TUGAS AKHIR SISTEM KENDALI HIDROPONIK DALAM RUANGAN...
Transcript of TUGAS AKHIR SISTEM KENDALI HIDROPONIK DALAM RUANGAN...
-
TUGAS AKHIR
SISTEM KENDALI HIDROPONIK DALAM
RUANGAN BERBASIS RASPBERRY PI
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat
Memperoleh gelar Sarjana Teknik pada
Program Studi Teknik Elektro
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma
disusun oleh :
ANDRIAN BUDIAWAN LIM
NIM : 155114048
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
2020
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
FINAL PROJECT
CONTROL SYSTEM FOR INDOOR HYDROPONIC
USING RASPBERRY PI
In partial fulfilment of the requirements
for the degree of Sarjana Teknik
Electrical Engineering Study Program
Department of Electrical Engineering
Faculty of Science and Technology, Sanata Dharma University
ANDRIAN BUDIAWAN LIM
NIM : 155114048
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
2020
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP
MOTTO:
“KESUSAHAN SEHARI CUKUPLAH UNTUK SEHARI,
JANGAN MENUNDA SESUATU UNTUK
DIKERJAKAN”
Skripsi ini saya persembahkan untuk :
Tuhan Yang Maha Kuasa
Keluarga yang selalu memberi dukungan baik moral
maupun materi
Teman – teman elektro USD angkatan 2015 yang selalu
membantu dan sama – sama berjuang
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
viii
INTISARI
Berkebun dengan sistem hidroponik secara tradisional belum menggunakan
teknologi otomatisasi, seluruh proses meliputi pemberian nutrisi dan pengukuran variabel
seluruhnya masih dilakukan oleh manusia. Penyinaran juga masih mengandalkan sinar
matahari yang tidak menentu. Sistem pengukuran, otomatisasi sistem pemberian nutrisi
dan otomatisasi sistem penyinaran dapat direalisasikan menggunakan Arduino dan
Raspbery Pi.
Otomatisasi pengukuran dan pengendalian sistem hidroponik dapat digunakan
untuk membuat semua proses hidroponik menjadi lebih efisien. Sensor TDS dan sensor
pH yang disambungkan pada Arduino serta sensor LDR yang disambungkan pada
Raspberry Pi digunakan secara permanen untuk pengukuran data. Data hasil pengukuran
tersebut akan digunakan untuk mengendalikan aktuator berupa Motor DC, Diaphragm
Pump dan Lampu LED dengan menggunakan Raspbery Pi sebagai mikrokontroler
pengendalian dan pemantauan proses. Selain untuk pengendalian, data tersebut juga akan
ditampilkan pada GUI, disimpan pada data logger dan dikirim ke aplikasi berbasis IoT (
Internet of Things ).
Sistem pemberian dan pencampuran nutrisi pada air dapat berjalan dengan baik,
nilai rata – rata kebenaran relatif sistem adalah 98.77%, proses tersebut berjalan dengan
waktu rata – rata 125 detik. Sistem pengendalian lampu juga dapat berjalan dengan baik,
nilai rata – rata kebenaran relatif sistem adalah 100%. Sistem pengukuran modul sensor
TDS dan pH dapat mengukur dengan baik, nilai rata – rata kebenaran relatif hasil
pengukuran modul sensor TDS adalah 97.16% dan nilai rata – rata kebenaran relatif hasil
pengukuran modul sensor pH adalah 99.96%. Data hasil pengukuran serta pengendalian
proses dapat ditampilkan dengan baik pada GUI secara real time, data tersebut juga
disimpan pada data logger dan dapat dipantau dari jarak jauh menggunakan aplikasi
berbasis IoT yaitu Cayenne myDevice dengan waktu pengiriman data rata – rata 3 detik.
Kata Kunci : Hidroponik, Raspberry pi , pengendalian, Otomatisasi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
ix
ABSTRACT
Gardening with a hydroponic system traditionally has not used automation
technology, the whole process including the provision of nutrition and measurement of
variables is all done by humans. The irradiation that plants needed also still relies on
sunlight, meanwhile the sunlight is uncertain. Measurement system, provision of nutrition
system automation and radiation system automation can be implemented using Arduino
and Raspbery Pi.
Automation of measuring and controlling hydroponic systems can be used to make
all hydroponic processes more efficient. The TDS sensor and the pH sensor connected to
the Arduino and the LDR sensor connected to the Raspberry Pi are used permanently for
data measurement. The measurement data will be used to control the actuator in the form
of a DC Motor, Diaphragm Pumps and LED lights using Raspbery Pi as microcontroller
for controling and monitoring process. In addition, besides for controling the process, the
data will also be displayed in the GUI, stored in a data logger and sent to an IoT (Internet
of Things) based application.
The system of nutrient mixing and stirring in water can work well, the average
relative value of the system is 98.77%, the process runs with an average time of 125
seconds. The light control system can also work well, the relative average value of the
system is 100%. TDS and pH sensor module can also measure well, the average value of
the relative value of the measurement by the TDS sensor module is 97.16% and the
average value of the relative value of the measurement by the pH sensor module is
99.96%. Measurement data and process control can be displayed properly in the GUI in
real time, the data is also stored in the data logger and can be monitored remotely using
an IoT-based application, Cayenne myDevice with an average data transfer time of 3
seconds.
Keywords: Hydroponics, Raspberry pi, Controlling, Automation
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
x
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur dihaturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena anugerah-Nya,
tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Tugas akhir merupakan salah syarat kelulusan
di Jurusan Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma Yogyakarta untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik.
Laporan tugas akhir ini dibuat dalam rangka menyelesaikan tugas akhir. Namun pada
proses penulisan tugas akhir ini juga tidak lepas dari bantuan berbagai pihak yang telah
memberikan petunjuk, bimbingan, saran dan pengalaman bagi penulis, sehingga penulis
ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1. Tuhan yang Maha Esa karena anugerah dan penyertaan-Nya pada penulis dari
awal memulai proses pengerjaan tugas akhir hingga akhirnya bisa menyelesaikan
tugas akhir.
2. Bapak Petrus Setyo Prabowo, S.T., M.T. selaku ketua Jurusan Teknik Elektro,
Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah
memberikan kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan tugas akhir
3. Bapak Martanto, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing penulis, yang telah
memberikan petunjuk, bimbingan, dan saran dalam pengerjaan tugas akhir.
4. Bapak Ir. Tjendro, M.Kom. dan Ibu Ir.Th. Prima Ari Setiyani, M.T. selaku dosen
penguji penulis, yang telah memberikan petunjuk, bimbingan, dan saran dalam
pengerjaan tugas akhir.
5. Seluruh dosen dan laboran Teknik Elektro yang telah memberikan ilmu dan
pengalaman yang bermanfaat bagi penulis.
6. Teman-teman penulis yang telah bersama-sama berjuang mengerjakan tugas
akhir baik yang ada di yogyakarta maupun yang ada di luar yogyakarta.
7. Keluarga penulis yang telah mendukung dan memberikan semangat selama
pengerjaan tugas akhir, memberikan berbagai inspirasi yang sangat bermanfaat
bagi penulis..
8. Pihak yang ahli dalam bidang hidroponik karena penulis sudah diberi kesempatan
untuk ikut belajar dan mendapat berbagai pengalaman dalam dunia hidroponik.
