Isi Kandungan

1. Pengeraman dan Inkubator 1

1.1 Perkembangan Embrio 2

1.2 Keadaan Pengeraman 3

2. Perkara Asas Inkubator Moden 5

2.1 Kawalan Suhu dan Kelembapan 6

2.2 Pemutaran Dulang Telur 9

2.3 Pengesan Keadaan Embrio 10

2.4 Pemantauan Berasaskan Sistem IoT 14

3 Rekabentuk Inkubator 16

3.1 Rekabentuk Mekanikal 17

3.2 Rekabentuk Elektronik dan Perisian 22

4 Rujukan 31

“Peningkatan populasi manusia menyebabkan

berlakunya peningkatan dalam permintaan

makanan dan daging unggas” – Izhar Ahmad

Pengeraman dan Inkubator

Kelembapan udara merupakanciri proses pengeraman yangkritikal, keadaan udara yangterlalu kering menyebabkan telurmengalami kehilangan terlalubanyak air ke atmosfera danmemberi kesan kepada prosespenetasan iaitu menyukarkanperkembangan embrio ataumustahil untuknya berkembang.

Kesan kelembapan yang rendahmengakibatkan telur biasanyaakan menjadi lebih ringan danruang udara dalam telur akanmenjadi lebih besar, akibatpenyejatan dari telur denganpersekitaran. Sepanjang prosespengeraman, pemantauan perludijalankan sekerap mungkin bagimengelakkan sesuatu yang tidakdiingini seperti kegagalan fungsimesin yang menyebabkankerugian. Dalam buku ini,perbincangan akan memberitumpuan kepada kajian yangdijalankan untuk meningkatkankeberkesanan inkubator.

Pengeraman adalah prosesinduk unggas seperti ayam, itik,puyuh dan sebagainyamenetaskan telur untukmembiakkan populasi. Faktoryang paling penting dalamproses pengeraman ialah suhuyang sekata yang diperlukanuntuk perkembangan embrio didalam telur sepanjang tempohtersebut.

Suhu yang sekata untuk prosespengeraman secara semulajadidiperolehi dari badan indukunggas yang duduk di atastelurnya. Kaedah ini adalahtidak berkesan dalammenghasilkan populasi yangtinggi bagi memenuhikeperluan pasaran daging yangmeningkat hari ini.

1

1

Perkembangan Embrio

Pada permulaan pengeraman,embrio menghasilkan sedikit habadan telur mesti dipanaskan. Inibermakna, suhu udara mestilebih tinggi daripada suhu telur.Apabila embrio berkembang,pengeluaran haba akibat aktivitimetabolik meningkat dan untukmengelakkan pemanasanmelampau udara di sekelilingtelur mesti disejukkan sehinggahaba dikeluarkan dari telur.

Perkembangan embrio adalahproses yang berlaku secaraberterusan dan ia dibahagikankepada tiga fasa iaitupembezaan, pertumbuhan, dankematangan. Biasanya,pembezaan organ berlakupada hari pertama pengeraman.Pertumbuhan dan kematanganorgan – organ berlaku dalamfasa pembangunan seterusnya.Setiap fasa ini memerlukantetapan tertentu danpersekitaran dalam inkubatoryang terkawal. Apabila embriobertambah, kadar metabolikmeningkat dan ini disertai olehpeningkatan pengeluaran haba.Impaknya, corak semulajadiembrio dan suhu kulit telurmenunjukkan peningkatansuhu ke arah akhir prosespengeraman. Dalam inkubatorkita mesti membezakan diantara suhu titik set, suhu udaraiaitu inkubator beroperasi dansuhu pada permukaan telur.

1.1

2

Rajah 1.1 Antara inkubator yang dibangunkan oleh penulis

Keadaan Pengeraman

Bagi meningkatkan peratusantelur subur yang baik, inkubatormesti dapat mengekalkan suhumalar. Walaupun pelbagai jenistelur memerlukan tahap habayang berbeza, kebanyakan akanmengalami prosesperkembangan dan menetasdengan baik pada suhu 99 ° Fhingga 101 ° F.

Pengudaraan adalah sangatpenting semasa prosespengeraman. Ia juga berfungsibagi megawal atau mengimbangikelembapan. Semasa prosesembrio sedang berkembang,oksigen memasuki telur melaluikulit telur dan karbon dioksidadibebaskan dengan cara yangsama. Apabila embrioberkembang, bukaan udaramelalui kulit telur akan terbukasecara beransur – ansur untukmemenuhi permintaan oksigenembrio yang meningkat.

Ciri – ciri penting prosespengeraman perlu sentiasadikawal bagi mendapatkankadar penetasan yang tinggi.Kadar penetasan yang rendahdi bawah kadar 50% biasanyaterjadi disebabkan kawalansuhu dan kelembapan beradadalam julat yang tidak wajar.Kawalan julat tidak wajarbermakna suhu dankelembapan terlalu tinggi atauterlalu rendah untuk tempohmasa pengeraman yangmengganggu pertumbuhannormal dan perkembanganembrio.

Keputusan yang lemah jugaberlaku dari pengudaraan yangtidak betul, sistem pemutarantelur yang tidak konsisten,sanitasi mesin dan sanitasitelur yang dibekalkan. Ciri – ciriutama proses pengeramanyang mesti dikawal dalaminkubator adalah suhu,kelembapan dan pengudaraan.Ketetapan suhu adalahbergantung kepada jenis teluryang dieramkan.

