1
RANCANG BANGUN PROTOTIPE SISTEM KONTROL TEMPERATUR GREENHOUSE MELALUI JARINGAN WIRELESS BERBASIS MIKROKONTROLLER DSTINI
SUBHI PRIATNA
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2009
2
ABSTRAK
SUBHI PRIATNA. Rancang Bangun Prototipe Sistem Kontrol Temperatur Greenhouse Melalui Jaringan Wireless Berbasis Mikrokontroller DSTINI Dibimbing oleh MAHFUDDIN ZUHRI dan AHMAD AMINUDIN. Greenhouse atau sering disebut sebagai rumah kaca merupakan salah satu teknologi dalam bidang pertanian. Teknologi ini terbilang sangat sederhana dan mudah dikonrol jika dibandingkan dengan mengkontrol kondisi alam sesungguhnya. Greenhouse dikontrol menggunakan mikrokontroler DSTINIm400 dan menggunakan 4 sensor DS18B20. Metode kontrol On-Off digunakan untuk mengkontrol temperatur pada greenhouse. Adapaun sebagai aktuator digunakan sisitem pemanas dan sisitem pendingin. Penentuan temperatur ruangan mengunakan metode rata-rata yaitu nilai tiap sensor kita rata – ratakan. Alat yang dibuat dapat mengkontrol temperatur dari 24oC sampai 49oC dengan akurasi mencapai diatas 90%, dengan pembanding EXTECH Digital Thermometer. User interface dapat diakses melalui Web Browser lewat jarigan wireless dengan jalur HTTP atau port 80. Kata kunci : Greenhouse, metode On-Off, DsTINIm400, DS18B20
3
RANCANG BANGUN PROTOTIPE SISTEM KONTROL TEMPERATUR GREENHOUSE MELALUI JARINGAN WIRELESS BERBASIS MIKROKONTROLLER DSTINI
SUBHI PRIATNA
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2009
4
Judul
: Rancang Bangun Prototipe Sistem Kontrol Temperatur Greenhouse Melalui Jaringan Wireless Berbasis Mikrokontroller DSTINI
Nama
: Subhi Priatna
NRP
: G 74103052
Menyetujui :
Pembimbing I
Pembimbing II
(Mahfuddin Zuhri, M.Si)
(Ahmad Aminudin, M.Si)
NIP:132 158 762
NIP:
Mengetahui : Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
(Dr.drh.Hasim, DEA) NIP:131 578 806
Tanggal Kelulusan :
5
PRAKATA
Assallaamu’alaikum Wr. Wb Puji syukur hanyalah milik Allah SWT, atas segala izin, rahmat, kekuatan dan karunia-Nya sehingga skripsi dengan judul Rancang Bangun Prototipe Sistem Kontrol Temperatur Greenhouse Melalui Jaringan Wireless Berbasis Mikrokontroller DSTINI telah selesai dibuat. Hasil penelitian ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan program pendidikan Sarjana Sains (S.Si) di Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Sholawat serta salam semoga tetap tercurah kepada nabi Muhammad SAW beserta keluarga, sahabat dan umatnya sampai akhir zaman. Topik ini sangat baik untuk dikembangkan di Indonesia karena mengingat bahwa Indonesia merupakan negara agraris. Penulis haturkan terima kasih kepada: 1. Allah SWT Rabb seluruh alam. 2. Bapak Mahfuddin Zuhri dan Bapak Aminnudin atas ilmu, waktu, dan motivasi yang telah diberikan dan saran yang sangat berharga. 3. Ibu dan bapak di rumah atas pengorbanan, do’a yang selalu tercurah kepada penulis baik siang maupun malam dan kesabarannya, adik – adiku Hadi dan Agung yang selalu memberi inspirasi, ka Maun dan ka Udin yang selalu mendukung dan keluarga besar tercinta. 4. My Neng yang selalu memberi semangat juga perhatiannya kapanpun dimanapun dan atas penantiannya selama ini. I always loving u until the end. 5. Bara 3 Legend (malih, west, jabrul, adiho, pik-Kun) atas hutang dan kenangan yang dilewati. I always waited when we together. 6. Alumni 7 soul (Syeikh Tah, D-not, Markum, Azis, Izal, Priyo, Alwi, dan Om Rud). For companion Football, you guys always the best. 7. Fahmi, Agung, Ario, Azam, Bobby, Misbah, chan-se thanks tuk kebersamaan kita di lab dan pengusir sepi di lab. Semoga kalian sukses and mikoners tetap jaya. 8. Pak Firman atas bantuan administrasinya, Pak Mus dan pak Tony atas bantuannya di lab bengkel dan lab elektronika. 9. My bro angkatan 39, 40, 41, 42, 43, 44 yang selalu mendukung.
Bogor, Januari 2009
Penulis
6
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Serang pada tanggal 10 Oktober 1986 dari pasangan Saria dan Siti Suwarnah. Penulis merupakan putra pertama dari tiga bersaudara. Penulis menempuh pendidikan di SDN Panibugan- Serang (1991-1997), SLTP N 1 Anyer-Serang (1997-2000), SMK N 1 Serang-Banten (2000-2003) dan pada tahun 2003 penulis masuk ke Departemen Fisika Institut Pertanian Bogor melalui jalur SPMB. Selama mengikuti perkuliahan, penulis pernah aktif sebagai staf di departemen kerohanian Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) periode 2004-2005. Penulis pernah menjadi asisten praktikum fisika dasar pada tahun 2006-2007, asisiten elektronika dasar tahun 2007-2008, asisiten elektronika lanjut 2006-2007, asisiten jaringan komputer di D3 IPB tahun 2007, asisten keamanan jaringan di D3 IPB tahun 2007. Penulis sangat tertarik pada bidang IT, oleh karena itu pada tahun 2007 telah memperoleh sertifikat CCNA.
7
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI ........................................................................................... DAFTAR GAMBAR .............................................................................. DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................... PENDAHULUAN .................................................................................. Latar Belakang ................................................................................... Perumusan Masalah ........................................................................... Tujuan Penelitian ............................................................................... TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................... Sistem Green House .......................................................................... Konduktivitas Termal Pada Greenhouse ........................................... Perubahan Temperatre dari Pemanas ................................................. Perubahan Temperatur dari Radiasi ................................................... Perubahan Temperatur dari Pendingin ............................................. Sistem Kontrol Temperatur pada Greenhouse ................................... Kontrol On-off ................................................................................... Sensor Temperatur ............................................................................. Embedded Networked DSTINIm400 ................................................ Bahasa Pemograman Java .................................................................. Bahasa Pemograman XML dan XSL ............................................... Model Client Server .......................................................................... BAHAN DAN METODE ....................................................................... Tempat dan Waktu Penelitian ............................................................ Bahan dan Alat .................................................................................. Persiapan Peralatan ............................................................................ Pembuatan Sistem Kontrol ................................................................ Uji Performansi Sistem Kontrol ......................................................... HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................... Sensor Temperatur ............................................................................. Sistem Pemanas ................................................................................. Sistem pendingin ............................................................................... Program Kontrol Temperatur ............................................................. Kestabilan Sistem Kontrol Greenhouse ............................................. SIMPULAN DAN SARAN .................................................................... Simpulan ............................................................................................ Saran .................................................................................................. DAFTAR PUSTAKA .............................................................................