9. Semua pihak yang belum disebutkan yang sudah membantu dan mendukung
pengerjaan tugas akhir.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ( Bahasa Indonesia ) ............................................................................ i
HALAMAN JUDUL ( Bahasa Inggris ) ............................................................................... ii
LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................................................. iii
LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................................. iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ................................................................................ v
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP ..................................................... vi
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK
KEPENTINGAN AKADEMIS ........................................................................................... vii
INTISARI ........................................................................................................................... viii
ABSTRACT ......................................................................................................................... ix
KATA PENGANTAR ........................................................................................................... x
DAFTAR ISI ....................................................................................................................... xii
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................................... xvv
DAFTAR TABEL ............................................................................................................ xviii
BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang ............................................................................................................ 1
1.2. Tujuan dan Manfaat .................................................................................................... 4
1.3. Batasan Masalah ......................................................................................................... 4
1.4. Metodologi Penelitian ................................................................................................. 5
BAB II DASAR TEORI ........................................................................................................ 7
2.1. Kondisi Hidup Selada Grand Rapid ............................................................................ 7
2.2. Nutrisi Untuk Hidroponik ........................................................................................... 9
2.3. Nutrient Film Technique ............................................................................................. 9
2.4.Motor DC Gearbox 1:48 L ........................................................................................ 11
2.5. Diaphragm Water Pump Motor DC .......................................................................... 12
2.6. RTC ........................................................................................................................... 13
2.7. Modul Sensor Cahaya LDR ...................................................................................... 15
2.8. Modul Relay.............................................................................................................. 16
2.9. Lampu LED Biru dan Merah .................................................................................... 17
2.10. Sensor TDS ............................................................................................................. 19
2.11. Sensor pH ................................................................................................................ 21
2.12. Arduino Mega 2560 ................................................................................................ 22
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xiii
2.13. Raspberry Pi 3 ......................................................................................................... 23
2.14. Cayenne myDevice ................................................................................................. 25
2.15. Hukum Ohm dan Daya ........................................................................................... 27
BAB III RANCANGAN PENELITIAN ............................................................................. 28
3.1. Model Sistem ............................................................................................................ 28
3.2. Perancangan Perangkat Keras ................................................................................... 29
3.2.1. Plant Hidroponik sistem NFT ............................................................................ 29
3.2.2. Perancangan Rangkaian Utama .......................................................................... 32
3.2.3. Perancangan Rangkaian Modul Sensor Total Dissolved Solids ......................... 33
3.2.4. Perancangan Rangkaian Modul Sensor pH ........................................................ 34
3.2.5. Perancangan Rangkaian Modul Sensor Light Dependent Resistor .................... 35
3.2.6. Perancangan Rangkaian Motor Pengaduk.......................................................... 36
3.2.7. Perancangan Rangkaian Lampu LED ................................................................ 37
3.2.8. Perancangan Rangkaian Diaphragm Pump........................................................ 38
3.2.9. Raspberry Pi 3 .................................................................................................... 39
3.2.10. Komunikasi Arduino dan Raspberry Pi ........................................................... 40
3.3. Perancangan Perangkat Lunak .................................................................................. 40
3.3.1. Diagram Alir Proses Kerja Sistem ..................................................................... 41
3.3.2. Diagram Alir Sub-routine Pengukuran pH, TDS dan Pengendalian Proses
Pemberian Nutrisi ......................................................................................................... 42
3.3.3. Diagram Alir Sub-routine Pengendalian Lampu LED ....................................... 44
3.3.4. Perancangan Pemantauan Jarak Jauh ................................................................. 45
3.3.5. Perancangan Graphical User Interface ( GUI ) ................................................. 46
BAB IV HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN ................................................ 49
4.1. Sistem Monitoring dan Pengendali Alat ................................................................... 49
4.1.1. GUI Alat ............................................................................................................. 51
4.1.2. Sistem Pengukuran nilai TDS dan pH................................................................ 51
4.1.3. Sistem Pengukuran Cahaya ................................................................................ 52
4.1.4. Sistem Pengendalian Proses Pemberian Nutrisi ................................................. 53
4.1.5. Pengendalian Lampu .......................................................................................... 58
4.1.6. Pengujian Pengukuran TDS dan pH dan Pengendalian Proses Pemberian Nutrisi
61
4.1.7. Pengujian Pengukuran Cahaya dan Pengendalian Lampu ................................. 64
4.1.8. Desain motor pengaduk ...................................................................................... 65
4.2. Implementasi Perangkat Keras ................................................................................. 65
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xiv
4.3. Implementasi Perangkat Lunak................................................................................. 71
4.3.1. Bagian – Bagian GUI ....................................................................................... 721
4.3.2. Manual Penggunaan GUI ................................................................................... 72
4.3.3. Program Pembacaan dan Pemrosesan Data dari Arduino .................................. 73
4.3.4. Program Penerimaan Data pada Raspberry Pi ................................................... 74
4.3.5. Program Pengukuran Cahaya ............................................................................. 75
4.3.6. Program Proses Pengendalian Pemberian Nutrisi .............................................. 76
4.3.7. Program Proses Pengendalian Rangakaian Lampu LED ................................... 78
4.3.8. Program Penyimpanan Data ............................................................................... 78
4.3.9. Pengaturan Cayenne ........................................................................................... 80
4.3.10. Sistem Pemantauan Jarak Jauh ......................................................................... 82
4.3.11. Kalibrasi Modul Sensor TDS ........................................................................... 83
4.3.12. Kalibrasi Modul Sensor pH .............................................................................. 86
4.3.13. Kalibrasi Modul Sensor LDR ........................................................................... 88
4.3.14. Perubahan Pada Software ................................................................................. 90
4.3.15. Implementasi Lampu LED ............................................................................... 90
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................................. 91
5.1. Kesimpulan ............................................................................................................... 91
5.2. Saran ......................................................................................................................... 91
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................................... 92
LAMPIRAN ........................................................................................................................ 95
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Diagram Blok Sistem ............................................................................................... 5
Gambar 2.1. Tanaman Selada Grand Rapids ....................................................................... 7
Gambar 2.2. Pencahayaan Pada Bagian – Bagian Ruangan .................................................. 8
Gambar 2.3. Gambar ilustrasi sistem Nutrient Film Technique .......................................... 10
Gambar 2.4. Dimensi Gearbox ............................................................................................ 12
Gambar 2.5. Pergerakan Diaphragm Pump ......................................................................... 12
Gambar 2.6. Pin RTC DS3231 ............................................................................................ 13
Gambar 2.7. Siklus perhitungan RTC ................................................................................. 14
Gambar 2.8. Light Dependent Resistor ............................................................................... 15
Gambar 2.9. Modul Relay 2 Channel .................................................................................. 16
Gambar 2.10. Rangkaian Lampu ......................................................................................... 17
Gambar 2.11. SMD LED ..................................................................................................... 18
Gambar 2.12. Skematik Total Dissolved Solid Dfrobot ...................................................... 19
Gambar 2.13. Skematik Total Dissolved Solid Dfrobot ...................................................... 20
Gambar 2.14. Gambar Sensor pH ........................................................................................ 21
Gambar 2.15. Gambar Arduino Mega 2560 ........................................................................ 22
Gambar 2.16. Gambar Pin Arduino Mega 2560 .................................................................. 23
Gambar 2.17. Fitur pada Raspberry Pi 3 ............................................................................. 23
Gambar 2.18. Pin pada Raspberry Pi 3 ................................................................................ 24
Gambar 2.19. Dashboard Cayenne myDevices .................................................................. 25
Gambar 2.20. Fitur Bring Your Own Thing ......................................................................... 26
Gambar 2.21. Kondisi Raspberry Pi .................................................................................... 27
Gambar 3.1. Rancangan Plant Hidroponik Sistem NFT ..................................................... 29
Gambar 3.2. Rancangan Plant Hidroponik Sistem NFT ..................................................... 30
Gambar 3.3. Dimensi Bak Penampungan Air dan Nutrisi .................................................. 31
Gambar 3.4. Dimensi dan Isi Bak Penampungan ................................................................ 32
Gambar 3.5. Rangkaian Keseluruhan .................................................................................. 33
Gambar 3.6. Rangkaian Arduino dan modul sensor TDS ................................................... 34
Gambar 3.7. Rangkaian Arduino dan modul sensor pH ...................................................... 35
Gambar 3.8. Rangkaian Modul Sensor LDR dan Raspberry Pi .......................................... 36
Gambar 3.9. Gambar Rangkaian Motor Pengaduk.............................................................. 36
Gambar 3.10. Gambar Rangkaian Lampu ........................................................................... 37
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xvi
Gambar 3.11. Rangkaian LED line strip MSD .................................................................... 38
Gambar 3.12. Gambar Rangkaian Pompa Nutrisi ............................................................... 38
Gambar 3.13. Penghubungan Raspberry Pi dan Arduino .................................................... 40
Gambar 3.14. Diagram Alir Utama ..................................................................................... 41
Gambar 3.15. Proses Pengukuran pH,TDS dan Pengendalian Proses Pemberian Nutrisi .. 43
Gambar 3.16. Proses Pengendalian Lampu LED ................................................................ 44
Gambar 3.17. Diagram Pemantauan Jarak Jauh .................................................................. 46
Gambar 3.18. Tampilan GUI ............................................................................................... 47
Gambar 4.1. Bentuk Alat ..................................................................................................... 49
Gambar 4.2. Bentuk Alat Lanjutan ...................................................................................... 50
Gambar 4.3. GUI Alat ......................................................................................................... 51
Gambar 4.4. Kondisi GUI setelah batas TDS dimasukan ................................................... 53
Gambar 4.5. Kondisi GUI pada saat Pompa Nutrisi Hidup ................................................. 54
Gambar 4.6. Tampilan Cayenne Pompa Aktif .................................................................... 54
Gambar 4.7. Kondisi Relay dan Pompa Nutrisi .................................................................. 55
Gambar 4.8. Kondisi GUI pada saat Motor Pengaduk Hidup ............................................. 56
Gambar 4.9. Tampilan Cayenne Motor Aktif ...................................................................... 56
Gambar 4.10. Kondisi Relay dan Motor Pengaduk ............................................................. 57
Gambar 4.11. Kondisi GUI Pengendalian Lampu ............................................................... 58
Gambar 4.12. Tampilan Cayenne Lampu Aktif .................................................................. 59
Gambar 4.13. Kondisi Relay dan Lampu ............................................................................ 59
Gambar 4.14. Lampu Aktif.................................................................................................. 60
Gambar 4.15. Kondisi GUI pada saat Cahaya Cukup dan Lampu Mati ............................. 60
Gambar 4.16. Tampilan Cayenne Lampu Tidak Aktif ........................................................ 61
Gambar 4.17. Data Hasil Pengukuran ................................................................................. 63
Gambar 4.18. Data Hasil Pengukuran ................................................................................. 64
Gambar 4.19. Data Hasil Pengukuran ................................................................................. 64
Gambar 4.20. Motor Pengaduk............................................................................................ 65
Gambar 4.21. Plant Hidroponik .......................................................................................... 65
Gambar 4.22. Bak Penampung Air dan Rangkaian Pengendali .......................................... 66
Gambar 4.23. Bak Penampung Air Tampak Atas ............................................................... 67
Gambar 4.24. Bagian Dalam Bak Penampung Air .............................................................. 68
Gambar 4.25. Rangkaian Pengendali .................................................................................. 69
Gambar 4.26. Bagian Bak Penampung Nutrisi dan Pompa Nutrisi ..................................... 70
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xvii
Gambar 4.27. Adaptor dan sumber tegangan ...................................................................... 70
Gambar 4.28. Bagian – Bagian GUI.................................................................................... 71
Gambar 4.29. Program Pengukuran Data TDS dan pH ....................................................... 74
Gambar 4.30. Program Pembacaan Data dari Arduino ke Raspberry Pi ............................. 74
Gambar 4.31. Fungsi Pengukuran Cahaya .......................................................................... 75
Gambar 4.32. Proses Pengendalian Nutrisi ......................................................................... 76
Gambar 4.33. Proses Pengendalian Pemberian Nutrisi ....................................................... 77
Gambar 4.34. Proses Pengendalian Rangkaian Lampu LED .............................................. 78
Gambar 4.35. Program Penyimpanan Data ......................................................................... 79
Gambar 4.36. Pembuatan Device Baru ................................................................................ 80
Gambar 4.37. Fitur Bring Your Own Thing ......................................................................... 80
Gambar 4.38. Pengaturan Custom Widget ........................................................................... 81
Gambar 4.39. Tampilan Dashboard yang berisi Widget-Widget ........................................ 81
Gambar 4.40. Sistem Pemantauan Jarak Jauh ..................................................................... 82
Gambar 4.41. Sensor dan Alat ukur di udara ...................................................................... 84
Gambar 4.42. Sensor dan Alat ukur di udara ...................................................................... 84
Gambar 4.43. Sensor dan Alat Ukur di air keran. ............................................................... 85
Gambar 4.44. Sensor dan Alat Ukur di air aquades ............................................................ 85
Gambar 4.45. Sensor dan Alat ukur di aquades dan 2.51 gram gula................................... 86
Gambar 4.46. Pengukuran Larutan Buffer dengan pH 7.00 ................................................ 87
Gambar 4.47. Pengukuran Larutan Buffer dengan pH 4.00 ................................................ 87
Gambar 4.48. Pengukuran Larutan Buffer dengan pH 10.1 ................................................ 88
Gambar 4.49. Kalibrasi Modul Sensor LDR Mati............................................................... 89
Gambar 4.50. Kalibrasi Modul Sensor LDR Hidup ............................................................ 89
Gambar 4.51. Spektrum Warna Lampu ............................................................................... 90
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xviii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Spesifikasi Signal Transmitter Board ................................................................ 20
Tabel 2.2. Spesifikasi Signal Transmitter Probe ................................................................. 20
Tabel 2.3. Spesifikasi Modul Sensor pH ............................................................................. 22
Tabel 3.1. Rancangan Pin modul sensor TDS dengan Arduino .......................................... 34
Tabel 3.1. Penggunaan Pin GPIO pada Raspberry Pi.......................................................... 39
Tabel 3.2. Format Data yang akan dikirim ke Cayenne ...................................................... 45
Tabel 4.1. Bagian – bagian alat ........................................................................................... 50
Tabel 4.2. Data Hasil Pengujian dan Pengendalian Proses Pemberian Nutrisi .................. 61
Tabel 4.3. Fungsi Bagian – Bagian GUI ............................................................................. 71
Tabel 4.4. Penentu Durasi Hidup Pompa ............................................................................ 76
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
1
BAB I
PEDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Berkebun dengan sistem hidroponik tidak memerlukan banyak ruang dan
menggunakan media yang relatif lebih bersih dibanding tanah yaitu air [1]. Begitu juga
dengan penggunaan pupuk dan senyawa kimia, penggunaan pestisida yang lebih sedikit
dapat membantu melestarikan lebah yang bertugas untuk penyerbukan dan menghasilkan
sayuran yang lebih sehat supaya aman untuk dikonsumsi. Penggunaan pupuk sintetis juga
dapat mengurangi polusi, pupuk sintetis yang digunakan pada tanah cenderung terbuang ke
saluran pembuangan dan akhirnya menuju ke laut yang akan membahayakan ekosistem laut
[2]. Berbeda dengan sistem hidroponik, hampir seluruh nutrisi akan diserap oleh tanaman
karena nutrisinya akan berada terus dalam aliran air yang mengalir secara terus menerus
dalam sistem tertutup. Berkebun dengan cara konvensional yang masih memerlukan banyak
sumber daya manusia dan lahan yang lebih luas untuk mendapatkan hasil yang optimal.
