MODEL SISTEM PENYIRAMAN DAN PENERANGAN TAMAN MENGGUNAKAN SOIL MOISTURE SENSOR DAN RTC (REAL TIME CLOCK) BERBASIS ARDUINO UNO Achmad Dimas Permadi, Ing.Soewarto Hardhienata1, Andi Chairunnas2. Program Studi Ilmu Komputer - FMIPA Universitas Pakuan Jl.Pakuan PO BOX 452, Bogor Telp/Fax (0251) 8375 547 Email:
[email protected] ABSTRAK Trend teknologi dalam bidang elektro atau perangkat keras pada jaman sekarang ini menimbulkan banyak sekali pembuatan dan pengembangan alat perangkat keras yang bersifat sistem kontrol sampai ke otomatisasi yang sangat beragam kegunaannya. Salah satu contohnya yaitu sistem kontrol ruangan, otomatisasi pendeteksi asap rokok, otomatisasi sistem penyiraman dan lainnya yang sudah dibuat maupun dikembangkan. Penelitian ini membahas tentang sistem penyiraman dan penerangan taman dengan menggunakan soil moisture sensor dan real time clock DS3231 serta LDR sebagai sensor pendeteksi cahaya untuk sistem penerangannya. Software yang digunakan adalah Arduino IDE. Sistem yang dibuat bekerja berdasarkan inputan yang diambil dari sensor kelembaban tanah yaitu soil moisture sensor, yang nantinya akan ditampilkan pada LCD 20x4 berupa status kelembabannya, output sistem yang digunakan berupa pompa air yang akan menyala jika kondisi tanah berada dibawah rata-rata pada rentang <=40% dan akan berhenti pada kondisi tanah mencapai >60%. Pemrosesan data diolah melalui Arduino UNO Kata kunci : Soil Moisture Sensor, RTC, Sistem, Penyiraman, Arduino. PENDAHULUAN Tanaman hias di taman mencakupi semua tumbuhan, yang sengaja ditanam orang sebagai komponen taman, kebun rumah, atau yang lainnya adalah salah satu dari pengelompokan berdasarkan fungsi tanaman holtikultura. Bagian yang dimanfaatkan orang tidak semata bunga namun kesan keindahan yang dimunculkan oleh tanaman ini sendiri. Perawatan taman tentunya harus secara intensif dan berkala agar tanaman yang berada di taman selalu terlihat sehat, segar dan indah. Salah satu caranya dengan menjaga kelembapan tanah melalui penyiraman yang teratur. Pada saat ini sering melihat dalam melakukan
penyiraman tanaman dan penerangan taman masih dilakukan secara manual, hanya dengan menggunakan tenaga manusia seperti penyiraman dengan menggunakan ember, selang penyemprot, atau karena kesibukan aktifitas, mereka sengaja membayar tukang kebun untuk merawat dan menyiram di taman mereka. Maka diperlukan adanya alat atau perangkat keras yang canggih salah satunya dengan menggunakan aplikasi rangkaian elektronika berbasis Arduino yang merupakan salah satu program yang dikembangkan untuk mempermudah proses penyiraman dan penerangan pada taman secara otomatis. Salah satu cara yang dapat dilakukan adalah dengan cara memasang soil moisture sensor dan RTC (Real Time Clock), sebagai
perintah proses, maka program ini akan berjalan sesuai keinginan. Agar program ini dapat berjalan sebagaimana mestinya, maka diperlukan Arduino sebagai mikrokontroler. Sehingga alat ini bisa diprogram untuk melakukan penyiraman dan penerangan pada ataman secara otomatis berdasarkan perintah yang telah ditentukan. Berdasarkan masalah yang sebelumnya dijabarkan maka penulis mengambil judul “model sistem penyiraman dan penerangan taman menggunakan soil moisture sensor dan RTC (Real Time Sensor) berbasis Arduino Uno”. Diharapkan model sistem penyiraman dan penerangan taman ini dapat memberikan manfaat sebagai berikut: 1. Menghemat tenaga 2. Menghemat penggunaan listrik dan penggunaan air 3. Meringankan dalam pekerjaan pemeliharaan taman 4. Mempermudah pekerjaan khususnya untuk pemeliharaan taman yang mempunyai area yang besar Soil Moisture Sensor Soil Moisture Sensor adalah sensor yang dapat mendeteksi kelembaban tanah disekitarnya. Sensor ini terdiri dari dua probe untuk melewatkan arus listrik dalam tanah seperti yang ditunjukkan pada gambar 1. Kemudian membaca resistansinya untuk mendapatkan nilai tingkat kelembaban (Pambudi, 2014).