Halaman vii viii ix 1 1 1 2 2 2 3 4 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 8 8 8 9 10 11 11 13 14 14 18 20 20 20 20
8
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Gambar 2 Gambar 3 Gambar 4 Gambar 5 Gambar 6 Gambar 7 Gambar 8 Gambar 9 Gambar 10 Gambar 11 Gambar 12 Gambar 13 Gambar 14 Gambar 15 Gambar 16 Gambar 17 Gambar 18 Gambar 19 Gambar 20 Gambar 21 Gambar 22 Gambar 23 Gambar 24 Gambar 25 Gambar 26 Gambar 27 Gambar 28 Gambar 29 Gambar 30 Gambar 31 Gambar 32 Gambar 33 Gambar 34
Halaman Blok Diagram Hi-Tech Technology Greenhouse ................ 2 Sumber yang mempengaruhi Panas ..................................... 4 Kontrol On-Off .................................................................... 5 Diagram blok control On Off.….......................................... 5 Kontrol on-off dengan deadband ........................................ 5 Sensor temperatur DS18B20................................................. 6 Blok diagram daya internal pada DS18B20 ........................ 6 Blok diagram daya external pada DS18B20…..…............... 6 Blok diagram DS18B20 …................................................... 6 Modul DSTINIm400 …....................................................... 7 Diagram Modul DSTINIm400 ……………….………....... 7 Rancangan bentuk Miniatur Sistem kontrol Greenhous ...... 9 Blok diagram sistem kontrol ................................................ 10 Jenis Grafik Percobaan ........................................................ 10 Diagram pendingin ............................................................... 10 Aliran Udara Pada Sistem Greenhouse ................................ 10 Format data keluaran DS18B20 ........................................... 11 Waktu konfersi DS18B20 ke temperatur ............................. 12 Grafik hubungan waktu dengan DS18b20 dan EXTECH thermometer .................................................. 12 Grafik hubungan sensor 1 dan EXTECH thermometer terhadap waktu ..................................................................... 12 Grafik hubungan sensor 2 dan EXTECH thermometer terhadap waktu ..................................................................... 12 Grafik hubungan sensor 3 dan EXTECH thermometer terhadap waktu ..................................................................... 13 Grafik hubungan sensor 4 dan EXTECH thermometer terhadap waktu ..................................................................... 13 Hubugan temperatur oleh pemanas dengan waktu .............. 13 Hubugan temperatur oleh pemanas dengan waktu pada daerah 1 ....................................................................... 14 Hubugan temperatur oleh pemanas dengan waktu pada daerah 2 ....................................................................... 14 Hubugan temperatur oleh pendingin dengan waktu ............ 14 Diagram alir program Kontrol ............................................. 15 Tampilan user dalam bentuk XHTML ................................. 17 Tampilan user untuk chart dalam bentuk HTML ................ 17 Wilayah logika dan penempatan sensor pada greenhouse .. 18 Hubungan temperatur rata – rata dan EXTECH terhadap waktu pada daerah I ............................................... 18 Hubungan temperatur rata – rata dan EXTECH terhadap waktu pada daerah VII .......................................... 18 Hubungan temperatur rata – rata dan EXTECH terhadap waktu pada daerah IX ............................................ 19
9
Gambar 35 Hubungan temperatur yang di control dengan waktu dengan batas ubah atas dan bawah 00C ................................... 19 Gambar 36 Hubungan temperatur yang di control dengan waktu dengan batas ubah atas dan bawah 0.50C ................................ 19 Gambar 37 Hubungan temperatur yang di control dengan waktu dengan batas ubah atas dan bawah 1oC ................................... 19
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1 Lampiran 2 Lampiran 3 Lampiran 4 Lampiran 5 Lampiran 6 Lampiran 7 Lampiran 8 Lampiran 9 Lampiran 10 Lampiran 11 Lampiran 12 Lampiran 13 Lampiran 14 Lampiran 15 Lampiran 16 Lampiran 17 Lampiran 18 Lampiran 19 Lampiran 20 Lampiran 21 Lampiran 22
Data DS18b20 dengan EXTECH ...................................... Data DS18B20 ke 1 atau sensor 1 ..................................... Data DS18B20 ke 2 atau sensor 2 ..................................... Data DS18B20 ke 3 atau sensor 3 ..................................... Data DS18B20 ke 4 atau sensor 4 ..................................... Data Temperatur Pemanas Hair dryer Terhadap Waktu ... Data Temperatur Pendingin Terhadap Waktu ................... Data Temperatur Kontrol Pada Daerah I Terhadap Waktu ................................................................ Data Temperatur Kontrol Pada Daerah VII Terhadap Waktu ................................................................ Data Temperatur Kontrol Pada Daerah IX Terhadap Waktu ................................................................ Data Temperatur Kontrol Pada Suhu 30oC Dengan E = 0oC ............................................................... Data Temperatur Kontrol Pada Suhu 28.5oC Dengan E = 0.5oC ............................................................ Data Temperatur Kontrol Pada Suhu 29oC Dengan E = 1oC ............................................................... Karakteristik DS18B20 ..................................................... DSTINI Prosesor ............................................................... Rangkaian L-Saklar-51 ...................................................... Beberapa class utama Program .......................................... Contoh konfgurasi dalam prefs.ini ..................................... File XHTML untuk menampilkan user interface yang di akses client ............................................................ Tampilan User Interface client ........................................... File HTML untuk menampilkan chart yang di akses client ............................................................ Tampilan Chart yang di akses client ..................................
22 23 25 27 29 31 34 35 37 39 41 43 45 47 48 49 50 64 66 67 68 70
10
PENDAHULUAN Latar Belakang Negara Indonesia merupakan negara agraris atau sebagian besar penduduknya mencari penghasilan dari pertanian. Namun banyak kendala-kendala yang sering dihadapi misalnya faktor cuaca yang tak cocok, hama, apalagi jika kita menanam tumbuhan dari daerah atau negara lain maka hal ini akan menyulitkan. Oleh karna itu, di butuhkan tempat yang dapat kita kontrol, mulai dari tekanannya, temperaturnya, kelembabanya, intensitas matahari sesuai kebutuhan tanaman tersebut sehingga relative lebih aman dari hama. Salah satu metode yang banyak di pakai adalah greenhouse. Greenhouse atau sering disebut dengan rumah kaca merupakan salah satu teknologi yang digunakan dalam bidang pertanian. Teknologi ini terbilang sangat sederhana dan mudah dikontrol jika dibandingkan dengan mengontrol kondisi alam sesungguhnya. Hal ini karena area pada rumah kaca terbatas pada luas tertentu dan pada posisi tanah yang rata serta dapat diset sesuai keinginan. Tidak seperti pada lahan bebas yang kondisi lingkungannya tergantung pada lingkungan sekitarnya. Selain itu tanaman yang ditanam biasanya seragam atau tidak bervariasi. Semua ini menyebabkan mudahnya untuk mengontrol rumah kaca sesuai kebutuhan sehingga proses pertumbuhan dan perkembangan tanaman menjadi lebih baik sesuai dengan keinginan. Namun demikian pada kenyataannya banyak terdapat kekurangan dalam efesiensi kontrol greenhouse, antara lain adalah masih dilakukannya pengamatan temperatur secara manual. Selain itu juga masih dilakukannya proses pengontrolan temperatur secara manual pula, sehingga dalam penanganan satu fasilitas greenhouse memerlukan banyak waktu yang seharusnya bisa digunakan untuk hal penting yang lainnya. Proses pengontrolan secara manual ini akan menjadi kendala tersendiri pada pertumbuhan dan produktivitas tanaman yang seharusnya dapat tumbuh dan berproduksi dengan maksimal pada temperatur tertentu sesuai dengan karakteristik dari tanaman tersebut. Hal ini karena jika proses pengontrolan dilakukan secara manual akan menjadi sulit sekali untuk mencapai temperatur tertentu yang diinginkan dan kemudian menjaganya agar tidak berubah. Dampak yang lainnya adalah harus siap selalu penjaga
greenhouse untuk mengamati temperatur yang diinginkan dan mengontrolnya apabila terdapat kelebihan atau kekurangan dari nilai temperatur. Oleh karena itu, pemanfaatan teknologi yang ada sekarang akan mempermudah dan meningkatkan efektivitas serta efisiensi dari produktivitas tanaman pada greenhouse. Hal ini karena seluruh pengamatan temperatur dan pengontrolannya dilakukan secara otomatis oleh suatu alat yang berbasis mikrokontroller dan mikroprosessor. Proses pengamatan dan pengontrolan temperatur pada greenhouse pun dapat berlangsung dengan cepat dan tepat. salah satu kelemahan kontrol dengan mikrokontrorler biasa adalah pada saat perawatan dan pemograman ulang. Karena pada mikrokontroler biasa mengunakan sarana komunikasi serial sehingga pada saat perawatan atau pemograman ulang, komputer atau laptop harus dibawa dan konfigurasinya harus dekat dengan mikrokontroler. Oleh karena itu, mikrokontroler dengan tambahan teknologi jaringan didalamnya memungkinkan hal tersebut tidak terjadi. Karena sudah mendukung jaringan, maka kita dapat gabungkan mikrokontroler tersebut dengan media penghantar berbasis wireless sehingga pada saat perawatan dapat kita lakukan dirumah. Perumusan Masalah Greenhouse berfungsi sebagai tempat tumbuh tanaman yang lingkungannya dapat kita sesuikan dengan karakteristik tanaman tersebut. Sehingga, tanaman tersebut dapat tumbuh secara optimal. Faktor pendukung tanaman untuk tumbuh optimal adalah temperatur, faktor ini akan kita kontrol secara otomatis pada greenhouse. Pada penelitian ini akan digunakan empat buah sensor temperatur DS18B20 yang di tempatkan di dalam greenhouse dan di hubungkan pada mikrokontroler TINI dengan teknologi 1-wire. TINI kita hubungkan dengan accses point melalui port ethernet sehingga admin atau user dapat mengkonfigurasi greenhouse melalui jaringan wireless. Untuk mempermudah kontrol, user interface di letakan pada TINI. Untuk kalibrasi pada penelitian ini, akan di bandingkan temperatur pada user interface dengan alat termometer digital EXTECH.
