Analisis Sistem
Tanah merupakan media sebagai tempat tumbuh dan berkembangnya tanaman. Kadar air tanah merupakan banyaknya air yang terkandung di dalam tanah. Kadar air tanah yang optimal dalam mendukung kebutuhan tanaman berada pada kondisi kadar air kapasitas lapang. Dalam proses respirasi dan pertumbuhan tanaman, kadar air tanah tentu saja sangat mempengaruhi. Salah satu kegiatan pengukuran kadar air tanah yang paling umum dikakukan adalah dengan pengukuran kadar air tanah secara langsung dengan metode Gravimetri.
Umumnya kegiatan pengukuran kadar air tanah yang biasa dilakukan oleh para petani dan para peneliti dilakukan secara manual atau dengan menggunakan metode gravimetri. Kegiatan tersebut dilakukan dengan cara mengumpulkan sejumlah sampel tanah dikeringkan dalam oven dengan suhu 105oC - 110oC selama 24 jam dimana metode tersebut membutuhkan waktu dan tenaga yang sangat besar. Kebutuhan akan metode yang cepat dalam memonitor fluktuasi kadar air tanah dilapangan menjadi sangat mendesak. Indera manusia terbatas dalam hal mengukur kelembaban tanah secara cepat dan tepat. Untuk mendapatkan nilai kadar air tanah dengan metode gravimetri, maka akan merusak tanah yang ada disekitar tanaman.
Berdasarkan besarnya waktu dan tenaga yang dipakai dalam menentukan nilai kadar air tanah, maka diperlukan suatu sistem yang dapat membantu manusia khususnya petani dan peneliti dalam menentukan nilai kadar air tanah.
Perkembangan teknologi informasi memungkinkan mempermudah dalam hal menentukan nilai kadar air tanah yakni dengan bantuan sensor, android, dan
26
komputer. Hal tersebut dapat dilakukan dengan melakukan perancangan sistem pengukuran kadar air tanah yang sistem kerjanya dapat dilakukan secara otomatis.
Tentu saja hal ini sangat membantu petani dan peneliti dalam menentukan nilai kadar air tanah yang dimana untuk menentukan nilai kadar air tanah secara manual dapat memakan waktu dan tenaga yang sangat besar. Proses pengukuran dengan menggunakan pengolahan sistem berupa sensor soil moisture yang dapat menghasilkan data kemudian dilakukan pengkoneksian ke android dan komputer sehingga dapat menentukan nilai kadar air tanah.
Pemanfaatan sensor soil moisture berbasis android dan DAQ di PC untuk menentukan nilai kadar air tanah merupakan solusi yang tepat dalam menyelesaikan permasalahan tersebut.
Perancangan Sistem
Tahap pembuatan alat sistem pengukuran kadar air tanah dengan sensor soil moisture berbasis android dan DAQ di PC dilakukan dengan beberapa software dan aplikasi berupa arduino IDE, PLX-DAQ, aplikasi Bluetooth Electronics untuk di android. Tahap perancangan sistem terdiri dari perancangan dan pembuatan alat sensor soil moisture, perancangan program, pengkalibrasian alat, memasukkan software PLX-DAQ di komputer, kemudian memasang aplikasi bluetooth electronics di android, perancangan proses validasi serta verifikasi.
Perancangan sistem ini perlu dilakukan agar mendapatkan nilai kadar air tanah yang maksimal.
Perancangan dan Pembuatan Alat
Pada penelitian ini, fungsi dari sensor yaitu untuk menentukan nilai kadar air pada tanah. Sensor yang digunakan yaitu sensor soil moisture yang berjumlah
1 2
4 5 6 3
3 buah, sensor pertama pada kedalaman 5 cm, sensor kedua pada kedalaman 10 cm, dan sensor ketiga pada kedalaman 20 cm.
Perangkaian
Sensor dihubungkan ke ADS 115 untuk mendapatkan ketelitian yang lebih baik, karena ADS 115 merupakan ADC 16 byte. Data yang dikirim dari sensor ke ADS 115, dikonversi dan dikirim ke mikrokontroler, melalui komunikasi I2C, data diproses di mikrokontroler, dan kemudian dikirim ke android, ke PC, dan ditampilkan pada LCD yang terdapat pada alat.
Gambar 5. Alat sensor kadar air tanah.
Keterangan:
1. Kerangka alat: terbuat dari bahan akrilik, berfungsi untuk melindungi komponen-komponen yang terdapat di dalam.
2. LCD (Liquid Crystal Display): LCD yang berfungsi untuk menampilkan data yang berupa angka yang diambil dari sensor. Pada penelitian ini LCD yang digunakan yaitu LCD 1602, dimana LCD ini memiliki spesifikasi panjang 16 karakter, dan lebar 2 baris.
3. USB: berfungsi untuk menghubungkan alat ke Personal Computer (PC). Data yang keluar dari alat akan dikirimkan ke PC melalui USB.
28
4. Sensor yang digunakan merupakan sensor soil moisture yang berfungsi untuk membaca jumlah kadar air di dalam tanah yang berada disekitarnya.
