KINETIK, Vol.1, No.1, Mei 2016, Hal. 39-46 ISSN : 2503-2259, E-ISSN : 2503-2267
39
Sistem Monitoring Dan Controlling Air Nutrisi Aquaponik Menggunakan Arduino Uno Berbasis Web Server Amanda Fahmi Ma’arif*1, Ikhlal Aldhi Wijaya2, Nurulli Abdul Ghani3, Aldhyth Sugiharto Wijaya4 1,2,3,4Universitas Muhammadiyah Malang
[email protected]*
Abstrak Aquaponik merupakan sistem pertanian berkelanjutan mengombinasikan sistem akuakultur dan hidroponik sebagai satu kesatuan sistem bersifat simbiotik. Dalam budidaya sistem aquaponik faktor penting yang mempengaruhi perkembangan ekosistem adalah Derajat Keasaman (PH) yang berdampak langsung pada daya serap nutrisi pada akar tanaman dan perkembangan hewan yang hidup pada ekosistem. Faktor lain adalah Elektrokonduktivitas (EC), kemampuan menghantarkan ion listrik dalam larutan ke akar tanaman. Derajat Keasaman (PH) air normal untuk ekosistem aquaponik berksiar pada nilai 6-7, untuk EC berkisar pada nilai 0.8-1.2 ms/cm. Dari penelitian dihasilkan sebuah alat mampu memonitoring dalam bentuk web server sekaligus melakukan otomatisasi dalam mengontrol kadar PH dan EC. Berdasarkan hasil pengujian sistem diperoleh hasil sensor Analog PH Meter Kit dan Analog Electrical Conductivity Meter mampu memonitoring air aquarium sesuai standar alat ukur yang digunakan yaitu PH meter dan EC Solution. Sistem juga mampu mengontrol perubahan yang terjadi pada air aquarium sesuai dengan standar PH dan EC. Kata Kunci: Aquaponik, Arduino Uno, PH, EC. Abstract Aquaponics is a sustainable farming system that combines aquaculture and hydroponics systems as an integrated system that is symbiotic. In an aquaponics system results from animal excretion contained in this system will be used as natural nutrients hydroponic plants. As for the animals that live on this system will also result in clean water that has been filtered naturally by the plant roots. In the cultivation of an aquaponics system an important factor affecting the development of the ecosystem is the degree of acidity (PH) which have a direct impact on the absorption of nutrients in the roots of plants and development of animals that live in this ecosystem. In addition, factors that are not less important is the electroconductivity (EC) is the ability to conduct an electric ion in solution to the plant roots. The degree of acidity (pH) of water that is normal for an aquaponics ecosystem at 6-7 and value for EC ranged in value of 0.8-1.2 ms / cm. From this study produced a tool that is capable of monitoring in the form of a web server and conduct automatic action in controlling the levels of PH and EC. Based on the results of system testing results obtained sensor Analog PH Meter Kit and Analog Electrical Conductivity Meter capable of monitoring water tank in accordance with the standard measurement tool used is PH meter and EC Solution and the system is also able to control the changes that occur in the water tank in accordance with the standards of PH and EC. Keywords: Aquaponics, Arduino Uno, PH, EC. 1. Pendahuluan Upaya menambah luasan lahan pertanian sebagai solusi peningkatan ketahanan pangan masih menemui banyak kendala. Salah satu kendala yang sering ditemui adalah masalah kurangnya lahan untuk bercocok tanam. Seiring dengan perkembangan teknologi, strategi penyediaan pangan mengalami kemajuan yang pesat. Teknologi aquaponik menjadi salah satu solusi yang potensial untuk dikembangkan. Tumbuhan yang cocok untuk dikembangkan dalam aquaponik adalah jenis sayuran dan buah-buahan yang berumur pendek seperti selada, bayam, tomat, mentimun, paprika dan lain-lain. Sedangkan untuk ikan yang
Makalah dikirim 26 Februari 2016; Revisi 1 Mei 2016; Diterima 1 Juni 2016
40
ISSN: 2503-2259; E-ISSN: 2503-2267
dapat dikembangkan dengan sistem aquaponik ini adalah ikan yang tidak membutuhkan kadar oksigen terlalu banyak seperti nila, koi, ikan mas, dan ikan hias lainnya [1,2]. Aquaponik adalah sistem budidaya tanaman yang dipadukan dengan budidaya ikan dalam satu wadah bisa berupa kolam ataupun aquarium [2]. Dalam sistem aquaponik air yang digunakan berupa air yang mengandung nutrisi. Faktor yang mempengaruhi air nutrisi adalah Electroconduktivitas (EC) yaitu kemampuan untuk menghantarkan ion listrik yang ada dalam larutan ke akar tanaman dan PH (Derajat Keasaman) yang mempengaruhi daya larut unsur hara yang diserap oleh akar tanaman[2]. Kandungan PH dan EC yang ada dalam air yang sewaktu-waktu berubah tentunya membutuhkan kontrol terhadap perubahan tersebut menjadi normal kembali, agar tidak menggangu proses pertumbuhan pada tanaman dan ikan [3]. Adapun tujuan yang diharapkan dari hasil penelitian yaitu memberikan kemudahan bercocok tanam sekaligus budidaya ikan dengan sistem yang mampu melakukan monitoring dan otomatisasi air nutrisi aquaponik (PH dan EC) menggunakan Arduino Uno berbasis web server. Oleh karena itu, penelitian ini berfokus pada bagaimana membangun sistem monitoring dan controlling air nutrisi aquaponik (PH dan EC) menggunakan Arduino Uno berbasis web server. 2. Metode Penelitian 2.1. Arsitektur Sistem Perancangan arsitektur sistem akan dijelaskan melalui diagram blok yang mewakili rancangan dari perangkat keras.