11
Tujuan Penelitian
1. 2.
3.
Penelitian ini bertujuan untuk : Membuat kontrol temperatur greenhouse. Mengoptimalkan mikrokontroler DSTINIm400 sebagai pengkontrol dan pengumpul data pada sitem greenhouse. Memanfaatkan jaringan wireless sebagai sarana komunikasi data antara greenhouse dan client.
TINJAUAN PUSTAKA Sistem Green House Greenhouse dirancang dalam bentuk yang berbeda untuk kondisi iklim yang berbeda. Suatu tanaman memiliki syarat-syarat kondisi tertentu yang merupakan kondisi yang membantu tanaman tersebut untuk tumbuh subur dan lebih produktif. Penyesuaian iklim di dalam greenhouse seharusnya dapat dioptimalkan melalui sistem yang dapat membuatnya sama dengan iklim yang dibutuhkan dalam menanam tanaman tersebut. Berikut ini beberapa sistem greenhouse yang didasarkan pada teknologi dalam konstruksinya[1]. a.
c.
High-Tech Greenhouse
Pada tipe ini banyak faktor lingkungan pada greenhouse yang dikontrol dalam satu waktu. Dalam sistem kontrol terdapat sensor, komparator dan operator, signal receiver. Semua sistem kontrol diusahakan agar merepresentasikan kondisi yang dibaca sensor, sehingga penentuan letak sensor sangat penting. Sensor merasakan dan menghitung variabel, membandingkan dengan pengukuran dalam nilai standar. Adapun yang dikontrol lebih banyak seperti : 1. Sistem Kontrol Temperatur 2. Sistem Kontrol Kelembaban 3. Sistem Kontrol Tekanan 4. Sistem Kontrol Pewaktuan 5. Sistem Kontrol Pencahayaan
Weather Station
Weather Station
Analizer
Climate Control
Ventilasi Pemanas Pendingin
Irrigation Control Komputer
Medium-Tech Greenhouse
Tipe greenhouse ini dibangun dari Glavished Iron (G.I). Sampul canopy dibuat dengan struktur dan sekrup untuk mempermudah. Keseluruhan struktur kokoh dan kuat terhadap angin. Pemanas dan pendingin digunakan untuk mengatur temperatur, begitu juga alat pengatur kelembaban. Sistem ini semiautomatik, sehingga butuh banyak perhatian dan penjagaan. Kemudian banyak membutuhkan
Greenhouse
Sensor
Low Tech Greenhouse
Greenhouse ini sangat sederhana, dibuat dari bambu, timber atau material lainnya. Pada low tech tidak ada kontrol spesifik untuk meregulasi parameter lingkungan yang ada pada greenhouse. Teknik sederhana digunakan untuk menaikkan dan menurunkan temperatur serta kelembaban. Intensitas cahaya dapat dikurangi dengan menggunakan bahan penutup atau tirai. Temperatur dapat dikurangi dengan membuat celah ventilasi pada dinding. Tipe pada tipe ini cocok pada zona iklim dingin seperti Leh, Srinagar, dan yang lainnya. b.
tenaga manusia untuk menjaga lingkungan idealnya. Tipe ini cocok untuk zona iklim kering dan komposit.
PH meter
EC meter
Fertiliser Pump
NPK
Printer
Gambar 1. Blok Diagram Hi-Tech Technology Greenhouse
12
Selain kelima sistem di atas pada jenis HiTech technology juga terdapat weather station dan irrigation control. Irrigation control digunakan untuk mengkontrol keasaman tanah dan kesuburan tanah dengan pemupukan. Adapun diagram blok yang menjelaskan sistem kontrol pada greenhouse hi-tech technology secara keseluruhan digambarkan dalam Gambar 1. Konduktivitas Termal Pada Greenhouse Di dalam greenhouse ada tiga cara proses perpindahan kalor yang terjadi pada setiap komponen penyusun greenhouse, yaitu : - konduksi - konveksi - radiasi [1] Pada konduksi, energi termis ditransfer lewat interaksi antara atom-atom atau molekul, walaupun atom-atom dan molekulnya sendiri tidak berpindah. Dalam rumah kaca terdapat beberapa bagian yang dapat mengalirkan energi termalnya secara konduksi. Pada pemanas yang digunakan, energi listrik diubah menjadi energi termal. Energi termal berasal dari filamen yamg memanas karena dialiri arus listrik, sehingga kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan udara disekitar filamen adalah dirumuskan dalam persamaan 1.
Q = mc∆T
(1)
Kalor ini akan memanaskan udara sampai pada temperatur tertentu, kita menganggap udara disekitar filamen tak bergerak. Hal ini membuat transfer termal terjadi secara konduksi.[1] Perbedaan temperatur pada sisi yang berbeda dari greenhouse akan menyebabkan laju perubahan temperatur atau yang dinamakan gradien temperatur [1]. Jika ∆Q adalah jumlah energi termis yang dikonduksikan lewat bahan dalam satu waktu ∆t, maka laju konduksi energi termis (∆Q/∆t) dinamakan arus termis (I), dimana secara eksperimen ditemukan bahwa arus termis sebanding dengan gradien temperatur dan luas penampang (A) digambarkan oleh persamaan 2.
I =
∆T ∆Q = kA ∆x ∆t
(2)
k adalah konstanta kesebandingan yang dinamakan koefisien konduktivitas termis [2].
Tipe trasnfer termal yang kedua adalah dengan konveksi, yaitu panas dipindahkan langsung lewat perpindahan massa. Udara yang ditiupkan di sekitar filamen akan membuat udara memuai dan naik karena kerapatannya rendah. Jadi energi termis di udara panas ini dipindahkan dari sekitar filamen menuju langit-langit greenhouse bersama dengan massa udara [1]. Jika gerak fluida disebabkan gaya dari perbedaan tekanan pada fluida, maka gaya tersebut dinamakan gaya konveksi. Dua proses mungkin bisa terjadi secara bersamaan. Transfer panas rata-rata oleh konveksi antara fluida dan batas permukaan yang dapat dituliskan dengan persamaan 3.
= hA∆T q
(3)
Dimana h adalah koefisien transfer panas lokal. Kemudian aliran panas rata-rata (q ) pada fluida dan permukaan yang berhubungan dengan beda temperatur antara bahan dan sekelilingnya [2]. Fenomena radiasi digambarkan sebagai transport energi melalui gelombang elektromagnetik. Radiasi tidak dibatasi oleh material dan dapat terjadi pada ruang vakum. Setiap bahan meradiasikan bagian dari energinya. Radiasi ini akan terkena bahan lain, hal ini semua secara total atau sebagian dikonversi menjadi panas. Range panjang gelombang dari energi radiasi bahan tergantung pada temperatur permukaan dari bahan yang meradiasikannya. Temperatur bahan yang tinggi, memiliki panjang gelombang yang pendek. Temperatur permukaan dari matahari sekitar 600 K dan spektrum radiasinya merupakan maksimum dari intensitas radiasi solar pada range tampak.[2] Densitas fluks panas yang diradiasikan dari luar permukaan dapat dihitung dengan persamaan 4.
