RANCANGAN DAN UJI COBA OTOMATISASI IRIGASI KENDI
SKRIPSI
AFDHOL ARRISKA CHOIR F44080015
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2012
1
DESIGN AND TRIAL OF PITCHER IRRIGATION AUTOMATION Afdhol Arriska Choir1, Budi Indra Setiawan2, Satyanto Krido Saptomo3 Department of Civil and Environmental Engineering, Faculty of Agricultural Technology, Bogor Agricultural University, IPB Darmaga Campus, PO BOX 220, Bogor, West Java, Indonesia.
ABSTRACT Development of science and technology today make automatic control have important role. It gives us ease to get performance in dynamic system. Automatic control be able to less routine work that operator always do. Automatic control tools have many kinds. Microcontroller ATMega328P is a kind of automatic control. The function is control and record data then save it. Automatic pitcher irrigation system constructions consist on hardware and software. Hardware consist on water level sensor and soil moisture sensor series, microcontroller, stackable SD card shield, real time clock, relay, battery and solenoid valve. Software is a program for microcontroller that used C/C++ language. Each sensor will be calibrated before use. Daily high water level and soil moisture data was data obtained. The data was obtained each 5 minutes. Data in microcontroller was obtained by record data on memory that was set in microcontroller. Calibration results express that microcontroller capability in monitoring high water level and soil moisture has high accuracy. Determination Coefficient calibration equation from the sensor is 0.955 for high water level sensor and 0.887 for soil moisture sensor. Furthermore, set point for control high water level is 5 cm for bottom margin and 14 cm for top margin. Keyword: microcontroller ATMega328P, pitcher, water level control
2
Afdhol Arriska Choir. F44080015. 2012. Rancangan dan Uji Coba Otomatisasi Irigasi Kendi. Di bawah bimbingan Budi Indra Setiawan dan Satyanto Krido Saptomo.
RINGKASAN
Perubahan iklim global dan perubahan pola hujan yang terjadi menyebabkan cuaca sulit di prediksi sehingga menimbulkan ketidakpastian ketersediaan air. Karena itu perlu dicari teknologi yang dapat meningkatkan efisiensi pemberian air irigasi. Pada perkembangan ilmu dan teknologi saat ini, kontrol otomatis memiliki peranan yang penting dalam memberikan kemudahan untuk mendapatkan performansi pada sistem dinamik. Kontrol otomatis dapat meniadakan pekerjaan-pekerjaan rutin dan membosankan yang harus dilakukan operator. Perangkat kontrol otomatis bermacam-macam jenisnya. Mikrokontroler ATMega328P merupakan sebuah perangkat kontrol otomatis. Perangkat dapat berfungsi sebagai pengontrol dan pengambil data kemudian menyimpannya sehingga dapat digunakan untuk monitor pergerakan tinggi muka air dalam irigasi kendi. Tujuan dari penelitian ini adalah merancang dan menguji coba sistem otomatisasi irigasi kendi dalam skala ketinggian air dalam kendi yang dapat mengendalikan kerja valve dalam mengalirkan air irigasi, serta merancang program dengan menggunakan Mikrokontroler sebagai alat pengendali kerja valve. Dalam perancangannya, skema perancangannya terbagi menjadi dua bagian. Pertama, perancangan perangkat keras yang terdiri dari rangkaian sensor waterlevel dan sensor soil moisture sebagai pendeteksi ketinggian air dalam kendi dan kadar air tanah di sekitar kendi, Mikrokontroler sebagai pengendali, seperangkat komputer untuk menampilkan nilai kadar air tanah dan tinggi muka air, Stackable SD Card dan Real Time Clock sebagai perekam data ke dalam memori, relay sebagai penghubung dan pemutus arus, baterai sebagai pemberi tegangan, dan solenoid valve untuk mengalirkan air. Kedua, perancangan perangkat lunak yaitu berupa program untuk mikrokontroler dalam bahasa C/C++. Setiap sensor yang akan digunakan sebelumnya dilakukan kalibrasi. Data yang didapatkan berupa data harian tinggi muka air dan kadar air tanah. Pada mikrokontroler data yang diperoleh adalah data hasil pemantauan tinggi muka air dan kadar air tanah setiap lima detik. Data di dalam mikrokontroler di dapat dengan cara merekam data pada memori yang sebelumnya telah ikut terpasang di dalam bagian mikrokontroler. Setelah dilakukan kalibrasi terlihat bahwa kemampuan mikrokontroler dalam memantau tinggi muka air dan kadar air tanah memiliki tingkat keakuratan yang tinggi. Tinggi nilai koefisien determinasi persamaan kalibrasi dari sensor yang digunakan yaitu sebesar 0.955 untuk sensor tinggi muka air dan 0.887 untuk sensor kadar air tanah. Selain itu, ditentukan nilai set point untuk kontrol tinggi muka air yaitu batas bawah sebesar 5 cm dan batas atas sebesar 14 cm.
3
RANCANGAN DAN UJI COBA OTOMATISASI IRIGASI KENDI
SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNIK Pada Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor
Oleh: AFDHOL ARRISKA CHOIR F44080015
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2012
4
Judul Skripsi Nama NIM
: Rancangan dan Uji Coba Otomatisasi Irigasi Kendi. : Afdhol Arriska Choir : F44080015
Menyetujui,
Pembimbing Akademik I
Pembimbing Akademik II
Prof. Dr. Ir. Budi Indra Setiawan, M.Agr NIP. 19600628 198503 1 002
Dr. Satyanto Krido Saptomo, STP. MSi NIP. 19730411 200501 1 002
Mengetahui: Ketua Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan
Prof. Dr. Ir. Asep Sapei, MS NIP. 19561025 198003 1 003
Tanggal lulus:
5
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul Rancangan Dan Uji Coba Otomatisasi Irigasi Kendi adalah hasil karya saya sendiri dengan arahan Dosen Pembimbing Akademik, dan belum diajukan dalam bentuk apapun pada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Bogor, Juli 2012 Yang membuat pernyataan
Afdhol Arriska Choir F44080015
6
© Hak cipta milik Afdhol Arriska Choir, tahun 2012 Hak cipta dilindungi
Dilarang mengutip dan meperbanyak tanpa izin tertulis dari Institut pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apapun, baik cetak, fotocopi, microfilm, dan sebagainya.
7
BIODATA PENULIS Penulis dilahirkan di Pamekasan, 21 April 1991 dari pasangan Bapak Admoyadi Sam’an dan Ibu Chairun Nisa’. Penulis melaksanakan pendidikannya dari SDN Barurambat kota II Pamekasan dan Madrasah Ibtidaiyah Bustanul Ma’Arif Pamekasan dilanjutkan ke SMP Negeri 2 Pamekasan dan kemudian ke SMA Negeri 1 Pamekasan. Penulis diterima di IPB melalui jalur USMI tahun 2008 dan masuk Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan IPB angkatan 45 dibagian Teknik Sumberdaya Air. Selama menjadi mahasiswa IPB, penulis telah mengikuti organisasi kampus serta berbagai kepanitian untuk menambah pengalaman, baik yang menunjang pendidikan dan keprofesian maupun yang memperkaya pengalaman terutama softskill yang tidak didapatkan di bangku perkuliahan. Diantaranya adalah Ketua Depertemen Hubungan Eksternal HIMATESIL 2010, Staf Departemen Komunikasi dan Informasi HIMATESIL 2011. Dan beberapa kepanitian, diantaranya Simposium BEM SI 2008, Koordinator Acara Studi Banding ke HMS UI 2010. Penulis juga berhasil memperoleh prestasi selama menjadi mahasiswa IPB baik akademik dan non akademik, diantaranya penerima hibah Pekan Kreatifitas Mahasiswa yang didanai oleh DIKTI tahun 2011 bidang Penelitian, Finalis Lomba Rancang Kuda-Kuda di UGM 2011. Penulis melaksanakan Praktik Lapang di Perum Jasa Tirta II Purwakarta dan berhasil menyelesaikan laporan praktik lapangannya dengan judul “Manejemen Sumberdaya Air untuk PLTA Di Perum Jasa Tirta II” dan pada tahap terakhir strata 1, penulis dapat menyelesaikan tugas akhirnya dengan judul “Rancangan dan Uji Coba Sistem Otomatisasi Irigasi Kendi” untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di bawah bimbingan Prof. Dr. Ir. Budi Indra Setiawan, M.Agr dan Dr. Satyanto Krido Saptomo, STP., M.Si.
i
KATA PENGANTAR Alhamdulillahirabbil’alamin, segala puji bagi Allah SWT yang telah memberikan kenikmatan iman sehingga bisa mengotimalkan potensi-potensi yang telah Allah berikan. Skripsi yang berjudul Rancangan dan Uji Coba Otomatisasi Irigasi Kendi dapat diselesaikan karena nikmat Allah berupa akal untuk berfikir, ilmu yang bermanfaat, serta hati yang tergerak untuk melakukan hal yang bermanfaat. Sholawat serta salam saya tujukan kepada Nabi Muhammad SAW, keluarganya, sahabatsahabatnya, hingga umatnya hingga akhir zaman, dan semoga kita bisa mengikuti sunah beliau sehingga selamat dunia akhirat. Terima kasih kepada IPB melalui hibah penelitian IMHERE IPB atas dukungan dana dan penyediaan alat dalam pengerjaan penelitian ini. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini dapat terselesaikan karena dukungan dan doa dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1.
2.
3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Orang tua tercinta, bapak Admoyadi Sam’an dan ibu Chairun Nisa’, adik-adik saya Yud Karismollah Choir, Anna Fiz A’yun Mardhatillah Choir, dan Qolibun Ghalidh Choir. Semoga Allah membalas kebaikan serta doa-doa kalian. Bapak Prof. Dr. Ir. Budi Indra Setiawan, M.Agr dan bapak Dr. Satyanto Krido Saptomo, STP, M.Si selaku dosen pembimbing tugas akhir. Terima kasih atas kesabaran serta ilmu yang diberikan, semoga Allah mencatatnya sebagai amalan kebaikan. Bapak Dr. Yudi Chadirin, STP., M.Agr selaku dosen penguji pada ujian skripsi. Semoga saya bias segera memperbaiki tulisan ini dari masukan yang bapak berikan. Teman seperjuangan di lab wageningen, Anton, Ferri, Rahmat, dan Wem. Terima kasih kerjasama dan dukungannya. Seluruh keluarga yang ada di lab wageningen, Mas Mul, Mas wiranto, Mas Khamdan, Pak Sakti, Bang Fadli, Pak Fandi. Terima kasih atas bantuannya. Sahabat-sahabat satu perjuangan SIL’45. Semoga kita tetap istiqomah menggapai ridho Ilahi. Tetap berjuang dan terus berkarya. SIL WOW. Abieta Fellyanti Bhuwana Putri yang selalu memberi semangat dan dukungan kepada penulis. Teman-teman GASISMA dan Pondok D’QAKA. Terima kasih. Seluruh staf Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan IPB yang telah banyak membantu baik selama perkuliahan maupun selama penelitian.
