PROTOTIPE ALAT PEMELIHARAAN BIBIT TANAMAN KAKAO BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA8535 1
H. Lukman Abdul Fatah S.Si.,M.Si. , 2Deddy Firman 1,2 Program Studi Teknik Informatika STMIK LPKIA Jln. Soekarno Hatta No. 456 Bandung 40266, Telp. +62 22 75642823, Fax. +62 22 7564282 Abstrak Kakao atau dalam bahasa latin Theobroma Cacao merupakan tumbuhan berwujud pohon yang berasal dari Amerika Selatan. Dari biji tumbuhan ini dihasilkan produk olahan yang dikenal sebagai cokelat. Melakukan kegiatan penyiraman pada lokasi yang luas pasti membutuhkan banyak waktu dan tenaga. Oleh sebab dibutuhkan alat yang dapat membantu meringankan kegiatan penyiraman dalam bentuk alat yang dapat bekerja secara otomatis.Dalam pembuatan alat simulasi pemeliharaan bibit tanaman kakao ini, digunakan beberapa software sebagai perancangan. Untuk pemodelan skema alat digunakan ISIS Proteus 7, sedangkan sebagai compiler digunakan Bascom AVR. Perangkat input yang digunakan yaitu real time clock, sensor suhu LM35 dan sensor kelembaban tanah. Sendangkan perangkat output yang digunakan yaitu kipas pemanas suhu ruangan, kipas pendingin suhu ruangan, motor penyiraman Kata kunci : pemeliharaan, bibit, kakao, mikrokontroler atmega8535,penyiraman 1. Pendahuluan Kakao atau dalam bahasa latin Theobroma Cacao merupakan tumbuhan berwujud pohon yang berasal dari Amerika Selatan. Dari biji tumbuhan ini dihasilkan produk olahan yang dikenal sebagai cokelat. Kakao merupakan salah satu komoditas perkebunan yang cocok dengan kultur tanah dan iklim di Indonesia. Tanaman ini termasuk golongan tumbuhan tropis. Di Indonesia, kakao banyak tumbuh di daerah Sulawesi, Lampung, dan Flores Nusa Tenggara Timur. Yang banyak terdapat lahan tidur yang cocok ditanami kakao. Dibidang perkebunan kakao merupakan salah satu komoditas unggulan Indonesia, karena kakao termasuk salah satu dari lima komoditas dari sektor perkebunan yang memberikan sumbangan devisa yang sangat besar. Lima komoditas pertanian dan perkebunan tersebut diantaranya Kelapa sawit, rempah-rempah, kakao, karet, dan kopi. Perkebunan kakao Indonesia mengalami peningkatan yang sangat pesat sejak tahun 1980-an. Dari data Kementerian Pertanian Republik Indonesia luas perkebunan kakao Indonesia pada tahun 2009 adalah 1.587.136 Ha. Keberhasilan perluasan lahan tersebut telah memberikan dampak yang nyata bagi peningkatan pangsa pasar kakao Indonesia di kancah perkakaoan dunia. Dalam proses budidaya tanaman kakao untuk bisa memperoleh benih maka ada beberapa tahap yang harus dilakukan, diantaranya memiilih biji kakao yang dapat diambil dari buah bagian tengah yang masak dan sehat dari tanaman yang telah cukup umur, lakukan pengecambahan, setelah 2-3 hari biji berkecambah lebih dari 50% maka masukan biji kedalam polibag berukuran 20cm x 30cm yang berisi campuran tanah dan pupuk kandang. Menurut
hasil penelitian, suhu ideal bagi tanaman kakao adalah 30°C-32°C (maksimal) dan 18°C-21°C (minimal). Kegiatan penyiraman benih kakao dilakukan satu kali sehari pada waktu pagi hari. Apabila kondisi tanah kering penyiraman dilakukan dua kali sehari pada waktu pagi dan sore hari. Waktu penyiraman terbaik adalah di pagi hari sebelum pukul 09.00. Melakukan kegiatan penyiraman pada lokasi yang luas pasti membutuhkan banyak waktu dan tenaga. Oleh sebab dibutuhkan alat yang dapat membantu meringankan kegiatan penyiraman dalam bentuk alat yang dapat bekerja secara otomatis. Adapun permasalahan yang ditemui antara lain adalah: 1. Penyiraman yang belum terotomatisasi dirasa masih kurang efisien karena membutuhkan banyak waktu dan tenaga. 2. Pengecekan suhu yang tidak akurat. Berdasarkan permasalahan yang ada diatas maka perlu membatasi ruang lingkup dari permasalahan tersebut. Adapun permasalahan yang akan dibahas meliputi : 1. Penyiraman dilakukan secara otomatis, anatara pukul 06.00 sampai dengan pukul 09.00 . 2. Apabila kondisi tanah kering penyiraman dilakukan dua kali sehari pada waktu pagi hari anatara pukul 06.00 sampai dengan pukul 09.00 dan sore hari pukul 17.00. 3. Pengecekan dan pengaturan suhu ruangan.