Sementara setiap tahun lahan pertanian contohnya di DKI Jakarta pada tahun 2012
sampai tahun 2016 semakin menurun [3] begitu juga dengan lahan pemukiman yang
semakin sempit dan padat penduduk maka luas lahan terbuka hijau menjadi semakin sempit
namun sudah ada solusinya yaitu hunian vertikal [4]. Namun hunian vertikal juga memiliki
masalah yaitu lahan terbatas yang sulit untuk diperluas sehingga tidak ada tempat untuk
menanam secara konvensional maka bertanam secara hidroponik bisa menjadi solusinya
karena dapat dilakukan didalam ruangan [5], dengan beberapa peralatan pendukung seperti
lampu sebagai pengganti matahari dan piranti lain untuk memantau kondisi kebun
hidroponik. Berkebun dengan sistem hidroponik di dalam ruangan juga dapat dilakukan
secara vertical farming sehingga dapat menghemat tempat dan air, serta tanaman dapat
tumbuh lebih cepat. Selain itu, berkebun di dalam ruangan juga lebih aman karena resiko
kebun terkontaminasi zat yang tidak diinginkan ( seperti dari air hujan ) menjadi lebih kecil.
Ruangan dapat di isolasi dan segala variabel seperti lama penyinaran, intensitas
cahaya, kondisi air serta nutrisi dapat dikontrol, begitu juga dengan kondisi air dan nutrisi
tidak seperti pada kebun di luar ruangan yang rawan terkontaminasi air hujan atau pada saat
musim kemarau suhu meningkat sehingga membuat penguapan air meningkat [6]. Setiap
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
2
tanaman memiliki ketentuan jumlah nutrisi, lama penyinaran, intensitas cahaya yang
berbeda. Pada setiap fase pertumbuhan dari usia tanaman masih muda, kemudian remaja lalu
selanjutnya berbunga atau berbuah juga memiliki kebutuhan yang berbeda – beda [2]. Ketika
menggunakan teknologi maka semua hal tersebut dapat dikontrol, terlebih bila menggunakan
sistem hidroponik di dalam ruangan yang semakin mempermudah pengontrolan karena area
yang dikontrol menjadi lebih tertutup, sehingga dengan perawatan yang tepat maka tanaman
akan tumbuh lebih cepat dan optimal [6].
Kemudian yang menjadi masalah adalah kesulitan memantau kondisi parameter –
parameter kebun hidroponik secara kasat mata seperti total dissolved solids pada air dan pH
air, tanpa menggunakan sensor atau alat ukur lain. Penggunaan alat ukur manual
membutuhkan waktu pada saat proses pengukuran, bila menggunakan sensor yang dipasang
secara terus menerus pada parameter yang akan diukur maka akan menjadi lebih mudah
karena data hasil pengukuran parameter akan langsung otomatis tertampil tanpa proses
campur tangan manusia secara manual seperti mencelup alat ukur ke air. Manusia tidak bisa
melihat secara seluruh informasi yang ada pada kebun dan tanaman seperti kadar nutrisi
dalam air, ph air dan intensitas cahaya matahari yang ada, sehingga manusia memerlukan
bantuan teknologi seperti komputer, kamera, artificial intelligence, sensor serta aktuator
yang dapat menunjukan nilai yang lebih tepat serta menunjukan kondisi tanaman [2]. Tanpa
menggunakan alat ukur dan pewaktuan yang tepat, semua parameter yang menunjang
kebutuhan kebun hidroponik hanya dilakukan dengan perkiraan, seperti pada jadwal dan
dosis pemberian nutrisi yang tidak dapat dilakukan secara tepat terlebih bila jumlah kebun
banyak dan lokasi sulit dicapai karena semua harus dilakukan secara manual, mulai dari
pencampuran nutrisi secara langsung sampai pemberian nutrisi yang berarti memerlukan
campur tangan manusia. Padahal dengan jumlah kebun yang luas dan banyak akan memakan
banyak waktu. Selain itu, ketika ingin berkebun sendiri akan sulit dilakukan karena aktifitas
manusia yang padat, cenderung sibuk dengan berbagai hal dan waktu termakan habis di jalan
misalkan ketika macet, terutama untuk yang hidup di kota besar, terlebih pada zaman
sekarang yang semakin maju, manusia lebih menginginkan sesuatu yang praktis. Sementara
aktivitas berkebun membutuhkan waktu, tenaga dan perhatian yang cukup banyak bila
dilakukan secara manual. Sehingga ada alternatif lain yaitu dengan menggunakan aplikasi
dari sistem pengendali menggunakan mikrokontroler yang dapat bekerja secara otomatis
tanpa memerlukan banyak campur tangan manusia serta dapat memperlihatkan nilai dari
parameter – parameter yang tidak kasat mata dengan bantuan sensor-sensor atau alat ukur.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
3
Mikrokontroler, sensor serta aktuator yang digunakan juga dapat membantu mempercepat
proses pemberian nutrisi serta pengelolaan kebun hidroponik sehinga waktu yang digunakan
juga dapat menjadi lebih efisien terutama bila kebun hidroponik yang berukurang cukup
besar.
Pengembangan sistem kontrol hidroponik menggunakan mikrokontroler sudah pernah
dibuat, salah satunya oleh Maria Angela Kartika (2017) dengan judul skripsi “Otomatisasi
sistem irigasi dan pemberian kadar nutrisi berdasarkan nilai Total Dissolve Solid (TDS) pada
hidroponik Nutrient Film Technique”, namun masih dilakukan di luar ruangan sehingga
pengembangan yang akan dilakukan adalah kebun hidroponik di dalam ruangan. Pada kebun
hidroponik di dalam ruangan dibutuhkan pencahayaan buatan karena tidak sepenuhnya
terpapar cahaya matahari langsung. Sebenarnya bila plant kebun hidroponik terus menerus
terpapar langsung sinar matahari dapat memicu pertumbuhan lumut yang sangat cepat dan
membuat plant menjadi harus tersumbat serta kotor sehingga harus lebih sering dibersihkan.
Namun bila tidak terlalu sering terpapar sinar matahari maka akan memudahkan
perawatannya, hal tersebut dapat dilakukan dengan cara membuat kebun hidroponik di
dalam ruangan. Untuk menggantikan pencahayaan matahari maka akan di gunakan lampu
LED khusus untuk pertumbuhan tanaman supaya intensitas cahaya serta lama penyinaran
bisa di kendalikan. Pemantauan kondisi lingkungan hidup hidroponik juga tidak boleh
terlupakan, maka akan digunakan Sensor TDS serta sensor pH untuk memantau kondisi air.
Untuk pencampuran nutrisi dan pemberian nutrisi, alat yang akan digunakan adalah motor
pengaduk serta pompa motor dc sehingga pencampuran dan pemberian nutrisi dapat
dilakukan secara otomatis. Bahkan bila dilakukan didalam ruangan, pengendalian parameter
– parameter dapat menjadi lebih mudah karena berbeda dari lahan terbuka yang terpapar
berbagai faktor dari luar yang sulit dikendalikan, area yang harus dipantau juga menjadi
tidak terlalu luas. Pemantauan seluruh parameter tersebut juga menjadi hal yang akan
dikembangkan yaitu pemantauan plant dapat dilakukan dari jarak jauh. Pemantauan dari
jarak jauh merupakan hal yang perlu dikembangkan untuk mengikuti perkembangan jaman.
Internet dijadikan sarana pemantauan jarak jauh karena jaman sekarang penggunaan internet
sangat mudah dan cukup cepat sehingga menjadi sangat dapat diandalkan dapat disebut
sebagai konsep Internet of Things (IoT). Pengembangan juga akan dibuat berdasarkan
konsep Internet of Things. Informasi dari plant akan dapat dipantau melalui jarak jauh dan
sangat mempermudah proses pemantauan dan pengambilan data, pemantauan tersebut juga
dapat dilakukan dengan cukup mudah dan hanya membutuhkan koneksi internet.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
4
1.2. Tujuan dan Manfaat
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membuat suatu sistem pengendali kadar Total
Dissolved Solids pada air, sistem pemberian nutrisi dan sistem pencahayaan kebun
hidroponik di dalam ruangan menggunakan mikrokontroler Raspberry Pi dan Arduino.