1.2

3

Penjagaan mesti diambil untuk mengekalkan kelembapansemasa tempoh penetasan. Lubang-lubang pengudaraan yangtidak terhalang, baik di atas dan di bawah telur, adalah pentinguntuk pertukaran udara yang betul. Jadual 1.1 menunjukkantempoh inkubasi serta tetapan suhu dan kelembapan udara bagiinkubator

JenisUnggas

Keadaan Inkubasi Penetasan

Jumlah hari Suhu°C

Kelembapan udara%RH

Hari untukdipindahkan

Ayam 21 37.5 58 18

Itik 28 37.5 58 - 62 25

Angsa 30 37.5 62 27

Puyuh (Japanese)

17 37.5 58 - 62 15

Puyuh (Bobwhite)

23 37.5 54 – 58 21

Ayam Piru 28 37.5 54 - 58 25

Jadual 1.1 Tempoh inkubasi serta tetapan suhu dan kelembapan udara bagi inkubator

4

Perkara Asas Inkubator Moden

2

Tetapan AsasAutomatik

Pilih jenis unggasPemutaran dulang telurKawalan Kelembapan

Proses InkubasiKawalan Pemanas

Kawalan KelembapanKualiti Udara

Hari Inkubasi

MULA

TAMAT

Pengesan Keadaan EmbrioMemantau perkembangan

embrio dalam telur (selepas hari ke 7 hingga ke

15 hari inkubasi)

Rajah 2.1 Carta alir proses inkubator moden

Terdapat empat perkara asas yang perlu diketahui bagi membinasebuah inkubator moden iaitu:1. Kawalan suhu dan kelembapan2. Pemutaran dulang telur3. Pengesan keadaan embrio4. Pemantauan berasaskan internet; Internet of Thing (IoT)

Rajah 2.1 menunjukkan aliran proses penuh bagi sebuah inkubatormoden.

5

menjalankan kajian pembangunanmodel sistem inkubator telur yangmampu mengeram pelbagai jenistelur dalam lingkungan suhu 35°Csehingga 40°C.

Sistem ini menggunakanpengesan suhu dan kelembapanudara yang dapat mengukurkeadaan inkubator dan secaraautomatik mengubah kepadakondisi yang sesuai untukpengeraman telur. Variasimelampau dalam suhupengeraman menjejaskan embriodan pada akhirnya, prestasipenetasan menjadi rendah. Dalamkajian ini, mentol elektrikdigunakan untuk memberikansuhu yang sesuai kepada telurmanakala kipas air dan kawalandigunakan untuk memastikankelembapan dan pengudaraanberada dalam keadaan baik.Paparan hablur cecair (LCD)digunakan untuk memaparkankeadaan status inkubator danantara muka sebagai pad kekuncidisediakan untuk memasukkanjulat suhu yang sesuai mengikutjenis telur.

2.1 Kawalan Suhu danKelembapan

Menurut Umar et al. (2016),penetasan moden adalahcontoh penyelesaian saintifikyang digunakan untukmenyelesaikan masalah biologi.Inkubator adalah alat yangmengambil alih tugas indukunggas mengeram telurdengan cara mengawal suhu,kelembapan dan pengudaraan,serta mengalihkan telur untukperkembangan embrio menjadianak unggas.

Pada tahun 2017, (Zain-Aldeenet al., 2017) menjalankan kajianpengawalan suhu dankelembapan inkubator dikawaloleh pengawal PID yang sangatfleksibel untuk mencapaipersekitaran yang diperlukan.Parameter pengawal yangterlibat adalah termasuk Kp(faktor berkadar), Ki (faktorIntegral) dan Kd (faktorDerivatif) yang bolehdisesuaikan dengan dua alat.Manakala Okpagu et al. (2016),

Kawalan Suhu dan Kelembapan

2.1

6

tindak balas sementara yangdikehendaki dari sistem apabilatertakluk kepada input langkahunit. Selepas beberapa andaiandan simulasi, satu set parameteroptimum diperolehi daripadakeputusan ujian ketiga yangmemperlihatkan penambahbaikanyang dalam nilai terlajak atas,waktu naik, masa puncak danmasa penyelesaian sehinggameningkatkan keteguhan dankestabilan sistem.

Inkubator moden hari inimemerlukan pemantauan suhuyang tepat untuk prestasi dankeluaran yang optimum.Rangkaian suhu operasi inkubatorkonvensional terletak di dalam 92° F-102 ° F (37 ° C-39 ° C). Oleh itu,kertas kerja ini membentangkanrekabentuk Sistem Inkubatorberasaskan pengawal mikro yangterbukti dengan suhu pratetap,yang mampu memantau danmengekalkan suhu pratetapoperasi menggunakan teknikpenukaran automatik.

Untuk memastikan bahawasemua bahagian telurdipanaskan oleh lampu denganbaik, motor DC digunakan untukmemutarkan rod besi dibahagian bawah dan secaraautomatik menukarkan posisitelur dari semasa ke semasa.Keseluruhan elemen dikawalmenggunakan pengawal mikro(microcontroller) AT89C52.Suhu inkubator dikekalkan padasuhu normal menggunakanpengawal PID yangdilaksanakan dalam pengawalmikro.

Model matematik inkubator,penggerak dan pengawal PIDtelah dibangunkan. Rekabentukpengawal adalah berdasarkanmodel yang telah dibangunkanmenggunakan Matlab Simulink.Model – model tersebut telahdisahkan melalui simulasi dankaedah penalaan Zeigler-Nichol diadopsi sebagai teknikpenalaan untuk mengubahparameter kawalan suhupengawal PID untuk mencapai

7

AT89S52 adalah sejenis pengawalmikro yang boleh memprosesdata dari sensor dan akanmelaksanakan elemen kawalanuntuk mengubah keadaan sisteminkubator. Projek ini adalahproduk mesra pengguna.

Sistem inkubator automatikmengandungi pengesan suhuyang dapat mengukur keadaansuhu inkubator dan secaraautomatik mengubahnyakepada keadaan yang sesuaiuntuk pengeraman telur.Kesihatan telur sangat pentinguntuk perkembangan embriodalam telur. Kawalan yang tidakbetul bermakna suhu ataukelembapan menjadi terlalutinggi atau terlalu rendah.

Dalam projek ini, pemanasringan digunakan untukmemberikan suhu yang sesuaikepada telur. Keadaan statusdalam sistem inkubator akanmuncul pada paparan skrinLCD. Untuk memastikan semuabahagian telur dipanaskan olehlampu, motor DC sangatberguna untuk memutarkantelur di bahagian bawah dansecara automatik menukarkedudukan telur. Keseluruhanelemen akan dikawalmenggunakan pengawal mikroAT89S52.