Penulis meminta maaf karena menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih terdapat banyak kekurangan dan kelemahan dalam berbagai hal, karena keterbatasan penulis. Penulis berharap semoga tugas akhir ini bermanfaat. Bogor, Juli 2012
Afdhol Arriska Choir
ii
DAFTAR ISI Halaman
KATA PENGANTAR ...................................................................................................................... ii DAFTAR ISI ................................................................................................................................... iii DAFTAR TABEL ........................................................................................................................... iv DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................................ v DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................................................... vi I. PENDAHULUAN ......................................................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang........................................................................................................................ 1 1. 2 Tujuan ................................................................................................................................... 1 1.3 Manfaat Penelitian .................................................................................................................. 2 II. TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................................................... 3 2.1 Sistem Irigasi Kendi................................................................................................................ 3 2.2 Sistem Kontrol ........................................................................................................................ 4 2.3 Mikrokontroler ..................................................................................................................... 11 III. METODOLOGI ........................................................................................................................ 18 3.1 Waktu Dan Tempat Penelitian ............................................................................................... 18 3.2 Alat Dan Bahan .................................................................................................................... 18 3.3 Tahapan Penelitian................................................................................................................ 18 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................................................. 27 4.1 Pengujian Sifat Fisik Tanah Lahan Percobaan ....................................................................... 27 4.2 Kalibrasi Sensor .................................................................................................................... 27 4.3 Rangkaian Sistem Otomatisasi .............................................................................................. 30 4.4 Pemantauan Bacaan Sensor ................................................................................................... 30 V. PENUTUP ................................................................................................................................. 34 5.1 KESIMPULAN .................................................................................................................... 34 5.2 SARAN ................................................................................................................................ 34 DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................................................... 35
iii
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Perbedaan perancangan sensor water level dan sensor soil moisture ................................... 24
iv
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 1. Sistem Irigasi Kendi (Setiawan 2010) ............................................................................... 3 Gambar 2. Kontrol lup tertutup ......................................................................................................... 5 Gambar 3. (a) Diagram blok kontroler on-off; (b) diagram blok kontroler on-off dengan jurang differensial ...................................................................................................................... 6 Gambar 4. Relay yang beredar di pasaran .......................................................................................... 7 Gambar 5. Skema relay elektromekanik ............................................................................................ 8 Gambar 6. Rangkaian dan simbol logika relay ................................................................................... 8 Gambar 7. Diagram sederhana sistem kontrol berbasis relay .............................................................. 9 Gambar 8. Relay untuk membentuk gerbang logika ........................................................................... 9 Gambar 9. Struktur fungsi solenoid valve ........................................................................................ 10 Gambar 10. Skema Arduino Uno .................................................................................................... 13 Gambar 11. Program memory map ATMega328P............................................................................ 13 Gambar 12. Data memory map ATMega328P.................................................................................. 14 Gambar 13. Tampilan Arduino-0022 ............................................................................................... 15 Gambar 14. Serial monitor .............................................................................................................. 16 Gambar 15. Stackable SD Card Shield ............................................................................................ 17 Gambar 16. Metode Penelitian ........................................................................................................ 19 Gambar 17. Flow chart perancangan sistem otomatisasi irigasi kendi .............................................. 20 Gambar 18. Skema rangkaian hardware .......................................................................................... 21 Gambar 19. Sensor water level ........................................................................................................ 22 Gambar 20. Rangakain sensor water level ....................................................................................... 22 Gambar 21. Skema rangkaian sensor water level dengan mikrokontroler .......................................... 23 Gambar 22. Skema rangkaian sensor soil moisture dengan mikrokontroler ....................................... 23 Gambar 23. Blok diagram pengujian sistem otomatisasi .................................................................. 24 Gambar 24. Pengujian sistem .......................................................................................................... 25 Gambar 25. Percobaaan lapang ....................................................................................................... 26 Gambar 26. Grafik hubungan nilai pF tanah dengan kadar air tanah ................................................. 27 Gambar 27. Kalibrasi sensor water level.......................................................................................... 28 Gambar 28. Grafik kalibrasi sensor water level................................................................................ 28 Gambar 29. Grafik hasil kalibrasi sensor kadar air tanah .................................................................. 29 Gambar 30. Bentuk fisik perancangan sistem otomatisasi irigasi kendi............................................. 30 Gambar 31. Pengukuran tinggi kendi............................................................................................... 31 Gambar 32. Profil kelembaban tanah dalam tiap kedalaman pembenaman kendi (Edward, 2000) ..... 32 Gambar 33. Grafik Tinggi muka air................................................................................................. 32 Gambar 34. Grafik Kadar air tanah .................................................................................................. 33
v
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Kode Program Rancangan Otomatisasi Irigasi Kendi ................................................... 38 Lampiran 2. Blok Diagram Arsitektur AVR .................................................................................... 43 Lampiran 3. Harga serta alat-alat yang digunakan dalam rancangan otomatisasi irigasi kendi ........... 44 Lampiran 4. Gambar Konsep Irigasi Kendi...................................................................................... 45 Lampiran 5. Layout Lahan Percobaan (Tampak Samping) ............................................................... 46 Lampiran 6. Layout Lahan Percobaan (Tampak Atas)...................................................................... 47 Lampiran 7. Jaringan Pipa Lateral Menuju Lahan ............................................................................ 48 Lampiran 8. Foto Lahan Percobaan ................................................................................................. 49 Lampiran 9. Foto Rancanagn Pipa Lateral untuk Aktuator ............................................................... 50
vi
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Air merupakan sumberdaya yang sangat diperlukan mahluk hidup baik untuk memenuhi kebutuhan maupun menopang hidupnya secara alami. Kegunaan air yang bersifat universal atau menyeluruh dari setiap aspek kehidupan menjadi semakin berharganya air baik jika dilihat dari segi kuantitas maupun kualitasnya. Pemanfaatan air tentu akan sangat berkaitan dengan ketersedian dan jenis pemanfaatan seperti pemanfaatan air untuk irigasi, perikanan, peternakan, industri dan lainnya. Adanya berbagai kepentingan dalam pemanfaatan air dapat menimbulkan terjadinya konflik baik dalam penggunaan airnya maupun cara memperolehnya. Seiring dengan bertambahnya penduduk maka persaingan untuk mendapatkan air untuk berbagai macam kepentingan pun terus meningkat. Irigasi merupakan penambahan air secara buatan untuk mengatasi kekurangan kadar air tanah. Pada dasarnya bermacam-macam cara yang dilakukan dalam melakukan irigasi mempunyai tujuan yang sama, tetapi dalam penerapannya dibutuhkan suatu kondisi yang berbeda. Kondisi tersebut menyesuaikan dengan keadaan lingkungan dan kebutuhan tanaman akan air. Sistem irigasi yang sering digunakan beragam jenisnya antara lain irigasi kendi, irigasi permukaan, irigasi tetes, irigasi curah, dan sebagainya. Pada sistem irigasi kendi air dirembeskan kedalam tanah di daerah perakaran. Dalam penerapannya irigasi irigasi kendi menggunakan mariot untuk mengisi air kedalam kendi. Hal ini membutuhkan pengecekan berkala volume air di dalam kendi ataupun di dalam tabung mariot. Oleh sebab itu pengendalian pengairan secara otomatis pada irigasi kendi dibutuhkan agar air di dalam kendi selalu berada pada tinggi leher kendi sehingga penyebaran air ke daerah perakaran melalui rembesan dinding kendi merata. Pengendalian pengairan secara otomatis tersebut dapat dilakukan antara lain dengan melakukan pengendalian pada tinggi muka air dalam kendi. Pengendalian irigasi kendi secara otomatis ini sangat mendukung dikala cuaca yang susah diprediksi akhir-akhir ini akibat adanya perubahan iklim global dan perubahan pola hujan sehingga meningkatkan ketidakpastian ketersediaan air. Sistem kontrol otomatis saat ini sangat berkembang pesat. Suatu perangkat elektronik dan perangkat mekanik dapat dikendalikan dengan mikrokontroler atau mikroprosesor sehingga dapat menghemat tenaga operator. Selain itu, sistem kontrol memiliki tingkat kestabilan sistem yang tinggi dalam mencapai hasil yang akan diperoleh. Penelitian ini merupakan bagian kegiatan IMHERE - B2C IPB. Dalam penelitian ini akan dikembangkan sistem otomatisasi irigasi kendi untuk diterepkan pada infrastruktur lahan dan pengairan yang disiapkan pada penelitian ini untuk mendukung keberlanjutan pengembangan pertanian dengan fokus penelitian pada mekanisme buka tutup katup untuk mengisi air kedalam kendi secara otomatis. Mekanisme buka tutup katup yang dilakukan menggunakan mikrokontroler ATMega328P.
1. 2 Tujuan Tujuan dari penelitian ini yanitu menghasilkan sistem otomatisasi irigasi kendi.
1
1.3 Manfaat Penelitian Adanya rancangan sistem otomatisasi irigasi kendi yang dapat diaplikasikan sesuai dengan kebutuhan lapang.
2
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sistem Irigasi Kendi Sistem Irigasi Kendi merupakan salah satu bentuk pemberian air pada tanaman melalui zona perakaran tanaman. Irigasi kendi ini dapat menghemat penggunaan air dengan cara mengatur melalui sifat porositas kendi. Secara operasional, kendi ditanam di bawah tanah dekat dengan zona perakaran tanaman. Jumlah kendi yang ditanam tergantung pada jenis tanaman, kebutuhan air tanaman, suplai air serta porositas tanah dan kendi. Sistem irigasi ini dapat menghemat pemakaian air untuk tanaman di daerah kering dari hasil penelitian menunjukkan distribusi kelembaban tanah dan profil kelembaban tanah selama irigasi dimana jarak horizontal pembasahan mencapai 20 cm dari dinding kendi dan 60 cm secara vertikal setelah terjadi kondisi seimbang. Sehingga mencapai kondisi setimbang dibutuhkan waktu 24 jam setelah irigasi.