1
pembuatan alat ini memiliki tujuan sebagai berikut: 1. Menyediakan alat penyiraman otomatis yang dapat mengefesiensikan waktu dan tenaga. 2. Mengecek suhu ruangan secara akurat sehingga suhu ruangan dapat dijaga agar tidak melebihi suhu ideal.
Aktor 2. Waktu menunjukan pukul 06.00 sampai 09.00 4. Waktu menunjukan pukul 17.00 dan Kelembaban tanah kering 6. Kelembaban tanah kering
2. Dasar Teori 2.1.Tanaman Kakao Kakao atau dalam bahasa latin Theobroma Cacao merupakan tumbuhan berwujud pohon yang berasal dari Amerika Selatan. Dari biji tumbuhan ini dihasilkan produk olahan yang dikenal sebagai cokelat.
Reaksi Sistem 1. Membaca waktu 3. Menjalankan motor untuk menyiram tanaman 5. Menjalankan motor untuk menyiram tanaman
7. Menjalankan motor untuk menyiram tanaman 8. Kelembaban tanah 9. Motor penyiraman basah tidak dijalankan dan tidak menyiram tanaman Kondisi akhir : menyiram tanaman
2.2.Suhu Suhu ideal bagi tanaman kakao adalah 30o–32o C (maksimum) dan 18o-21o C (minimum). Kakao juga dapat tumbuh dengan baik pada suhu minimum 15 o C per bulan. Suhu ideal lainnya dengan distribusi tahunan 16,6o C masih baik untuk pertumbuhan kakao asalkan tidak didapati musim hujan yang panjang.
Tabel 2 Atur suhu ruangan Nama Use Case : atur suhu ruangan Deskripsi : Menjelaskan bagaimana mengaatur suhu ruangan Aktor : suhu Kondisi Awal : sensor suhu membaca suhu Skenario Aktor Reaksi Sistem 1. Suhu kurang 2. Menjalankan kipas dari 18 derajat untuk celcius menghangatkan suhu ruangan 3. Suhu lebih dari 4. Menjalankan kipas 32 derajat untuk celcius mendingainkan suhu ruangan Kondisi akhir : hangatkan dan dinginkan suhu ruangan
2.3.Penyiraman Gunakan air bersih untuk menyiram dan waktu penyiraman terbaik adalah di pagi hari sebelum pukul 09.00, sekali sehari. 3. Analisis Perancangan Perangkat Lunak 3.1. Aliran Proses 3.1.1.Use Case Diagram Use Case Diagram menggambarkan fungsionalitas yang diharapkan dari sebuah sistem. Alat pemeliharaan bibit tanaman kakao ini memiliki proses yang digambarkan dalam use case berikut ini :
3.2.Struktur Organisasi Objek dan Pesan 3.2.1.Sequence Diagram Sequence diagram menggambarkan interaksi antar objek di dalam dan di sekitar sistem (termasuk pengguna, display, dan sebagainya) berupa message yang digambarkan terhadap waktu.