8

Kedudukan telur tertakluk kepadasudut 35, 40, atau 45 darjah,dengan kekerapan 24 kali setiaphari dalam Eksperimen 1. Angkayang berubah-ubah tidakmemberi kesan kepadapenetasan yang subur. Walaubagaimanapun, kejadian embrioyang dikelaskan secaraberasingan dan embrio meningkatsebanyak 35 °, berbandingdengan 40 dan 45 darjah sudutdalam Eksperimen 1. Telurdihantarkan sudut 35 °(darimenegak), dengan kekerapansama ada 24 kali atau 96 kalisehari, atau 45 °, dengan 24 kalibertukar dalam dua percubaan

Eksperimen 2. Data inimenunjukkan bahawa kejadianembrio melekat telah meningkatdengan sudut perubahan yangdikurangkan, tetapi kesan ini telahdiperbaiki oleh peningkatanbersamaan dalam kekerapanberubah. O. Elibol et. al (2006),menemui bahawa frekuensipemutaran telur tidakmempengaruhi daya tetas telur.

2.2 Pemutaran Dulang Telur

Mohd Badli Ramlib et al. (2015),merekabentuk danmembangunkan sistempemutaran telur mengunakanpenghantar (conveyer) bagiinkubator aliran paksa udarauntuk mengeram pelbagai jenistelur. Inkubator ini dilengkapidengan deria suhu dankelembapan untuk mengukurdan mengawal keadaan didalam inkubator.

Dewanti et. al, (2014),menyatakan kesan sudutkecondongan (dari menegak)dan interaksi dengan kekerapanberalih semasa pengeramanterhadap kesuburan, kematianembrio, dan kejadian embriodengan kepala di hujung telurkecil (malpositioned) telah dikajidalam dua eksperimen yangterdiri daripada dua ujian untukmenentukan jika sudut putarankurang daripada 45 ° bolehberjaya. Penetasan telur daripembiakan ayam komersialtelah digunakan.

Pemutaran Dulang Telur2.2

9

Spatial dan data spektrum darikira-kira 400 – 1000 nmdikumpulkan untuk setiap telurpada setiap hari pengeramandengan penghalusan untuk 550 -899 nm.

Seorang pengelas jarak jauhMahalanobis Distance (MD) dilatihdengan data spektrum dari limaset telur yang pertama, makaAnalisis Komponen Utama (PCA)dilakukan. Model ini telahdigunakan untuk tiga setseterusnya untuk pengesahanmodel dan kemudian kepada tigapuluh set telur untuk pengesahan.Kesuburan telah disahkan padahari kelima pengeraman olehproses melilin (candling). Ramalanmodel MD/PCA untuk tiga setpengesahan telur adalah: 71%ketepatan untuk Hari Mula; 63%untuk Hari Pertama, 65% untukHari Kedua dan 83% untuk HariKetiga. Untuk tiga set telurpengesahan, model MD/PCAdengan tepat meramalkan 46/90pada Hari Pertama dan 45/90pada Hari Ketiga.

2.3 Pengesan Keadaan Embrio

D.P. Smith et. al (2008),menyatakan sistem pengimejanhyperspectral dan teknikpemodelan ramalan telah dinilaiuntuk menentukan kesuburandan perkembangan embrioawal penetasan telur ayam.Telur empat induk ayam telahdikumpulkan (12 subur, 12 tidaksubur) untuk setiap lapan ujianpercubaan (n = 192) dandicatatkan pada hari 0, 1, 2 dan3 pengeraman untuk latihandan pengesahan model.

Tiga ulangan 30 telur masing-masing (dicampurkan secararawak) dikumpulkan dandicatatkan seperti di atas untukpengesahan model (n = 90).Telur diletakkan di bawah danmenegak di belakang sistempengimejan iaitu lensa,spectrograph dan kamera CCD.

Pengesan Keadaan Embrio2.3

10

Imej digital diperolehi olehkamera digital resolusi tinggidengan pencahayaan semulacahaya yang sejuk, dan bentuktelur (bentuk telur indeks, bulat,pemanjangan, masa geometrik)dan warna maklumat rata – ratarantau kuning telur seperti warna(H), intensiti (I), tepu (S) daripadawatak imej diekstrak. AlgoritmaLS-SVM digunakan untukmenubuhkan model klasifikasitelur yang subur dari telur yangtidak subur. Keputusan ujiandiperolehi dari set ujian 40menunjukkan bahawa ketepatanklasifikasi terbaik adalah 92.5%.

Dengan menggunakan set datayang sama, perbandingan prestasiantara pengelas LS-SVM denganfungsi kernel yang berbeza danyang lain pengelas berbeza telahdijalankan. Berbanding dengankernel lain, pengelas LS-SVMdengan asas radius kernelberfungsi (RBF) didapatimemperoleh ketepatan yangterbaik dan memberikanketepatan yang lebih baik, lebih

Data menunjukkan bahawamodel MD/PCA tertentu yangdigunakan tidak sesuai untukmeramalkan kesuburan danawal perkembangan embrio.

Zhihui Zhu and Meihu Ma (2011),menerangkan keupayaan untukmengenal pasti telur subursecara automatik sebelumpengeraman akanmembolehkan penyingkirantelur yang tidak subur,sekaligus mendatangkankeuntungan yang tinggi kepadapenetasan dengan kualiti ayamyang lebih baik dan jumlahpatogen yang lebih rendahterhadap pencemaran anakayam. Kaedah berdasarkanpenglihatan mesin dan mesinvektor sokongan sekurang-kurangnya (LS-SVM) untukpengenalan telur subursebelum pengeramandicadangkan.

11

Tambahan pula, ia melampauireka bentuk dan menerangkanpenyelesaian yang sah mengenaikeselamatan pekerjaan dankekurangan zat makanan yangboleh muncul keranapelaksanaan reka bentuk inovatifini.