Semua nilai – nilai dari sensor serta keadaan aktuator sistem juga menjadi data digital yang
ditampilkan pada Graphical User Interface.
Manfaat penelitian ini bagi dunia pertanian adalah menyediakan sebuah sistem
pengendali yang dapat digunakan untuk otomatisasi proses berkebun sehingga tidak
memerlukan banyak campur tangan manusia serta dapat memperoleh nilai parameter –
parameter yang ada pada lingkungan tempat tanaman hidup dengan jelas dan aktual supaya
dapat memberikan nutrisi yang tepat dan pencahayaan yang cukup sehingga tanaman dapat
bertumbuh dengan cepat dan berkembang secara optimal.
1.3. Batasan Masalah
Pada tugas akhir ini akan dibuat sistem pengendali kebun hidroponik berbasis
Raspberry Pi. Batasan masalah pada alat yang akan dibuat adalah sebagai berikut :
1. Jenis tanaman yang ditanam adalah Selada Grand Rapid.
2. Jumlah tanaman yang ditanam adalah 16 tanaman.
3. Modul Sensor TDS untuk mengukur kondisi air terkait Total Dissolved Solids
dalam air dengan rentang pengukuran dari 0 sampai 1000 ppm.
4. Modul Sensor pH untuk mengukur Kondisi air terkait pH dalam air dengan rentang
pengukuran dari 0 sampai 14.
5. Modul RTC sebagai sumber pewaktuan untuk penjadwalan penyinaran.
6. Penyinaran menggunakan lampu LED berwarna merah dan biru .
7. Pencampuran nutrisi menggunakan pengaduk yang digerakan oleh motor dc.
8. Pemberian nutrisi menggunakan diaphragm pump motor dc untuk mengalirkan
nutrisi ke bak air utama.
9. Mikrokontroler Raspberry Pi 3 untuk pembuatan GUI, sistem kontrol, pengolah
data dan mengirimkan data melalui internet.
10. Mikrokontroler Arduino Mega 2560 untuk pembacaan nilai sensor analog dan
pengiriman data ke Raspberry Pi 3.
11. Informasi dapat dipantau dari jarak jauh melalui aplikasi android Cayenne
myDevice.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
5
1.4. Metodologi Penelitian
Metode penelitian yang digunakan dalam penyusunan tugas akhir ini adalah :
1. Studi Pustaka
Studi pustaka menggunakan sumber berupa buku cetak maupun elektronik,
video, website, jurnal penelitian dan wawancara mengenai sistem hidroponik,
kondisi hidup dan nutrisi untuk selada grand rapid, piranti pendukung seperti
lampu, mikrokontroler dan berbagai sensor-sensor yang akan digunakan seperti
sensor pH dan Total Dissolved Solids.
2. Percobaan
Percobaan penggunaan sensor-sensor dan penanaman tanaman yang akan
digunakan supaya dapat lebih mengenal karakteristik dari masing-masing aspek.
Informasi yang didapat akan digunakan saat melakukan perancangan dan
pembuatan alat supaya dapat disesuaikan dengan kemampuan aspek yang ada.
3. Perancangan dan pembuatan alat
Sensor pH
Arduino Mega 2560
Raspberry Pi 3
RTC
Sensor
Analog TDS
Pompa motor dc
Nutrisi A
Pompa motor dc
Nutrisi B
Lampu Merah &
Biru
Motor Pengaduk
Internet
GUI
Relay 1
Relay 2Sensor LDR
Gambar 1.1. Diagram Blok Sistem
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
6
Penentuan hardware yang akan digunakan, meliputi jenis sensor-sensor yang
akan digunakan untuk perkembangan tanaman hidroponik, begitu juga dengan
software yang akan digunakan meliputi untuk pemrograman, pemantauan jarak
jauh serta melakukan pengiriman data dari sensor-sensor menuju mikrokontroler.
Lalu akan diolah di mikrokontroler untuk dapat mengirimkan perintah untuk
melakukan sesuatu sebagai tindak lanjut dari data yang didapat serta pembuatan
GUI untuk mempermudah pengamatan. Setelah menentukan semuanya maka
dilanjut dengan pembuatan plant , seperti gambar 1.1, sensor yang akan digunakan
adalah sensor pH dan sensor TDS kemudian data dari sensor-sensor akan dibaca
oleh Arduino dan dikirim ke Raspberry Pi untuk pengolahan data, sistem kontrol
dan pengiriman data jarak jauh maupun ditampilkan pada GUI. Alat yang akan
dikontrol adalah solenoid valve, lampu dan motor sementara RTC akan digunakan
untuk sumber pewaktuan dalam penjadwalan.
4. Pengamatan dan Pengambilan Data
Pengambilan data berupa total dissolved solids dan pH di air, kesesuaian
jadwal penyinaran, pemberian nutrisi serta urutan pelaksanaan pemberian serta
pencampuran nutrisi dengan pengaturan yang sudah dibuat. Pengamatan dari data-
data yang telah didapat seperti kesesuaian jadwal penyinaran yang telah dibuat,
urutan pelaksanaan pemberian nutrisi berkaitan dengan data TDS di air selanjutnya
proses pengadukan sampai pengukuran nilai TDS kembali. Data – data tersebut
diambil untuk kebutuhan pembahasan dan pembuatan kesimpulan.
5. Pembahasan dan Kesimpulan
Pembahasan dan kesimpulan diambil berdasarkan pengamatan dari
percobaan yang telah dilakukan lalu dibandingkan dengan teori serta perancangan.
Pembahasan mengenai data yang didapat setelah dilakukan percobaan
dibandingkan dengan perancangan, bila sesuai atau tidak sesuai maka akan
dianalisis pada bagian pembahasan. Setelah beberapa pembahasan dilakukan
maka ditarik kesimpulan akhir dari pelaksanaan perancangan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
7
BAB II
DASAR TEORI
2.1. Kondisi Hidup Selada Grand Rapid
Gambar 2.1. Tanaman Selada Grand Rapid
Selada grand rapid biasa ditanam di dataran tinggi, namun bisa juga ditanam di dataran
rendah-menengah, penanaman selada grand rapid tidak hanya bisa dilakukan dengan media
tanam berupa tanah tapi dapat dilakukan juga dengan cara hidroponik. Selada grand rapids
termasuk sayuran yang tumbuh cukup cepat sehingga menguntungkan secara ekonomi,
benih selada grand rapids membutuhkan waktu tanam 25 hingga 30 hari untuk dapat siap
digunakan menjadi bibit, setelah menjadi bibit selada grand rapid dapat ditanam langsung
pada media tanam dan biasanya dapat dipanen 20 hingga 30 hari setelah penanaman,
sehingga total penanamannya dari benih sampai bisa dipanen adalah 40 hingga 60 hari [7].
Selada grand rapids seperti pada gambar 2.1, termasuk jenis sayuran daun atau selada daun
yang dikonsumsi adalah bagian daun. Berkebun dengan teknik hidroponik sangat baik untuk
jenis sayuran daun dan sayuran buah sehingga selada Grand Rapids sangat cocok untuk
ditanam dengan teknik hidroponik. Aspek terpenting dari berkebun secara hidroponik adalah
air itu sendiri. Selada Grand Rapids membutuhkan air dengan pH antara 6.0 – 7.0 dan total
dissolved solids sebesar 560 – 840 ppm [8].
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
8
Untuk kondisi udara, selada air harus mendapatkan CO2 yang cukup sehingga harus
ada ventilasi yang cukup untuk sirkulasi udara, namun tidak boleh terkena cahaya matahari
langsung untuk mencegah pertumbuhan alga dan lumut pada plant, suhu udara yang optimal
adalah lebih dari 13 derajat celcius pada malam hari dan kurang dari 24 derajat celcius pada
siang hari [9]. Ketika tanaman atau bibit terpapar suhu udara yang terlalu panas ( lebih dari
26 derajat celcius ) selama waktu yang cukup lama maka tanaman akan mengalami bolting,
yaitu keadaan ketika tanaman masih muda tetapi sudah mulai menghasilkan biji sehingga
membuat tanaman tersebut tidak dapat dipanen hasil daun atau buah dan tidak dapat
digunakan. Penggunaan sistem berkebun hidroponik dalam ruangan membuat suhu ruangan
dapat diatur dan relatif lebih rendah daripada diluar ruangan. Berkebun dalam ruangan juga
dapat dibantu menggunakan air conditioner untuk semakin menurunkan suhu ruangan
sehingga selada dapat tumbuh lebih optimal. Berkebun dalam ruangan dapat dilakukan untuk
tumbuhan selada karena tumbuhan sayuran seperti selada, bayam, dan arugula dapat tumbuh
dengan baik pada kebun yang teduh. Sayuran daun membutuhkan setidaknya dua jam
penyinaran matahari dalam sehari, untuk dapat tumbuh dengan baik. Sedangkan sayuran
buah yang tanamannya harus berbunga terlebih dahulu seperti tomat, timun, cabai, waluh
dan terong tidak cocok untuk ditanam pada kebun yang teduh [10]. Jenis tanaman
berdasarkan kebutuhan cahaya dibagi menjadi 4 jenis yaitu tanaman dengan pencahayaan
rendah ( 500 – 2500 lux ) , tanaman dengan pencahayaan sedang ( 2500 – 10000 ), tanaman
dengan pencahayaan terang ( 10000 – 20000 ) dan tanaman dengan pencahayaan sangat
terang ( 20000 – 50000). Pencahayaan 500 lux setara dengan ruangan kantor pada umumnya
atau ruangan dengan jendela, sedangkan pencahayaan 10000 – 25000 lux setara dengan
pencahayaan di luar ruangan tanpa terkena sinar matahari langsung, dan untuk pencahayaan
32000 – 100000 lux setara dengan pencahayaan di luar ruangan dengan terkena sinar
matahari langsung seperti pada gambar 2.2. Selada termasuk jenis tanaman dengan
kebutuhan pencahayaan rendah sehingga cocok ditanam pada kebun di dalam ruangan
dengan jendela [11].