Gambar 1. Sistem Irigasi Kendi (Setiawan 2010) Sistem irigasi kendi (pitcher irrigation), telah banyak dikembangkan sebagai upaya meningkatkan effisiensi penggunaan air irigasi. Penggunaan sistem irigasi kendi antara lain sudah dilakukan pada tanaman melon di India (Mondal, 1974), irigasi di Pakistan (Soomoro, 2002) dan irigasi kendi untuk tanaman hortikultura lahan kering di Indonesia (Setiawan, et al, 1998; Saleh dan Setiawan, 2002; Setiawan, 2000). Mekanisme pengisian air ke dalam kendi dengan memasukkan air yang berasal dari air hujan atau sumber air lainnya melalui selang air. Pada waktu musim kering dimana ketersediaan air di dalam tanah berkurang, maka air dalam kendi akan mengalir ke luar melalui pori-pori kendi sesuai dengan prinsip hukum keseimbangan tekanan air di dalam tanah.
3
Irigasi kendi di Indonesia sudah dikembangkan sejak tahun 1996. Penelitian irigasi kendi ini dengan membenamkan kendi dalam tanah pasir berlempung untuk melihat rembesannya. Kendi yang digunakan mempunyai konduktivitas hidrolik jenuh K kendi 3.935x10 -10 cm/detik dan hasil rembesan pada saat awal irigasi 1.25 L / hari dan menurun hingga menjadi konstan antara 0.5-0.6 L / hari. Sedangkan penelitiaan irigasi kendi oleh Setiawan (1996) dengan simulasi distribusi kelembaban tanah menggunakan kelembaban numerik metode beda hingga menunjukkan bahwa distribusi kelembaban tanah ke arah radial dan vertikal berkolerelasi positip dengan K kendi. Apabila K kendi dilakukan di rumah tanaman dengan mengamati laju pembasahan tanah disekitar kendi. Distribusi kelembaban tanah hasil simulasi dan percobaannya penelitiaan dibatasi pada kajian distribusi dan profil kelembaban tanah. Kandungan air tanah dinyatakan sebagai kelembaban tanah dalam bentuk hisapan (h). Model simulasi gerakan air dalam dinding kendi dan tanah dianalisis dengan pendekatan sistem koordinat silender dan simetris putar. Metode numerik elemen hingga digunakan untuk solusi dari model simulasi yang tujuannya untuk mendapatkan distribusi kelembaban tanah dan profilnya untuk menentukan zone penanamn tanaman. Osmosis adalah peristiwa perpindahan molekul-molekul zat dari larutan berkonsentrasi rendah ke larutan berkonsentrasi tinggi melalui suatu membran semipermeabel tanpa menggunakan energi (transpor pasif). Sedangkan Difusi adalah peristiwa perpindahan molekul-molekul suatu zat dari larutan berkonsentrasi tinggi ke larutan berkonsentrasi rendah tanpa menggunakan energi (transport pasif).
2.2 Sistem Kontrol 2.2.1 Pengertian Sistem Kontrol Sistem kendali atau sistem kontrol (control sistem) adalah suatu alat (kumpulan alat) untuk mengendalikan, memerintah, dan mengatur keadaan dari suatu sistem. Dalam industri,sistem kontrol merupakan sebuah sistem yang meliputi pengontrolan variabelvariabel seperti temperatur (temperature), tekanan (pressure), aliran (flow), level, dan kecepatan (speed). Untuk mengimplentasikan teknik sistem kontrol (Sistem Control Engineering) dalam industri diperlukan banyak keahlian atau keilmuan seperti dibidang: teknologi mekanik (mechanical engineering), teknik elektrik (electrical engineering), elektronik (electronics) dan sistem pneumatik (pneumaticsistems). Ada dua konsep dasar dalam sistem kontrol yang dikenal yaitu sistem kontrol lup terbuka (open-loop control system) atau umpan-maju (feedforward) dan sistem kontrol lup tertutup (closed-loop control system) atau umpan-balik (feedback) (Hordeski, 1994). 1. Sistem kontrol secara manual Sistem kontrol secara manual, proses pengaturannya dilakukan secara manual oleh operator dengan mengamati keluaran secara visual, kemudian dilakukan koreksi variabel-variabel kontrolnya untuk mempertahankan hasil keluarannya. Sistem kontrol itu sendiri bekerja secara open loop, yang berarti sistem kontrol tidak dapat melakukan koreksi variabel untuk mempertahankan hasil keluarannya. Perubahan ini dilakukan secara manual oleh operator setelah mengamati hasil keluarannya melalui alat ukur atau indikator. 2. Sistem kontrol otomatis Sistem kontrol otomatis dapat melakukan koreksi variabel-variabel kontrolnya secara otomatis, dikarenakan ada untai tertutup (closed loop) sebagai umpan balik (feedback) dari hasil keluaran menuju ke masukan setelah dikurangkan dengan nilai set pointnya.
4
Pengaturan secara untai tertutup ini (closed loop) tidak memerlukan operator untuk melakukan koreksi variabel-variabel kontrolnya karena dilakukan secara otomatis dalam sistem kontrol dalam sistem kontrol itu sendiri (Siswoyo, 2007). Dengan demikian keluaran akan selalu dipertahankan berada pada kondisi stabil sesuai dengan set point yang ditentukan. Secara umum, sistem kontrol lup tertutup terdiri dari (Mahalik, 2004): Plant : sistem atau proses yang akan dikontrol yaitu aktuator Input : nilai referensi yang diinginkan atau disebut set point Alat ukur : alat pengukur yang berfungsi memberikan informasi keadaan yang sebenarnya disebut sensor Pengontrol : alat/program yang mampu merespon sinyal kontrol agar menghasilkan output yang respek terhadap setpoint dan mengukur present value sehingga menghasilkan isyarat error. Output : keluaran yang telah dikendalikan dan dihasilkan oleh sistem.
Gambar 2. Kontrol lup tertutup Dalam sebuah kontrol otomatis suatu kondisi terkontrol (controlled condition) dapat berupa temperatur, tekanan, kelembaban, level, atau aliran. Hal ini mengartikan bahwa elemen pengukuran dapat berupa sensor temperatur, transduser tekanan atau tramitter, detektor level, sensor kelembaban atau sensor aliran. Sementara variabel manipulasinya dapat berupa uap air, air, udara, listrik, minyak atau gas, sedangkan perangkat terkontrol dapat berupa sebuah klep, damper (penghadang), pompa atau kipas angin. 2.2.2 Sensor Sensor adalah alat untuk mendeteksi/mengukur sesuatu, yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Dalam lingkungan sistem pengendali dan robotika, sensor memberikan kesamaan yang menyerupai mata, pendengaran, hidung, lidah yang kemudian akan diolah oleh kontroler sebagai otaknya. Sensor dalam teknik pengukuran dan pengaturan secara elektronik berfungsi mengubah besaran fisik (misalnya: temperatur, gaya, kecepatan putaran) menjadi besaran listrik yang proposional. Sensor dalam teknik pengukuran dan pengaturan ini harus memenuhi persyaratan-persyaratan kualitas yakni:
5
Linieritas: Konversi harus benar-benar proposional, jadi karakteristik konversi harus linier. Tidak tergantung temperatur: Keluaran konverter tidak boleh tergantung pada temperatur di sekelilingnya, kecuali sensor suhu. Kepekaan: Kepekaan sensor harus dipilih sedemikian, sehingga pada nilai-nilai masukan yang ada dapat diperoleh tegangan listrik keluaran yang cukup besar. Waktu tanggapan: Waktu tanggapan adalah waktu yang diperlukan keluaran sensor untuk mencapai nilai akhirnya pada nilai masukan yang berubah secara mendadak. Sensor harus dapat berubah cepat bila nilai masukan pada sistem tempat sensor tersebut berubah. Batas frekuensi terendah dan tertinggi: Batas-batas tersebut adalah nilai frekuensi masukan periodik terendah dan tertinggi yang masih dapat dikonversi oleh sensor secara benar. Stabilitas waktu: Untuk nilai masukan (input) tertentu sensor harus dapat memberikan keluaran (output) yang tetap nilainya dalam waktu yang lama. Histerisis: Gejala histerisis yang ada pada magnetisasi besi dapat pula dijumpai pada sensor. Misalnya, pada suatu temperatur tertentu sebuah sensor dapat memberikan keluaran yang berlainan. (Septiawan, 2010). Empat sifat diantara syarat-syarat dia atas, yaitu linieritas, ketergantungan pada temperatur, stabilitas waktu dan histerisis menentukan ketelitian sensor. 2.2.3 Kontrol On-Off Dalam kontrol on-off, elemen pembangkit hanya mempunyai dua posisi tertentu yaitu on dan off. Kontrol on-off relatif sederhana dan tidak mahal dan dalam hal ini banyak digunakan dalam sistem kontrol industri maupun domestik. Ambil sinyal keluaran dari kontroler u(t) tetap pada salah satu nilai maksimum dan minimum tergantung apakah sinyal pembangkit kesalahan positif atau negatif, sehingga u(t) = U1 untuk e(t)>0 = U2 untuk e(t)<0 dengan U1 dan U2 konstan. Nilai minimum U2 biasanya nol atau –U1. Kontroler on-off umumnya merupakan perangkat listrik dan sebuah katup yang dioperasikan dengan selenoida. Kontroler pneumatik proporsional dengan penguatan yang sangat tinggi bereaksi sebagai kontroler on-off dan terkadang disebut juga kontroler pneumatik on-off.