Berdasarkan kajian Akanji et. al(2015), membentangkanrekabentuk sistem untuk prosesmelilin telur berasaskanberasaskan pengawal mikro.Sistem yang dipadukan denganmesin penetasan automatiklengkap, menggunakan IRpemancar dan penerima TSOPyang sangat sensitif. Isyarat 40KHz melalui telur dan diterima dihujung yang lain. Penyimpananisyarat dalam kekerapan yangditerima menunjukkan kehadiranembrio hidup yang menunjukkanbahawa proses penetasan perluditeruskan. Isyarat tidak jelasmenunjukkan ketiadaan hidupdalam telur dan proses penetasanditamatkan. Dua set motorstepper digunakan untukmekanisme melilin.

tinggi kelajuan berbandingdengan mesin vektor sokongan(SVM) dan back-propagation(BP) neural buatan pengelasrangkaian.Vargas Cruz Ramiro Sebastiánet al. (2018), menyatakan telurharus mematuhi proseskawalan kualiti yang ketat.Langkah pertama dalam proseskualiti adalah analisis melilintelur (candling). Melilin teluradalah prosedur tidakmerosakkan yang terdiri darimenerapkan cahaya terhadaptelur untuk mengesan kelainan.Proses ini biasanya dilakukansecara manual di kilang unggaskecil dan sederhana.

Melilin telur secara manualadalah terdedah kepadakesilapan manusia dan bolehmenyebabkan masalahkesihatan kepada pekerja. Iaadalah perlu untukmelaksanakan prosesautomatik. Kajian berikut secararingkas menerangkan perantiyang menggabungkan analisistelur ayam automatik danmanual.

12

Pangkalan data terdiri daripadaimej yang diambil dari telur dibawah keadaan pencahayaanyang berlainan. Hasilnyadibentangkan untuk menunjukkankesahihan proses visual yangdicadangkan pada sampel yangluas dari kedua-dua telur yangcacat dan tidak cacat.

S. Arivazhagan et. Al (2013)menunjukkan pemisahan teluryang cacat secara automatikdari yang berkelayakan akanmembawa kepadapengurangan yang besarterhadap tekanan visualpenggred serta peningkatanproses kawalan kualiti.

Kertas ini membentangkanteknik pemprosesan imej yangtidak memusnahkan dan kosefektif untuk mengesanpelbagai retak, kotoran dalamkulit telur dan bintik – bintikdalam darah. Retakan biasanyamempunyai pencahayaanrendah dan oleh itutransformasi topi bawahdigunakan untuk mengekstrakkeretakan dari komponenluminance imej selepastransformasi YIQ. Untukmenganggarkan kesegarantelur, imej lilin yang diperolehiditingkatkan untuk mengesanbintik-bintik darah dankemudian bilangan piksel yangdilabelkan sebagai bintik-bintikdarah dikira.

13

Pengguna dari jauh memantaunilai suhu dan kelembapan danmengawal keamatan mentolmenerusi aplikasi android dalamtelefon bimbitnya. Sebuah motorservo dipasangkan pada pemutartelur yang disimpan di dalaminkubator dan diputar mengikutmasa yang ditetapkan untukmengelakkan kuning telur darimelekat pada kulit telur dan jugauntuk menyeragamkan suhu padapermukaan telur.

Dari hasil percubaan, penetasantelur yang lebih baik dapat dicapaidengan mengawal keamatanmentol dari jarak jauh. W.S MadaSanjaya et. al, (2018), dalamkajiannya, menghuraikanpembangunan inkubator puyuhpintar. Sistem inkubatorberdasarkan pengawal mikroArduino untuk mengawal suhu,kelembapan, dan membalikkantelur puyuh secara automatik.

2.4 Pemantauan BerasaskanSistem IoT

Mala Sruthi Ba dan S. Jayanthyb(2017), menyatakan pengukurancahaya yang tepat dankuantitatif adalah pentingdalam mencipta hasil yangdiingini dalam aplikasi hariandan praktikal seperti dalamIndustri penternakan unggas.Pengukuran cahaya adalahpenting dalam memastikankecekapan proses penetasantelur. Penetasan buatan telahdigunakan di ladang ternakanuntuk menetas telur unggas.

Untuk penetasan telur yanglebih baik, suhu dankelembapan harus dikekalkandengan baik. Sistem yangdicadangkan ini dilengkapidengan sensor DHT11 yangmemantau suhu dankelembapan inkubator dandikemaskini secara berterusanke pelayan awan melalui Wi-Fi.

Pemantauan Berasaskan Sistem IoT

2.4

14

Oleh itu, sebagai tambahankepada kawalan suhu,pemantauan juga diperlukan.Pemantauan secara manual akanmengambil masa dan usahasendiri.

Kertas kerja ini bertujuan untukmembangunkan pemantau suhupada inkubator telur yangmenggunakan teknologi IoT.Umumnya, mesin inkubator telurmenggunakan haba lampu untukkekal pada suhu bilik. Data suhudiambil dari deria suhu yangdipasangkan pada pengawalmikro yang kemudiannya dihantarke dalam talian tanpa wayar (Wi-Fi). Keputusan ujian menunjukkansuhu dan data status lampu bolehdibaca dalam masa nyata (realtime) menggunakan IoT denganplatform Blynk yang juga bolehdiakses menggunakan telefonmudah alih.

Perkembangan peranti inimenjadi platform yang padaakhirnya telah berjayamemberikan kesan optimumkepada persekitaran untukproses penetasan telur(Othman S., 2001).

Di samping itu, IoT sistem bolehmembantu petani untukmemantau inkubator pintar darijauh. Pembangunan inkubatorini telah diuji untuk menetaskantelur puyuh di Ladang Quail CVSlamet, Sukabumi, Indonesia .Telur puyuh telah berjayaditetaskan sebanyak 87.55%,0.41% menetas tetapi rosak,1.84% menetas tetapi mati, dan10.20% tidak menetas oleh 490telur dalam tempohpengeraman selama 17 hari.Kartika Yuli Triastuti et. al,(2018), merumuskanpengeluaran ayam adalah salahsatu keperluan nasional.Penetasan telur adalah pentingdalam pengeluaran ayam.Prinsip penetasan telur adalahuntuk dengan menjagakeadaan suhu supaya stabil.

