RANCANG BANGUN PROTOTIPE ALAT PENYIRAMAN BERBASIS MIKROKONTROLER DENGAN SENSOR KELEMBABAN DAN SUHU (DESIGNED UP PROTOTYPE OF SPRINKLING DEVICE BASED MIKROKONTROLER WITH SENSOR OF HUMIDITY AND TEMPERATURE)
Arief Rahman Hakim Dr. Raden Supriyanto, MSc. Jurusan Teknik Komputer, Direktorat Program Diploma Tiga Teknologi Informasi, Universitas Gunadarma
[email protected] [email protected]
ABSTRACT Developing technology is very helpful human work, one of them is the cultivation of plants. To improve quality in plants do hatchery hence needed help from technology, the use of right technology will help the work of humans in the cultivation of plants do it self. In this papper writer trying to harness this technology to help human work cultivating. It is designed by uses software Arduino 1.5.6 who serves to make program listings and grown to mikrokontroler and ISIS Proteus 7 Professional serves to simulated instrument. Hardware used in this device that is the sensor YL-69 that serves to detect moisture on the ground, sensor DS18B20 that serves to detect temperature, Arduino Uno R3 as mikrokontroler, LED as an indicator moisture, LCD as a display, the Pumps as a status moisture, and Fan as a status humidity and temperature. The result of designed up a sprinkling based mikrokontroler by means of sensors humidity and temperature the water pump and green LED will burn when moisture detected dry , yellow LED will burn when moisture detected moist , LED red and fan 1 will burn when moisture detected wet , while fan 2 will light on when the temperature detected > 34oC and fan will die in the temperature detected < 34oC. Keywords
: Microcontroller, Sensor DS18B20, Sensor YL-69
PENDAHULUAN Kemajuan teknologi dewasa ini sangat membantu pekerjaan manusia, salah satunya adalah budidaya tanaman. Untuk melakukan pembudidayaan tanaman maka dibutuhkan bantuan teknologi, penggunaan teknologi yang tepat guna akan membantu pekerjaan manusia dalam melakukan budidaya tanaman itu sendiri. Dalam penulisan ini penulis mencoba memanfaatkan kemajuan teknologi ini untuk membantu pekerjaan pelaku budidaya tanaman kacang hijau. Berdasarkan direktorat jenderal tanaman pangan, kebutuhan kacang hijau terus meningkat rata-rata setiap tahun + 330.000 ton, produksi rata-rata setiap tahun 38.414 ton (93,46%) dan impor masih tinggi dengan volume impor rata-rata setiap tahun sekitar + 29.443 ton. Areal panen kacang hijau di Indonesia pada tahun 2011 seluas 297.315 ha dan produksi yang dicapai sebesar 341.342 ton dengan produktivitas rata-rata 11,48 ku/ha. Dengan demikian tanaman kacang hijau mempunyai potensi yang tinggi untuk dikembangkan. Dalam melakukan pembudidayaan tanaman dibutuhkan suatu penyiraman yang konstan untuk menjaga kelembaban tanah dan suhu. Akan tetapi, manusia dengan kesibukannya akan terasa sulit untuk melakukan hal tersebut, dikarenakan tidak adanya waktu dan sibuk mengerjakan hal lain. Oleh karena itu penulis mencoba membuat alat yang dapat membantu memecahkan masalah tersebut. Alat ini dapat berfungsi sebagai pengontrol kelembaban dan suhu tanah, dengan menggunakan sensor kelembaban dan suhu yang kemudian diproses melalui mikrokontroler dan akan melakukan tindakan jika tanah tersebut terjadi kekeringan atau basah dan saat suhu tidak sesuai dengan kebutuhan tanaman tersebut. Tujuan penelitian ini adalah untuk menghasilkan prototipe alat penyiraman berbasis mikrokontroler dengan sensor kelembaban dan suhu. Dengan adanya alat ini diharapkan dapat mempermudah pekerjaan manusia untuk melakukan budidaya tanaman kacang hijau. Selain itu manfaat alat ini dapat mengontrol tingkat kelembaban dan suhu tanah dengan otomatis. Tabel 1. Studi Literatur No. 1