Q = εσT 4 A
(4)
εadalah emisivitas permukaan, σadalah konstanta boltzmann, T adalah temperatur absolut permukaan eksternal dan A adalah luas permukaan.[2] Jika radiasi ini dipotong atau dihalangi oleh bahan lain, kemudian diabsorpsi dan transformasi menjadi panas ditentukan oleh absorpsivitas bahan. Kebanyakan material ini absorsivitasnya adalah fungsi panjang gelombang.[2]
13
Sumber panas lain
pemanas
Matahari
Maka energy listrik yang dihasilkan adalah E = Pt
(8)
Dimana t adalah waktu dalam jam. Jadi usaha yang diperlukan sama dengan energi listrik yang dihasilkan W=E
Kecepatan angin
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑇𝑇 𝑙𝑙𝑙𝑙 2 𝑇𝑇1
Greenhouse
𝑇𝑇2 𝑇𝑇1
=
= 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉
400𝑡𝑡 𝑃𝑃𝑃𝑃
400 𝑡𝑡
𝑇𝑇2 = 𝑇𝑇1 𝑒𝑒 𝑃𝑃𝑃𝑃
Gambar 2. Sumber yang mempengaruhi temperatur greenhouse
Adapun yang mempengaruhi temperatur total pada ruangan greenhouse antara lain adalah radiasi sinar matahari langsung, pantulan sinar matahari, radiasi termal dari atmosfer, radiasi termal dari bumi, radiasi dari tanaman itu sendiri dan kecepatan angin yang membawa udara dingin menuju udara panas, atau jika dibuat diagram dapat dilihat pada Gambar 2.[1] Jika di rumuskan maka akan di dapatkan Ttotal = T0 + ∆Tpemanas + ∆Tradiasi + ∆Tpendingin (5) T0 = temperatur awal Perubahan Temperatur dari Pemanas Pemanas yang digunakan memiliki daya sebesar 400 W. proses pemanasan terjadi dalam keadaan temperatur yang berubah ubah, maka usaha yang di lakukan pemanas adalah sebagai berikut.[2]
𝑊𝑊 = ∫ 𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 𝑇𝑇 𝑃𝑃𝑃𝑃 = ∫𝑇𝑇 2 𝑑𝑑𝑑𝑑 1
𝑇𝑇
𝑇𝑇
= 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑇𝑇2 1
(6)
V = volume ruangan T = temperatur ruangan Jika di ketahui daya pada hair dryer dapat di rumuskan sebagai berikut P = VI V = tegangan yang diperlukan
(7)
(9)
∆𝑇𝑇𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 = 𝑇𝑇2 − 𝑇𝑇1
T1 = temperatur sebelumnya Perubahan Temperatur dari Radiasi Radiasi yang dipancarkan oleh matahari dan diterima oleh atmosfer bumi dari matahari sekitar 1350 W/m2[2], sedangkan yang mencapai permukaan bumi dapat di tuliskan sebagai berikut
𝑃𝑃 = �1000 𝑊𝑊� 2 � 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑚𝑚
dan maka
𝑃𝑃 = 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑇𝑇𝑟𝑟4
(10)
(11)
𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑇𝑇𝑟𝑟4 = �1000 𝑊𝑊� 2 � 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑚𝑚 1000𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 4 𝑇𝑇𝑟𝑟 = 𝜎𝜎 4
𝑇𝑇𝑟𝑟 = �
1000 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 𝜎𝜎
∆𝑇𝑇𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 = 𝑇𝑇𝑟𝑟 − 𝑇𝑇0
Perubahan Temperatur dari Pendingin Pada sisitem pendingin terjadi sebuah percampuran udara panas dan udara dingin yang dihasilkan es yang ditiupkan oleh kipas[2]. Percampuran udara ini akan mencapai temperatur kesetimbangan sesuai dengan “azas black” yaitu :
𝑄𝑄 = 𝑚𝑚𝑚𝑚∆𝑇𝑇 𝑄𝑄𝑝𝑝 = 𝑄𝑄𝑔𝑔
Dengan: Qp = kalor dari pendingin Qg = kalor dari udara/gas diketahui
𝜌𝜌 =
𝑚𝑚 𝑉𝑉
14
maka
𝑐𝑐𝑝𝑝 = 𝑐𝑐𝑔𝑔
𝜌𝜌𝑝𝑝 𝑉𝑉𝑝𝑝 �𝑇𝑇𝑘𝑘 − 𝑇𝑇𝑝𝑝 � = 𝜌𝜌𝑔𝑔 𝑉𝑉𝑔𝑔 �𝑇𝑇𝑔𝑔 − 𝑇𝑇𝑘𝑘 �
𝑇𝑇𝑘𝑘 =
𝜌𝜌 𝑔𝑔 𝑉𝑉𝑔𝑔 𝑇𝑇𝑔𝑔 +𝜌𝜌 𝑝𝑝 𝑉𝑉𝑝𝑝 𝑇𝑇𝑝𝑝 �𝜌𝜌 𝑝𝑝 𝑉𝑉𝑝𝑝 +𝜌𝜌 𝑔𝑔 𝑉𝑉𝑔𝑔 �
(12)
∆𝑇𝑇𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 = 𝑇𝑇𝑘𝑘 − 𝑇𝑇1
Sistem Kontrol Greenhouse
Temperatur
lebih besar dari 0 maka On level akan dibangkitkan dan jika sinyal error lebih kecil dari 0 aka off level akan dibangkitkan atau kebalikannya. Secara matematik hal ini dapat di tulis hal ini dapat di tuliskan yc = con untuk e(t) >0 dan yc = coff untuk e(t) < 0 atau kebalikannya. Dimana yc adalah keluaran kontrol, e(t) adalah sinyal error. con dan coff adalah dua level kontrol untuk e(t) > 0 dan e(t) < 0. Dapat kita analogikan seperti Gambar 4.
pada
V Sistem kontrol yang dipakai pada kontrol temperatur greenhouse adalah sistem kontrol lup tertutup. Pada sistem kontrol lup tertutup menggunakan sebagian inputnya dari output untuk meregulasi output. Sistem kontol lup tertutup disebut juga sistem kontrol feedback (umpan balik). Pada kontrol feedback variabel yang dikontrol diukur. Pengukuran ini dibandingkan dengan setpoint. Jika terdapat error, maka pengontrol akan melihat error ini dan memutuskan tindakan apa yang harus diberikan untuk mengkompensasi atau menghilangkan error. Error terjadi ketika seorang operator mengubah setpoint secara intensif atau mengubahnya pada saat sedang terjadi proses pengontrolan secara tiba-tiba. Error dapat menjadi positif atau negatif. Jika terdapat error diantara keduanya, maka secara otomatis menghasilkan sinyal koreksi yang akan membuat error tersebut menjadi nol.[3] Semua pengontrol harus dipicu dengan membangkitkan sinyal error : E = SP – PV
(13)
error adalah perbedaan antara set point (SP) atau nilai yang diinginkan dengan nilai yang terukur oleh sensor atau process variable (PV). Saat nilai terukur terlalu kecil, nilai error adalah positif. Nilai error yang negatif menandakan bahwa nilai yang terukur oleh sensor adalah diatas nilai yang diinginkan.