(a)
(b)
Gambar 3. (a) Diagram blok kontroler on-off; (b) diagram blok kontroler on-off dengan jurang differensial
6
Gambar 3 (a) dan 3 (b) menunjukkan diagram blok kontroler on-off. Daerah dengan sinyal pembangkit kesalahan yang digerakkan sebelum terjadi switching disebut jurang differensial. Jurang differensial ditunjukkan pada Gambar 3 (b). suatu jurang differensial menyebabkan keluaran kontroler u(t) tetap pada nilai awal sampai sinyal pembangkit kesalahan telah bergerak mendekati nilai nol. Dalam beberapa kasus jurang differensial terjadi sebagai akibat adanya penghalang yang tidak dikehendaki dan gerakan yang hilang, sering juga hal ini dimaksudkan untuk mencegah operasi yang berulang-ulang dari mekanisme on-off. 2.2.4 Relay Relay merupakan salah satu perangkat elektronik yang sering digunakan dalam membuat suatu perangkat keras. Dalam dunia elektronika, relay dikenal sebagai komponen yang dapat mengimplementasikan logika switching. Sebelum tahun 70-an, relay merupakan “otak” dari rangkaian pengendali. Baru setelah itu muncul PLC yang mulai menggantikan posisi relay. Relay yang paling sederhana ialah relay elektromekanis yang memberikan pergerakan mekanis saat mendapatkan energi listrik (Wicaksono, 2010). Secara sederhana relay elektromekanis ini didefinisikan sebagai berikut: Alat yang menggunakan gaya elektromagnetik untuk menutup (atau membuka) kontak saklar. Saklar yang digerakkan (secara mekanis) oleh daya/energi listrik.
Gambar 4. Relay yang beredar di pasaran Sumber: Killian, 1996 Secara umum, relay digunakan untuk memenuhi fungsi-fungsi berikut: Remote control: dapat menyalakan atau mematikan alat dari jarak jauh.
Penguatan daya: menguatkan arus atau tegangan (Contoh: starting relay pada mesin mobil).
Pengatur logika kontrol suatu sistem.
Prinsip Kerja dan Simbol Relay terdiri dari coil dan contact. Perhatikan Gambar 5. coil adalah gulungan kawat yang mendapat arus listrik, sedang contact adalah sejenis saklar yang pergerakannya tergantung dari ada tidaknya arus listrik di coil. Contact ada 2 jenis: Normally Open (kondisi awal sebelum diaktifkan open), dan Normally Closed (kondisi awal sebelum diaktifkan close). Secara sederhana berikut ini prinsip kerja dari relay: ketika Coil mendapat energi listrik (energized), akan timbul gaya elektromagnet yang akan menarik armature yang berpegas, dan contact akan menutup.
7
Gambar 5. Skema relay elektromekanik Sumber: Killian, 1996 Selain berfungsi sebagai komponen elektronik, relay juga mempunyai fungsi sebagai pengendali sistem, sehingga relay mempunyai 2 macam symbol yang digunakan pada: Rangkaian listrik (hardware) Program (software) Simbol yang digunakan pada relay adalah:
Gambar 6. Rangkaian dan simbol logika relay Sumber: Killian, 1996 Simbol selalu mewakili kondisi relay tidak dienergized. Relay sebagai pengendali Salah satu kegunaan utama relay dalam dunia industri ialah untuk implementasi logika kontrol dalam suatu sistem. Sebagai “bahasa pemrograman” digunakan konfigurasi yang disebut ladder diagram atau relay ladder logic. Relay ladder logic (ladder diagram) memiliki: Diagram wiring yang khusus digunakan sebagai bahasa pemrograman untuk rangkaian kontrol relay dan switching. LD Tidak menunjukkan rangkaian hardware, tapi alur berpikir. LD Bekerja berdasar aliran logika, bukan aliran tegangan/arus.
8
Relay Ladder Logic terbagi menjadi 3 komponen yaitu: 1. Input: pemberi informasi 2. Logic: pengambil keputusan 3. Output: usaha yang dilakukan
Gambar 7. Diagram sederhana sistem kontrol berbasis relay Dari Gambar 7. nampak bahwa sistem kendali dengan relay ini mempunyai input device (misalnya: berbagai macam sensor, switch) dan output device (misalnya : motor, pompa, lampu). Dalam rangkaian logikanya, masing-masing input, output, dan semua komponen yang dipakai mengikuti standard khusus yang unik dan telah ditetapkan secara internasional. Pada Gambar 8. dapat dilihat aplikasi relay untuk membentuk gerbang – gerbang logika sederhana (AND, OR, NOT, dan latching).
Gambar 8. Relay untuk membentuk gerbang logika Sumber: Kilian, 1996
9
Sebagai pengendali, relay dapat mengatur komponen-komponen lain yang membentuk suatu kendali di industri, diantaranya: switch, timer, counter, sequencer, dan lain-lain. 2.2.5 Solenoid Valve Solenoid valve adalah katup yang digerakan oleh energi listrik, mempunyai kumparan sebagai penggeraknya yang berfungsi untuk menggerakan piston yang dapat digerakan oleh arus AC maupun DC, solenoid valve atau katup (valve) solenoida mempunyai lubang keluaran, lubang masukan dan lubang exhaust, lubang masukan, berfungsi sebagai terminal / tempat cairan masuk atau supply, lalu lubang keluaran, berfungsi sebagai terminal atau tempat cairan keluar yang dihubungkan ke beban, sedangkan lubang exhaust, berfungsi sebagai saluran untuk mengeluarkan cairan yang terjebak saat piston bergerak atau pindah posisi ketika solenoid valve bekerja. Struktur solenoid valve disajikan pada Gambar 9. Prinsip kerja dari solenoid valve/katup (valve) solenoida yaitu katup listrik yang mempunyai koil sebagai penggeraknya dimana ketika koil mendapat supply tegangan maka koil tersebut akan berubah menjadi medan magnet sehingga menggerakan piston pada bagian dalamnya ketika piston berpindah posisi maka pada lubang keluaran dari solenoid valve akan keluar cairan yang berasal dari supply, pada umumnya solenoid valve mempunyai tegangan kerja 100/200 VAC namun ada juga yang mempunyai tegangan kerja DC.
Gambar 9. Struktur fungsi solenoid valve Keterangan: 1. Valve body 2. Terminal masukan (inlet port) 3. Terminal keluaran (outlet port) 4. Koil solenoid 5. Kumparan 6. Kabel suplai tegangan 7. Plunger 8. Spring 9. Lubang / exhaust (Wardana, 2011)
10
2.3 Mikrokontroler 2.3.1 Pengertian Mikrokontroler Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer fungsional dalam sebuah chip. Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejumlah kecil RAM, memori program, atau keduanya), dan perlengkapan input output. Dengan kata lain, mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. Mikrokontroler merupakan komputer didalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya. Secara harfiahnya bisa disebut “pengendali kecil” dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen-komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini. Mikrokonktroler digunakan dalam produk dan alat yang dikendalikan secara automatis, seperti sistem kontrol mesin, remote controls, mesin kantor, peralatan rumah tangga, alat berat, dan mainan. Dengan mengurangi ukuran, biaya, dan konsumsi tenaga dibandingkan dengan mendesain menggunakan mikroprosesor memori, dan alat input output yang terpisah, kehadiran mikrokontroler membuat kontrol elektrik untuk berbagai proses menjadi lebih ekonomis. Beberapa keuntungan menggunakan mikrokontroler: Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepet karena sebagian besar dari sitem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi. Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena sistemnya yang kompak Namun demikian tidak sepenuhnya mikrokontroler bisa mereduksi komponen IC TTL dan CMOS yang seringkali masih diperlukan untuk aplikasi kecepatan tinggi atau sekedar menambah jumlah saluran masukan dan keluaran (I/O). Dengan kata lain, mikrokontroler adalah versi mini atau mikro dari sebuah komputer karena mikrokontroler sudah mengandung beberapa periferal yang langsung bisa dimanfaatkan, misalnya port paralel, port serial, komparator, konversi digital ke analog (DAC), konversi analog ke digital dan sebagainya hanya menggunakan sistem minimum yang tidak rumit atau kompleks. Agar sebuah mikrokontroler dapat berfungsi, maka mikrokontroler tersebut memerlukan komponen eksternal yang kemudian disebut dengan sistem minimum. Untuk membuat sistem minimal paling tidak dibutuhkan sistem clock dan reset, walaupun pada beberapa mikrokontroler sudah menyediakan sistem clock internal, sehingga tanpa rangkaian eksternal pun mikrokontroler sudah beroperasi.Untuk merancang sebuah sistem berbasis mikrokontroler, kita memerlukan perangkat keras dan perangkat lunak, yaitu: 1. Sistem minimal mikrokontroler 2. Software pemrograman dan kompiler, serta downloader. Yang dimaksud dengan sistem minimal adalah sebuah rangkaian mikrokontroler yang sudah dapat digunakan untuk menjalankan sebuah aplikasi. Sebuah IC mikrokontroler
11
tidakakan berarti bila hanya berdiri sendiri. Pada dasarnya sebuah sistem minimal mikrokontroler AVR memiliki prinsip yang sama, yang terdiri dari 4 bagian, yaitu: 1. Prosesor, yaitu mikrokontroler itu sendiri. 2. Rangkaian reset agar mikrokontroler dapat menjalankan program mulai dari awal. 3. Rangkaian clock, yang digunakan untuk memberi detak pada CPU. 4. Rangkaian catu daya, yang digunakan untuk memberi sumberdaya. Pada mikrokontroler jenis-jenis tertentu (AVR misalnya), poin-poin pada nomor 2 dan 3 sudah tersedia didalam mikrokontroler tersebut dengan frekuensi yang sudah diseting dari vendornya (biasanya 1MHz, 2MHz, 4MHz dan 8MHz), sehingga pengguna tidak perlu memerlukan rangkaian tambahan, namun bila ingin merancang sistem dengan spesifikasi tertentu (misal ingin komunikasi dengan PC atau handphone), maka pengguna harus menggunakan rangkaian clock yang sesuai dengan karakteristik PC atau HP tersebut, biasanya menggunakan kristal 11,0592 MHz, untuk menghasilkan komunikasi yang sesuai dengan baud rate PC atau HP tersebut. 2.3.2 Arduino Arduino merupakan rangkaian elektronik yang bersifat open source, serta memiliki perangkat keras dan lunak yang mudah untuk digunakan. Arduino dapat mengenali lingkungan sekitarnya melalui berbagai jenis sensor dan dapat mengendalikan lampu, motor, dan berbagai jenis aktuator lainnya. Arduino mempunyai banyak jenis, di antaranya Arduino Uno, Arduino Mega 2560, Arduino Fio, dan lainnya. (www.arduino.cc) 2.3.3 Arduino Uno Arduino Uno dengan ATMega328P mempunyai 14 digital input/output (6 diantaranya dapat digunakan untuk PWM output), 6 analog inputs, 16 MHz clock speed, USB connection, power jack, ICSP header, dan reset button. Skema Arduino Uno ATMega328P disajikan pada Gambar 10. dengan ciri-ciri sebagai berikut: 1. Operating voltage 5V. 2. Rekomendasi input voltage 7-12V. 3. Batas input voltage 6-20V 4. Memiliki 14 buah digital input/output 5. Memiliki 6 buah Analog Input. 6. DC current setiap I/O Pin sebesar 40 mA. 7. DC current untuk 3.3V sebesar 50 mA. 8. Flash memory 32 KB. 9. SRAM 2 KB. 10. EEPROM 1 KB. 11. Clock Speed 16 MHz. (www.arduino.cc)
12
Gambar 10. Skema Arduino Uno Skema Arduino Uno ATMega328P didasarkan pada blog diagram dari ATMega328P. Blog diagram tersebut disajikan pada Lampiran 2. 2.3.4 Memori-memori ATMega328P Manajemen memori dalam mikrokontroler penting dilakukan karena memori yang dimiliki mikrokontroler sangat terbatas. Pada Atmega328P terdapat tiga jenis memori, yaitu data memori, program memori, dan EEPROM. BUS ketiga memori tersebut terpisah, sehingga dapat mengakses ketiga jenis memori tersebut dalam waktu yang bersamaan. ATmega328P menggunakan Flash Memory untuk program memori. Flash Memory dibagi menjadi dua bagian, yaitu Boot Loader dan Aplication Program. Pembagian ini bertujuan untuk keamanan perangkat lunak. Flash Memory memiliki ketahanan tulis atau hapus sebanyak 10.000 kali. Program memory map disajikan pada Gambar 11.