Gambar 1. Soil Moisture Sensor RTC DS3231 RTC (Real time clock) adalah jam elektronik berupa chip yang dapat
menghitung waktu (mulai detik hingga tahun) dengan akurat dan menjaga/menyimpan data waktu tersebut secara real time. DS3231 adalah RTC (real time clock) dengan kompensasi suhu kristal osilator yang terintegrasi (TCX0). TCX0 menyediakan sebuah clock referensi. yang stabil dan akurat, dan memelihara akurasi RTC sekitar +2 menit per tahun. Keluaran frekwensi tersedia pada pin 32 kHz (Sainsmart 2015).
Gambar 2. RTC (Real Time Clock) Arduino Uno Arduino Uno adalah board mikrokontroler yang di dalamnya terdapat mikrokontroler, penggunaan jenis mikrokontrolernya berbeda – beda tergantung spesifikasinya (Sainsmart 2015). LCD 20x4 LCD (Liquid Crystal Display) adalah salah satu komponen elektronika yang berfungsi sebagai tampilan suatu data, baik karakter, huruf ataupun grafik. LCD merupakan pengganti dari tampilan seven segment di mana LCD mempunyai beberapa kelebihan misalnya bentuk tampilan bagus, hemat energi, dan dari segi bentuk lebih kecil. Namun dari segi harga LCD saat ini lebih mahal dari pada seven segment (Hakim 2012). Motor Servo Motor servo adalah sebuah perangkat atau aktuator putar (motor) yang dirancang dengan sistem kontrol umpan balik loop tertutup (servo), sehingga dapat di set-up atau di atur untuk menentukan dan
memastikan posisi sudut dari poros output motor (Kurniawan, 2015).
Project Planning
Mechanical Design
Reseacrh
Part Testing
Electrical Design
Software Design
Functional Test
Gambar 3. Motor Servo Arduino IDE Arduino IDE adalah sebuah editor yang digunakan untuk menulis program, mengcompile, dan mengunggah ke papan Arduino. Arduino development environment terdiri dari editor teks untuk menulis kode, area pesan, console teks, toolbar dengan tombol-tombol untuk fungsi umum, dan sederetan menu. Software yang ditulis menggunakan Arduino dinamakan sketches. Sketches ini ditulis di editor teks dan disimpan dengan file yang berekstensi .ino. Editor teks ini mempunyai fasilitas untuk cut/paste dan search/replace. Area pesan berisi umpan balik ketika menyimpan dan mengunggah file, dan juga menunjukkan jika terjadi error (Oktofani 2014). METODE Metode penelitian yang digunakan adalah menggunakan metode penelitian bidang hardware programing
Intergration
Overall Testing
No
Success
Yes Application
Gambar 4. Metode Penelitian Hardware Programing Perencanaan Rancangan Penelitian (Project Planning) Tahap perencanaan proyek penelitian adalah Tahapan kegiatan dari proses pembuatan sistem. Komponen yang dibutuhkan dalam perancangan sisitem adalah Arduino Uno, soil moisture sensor, RTC DS3231, relay, motor servo, LCD, LDR, dan pompa air. Penelitian (Research) Pada tahap penelitian dilakukan perancangan awal rangkaian mekanik serta komponen dari model sistem penyiraman dan penerangan taman ini untuk memastikan bahwa semua komponen dapat berjalan dengan optimal. Sistem ini menggunakan Arduino Uno R3 sebagai pemrosesan data. Input sistem menggunakan LDR (Light Dependent Resistor) sebagai sensor cahaya, Soil Moisture Sensor sebagai sensor pendeteksi kelembaban tanah, dan RTC
sebagai pengatur waktu. Output sistem yaitu pompa air yang akan menyala dengan motor servo sebagai penggerak selangnya, serta LED sebagai model lampu, serta LCD sebagai penampil informasi waktu yang sedang berjalan. Pengetesan Komponen (Part Testing) Pada tahap ini dilakukan pengetesan komponen-komponen yang akan digunakan menggunakan multimeter. Pengetesan menggunakan Arduino serial monitoring dilakukan dengan melihat output tiap komponen yang terhubung dengan Arduino melalui keneksi USB. Pengujian menggunakan multimeter meliputi pengujian tegangan input dan output setiap komponen.