On
Off 0
t
Gambar 3. Kontrol On-Off
u
con
e(t)
vc
plant
cof f
On Off controller
Gambar 4. Diagram blok kontrol On Off Kontrol on-off harus mempunyai deadband atau histerisis agar perubahan keadaan dari kondisi hidup ke kondisi mati atau sebaliknya tidak menyebabkan perubahan terlalu cepat sehingga dapat merusak alat. Pada kondisi mati, alat tidak lansung berubah kondisi menjadi hidup pada saat melewati error > 0 tetapi akan hdup setelah melewati batas ubah atas yaitu +E dan sebaliknya yaitu pada keadaan hidup, alat tidak landsung berubah kondisi menjadi mati pada saat melewati error < 0 tetapi akan mati setelah melewati batas ubah bawah yaitu –E. seperti terlihat pada Gambar 5.
Kontrol On-off
V Metode yang digunakan untuk mengkompensasi atau menghilangkan error adalah metode ON – Off. Tipe kontol ini adalah yang paling sederhana dari bentuk tipe control yang lainnya, aksi yang dilakukan dapat dianalogika sederhana dengan switch seperti Gambar 3. Keluaran dari kontroler memiliki dua level, yaitu On dan Off atau 100% on dan 100% off. Kedua level ini dihasilkan berdasarkan signal error. Jika sinyal error
on
Deadband
off -E
+E
t
Gambar 5. Kontrol on-off dengan deadband
v
15
Pada pencapaian kondisi steady state, kontrol on-off akan engalami osilasi. Besar atau tidaknya osilasi sangat bergantung dari penentuan deadband. Untuk mengurangi osilasi adalah dengan mempersempit deadband namun hal ini akan berakibat alat akan terlalu cepat berpindah posisi dari kondisi hidup ke kondisi mati, sehingga sensitifitas kontrol on-off bergatung dari deadband [3]. Sensor Temperatur Sensor temperatur yang digunakan adalah sensor DS18B20 yang dikeluarkan oleh Dallas semikonduktor. DS18B20 merupakan sensor temperatur yang telah memiliki keluaran digital sehingga tidak diperlukannya rangkaian ADC dan proporsional dengan temperatur pada orde derajat celcius. Bentuk fisik dari DS18B20 dapat terlihat pada Gambar 6, device ini mempunyai tiga kaki yang terdiri dari GND yaitu ground, DQ untuk data masukan atau data keluaran dan VDD untuk daya device. Salah satu keunggulan lain yaitu device ini tidak memerlukan daya dari luar, daya dapat di ambil langsung oleh device ini dari kaki DQ atau kaki untuk data, istilah lainnya yaitu parasite power. Bentuk contoh rangkaiannya dapat di lihat pada Gambar 7. jika DS18B20 yang kita gunakan sedikit kita bisa menggunakan pendayaan dari luar, melalui kaki VDD, rangkaiannya dapat dilihat pada Gambar 8. Namun jika device yang kita pasangkan berjumlah banyak baiknya kita menggunakan parasite power. Daya yang dibutuhkan sensor ini berkisar antara 3.0V sampai 5.5V.
Gambar 8. Blok diagram daya external pada DS18B20 Gambar 9 memperlihatkan struktur DS18B20. 64-bit ROM pada device menyimpan kode serial unik, yang digunakan sebagai pembeda device satu dengan yang lain sehingga mikrocontroler dapat mengenalinya. Memori scratchpad mengandung register 2-bit yang digunakan untuk menyimpan keluaran digital dari sensor temperatur. Sebagai tambahan, scratchpad menyediakan akses ke 1byte Upper dan Lower alarm register triger (TH dan TL). Register TH dan TL adalah nonvolatile (EEPROM), sehingga alat ini dapat mempertahankan data saat tidak dihubungkan dengan catu daya. DS18S20 menggunakan 1-wire bus protokol eksklusif yang menerapkan bus komunikasi menggunakan satu sinyal kendali. Garis kendali memerlukan strong pull-up resistor karena semua device dihubungkan melalui 3-state atau port open drain (pin DQ). Dalam sistem bus ini, mikrokontroler mengidentifikasi dan melakukan pengalamatan device pada bus menggunkan kode 64-bit yang unik. Karena masing-masing device memiliki suatu kode unik, maka banyaknya device yang dapat dialamatkan pada suatu bus[7].
Gambar 9. Blok diagram DS18B20 Gambar 6. Sensor temperatur DS18B20 Embedded Networked DSTINIm400
Gambar 7. Blok diagram daya internal pada DS18B20
DSTINIm400 (Dallas Semiconductor Tiny Internet Interface module) merupakan sebuah modul yang dapat digunakan untuk keperluan embedded networked system. Modul ini sangat cocok digunakan dalam perancangan embedded server. Hal ini dikarenakan modul ini dapat bekerja seperti komputer atau disebut juga Single Board Computer, karena modul ini bekerja dengan menggunakan sistem operasi
16
seperti pada komputer. Sistem operasinya dinamakan TinyOS (Tiny Operating System). Dalam sistem operasi DSTINIm400 telah terdapat JRE (Java Runtime Evironment) sehingga pengembangan aplikasi dapat dilakukan dalam bahasa tingkat tinggi (HighLevel Language) yaitu Java[6]. Pada dasarnya, komponen inti dari modul DSTINIm400 adalah DS80C400 yaitu sebuah mikrokontroler yang telah mendukung teknologi jaringan yang telah menyertakan 10/100 Ethernet MAC, TCP IPv4/6 network stack dan firmware yang telah di-burning ke dalam ROM-nya. Selain TCP IP, juga mendukung komunikasi via protokol UDP, DHCP, ICMP, dan IGMP. Oleh karena itu, modul DSTINIm400 ini sangat reliable untuk komunikasi jaringan ethernet maupun internet. Selain mikrokontroler DS80C400 sebagai komponen utama, DSTINIm400 juga memiliki memori flash (1MB) dan RAM (1MB), hal ini yang membuat DSTINIm400 dapat beroperasi dengan menggunakan sistem operasi. Untuk keterangan lebih detil mengenai modul DSTINIm400 ini, dapat mengacu pada lampiran 15. Bentuk fisik dari modul DSTINIm400 dapat dilihat pada Gambar 10. Diagram modul DSTINIm400 dapat dilihat pada Gambar 11.
Gambar 10. Modul DSTINIm400
Bahasa Pemograman Java Java merupakan bahasa pemograman berorientasi objek yang dikembangkan oleh perusahaan Sun Microsytems, yang terkenal dengan Workstation high-end. Java dibuat setelah bahasa pemograman C++ yang dirancang lebih kecil, source dan binary levelnya sederhana, portable untuk platform dan sistem operasi apapun. Hal ini berarti program java (Applets dan Aplikasi) dapat dijalankan pada mesin apa saja dengan syarat mempunyai fasilitas JVM (Java Virtual Machine). Java biasanya dikenal dalam konteks world wide web, browser seperti Netscape’s Navigator dan Microsoft’s Internet Explorer disebut java enabled. Java enabled berarti bahwa browser dapat men-download dan menjalankan program java (Applets). Applets muncul di dalam Web page hampirsama seperti images, tapi Applets lebih dinamik dan interaktif. Applet dapat digunakan untuk membuat animasi, gambar, bentuk-bentuk yang mempunyai respon cepat terhadap input dari reader (pembaca), games (permainan) atau efek interaktif lain pada Web page. Untuk memudahkan kompilasi listinglisting program, menjalankan program dan membuat file aplikasi java kami gunakan IDE (integrated development environpment) Borlan Jbuilder 9 Enterprise. Keunggulan dari software ini yaitu : • Terdapat error correction dan suggestion secara otomatis terhadap kesalahan listing program yang dibuat. • Tampilan GUI mudah digunakan • Dapat menentukan path dengan mudah • Dapat mengubah file .class menjadi .tini • Dapat menempatkan secara langung file .tini ke dalam mikrokontroller TINI. Bahasa Pemograman XML dan XSL
Gambar 11. Diagram Modul DSTINIm400
XML (Extensible Markup Language) adalah bahasa markup, markup digunakan untuk menyampaikan informasi tentang beberapa teks atau data lain. XML berbeda dari bahasa markup seperti HTML karena XML dapat memiliki jumlah elemen jenis nama yang sering disebut informal tag name, Sehingga memberikan kemampuan yang lebih fleksibel kepada para programmer web. XML dikembangan oleh grup kerja xml (awalnya SGML Editorial Review Board) dibawah badan W3C (World Wide Web Consortium) pada tahun 1996. XML adalah class dari object data yang disebut XML document. XML dokumen dapat digunakan
17
untuk menyimpan data yang Anda simpan sebagai huruf, laporan, manual dan sebagainya atau data yang mungkin anda hubungkan dengan database. XSL dirancang untuk digunakan dengan XML dokumen untuk mentransformasikan data dalam bentuk yang sesuai untuk presentasi dalam konteks tertentu atau menjadi alternatif struktur XML. XSL cocok untuk membuat dokumen HTML dari server-side XML dengan HTML yang dihasilkan diproses oleh pengguna Web browser dengan cara biasa. XSL memiliki output untuk mengaktifkan modus HTML output yang akan ditentukan. Selain itu, xsl dapat digunakan untuk memproduksi HTML browser untuk desktop, dan Wireless Markup Language (WML) untuk mobile browser yang sama dari XML penyimpan data[11][12]. Model Client Server Client - Server model adalah bentuk distributed computing dimana sebuah program (client) berkomunikasi dengan program lain (server) dengan tujuan untuk bertukar informasi[13]. Pada umumnya sebuah client memiliki tugas sebagai berikut: 1. Menyediakan user interface. 2. Menterjemahkan permintaan user ke dalam bentuk protokol yang sesuai. 3. Mengirimkan permintaan user ke server. 4. Menunggu respon dari server. 5. Menterjemahkan respon tersebut ke dalam format yang dapat dibaca. 6. Menyajikan hasil format tersebut ke user.