Gambar 2.2. Pencahayaan Pada Bagian – Bagian Ruangan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
9
2.2. Nutrisi Untuk Hidroponik
Air pada umumnya tidak mengandung mineral dan vitamin yang cukup untuk tanaman
dapat tumbuh secara optimal, tidak seperti tanah. Terlebih air sumur atau air distilasi yang
memiliki ppm hampir mendekati 0 ppm, namun air dengan kandungan tds mendekati 0 ppm
bagus untuk tanaman hidroponik karena dianggap steril dan bersih dari berbagi unsur dan
partikel yang tidak diinginkan. Sehingga untuk dapat memenuhi kebutuhan nutrisi tanaman
maka dibutuhkan nutrisi tambahan. Nutrisi tambahan yang akan digunakan adalah nutrisi ab
mix, yaitu nutrisi a dan b . Nutrisi ab mix terdiri dari berbagai mineral dengan takaran yang
berbeda – beda untuk memenuhi kebutuhan setiap jenis sayuran, nutrisi A berisi unsur –
unsur makro yang dibutuhkan untuk pertumbuhan tanaman seperti N ( Nitrogen ), Ca (
Kalsium ), K ( Kalium ), Mg ( Magnesium ), S ( Sulfur ) dan P ( Fosfor ) sedangkan nutrisi
B berisi unsur – unsur mikro yang dibutuhkan untuk pertumbuhan tanaman seperti Fe ( Besi
), Mn ( Mangan ), Cu ( Tembaga ), B ( Boron ), Zn ( Zink ), Mo ( Molibdenum ). Untuk jenis
sayuran daun seperti selada, nutrisi ab mix yang digunakan dengan kandungan sekitar 1000
– 1300 ppm. Nutrisi a dan nutrisi b tidak boleh dicampur pada saat belum akan digunakan
pada bak penampung air utama sehingga tempat penyimpanan nutrisi harus dipisah, nutrisi
dalam bentuk serbuk memiliki pH yang sangat tinggi karena dalam bentuk padat sehingga
masing – masing nutrisi harus dilarutkan terlebih dahulu dengan volume air yang
dicampurkan adalah untuk nutrisi dengan ukuran 500 ml maka air yang dibutuhkan adalah
500 ml. Pada setiap tahapan pertumbuhan tanaman membutuhkan nutrisi yang berbeda –
beda. Pada saat tanaman masih berupa biji, nutrisi yang dibutuhkan adalah sekitar 1 ml,
selanjutnya setelah tanaman sudah mulai berkecambah nutrisi yang dibutuhkan naik menjadi
2 ml, kemudian setelah tanaman sudah mulai tumbuh menjadi benih nutrisi yang dibutuhkan
naik menjadi 3 ml. Setelah tanaman tumbuh dan berdaun 4 maka tanaman sudah dapat
dipindahkan ke talang utama dan nutrisi yang dibutuhkan adalah 5 ml. Ketika tumbuhan
sudah mulai dalam fase pendewasaan maka nutrisi yang diberikan sekitar 560 sampai 840
ppm. Batas volume air yang dicampurkan dengan nutrisi adalah setiap 990 ml air maka
nutrisi a yang digunakan adalah 5 ml dan nutrisi b yang digunakan adalah 5 ml sehingga
total menjadi 1 liter campuran air dan nutrisi, dan berlaku berkelipatan.
2.3. Nutrient Film Technique
Nutrient Film Technique adalah salah satu sistem hidroponik yang cocok untuk
tanaman sayuran daun, Selada Grand Rapid termasuk tanaman sayuran daun yang berarti
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
10
bagian tanaman yang dimanfaatkan adalah bagian daun. Pada sistem NFT, tanaman yang
masih berupa benih ditanam terlebih dahulu pada media tanam rockwool yang dibasahi air
namun tidak sampai menggenang, baru kemudian setelah benih sudah menjadi bibit dan siap
untuk ditanam dari mulai proses peremajaan sampai tanaman siap untuk dipanen, bibit
tersebut dapat dipindahkan ke media tanam sistem hidroponik yaitu talang pipa dengan air
yang mengalir ( pada sistem NFT ) seperti pada gambar 2.2.
Gambar 2.3. Gambar ilustrasi sistem Nutrient Film Technique
Konsep sistem Nutrient Film Technique adalah mengalirkan air berisi nutrisi ke akar
tanaman dengan ketinggian dan aliran air yang rendah, air yang dialirkan dipenuhi oleh
oksigen dan nutrisi yang cukup untuk kebutuhan hidup tanaman. Air berisi nutrisi tersebut
dialirkan melalui saluran berupa talang dengan kemiringan 5-10 derajat supaya air dapat
mengalir, untuk posisi akar tanaman atau media tanam diatur ketinggiannya supaya dapat
menyentuh aliran air dari talang [12], namun bisa juga ditambahkan media seperti kain flanel
untu membantu air dapat diserap oleh rockwool yang berisi akar tanaman bila akar tidak
dapat mencapai air langsung karena pada dasarnya sistem NFT menggunakan air ang
mengalir bukan menggenang. Hidroponik dengan sistem Nutrient Film Technique ini
memiliki keunggulan daripada sistem lain yaitu air nutrisi dialirkan terus menerus dengan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
11
ketinggian rendah sehingga tidak ada genangan air yang terlalu tinggi pada talang dan tidak
akan merendam akar tanaman secara terus menerus, hal ini menjadi pembeda dengan sistem
hidroponik lainnya, namun pompa air harus hidup terus menerus untuk mengalirkan air
dengan kata lain sistem ini cukup bergantung pada listrik. Kondisi nutrisi yang terus menerus
dapat disalurkan ke akar tanaman menjadikan sistem ini memiliki beberapa kelebihan.
Kelebihan pertama adalah pertumbuhan tanaman lebih cepat dibandingkan sistem lain
karena kebutuhan akar tanaman untuk air, nutrisi dan oksigennya dapat tercukupi dengan
baik. Kondisi tersebut dapat dicapai dengan adanya aliran air pada talang yang dapat
disentuh oleh akar tanaman sehingga langsung terkena aliran nutrisi seperti pada gambar 2.3.
Selanjutnya, nutrisi untuk tanaman ditampung terlebih dahulu pada bak penampungan,
sehingga lebih mudah untuk melakukan kontrol komposisi atau nilai nutrisi yang diinginkan,
setelah nilai komposisi yang diinginkan dapat terpenuhi maka campuran nutrisi dan air
tersebut bisa dialirkan ke seluruh talang. Nutrisi tersebut terus - menerus mengalir, sehingga
kotoran atau residu nutrisi yang mengendap pada talang dapat diminimalisir dan dapat
tertampung pada bagian akhir dari talang karena air yang mengalir terus menerus dan dibantu
oleh posisi talang yang miring. Kelebihan selanjutnya adalah pada saat listrik mati dan air
tidak mengalir, karena media tanam pada masa pembenihan yaitu rockwool masih ikut
ditanam pada talang, maka air yang tersimpan pada rockwool masih cukup untuk tumbuhan
dapat bertahan ketika aliran airnya berhenti, tidak seperti sistem tanam lain yang biasanya
langsung memberikan air pada akar tanaman seperti pada sistem aeroponik.
Pemberian nutrisi yang dialirkan pada satu talang yang sama memungkinkan nutrisi
yang didapatkan tiap tanaman seragam, sehingga pertumbuhannya pun bisa seragam dan
optimal, kebutuhan oksigen akar pun dapat terpenuhi karena air yang terus mengalir
sehingga akar akan memiliki waktu yang cukup untuk mendapatkan oksigen. Tidak seperti
pada sistem DFT, air pada sistem DFT dibiarkan menggenang dan baru mengisi kembali
ketika air pada talang terlalu sedikit.
2.4. Motor DC Gearbox 1:48 L
Motor Direct Current atau Motor DC adalah jenis motor yang mendapat sumber
tegangan DC dan mengkonversi energi listrik tersebut menjadi rotasi mekanik. Rotasi dapat
terjadi karena medan magnet yang terbentuk ketika arus mengalir dan memicu rotor yang
terpasang pada poros untuk berputar. Terdapat beberapa jenis motor DC yaitu motor DC
dengan brush dan tanpa brush.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
12
Gambar 2.4. Dimensi Gearbox
Motor DC yang akan digunakan adalah motor DC yang sudah tertanam dalam gearbox
untuk memperbesar torsi dan mengurangi kecepatan sehingga mengasilkan tenaga putar
yang lebih besar. Penggunaan gearbox menjadikan ukuran motor DC dapat menjadi lebih
kecil tetapi tetap memproduksi tenaga yang besar [13]. Tegangan kerja dan arus motor DC
yang digunakan adalah 3V dengan arus kurang lebih 160 mA dan 6V dengan arus kurang
lebih 240 mA. Pada saat tegangan 3V kecepatan putar motor DC 130 ± 10% rpm, untuk
tegangan 6V kecepatan putar motor DC 290 ± 10% rpm. Motor DC Gearbox yang akan
digunakan adalah yang berbentuk L dengan 1 shaft seperti gambar 2.4.
2.5. Diaphragm Water Pump Motor DC
Gambar 2.5. Pergerakan Diaphragm Pump
Diaphragm Water Pump Motor DC adalah sebuah pompa dengan pergerakan yang
menggunakan kombinasi dari gerakan katup karet yang saling berlawanan, sehingga
terbentuk ruang sementara untuk air terkumpul, kedua gerakan katup karet ini saling menarik
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
13
dan mengeluarkan cairan dari lubang masukan dan keluaran. Dua lapisan (diaphragm) yang
dihubungkan oleh saluran melalui bagian tengah tempat ruang sementara. Fungsi ruang
sementara adalah untuk mengarahkan udara tekan ke bagian belakang lapisan diafragma
nomor satu yang menyebabkannya air keluar dari ruang sementara. Lapisan diafragma
nomor satu menyebabkan air bergerak keluar dari pompa. Pada saat yang sama diafragma
nomor dua menghisap air. Air di lapisan diafragma nomor dua didorong keluar
menyebabkan tekanan mendorong air ke sisi penghisap. Katup bola penghisap terdorong
keluar dari tempatnya sehingga cairan dapat mengalir melewati katup bola ke dalam ruang
cairan.