15

Rekabentuk Inkubator3Merujuk kepada Dieter (2009),proses rekabentuk produkmelibatkan tiga fasa utama iaitu 1.Rekabentuk konsep 2.Pembangunan, dan 3.Rekabentuk terperinci. Oleh yangdemikian, bagi meyiapkan sebuahinkubator moden. Perkara berikutadalah merupakan bahagianutama dalam rekabentukinkubator:

1. Rekabentuk Mekanikal2. Rekabentuk Elektronik3. Rekabentuk Perisian

Rekabentuk inkubator elektronikpenetasan unggas yang dipilihadalah mengambil kira faktor –faktor berikut:1. Analisis agihan suhu dan

kelembapan2. Pengaruh kadar pengeluaran

haba dari permukaan telur3. Rak inkubator dapat

dipisahkan dari perumahinkubator, dan

4. Kesan ruang penetasan

Kajian lepas menunjukkanbahawa suhu, kelembapan,pemutaran telur danpengudaraan adalahmerupakan faktor utama yangmempengaruhi kadarpenetasan. Selain dari itu,kaedah pemutaran dan jugasudut pemutaran telur turutdikaji dan didapati ia jugamempengaruhi kualiti anakunggas yang menetas.

Proses melilin adalah pentingdilakukan untuk mengenalitelur yang tidak berbenih danmemantau perkembanganembrio bagi mengenalpastitelur yang tidak berbenih ataumati. Faktor – faktor inimenunjukkan ia berkait rapatdi antara satu sama lain danmempengaruhi kadarpenetasan. Bagi menjimatkanmasa dan kos, kajianpemantauan secara IoTdijalankan bagi meningkatkankecekapan prosespengeraman.

16

Kerangka perumah yangdibangunkan adalah bersaiz 194cm x 135 cm x 183 cm. Dalamruang pengeraman iniditempatkan kipas dan pemanaspada bahagian tengah.

Kerangka dicat dengan cat antikarat. Pada rangka perumahsebanyak enam biji roda untukkerja berat telah dipasang bagimemudahkan prosesmemindahkan inkubator.

Rekabentuk mekanikal terdiridari pembangunan perumahinkubator, mereka bentukdulang telur dan kerangka rakbertingkat.

3.1.1 Perumah Inkubator

Pembinaan perumah inkubatorperlu mengambil kira faktorkecekapan pengawalan suhu,kelembapan, pengudaraan, danjuga kaedah bagi mengelakkanpersekitaran pengeraman yangdikawal di dalam inkubatortidak dipengaruhi oleh keadaancuaca persekitaran. Selain itukemudahan untuk menjalankankerja – kerja pembersihan danpenyelenggaraan adalahpenting serta dipertimbangkandalam merekabentuk perumahinkubator. Rangka inkubator NX– 5600 dibangunkanmenggunakan keluli lembutbersaiz 25 mm x 50 mm.

Rekabentuk Mekanikal3.1

Rajah 3.1 Memasang polystonepada kerangka inkubator

17

Sambungan kimpalan dicucidengan bahan khas pencucuikeluli tahan karat. Sebelum prosesmenyambung lengan dulang,lubang untuk menyambungdulang secara bertingkat ditebukterlebih dahulu. Lengan dulangdikimpal pada jig khas supayabentuk yang dihasilkan adalahseragam. Rajah 3.2 di bawahmenunjukkan proses pembuatanpemegang dulang telur.

3.1.2 Pemegang Dulang telur

Pemegang dulang telurmerupakan tempat meletakdulang plastik telur. Fungsipemegang dulang telur adalahuntuk membalikkan telurunggas pada sudut 90⁰ iaitu45⁰ ke kiri dan 45⁰ ke kanan.Fungsi pembalikkan telur iniadalah untuk menyeragamkansuhu keseluruhan permukaantelur dan juga mengelakkanembrio yang terbentuk di dalamtelur melekat pada kulit telurdan menjejaskan kualiti anakunggas yang terhasil.Pemegang dulang telurdiperbuat dari keluli tahan karat(stainless steel) bersaiz 16 mm x16 mm. Terdapat tiga saizpemegang dulang yang dibinauntuk memuatkan dulangplastik telur mengikut bilanganantara 250 biji, 160 biji dan 88biji telur unggas. Prosespembuatannya dimulai denganmengimpal lengan dulang padakedua hujungnya yangbersudut 120° dengan tujuanuntuk mengurangkan jumlahdaya yang dikenakan untukmenggerakkannya.

Rajah 3.2 Pemegang dulang telur.

18

Bagi mengurangkan geseran danmelancarkan pergerakan aci ini,empat galas jenis bebola (ballbaering pillow block) bersaiz10mm dipasang bagimenyokongnya. Kedua – dua aciini dihubungkan oleh empatpenghubung keluli tahan karatbersaiz 12 mm x 12 mm.

Pada penghubung keluli iniditebuk lubang bersaiz 6 mmpada jarak 125 mm di antara satusama lain bagi memasangpemegang dulang. Beberapapemegang dulang akan dipasangmengikut kedudukan lubang yangditebuk pada penghubung kelulisecara bertingkat danmembolehkan ia bergerak secaraselari. Pada bahagian bawah rakbertingkat dipasang empat rodauntuk memudahkan rakdikeluarkan dari inkubator sertamemudahkan kerja-kerjapenyelenggaraan danpembersihan.

3.1.3 Rak Bertingkat

Rak Bertingkat adalah rak untukmenempatkan beberapapemegang dulang telur supayaia dapat dibalikkan pada sudutyang telah ditetapkan secaraserentak. Kerangkanyadiperbuat dari keluli tahan karat25 mm x 25mm. Terdapat tigajenis Rak Bertingkat yangdibangunkan iaitu:

1. Rak pengeraman puyuhuntuk menempatkan 14bekas telur puyuh.

2. Rak pengeraman ayamuntuk menempatkan 30bekas telur ayam.

3. Rak pengeraman ayam piruuntuk menempatkan 16bekas telur ayam piru.

Pada bahagian atas rakterdapat satu pemasanganpendakap yang dikimpal untukmemasang mekanismapenggerak linear. Pada rak inijuga dibuat dua aci penyokonglengan dulang yang dipasangsecara berasingan iaitu padabahagian atas dan bawah.

