## Perancangan Sensor Kapasitor Dan Penggunaan Sensor Warna Sebagai Pendeteksi Tingkat Kematangan Biji Kopi Kawi Roasting Menggunakan Logika Fuzzy Berbasis Arduino
Bahril Ilmid Nugroho 1 , Azam Muzakhim 2 , Lis Diana 3 1,2 Program Studi Jaringan Telekomunikasi Digital,
3 Program Studi Teknik Telekomunikasi, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Malang, Indonesia
1 bahrililmidnugroho@gmail.com , 2 azam@polinema.ac.id , 3 lisdianamustafa16@gmail.com
Abstract — Coffee is one of the most popular drinks in Indonesia because of its taste and aroma. Coffee in its presentation has different types which are determined by the coffee beans maturity level during roasting, including light roast, medium roast and dark roast. Each of the three types of roasting profiles has a different level of moisture in the beans. The use of a roaster machine to determine the coffee beans maturity level often uses temperature and roasting time settings. Knowing the capacitance value in determining the roasting l evel is expected to increase the accuracy of the roasting level. In this study, a capacitor sensor consisting of two parallel copper plates was  designed  to  determine the roasted coffee beans maturity level. The frequency value and color sensor in the system were used to determine the basic value of the classification of Kawi  coffee beans  maturity level  in the fuzzy system. Based on the results, namely at a parallel cap acitor sensor distance of 2 cm, the oscilloscope readings of dark maturity have a frequency range between 201KHz - 213KHz, medium in the range 179KHz - 206KHz and light 178KHz - 200KHz. Meanwhile, the Arduino frequency counter readings at the dark maturity level in range of 204KHz - 234KHz, medium in range of 210KHz - 227KHz and light at 205KHz - 223KHz. The results of the maturity level classification of Kawi coffee beans with fuzzy values for dark < 43.50, 43.50 < medium < 174 and light > 174 . Keywords — Coffee Roasting, Capacitance Sensor, Fuzzy, Arduino
Abstrak —Kopi  merupakan  salah  satu  minuman  yang  sangat  di  gemari  di  Indonesia  karena  rasa  dan  aromanya.  Kopi  dalam penyajiannya memiliki jenis berbeda yang ditentukan oleh tingkat kematangan biji kopi saat roasting antara lain light roast, medium roast dan dark roast. Dari ketiga jenis profil roasting tersebut  masing-masing  memiliki tingkat kadar air dalam biji yang berbeda. Penggunaan mesin roaster untuk menentukan tingkat kematangan biji kopi sering menggunakan pengaturan temperatur dan waktu roasting. Dengan mengetahui nilai kapasitansi dalam menentukan tingkat roasting diharapkan akan menambah keakurasian tingkat roasting.  Pada  penelitian  ini  dirancang  sebuah  sensor  kapasitor  yang  terdiri  dari  dua  keping  plat  tembaga  yang  sejajar  untuk menentukan  tingkat  kematangan  biji  kopi  yang  telah  diroasting.Nilai  frekuensi  dan  sensor  warna  pada  system  digunakan  untuk menentukan  nilai dasar  klasifikasi tingkat  kematangan biji  kopi  kawi pada  system fuzzy. Berdasarkan  hasil penelitian yakni pa da jarak sensor kapasitor sejajar sebesar 2cm pembacaan osiloskop tingkat kematangan dark memliki range frekuensi antara 201 KHz- 213 KHz, medium pada range 179 KHz- 206 KHz  dan light 178 KHz- 200 KHz. Sedangkan pada pembacaan frequency counter arduino pada tingkat kematangan dark memiliki range 204 KHz- 234 KHz, medium pada range 210 KHz- 227 KHz dan light pada 205 KHz- 223 KHz. Hasil klasifikasi jenis tingkat kematangan biji kopi kawi dengan nilai fuzzy untuk dark < 43.50, 43,50 < medium < 1 74  dan light  > 174 . Kata Kunci —Kopi sangria, Sensor Kapasitor, fuzzy, Arduino