Nama Pengarang Happy Nugrahaning Widhi dan Heru Winarno
Judul Sistem Penyiraman Tanaman Anggrek Menggunakan Sensor Kelembaban dengan Program Borland Delphi
Tahun 2014
Kelebihan
Kekurangan
Dengan menggunakan sensor SHT11 alat ini bisa bekerja dengan baik, adanya buzzer sebagai indikator jika kelembaban
Dari hasil pengujian alat kelembaban terdeteksi dengan baik dan hasilnya hampir sama dengan alat ukur, namun suhu yang diperoleh
7 Berbasis Modul Arduino Uno R3
2
Sitti Hardianti, Dahlan Th Musa, Anis Nismayanti
Rancang 2014 bangun sistem penyiraman secara otomatis menggunakan Soil Moisture Sensor Sen0057 Berbasis Mikrokontroller ATMega328p
3
Joko Nugroho
Sistem 2014 monitoring pendeteksi suhu dan kelembapan pada rumah jamur berbasis mikrokontroller AT-Mega 328
dan suhu tidak sesuai akan memberitahu user dan menggunakan pemrograman Delphi untuk membuat aplikasi berbasis GUI mempermudah user untuk mengetahui kelembaban dan suhu pada tanaman tersebut. Setelah dilakukan pengujian alat selama tiga hari alat penyiraman ini dapat berfungsi dengan baik dan melakukan penyiraman secara otomatis. Alat pengontrolan suhu dengan sensor DHT11 dapat bekerja dengan baik, menggunakan buzzer sebagai indikator.
dari sensor SHT-11 berbeda dengan hasil alat ukur, terdapat perbedaan sekitar 1oC.
Tidak ada indikator seperti buzzer atau LED yang digunakan pada alat ini, maket yang dibuat sangat sederhana hanya memakai pot.
Sistem yang dirancang hanya untuk mengidentifikasi suhu dan kelembaban, tidak menggunakan aplikasi lain untuk menyimpan data
suhu dan kelembaban tersebut. 4
Grezio Arifiyan, Tohari Ahmad, dan Henning Titi Ciptaningtyas
Rancang bangun sistem perawatan tumbuhan kacangkacangan secara adaptif pada lingkungan Greenhouse dengan mikrokontroler Arduino
2013
5
Lintang Dwi Putra, Joke Pratilastiarso, Endro Wahjono
Implementasi Fuzzy Logic untuk mengatur banyak air berdasarkan suhu dan kelembaban
2011
6
Triana Harimurti, Dharu Arseno,
Perancangan sistem penyiraman air otomatis
2012
Adanya sensor LDR untuk mengukur intensitas cahaya, sensor LM35 dan DHT-11 untuk kelembaban dan suhu. Modul GSM yang akan mengirim data ke server sebagai database tanaman kacang. Dengan menggunakan sensor SHT75 dan LM35 alat ini bekerja dengan baik, adanya komunikasi data yang akan dikirimkan ke PC mempermudah user untuk mengetahui tingkat kelembaban dan suhu. Dengan menggunakan sensor SHT11 alat ini
Kipas angin yang digunakan tidak terlalu signifikan dalam mempengaruhi suhu ruangan, hal ini dipaparkan dalam saran penelitian ini.
Terdapat tingkat kesalahan pada sensor SHT75 yaitu sebesar 1,37% dan pada sensor LM35 sebesar 4,82%.
Tidak adanya tindakan terhadap suhu hanya
Denny Darlis
berbasis mikrokontroler
7
Caesar Pats Yahwe, Isnawaty, L.M Fid Aksara
Rancang bangun prototype system monitoring kelembaban tanah melalui SMS berdasarkan hasil penyiraman tanaman “studi kasus tanaman cabai dan tomat”
2016
8
Olga Engelin Melo
Rumah kaca cerdas untuk budidaya tanaman
2012
mampu mendeteksi kelembaban dan suhu, adanya komunikasi data dengan menggunakan modul wireless yang akan dikirimkan ke komputer dan ditampilkan dengan menggunakan software visual basic. Alat ini menggunakan sensor FC-28 untuk mengetahui kelembaban tanah dan menggunakan modul GSM yang akan mengirim SMS sehingga dapat mengetahui kelembaban dari jauh. Dengan menggunakan sensor LM-35 alat ini mampu bekerja dengan baik dan menggunakan
penyiraman saja, tidak ada indikator lampu maupun buzzer.