B. Web Server Web server berfungsi untuk menyediakan layanan web berupa situs kepada user. Web server menggunakan user interface berupa web browser untuk dapat berkomunikasi dengan user dalam jaringan. C. Database Server Database server adalah sebuah server yang didedikasikan khusus untuk menampung data-data dalam jumlah besar yang disimpan menggunakan perangkat lunak khusus. Database server memiliki tugas utama untuk melayani permintaan data dari user. D. Application Server Application server adalah sebuah server yang didedikasikan khusus untuk menjalankan aplikasi. Aplikasi server ditujukan untuk melayani komputer client dalam jumlah yang besar. Penggunaan Aplikasi server ditujukan untuk tidak memberatkan komputer client.
BAHAN DAN METODE Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Elektronika dan Laboratorium Mikrokontroler, Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor mulai bulan Mei 2007 sampai Desember 2008. Bahan dan Alat
Kata client juga sering disebut dengan kata host yang menandakan bahwa device tersebut tersambung dalam sebuah jaringan. Sedangkan sebuah server memiliki tanggung jawab sebagai berikut: 1. Mendengarkan permintaan dari client. 2. Memproses permintaan tersebut. 3. Mengembalikan hasil proses tersebut ke client. Dalam praktek sehari-harinya terdapat berbagai macam server yang ada dalam jaringan. Setiap server tersebut memiliki fungsi khusus sesuai dengan tujuan pembuatan server tersebut. Beberapa contoh server berikut kegunaannya A. Mail Server Mail server berfungsi sebagai tempat konsentrasi email, layaknya sebuah kantor pos, yang berfungsi untuk menampung sementara, mengolah dan memproses email tersebut agar dapat dikirimkan sampai ke tempat tujuannya.
Alat yang digunakan pada penelitian meliputi PC (Personal Computer), digital/analog trainer, termometer digital, signal generator, osiloskop, digital multimeter, IC tester, microcontroller, variable power suplly, protoboard, solder, penyedot timah, bor tangan, stopwatch, mesin bubut logam dan mesin bubut kayu. Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini meliputi sensor temperatur DS18B20, komponen elektronika, pipa, PCB (Printed Board Circuit) kosong, air, heater, cooler, timah, solder, logam aluminium, kaca fiber, balok kayu, perekat. Persiapan Peralatan A. Pembuatan Miniatur Rumah Kaca Miniatur rumah kaca yang dibuat diusahakan agar menyerupai rumah kaca yang
18
sesungguhnya. Miniatur ini terbuat dari bahan fiber dengan menggunakan rangka badan dari alumunium dan kayu. Ukuran dari miniatur rumah kaca ini adalah 30x30x40 cm. Bentuk desain dari miniatur rumah kaca ini mengikuti desain rumah sederhana yang ada di Indonesia. Rancangan dari bentuk desain greeenhouse yang akan digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 12. Pada penelitian ini menggunakan 4 buah sensor yang dilambangkan dengan S1 – S4. B. Pengujian Sensor Tahap pengenalan karakter sensor adalah mempelajari data sheetnya dan dilanjutkan pengujian di lapangan. Pengujian lapangan untuk mengetahui seberapa jauh sensor ini bekerja pada range temperatur yang telah dijelaskan dalam data sheet dan seberapa sensitif sensor ini bekerja ketika terdapat perubahan temperatur tertentu pada miniatur rumah kaca. Untuk perbandingan akan digunakan termemoter digital yang juga dipasang pada rumah kaca.
C. Analisa Penempatan Sensor Penempatan sensor merupakan suatu hal yang sangat penting, karena sensor yang digunakan harus dapat menggambarkan nilai temperatur yang sesungguhnya untuk setiap titik pada miniatur rumah kaca. Analisa penempatan sensor dilakukan dengan memperhatikan hukum termodinamika tentang perbedaan temperatur dan alirannya. Banyaknya sensor yang akan digunakan adalah antara 4 sensor yang diletakkan di titik yang berbeda-beda. Pembuatan Sistem Kontrol A. Pengujian Alat Kontrol Alat-alat kontrol yang digunakan akan diuji terlebih dahulu berkaitan dengan perubahan temperatur yang diinginkan dan waktu yang diperlukan untuk menaikkan atau menurunkan temperatur. Begitu juga dengan rancangan elektronika yang akan digunakan sebagai pengolah data input output (I/O). Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan termometer digital dan stopwatch untuk perubahan temperatur serta peralatan penguji komponen elektronika yang ada di laboratorium untuk uji rangkaian elektronika. B. Rancangan Sistem Kontrol
a) Termometer digital
S 2 40 cm
S 4
S 1
S 3 Mikrokon troller
b) Gambar 12. Rancangan bentuk Miniatur Sistem kontrol Greenhouse, a) tampak atas, b) tampak bawah
Pada saat praktek di lapangan sistem kontrol yang digunakan harus memiliki presisi yang bagus dan efektif. Sistem kontrol yang akan diaplikasikan diset untuk mampu mengamati perubahan temperatur yang terjadi pada miniatur rumah kaca dan dengan cepat mampu untuk mengembalikan ke keadaan temperatur yang diinginkan. Blok diagram sistem kontrol yang akan dibangun ditunjukkan oleh Gambar 13. Sistem kontrol juga akan didesain untuk bisa menampilkan informasi di tampilan monitor pada komputer dan juga tampilan langsung pada miniatur rumah kaca.
19
RELAY
pendingin
S
Arah angin
S 1
2 S
pakai untuk meniupkan hawa dingin satu dipakai sebagai ventilasi. Alairan udara yang diharapkan adalah seperti Gambar 16.