## I. PENDAHULUAN
Kopi merupakan salah satu minuman yang sangat di gemari oleh masyarakat Indonesia karena rasa dan aromanya. Minuman ini di gemari oleh segala umur secara turun temurun. Jenis kopi yang ada di Indonesia memiliki ciri khas tersendiri tergantung dari kontur tanah,  letak ketinggian tanah terhadap permukaan laut,  cara  penanaman  hingga  proses  pemanenan.  Dalam penentuan lokasi tanam untuk tanaman kopi di Indonesia   saat ini   umumnya   dapat   tumbuh   baik   pada ketinggian tempat di  atas  700  m  di  atas  permukaan  laut  (dpl)  [1].  Untuk penanaman  pada  tanaman  kopi ada  beberapa  hal yang  harus dilakukan seperti pengajiran,  jarak tanam,  lubang
tanam, pengendalian  erosi  hingga penaung untuk memaksimalkan hasil panen [2].
Biji kopi dari setiap jenis kopi dalam penyajiannya memiliki beberapa  jenis  yang  ditentukan  oleh  tingkat  kematangan  biji kopi saat di roasting antara lain light roast, medium roast dan dark roast Proses roasting adalah proses pembentukan rasa dan aroma pada biji kopi. Apabila biji kopi memiliki keseragaman dalam ukuran,  specific gravity,  tekstur,  kadar air  dan struktur kimia, maka  proses  penyangraian  akan  relatif  lebih  mudah untuk  dikendalikan.  Kenyataannya,  biji  kopi  memiliki perbedaan  yang  sangat  besar,  sehingga  proses  penyangraian merupakan seni dan memerlukan ketrampilan dan pengalaman sebagaimana permintaan konsumen [3].
Dalam proses menyangrai biji kopi di dalam mesin roaster memerlukan  beberapa  kalibrasi  yaitu  berupa  suhu  dan  waktu berdasarkan profil roasting mana yang akan dipilih. Untuk light roast menggunakan fast roast yaitu  antara  8-9  menit, medium roast  menggunakan complex roasting antara 12-13 menit  dan dark  roast  menggunakan slow  roasting  dengan kisaran waktu 14-15 menit. Pengaturan suhu tergantung pada masa jenis dari biji kopi yang akan diroasting semakin besar masa jenis maka semakin besar pula suhu yang akan digunakan [1].
Perbedaan  biji  kopi  yang  telah  diroasting  berdasarkan profilnya dapat  dilihat  langsung ,  semakin gelap  biji kopinya maka semakin pahit rasanya namun dalam penyajiannya yang sangat penting adalah rasa dan aroma dari kopi tersebut dan ini berhubungan dengan bnyaknya kadar air yang tersisa di dalam jenis  masing-masing  biji  kopi tersebut  .  Dengan  mengetahui nilai kapasitansi dari setiap profil roasting tersebut diharapkan dapat  menjadi  variable  tambahan  dalam  penentuan  dan klasifikasi  profile  roasting  biji  kopi  berdasarkan  nilai kapasitansi dan frekuensi [4][5].
Salah satu caranya adalah membuat alat pendeteksi tingkat roasting  pada  biji  kopi dengan  memanfaatkan  nilai  frekuensi serta sensor warna berbasis fuzzy logic [6].
Rangkaian pendeteksi tingkat roasting terdiri dari rangkaian CMOS  4069  resistor  dan  kapasitor  (RC)  dimana  nilai  dari kapasitor  akan  berubah-ubah  sesuai  dengan  bahan  dielektrik yang  masuk  di  dalam  2  plat  logam  kapasitor  yang  nantinya akan mengubah nilai frekuensi [7][8].
Logika Fuzzy adalah suatu proses pengambilan keputusan berbasis  aturan  yang  bertujuan  untuk  memecahkan  masalah, dimana  system tersebut  sulit  untuk  dimodelkan  atau  terdapat ambiguitas  dan  ketidak  jelasan  yang  berlimpah.  Kontroler logika  fuzzy  dikategorikan  dalam  control  cerdas  (intelligent control).  Unit logika fuzzy  memiliki  kemampuan menyelesaikan  masalah  perilaku  system  yang  komplek,  yang tidak dimiliki oleh kontroler konvensional [9][10]. Oleh karena itu, logika fuzzy sangat tepat digunakan untuk mendeteksi jenis biji kopi sesuai dengan tingkat roastingnya