Alat ini hanya mendeteksi kelembaban tidak ada deteksi suhu. Keberhasilan keseluruhan sistem adalah 93,37% yang artinya sistem ini masih mempunyai kekurangan ketika pada saat penerimaan SMS. Tidak menggunakan indikator seperti LED maupun buzzer dan hanya kelembaban yang dikontrol.
9
Rosita Herawati, Yulianto Tejo Putranto
Sistem penyiraman otomatis berbasis Arduino
2013
10
Sihno Priyanto
Purwarupa 2013 sistem penyiraman tanaman otomatis berbasis sensor kelembaban tanah dan arduino uno
aplikasi berbasis visual basic yang akan membuat database dan tersimpan di komputer Sistem penyiraman otomatis ini bekerja dengan baik. Dengan menggunakan paku sebagai sensor kelembaban alat ini relatif murah dan mudah untuk didapatkan. Dengan menggunakan sensor DHT11 alat ini dapat bekerja dengan baik.
Tidak adanya LCD, LED maupun Buzzer sebagai indikator, alat ini hanya memakai paku sebagai sensor kelembaban.
Alat ini tidak menggunakan LED maupun Buzzer sebagai indikator dan hanya penyiraman otomatis tidak ada tindakan terhadap suhu.
METODE PENELITIAN Penulisan ini dibuat berdasarkan pada percobaan dan analisa. Metode penulisan yang dipergunakan adalah tinjauan pustaka, yaitu mengambil beberapa data yang berasal dari berbagai sumber seperti buku dan internet dimana isi dari sumber-sumber tersebut dijadikan referensi dan acuan dalam penulisan ilmiah ini. Pendekatan teoritis, yaitu dengan menjelaskan karakteristik dari komponen-komponen dasar yang digunakan pada alat penyiraman ini. Serta pendekatan riset, yaitu dengan cara
menjelaskan pembuatan alat dan prosedur penggunaannya serta mencoba mengamati hasil uji coba alat tersebut. Beberapa komponen utama yang digunakan yaitu : Sensor YL-69, Sensor Suhu DS18B20, Arduino Uno, LCD, LED, Relay, Pompa Air, dan Kipas.
PEMBAHASAN Perancangan dan Implementasi Rangkaian Secara Blok Diagram Dalam perancangan blok diagram rangkaian prototipe alat penyiraman ini dapat dikategorikan menjadi 4 blok yaitu sumber tegangan, masukan, proses dan keluaran yang dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 1. Blok Diagram Rangkaian Diagram Alur Berikut ini merupakan diagram alur yang ditunjukan pada gambar 4. Dimulai dari pemberian tegangan sampai mengeluarkan output yang diharapkan.
Gambar 2. Diagram Alur Prinsip kerja alat ini adalah mendeteksi apakah ada tegangan yang mengalir dari sumber tegangan (adaptor), jika tidak terdeteksi program akan alat tidak dapat bekerja jika ada tegangan yang mengalir, maka alat akan mulai bekerja. Untuk kondisi pertama yaitu membaca data yang dikirimkan oleh sensor YL-69 ke mikrokontroler Arduino Uno untuk diproses, jika terdeteksi tanah kering (kelembaban tanah 0-20 % ) maka pompa air dan LED hijau akan menyala, hingga tanah itu lembab (kelembaban tanah 21-38%) dan pada saat kondisi ini pompa akan mati dan LED kuning menyala, jika tanah terdeteksi basah (kelembaban tanah 39-100 %) maka kipas 1 dan LED merah akan menyala. Jika suhu yang terdeteksi oleh sensor DS18B20 >34oC maka kipas 2 akan menyala, sebaliknya jika suhu yang terdeteksi oleh sensor DS18B20 <34oC maka kipas akan mati. LCD akan menampilkan keadaan kelembaban dan suhu pada saat itu.