Gambar 11. Program memory map ATMega328P SRAM digunakan oleh ATMega328P untuk data memori. Kapasitas SRAM dari ATmega328P adalah 2KB. SRAM terbagi menjadi empat bagian yaitu 32 GPR (General Purphose Register), 64 I/O register, Additional I/O register, dan Internal SRAM. Data memory map dari SRAM disajikan pada Gambar 12. Sifat dari memori ini adalah volatile sehingga data yang ada pada SRAM akan hilang ketika sudah tidak diberikan catu daya.
13
Gambar 12. Data memory map ATMega328P EEPROM biasa digunakan untuk menyimpan data long-term karena sifatnya yang non-volatile. Ketika tidak mendapat catu daya, data yang tersimpan dalam EEPROM tidak akan hilang. EEPROM memiliki ketahanan tulis atau hapus sebanyak 10.000 kali. (Atmel 2009). 2.3.5 Arduino-0022 Arduino-022 merupakan open-source Arduino environtment yang digunakan untuk penulisan kode. Dengan menggunakan Arduino-022 penulisan kode menjadi mudah dan kode yang ditulis dapat diunggah ke Arduino. Software ini dapat digunakan di Windows, Mac OS X, dan Linux. Arduino environtment ditulis dalam bahasa Java dengan didasarkan pada Processing, avr-gcc, dan open source software lainnya. Bahasa pemrograman Arduino didasarkan pada bahasa pemrograman C/C++ serta terhubung dengan AVR Libc sehingga dapat menggunakan fungsi-fungsi yang terdapat pada AVR Libc. AVR Libc berisi fungsifungsi yang digunakan untuk menggunakan AVR, seperti pengaturan register. Pada Arduino0022 penggunaan AVR Libc dipermudah karena secara default library pada Arduino-0022 sudah mencakup AVR Libc tanpa kita harus tau AVR Libc mana yang digunakan. Jika dalam penulisan kode membutuhkan AVR Libc, maka penambahan AVR Libc pada header kode program dapat dilakukan. Tampilan Ardino-0022 disajikan pada Gambar 13.
14
Gambar 13. Tampilan Arduino-0022 2.3.6 USART USART (Universal Synchronous and Asynchronous Serial Receiver and Transmitter) dapat difungsikan sebagai transmisi data sinkron dan asinkron. Sinkron berarti clock yang digunakan antara transmitter dan receiver satu sumber clock. Asinkron berarti transmitter dan receiver memunyai sumber clock yang berbeda. USART terbagi dalam tiga blog yaitu clock generator, transmitter, dan receiver. (Ardi 2010). Komunikasi serial ini penting difahami karena selain beberapa interface menggunakan mode serial, komunikasi ini bisa kita manfaatkan sebagai pemantau program saat berjalan (debugging). Misalkan kita akan menganalisis suatu kondisi suhu, ini bisa kita lihat dari monitor dengan ditransmisikan ke komputer secara serial (Ary et al 2008). 2.3.7 Serial Monitor Pada Arduino-0022 terdapat serial monitor. Serial monitor berfungsi untuk menampilkan data yang terdapat pada Arduino. Selain itu, melalui Serial Monitor juga dapat mengirimkan data ke Arduino. Pengirim data ke Arduino dilakukan dengan cara memasukkan data yang ingin dikirim dan dan menekan tombol send atau menekan enter (www.arduino.cc). Tampilan dari Serial Monitor disajikan pada Gambar 14. Baud-rate pada serial monitor harus sama dengan Serial.begin pada kode program. Hal tersebut dilakukan agar terjadi kecocokan dalam komunikasi. Baud-rate memiliki satuan bit per second.
15
Gambar 14. Serial monitor 2.3.8 ADC ADC atau kepanjangan dari Analog to Digital Converter merupakan alat yang digunakan untuk mengubah data analog menjadi data digital. Pada Arduino Uno sudah terdapat modul ADC, sehingga dapat langsung digunakan. Fitur ADC yang terdapat pada ATmega328P adalah sebagai berikut: 1. Resolusi mencapai 10-bit 2. 0,5 LSB Integral Non-linearity 3. Akurasi mencapai ± 2 LSB 4. Waktu konvensi 13-260 µs. 5. Mempunyai 6 saluran ADC 6. Optional Left Adjustment untuk pembacaan hasil ADC. 7. 0 – Vcc untuk kisaran input ADC 8. Disediakan 1,1V tegangan referensi ADC. 9. Mode konversi kontinyu atau konversi 10. Interupsi ADC 11. Sleep mode noise canceler (Atmel, 2009). Sinyal input dari port ADC akan dipilih oleh multiplexer (register ADMUX) untuk diproses oleh ADC. Karena converter ADC dalam chip hanya satu buah sedangkan saluran masukannya lebih dari satu, maka dibutuhkan multiplexer untuk memilih input port ADC secara bergantian. ADC memunyai rangkaian untuk mengambil sampel dan hold (menahan) tegangan input ADC, sehingga tetap dalam keadaan konstan selama proses konversi. Sinyal input ADC tidak boleh melebihi tegangan referensi. Nilai digital sinyal input ADC untuk resolusi 10-bit (1024) ditulis dalam Persamaan 1. Kode digital = (Vinput / Vref) x 1024
(1)
16
Nilai digital sinyal input ADC untuk resolusi 8-bit ditulis dalam persamaan 2: Kode digital = (Vinput / Vref) x 256
(2)
(Andi, 2010). Dengan demikian untuk mencari nilai digital, dapat dinyatakan dengan persamaan 3. Kode digital = (Vinput / Vref) x resolusi
(3)
2.3.9 Stackable SD Card Shield Stackable SD card shield merupakan solusi untuk mengirim data ke memory SD card dan TF card. Stackable SD card shield disajikan pada Gambar 15.
Gambar 15. Stackable SD Card Shield Pinout dari stackable SD card shield dapat dihubungkan ke Arduino Uno, sehingga dapat bermanfaat untuk menambah kapasitas tempat penyimpanan data dan pencatatan data. Stackable SD card shield ini dapat langsung dipasang pada Arduino dan terdapat switch untuk memilih flash card slot. Keistimewaan dari stackable SD card shield ini adalah: 1. Terdapat modul untuk standar SD card dan Micro SD (TF) card. 2. Terdapat switch untuk memilih flash card slot. 3. Dapat dipasang langsung pada Arduino. (www.famosastudio.com)
17
III. METODOLOGI
3.1 Waktu Dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Teknik Sumberdaya Air Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Pertanian Bogor dari bulan Maret – Juni 2012.
3.2 Alat Dan Bahan 3.2.1 Bahan Mikrokontroler ATMega328P 3.2.2 Alat
Sensor Water Level dan Soil Moisture Relay Kabel Baterai 12 volt Solenoid Valve Pipa Kendi Solar Cell Komputer Elektroniks Toll Kits Penggaris Gergaji Bor
3.3 Tahapan Penelitian Penelitian ini dilaksanakan dengan beberapa tahapan, yaitu: analisis sistem, perancangan, implementasi, pengujian, percobaan, dan analisis percobaan. Bagan dari metode penelitian disajikan pada Gambar 16.
18
Gambar 16. Metode Penelitian 3.3.1 Analisis Sistem Pada tahap ini dilakukan analisis yang mencakup segala kebutuhan dalam membangun perancangan dan implementasi sistem otomatisasi irigasi kendi dalam hal identifikasi masalah. Identifikasi tersebut meliputi identifikasi irigasi kendi, sensor water level untuk mengukur tinggi muka air dalam kendi, dan mikrokontroler ATMega328P. 3.3.2 Perancangan
Perancangan Software Pada tahap ini dilakukan penyesuaian program untuk melakukan serangkaian pengujian sistem otomatisasi. Penulisan program ditulis di halaman arduino-022 yang merupakan open-source Arduino environment. Bahasa pemrograman didasarkan pada bahasa pemrograman C/C++. Tampilan Arduino-022 disajikan pada Gambar 13. Alur program perancangan sistem otomatisasi irgasi kendi disajikan pada Gambar 17.
19
Gambar 17. Flow chart perancangan sistem otomatisasi irigasi kendi
Perancangan Hardware Perancangan hardware terdiri atas sensor water level, sensor soil moisture, mikrokontroler ATMega328P, solenoid valve, baterai DC 12 volt, dan relay yang terlihat pada Gambar 18.