Desain Elektronik (Elektronik Design) Perancangan skematik rangkaian menggunakan perangkat lunak Fritzing berdasarkan diagram blok pada gambar 9 berikut.
Gambar 6. Diagram Blok
Desain Sistem Mekanik (Mechanical Design) Berikut desain mekanik sistem seperti gambar 5 dibawah ini LED Pompa Air
Motor Servo
Soil Moisture Relay
Gambar 7. Skematik Rangkaian
LCD
RTC Arduino Uno
Gambar 5. Desain Sistem Mekanik Model sistem yang dibuat untuk penelitian yang sedang dilakukan terbuat dari akrilik, dengan tinggi ± 7cm dan panjang ± 20cmx25cm, model tiang lampu terbuat dari akrilik serta lampu menggunakan LED.
Sumber tegangan untuk menggunakan adaptor 12V yang akan menyuplai arus ke masing-masing komponen yang ada pada rangkaian lewat Arduino Uno. Tegangan yang masuk ke relay berasal dari listrik AC. Sedangkan tegangan yang mengalir ke Arduino berasal dari adaptor dengan inputan 12V. Desain Perangkat Lunak Desain perangkat lunak sistem dibuat dengan Bahasa Pemrograman Processing pada Arduino Uno berdasarkan flowchart pada gambar 8 berikut.
Tahapan awal dimulai dengan memberikan tegangan sebesar 6-12V ke mikrokontroler arduino uno yang nantinya akan disalurkan untuk beberapa komponen seperti micro servo, soil moisture, RTC, LDR, dll. Pembacaan yang dilakukan pertama kali adalah menginisialisasikan waktu terlebih dahulu, jika ada waktu yang sama dengan penjadwalan yang telah ditentukan seperti jam 05.00 yang mengharuskan mengecek kondisi LDR, jika terdeteksi cahaya nilainya >=300 maka LED harus mati. Contoh lain jika pukul 07.00 maka soil moisture harus mengecek kondisinya, jika presentasi kelembaban dibawah 40% maka relay menyala dan pompa air akif. Nilai kering basahnya akan ditampilkan pada LCD dalam hitungan %.
Gambar 8. Flowchart Sistem HASIL DAN PEMBAHASAN Model terbuat dari akrilik dengan tinggi ± 7cm dan panjang ± 25cm dan lebar ± 20cm. Pemrosesan data menggunakan Arduino Uno dan LCD 20x4 dihubungkan melalui i2c. Semua sensor seperti soil moisture, RTC, dan LDR dihubungkan dengan Arduino Uno menggunakan kabel jumper.
Uji Coba Struktural Pada tahap ini dilakukan pengujian yang bertujuan untuk mengetahui apakah jalur-jalur rangkaian sudah terhubung dengan benar sehingga sistem dapat berjalan berfungsi dengan baik. Pengujian ini dilakukan dengan mengetes jalur-jalur rangkaian menggunakan multimeter. Berikut tabel hasil pengujian struktural sistem. Tabel 1. Pengujian Struktural No
1
Komponen sistem
Arduino Uno R3
Soil Moisture LDR RTC LCD Relay Motor Servo LED GND
Gambar 9. Keseluruhan Sistem
Terhubung dengan Pin A0 Pin A1 Pin A4, A5 Pin A4, A5 Pin 2 Pin 9 Pin 3 GND Arduino Uno R3
Keteranga n Terhubung Terhubung Terhubung Terhubung Terhubung Terhubung Terhubung Terhubung
Pengujian Fungsional Pada tahap ini dilakukan pengujian yang bertujuan untuk mengetahui apakah tegangan yang mengalir di dalam rangkaian sudah sesuai dengan yang dibutuhkan.