Implementasi Program ke Software Arduino 1.5.6 Perangkat lunak yang digunakan untuk mengunggah source code ke mikrokontroler arduino yaitu Arduino IDE. Perangkat lunak Arduino ini menggunakan bahasa pemrograman C, yang sudah sangat dikenal banyak programmer, bahkan programmer pemula sekalipun, karena bahasa pemrogramannya yang sangat mudah untuk dimengerti.
Gambar 3. Listing Program Implementasi Mikrokontroler Arduino Uno Berikut ini adalah implementasi alat secara detail tentang rancang bangun prototipe alat penyiraman dengan menggunakan sensor kelembaban dan suhu berbasis mikrokontroler.
Gambar 4. Skematik Rangkaian Secara Detail Rangkaian alat penyiraman ini dapat dilihat pada gambar 3.6. rangkaian ini diaktifkan dengan tegangan sebesar 7,8 Volt yang dihubungkan langsung ke mikrokontroler Arduino dan selanjutnya Arduino memberikan tegangan 5 Volt untuk sensor YL-69 dan 5 Volt untuk sensor DS18B20. Pada saat alat dijalankan akan terjadi inisialisasi sensor yang dilakukan oleh mikrokontroler yang kemudian sensor akan mendeteksi kondisi kelembaban tanah dan suhu. Jika tanah dalam kondisi kering maka pompa air LED hijau akan menyala, jika kondisi tanah lembab pompa air akan mati dan LED kuning akan menyala, jika kondisi tanah basah pompa air mati, LED merah dan kipas 1 akan menyala. Dan jika suhu > 34oC maka kipas 2 akan menyala.
Desain Pembuatan Maket Desain Pembuatan maket bertujuan untuk mengimplementasikan rancang bangun prototipe alat penyiraman dengan menggunakan sensor kelembaban dan suhu berbasis mikrokontroler ketika melakukan pengujian dan analisa alat tersebut.
Air
Gambar 5. Desain Maket Alat Analisis Dan Hasil Pengujian Alat Terhadap Kondisi yang Berbeda Pengujian dilakukan pada kondisi yang berbeda bertempat di Wisma Anton Soedjarwo (Jl. Pesantren 2, Kelapa Dua, Cimanggis, Kota Depok) pada pukul 11:30 tanggal 24 Juli 2016. Setelah dilakukan pengujian maka diperoleh hasil sebagai berikut : Tabel 2. Pengujian Alat N o
Kondisi
1
Tanah Kering
2
Tanah Lembab
LED Hijau
LED Kuning
LED Merah
Kip as 1
Kip as 2
Po mpa Air
“Tanah Kering” pada baris pertama dan “kelembaba n” pada baris kedua
On
Off
Off
Off
Off
On
“Tanah Lembab” dan “kelembaba n” pada baris kedua
Off
On
Off
Off
Off
Off
LCD
Tanah Basah
4
Suhu 34oC
5
Suhu 34oC
“Tanah Basah” dan “kelembaba n” pada baris kedua
3
Off
Off
On
On
Off
Off
> “Suhu oC pada baris ke dua
Off
Off
Off
Off
On
Off
< “Suhu oC pada baris ke dua
Off
Off
Off
Off
Off
Off