Access point
es
S 3
4 pemanas
RELAY
fan Gambar 13. Blok diagram sistem kontrol
greenhouse Gambar 15. Diagram pendingin
Grafik yang diinginkan ventilasi
Set Point
Gambar 14. Jenis Grafik Percobaan Selain itu sistem kontrol yang akan dibuat dimaksimalkan untuk mendapatkan data percobaan dengan grafik seperti pada grafik osilasi teredam yang ditunjukkan oleh Gambar 14. C. Pemanas Sistem pemanas yang akan digunakan adalah menggunakan filamen panas yang biasa tersedia di toko-toko. Panas dari filamen akan ditiupkan oleh kipas sehingga panas mengalir melalui ruangan green house. Filamen ini memiliki daya 125 W dengan tegangan 220 V. Gambar 16 memperlihatkan aliran udara panas yang melalui bagian dalam green house. D. Pendingin Sistem pendingin yang akan digunakan adalah menggunakan kipas yang meniupkan udara di sekitar es. Kipas – kipas ini akan memasukan udara dingin dan mengeluarkan udara panas. Es di tempatkan diantara kipas seperti Gambar 15. Kipas berjumlah 4 pasang yang di tempatkan di empat titik, tiga akan di
Kipas
Gambar 16. Aliran Udara Pada Sistem Greenhouse E. Perancangan Software Sistem Kontrol Setelah semua rancangan hardware selesai maka dirancang software yang akan digunakan sebagai user interface. Rancangan software menggunakan bahasa pemrograman Java dengan menggunakan Jbuilder sebagai IDEnya. Uji Performansi Sistem Kontrol Setelah alat kontrol temperatur pada rumah kaca telah selesai maka akan diambil data percobaan pada rumah kaca. Data yang diambil ini kemudian akan diolah dengan menggunakan Program Excel dan akan dibuat grafiknya. Adapun yang akan diamati adalah waktu respon sensor, efektifitas dan presisi dari sistem kontrol temperatur pada rumah kaca tersebut. Rumah kaca ditempatkan di udara terbuka ketika dilakukan pengukuran terhadap besaran tersebut.
20
HASIL DAN PEMBAHASAN Pembuatan alat kontrol dan pengujian sensor sesuai dengan rancangan dan metode yang telah direncanakan. Selanjutnya, hasil – hasil percobaan akan dibahas menurut bagin – bagian dari system control. Sensor Temperatur Device yang di pakai untuk sensing temperatur adalah DS18B20. Device ini sudah terintegrasi dengan sensor temperatur semikonduktor didalamnya, dan terdapat dalam 2-byte memori scratchpad yang menyimpan data temperatur yang sudah setara degan derajat celcius. Sehingga pengujiannya tidak dapat secara langsung karena keluaranya sudah dalam bentuk digital dengan format seperti pada Gambar 17.
public class WeatherStation { …. private DSPortAdapter adapter1; … adapter1 = OneWireAccessProvider.getAdapter(Pr efs.getAdapterType(), Prefs.getAdapterComPort()); … System.out.println("Found Adapter1: " + adapter1.getAdapterName()); … adapter1.beginExclusive(true); … }
Pada class ini kita ingin megakses adapter 1-wire karena kita memakai sensor yang mendukung 1-wire. Fungsi dari adapter adalah sebagai: Inisialisasi komunikasi jaringan Bertugas sebagai penerjemah dari host port dan 1-wire network yang dikontrol Mengirim pulsa pemograman Mengatur pencarian alamat device public class TempDevice extends OWDevice { … private OneWireContainer28 device = null; … device = new OneWireContainer28(adapter, getSerialNum()); … … byte[] state = device.readDevice(); device.setTemperaturResolution(devi ce.RESOLUTION_12_BIT, state);
Gambar 17. Format data keluaran DS18B20
Oleh karena itu, untuk pengujian kami menggunakan mikrokontroller TINI sebagai data collector, dan hasilnya akan dibandingkan dengan pembacan temperatur dari Extech Digital Thermometer. Untuk mengakses DS18B20 dari TINI kita membutuhkan software atau firmwork yang kita buat dengan bahasa pemograman java dan dijalankan diTINI. Firmwork terdiri dari class – class yang saling mendukung, yang digunakan disini adalah TWS (Tini Web Sever) versi 5.01. Firmwork ini dapat kita edit sesuai kebutuhan. Dua class yang penting untuk mengakses DS18B20, yaitu class TempDevice dan WeatherStation.
device.writeDevice(state); … … byte[] state = device.readDevice(); device.doTemperaturConvert(state); state = device.readDevice(); result=(float)device.getTemperatur( state); // convert to degs F if (Prefs.isTempDegsF()) result = result*9.0f/5.0f+32f; … … }
Setelah kita dapatkan adapter, kemudian hasil tesebut kita ambil ke class TempDevice. Class ini bertugas untuk mengakses secara langsung device 1-wire
21
melalui container. Container adalah akses high-level yang tersedia oleh keluarga device dalam hal ini adalah DS18B20. Dalam container terdapat method yang salah satunya adalah untuk mendapatkan temperatur dari device yaitu method getTemperatur. Salah satu keunggulan lain dari DS18B80 device adalah kita dapat menentukan resolusi dari keluaran sensor dengan software tampa tambahan hardware. Resolusi yang mungkin adalah 9 bit (0.5oC), 10 bit (0.25oC), 11 bit (0.125 oC) dan 12 bit (0.0625 oC). Resolusi dapat kita bentuk melalui container dengan syntax setTemperaturResolution. Pengaturan resolusi tadi secara langsung akan mempengaruhi waktu konfersi temperatur dari sensor, terlihat pada Gambar 18.
Dari Gambar 19 dapat dilihat bahwa terdapat perbedaan hasil pembaacan temperatur oleh DS18B20 dan EXTECH. Pembacaannya memiliki perbedaan sekitar 1oC, oleh karena itu perlu adanya kalibrasi pada divice DS18B20, yaitu dengan mengurangkan hasil pembacaan DS18B20 dengan 1. Dari data yang sama didapatkan bahwa pengukuran dengan DS18B20 didapat tingkat presisi sebesar 86.5 %. Data terlampir pada lampiran 1. Setelah melakukan kalibrasi, dilakukan ulang pengukuran temperatur setiap sensor yang digunakan dengan pembanding EXTECH thermometer ditunjukan pada Gambar 20 :
Gambar 18. Waktu konfersi DS18B20 ke temperatur Pada percobaan pendahuluan didapatkan data temperatur dari DS18B20 dengan alat Extech Digital Thermometer. Ditunjukan pada Gambar 19. Gambar 20. Grafik hubungan sensor 1 dan EXTECH thermometer terhadap waktu
Gambar 19. Grafik hubungan waktu dengan DS18b20 dan EXTECH thermometer Gambar 21. Grafik hubungan sensor 2 dan EXTECH thermometer terhadap waktu
22
Gambar 22. Grafik hubungan sensor 3 dan EXTECH thermometer terhadap waktu
sensor mempunyai respon waktu rata – rata sekitar 4 s, respon waktu adalah waktu yang dibutuhkan untuk sensor merubah output dari perubahan input. Maka dapat disimpulkan semua DS18B20 mempuyai akurasi yang baik untuk kita gunakan pada penelitian ini. Dari grafik Gambar 20 sampai Gamber 23 dapat dilihat bahwa terdapat kemiripan yaitu pada daerah temperatur ruangan hasil penbacaan tiap – tiap sensor mendekati temperatur referensi,tapi ketika temperatur dinaikan pembacaan temperatur mulai kurang baik karena luas permukan DS18B20 lebih luas dibandingkan dengan luas permukaan sensor EXTECH maka EXTECH Thermometer akan lebih cepat panas di bandingkan DS18B20. Untuk lebih menyesuaikan nilai pembacaan sensor dengan nilai referensi, pemanas pada ruangan harus lebih disempurnakan agar panas yang dihasilkan merata. Sistem Pemanas Pemanas yang digunakan sangat sederhana yaitu Hair dryer, namun dapat menghasilkan udara panas yang cukup dan dapat mendorong panas tersebut menyebar ke seluruh ruangan. Pada percobaan hair dryer yang dipakai adalah dua buah. Dengan daya sekitar 400W perbuah pemanas ini mampu memanaskan ruangan maksimal sekitar 490C. seperti terlihat pada Gambar 24. Data Gambar 24 terlampir pada lampiran 6.