20
Gambar 18. Skema rangkaian hardware Sensor water level yang digunanakan yaitu eTape Continuous Fluid Level Sensor PN-12110215TC-8. Dimana sensor ini memiliki spesifikasi sebagai berikut: 1. Panjang sensor : 10.1” (257 mm) 2. Panjang sensor aktif : 8.4” (213 mm) 3. Lebar sensor : 1” (25.4 mm) 4. Sensor output : 1500 Ω empty, 300Ω full, ± 10% 5. Resistance gradient : 140Ω / inchi (56Ω/cm), ± 10% 6. Resolusi : < 0,01” (0.25 cm) 7. Actuation depth : Nominal 1” (25.4 mm) 8. Tahanan referensi (Rref) : 1500Ω, ± 10% 9. Ketahanan suhu : 15o F – 150o F (-9o C - 65o C) 10. Daya : 0.5 W (Vmax = 10 V) Sensor water level ini memiliki empat pins, dimana setiap pins memiliki fungsi masing-masing. Dua pins 1 dan 4 sebagai pins tahanan referensi (Rref) sedangkan dua pins sisa yaitu pins 2 dan 3 merupakan output sensor (Rsense). Bentuk dari sensor disajikan pada Gambar 19.
21
Gambar 19. Sensor water level Skema rangkaian dari sensor water level diatas disajikan pada Gambar 20. dimana Vin merupakan pins 1, ground merupakan pins 2 dan Vout merupakan penggabungan pins 3 dan pins 4. Untuk menghitung nilai Vout dapat menggunakan Persamaan 4 seperti di bawah ini. Vout = I x Rsense
(4)
Gambar 20. Rangakain sensor water level Setiap kaki pada sensor nantinya dihubungkan ke dalam mikrokontroler, dimana kaki Vin dihubungkan ke port 5v pada mikrokontroler, kaki ground dihubungkan ke port
22
ground pada mikrokontroler, dan kaki Vout dihubungkan ke port analog serial A0. Skema rangkaian sensor dengan mikrokontroler disajikan pada Gambar 21.
Gambar 21. Skema rangkaian sensor water level dengan mikrokontroler Untuk sensor soil moisture rangkaiannya hampir sama dengan rangkaian sensor water level dimana kaki Vin dihubungkan pada port 5v, kaki ground dihubungkan pada port ground pada mikrokontroler, dan kaki Vout dihubungkan pada port analog serial A1 pada mikrokntroler. Skema rangkaiannya disajikan pada Gambar 22.
Gambar 22. Skema rangkaian sensor soil moisture dengan mikrokontroler
23
Perbedaan perancangan sensor water level dan sensor soil moisture dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Perbedaan perancangan sensor water level dan sensor soil moisture Perancangan menggunakan sensor Perancangan menggunakan sensor No. Keterangan water level soil moisture 1. Sensor Water level Soil moisture 2. Penyimpanan data Dilakukan Dilakukan 3. Aktuator Ada Tidak ada 4. Kalibrasi Ya Ya Sebagai kontrol dan pengambilan 5. Tujuan Hanya sebagai pengambilan data. data. 3.3.3 Implementasi Rancangan dan sistem akan diterapkan pada lingkungan model dan pada percobaan lapang. Sensor dipilih atau diatur agar memiliki nilai keluaran 0-Vcc. Nilai keluaran tersebut dibatasi karena modul ADC hanya bias mengenali input dengan nilai tidak melebihi tegangan referensi. Tegangan referensi yang digunakan sebesar Vcc. 3.3.4 Pengujian Pengujian dilakukan dengan melakuakan uji sistem sesuai dengan Gambar 23. Aktuator disimulasikan secara real time dengan LED. Sensor memperoleh data yang berasal dari tabung air, dimana ketinggian air pada tabung dapat diatur. Sensor water level terhubung dengan mikrokontroler melalui port 5v, port ground, dan port analog serial A0, LED melalui port digital serial 13, dan komunikasi dengan komputer melalui USB Serial Port. Pada antar muka serial monitor akan ditampilkan nilai dari sensor water level, sehingga dapat mengetahui dan mengamati nilainya.
Gambar 23. Blok diagram pengujian sistem otomatisasi
24
Pada antar muka serial monitor akan ditampilkan pengaturan penggunaan sistem, meliputi: 1. Lama pengambilan data 2. Batas atas air 3. Batas bawah air
Gambar 24. Pengujian sistem Sebelumnya dilakukan pengecekan terhadapa koneksi dari stackable SD card shield. Setelah koneksi antara stackable SD card shield dan mikrokontroler berhasil, maka akan dilakukan pengaturan penggunaan sistem, yaitu memasukkan nilai dari pengambilan data, batas atas, dan batas bawah. 3.3.5 Percobaan Percobaan dilakukan pada lahan dengan luas 150 x 400 centimeter, dimana sebelumnya dilakukan uji sifat fisik dan nilai pF tanah yang dilakukan di Balai Penelitian Tanah Kota Bogor. Pada lahan terdiri atas empat belas kendi yang dipasang berpasangpasangan yaitu tujuh kendi pada sisi kanan dan tujuh kendi pada sisi kiri, dimana jarak antar kendi yaitu sebesar 50 cm seperti terlihat pada Lampiran 5 dan 6. Disekitar kendi ditanami tanaman sayuran pak choy yang ditanam mulai dari benih sampai dewasa atau siap panen. Dalam waktu tertentu dilihat perubahan tinggi muka air yang terjadi akibat adanya rembesan air keluar kendi, evaporasi dan perlakuan kontrol irigasi. Percobaan dilapangan dapat terlihat Gambar 25.
25
Gambar 25. Percobaaan lapang Data yang diambil merupakan data pembacaan sensor water level dalam kendi dan pembacaan sensor soil moisture terhadap interval waktu pengukuran. Dari kedua sensor tersebut dapat dilihat perubahan tinggi muka air dalam kendi dan kadar air tanah. Data pembacaan sensor terekam pada memori yang telah terpasang di dalam sistem otomatisasi. Perekaman data dilakukan setiap 5 detik. Hal ini dikarenakan pengisian air ke dalam kendi melalui aktuator sangat cepat, sehingga dibutuhkan pembacaan sensor yang cepat pula, agar pada saat aktuator on air tidak meluap sampai keluar kendi. 3.3.6 Analisis Percobaan Berdasarkan data yang diperoleh dan perlakuan-perlakuan yang dilakukan, maka akan dilakukan analisis. Analisis ini dilakukan agar data hasil pengujian dapat digunakan dan dijadikan rujukan untuk pembangunan sistem lebih lanjut.
26
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Sifat Fisik Tanah Lahan Percobaan Pengujian sifat fisik tanah dilakukan di balai penelitian tanah kota bogor. Pengujian tanah berupa nilai pF tanah, sifat fisik tanah, dan struktur tanah. Dalam pengujian ini diambil empat buah sampel tanah dari lahan percobaan yang terdiri atas 2 sampel pada kedalaman 5-10 cm dan 2 sampel pada kedalaman 10-15 cm. dari ke empat sampel diambil nilai rata-rata.
0.7
VWC (cm3/cm3)
0.6 Air-entry
0.5 0.4
F.Capacity PW.Point
0.3 0.2 0.1 0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
pF Water Retention Curve
Gambar 26. Grafik hubungan nilai pF tanah dengan kadar air tanah Grafik pada Gambar 26. diatas merupakan grafik hasil pengujian tanah berupa nilai pF tanah dan kadar air tanah. Sumbu absis merupakan nilai pF yang didapatkan dari perhitungan menggunakan model Van Genuchten. Data di atas nantinya digunakan untuk menentukan nilai kadar air tanah yang harus dijaga pada nilai kadar air tanah pada saat pF antara 4.2 sampai 2.54 agar tanaman tetap tumbuh sampai panen. Pemantauan nilai kadar air tanah digunakan sensor kadar air tanah yang terpasang di antara kendi dan tanaman yang sebelumnya telah dikalibrasi.
4.2 Kalibrasi Sensor Sensor yang dilakukan kalibrasi berupa sensor water level dan sensor kadar air tanah. Sensor water level digunakan untuk menentukan nilai set point pada sistem agar air dalam kendi tetap terjaga ketinggiannya sehingga sebaran air ke daerah perakaran tanaman selalu merata. Sedangkan untuk sensor kadar air tanah digunakan untuk melihat perubahan kadar air tanah yang terjadi akibat sistem selama sistem bekerja. Kalibrasi sensor dilakukan untuk menyesuaikan nilai yang diukur manual dengan keluaran dari sensor. Perancangan kalibrasi sensor water level port yang digunakan adalah port 5v, port ground dan port analog serial A0.
27
Objek yang digunakan adalah air yang berada pada gelas ukur. Kemudian dilakukan pengukuran mulai dari tinggi minimal sampai tinggi maksimal yang dapat dibaca oleh sensor terlihat pada Gambar 27. di bawah ini:
Tinggi Muka Air (cm)
Gambar 27. Kalibrasi sensor water level
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 220
230
240
250
260
270
280
Bacaan Sensor
290 300 310 y = -0.201x + 65.60 R² = 0.955
320
Gambar 28. Grafik kalibrasi sensor water level
28
Pada grafik Gambar 28. di atas sumbu absis merupakan nilai yang tertampil pada serial monitor arduino-022. Sedangkan sumbu ordinat menunjukkan tinggi muka air yang diukur secara manual dalam satuan cm sebagai tanda kapan harus membaca nilai yang terlihat pada serial monitor. Dari hasil kalibrasi sensor water level tersebut diperoleh hubungan antara nilai pada sensor dengan nilai tinggi muka air sebenarnya dengan persamaan y=-0.201x + 65.60, persamaan ini dapat digunakan untuk menghitung tinggi muka air sebenarnya dimana y adalah tinggi muka air dalam satuan cm dan x adalah nilai bacaan sensor dalam satuan ekivalen bilangan biner. Adapun nilai koefisien determinasi dari persamaan ini sebesar 0.955. hal ini menunjukkan hasil kalibrasi dapat digunakan dengan tingkat akurasi tinggi. Selain itu, data kalibrasi water level di atas digunakan sebagai nilai masukan pada program kontrol yang meliputi batas atas dan batas bawah yang didefinisikan sebagai berikut: : Batas bawah < WaterLevel ≤ Batas atas
Sensor water level
Kadar Air Tanah (%)
Selain itu, dilakukan kalibrasi sensor kadar air tanah dengan perancangan kalibrasi sensor kadar air tanah. Port yang digunakan adalah port 5v, port ground dan port analog serial A1. Objek yang digunakan adalah tanah yang telah dikeringkan pada suhu 105 oC selama 24 jam. Kemudian dilakukan pengukuran mulai dari kadar air tanah nol persen sampai pada kadar air tanah jenuh yaitu 43.75 persen.