Setelah dilakukannya pengujian alat, alat dapat bekerja dengan baik dan sesuai dengan apa yang diharapkan. Sensor YL-69 dapat bekerja dengan baik seperti jika kondisi tanah kering pompa air dan LED hijau akan menyala dan LCD akan menampilkan kondisi tanah “Tanah Kering” pada baris pertama. Jika kondisi tanah lembab LED kuning akan menyala pompa air dan kipas dalam kondisi off serta LCD akan menampilkan kondisi tanah “Tanah Lembab” pada baris pertama. Jika kondisi tanah basah Kipas 1 dan LED merah akan menyala dan LCD akan menampilkan kondisi tanah “Tanah Basah” pada baris pertama. Begitu juga dengan sensor DS18B20, jika kondisi suhu di dalam ruangan > 34oC Kipas 2 akan menyala, sebaliknya jika kondisi di dalam ruangan < 34 oC Kipas 2 akan mati. Pengujian Alat Secara Elektronika Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui berapa tegangan yang mengalir pada setiap blok dalam kondisi yang sama seperti tabel 4.1. Pengujian alat secara elektronika ini dilakukan pada tanggal 23 Agustus 2016 pada jam 15:16 WIB di Wisma Anton Sujarwo, Kelapa Dua, Kota Depok. Tabel 3. Pengukuran Tegangan IC LM7805 Tegangan IC LM7805 Pin 1 / Vin (Volt)
Pin 2 / Ground (Volt)
Pin 3 / Vout (Volt)
12
0
5
Tabel 4. Pengukuran Tegangan Pada Sensor YL-69 Kondisi
Kering
Keterangan Keluaran Persentase (%)
Tegangan (Volt)
12
5,2
Lembab
30
3,8
Basah
50
2,6
Tabel 5. Pengukuran Tegangan Pada Sensor DS18B20 Kondisi
Keterangan Keluaran Suhu (oC)
Tegangan (Volt)
Suhu > 34 oC
36, 44
6
Suhu < 34 oC
33,38
7,6
Tabel 6. Pengukuran Tegangan Pada Output Port
Tegangan (Volt)
Keterangan
LED Hijau
4,8
Keluaran sensor YL-69 pada saat kondisi tanah kering
LED Kuning
4,8
Keluaran sensor YL-69 pada saat kondisi tanah Lembab
LED Merah
4,8
Keluaran sensor YL-69 pada saat kondisi tanah Basah
Kipas 1
4,8
Keluaran sensor YL-69 pada saat kondisi tanah basah
Kipas 2
4,8
Keluaran sensor DS18B20 pada saat kondisi suhu > 34 oC
Pompa Air
4,8
Keluaran sensor YL-69 pada saat kondisi tanah kering
Setelah dilakukannya uji coba alat secara elektronika dapat disimpulkan bahwa tegangan yang mengalir pada sensor YL-69 tergantung pada tingkat kelembaban yang terdeteksi, semakin besar persentase kelembaban yang diukur semakin kecil tegangan yang mengalir pada sensor YL-69. Sedangkan pada sensor DS18B20 semakin besar suhu yang terdeteksi semakin kecil tegangan yang mengalir pada sensor DS18B20.
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Dari uji coba dan analisa alat yang telah dilakukan, dapat diambil beberapa kesimpulan tentang rancang bangun prototipe alat penyiraman berbasis mikrokontroler dengan sensor kelembaban dan suhu, antara lain :
Alat dapat bekerja dengan baik sesuai dengan apa yang diharapkan. Sensor YL-69 dapat mendeteksi kelembaban tanah dengan baik dan sensor DS18B20 juga dapat mendeteksi suhu dengan baik dan sesuai dengan apa yang diharapkan. Sehingga alat ini dapat menyiram secara otomatis dan melakukan tindakan terhadap kondisi yang sudah ditentukan. Dengan adanya alat ini akan memudahkan pekerjaan manusia dalam melakukan budidaya tanaman, baik tanaman hias maupun tanaman produktif. Salah satunya adalah tanaman kacang hijau, dengan menggunakan alat ini akan memudahkan petani kacang hijau dan meningkatkan produktifitas kacang hijau itu sendiri.