19

3.1.4 Mekanisma PergerakanLinear

Mekanisma pergerakan lineartelah dipilih untuk membalikkandulang pada sudut 90º.Komponen mekanisma initerdiri daripada:

1. Galas jenis pillow block 10mm,

2. Aci dulu (lead shaft) dengandiameter 12 mm danpanjang 450 mm,

3. Landasan profil aluminiumdengan panjang 450 mm,

4. Blok dengan nat skru bebola12 mm

5. Rangkaian keluli.

Aci dulu dipasang padalandasan alumunium disokongoleh dua biji galas pada keduahujungnya dan ia diputarkanoleh motor arus terus padakelajuan yang bersesuaian.Putaran aci dulu ini akanmenggerakkan blok yangdipasang di tengahnya secaramendatar

Rajah 3.3 Rak bertingkat dan mekanisma pergerakan linear

Kelebihan mekanisma ini ialah:

1. Daya kilas yang dihasilkan lebihkuat.

2. Pergerakan yang lancar denganhalaju yang seragammengelakkan terjadinyagegaran kepada telur di dalamdulang.

3. Mudah untuk merekabentuksistem kawalan.

20

3.1.5 Sistem Pengudaraan

Sistem pengudaran adalahpenting bagi mengawalkelembapan udara dan jugamenukar udara di dalaminkubator. Embrio yang hidup didalam telur akan menggunakanoksigen dan membebaskankarbon dioksida. Didapati saizlubang pengudaraan juga akanmempengaruhi kelembapan didalam inkubator. Bagi inkubatorCP1E – 3000 dan CP1E – 600pengudaraan dihasilkan denganmemasang satu kipas tiga inci12 VDC yang sentiasa terpasanguntuk menarik keluar udaramelalui satu lubang bersaiz 22mm pada bahagian atasbumbung. Kaedah ini jugadidapati sesuai kerana ia jugadapat mengimbangikelembapan di dalam ruangpengeraman.

Rajah 3.3 Rak bertingkat dan mekanisma pergerakan linear

Kelebihan mekanisma ini ialah:

1. Daya kilas yang dihasilkan lebihkuat.

2. Pergerakan yang lancar denganhalaju yang seragammengelakkan terjadinyagegaran kepada telur di dalamdulang.

3. Mudah untuk merekabentuksistem kawalan.

21

Tujuan HMI adalah untukmeningkatkan interaksi antaramesin dan pengendali melaluitampilan layar komputer sertamemberi kemudahan kepadapengguna mendapat maklumatsistem yang sedang beroperasi.

Rekabentuk elektronik danperisian adalah jantung kepadainkubator yang dihasilkan. Ianyamelibatkan perkakasan dansistem kawlan keseluruhanantara mesin denganpengguna.

3.2.1 Paparan Antara mukaantara Manusia dan Mesin

Paparan antara muka antaramanusia dan mesin (HumanMachine Interface) adalah suatusistem yang menghubungkanantara manusia dan teknologimesin. HMI merupakan sebuahkomputer dengan paparan dimonitor CRT atau LCD dengankeseluruhan sistem yangberoperasi dapat dilihat darilayar tersebut. HMI dilengkapidengan papan kekunci dantetikus melalui kaedahmenyentuh layarnya.

Rekabentuk Elektronik dan Perisian

3.2

Rajah 3.4 Paparan antara muka antara manusia dan mesin (HMI)

22

Pada HMI juga terdapat visualpengendali mesin berupatombol, gelongsor dansebagainya yang dapatdifungsikan untuk mengawalatau mengendalikan mesin.Selain itu dalam HMI jugadilengkapi dengan penggerajika berlaku kecemasan. Berikutadalah fungsi lain bagi HMIdalam projek inkubator yangtelah dibangunkan:

1. Mengawal suhu dankelembapan ruangpengeraman di dalaminkubator secara masasebenar tanpa perlu keluardari ruang kawalan.

2. Pengaturan (berdasarkannilai yang disetkan) suhu dankelembapan dapat diubahmengikut kesesuaian.

3. Penggera yang disediakanmeliputi Sejarah Pengera(Alarm History) danRingkasan Pengera(Summary)

4. Menampilkan grafik prosesoperasi inkubator yangberlaku.

Salah satu fungsi HMI adalah bagimemaparkan visual kejadian,peristiwa, atau pun proses yangsedang berlaku ketika inkubatorsedang beroperasi. Keadaan inimembolehkan penggunamengetahui status operasi mesindengan mudah. Dari pemantauanpengguna dapat membuatkeputusan sama ada meneruskanatau menghentikan operasiinkubator.

Rajah 3.5 Contoh paparan layar HMI

23

Penetapan kelembapanmaksimum dan minimum. Padalayar juga memaparkankeadaan operasi sistempelembab udara. Warna merahmenunjukkan menunjukkanpelembab udara berhentioperasi kerana kelembapantelah capai nilai yangditentukan.

Bacaan suhu dan kelembapanmengikut waktu sebenar (realtime). Bacaan ini adalah nilaiyang akan dipaparkan padaantara muka Grafana. Paparanpada HMI juga menunjukkanstatus operasi komponen -komponen dan kecondongandulang telur unggas.

Rajah 3.6 Paparan kawalan pelembab udara

Rajah 3.8 Paparan status operasi komponen – komponen inkubator

Rajah 3.7 Paparan suhu dan kelembapan udara

24

3.2.2 Pengawal Logik BolehAturcara (PLC)

Di dalam sistem automasi, PLCsering dianggap sebagaijantung kawalan. Semasapelaksanaan aturcara aplikasikawalan iaitu melalui tetapanyang disimpan di dalam ingatanPLC. PLC akan sentiasamemantau keadaan sistemmelalui isyarat suapbalik perantimasukan kawasan kerja.Kemudian berdasarkan logikaturcara, sebarang tindakandilaksanakan pada perantikeluaran kawasan kerja. PLCboleh digunakan untukmengawal tugasan yangmudah dan berulang – ulangataupun beberapa PLC bolehdisambung bersama denganpengawal hos atau komputerhos lain melalui rangkaiankomunikasi untukmenyepadukan kawalan prosesyang kompleks. Dalampembangunan projek ini duajenis siri PLC Omron telahdigunakan iaitu jenis CP1E danNX – 102.