Gambar 1 Use Case Diagram Use Case Sekenario Gambar 2 Sequence Diagram penyiraman
Tabel 1 Use case siram tanaman Nama Use Case : siram tanaman Deskripsi : Menjelaskan bagaigaimana menyiram tanaman bekerja Aktor : waktu dan kelembaban tanah Kondisi Awal : baca waktu dan baca kelembaban tanah Skenario
2
Gambar 3 Sequence Diagram atur suhu Gambar 6 Statechart Diagram alat pemeliharaan bibit tanaman kakao
3.2.2.Activity Diagram Activity diagrams menggambarkan berbagai alir aktivitas dalam sistem yang sedang dirancang, bagaimana masing-masing alir berawal, decision yang mungkin terjadi, dan bagaimana mereka berakhir. Activity diagram juga dapat menggambarkan proses paralel yang mungkin terjadi pada beberapa eksekusi.
4.Analisis Perancangan Pernagkat Keras 4.1.Blok Diagram Sistem Blok diagram digunakan untuk menjelaskan perangkat apa saja yang terhubung dalam sebuah sistem. Berikut adalah gambaran blok diagram dari alat pemeliharaan tanman kakao ini secara keseluruhan.
Gambar 4 Activity Diagram penyiraman
Gambar 7 Blok diagram sistem keseluruhan 4.2.Subsistem Perangkat Input 4.2.1.Sensor Suhu LM35
Gambar 5 Activity Diagram atur suhu 3.3.Pemodelan Prilaku Sistem 3.3.1. Statechart Diagram State Machine Diagram atau dalam bahasa Indonesia disebut mesin status digunakan untuk menggambarkan perubahan status atau transisi dari sebuah mesin atau sistem perubahan tersebut digambarkan dalam suatu grafik berarah.
Gambar 7 subsitem perangkat input sensor suhu
3
Tabel 3 Rangkaian pin Sensor Suhu ke Pin Mikrokontroler Atmega8535 No. Pin Atmega8535 Pin Sensor Suhu 1 Vcc Vcc 2 gnd Gnd 3 PA0/ACD0 Vout
4.3.Subsistem Perangkat Output 4.3.1.LCD 16x2
4.2.2.Sensor Kelembaban Tanah
Gambar 10 subsitem perangkat output LCD Tabel 6 Rangkaian pin LCD ke Pin Mikrokontroler Atmega8535 No. Pin Atmega8535 Pin LCD 1 gnd VSS 2 vcc VDD 3 gnd VEE 4 PD0 RS 5 gnd RW 6 PD2 E 7 PD4 D4 8 PD5 D5 9 PD6 D6 10 PD7 D7
Gambar 8 subsitem perangkat input sensor kelembaban tanah Tabel 4 Rangkaian pin Sensor kelembaban tanah ke Pin Mikrokontroler Atmega8535 Pin Sensor No. Pin Atmega8535 Kelembaban Tanah 1 vcc Vcc 2 gnd Gnd 3 PA1/ACD1 Vout
4.3.2.Motor Penyiraman
4.2.3. Real Time Clock (RTC)
Gambar 10 Subsistem perangkat output motor penyiraman Tabel 7 Rangkaian pin Motor Penyiraman ke Pin Mikrokontroler Atmega8535 Pin Relay Motor No. ULN2803 Atmega8535 Kaki 1 PC4 3B 1 NC Kaki 2 1 3 PLN PLN
Gambar 9 subsitem perangkat input RTC Tabel 5 Rangkaian pin RTC ke Pin Mikrokontroler Atmega8535 No. Pin Atmega8535 Pin RTC 1 PC0/SCL SCL 2 PC1/SDA SDA 3 AREF 4 AVCC -
4
4.3.3.Kipas Pemanas Ruangan
Gambar 11 Subsistem perangkat output kipas pemanas ruangan
Gambar 13 Skema keseluruhan prototype alat pemeliharaan bibit tanaman kakao
Tabel 8 Rangkaian pin kipas pemanas ruangan ke Pin Mikrokontroler Atmega8535 Pin Relay Heater No. ULN2803 Atmega8535 Kaki 1 PC3 2B 1 2 NC Kaki 1 3 PLN PLN