Saran Pada perancangan prototipe alat penyiraman berbasis mikrokontroler dengan sensor kelembaban dan suhu ini terdapat beberapa kendala, seperti :
Modul sensor kelembaban tanaman yaitu sensor YL-69 sangat sensitif terhadap air, sehingga modul ini mudah rusak. Alangkah baiknya modul ini berada dalam maket yang sudah dibuat dan dijauhkan dari air. Sensor YL-69 akan ditancapkan atau ditanam di dalam media tanam, sehingga sensor ini akan mudah berkarat. Salah satu cara untuk menghindari karat tersebut sensor ini harus rutin diperiksa dan melakukan perlakuan khusus seperti di bersihkan setiap hari. Sensor YL-69 sangat sensitif sehingga perubahan kelembaban akan cepat langsung terdeteksi oleh sensor. Pada uji coba yang telah dilakukan, sensor ini akan mendeteksi tanah kering jika langsung diangkat dari media tanam padahal masih terdapat sisa-sisa air yang menempel pada sensor. Solusi untuk mengatasi ini, program harus diset sedemikian rupa agar sensor mendeteksi kelembaban yang lebih akurat lagi. Penambahan sensor PH dan buzzer akan lebih menguntungkan dalam penerapannya. Penambahan modul GSM akan menguntungkan user jika user pada saat tidak berada dalam lokasi tersebut. Dalam merancang dan membangun alat ini akan kesulitan jika alat ini terkena air. Penulis menyarankan agar alat yang telah dibuat dijauhkan dari air agar alat tersebut tidak rusak dan tidak mengalami kegagalan. Alat ini sangat berguna bila diterapkan dalam budidaya tanaman dan pertanian. Sehingga akan membantu pelaku budidaya tanaman. Salah satu penerapannya yaitu budidaya tanaman kacang hijau.
DAFTAR PUSTAKA Al-Amin, Ghozi. 2015. Rancang Bangun Kipas Otomatis pada Suhu Ruangan Berbasis Arduino Uno dengan LCD. Depok: Universitas Gunadarma.
Arifiyan, Grezio. dkk. 2013. Rancang bangun sistem perawatan tumbuhan kacang-kacangan secara adaptif pada lingkungan Greenhouse dengan mikrokontroler Arduino. Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
Hardianti ,Sitti. dkk. 2014. Rancang bangun sistem penyiraman secara otomatis menggunakan Soil Moisture Sensor Sen0057 Berbasis Mikrokontroller ATMega328p. Sulawesi Tengah: Universitas Tadulako.
Harimurti, Triana. dkk. 2012. Perancangan sistem penyiraman air otomatis berbasis mikrokontroler. Bandung: Universitas Telkom.
Herawati, Rosita dan Yulianto Tejo Putranto. 2013. Sistem penyiraman otomatis berbasis Arduino. Semarang: Universitas Katolik Soegijapranata.
Melo, Olga Engelin. 2012. Rumah kaca cerdas untuk budidaya tanaman. Makassar: Universitas Hasanuddin.
Munir, Rinaldi. 2011. Algoritma & Pemrograman dalam Bahasa Pascal dan C. Bandung: Informatika.
Nugroho, Joko. 2014. Sistem monitoring pendeteksi suhu dan kelembapan pada rumah jamur berbasis mikrokontroller AT-Mega 328. Ponorogo: Universitas Muhammadiyah Ponorogo.
Priyanto, Sihno. 2013. Purwarupa sistem penyiraman tanaman otomatis berbasis sensor kelembaban tanah dan arduino uno. Yogyakarta: Universitas Gadjah Mada.
Putra , Lintang Dwi. dkk. 2011. Implementasi Fuzzy Logic untuk mengatur banyak air berdasarkan suhu dan kelembaban. Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
URL: http://duino4projects.com/arduino-automatic-watering-system-2/, 9 Juni 2016
URL:http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/35001/4/Chapter%20II.pd f, 20 Juni 2016
Widhi, Happy Nugrahaning dan Heru Winarno. 2014. Sistem Penyiraman Tanaman Anggrek Menggunakan Sensor Kelembaban dengan Program Borland Delphi 7 Berbasis Modul Arduino Uno R3. Semarang: Universitas Diponegoro.
Yahwe , Caesar Pats. dkk. 2016. Rancang bangun prototype system monitoring kelembaban tanah melalui SMS berdasarkan hasil penyiraman tanaman “studi kasus tanaman cabai dan tomat”. Kendari: Universitas Halu Oleo.