Ketika diafragma nomor satu mendapat tekanan dan telah mencapai ujung saluran,
pergerakan air berubah dari lapisan diafragma nomor satu ke diafragma nomor dua melalui
katup air. Air terkompresi mendorong diafragma nomor dua menjauhi ruang sementara
sehingga diafragma nomor satu tertarik ke arah ruang sementara. Pada bilik pompa nomor
dua, katup bola pelepasan terdorong dari tempatnya, sedangkan pada bilik pompa nomor
satu terjadi sebaliknya. Setelah menyelesaikan stroke, katup udara mengarahkan udara lagi
ke bagian belakang diafragma nomor satu dan memulai kembali siklus seperti pada gambar
2.5. [14]. Diaphragm Pump terdiri dari beberapa jenis berdasarkan penggeraknya, untuk
diaphragm pump motor dc, pergerakan lapisan diafragma dan katup digerakan oleh motor
dc secara elektro-mekanikal.
2.6. RTC
Gambar 2.6. Pin RTC DS3231
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
14
Real-time clock ( RTC ) adalah integrated circuit yang berfungsi menunjukan waktu
sebenarnya ( current time ) secara terus menerus. Informasi tersebut dapat dibaca oleh
mikroprosesor, biasanya melalui interface untuk memfasilitasi software yang bergantung
pada waktu, supaya dapat bekerja dengan baik. RTC seperti pada gambar 2.6. tidak
membutuhkan banyak daya, sehingga RTC dapat terus bekerja meskipun sistem utamanya
berhenti bekerja dan dapat menunjukan waktu sebenarnya. RTC biasa digunakan hampir
pada semua instrumentasi, bidang otomasi hingga house metering. RTC biasanya
dihubungkan dengan peralatan lain, seperti IC untuk komunikasi broadband yang digunakan
pada radio mobil [15].
Gambar 2.7. Siklus perhitungan RTC
Siklus perhitungan dari oscillator seperti pada gambar 2.7, dapat dipertahankan oleh
RTC, biasanya clock eksternal sebesar 32.768kHz, kapasitor internal berbasis oscilator, atau
embedded quartz crystal. RTC dapat mendeteksi ripple 50/60Hz pada power supply utama
atau mendeteksi dan mengakumulasi transisi yang muncul dari epoch unit dari GPS. RTC
yang dapat melakukan operasi seperti phase locked loop (PLL), menggeser referensi clock
internal dari RTC menjadi “lock” ke external signal. Jika RTC kehilangan referensi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
15
eksternal, RTC dapat mendeteksi hal tersebut (karena PLLnya tidak terkunci) dan free run
dari osilator internal. Beberapa jenis RTC dapat mempertahankan pengaturan oscilator pada
titik terakhir yang diketahui sebelum terkunci dengan input.
Sebuah RTC yang dijalankan dari referensi internalnya sendiri akan menyebabkan
error yang berkaitan dengan akurasi absolut dari referensi crystal, RTC juga dipengaruhi
oleh sejumlah kondisi termasuk suhu. Crystal dapat beroprasi pada rentang suhu yang telah
ditentukan, biasanya sekitar -10 ° C ~ 60 ° C - dan akurasinya berkurang jika diluar rentang
suhu yang telah ditentukan.
Daya yang dibutuhkan oleh RTC harus berkelanjutan dan sangat rendah. Daya yang
digunakan RTC berasal dari sirkuit digital ketika perangkat aktif, tetapi beralih ke sumber
daya yang terhubung terus-menerus ketika sirkuit dimatikan. Sumber daya ini dapat berupa
baterai khusus, superkapasitor yang terisi daya, atau catu daya terpisah dari listrik.
Banyak RTC dapat mendeteksi perubahan ini dan masuk ke kondisi daya sangat
rendah ketika daya semua sirkuit dimatikan kecuali sirkuit yang penting untuk menjaga
clock agar menghemat baterai. RTC juga dapat menjalankan fungsi alarm, ketika waktu yang
telah ditentukan tercapai sehingga memicu RTC untuk mengeluarkan output yang dapat
membangunkan prosesor.
2.7. Modul Sensor Cahaya LDR
Gambar 2.8. Light Dependent Resistor
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
16
LDR (Light Dependent Resistor) adalah salah satu jenis resistor yang nilai
resistansinya akan berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya yang mengenai sensor.
LDR seperti pada gambar 2.8, dapat digunakan sebagai sensor cahaya. Nilai resistansi dari
sensor ini sangat bergantung pada intensitas cahaya. Semakin banyak cahaya yang
mengenainya, maka akan semakin menurun nilai resistansinya. Sebaliknya jika semakin
sedikit cahaya yang mengenai sensor (gelap), maka nilai hambatannya akan menjadi
semakin besar sehingga arus listrik yang mengalir akan terhambat [16]. Sensor LDR ini akan
digunakan untuk mengendalikan lampu sebagai pengganti matahari, ketika sensor LDR
mendeteksi adanya sinar matahari maka lampu akan mati dan ketika sensor LDR tidak
mendeteksi adanya sinar matahari maka lampu akan menyala.
2.8. Modul Relay
Gambar 2.9. Modul Relay 2 Channel
Relay pada dasarnya adalah saklar yang dioperasikan secara elektrik atau
elektromekanis. Relay adalah sakelar elektromagnetik yang dioperasikan oleh arus listrik
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
17
yang relatif kecil yang dapat menghidupkan atau mematikan arus listrik yang jauh lebih
besar. Inti dari sebuah relay adalah sebuah elektromagnet berupa gulungan kawat yang
menjadi magnet sementara ketika dialiri listrik. Relay dapat mengendalikan sebuah
rangkaian elektronik dengan membuka dan menutup kontak di rangkaian lain. Relay pada
dasarnya memiliki dua kondisi, normally open dan normally closed. Pada relay normally
open (NO), kontak dalam kondisi terbuka ketika tidak dialiri arus, dan ketika dialiri arus
maka kontak tertutup. Pada relay normally closed (NC), kontak dalam kondisi tertutup ketika
tidak dialiri arus, dan ketika dialiri arus maka kontak terbuka [17]. Beberapa relay juga bisa
digabungkan menjadi sebuah modul seperti pada gambar 2.9 yaitu modul relay 2 channel
yang terdiri dari 2 buah relay.
Relay biasa digunakan untuk mengalihkan arus yang lebih kecil pada rangkaian
kontrol dan tidak digunakan untuk mengendalikan alat yang membutuhkan daya besar
kecuali motor kecil dan solenoid yang membutuhkan arus kecil. Relay juga banyak
digunakan untuk mengganti koil start, elemen pemanas, lampu pilot, dan alarm suara.
2.9. Lampu LED Biru dan Merah
Gambar 2.10. Rangkaian Lampu
LED atau Light Emitting Diode adalah suatu semikonduktor yang memancarkan
cahaya monokromatik yang tidak koheren ketika diberi tegangan. Lampu LED yang
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
18
digunakan akan dihubungkan menggunakan relay untuk menghubungkannya ke sumber
tegangan karena raspberry tidak bisa memberi tegangan yang cukup untuk menghidupkan
lampu LED seperti pada gambar 2.10. Lampu LED digunakan untuk hidroponik
berhubungan dengan panjang gelombangnya yang cocok untuk proses fotosintesis tanaman.
Lampu LED dapat meningkatkan proses pertumbuhan tanaman sehingga dapat menjadi
lebih optimal [18].
Lampu LED yang cocok untuk digunakan pada hidroponik khususnya tanaman selada
dan lobak adalah lampu berwarna merah, biru dan sedikit warna hijau akan membantu proses
pertumbuhan dan perkembangan tanaman. LED merah memiliki panjang gelombang sekitar
625 - 660 nm dan LED biru memiliki panjang gelombang sekitar 450 - 465 nm. Penggunaan
kombinasi antara lampu LED berwarna merah dan biru akan meningkatkan pertumbuhan
tanaman menjadi lebih baik [19]. Lampu LED akan digunakan sebagai pengganti sinar
matahari, sensor LDR akan digunakan sebagai acuan untuk lampu LED. Ketika cahaya
matahari dideteksi oleh sensor LDR sudah cukup maka lampu akan mati tetapi ketika sensor
LDR tidak mendeteksi adanya cahaya matahari yang cukup seperti pada saat mendung atau
berawan, maka lampu akan hidup. Jarak antara lampu dengan tanaman setiap masa
pertumbuhan berbeda, namun kebutuhan cahaya yang dibutuhkan tanaman harus memenuhi
jumlah lux yang dibutuhkan, hal tersebut dapat diatur melalui jarak antara lampu dengan
tanaman sesuai dengan kebutuhan.
LED yang akan digunakan Surface Mount Device LED yaitu metode untuk membuat
sirkuit elektromagnetik dengan komponen – komponen dibentuk langsung dalam PCB.
Teknologi SMD LED lebih efektif dan lebih terang dari LED biasa [20]. Ukuran SMD LED
lebih kecil dan ringan, konsumsi daya pun lebih rendah yaitu berkisar antara 2 sampai 6 volt,
dengan arus 0.02 A sampai 0.03 A. Satu strip SMD LED terdiri atas 3 LED dan 2 resistor
seperti pada gambar 2.11.
Gambar 2.11. SMD LED
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
19
2.10. Sensor TDS
Gambar 2.12. Skematik Total Dissolved Solid Dfrobot
Sensor analog TDS pada gambar 2.12, adalah sebuah sensor untuk mengukur bahan
padat yang terlarut dalam satu liter air dengan satuan parts-per million. Semakin tinggi nilai
TDS maka semakin banyak bahan padat yang terlarut dalam air, dan sebaliknya semakin
rendah nilai TDS maka semakin sedikit bahan padat yang terlarut dalam air [21]. Moul
sensor TDS mendapat nilai pengkuran dari bagian probe yang dicelupkan ke dalam air yang
terhubung dengan modul probe, kemudian nilai pengukuran tersebut akan diolah pada
Arduino, pada penggunaan pertama kali modul sensor harus dikalibrasi. Sensor analog TDS
mendapat tegangan masukan dari Arduino yang akan digunakan sebagai tegangan referensi
untuk menentukan nilai ADC, sedangkan nilai analog didapat dari probe yang dicelupkan
dalam cairan. Listrik dialirkan pada probe dengan dua elektroda berbeda yang dicelupkan
dalam cairan, kemudian arus yang timbul karena perpindahan ion-ion akan digunakan untuk
mengukur konduktivitas cairan, semakin banyak jumlah ion yang ada maka semakin tinggi
konduktivitas cairan, semakin sedikit jumlah ion ada maka semakin rendah konduktivitas
cairan. Pada pengukuran total dissolved solids, semakin banyak partikel terlarut maka
semakin tinggi jumlah ion sehingga semakin tinggi konduktivitas air dan sebaliknya.