Gambar 1. Rancangan Sistem
Pada Gambar 1 merupakan rancangan sistem monitoring dan controlling air nutrisi aquaponik. Sistem mekanik secara keseluruhan dikontrol oleh mikrokontroller Arduino Uno. Sensor Analog Electrical Conductivity (With Temperature Compensation) dan Analog PH Meter Kit yang terpasang pada aquarium akan membaca data nilai PH dan EC yang terkandung dalam air. Data yang dibaca sensor akan dikirim ke mikrokontroller Arduino Uno yang sudah terintegrasi dengan modul Arduino Ethernet Shield dan kemudian diteruskan ke web server. Setelah data masuk ke web server kemudian dilakukan report monitoring dari nilai EC dan PH yang sebelumnya telah dibaca oleh sensor. Jika data PH dan EC yang terdeteksi berada pada posisi yang tidak normal sistem akan melakukan aksi secara otomatis dengan menambahkan cairan pengontrol melaui water pump yang di kontrol oleh modul Ln298n yang terintegrasi dengan Arduino Uno [4,5]. Setelah dilakukan otomatisasi oleh sistem, data nilai EC dan PH akan masuk ke web server dan ditampilkan pada menu report controlling. Pada tampilan web dilengkapi dengan chart statiska dari sensor. 2.2. Flowchart Perancangan perangkat dari sistem monitoring dan controlling air nutrisi aquaponik ini dirancang dan digambarkan dalam bentuk flowchart. Berikut ini alur algoritma dari sistem dalam bentuk flowchart :
KINETIK Vol. 1, No. 1, Mei 2016 : 39-46
KINETIK
ISSN: 2503-2259
41
Gambar 2. Flowchart Perancangan Sistem
Dari flowchart yang terdapat pada Gambar 2, dapat dijelaskan bahwa sistem pertama kali membaca data dari sensor sebagai inputan data yang akan diproses oleh mikrokontroler Arduino Uno. Data yang dibaca oleh sensor kemudian di kirim ke web server dan disimpan dalam database. Selanjutnya data di tampilkan dalam bentuk chart statistik pada web. Selain itu data juga terangkum dalam bentuk report monitoring. Apabila nilai data dari PH dan EC tidak berada pada batas normal alert akan memberikan notifikasi dan sistem controlling akan bekerja untuk melakukan penyesuaian EC ataupun PH. Selanjutnya data nilai EC dan PH yang telah di kontrol oleh sistem akan masuk ke dalam report controlling. 3. Hasil Penelitian dan Pembahasan 3.1 Kebutuhan Perangkat Keras dan Perangkat Lunak Dalam pembuatan perangkat keras monitoring data sensor menggunakan beberapa alat, yaitu: 1. 1 Unit Arduino Uno 2. 1 Unit Arduino Ethernet Shield 3. Analog Electrical Conductivity Meter (With Temperature Compensation) 4. Analog PH Meter Kit 5. 2 Unit Modul Ln298n 6. 4 Unit Motor DC (Water Pump) 7. 1 Unit Breadboard 8. Kabel Jumper 9. 1 Unit Kabel LAN 10. 1 Unit Acces Point 11. 1 Unit Adaptor/Power Supply 5 Volt 12. 2 Unit Adaptor 12 Volt 2 A Untuk pembuatan Web Server monitoring data sensor menggunakan beberapa perangkat lunak, yaitu: 1. Compiler Arduino Sistem Monitoring Dan Controlling Air Nutrisi Aquaponik Menggunakan Arduino UNO.. Amanda Fahmi Ma’arif, Agus Eko Minarno
42
ISSN: 2503-2259; E-ISSN: 2503-2267
2. Web Browser 3.2
Implementasi Alat Pada tahap ini akan dilakukan proses instalasi baik dari perangkat keras maupun perangkat lunak yang akan digunakan. Semua modul dan sensor yang digunakan dirangkai menjadi satu kesatuan sistem yang saling terhubung. Masing-masing modul dipasang dan disusun sesuai dengan soket dari perangkat keras yang digunakan agar mampu bekerja untuk memonitoring sekaligus mengontrol air nutrisi aquaponic. Gambar 3 adalah proses pemasangan dari rangkaian perangkat keras yang akan digunakan menghubungkan rangkaian sensor PH meter kit, Electrical Conductivity (with Temperature Compensation), rangkaian motor driver yang terhubung dengan motor DC ke Arduino Uno mengunakan breadboard dan kabel jumper seperti Gambar 3.