PLC menyediakan prestasi yangbaik dan aplikasi mudah denganfungsi asas iaitu:

1. Input tindak balas pantas2. Sambungan mudah dengan

komputer menggunakan kabelUSB yang tersedia secarakomersil

3. Dilengkapi fungsi kaunterkelajuan tinggi dan memori

4. Saiz ingatan ialah 8k perkataan5. Dua input dan satu output,

untuk unit CPU jenis NA6. Fungsi nadi berkelajuan tinggi

I/O7. Jenis port komunikasi RS232C,

USB 2.08. Suhu operasi antara 0 ° C dan

55 ° C

Rajah 3.9 PLC CP1E - N40DT1

25

3.2.3 Sistem Pemanasan

Rajah 3.10 menunjukkangambarajah blok pengawalansuhu inkubator menggunakankaedah kawalan sistem gelungtertutup (closed loop control). Iamembolehkan pengawal utama(PLC) mengawal operasipemanas secara automatikmengikut nilai suhu yang telahditetapkan.Inkubator yang dibangunkanmenggunakan pemanas udarajenis sirip dan juga tiub fasatunggal 240 VAC. Suhu akandikawal melalui kaedahBuka/Tutup oleh PLC.

Satu unit pengesan Suhu OmronCP1W TS003 (Omron TemperatureSensor Unit) telah dipasang secarabersepadu dengan PLC di mana iaberfungsi untuk menukar isyaratanalog kepada digital. Isyaratmasukan ialah dua nilai suhu yangtelah disetkan pada HMI iaitu suhutertinggi dan terendah. Pengawalyang terdiri dari PLC dan modulCP1W TS003 akanmengimbangkan suhu di dalaminkubator dengan membandingkansuhu yang disukat oleh deria suhu(thermocouple) dengan suhumasukan. Sebarang ralat yangberlaku akan dibetulkan dengancara tindakan yang akan dilakukanoleh sistem proses yang terdiri darikomponen SSR, kipas mekanikaldan pemanas.

Rajah 3.10 Gambarajah blok sistem kawalan

26

3.2.4 Sistem Pelembab Udara

Kelembapan udara merujukkepada kandungan wap – wapair yang terdapat dalamatmosfera pada masa tertentu.Ia adalah proses persekitaranmenghasilkan wap airbergantung kepada suhu udara.Pada takat suhu tertentu makajisim udara juga mempunyaihad tertentu untuk menyerapdan menampung wap-wap airyang disejat. Kelembapan udaraterbahagi kepada dua iaitukelembapan mutlak dankelembapan bandingan.Hasil dari ujian yang telahdijalankan ke atas inkubator,

dua jenis inovasi pelembab udaratelah berjaya dibangunkanmengikut kaedah pergerakanudara panas di dalam inkubator.Inovasi pelembab udara ini terdiridari beberapa komponen yangmudah didapati iaitu:

1. Kipas mekanikal 75mm 12 VDCdan kipas 125mm 240 AC.

2. Bekas air3. Pengawal paras air4. Penutup alumunium5. Penutup bekas air

Rajah 3.11 menunjukkan kedudukanelemen pemanas, kipas utama danpelembab udara di dalaminkubator.

Rajah 3.11 Gambarajah skematik pelembab udara inovasi

27

3.2.5 Sistem Pemantauan danKawalan IoT

Sistem pemantauan IoT iniboleh dicapai pada pelayanawan (cloud server) yangmengandungi pengkalan datadan juga antaramuka(dashboard) untuk paparan nilaisemasa ciri-ciri yang dikawal.Data atau maklumat yangdihantar ke pelayan awandisimpan pada pengkalan datadan boleh dicapai di mana -mana, pada sebarang masasecara dalam talian.

Komunikasi dan penghantarandata atau maklumat olehperanti kawalan kepadapelayan awan dilaksanamenggunakan protokol OPC UAServer yang terdapat pada PLCNX – 102. Inkubator yangdibangunkan menggabungkanbeberapa fungsi kawalan yangbertindak secara automatik.

Antara fungsi yang terdapat dalamsistem ini ialah:

1. Kawalan Suhu2. Kawalan Kelembapan3. Kawalan Pergerakan dulang

telur

Kesemua parameter kawalan inidiproses dan dikawal secaraberpusat menggunakan PengawalLogik Boleh Aturcara (PLC). PLCyang digunakan menggunakanPLC CP1E-N40DT-D yangmempunyai spesifikasi sepertiberikut:

Voltan Bekalan : 24 VDCMasukan Digital: 24Keluaran : 16 ( PNP )Data Memory Capacity: 8 K wordsCommunication Port: Serial RS-232C, USBCommunication option:CompoBus/S Slave, EthernetTCP/IP, Serial RS-232C, Serial RS-422, Serial RS-485

28

Sistem ini menggunakanpengawal mikro sebagai perantipensuisan isyarat (signalconditioning) di antarakelembapan dan Optical DustSensor kepada Pengawalutama PLC membolehkanisyarat dari deria diproses untuktindakan kawalan. Sistempemantauan IoT inkubatordirekabentuk dan dibangunkansecara bersepadu di antaraPengawal Logik Boleh Aturcara(PLC) dan pengawal mikro.Pengawal Logik Boleh Aturcara(PLC) bertindak sebagaipengawal utama. Bagimewujudkan komunikasi diantara inkubator dan pelayanmaya,

Raspberry pi digunakan bersamadengan nod-RED sebagai gerbangIoT. Sistem ini terdiri dari alat deriaseperti deria suhu, deriakelembapan digital (DHT) dan deriakepadatan habuk. Bacaan deriadigunakan sebagai parameterkawalan dan ia akan dihantar ataudisimpan dalam pangkalan datapelayan. Data inkubator bersepadujuga boleh dilihat melalui papanpemuka laman web atau aplikasitelefon pintar.