Pengukuran konduktivitas tersebut juga bergantung suhu referensi yaitu 25 derajat celcius.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
20
Gambar 2.13. Skematik Total Dissolved Solid Dfrobot
Sensor Analog TDS ini terdiri dari dua bagian, yaitu Signal Transmitter Board dengan
spesifikasi pada tabel 2.1. dan Signal Transmitter Probe dengan spesifikasi pada tabel 2.2,
kedua bagian tersebut terdapat pada gambar 2.13.
Tabel 2.1. Spesifikasi Signal Transmitter Board
No Variabel Keterangan
1 Tegangan Masukkan 3,3 volt sampai 5,5 volt
2 Tegangan Keluaran 0 volt sampai 2,3 volt
3 Arus 3 sampai 6 mili Ampere
4 Range pengukuran TDS 0 sampai 1000 part per million
5 Akurasi pengukuran ± 10 %
6 Koneksi elektroda XH2.54-2P
7 Koneksi modul PH2.0-3P
Tabel 2.2. Spesifikasi Signal Transmitter Probe
No Variabel Keterangan
1 Jumlah Jarum 2 buah
2 Panjang 83 cm
3 Koneksi XH2.54-2P
4 Jenis probe Tahan air
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
21
2.11. Sensor pH
Gambar 2.14. Gambar Sensor pH
PH meter adalah alat ukur untuk mengukur derajat keasaman atau kebasaan suatu
cairan, pada Ph meter digital terdapat elektroda khusus yang berfungsi untuk mengukur pH
bahan-bahan semi padat [22]. PH meter ini terdiri dari dua bagian yaitu elektroda (probe
pengukur), penghubung probe dan rangkaian seperti pada gambar 2.14. Probe atau Elektroda
berbentuk batang seperti struktur biasanya terbuat dari kaca. Pada bagian bawah elektroda
ada bohlam, bohlam merupakan bagian sensitif dari probe yang berisi sensor. Dalam probe
terdapat dua elektroda, masing – masing elektroda terpisah, elektroda tersebut tidak seperti
elektroda normal (potongan sederhana dari kawat logam); masing-masing memiliki mini
chemical set. Pada elektroda pertama yaitu elektroda kaca terdapat kawat listrik perak dalam
larutan kalium klorida yang terletak di dalam membran tipis yang terbuat dari kaca khusus
yang mengandung garam logam (biasanya senyawa natrium dan kalsium). Elektroda kedua
disebut elektroda referensi yang memiliki kawat kalium klorida dalam larutan kalium
klorida.
Kalium klorida di dalam elektroda kaca adalah larutan netral dengan pH 7, sehingga
mengandung sejumlah ion hidrogen (H +). Perdaann pH larutan diukur pada Elektroda gelas
dengan mengukur perbedaan voltase yang dihasilkan oleh ion hidrogen masing – masing
larutan. Ion hidrogen yang bergerak ke arah permukaan luar dari elektroda kaca
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
22
menggantikan beberapa ion logam di dalamnya, sementara beberapa ion logam bergerak dari
elektroda kaca ke larutan, proses ini disebut pertukaran ion. Penukar ion juga terjadi pada
permukaan bagian dalam elektroda gelas dari larutan. Kedua larutan di masing - masing sisi
kaca memiliki keasaman yang berbeda, sehingga jumlah pertukaran ion yang berbeda terjadi
di kedua sisi gelas. Ini menciptakan tingkat aktivitas hidrogen-ion yang berbeda pada dua
permukaan kaca, yang berarti jumlah muatan listrik yang berbeda menumpuk di atasnya.
Beda potensial atau tegangan kecil yang terjadi karena perbedaan muatan muncul di antara
kedua sisi kaca, yang menghasilkan perbedaan tegangan antara elektroda perak dan
elektroda referensi yang muncul sebagai hasil pengukuran.
Pada PH Meter terdapat sebuah LED sebagai indikator, konektor BNC dan interface
sensor PH2.0 yang akan digunakan untuk menghubungkan analog input Arduino dengan
sensor. Spesifikasi Modul sensor pH terdapat pada tabel 2.3.
Tabel 2.3. Spesifikasi Modul Sensor pH
No Variabel Keterangan
1 Tegangan Masukkan 5 0.2V (AC DC)
2 Arus Kerja 5 sampai 10 mili Ampere
3 Range pengukuran pH 0 - 14
4 Range Suhu -10 sampai 50 derajat celcius
5 Response Time 5 detik
6 Settling Time 60 detik
7 Output Analog
2.12. Arduino Mega 2560
Gambar 2.15. Gambar Arduino Mega 2560
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
23
Arduino Mega 2560 adalah mikrokontroler berbasis Atmega2560. Kelebihan Arduino
Mega adalah memiliki memory dan pin I/O yang lebih banyak daripada mikrokontroler pada
umumnya yaitu 54 pin I/O digital ( 15 pin digunakan untuk PWM ) dan 16 pin analog seperti
pada gambar 2.16. Arduino Mega ini menggunakan clock dengan frekuensi 16MHz. Pada
Arduino Mega 2560 tersedia dua buah pin untuk tegangan masukkan yaitu 5 volt dan 3.3
volt [23].
Gambar 2.16. Gambar Pin Arduino Mega 2560
2.13. Raspberry Pi 3
Gambar 2.17. Fitur pada Raspberry Pi 3
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
24
Raspberry Pi 3 adalah sebuah keping komputer kecil dengan CPU, GPU, port USB
dan pin masukan keluaran yang dapat melakukan beberapa fungsi seperti komputer.
Raspberry Pi 3 yang akan digunakan adalah model b, Raspberry Pi 3 memiliki perubahan
fitur yang signifikan yaitu Network Boot, USB Boot, dan wifi seperti pada gambar 2.17.
Raspberry Pi 3 memiliki 40 pin GPIO [24]. Raspberry Pi 3 juga memiliki fitur untuk
Graphical User Interface (GUI). Raspberry Pi 3 akan digunakan sebagai sistem kontrol untuk
alat, data dari sensor yang dihubungkan ke Arduino akan dikirim ke Raspberry Pi untuk
diproses sehingga dapat digunakan untuk sistem kontrol, selain itu data tersebut akan
ditampilkan pada GUI yang dapat dibuat pada Raspberry Pi serta data tersebut akan dikirim
melalui internet. Fitur wifi pada Raspberry Pi 3 ini akan digunakan untuk mengirimkan data
melalui internet ke aplikasi cayenne myDevice [25].
Seperti pada gambar 2.18. pada Raspberry Pi tersedia berbagai macam pin seperti pin
sumber tegangan, pin sistem komunikasi, ground, serta pin GPIO atau General-Purpose
Input Output. Pin GPIO dapat digunakan untuk menghubungkan Raspberry Pi dengan
perangkat – perangkat lain seperti sensor dan akuator. Data dapat dikirim dan diterima
melalui pin tersebut, data dari sensor dapat dikirim ke Raspberry Pi dan Raspberry Pi pun
dapat mengirimkan data atau perintah ke aktuator. GPIO memungkinkan Raspberry Pi untuk
mengirim dan menerima perintah serta data dari alat lain seperti Arduino.
Gambar 2.18. Pin pada Raspberry Pi 3
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
25
2.14. Cayenne myDevice
Gambar 2.19. Dashboard Cayenne myDevices
Cayenne adalah sebuah aplikasi yang dipublikasikan oleh myDevices. Cayenne adalah
sebuah dashboard berbasis web dan aplikasi android yang memungkinkan untuk mengatur
banyak device dalam sebuah panel kontrol dari jarak jauh seperti pada gambar 2.19. ( sampai
saat ini hanya Arduino dan Raspberry Pi yang dapat terhubung ) [26]. Cayenne dapat
digunakan untuk mewujudkan kebutuhan jaman sekarang untuk Internet of Things dan
kesulitan dalam menghubungkan peralatan elektronik dengan sangat mudah, dan sampai saat
ini masih dapat digunakan secara gratis.
Cayenne dapat digunakan secara gratis, hanya dengan mengunduh aplikasi cayenne
pada smartphone , cayenne dapat digunakan langsung untuk terhubung dengan
mikrokontroler yang akan digunakan melalui sambungan wifi. Setelah tersambung dan
melakukan beberapa pengaturan, cayenne dapat digunakan untuk menambahkan pengaturan
untuk alat tambahan seperti sensor, lampu, motor, valve, relay dan aktuator lainnya, dapat
juga ditambahkan pengaturan untuk tambahan analog, digital dan PWM. Melalui cayenne
juga dapat dilakukan pengaturan GPIO Interface via dashboard cayenne. Tampilan pada
dashboard cayenne dapat diatur sesuai dengan kebutuhan. Cayenne memiliki data berbagai
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
26
jenis sensor atau perangkat yang dapat digunakan untuk sebagai widget yang akan
ditampilkan pada dashboard, namun tidak semua sensor sudah ada dalam data cayenne.
Ketika sensor yang diinginkan untuk digunakan pada dashboard belum ada pada cayenne
maka fitur Bring Your Own Thing bisa digunakan untuk menambahkan custom widget atau
tampilan secara manual dengan mengisi informasi sensor yang digunakan seperti nama
sensor, jenis sensor, bentuk data tampilan yang diingikan seperti data analog atau data
digital, icon widget seperti pada gambar 2.20.
Gambar 2.20. Fitur Bring Your Own Thing
Data yang tertampil pada widget dihubungkan dengan protokol jaringan MQTT yang
menggunakan TCP / IP, penggunaan MQTT memungkinkan untuk terjadinya koneksi dua
arah seperti memberikan perintah untuk mematikan perangkat dengan menekan tombol
shutdown. Kondisi penggunaan RAM, suhu dari mikrokontroler serta informasi lain terkait
mikrokontroler juga dapat dipantau seperti pada gambar 2.21. Sehingga cayenne dapat
digunakan untuk memantau informasi yang dibutuhkan dari jarak jauh, seperti untuk
mengetahui nilai yang dibaca sensor TDS, sensor pH, kondisi motor, kondisi lampu dan
kondisi diaphragm pump.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
27
Gambar 2.21. Kondisi Raspberry Pi
2.15. Hukum Ohm dan Daya
Hukum Ohm adalah hubungan antara arus, tegangan dan hambatan. Arus diartikan
sebagai aliran positif dari sumber menuju negatif sumber dengan satuan Ampere (A).