50.00 45.00 40.00 35.00 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 0
100
200
300 Bacaan Sensor
400
500
600
y = 0.092x - 15.48 R² = 0.887
Gambar 29. Grafik hasil kalibrasi sensor kadar air tanah Pada grafik Gambar 29. di atas sumbu absis merupakan nilai yang tertampil pada serial monitor arduino-022. Sedangkan sumbu ordinat menunjukkan kadar air tanah yang diukur secara manual dengan perlakuan penambahan air sebesar 50 mL. Dari hasil kalibrasi kadar air tanah tersebut diperoleh hubungan antara nilai pada sensor dengan nilai kadar air tanah sebenarnya dengan persamaan y= 0.092x – 15.48, persamaan ini dapat digunakan untuk menghitung kadar air tanah sebenarnya dimana y adalah kada air tanah dalam satuan persen dan x adalah nilai bacaan sensor dalam satuan ekivalen bilangan biner. Adapun nilai koefisien determinasi dari persamaan ini sebesar 0.887. hal ini menunjukkan hasil kalibrasi dapat digunakan.
29
4.3 Rangkaian Sistem Otomatisasi Rangkaian sistem otomatisasi irigasi kendi dapat dibagi menjadi tiga blok, yaitu blok I sebagai rangkaian input, blok II sebagai rangkaian pengendali sistem, dan blok III sebagai rangkaian output. Bentuk fisik dari rangkaian sistem otomatisasi irigasi kendi yang telah selesai dibangun ditunjukkan oleh Gambar 30. Blok I terdiri atas satu buah sensor water level dan satu buah sensor kadar air tanah, dimana sensor water level digunakan untuk mendeteksi ketinggian air dalam kendi dan sensor kadar air tanah untuk mendeteksi nilai kadar air tanah yang telah terbasahkan oleh rembesan kendi. Port yang digunakan untuk sensor water level adalah port 5 volt, port ground, dan port analog serial A0. Sedangkan untuk sensor kadar air tanah digunakan port 5 volt, port ground dan port analog serial A1. Blok II terdapat komponen mikrokontroler ATMega328P yang berfungsi sebagai pengolah keseluruhan data input analog pada sensor water level dan sensor kadar air tanah untuk mendapatkan nilai ketinggian air di dalam kendi dan kadar air tanah di daerah pembasahan kendi. Data yang diperoleh sebagai masukan kontrol kemudian diolah oleh mikrokontroler, sehingga dihasilkan keluaran. Pada blok mikrokontroler juga dipasang SD modul untuk merekam data hasil pembacaaan sensor dan real time clock untuk membuat perekaman data yang disertai dengan waktu pengukuran. Real time clock (RTC) dipasang pada port ground, port 5 volt, port analog serial A4, dan port analog serial A5. Terdapat beberapa rangkaian pada blok II, antara lain baterai 12 volt yang telah dihubungkan ke solar cell sebagai daya sistem, relay sebagai scalar otomatis untuk menghidupkan dan mematikan sistem, dan doubler 12 volt to 24 volt sebagai penguat arus dari baterai ke solenoid valve. Blok III adalah rangkaian relay dan solenoid valve yang berfungsi sebagai pembuka tutup aliran air yang akan masuk ke dalam kendi. Port yang digunakan unutk relay adalah port digital serial 8 dan port ground.
Gambar 30. Bentuk fisik perancangan sistem otomatisasi irigasi kendi
4.4 Pemantauan Bacaan Sensor Sensor merupakan alat yang digunakan untuk mengenali lingkungan. Sensor dapat terhubung secara langsung dengan mikrokontroler melalui port analog. Data yang diberikan sensor berupa data analog, sedangkan mikrokontroler dalam pengolahan data menggunakan data digital. Oleh sebab itu supaya data yang diterima mikrokontroler berupa data digital dibutuhkan modul ADC.
30
Modul ADC terletak pada port C dari mikrokontroler atau biasa disebut dengan port analog. Arduino Uno mempunya 6 port analog yang dapat digunakan untuk membaca masukan dari sensor. Data monitoring didapat dari dua sensor yang terpasang pada sistem, yaitu sensor water level dan sensor kadar air tanah yang terhubung dengan mikrokontroler ATMega328P. Pengambilan data dilakukan dengan memasang stackable SD card shield dan real time clock pada sistem kontrol untuk merekam data yang kemudian data di ambil setiap hari selama pengamatan. Pengaturan tinggi muka air dalam kendi dibuat berdasarkan tinggi kendi dan tinggi simpanan air dalam kendi. Tinggi kendi sampai leher kendi dari pengukuran sebesar 14 cm yang terlihat pada Gambar 31. dan untuk tinggi simpanan kendi diambil sebesar 5 cm dari dasar kendi hal ini dikarenakan pada saat air kendi berada pada ketinggian 5 cm, rembesan air dalam kendi masih berada 23 cm horizontal di daerah perakaran kendi seperti terlihat pada Gambar 32. Selain itu, penentuan tinggi bawah sebesar 5 cm dikarenakan supply dari aktuator sangat besar, sehingga dibutuhkan rentan yang cukup tinggi agar air tidak meluap keluar kendi.
Gambar 31. Pengukuran tinggi kendi
31
Gambar 32. Profil kelembaban tanah dalam tiap kedalaman pembenaman kendi (Edward, 2000) Voltase yang digunakan untuk menjalankan sensor sebesar 5 volt yang diambil dari baterai 12 volt melalui port input voltase dari mikrokontroler. Data hasil pemantauan tinggi muka air disajikan pada Gambar 33. Sumbu absis pada grafik menunjukkan waktu selama pelaksanaan pengambilan data sementara sumbu ordinat primary merupakan tinggi muka air (cm) yang telah dikonversi dari bentuk asal data keluaran dari serial monitor dengan menggunakan persamaan kalibrasi yang sebelumnya telah dilakukan. Sedangkan sumbu ordinat secondary merupakan nilai aktuator dimana ketika on diberi nilai 1 dan ketika off diberi nilai 0.
20.000
1
18.000
Tinggi Muka Air (cm)
16.000 14.000 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000
16:48:00
15:36:00
14:24:00
Waktu
13:12:00
12:00:00
10:48:00
9:36:00
0
8:24:00
0.000
Gambar 33. Grafik Tinggi muka air Pada grafik Gambar 33. diatas terlihat perubahan tinggi muka air dari bacaan sensor yang diakibatkan adanya air yang merembes ke daerah perakaran, adanya evaporasi dan pengaruh nyalanya aktuator. Untuk mengisi air ke dalam kendi, aktuator hanya butuh waktu kurang dari 10 detik. Sehingga, ketika aktuator menyala air dalam kendi melebihi batas atas yang telah ditentukan karena interval pembacaan dari sensor yaitu setiap 5 detik. Selain itu penggunaan aktuator yang berupa
32
solenoid valve berukuran ¾” cukup besar. Sehingga bias digunakan solenoid valve yang berukuran lebih kecil. Untuk sensor kadar air tanah voltase yang digunakan untuk menjalankan sensor sebesar 5 volt melalui port input voltase dari mikrokontroler. Data hasil pemantauan kadar air tanah disajikan pada Gambar 34.
Kadar Air Tanah (cm 3 /cm 3 )
0.370 0.365 0.360 0.355
0.350 0.345
16:48:00
15:36:00
14:24:00
Waktu
13:12:00
12:00:00
10:48:00
9:36:00
8:24:00
0.340
Gambar 34. Grafik Kadar air tanah Sumbu absis pada grafik menunjukkan waktu selama pelaksanaan pengambilan data sementara sumbu ordinat merupakan kadar air tanah (cm 3/cm3) yang telah dikonversi dari bentuk asal data keluaran dari serial monitor dengan menggunakan persamaan kalibrasi yang sebelumnya telah dilakukan. Pada grafik Gambar 34. terlihat kadar air tanah yang terjadi akibat pembasahan oleh rembesan air dalam kendi masih berada di antara nilai kapasitas lapang dan titik layu permanen yaitu berada diantara 0.291 – 0.381. Hal ini dapat dikatakan dalam pemberian air untuk irigasi sistem otomatisasi irigasi kendi ini tidak berlebih atau memenuhi kebutuhan air untuk tanaman. Seperti telah diketahui bahwa akar tanaman hanya dapat menyerap air jika kadar air tanah berada pada nilai pF di bawah 4.2 dan juga air cenderung akan mengalir akibat adanya gravitasi ketika kadar air tanah berada pada nilai pF di bawah 2.54. Maka dari itu, penentuan kadar air tanah yang baik untuk tanaman ketika nilai kadar air tanah berada pada rentan nilai pF 2.54 sampai pF 4.2. Sehingga akar tanaman masih dapat menyerap air dan air pun tidak mengalami pergerakan (perkolasi) akibat adanya gaya gravitasi.
33
V. PENUTUP
5.1 KESIMPULAN 1.
2.
3.
4.
Perancangan alat otomatisasi irigasi kendi ini merupakan perpaduan antara software dan hardware. Software dirancang dengan menggunakan bahasa C/C++. Sedangkan hardware terdiri atas relay, sensor, solenoid valve, baterai, mikrokontroler, stackable SD card shield, real time clock, dan doubler 12v to 24v. Kemampuan mikrokontroler ATMega328P dalam memantau tinggi muka air memiiliki tingkat keakuratan yang tinggi, dengan nilai koefisien determinasi persamaan kalibrasi dari sensor yang digunakan yaitu sebesar 0.955. selain itu, dapat juga memantau kadar air tanah dengan nilai koefisien determinasi persamaan kalibrasi dari sensor yaitu 0.887. Daya baterai yang digunakan untuk menjalankan alat kontrol masih kurang memadai karena tanpa supply listrik baterai hanya dapat dipakai untuk satu kontrol saja. Selain itu penggunaan doubler sangat boros terhadap baterai Sistem kontrol berfungsi dengan baik dalam melakukan pengaturan dan pemantauan tinggi muka air secara otomatis. Akan tetapi masih banyak yang perlu diperbaiki, diantaranya tegangan yang keluar kurang stabil sehingga dapat mengganggu pembacaan sensor dan pengaktifan relay.
5.2 SARAN 1. 2.
3.
Perlu dilakukan pengujian kembali untuk menghasilkan data yang lebih valid. Dilihat dari daya baterai yang kurang memadai sehingga terjadi error pada saat sistem kontrol berjalan, maka sebaiknya digunakan baterai dengan daya yang lebih besar. Misalnya daya baterai yang semula 12V 45Ah diganti dengan baterai berdaya lebih besar dalam ampere hour nya. Dapat digunakan solenoid valve yang lebih kecil ukurannya, yang tadinya ¾” menjadi ½”.