5.Implementasi Sistem 5.1.Compiling Program Compiling program merupakan tahapan akhir dalam proses pembuatan program. Program dibuat dengan menggunakan bahasa basic berekstensi *.bas, akan tetapi bahasa basic merupakan bahasa yang tidak bisa diterima secara langsung oleh mikrokontroler. Oleh karena itu file berekstensi *.bas diubah menjadi file dengan ekstensi *.hex lalu dimasukan ke dalam ATMega8535 dengan melakukan Flash Memory. Software yang digunakan sebagai editor dan compailer dalam perancangan ini adalah BascomAVR sedangkan untuk mendownload program meggunakan Code VisionAVR. Adapun tahapan penggunaan aplikasinya sebagai berikut : 1. Buka aplikasi Bascom AVR
4.3.4.Kipas Sirkulasi Udara
Gambar 12 Subsistem perangkat output Kipas sirkulasi udara Tabel 9 Rangkaian pin Kipas Sirkulasi Udara ke Pin Mikrokontroler Atmega8535 Pin Rela Kipa Kipa No ULN28 Atmega85 y s in s out . 03 35 Kaki 1 PC2 1B 1 NC Kaki Kaki 2 1 1 3 PLN PLN PLN
4.4.Skema Keseluruhan Pada pembahasan dalam Skema keseluruhan, perangkat output dan perangkat Input yang digunakan dalam alat pemeliharaan benih tanaman kakao, diantaranya sebagai berikut.
Gambar 14 Tampilan Software BascomAVR
5
2. Buat file baru yang tersedia pada menu File kemudian Klik New. Tampilan dibawah ini adalah langkah untuk membuat file baru pada BascomAVR.
Gambar 18 Compiling coding pada Software BascomAVR 5. Selanjutnya lakukan downloading program. Buka aplikasi Code VisionAVR
Gambar 15 Membuat file baru pada Software BascomAVR 3. Selanjutnya lakukan coding program pada Software BascomAVR
Gambar 16 Coding program pada Software BascomAVR 4. Selesai melakukan coding program, selanjutnya lakukan compiling program dengan menekan F7 dan Save file Bas Gambar 19 Tampilan software code visionAVR 6. Pilih Tools lalu Chip Programmer atau Sift+F4
Gambar 17 Simpan file .bas pada Software BascomAVR
Gambar 20 Chip programmer pada software code visionAVR
6
output nilai suhu dalam derajat celcius tampil di lcd menandakan sensor kelembaban tanah berfungsi.
7. Pilih File lalu Load FLASH, ganti files of type menjadi intel HEX files(*.hex) dan cari file hex yang tadi telah di compile lalu pilih open
Gambar 23 Pengujian sensor suhu LM35 5.2.2.Pengujian Sensor Kelembaban Tanah Pengujian dilakukan dengan cara memasangkan sensor kelembaban tanah ke sistem minimum, kemudian output pada sensor kelemababan tanah di masukan pada port adc (porta.1), Output adc akan ditampilkan di lcd untuk mengetahui berapa nilai ouput adc pada tanah yang kering dan tanah yang basah yang nantinya akan dilakukan kalibrasi agar output adc dapat di konversi menjadi nilai persentase kelembaban tanah. Setelah output nilai persentase kelembaban tanah tampil di lcd menandakan sensor kelembaban tanah berfungsi.
Gambar 21 Mencari file hex pada software code visionAVR 8. Ganti chip menjadi Atmega8535, lalu pilih program all
Gambar 24 Pengujian sensor kelembaban tanah V.2.3 Pengujian Real Time Clock (RTC) Pengujian dilakukan dengan cara membuat listing program untuk menampilkan jam dan tanggal yang telah di atur sesuai waktu saat ini. Dari hasil pengujian yang dilakukan rtc dapat menampilkan waktu sesuai dengan waktu saat ini.