Pengujian ini dilakukan dengan cara mengetes tegangan output tiap komponen dengan menggunakan multimeter maupun program. Pada pengujian Arduino Uno R3 dilakukan dengan cara memberikan tegangan 6V–12V. Setelah itu output tegangan dicek pada pin 5V yang dihubungkan dengan phobe positif dan pin GND yang dihubungkan dengan negatif multimeter. Tabel 2. Pengujian Tegangan pada Arduino Uno
Tegangan Input 6V 12V
Output Tegangan 4.49 VDC 4.49 VDC
Dari pengujian tersebut diketahui output Arduino Uno sebesar 4.49V maka dengan hasil tegangan tersebut komponen elektronik seperti modul RTC DS3231, soil moisture sensor, dan LDR dapat bekerja dengan daya yang dibutuhkan rata-rata sebesar 3-5V
dari Arduino Uno dan menghubungkan pin pada relay seperti GND, VCC, dan data. Tabel 3. Pengujian Relay Tegangan Output Keterangan Input Tegangan 0.9 VDC LOW 5V 4.95 VDC HIGH Dari pengujian tersebut diketahui output relay akan bernilai LOW jika output tegangan bernilai 0.9V, sedangkan output relay bernilai HIGH jika output tegangan bernilai 4.95V Uji coba Validasi Tahap ini dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui sistem yang telah dirancang sudah bekerja dengan baik atau belum. Uji coba validasi penyiraman merupakan proses pengujian yang dilakukan dengan menggunakan soil moisture sensor. Tabel 4. Uji Validasi penyiraman
Pada pengujian Soil Moisture Sensor dilakukan dengan cara menghubungkan setiap kabel input sensor lalu memberikan tegangan 6V–12V dari Arduino Uno.
Indikator
Soil Mositure Sensor
Gambar 10. Pengujian Soil Moisture Sensor Pada pengujian relay dilakukan dengan cara memberikan tegangan 6V–12V
Nilai Pembacanaan Sensor 2 61 129 256 589 657 758 856
Nilai ADC 151.71 142.94 132.84 113.97 64.49 54.38 39.38 24.81
Nilai Kelembaban (Rh %) 0.22 % 6.81 % 14.41 % 28.60 % 65.80 % 73.40 % 84.68 % 95.63 %
Pompa Air Aktif Aktif Aktif Aktif Mati Mati Mati Mati
Nilai pembacaan sensor merupakan nilai yang muncul pada serial monitor di Arduino IDE yang berasal dari deteksi soil moisture sensor yang membaca nilai kelembaban berdasarkan konstanta dielektrik tanah. Nilai konstanta dielektrik meningkat ketika kandungan air dalam tanahpun meningkat terhadap kelembaban tanah, namun sebelum menentukan basah atau keringnya tanah nilai pembacaan sensor harus dikonversikan menjadi nilai ADC dengan perhitungan :
1023 − 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑏𝑎𝑐𝑎 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟 𝑥 100 673 1023 merupakan jumlah bit maksimal data sedangkan 673 merupakan selisih nilai antara kelembaban tanah kering dan tanah basah. Nilai ADC kemudian dikonversikan kembali menjadi Nilai Kelembaban (Rh %) dengan perhitungan |(𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑏𝑎𝑐𝑎 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟 − 152)| 𝑥 100% 133 Dengan 152 sebagai nilai maksimum adc dan 133 merupakan selisih antara nilai maksimum dan minimum ADC.
