguat hasil pembacaan load cell) selanjutnya hasil pembacaan yang masih berupa data analog (masih berupa satuan berat gram dan kilogram) itu kemudian diolah di tempat proses data dan pengkondisian sinyal yaitu masuk ke pin analog ARM yang akan merubah data analog tersebut menjadi keluaran digital (dengan masuk pada pin ADC pada ARM). Setelah keluaran digital didapatkan maka akan dikuatkan dengan IC HX711, kemudian hasilnya akan ditampilkan di layar LCD 16x2.

D. Perancangan Perangkat Keras

1. Rangkaian Masukan 

Gambar 7. Rangkaian Masukan

dalam modul timbangan buah digital ini menggunakan input/masukan berupa load cell yang akan mendeteksi berat buah, selanjutnya hasil pembacaan load cell dikuatkan dengan IC Hx711, kemudian hasil penguatan IC Hx711 akan masuk ke pin analog (pin ADC) dari mikrokontroler ARM

2. Rangkaian Keluaran

Dalam merancang rangkaian luaran pada alat ini menggunakan LCD 16x2 sebagai tampilan hasil pengukuran berat buah.

Gambar 8. Rangkaian Luaran

E. Perancangan Perangkat Lunak

      Perangkat lunak ini berfungsi untuk mengatur kinerja keseluruhan dari sistem yang terdiri dari beberapa perangkat keras sehingga sistem ini dapat bekerja dengan baik. Perangkat lunak untuk alat ini menggunakan software CooCox CoIDE dari ARM Cortex M. Untuk memberikan gambaran umum jalannya program dan memudahkan pembuatan perangkat lunak, maka dibuat diagram alir yang menunjukan jalannya program. Diagram alir program ditunjukan pada gambar dibawah :

Gambar 3.2. Diagram Alir Fungsi Utama

        Cara kerja dari flowchart tersebut adalah ketika modul dihubungkan ke sumber daya, maka loadcell membaca beban buah yang terukur, kemudian IC Hx711 menguatkan hasil pembacaan load cell, setelah itu hasil penguatan itu masuk ke mikrokontroler ARM. ARM menginisialisasi port I/O dan inisialisasi pin LCD. Maka hasil pengukuran tertampil di layar LCD, dan jika terjadi penambahan beban berat maka hasil pengukuran bertambah (sehingga program berulang ke baca sensor terus) dan jika beban buah sudah tidak ditimbang (tidak ada di timbangan) maka tampilan LCD kembali reset.

5.  PENGUJIAN DAN ANALISIS

Dalam bab ini membahas pengujian dan analisis alat yang telah dirancang dari peralatan yang telah dibuat.

Gambar 9. Tampak Depan

Gambar 10. Tampak Atas (LCD)

 Gambar 11. Bagian Dalam Modul, terdapat IC Hx711

Gambar 12. Load Cell dan Timbangan untuk pengukuran berat buah

Namun kami belum mampu menyelesaikan modul timbangan berat buah ini karena kendala pada pembuatan program, kami mengalami kesulitan dalam pembuatan program karena tidak adanya library untuk IC Hx711 pada software CooCox CoIDE. Sedangkan untuk perangkat kerasnya/mekaniknya kami sudah menyelesaikannya. Ketika modul dihubungkan ke sumber daya, layar LCD menyala.

6.        PENUTUP

Kesimpulan

Berdasarkan hasil pengujian pada modul timbangan buah digital ini dapat diambil beberapa kesimpulan yaitu:

1.       Modul timbangan digital dapat mengukur berat buah sampai batas maksimum 5Kg.

2.       Hasil pengukuran tertampil di layar LCD 16x2 pada baris pertama

DAFTAR PUSTAKA

[1] Elektronika Dasar [Online] Tersedia : http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/lcd-liquid-cristal-display/

[2] Indoware [Online] Tersedia : http://indo-ware.com/blog-27-timbangan-5kg-hx711.html

[3]Load Cell Teori/Load Cell Handbook [Online] Tersedia : https://loadcellteori.wordpress.com/2011/04/05/load-cell-teori-manual-load-cell/ [04 November 2014]

[4] Kelas Mikrokontrol. (2012). Mikrokontroler ARM. [Online] Tersedia : http://www.kelas-mikrokontrol.com/e-learning/mikrokontroler/mengenal-arm-cortex%C2%ADm0.html  [2 Agustus 2012]

Nama penulis Hirias Pirono. Penulis dilahirkan di kota Kudus, 03 Mei 1994. Penulis telah menempuh pendidikan formal di TK Aisyiyahah Bustanul Athfal, SDN 02 Jatikulon, SMPN 1 Jati Semarang, dan SMA N 2 Kudus. Tahun 2012 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMA. Pada tahun 2012 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 3.32.12.1.07. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi 089502448998 atau melalui via 

hirias.pirono@gmail.com.

Nama penulis Mareta Yuniarsari . Penulis dilahirkan di kota Kendal, tanggal 09 Maret 1995. Penulis telah menempuh pendidikan formal di TK Setya Jak-Tim , SDN Malakasari 05 Pagi Jakarta Timur, SMPN 2 Patebon, dan SMA N 1 Cepiring, Kendal. Tahun 2012 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMA. Pada tahun 2012 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 3.32.12.1.10. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi 085741308405 atau melalui via email
 maretayuniars@gmail.com.

Nama penulis  Muhammad Khoirul Umam. Penulis dilahirkan di kota Kendal tanggal 7 Desember 1994. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SDN 01 Karangayu , MTs N Kendal, dan MAN Kendal. Tahun 2012  penulis telah menyelesaikan pendidikan SMK. Pada tahun 2012 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) Khusus di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM 3.32.12.1.12. Apabila ada kritik, saran dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi 089678822863 atau melalui via email

k_umam26@yahoo.com