Rajah 3.12 Sistem bersepadu Pengawal Logik Boleh Aturcara (PLC) dan pengawal mikro

29

Dari rajah 3.68 pengawal utamauntuk sistem adalah PLC dan iadisambung secara siri denganpengawal mikro arduino untukmenerima isyarat masukanyang terdiri dari suhu,kelembapan dan deria habuk.Pengawal menerima parameteryang telah ditetapkan sepertisuhu, kelembapan dan pemasadulang dan seterusnyamenghasilkan tindakan kawalanuntuk pemanas, pelembap danmotor arus terus pengerakdulang. Parameter yangdikawal boleh disetkan melaluiHMI menggunakan layar sentuhsiri Omron NB.

Sistem pemantauan IoT untukinkubator telur berfungsi untukmemantau ciri-ciri utamaproses pengeraman sepanjangtempoh proses tersebut.

Aplikasi ini melibatkan gateway IoTdan Raspberry Pi yangmenghubungkan data yangdikumpulkan dari pengawal danmenghantar kesemua data kepelayan awan untuk disimpandalam pangkalan data siri masamaklumat berikut:

1. Suhu pengeraman2. Kelembapan3. Kedudukan putar telur4. Kualiti udara

Semua data yangdirakam dapat diaksesmenggunakan komputer atautelefon pintar melalui GraphicalUser Interface (GUI) dari antaramuka (dashboard) menggunakanGrafana Web Dashboard.

30

Rujukan4[1] Zain-Aldeens S. A.Rahman, Farahan S.A Hussain, “Smart Incubator Based onPID Controller,” International Research Journal of Engineering and Technology(IRJET) Volume 4, Issue 3, Mar 2017.

[2] Mohd Badli Ramli, Hooi Peng Lim, Md Saidin Wahab, Mohd Faiz Mohd Zin,“Egg Hatching incubator using convayer rotation system,” 2nd InternationalMaterials,Industrial and Manufacturing Engineering Conferences, MIMEC2015, Fabuary 2015(in Bali Indonesia)

[3] Liu Hai Ling, Cai Jian Rong, Sun Li, Yuan Lei Ming, Liu Meng Lei,“Research on the Descrimination of Hatching Eggs Activity Based on ThermalImaging: A Food Nondestructive Testing Practice,”International Journal of SmartHome Volume 10, No 2 (2016).

[4] Mala Sruthi Ba, S. Jayanthyb,” Development of Cloud Based IncubatorMonitoringSystem using Raspberry Pi,” I.J. Education and Management Engineering,September 2017 MECS

[5] D.P. Smith, K.C. Lawrence and G.W. Heitschmidt,” Fertility and EmbryoDevelopment of Broiler Hatching Eggs Evaluated with a Hyperspectral Imaging andPredictive ModelingSystem,” International Journal of Poultry Science 7 (10): 1001-1004, 2008 ISSN 1682-8356

[6] O.Elibol, J.Brake, “Effect of Egg Turning Angle and Frequency During Incubationon Hatchability and Incidence of Unhatched Broiler Embryos with Head in theSmallEnd of the Egg,” Poultry Science, Volume 85, Issue 8, 1 August 2006, Pages 1433–1437

[7] W.S. Mada Sanjaya, Sri Maryanti, Cipto Wardoyo, Dyah Anggraeni, MuhamadAbdul Aziz, Lina Marlina, Akhmad Roziqin, Astuti Kusumorini, “The Developmentof Quail Eggs Smart Incubator for Hatching System based on Microcontroller andInternet of Things (IoT),”

31

[8] Gregory S. Archer, “Spectrum of White Light During Incubation: Warm vs CoolWhite LED Lighting, “International Journal of Poultry Science, 15: 343-348, 2016

[9] Okereke Eze Aru, “Development of a Computerized Engineering Technique toImprove Incubation System in Poultry Farms,” Journal of scientific and EngineeringResearch, 2017, 4(6):109119

[10] Okpagu, P. E. & Nwosu, A. W., “Development and Temperature Control Of SmartEgg Incubator System For Variuos Types Of egg,” European journal ofengineering and technology,”Vol.2 No.2,2016.

[11] Zhihui Zhu, Meihu Ma, “The Identification of white fertile eggs prior toincubation based on machine vision and least square support vector machine,” African Journal of Agricultured Research Vol 6(12),PP.26999-2704,June 2011.

[12] Mohrhardt E, Schmitt 1, Gorjup E, Howitz S2, Zimmermann H, and Fuhr G,“A Novel Fully Automated Incubation, Manipulation and Documentation Systemfor the Avian Embryogenesis,” Journal of Biotechnol Biomater 2015, 5:3

[13] Vargas Cruz Ramiro Sebastián , Ruiz Salvador Lourdes Cecilia, Navas LemaMaría Cristina, “ Merging Manual and Automated Egg Candling: A Safety and SocialSolution ” Enfoque UTE, V.9-N.2, Jun.2018, pp. 70 – 76

[14] Kartika Yuli Triastuti, Monica Putri Indrayati, Ali Said ,Body Surya Permana,Istiadi, “ Aplikasi Pemantau Suhu Mesin Penetas Telur Berbasis IOT Android,”Conference on Innovation and Application of Science and Technology(CIASTECH 2018)

[15]Akanji S,. Saidu , Abdussamad U. Jibia, “A Microcontroller – Based Egg CandlingSystem,” International Journal of Information and Electronics Engineering, Vol. 5,No. 6, November 2015

[16] S.Arivazhagan, R.Newlin Shebiah, Hariharan Sudharsan, R. Rajesh Kannan, R.Ramesh, “ External and Internal Defect Detection of Egg using Machine Vision,”

Journal of Emerging Trends in Computing and Information Sciences, Vol. 4, No. 3.Mar 2013 ISSN 2079-8407[17] Dewanti, R. Pengaruh Bobot Dan Frekuensi Pemutaran Telur TerhadapFertilitas, Daya Tetas, Dan Bobot Tetas Itik Lokal. Buletin Peternakan, 38(1), 16-20.

[18] Othman, S. (2001). Breeding Performance Of The Malaysian Captive PHEASANTS. Journal of Wildlife and Parks Vol 19 Date of Issue: Dec 2001 ISSN 0121-8126,1(9), 33-40.

32