Gambar 22 Proses compiling program pada software code visionAVR 5.2.Pengujian Subsistem Perangkat Input 5.2.1.Pengujian Sensor Suhu LM35 Pengujian dilakukan dengan cara memasangkan LM35 ke sistem minimum yang telah di beri daya sebesar 5 volt. Kemudian output pada LM35 di masukan pada port adc (porta.0), output adc akan ditampilkan di lcd untuk mengetahui berapa nilai ouput adc pada suhu saat ini yang nantinya akan dilakukan kalibrasi agar output adc dapat di konversi menjadi nilai derajat celcius. Setelah
Gambar 25 Pengujian RTC (real time clock) 5.3.Pengujian Subsistem Perangkat Output 5.3.1.Pengujian LCD 16*2 Pengujian dilakukan dengan memberikan sejumlah listing program untuk ditampilkan di layar LCD.
7
Gambar 26 Pengujian LCD 5.3.2.Pengujian Motor Penyiraman Pengujian dilakukan dengan memberikan tegangan 5v ke motor penyiraman Gambar 29 Pengujian kipas pemanas ruangan 5.4.Pengujian Catu Daya Catu daya yang akan digunakan untuk diuji adalah catu daya 5 volt yang akan digunakan sebagai sumber tegangan. Pengujian catu daya dalam hal ini, menggunakan AVO meter yang hasilnya dapat dilihat pada jarum yang menunjukan besarnya tegangan yang diukur. Pengujian dilakukan dengan cara menghubungkan kabel positif AVO meter dengan kabel positif dari kabel catu daya dan menghubungkan kabel negative AVO meter dengan kabel negative dari catu daya. Setelah itu Jarum pada AVO meter pun akan menunjukkan ouput tegangan yang keluar dari catu daya, sesuai pengaturan output tegangan AVO meter yang kita inginkan.
Gambar 27 Pengujian motor penyiraman 5.3.3.Pengujian Kipas Sirkulasi Udara Pengujian dilakukan dengan memberikan tegangan 5v ke kipas
Gambar 30 Pengujian catu daya 5.5. Integrasi Sistem Integrasi sistem merupakan pengujian yang dilakukan dengan menggabungkan seluruh sistem rangakaian perangkat keras (Hardware) dan perangkat lunak (Software). Pengujian ini merupakan pengujian tahap akhir, dengan tujuan untuk mengetahui kinerja sistem secara keseluruhan, yang dimulai dari perangkat input, perangkat output, hingga modul program yang dimasukan pada mikrokontroler Atmega8535.
Gambar 28 Pengujian kipas sirkulasi udara 5.3.4.Pengujian Subsistem Kipas Pemanas Ruangan Pengujian dilakukan dengan memberikan tegangan 5v ke kipas
8
Gambar 31 Pengujian integrasi sistem 5.6.Hasil Pengujian Dalam melakukan implementasi dan pengujian dari sistem, perlu dilakukan beberapa tahapan, yaitu 1. Pengujian terhadap kinerja Hardware 2. Pengujian terhadap kinerja Software
5.
Motor penyiram an
Pemberian Daya 5 volt
Motor berputar
6.
Kipas sirkulasi
Pemberian Daya 5 volt
Kipas berputar
7.
Kipas pemanas
Pemberian Daya 5 volt
Kipas berputar
8.
Catu Daya
Tegangan yang keluar pada catu daya dikukur menggunak an avometer
Tegangan stabil 5 Volt DC
Di bawah ini merupakan hasil pengujian dari semua komponen yang terdapat pada Alat pemeliharaan benih tanaman kakao yang telah dilakukan. 5.6.1.Pengujian Kinerja Hardware Hasil pengujian kinerja Hardware dapat dilihat pada tabel hasil pengujian kinerja Hardware di bawah ini : Tabel 10 Pengujian Kinerja Hardware N o
Alat Yang Diujikan
1.
Sensor suhu LM35
2.
3.
4.
Secara keseluruhan Hardware bekerja sesuai dengan fungsinya. Hardware yang tidak berhasil dalam tahap pengujian akan diperbaiki atau diganti agar dapat digunakan kembali sesuai fungsinya.