Gambar 3. Memasang Analog PH Meter Kit dan Analog Electrical pada Sistem Aquaponik
Installasi selanjutnya menghubungkan Ethernet Shield ke Acces Point menggunakan kabel LAN tipe cross atau straight, seperti Gambar 3. 3.3.
Pengujian Sistem Pada tahap ini akan dibahas tentang pengujian terhadap sistem baik perangkat keras maupun perangkat lunak sistem. Komponen yang telah terintegrasi akan di uji secara terpisah dan terintegrasi secara keseluruhan untuk memastikan sistem berjalan dengan baik. Pengujian yang dilakukan pada tahap ini meliputi : 1. Pengujian Pengiriman Data Sensor Ke Web Server. 2. Pengujian Ketepatan Pembacaan Data Sensor dari Arduino Uno. 3. Pengujian Ketahanan Perangkat Keras. 4. Pengujian Pengiriman Data dan Jeda Waktu Pengiriman Data. 5. Pengujian Sistem Secara Keseluruhan. 3.3.1.
Pengujian Pengiriman Data Sensor Ke Web Server Pada tahap ini akan dilakukan pengujian terhadap data yang dibaca oleh sensor dan dikirim ke web server. Setelah semua alat terpasang dan dihubungkan, berikut hasil dari pengujian sistem. Pada halaman utama terdapat 3 menu pilihan yang terletak di sebelah kiri yaitu dashboard, report dan alert. Pada menu dashboard tersedia 3 tampilan chart monitoring yaitu chart Derajat Keasaman (PH), chart Elektrokonduktivitas (EC) dan chart Temperature. Halaman dashboard juga dilengkapi dengan pilihan untuk menyimpan chart dalam bentuk gambar dengan format PNG, JPEG, SVG, dan PDF. 3.3.2. Pengujian Ketepatan Pembacaan Data Sensor Dari Arduino Pada pengujian ini dilakukan pengecekan tingkat keakurasian data yang dibaca sensor dengan alat ukur yang sesuai dengan sensor yang digunakan. Pengujian yang dilakukan pada tahap ini menggunakan PH-Meter untuk mengukur apakah nilai yang dibaca PH-Meter sama dengan nilai yang dibaca sensor. Sebelum pengujian dilakukan PH-meter dikalibrasi terlebih KINETIK Vol. 1, No. 1, Mei 2016 : 39-46
KINETIK
43
ISSN: 2503-2259
dahulu menggunakan PH Buffer Powder 4.01 dan air deionisasi. Gambar 5 pengujian Analog PH Meter Kit dan proses kalibrasi PH meter.
Gambar 4. Tampilan Halaman Utama (Dashboard)
Gambar 5. Proses Kalibrasi dan Pengujian Sensor PH
Setelah sensor terpasang selanjutnya melakukan pengecekan pada serial monitor Arduino IDE dan halaman website. Jika nilai data yang dibaca sensor sudah sama dengan nilai PH meter berarti sistem sudah berjalan dengan baik dan benar. Data hasil pengujian Analog PH Meter Kit dan PH-Meter ditunjukan pada Tabel 1. Tabel 1. Pengujian Analog PH Meter Kit.