Gambar 23. Grafik hubungan sensor 4 dan EXTECH thermometer terhadap waktu Pada Gambar 20, merupakan hasil yang didapat oleh DS18B20 ke 1 atau kita sebut sensor 1 yang mempuyai alamat hexadecimal 9D000001986C7C28 dengan akurasi sebesar 94.6%. Data Gambar 20 terlampir pada lampiran 2. Gambar 21 didapat oleh DS18B20 ke 2 atau sensor 2 dengan alamat hexadeecimal F400000109860728 dengan akurasi mencapai 95 %. Data Gambar 21 terlampir pada lampiran 3. Gambar 22 didapat dari DS18B20 ke 3 atau sensor 3 mempunyai alamat hexadecimal 500000010A003E28 yang mempunyai akurasi sebesar 97%. Data Gambar 22 terlampir pada lampiran 4. Gambar 23 diperoleh dari DS18b20 ke 4 atau sensor 4 yang mempunyai alamat hexadecimal 65000001096B3A28 dengan akurasi mencapai 94,4%. Data Gambar 23 terlampir pada lampiran 5. Masing masing
Gambar 24. Hubugan temperatur oleh pemanas dengan waktu Dari kurva Gambar 24 didapatkan hubungan antara temperatur dari pemanas dengan waktu dapat dibagi menjadi dua wilayah kurva. Hal ini dikarenakan kenaikan temperatur yang tidak linier. yaitu wilayah 1
23
dari awal pengambilan sampai 300 s, wilayah 2 dari 320 s sampai 2060 s, ditunjukan pada Gambar 25 dan Gambar 26.
oleh karena itu pemanas menggunakan hair dryer agak kurang efektif. Untuk kontrol diperlukan pemanas yang waktu kenaikan untuk setiap derajat harus linier atau mendekati sama. Sistem pendingin Pendingin yang digunakan harus sesederhana mungkin. Akan tetapi mampu untuk mendinginkan udara dalam greenhouse. Pendingin yang biasanya dipakai dalam sebuah ruangan adalah AC. Oleh karena itu, sistem pendingin yang dipakai pada penelitian ini meniru sisitemnya. Kompresor diubah oleh es balok dan kondensornya menggunakan kipas. Setelah melakukan pengujian didapatkan, seperti terlihat pada grafik pada Gambar 27. Data Gambar 27 terlampir pada lampiran 7.
Gambar 25. Hubugan temperatur oleh pemanas dengan waktu pada daerah 1 Dari Gambar 25 didapat persamaan garis: y = 0.049x + 26.41 dari persamaan tersebut dapat diketahui bahwa untuk menaikkan temperatur 10 dari range temperatur 270 sampai kira – kira 40 diperlukan waktu sekitar 20.4 detik.
Gambar 27. Hubugan temperatur oleh pendingin dengan waktu Dari Gambar 27 diperoleh persamaan: y = -0.004x + 26.16
Gambar 26. Hubugan temperatur oleh pemanas dengan waktu pada daerah 2 Dari Gambar 26 didapatkan persamaan garis y = 0.003x + 42.36 dari persamaan tersebut dapat dihitung bahwa untuk menaikan 1o dari range temperatur 40 sampai dengan 48 diperlukan waktu 333 detik. Dari kedua range temperatur tersebut dapat dilihat bahwa terdapat perbedaan yang sangat besar dalam hal waktu penaikan temperatur,
dari persamaan tersebut diketahui bahwa waktu yang diperlukan pendingin untuk menurunkan 1o yaitu sekitar 250 detik. Pendingin yang dibuat kurang efektif karena waktu yang diperlukan untuk menurunkan temperatur lama dan pendingin ini hanya mendinginkan sampai 24o. karena es yang seharusnya berubah dari fase padat ke fase gas sedikit dan kurang maksimal dan panas yang diturunkan kecil. Program Kontrol Temperatur Secara umum program kontrol pada greenhouse terlihat pada Gambar 28.
24
Prefs_Version Mulai
Inisialisasi
Dapatkan temperatur
E=0
E <0
= 5.0 … … # 1-Wire Sensors - device serial number + hub channel & port Temp_Sensor_1 = 9D000001986C7C28,0,0 Temp_Sensor_2 = F400000109860728,0,0 Temp_Sensor_3 = 500000010A003E28,0,0 Temp_Sensor_4 = 65000001096B3A28,0,0 … Temperatur_Hi_Red = 25 Temperatur_Lo_Green = 20 … Web_Server_Root_Directory = /web/ Web_Server_Default_Page = weather.xml Web_Server_Port = 80 … …
E = SP - PV
E>0
diam
pendingin
pemanas
Dapatkan temperatur
Selesai
Gambar 28. Diagram alir program control Langkah pertama adalah inisialisasi konfigurasi program, yang terletak pada file prefs.ini contoh file dapat diihat dilampiran. Pada file tersebut terdapat beberapa kofigurasi yang harus diisi seperti tempat halaman utama web, tempat menyimpan data dan yang terpenting adalah daftar alamat sensor yag kita pakai dan memasukan jangkauan set point, seperti contoh dibawah ini.
Setelah inisialisasi konfigurasi, kemudian melakukan inisialisasi program. Hal tersebut dilakukan oleh main class TWS.java dan memanggil class – class yang terhubung dengannya termasuk class TempDevice namun ada sedikit perubahan pada class WeatherStation karena memakai 4 sensor yaitu penambahan : public class WeatherStation { … protected TempDevice ts1; protected TempDevice ts2; protected TempDevice ts3; protected TempDevice ts4; … ts1 = new TempDevice(adapter1, hub, "Temp_Sensor_1"); ts2 = new TempDevice(adapter1, hub, "Temp_Sensor_2"); ts3 = new TempDevice(adapter1, hub, "Temp_Sensor_3"); ts4 = new TempDevice(adapter1, hub, "Temp_Sensor_4"); … … public void getWeather() { … ts1.read(); ts2.read(); ts3.read(); ts4.read(); … } }
25
Setelah melakukan pemanggilan class – class yang bersangkutan main class akan berjalan dan mendapatkan temperatur melalui method getWeather()pada class WeatherStation dan akan memanggil kembali setelah 10 detik. Pada main program terlihat seperti: public class TWS { private WeatherStation ws; … if ((second % 10) == 0){ … ws.getWeather(); … float temperaturt = (ws.ts1.getCurrentMeasurement()+ws. ts2.getCurrentMeasurement() +ws.ts3.getCurrentMeasurement()+ws. ts4.getCurrentMeasurement())/4; if (temperaturt > pr.getBetaBriteHiTemp()){ pemanas.set(); pendingin.clear(); kipas.clear (); }else if (temperaturt < pr.getBetaBriteLoTemp()){ pemanas.clerar(); pendingin.set(); kipas.set(); } else { pemanas.set(); pendingin.set(); kipas.set(); } } }
Setelah mendapat temperatur rata – rata dari empat sensor, main class akan melakukan perbandingan dengan set point yang didapat dari prefs.ini dan mendapatkan error. Nilai error inilah yang akan digunakan untuk melakukan tindakan selanjutnya jika error memiliki nilai positif atau lebih besar dari nol artinya temperatur greenhouse terlalu dingin dari set point maka pemanas akan menyala. Jika error bernilai negative atau lebih kecil dai nol yang berarti temperatur greenhouse terlalu panas dari setpoin maka pendingin akan berjlan. Jika idak diantara keduanya maka pemanas dan pendingin matikan. Seperti terlihat pada syntax di atas. Main program akan mengecek kembali temperatur dan sisitem kontrol setelah 10 detik
terus menerus sampai program dimatikan. Hasil data akan disimpan dalam TINI dalam bentuk file berakhiran log, hal ini di atur oleh class DataLogger dan Logger. pengaturan penyimpanan log file berada pada file prefs.ini. Untuk memonitoring greenhouse yang kita buat, terdapat fasilitas user interface. Sehingga lebih menarik dan memudahkan ketika memonitoring. Prinsipnya yaitu client-server, TINI kita jadikan server sedangkan komputer yang mengakses kita jadikan client. Pada sisi client, user interface dapat di akses melalui jaringan dengan menggunakan web browser seperti internet exploler dan Mozilla firefox, karena user interfacenya di buat dengan bahasa XHTML, yaitu HTML yang berisi data XML dengan XLS. Syntaxnya yaitu : html> <script> function loadXMLDoc(fname) { var xmlDoc; … function displayResult() { xml=loadXMLDoc("weather.xml"); xsl=loadXMLDoc("weather_image.xsl") ; … …