Hasil Yang Diharapk an
Hasil Pengujia n
5.6.2.Pengujian Kinerja Software Hasil pengujian kinerja Software dapat dilihat pada tabel hasil pengujian kinerja Software di bawah ini :
Pemberian Daya 5 volt di tampikan pada lcd
Output adc tampil pada lcd
Tabel 11 Pengujian Kinerja Software
Sensor kelembab an tanah
Pemberian Daya 5 volt di tampikan pada lcd
Output adc tampil pada lcd
RTC(Real Time Clock)
Atur waktu saat ini dan di tampilkan pada lcd
Waktu saat ini tampil di lcd
Pemberian Daya 5 volt
Led pada LCD menyala
Output tampil dan sensor berfungsi dengan baik. Output tampil dan sensor berfungsi dengan baik. Waktu saat ini tampil di lcd dan rtc berfungsi dengan baik Led pada LCD menyala
LCD
Cara Pengujian
dan berfungsi dengan baik Motor berputar dan berfungsi dengan baik Kipas berputar dan berfungsi dengan baik Kipas berputar dan berfungsi dengan baik Teganga n sesuai yang diharapk an
9
N o
Alat Yang Diujika n
1.
Sensor suhu LM35
2.
Sensor kelemba ban tanah
Cara Pengujian
Membuat listing program untuk mengkalibra si nilai adc menjadi nilai celcius dan di tampilkan di lcd Membuat listing program untuk mengkalibra si nilai adc menjadi
Hasil Yang Diharapka n
Hasil Pengujia n
Output nilai celcius tampil pada lcd
Output tampil dan sensor berfungsi dengan baik.
Output nilai persentase kelembaba n tampil pada lcd
Output tampil dan sensor berfungsi dengan baik.
2.
LCD
3.
Compili ng Program
nilai persentase kelembaban dan di tampilkan di lcd Menampilka n karakter pada LCD dengan membuat listing program yang kemudian dimasukan ke mikrokontro ler untuk ditampilkan pada lcd Membuat listing program untuk menginterga sikan sistem
DAFTAR PUSTAKA
LCD dapat menampil kan text sesuai yang di tulis dalam listing program yang dimasukan ke dalam mikrokont roler
LCD dapat menampi lkan text sesuai yang di tulis dalam listing program.
Program dapat mengontro l semua komponen melalui mikrokont roler
Program bekerja
[1] A.S. Rosa, Shalahuddin M. 2013, Rekasaya Perangkat Lunak Terstruktur dan Berorientasi Objek, Informatika. Bandung. [2] Balai Penelitian Tanah. 2008, Panduan Praktis Budidaya Kakao, Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian. Bogor. [3] Emir Nasrullah, Agus Trisanto, Lioty Utami. 2011, Rancang Bangun Sistem Penyiraman Tanaman Secara Otomatis Menggunakan Sensor Suhu Lm35 berbasis Mikrokontroler Atmega8535 [4] Mahmud Zainal. 2010, Budidaya dan Pasca Panen Kakao, Pusat Penelitian dan perkebunan. Jakarta. [5] http://basavrhelp.mcselec.com/index.html [6] Data Sheet Atmega8535 [7] Data Sheet ULN2803 [8] Data Sheet DS1307
Tahap pengujian Software yaitu kode program yang di flash atau upload ke dalam chip mikrokontroler secara keseluruhan dapat bekerja sesuai dengan fungsinya. 6.Kesimpulan dan Saran Adapun kesimpulan yang bisa diambil dari alat pemeliharaan tanaman kakao ini adalah sebagai berikut : 1. Proses penyiraman otomatis yang lebih mengefesiensikan waktu dan tenaga. 2. Pengecekan suhu ruangan lebih akurat dan suhu ruangan tidak melebihi suhu ideal. Adapun saran yang bisa diambil dari alat pemeliharaan tanaman kakao ini adalah sebagai berikut : 1. Diharapkan desain perangkat akan lebih baik di pengembangan selanjutnya. 2. Menambahkan sistem pemberian pupuk dan obat secara otomatis
10