Tegangan diartikan sebagai jumlah yang dibutuhkan untuk mengalirkan arus dengan satuan
Volt (V). Hambatan adalah lawan dari aliran arus, aliran arus dihalangi oleh hambatan [27].
𝑉 = 𝐼 𝑥 𝑅 (2.1)
Keterangan :
V = Tegangan ( Volt )
I = Arus ( Ampere )
R = Hambatan ( Ohm )
Selain 3 variabel diatas ada satu varibel lain yaitu daya. Daya diartikan sebagai besar
energi yang dikonsumsi atau dihasilkan dalam sebuah rangkaian dengan satuan Watt ( W ).
𝑃 = 𝑉 𝑥 𝐼 (2.2)
Keterangan :
P = Daya ( Watt )
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
28
BAB III
RANCANGAN PENELITIAN
3.1. Model Sistem
Proses sistem seperti terdapat pada gambar 1.1., dimulai pada saat tombol start ditekan
lalu nilai – nilai awal pada sensor serta kondisi awal motor, lampu, diaphragm pump nutrisi
a dan diaphragm pump nutrisi b akan diatur dan dimunculkan pada GUI, selanjutnya sensor
TDS dan pH akan langsung melakukan pengukuran terhadap nilai total dissolved solids
dalam air dengan satuan ppm. Data yang diperoleh merupakan data analog yang diambil
oleh Arduino untuk dikonversi ke dalam bentuk data digital melalui pengolahan dan
perhitungan yang dilakukan dalam program Arduino untuk masing – masing pH dan TDS.
Setelah itu data pH dan TDS yang sudah diolah dikirimkan ke Raspberry Pi 3 melalui
komunikasi serial untuk ditampilkan pada GUI dan dikirim ke aplikasi Cayenne melalui
jaringan internet yang sama. Selain ditampilkan, data TDS juga akan digunakan untuk
menentukan perintah apa yang akan dilakukan pada proses selanjutnya, sedangkan untuk
data pH hanya akan ditampilkan karena tidak ada proses lebih lanjut karena nilai pH tidak
berubah terlalu drastis dan aman untuk tanaman seperti yang sudah dijelaskan pada sub bab
2.1. Bila nilai ppm yang terbaca oleh sensor belum memenuhi batas nilai yang diinginkan
maka diaphragm pump yang dikendalikan oleh Raspberry Pi 3 akan bekerja untuk memulai
proses pemberian nutrisi. Diaphragm pump akan aktif sehingga cairan nutrisi bisa dialirkan
ke dalam bak penampung air utama selanjutnya bercampur ke dalam air supaya dapat
meningkatkan nilai TDS dalam air supaya dapat memenuhi keadaan TDS yang diinginkan
dengan cara mengatur durasi hidup diaphragm pump supaya dapat mengeluarkan cairan
nutrisi sesuai dengan jumlah yang sesuai, setelah diaphragm pump mati maka motor
pengaduk air yang dikendalikan oleh Raspberry Pi akan aktif untuk mengaduk air selama 10
detik supaya nutrisi dapat tercampur secara merata dengan air dan pembacaan sensor TDS
akan menjadi lebih akurat, setelah itu kondisi ppm air akan kembali diukur oleh Sensor TDS,
bila nilai ppm air sudah memenuhi maka akan ada waktu delay proses pemberian nutrisi
berikutnya. Semua nilai atau keadaan setiap alat seperti diaphragm pump, motor dan sensor
– sensor dapat diketahui melalui GUI dan juga dikirim melalui jaringan internet yang sama
supaya dapat dipantau melalui jarak jauh yaitu menggunakan aplikasi Cayenne. Untuk
menghentikan keseluruhan proses terdapat tombol berhenti. Ketika tombol berhenti ditekan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
29
maka semua proses akan berhenti, namun bila proses sedang berjalan maka proses akan
diselesaikan terlebih dahulu baru kemudian semuanya mati.
3.2. Perancangan Perangkat Keras
Perancangan perangkat keras pada penelitian ini terdiri dari Arduino dan sensor -
sensor yang ada akan dipasang pada plant utama yaitu talang dan bak penampung air, lalu
Arduino akan dihubungkan ke Raspberry Pi, selanjutnya Raspberry Pi akan dihubungkan ke
perangkat keras yang akan dikontrol seperti relay – relay, motor, diaphragm pump dan
lampu.
3.2.1. Plant Hidroponik sistem NFT
Gambar 3.1. Rancangan Plant Hidroponik Sistem NFT
Pada plant hidroponik yang akan dibuat menggunakan sistem NFT berbahan dasar
pipa dan akan dilubangi serta dihubungkan dengan urutan berundak-undak, selain itu akan
dibuat juga bak penampungan air secara terpisah untuk tempat penampungan air dan
pencampuran nutrisi yang dihubungkan dengan pipa kecil dari pompa air yang berada di
dalam bak penampungan air menuju baris pipa paling atas dan pada bagian baris pipa paling
bawah terdapat sebuah pipa kecil yang kembali mengalir ke bak penampungan untuk
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
30
menampung air yang dipompa ke pipa paling atas. Sementara bak penampungan nutrisi a
dan b terletak diatas bak penampungan yang dihubungkan dengan pipa serta dibatasi oleh
diaphragm pump untuk pemberian nutrisi seperti pada gambar 3.1. Selain pompa air, sensor
TDS, sensor pH dan motor pengaduk akan berada di dalam bak penampungan air. Untuk
mikrokontroler akan ditempatkan diatas bak penampungan dan dibawah bak nutrisi.
Gambar 3.2. Rancangan Plant Hidroponik Sistem NFT
Pada plant hidroponik akan terdapat 4 baris pipa berdiameter 6.3 cm dengan panjang
1 meter seperti pada gambar 3.2 , pada pipa talang paling atas terdapat 2 lubang, lubang
pertama yang terletak di ujung kanan terhubung dengan pipa berukuran 0.5” yang mendapat
masukan air dari pompa air dari bak penampungan air, lubang kedua yang terletak di ujung
kiri terhubung dengan pipa talang dibawahnya dengan pipa berukuran 0.5”, kemudian pipa
ke dua dan ke tiga juga dihubungkan dengan pipa 0.5” dengan posisi yang sama. Untuk pipa
talang ke empat terdapa dua lubang yaitu yang terhubung dengan lubang pipa ketiga dan
lubang yang terletak di kanan pipa untuk mengalirkan air kembali ke bak penampung air.
Masing – masing pipa palang akan dilubangi sebanyak 4 buah lubang besar dengan ukuran
lubang berdiameter 5 cm, pada penanaman tanaman menggunakan hidroponik tidak boleh
terlalu dekat sehingga dibutuhkan jarak antar tanaman, jarak antara lubang yang dibuat
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
31
adalah 15 cm. Setiap talang diposisikan miring sekitar 5 derajat supaya air dapat mengalir ,
bila talang diposisikan lurus maka air tidak dapat mengalir dengan lancar ke bawah dan
malah menggenang, hal tersebut harus dihindari karena ketika akar tanaman terendam dalam
waktu yang lama maka akan meningkatkan resiko menjadi busuk seperti yang sudah
dijelaskan pada sub bab 2.3. Kemiringan talang dapat diatur sesuai dengan kebutuhan
mengacu pada ketinggian air yang mengalir di dalam talang yaitu berkisar antara 1 sampai
2 centimeter.
Gambar 3.3. Dimensi Bak Penampungan Air dan Nutrisi
Nutrisi yang digunakan ada dua yaitu nutrisi a dan b, sehingga tempat nutrisi a dan b
harus dipisah, begitu juga dengan diaphragm pump yang digunakan. Bak nutrisi a dan b
memiliki dimensi yang sama yaitu 27 cm x 24 cm x 20 cm, sedangkan untuk bak
penampungan air nutrisi memiliki dimensi 50 cm x 50 cm x 40 cm seperti pada gambar 3.3.
Nutrisi a dan b memiliki jumlah tertentu untuk dimasukkan ke dalam air sehingga dipisah
dan memang nutrisi a dan b tidak boleh dicampur sebelum dimasukan ke dalam air. Tempat
diaphragm pump dan bak nutrisi terletak di sebelah bak penampung air. Diaphragm pump
terletak diatas penutup bak nutrisi yang ditempatkan di kotak berbeda untuk menghindari
resiko alat – alat terkena air bila terjadi kebocoran pada pompa nurisi. Pompa air, sensor
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
32
TDS dan sensor pH berada di dalam bak penampung, begitu juga dengan motor pengaduk
yang akan digunakan untuk mengaduk air serta nutrisi sebelum kembali dialirkan dan
diambil nilainya dan pompa air yang digunakan untuk mengalirkan air. Motor pengaduk
beserta kabel – kabel ditempatkan di dalam pipa pada bagian atas bak penampung yang
digunakan sebagai penyangga motor pengaduk.
Gambar 3.4. Dimensi dan Isi Bak Penampungan
Bagian dalam dari bak penampungan berisi motor, pengaduk, sensor TDS dan pompa
air dengan posisi seperti pada gambar 3.4. Sensor TDS akan selalu berada didalam air untuk
mengukur kandungan TDS pada air. Setelah nilai nutrisi yang dibaca oleh TDS tidak
memenuhi ketentuan maka solenoid valve diatas akan bekerja dan cairan nutrisi akan masuk,
kemudian pengaduk akan mengaduk cairan supaya tercampur merata sehingga air yang
dipompa oleh pompa air tidak sepenuhnya berisi cairan nutrisi.
3.2.2. Perancangan Rangkaian Utama
Rangkaian Utama secara keseluruhan seperti gambar 3.5, terdiri dari Modul Sensor
TDS, Modul Sensor pH yang terhubung dengan Arduino untuk mendapatkan nilai
analognya, kemudian di dalam Arduino nilai pengukuran tersebut diolah supaya datanya
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
33
menjadi digital dan kemudian di kirim ke Raspbery Pi melalui komunikasi serial.