## II. METODE

## A.  Blok Diagram Sistem
Rancangan  yang  akan  dilakukan  pada  penelitian  ini  akan ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Blok diagram sistem
• Biji    kopi    merupakan    bahan    yang    digunakan    untuk penelitian  dan  akan  mengubah  nilai  kapasitif  dari  sensor. Ada 3 jenis biji kopi yaitu light roast, medium roast dan dark roast
• Sensor    kapasitif    akan    memberikan    sebuah    nilai kapasitansi  berdasarkan  jenis  biji  roasting  yang dimasukkan.
• Sensor  Warna  akan  mendeteksi  intesitas  warna  yang ada pada biji kopi sesuai sengan warna dasar digital yang ada yaitu red, green dan blue
• Rangkaian    RC    akan    menghasilkan    sinyal    feedback yaitu berupa frekuensi resonan yang berulang ulang
• CMOS    sebagai    inverter    akan    mencharge    kapasitor melalui  gerbang  NOT  dengan  cara  mendapat  kan impedansi masukan yg besar dari salah satu gerbang.
• Osilator merupakan rangkaian yang terdiri dari RC dan IC CMOS  dimana  akan  memberikan  keluaran  yang amplitudonya  berubah  ubah  secara  periodic  dengan waktu.
• Arduino  Uno  merupakan microcontroller  yang  berfungsi untuk mendeteksi sinyal frekuensi dari osilator
• Lcd   16x2   digunakan   untuk   menapilkan   data   dari Arduino uno
Frekuensi  counter    di  rangkai    menggunakan    Arduino  dan OLED sebagai pendeteksi frekuensi

## B.  Perencanaan Hardware
Gambar  2  menjelaskan  tentang  diagram  blok  sistem pada penelitian ini.

## Gambar 2. Perancangan desain hardware keseluruhan
Gambar 3 dan Gambar 4 menunjukkan skema rangkaian dari alat pendeteksi tingkat kematangan biji kopi, sebagai berikut:

## Gambar 3. Perencanaan Sensor Kapasitor
Pada  sensor  kapasitor  menggunakan  plat  tembaga  dengan ukuran 10cm x 10 cm. Penentuan jarak pada kapasitor dibagi
menjadi  2cm,  3cm,  4cm  dan  5cm  dimana  biji  kopi  akan diletakkan di dalam sensor kapasitor dengan beberapa variasi jarak.

## Gambar 4. Rangkaian Osilator RC
Rancangan  rangkaian  osilator  RC  terdiri  dari  beberapa komponen yaitu resistor dengan nilai sebesar 33kΩ dan 100kΩ, project board,  IC  CMOS  4069,  sensor  kapasitor  dan  kabel jumper  [9].  Proses  perancangan  rangkaian  osilator  dibuat dengan menggunakan software fritzing [10][11].
Pada  rancangan  rangkaian  osilator  RC  IC  CMOS4069 menggunakan  2  gerbang  NOT  sebagai  inverter  untuk menghasilkan osilasi.         Dengan  nilai  resistor  yang  sesuai maka  kapasitor  dapat  mentrigger  gerbang  NOT  1  untuk melakukan  osilasi  kembali  dengan  memanfaatkan  delay propagasi  antara gerbang NOT 1 dan gerbang NOT 2 [12][13].
Untuk  mendeteksi tingkat  kematangan  biji kopi ada 2  cara yaitu menggunakan sensor kapasitor dan sensor warna. Sensor kapasitor dihubungkan ke rangkaian osilator RC, lalu hasil dari rangkaian osilator RC berupa frekuensi akan tersambung pada pin digital 5  di arduino.  Sedangkan pembacaan sensor  warna dibaca melalui beberapa pin digital pada Arduino, ditunjukkan pada Tabel 1 berikut ini:

## Gambar 5. Fuzzifikasi Frekuensi
• Fuzzifikasi Sensor Warna
Gambar 6. Fuzzifikasi Sensor Warna b)   Logika Fuzzy T ABEL I K ETERKAITAN P IN A RDUINO D AN P N TCS230 Pin Arduino Pin TCS230 4 S0 6 S2
7 S3
8 Out 9 S1 c)   Defuzzifikasi
Hasil output berupa klasifikasi tingkat kematangan pada biji kopi berdasarkan perubahan  nilai frekuensi dan sensor  warna yang akan tertampil pada LCD 16x2 dimana digunakan untuk tampilan  hasil  fuzzi dan  jenis  tingkat  kematangan  sedangkan OLED untuk tampilan frekuensi.