Pengujian Ke 1 2 3 4 5 6
Sensor PH 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 Rata – Rata Error
PH-Meter 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0
Error 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0%
Error = ((nilai sensor – nilai PH meter)/nilai PH meter)*100%
(1)
Pengujian kedua yaitu menguji sensor Elektrokonduktivitas dengan menggunakan cairan EC Solution 12.88 ms/cm sebagai standar pengujian. Untuk mengetahui sensor sudah membaca data dengan benar, nilai dari sensor sama dengan nilai cairan EC Solution. Gambar 6 proses pengujian sensor Elektrokonduktivitas.
Sistem Monitoring Dan Controlling Air Nutrisi Aquaponik Menggunakan Arduino UNO.. Amanda Fahmi Ma’arif, Agus Eko Minarno
44
ISSN: 2503-2259; E-ISSN: 2503-2267
Gambar 6. Proses Pengujian Sensor EC
Proses selanjutnya sama dengan pengujian PH yaitu melakukan pengecekan pada serial monitor Arduino IDE dan chart pada website. Gambar 6 menunjukan nilai data yang dibaca sensor sudah sama dengan nilai cairan EC Solution. Data hasil pengujian Electrical Conductivity Meter dengan EC Solution ditunjukan pada Tabel 2. Tabel 2. Pengujian Electrical Conductivity Meter
Pengujian Ke 1 2 3 4 5 6
Sensor EC 12.78 12.88 12.85 12.84 12.85 12.75 Rata–Rata Error
EC Solution 12.88 12.88 12.88 12.88 12.88 12.88
Error 0.77 % 0% 0.23 % 0.31 % 0. 23% 1.01 % 0.42 %
Error = ((nilai sensor – nilai EC Solution)/nilai EC Solution)*100%
(2)
Kesimpulan dari pengujian ketepatan pembacaan data sensor, nilai Derajat Keasaman (PH) dan yang dibaca sensor sudah sesuai dengan standar alat ukur (PH Meter) yang digunakan sedangkan untuk pengujian Elektrokonduktivitas (EC) didapat rata-rata error sebesar 0.42%. 3.3.3.
Pengujian Ketahanan Perangkat Keras Pada pengujian tahap ini akan dilakukan pengujian performa dari sistem. Sistem akan dijalankan dalam waktu 2 menit. pengujian ini dilakukan dengan melihat data yang masuk dari sensor melalui serial monitor Arduino IDE dan menguji kinerja dari sistem controlling pada motor DC. Dari pengujian ketahanan perangkat keras diperoleh data hasil pengujian seperti yang ditunjukan pada Tabel 3. sistem dijalankan selama 2 menit. Pengujian dilakukan sebanyak 2 kali, untuk pengujian pertama dengan PH Meter Kit dan pengujian kedua dilakukan dengan menggunakan Electrical Conductivity Meter. Data yang dikirim sensor sejumlah 46 data. Berikut hasil data yang dibaca sensor dengan perhitungan rata-rata ditunjukan pada Tabel 3. Tabel 3. Hasil Pengiriman Data dari Perangkat Keras ke Web Server
Percobaan Ke-
Rata-Rata PH
Pada Data Ke1 4.29 12-13 26.62 1 - 50 2 4.29 12-13 26.19 50- 100 Dari Tabel 3 dapat ditarik sebuah kesimpulan sensor sudah bekerja secara konsiten dalam membaca dan mengirim data ke web server. 3.3.4.
Rata-Rata EC
Rata-Rata Suhu
Pengujian Pengiriman Data dan Jeda Waktu Pengiriman Data Pada tahap ini akan dilakukan pengujian pengiriman data dan waktu yang dibutuhkan perangkat keras mengirim data ke web server. Pengujian ini bertujuan untuk melihat tingkat
KINETIK Vol. 1, No. 1, Mei 2016 : 39-46
KINETIK
45
ISSN: 2503-2259
kestabilan perangkat keras mengirim data ke web server. Dari pengujian pengiriman data dan jeda waktu diperoleh hasil seperti yang ditampilkan pada Tabel 4. Tabel 4. Hasil Pengujian Pengiriman Data dari Perangkat Keras ke Web Server
Percobaan 1 2 3 4 5 6
PH Y Y Y Y Y Y
SERIAL MONITOR EC TEMP Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y
PH Y Y Y Y Y Y
WEB SERVER EC TEMP Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y
Dari tabel di atas nilai “Y” menunjukan data berhasil dikirim dan apabila data tidak berhasil terkirim ditunjukan dengan “N”. Pada Tabel 4 dapat dilihat bahwa semua data yang dibaca oleh sensor berhasil dikirmkan ke seb server dengan tidak mengalami error. Tabel 5. Jeda Waktu Pengiriman Antar Data yang Dikirim
Percobaan 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Data Ke 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Waktu 16:36:38 16:36:39 16:36:40 16:36:42 16:36:43 16:36:44 16:36:46 16:36:47 16:36:49 16:36:49
Dari hasil pengujian diperoleh hasil seperti yang ditunjukan dalam bentuk tabel seperti yang ditunjukan pada Tabel 4 dan Tabel 5 Dimana data yang telah dibaca oleh sensor berhasil dikirim ke web server dengan jeda waktu pengiriman rata-rata 1 detik. Kesimpulan pada pengujian ini data yang dibaca sensor berhasil terkirim ke web server dengan jeda waktu yang stabil. 3.3.5.