Gambar 11. Flowchart program sensor Uji validasi model sistem penyiraman dan penerangan taman dilakukan menggunakan modul RTC (Real Time Clock), sistem akan mencocokan penjadwalan yang telah ditentukan dengan waktu yang diatur oleh RTC. Tabel 5. Uji Validasi RTC Jam
LDR
LED
Soil
Pompa
05.00 06.00 07.00 16.00 17.00 18.00
>=300 <=100 -
Mati Mati Menyala Menyala
<=40% <=40% -
Aktif Aktif -
Ketera ngan Sesuai Sesuai Sesuai Sesuai Sesuai Sesuai
Uji coba validasi LDR merupakan proses pengujian yang dilakukan dengan menggunakan sensor cahaya yaitu LDR. Tabel 6. Uji Validasi LDR Indikator Nilai LED Keterangan 55 Menyala Sesuai 77 Menyala Sesuai 98 Menyala Sesuai LDR 155 Mati Sesuai 433 Mati Sesuai 631 Mati Sesuai SIMPULAN Simpulan dari penelitian ini, model sistem penyiraman dan penerangan taman menggunakan soil moisture sensor dan RTC (Real Time Clock) telah berhasil dibuat dan diuji coba menggunakan Arduino Uno R3 ATMega328, RTC DS3231, LDR, relay, LCD, Motor Servo dan pompa Air. Input sistem menggunakan soil moisture sensor untuk kelembaban tanah yang akan di tampilkan melalui LCD 20x4 dan LDR sebagai sensor cahaya. Sistem ini bekerja sesuai dengan penjadwalan yang telah ditentukan dan menyesuaikannya dengan waktu yang dideteksi oleh RTC. Kelebihan dari model sistem ini terletak pada penggunaan RTC yaitu menyeseuaikan penjadwalan pembacaan tiap sensor dengan waktu yang telah ditentukan dan disesuaikan oleh modul RTC itu sendiri. Pembacaan tanah basah ata kering untuk penentuan dilakukannya penyiraman atau tidak dibaca oleh soil moisture sensor. Pergerakan selang penyiraman juga sudah otomatis karena menggunakan servo agar penyiraman yang dilakukan dapat merata. Digunakannya LDR sebagai sensor cahaya pada sistem ini untuk menunjang penghematan energi listrik, karena ketika sensor sudah membaca adanya nilai input dari LDR yang sesuai dengan sistem yang dirancang, maka kondisi LED
akan mati jika intensitas cahaya tinggi, namun jika intensitas cahaya rendah LED akan menyala. Sistem ini masih ditemukan kendala khususnya pada moisture yang tingkat pendeteksiannya kurang optimal yang disebabkan oleh pengaruh resistansi pada panjangnya kabel yang digunakan. SARAN Model sistem penyiraman dan penerangan taman menggunakan soil moisture sensor dan RTC (Real Time Clock) menggunakan Arduino Uno ini perlu pengembangan lebih lanjut mengingat masih adanya kekurangan yang harus diperbaiki untuk meningkatkan fungsi dan fitur sistem seperti pembacaan kelembaban tanah yang signifikan dengan menggunakan beberapa sensor untuk pedeteksian kelembaban yang lebih merata. Penggunaan GSM Shield atau SMS Gateway sebagai sistem kontrol dapat diimplementasikan pada model sistem penyiraman dan penerangan taman yang telah dibuat. DAFTAR PUSTAKA Anwar, A. 2014. Alat Pendeteksi Kelembaban Tanah. Skripsi. Program Studi Ilmu Komputer FMIPA Universitas Pakuan, Bogor. Devika, S. V., et al. 2014. Arduino Based Automatic Plant Watering System. IJARCSSE 4(10): 449-456. DFrobot. 2015. Datasheet Soil Moisture Sensor, Pudong, Shanghai. China. Hakim, A. 2012. Pengukur Kelembaban Tanah dan Suhu Udara Sebagai Pendeteksi Dini Kebakaran Hutan melalui Wireless Sensor Network (WSN) Hardware. Kurniawan, M. A. 2015. Alat Penyiraman Taman Otomatis Berbasis
Mikrokontroler dengan Android Sebagai Media Monitoring. Oktofani, Y. 2014. Sistem Pengendalian Suhu dan Kelembaban Berbasis Wireless Embedded System. Pambudi, K. W., Jusak, Palaudie S. 2014. Rancang Bangun Wireless Sensor Network Untuk Monitoring Suhu dan Kelembaban Pada Lahan Tanaman Jarak. JCONES (Vol.3, No.2 : 09-17) Sainsmart. 2015. Datasheet Arduino Uno, Lenexa, Kansas. Amerika serikat. Sainsmart. 2015. Datasheet LCD 16x2, Lenexa, Kansas. Amerika serikat. Sainsmart. 2015. Datasheet RTC, Lenexa, Kansas. Amerika serikat. Syariefal, M. A. 2015. Model Sistem Pemeliharaan Tanaman Otomatis Berbasis Mikrokontroler. Skripsi. Program Studi Ilmu Komputer FMIPA Universitas Pakuan, Bogor.