## C.  Perencanaan Fuzzy
a)   Fuzzifikasi
• Fuzzifikasi Frekuensi
(1)
Percobaan Dark Medium Light
1                 225                 227                 217 2 226 219 215 3                 225                 215                 214
4 216 211 212 5                 234                 224                 223
6 227 211 206
7                 223                 210                 211
8 204 219 209
9                 219                 210                 205
10 218 211 206 Rata-rata                           221.7             215.7             211.8 Minimal 204 210 205
Maksimal                              234                 227                 223

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN

## A.  Hasil Implementasi Hardware
Gambar  7  Sensor  Kapasitif  terdiri  dari  dua  plat  tembaga dengan ukuran 10 cm x 10 cm dengan rentang jarak yang telah di  tentukan  yaitu  mulai  dari  2cm  hingga  5cm.  Pengujian dilakukan  dengan  memasukkan  tiga  macam  tingkat kematangan biji kopi yaitu  dark,  medium dan  light  ke dalam sensor kapasitif. Dengan menggunakan dua kabel jumper yang terpasang  pada  sensor  kapasitor  rangkaian  osilator  RC  akan melakukan  proses osilasi antara dua gerbang NOT.
Gambar 7. Sensor Kapasitor

## B.  Pengujian Frekuensi
Pengujian  pada  rangkaian  osilator  RC  dilakukan  sebanyak sepuluh  kali  dengan  variasi  jarak  plat  kapasitor  antara  2cm hingga 5cm guna mengetahui berapa frekuensi yang dihasilkan. Deteksi frekuensi menggunakan dua alat  yaitu osiloskop yang langsung  terhubung  ke  rangkaian  osilator  RC  dan  frequency counter  arduino  agar  nilai  frekuensi  yang  dibaca  dapat digunakan  untuk  nilai  dasar  dalam  penenetuan  keanggotaan fuzzy.
Pengujian  dilakukan  sebanyak  sepuluh  kali  dengan  tiga macam tingkat  kematangan biji kopi yaitu  dark,  medium dan light  serta jarak antara plat  kapasitor sejajar dimulai dari 2cm hingga  5  cm  menggunakan  osiloskop  dan  frequency  counter Arduino. Diantara beberapa variasi jarak plat kapasitor sejajar yang diuji dan hasil pembacaan frekuensi pada osiloskop dan frequency  counter  arduino menunjukkan  bahwa  pada  jarak 2cm rentang  hasil pembacaan  antara  biji  kopi dark,  medium dan light tinggi dibandingkan dengan variasi jarak yang lain. Perbedaan selisih ditunjukkan pada grafik trend, Selisih yang tinggi akan   mempermudah   dalam  penentuan   keanggotaan fuzzy .

## Gambar 8. Rangkaian Osilator RC CMOS 4069
Gambar  8  menunjukkan  terdapat  rangkaian  osilator  RC CMOS 4069 yang digunakan untuk mendeteksi frekuensi dari biji kopi yang telah dimasukkan pada sensor kapasitif. 240 230
220 210 200 Jarak 2cm 0                           5                          10                         15
Dark                                     Medium Light                                     Linear (Dark) Linear (Medium)               Linear (Light)
Gambar 10. Hasil Pembacaan Frekuensi Pada Frequency Counter Arduino
Dengan Jarak plat kapasitor sebesar 2cm
. Gambar 9. Hasil Implementasi Layout Sistem IV. KESIMPULAN
1.   Nilai pada sensor kapasitor digunakan di dalam rangkaian osilator  untuk  mendapatkan  nilai  frekuensi.  Output rangkaian  osilator  berupa  frekuensi  akan  dibaca  oleh frequency  counter  pada  Arduino  yang  akan  menjadi  nilai dasar untuk sistem fuzzy. Untuk tingkat kematanngan dark meiliki  range  nilai, light dengan  range  205  KHz  –  217
KHz, medium dengan range 210 KHz – 224 KHz dan dark sebesar  218  KHz  -  234  KHz.  Pada  perhitungan  nilai kapasitansi tingkat kematangan dark meiliki nilai rata-rata 14 uF, medium dengan nilai 16 uF dan light dengan nilai 17 uF .
2.  Dalam  mengimplementasikan  algoritma  logika  fuzzy berdasarkan  dua  masukan  nilai  dasar  sistem  fuzzy  yaitu frekuensi  dan  nilai  sensor  warna  yang  didapat  maka ditentukan  nilai  keanggotaan  dari  masing-masing  tingkat kematangan biji kopi. Dalam pengujian sistem fuzzy  untuk tingkat  kematangan dark  memiliki nilai frekuensi  dengan range  nilai  keanggotaan,  Dark  <  210  KHz,  210  KHz  < Medium < 215 KHz dan light 219 KHz< Light. Sedangkan pada  sensor  warna  dalam  pengujian  sistem  fuzzy  untuk tingkat kematangan dark memiliki range nilai keanggotaan, Dark < 116 , untuk medium dengan range 116 < Medium < 136 dan dark dengan range 136 < Light.
3.  Hasil  pengujian    alat    dengan    logika    fuzzy    secara keseluruhan pada penelitian telah menunjukkan kesesuaian antara nilai masukaan sensor warna dan rangkaian osilator terhadap hasil klasifikasi jenis tingkat kematangan biji kopi kawi  dengan  nilai  fuzzy  untuk  dark  <  43.50  ,  43,50  < medium < 174  dan light  > 174. Tingkat kesesuaian antara nilai masukan dan hasil keluaran sebesar 90%.