34
DAFTAR PUSTAKA Agustina, Riskiyah. 2011. Pengujian Sistem Irigasi Kendi Lapindo Pada Tanaman Lada Perdu (Piper Ningrum L); Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Bogor. Andi Dwi Cahyo, 2011. Analisis Unjuk Kerja Pengontrolan Tinggi Muka Air Pada Sistem Irigasi Otomatis Menggunakan Perangkat Berbasis Mikrokontroler; Skripsi. Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Bogor. Andrian,
Evi. 2010. Pengertian Sistem http://eviandrianimosy.blogspot.com. [3 Mei 2012].
Kendali.
[terhubung
berkala],
[Anonim]. Arduino. [terhubung berkala] http://arduino.com. [19 Juni 2012]. [Anonim]. Arduino Uno. [terhubung berkala] http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno. [19 Juni 2012]. [Anonim]. Stackable SD Card Shield. [terhubung http://www.famosastudio.com/arduino/shields/arduino-stackable-sd-card-shield. 2012]
berkala] [19 Juni
Atmel. 2009. 8-bit AVR microcontroller with 4/8/16/32K Bytes In-System Programmable Flash ATMega48PA/ATMega88PA/ATMega168PA/ATMega328P. orchard Parkway San Jose: Atmel Corporation. Bolton, W. 2006. Sistem Instrumentasi dan Sistem Kontrol. Erlangga. Jakarta. Edward. 2000. Kinerja Sistem Irigasi Kendi untuk Tanaman di Daerah Kering; Disertasi. Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor. Bogor. Fathurahman, Fauzi. 2011. Perancangan dan Implementasi Logika Fuzzy pada Mikrokontroler ATMega16 untuk Robot Penghindar Halangan; Skripsi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor, Bogor. Gunawan, Randi. 2008. Analisis Sumberdaya Air Daerah Aliran Sungai Bah Bolon Sebagai Sarana Pendukung Pengembangan Wilayah Di Kabupaten Simalungun dan Asahan, Wahana Hijau Jurnal Perencanaan dan Pengembangan Wilayah Vol. 2 No. 1 Agustus 2008. Hordeski, M. 1994. Transducers for Automation. Van Nostrand Reinhold Company. New York. Kilian, C.T. 1996. Modern Control Technology: Components and Systems, West Publishing Co. Nugroho, Akbar Riyan, 2011. Rancang Bangun Modul Akuisisi Data Untuk Sistem Irigasi Otomatis Berbasis Mikrokontroler Arduino Duemilanove; Skripsi. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Bogor. Ogata, K. 1996. Teknik kontrol Automatik. Erlangga. Jakarta.
35
Setiawan, B.I. 1998. Sistem Irigasi Kendi untuk Tanaman Sayuran di Daerah Kering. Laporan Riset Unggulan Terpadu IV. Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor, Bogor. 125 hlm. Septiawan, F. 2010. Pengertian Sensor. [terhubung berkala]. http:// farisseptiawan. blogspot. com/2010/03/pengertian-sensor.html [19 Juni 2012]. Siswoyo, B. 2007. Pengantar Tentang Sistem Kontrol. [ terhubung berkala ]. http:// elektro. brawijaya.ac.id/bsw/kuliah-1/sistem-kontrol/dasar-dasar-sistem-kontrol/ [19 Juni 2012]. Sutawan, Nyoman. 2001. Pengelolaan Sumberdaya Air Untuk Pertanian Berkelanjutan Masalah Dan Saran Kebijaksanaan. Seminar ”Optimalisasi Pemanfaatan Sumberdaya Tanah dan Air yang Tersedia untuk Keberlanjutan Pembangunan, Khususnya Sektor Pertanian”. Fakultas Pertanian Universitas Udayana pada tanggal 28 April 2001. Wardana, Meri. 2011. Prinsip Kerja Solenoid Valve. [terhubung http://meriwardana.blogspot.com/2011/11/solenoid-valve.html. [19 juni 2012]
berkala]
Wicaksono, H. 2010. Automasi 1 ( Bab 2. Relay-Prinsip dan Aplikasi). Teknik Elektro, Universitas Kristen Petra. Surabaya. Winoto Ardi. 2010. Mikrokontroler AVR ATmega8/32/16/8535 dan Pemrogramannya dengan Bahasa C pada WinAVR. Informatika: Bandung.
36
LAMPIRAN
37
Lampiran 1. Kode Program Rancangan Otomatisasi Irigasi Kendi #include <SdFat.h> //LIB UTK RTC #include <Wire.h> #include
const int chipSelect = 10;//pin chipset untuk sd card stackable SdFat sd; SdFile myFile; //inisialisasi variabel int no=1; int pinAktuator=8; int pinAnalog0 =0;//pin analog 0 int pinAnalog1 =1;//pin analog 0 int setBawah=304; int setAtas=258; boolean statIsi=false; int hours=0; int minutes=0; int secs=0; int dates=0; int months=0; int years=0; int rtc[7]; boolean statSD=false;// char namafile[13];
38
void setup() { DDRC|=_BV(2) |_BV(3); // POWER:Vcc Gnd PORTC |=_BV(3); // VCC PINC3 Serial.begin(9600); pinMode(pinAktuator, OUTPUT);
sd.init(SPI_QUARTER_SPEED, chipSelect); RTC.get(rtc,true); int input=rtc[4]; char buf[5]; itoa(input, buf, 10); int bln =rtc[5]; char nama[11]; strcpy (nama,"tggl-"); strcat (nama,buf);strcat (nama,".csv"); strcat(namafile,nama);
delay(1000); Serial.flush(); Serial.println("Sensor reading"); Serial.println("Irigasi Kendi"); Serial.print("Sensor Pin: ");Serial.println(pinAnalog0); Serial.print("Setpoint bawah: ");Serial.print(setBawah);Serial.print("\tSet ");Serial.println(setAtas); Serial.print("File log:");Serial.println(nama); for(int i=0;i<165;i++){ Serial.print("="); } Serial.println(); Serial.println("No\tNilai Sensor\tSensor SM\tTanggal\t\t\tStatus Aktuator\t\tStatus Pengisian"); for(int i=0;i<165;i++){ Serial.print("="); } Serial.println();
point
atas:
SD:\t\tStatus
}
39
void loop() { int stat; int sensorValue = analogRead(pinAnalog0); // Baca analog pin0 utk sensor 1 int sensorSM = analogRead(pinAnalog1); // Baca analog pin0 //setPoint =200;//parse10Bit(EEPROM.read(addrSetPoint1), EEPROM.read(addrSetPoint2));//mengambil nilai setpoint //setPoint2=300;//parse10Bit(EEPROM.read(addrSetPoint3), EEPROM.read(addrSetPoint4));//mengambil nilai setpoint //rule membandingkan hasil pembacaan dengan setpoint if (sensorValue > setBawah){ stat=1; statIsi=true; } else if ((sensorValue < setBawah) && (sensorValue > setAtas)&&(statIsi==true)){ stat=1; } else if ((sensorValue < setAtas)){ stat=0; statIsi=false; } if(stat==1){ //Serial.println("Status: Nyala"); digitalWrite(pinAktuator, HIGH);//menyalakan aktuator } else if(stat==0){ //Serial.println("Status: Mati"); digitalWrite(pinAktuator, LOW);//mematikan aktuator } RTC.get(rtc,true); hours=rtc[2]; minutes=rtc[1]; secs=rtc[0]; dates=rtc[4]; months=rtc[5]; years=rtc[6];
40
if (myFile.open(namafile, O_RDWR | O_CREAT | O_AT_END)) {//pembuatan file atau mengeditya jika telah ada file hari itu //sd.errorHalt("opening file for write failed"); statSD=true; } else{ statSD=false; } Serial.print(no);no++;Serial.print("\t"); Serial.print(sensorValue);Serial.print("\t\t"); Serial.print(sensorSM);Serial.print("\t\t"); Serial.print(dates);Serial.print("-");Serial.print(months);Serial.print("");Serial.print(years);Serial.print(" "); Serial.print(hours);Serial.print(":");Serial.print(minutes);Serial.print(":");Serial.print(secs);Seri al.print("\t"); /*untuk SD=> */myFile.print(no);no++;myFile.print(","); myFile.print(sensorValue);myFile.print(","); myFile.print(sensorSM);myFile.print(","); myFile.print(dates);myFile.print("-");myFile.print(months);myFile.print("");myFile.print(years);myFile.print(","); myFile.print(hours);myFile.print(":");myFile.print(minutes);myFile.print(":");myFile.print(sec s);myFile.print(","); if (statSD==true){ Serial.print("OK\t"); myFile.print("OK,"); }else if (statSD==false){ Serial.print("N/A\t"); myFile.print("N/A,"); } if(stat==1){ Serial.print("\t\tON"); myFile.print("ON"); } else if(stat==0){ Serial.print("\t\tOFF"); myFile.print("OFF"); }
41
if (statIsi==true){ Serial.println("\t\t\tON"); } else if(statIsi==false){ Serial.println("\t\t\tOFF"); } myFile.println(); myFile.close(); delay(5000); }
42
Lampiran 2. Blok Diagram Arsitektur AVR
43
Lampiran 3. Harga serta alat-alat yang digunakan dalam rancangan otomatisasi irigasi kendi No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Alat
Jumlah 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Arduino Uno Stackable SD Card Shield Real Time Clock Proto Screw Shield Sensor Water Level Sensor Soil Moisture Solenoid Valve ¾” Relay Doubler 12v to 24v Total
Harga Satuan (Rp) 279.000 129.000 129.000 149.000 600.000 400.000 650.000 20.000 50.000
Total Harga (Rp) 279.000 129.000 129.000 149.000 600.000 400.000 650.000 20.000 50.000 2.406.000
44
Lampiran 4. Gambar Konsep Irigasi Kendi
45
Lampiran 5. Layout Lahan Percobaan (Tampak Samping)
46
Lampiran 6. Layout Lahan Percobaan (Tampak Atas)
47
Lampiran 7. Jaringan Pipa Lateral Menuju Lahan
48
Lampiran 8. Foto Lahan Percobaan
49
Lampiran 9. Foto Rancanagn Pipa Lateral untuk Aktuator
50