Pengujian Sistem Secara Keseluruhan Pada pengujian tahap ini akan dilakukan pengujian mulai dari pembacaan data oleh sensor yang dikirim ke web server kemudian dilanjutkan dengan proses controlling yang akan dilakukan pada dua tahap pengujian, pertama pengujian controlling motor DC terhadap nilai Derajat Keasaman (PH) dan pengujian tahap dua terhadap motor DC dalam mengontrol Elektrokonduktivitas (EC). Dari pengujian terhadap proses controlling Derajat Keasaman (PH) dan Elektrokonduktivitas oleh motor DC, cairan controlling mampu mengendalikan terhadap perubahan yang terjadi pada nilai Derajat Keasaman (PH) dan Elektrokonduktivitas serta menjadikan nilai PH dan EC kembali stabil. Hasil dari pengujian ini di tampilkan dalam bentuk tabel seperti yang ditunjukan pada Tabel 6. Dari data Tabel 6 dapat dilihat hasil kerja dari sistem controlling mampu merubah dan memberikan kestabilan dari nilai Derajat Keasaman (PH) dan Elektrokonduktivitas agar berada pada batas normal. 4. Kesimpulan Setelah semua tahap penelitian dilakukan, mulai dari pengkajian teori, perancangan sistem, dan implementasi sistem, maka didapat hasil sebuah alat yang mampu memonitoring sekaligus melakukan otomatisasi terhadap perubahan faktor yang mempengaruhi perkembangan tanaman dan ikan pada aquaponik yaitu Derajat Keasaman (PH) dan Elektrokonductivitas (EC). Dengan sistem aquaponik seperti yang telah dihasilkan pada penelitian ini dapat membantu user untuk memonitoring PH dan EC dari jarak jauh sekaligus memberikan batasan agar Sistem Monitoring Dan Controlling Air Nutrisi Aquaponik Menggunakan Arduino UNO.. Amanda Fahmi Ma’arif, Agus Eko Minarno
46
ISSN: 2503-2259; E-ISSN: 2503-2267
kondisi air pada aquaponik tetap stabil. Untuk pengembangan sistem monitoring dan controlling air nutrisi aquaponik lebih lanjut dapat dikembangkan dalam lingkungan yang lebih luas agar menghasilkan produk dalam jumlah yang lebih besar. Tabel 6. Pengujian Controlling Motor DC
Pengujian Ke
PH Awal
PH Control
EC Awal
EC Control
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
3.47 3.47 3.47 3.47 3.57 3.97 4.17 4.49 4.60 5.50
5.97 6.09 6.44 6.56 6.80 6.92 7.16 7.39 7.51 7.63
5.53 5.57 5.59 5.59 5.62 5.62 5.65 5.69 5.72 5.30
1.24 1.86 1.24 1.24 1.24 1.24 1.24 1.24 1.24 1.24
Refrensi [1] [2] [3]
[4] [5]
Witasari, Aditya Nur (2011). “Studi Teknik Budidaya Elektronik Tanaman Pak Choy (Brassica chinensis L.). Laporan Kuliah Kerja Profesi. Universitas Brawijaya Malang. Sutiyoso, Yos (2003).”Meramu pupuk Hidroponik”.Jakarta: Penebar Swadaya. Agung Nugroho, Ristiawan (2012). “Aplikasi Teknologi Akuaponik Pada Budidaya Ikan Air Tawar Untuk Optimalisasi Kapasitas Produksi”. Jurnal Saintek Perikanan Vol. 8. No. 1, 2012. DFRobot.2016”Analog EC Meter SKU:DFR)300. 29 Januari 2016”. http://www.dfrobot.com/wiki/index.php/Analog_EC_Meter_SKU:DFR0300 DFRobot.2016.”PH Meter SKU(SKU:SEN0161)”. 29 Januari 2016. http://dfrobot.com/wiki/index.php/PH_meter(SKU:_SEN0161)
KINETIK Vol. 1, No. 1, Mei 2016 : 39-46