## REFERENSI
[1] Layla Febri H, Yuliana Setiarini, Haki Midia , "Alat Pendeteksi  Kualitas  Biji  Kopi  Papain(Kopi  Citarasa Kopi  Luwak  Tanpa  Menggunakan  Luwak)  Dengan Metode Pengukuran Nilai Kapasitansi”,  2015.
[2] A.    Windiarto  and  K.    Wardani,  “Rancang  Bangun Voice  Over  Internet  Protocol  dan  GSM  Gateway Berbasis Raspberry Pi”, 2019.
[3] F.   Hidayat,   “IMPLEMENTASI   FUZZY   PADA SISTEM PENGIDENTIFIKASI”, 2018.
[4] L.  D.  Mustafa,  S.  H.  Susilo,  and  R.  H.  Y.  Perdana, “Detection of Salak Chips readiness on vacuum frying machines based on vacuum pipe temperature and frying time,” in IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2020, vol. 732, no. 1.
[5] R.  Arissandi,  D.  I.  E.  Yudaningtyas  MT.,  and  M.  Ir. Retnowati,  “Implementasi  Kontrol  Logika  Fuzzy (KLF)  Sebagai  Pengendali  Suhu  Sistem  Pasteurisasi Kuning Telur Cair”, 2014.
[6] I.  Sofi’i,  “Rancang  Bangun  Mesin  Penyangrai  Kopi dengan Pengaduk Berputar”, 2014.
[7] N. Joko, J. Lumbanbatu, and R. Sri, “Pengaruh Suhu dan   Lama   Penyangraian   Terhadap   Sifat   Fisik Mekanis Biji Kopi Robusta”, 2009.
[8] E. N. Lestariawan, “Design of Home Electrical Device Controllers Using Fuzzy Logic Based on Raspberry Pi and  the  Web”, Jurnal  Jartel,  vol.  6,  no.  1,  pp.  50-56, May 2018.
[9] A.  A.  Fahruri,  “Analisis  Dielektrik  Kapasitor  Keping Sejajar Berbahan Dasar Buah Tomat”, 2017.
[10] R. N. Alam, “ Design of System for Determining Corn Seed  Color  Quality  Standards  using  the  Fuzzy  Logic Method through the Localhost Network”, Jurnal Jartel, vol. 8, no. 1, pp. 62-70, Mar. 2019.
[11] W. Bridge, “Osilator dan Sumber Sinyal,” pp. 1–16, 2012.
[12] G.  Description  and  O.  Code,  “CD4049UBC CD4050BC  Hex  Inverting  Buffer    Hex  Non- Inverting Buffer Ordering Code ”, 1999.
[13] L.   N.   Rohmah, H.   Nugroho,  and K .   Wardani,
“Rancang Bangun Modul Pembelajaran Oscillator”, 2018.
[14] Junaidi  and  Y.  D.  Prabowo,  "Project  Sistem Kendali Elektronik Berbasis Arduino", 2018.
[15] D.  A.  Rahmawati,  “Penerapan Fuzzy Logic Dengan Menggunakan Metode Mamdani Untuk Memprediksi Kualitas Kopi,” 2015.