Spesifikasi dari sensor soil moisture yaitu terbuat dari timah dan tembaga, sensor telah dikalibrasi sepenuhnya, keluaran dalam bentuk digital, rendah konsumsi daya, stabilitas jangka panjang yang baik, harga cukup terjangkau, sangat mudah digunakan, panjang penyidikan sampai 21 cm, dan sensor ini bisa kontak langsung dengan tanah. Pada gambar terdapat tiga sensor pada Gambar 5 dapat dilihat pada bagian 4 untuk sensor 1, pada bagian 5 sensor 2 dan pada bagian 6 sensor 3 yang mana sensor 1 sampai 3 memiliki fungsi yaitu sensor 1 untuk membaca pada kedalaman 5 cm, sensor 2 untuk membaca pada kedalaman 10 cm, dan sensor 3 untuk membaca pada kedalaman 20 cm.
Perancangan Program
Dalam penelitian yang dilakukan untuk proses pemrograman pada alat menggunakan software Arduino IDE, dimana software ini adalah aplikasi lintas platform yang ditulis dalam bahasa pemrograman java yang berfungsi untuk pemrograman dengan menggunakan kode biner, dan bahasa yang digunakan yaitu dengan menggunakan bahasa C. Bahasa C lebih mudah dimengerti untuk pemula, dan bahasa C ini lebih mudah dipahami. Bahasa C ini sangat cocok digunakan untuk membuat berbagai aplikasi, mulai dari sistem operasi seperti windows atau linux, antivirus, software, pengolah gambar, hingga compiler untuk bahasa pemrograman serta untuk merancang aplikasi yang berhubungan langsung dengan sistem operasi dan hardware. Agar terprogram dengan baik dan benar, coding pada penelitian ini dapat dilihat secara lengkap sesuai dengan Lampiran (2).
Berikut merupakan tampilan pemrograman pada software Arduino IDE.
Gambar 6. Hasil pemrograman menggunakan software Arduino IDE.
Pengkalibrasian Alat
Kalibrasi merupakan proses pengecekan dan pengaturan akurasi dari alat ukur dengan cara membandingkannya dengan standart/tolak ukur. Dalam penelitian ini alat ukur yang dikalibrasi adalah sensor soil moisture dengan standart/tolak ukurnya yaitu dengan metode Gravimetri. Kalibrasi diperlukan untuk memastikan bahwa hasil pengukuran yang dilakukan akurat dan konsisten.
Dalam penelitian ini, alat harus selalu dikalibrasi setelah alat dipakai agar terjaga keakuratan dari alat tersebut.
Cara pengkalibrasian alat yaitu dengan memasukkan sensor kedalam tanah, kemudian sensor akan membaca nilai besaran tegangan listrik. Untuk mendapatkan nilai kadar air tanah maka diambil sampel tanah kemudian dilakukan dengan metode Gravimetri. Nilai tegangan listrik yang didapatkan akan dikonversi menjadi nilai kelembaban tanah. Untuk mendapatkan nilai kadar air tanah dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 1. Dan untuk mendapatkan nilai biner dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.
30
Tabel 2. Hasil kadar air tanah, tegangan, dan bilangan biner.
Tegangan (mV) Bilangan biner Kelembaban tanah (%)
650 20800 8,322 semakin besar pula nilai tegangan keluaran sensor. Setelah didapatkan nilai kadar air, tegangan dan bilangan biner, maka dibuat persamaan ke dalam microsoft excel. Berikut adalah persamaannya.
Gambar 7. Hubungan kadar air tanah dengan tegangan.
Dan setelah didapatkan persamaannya seperti Gambar 7, maka persamaan tersebut dimasukkan ke dalam program dengan menggunakan software Arduino IDE.
Software PLX-DAQ
Akuisisi data adalah suatu sistem yang berfungsi untuk mengambil, mengumpulkan dan menyiapkan data, kemudian memproses data tersebut untuk menghasilkan data yang diinginkan. Data Acquisition System (DAS) berupa antarmuka antara lingkungan analog dengan lingkungan digital. Pada penelitian ini pengambilan data menggunakan data acquisition software PLX-DAQ.
y = 0,0914x - 51,551
Prinsip kerjanya adalah dari alat yang telah dibuat, data di kirim ke USB to logic, kemudian data dikonversi dari sinyal Transistor-Transistor-logic ke USB, dari USB data dikirim ke PC melalui aplikasi software yang telah didownload yaitu PLX-DAQ.
Sistem integrasi dengan PC yaitu alat dihuhubungkan ke personal computer dengan menggunakan USB, dan kita tinggal membuka software PLX-DAQ yang sudah kita download, maka data akan masuk secara otomatis ke PC.
Integrasinya bisa dihubungkan ke PC secara realtime. Untuk pembangunan tampilan di PC cukup mendownload software PLX-DAQ. Berikut merupakan langkah-langkahnya:
Langkah pertama yaitu dengan mendownload software PLX-DAQ, setelah terdownload maka buka software PLX-DAQ
Gambar 8. Tampilan pembuka software PLX-DAQ.
Selanjutnya klik tombol ― K‖ pada kotak dialog yang muncul, kemudian akan muncul kotak dialog yang baru, seperti pada Gambar 9.
32
Gambar 9. Tampilan kotak dialog Data Acquisition for Excel.
Setelah muncul kotak dialaog Data Acquisition for Excel, sambungkan alat sensor soil moisture ke laptop dengan US , kemudian klik ―Connect‖ dan data akan muncul secara realtime seperti Gambar 10.
Gambar 10. Tampilan hasil di PC.
Android
Android merupakan subset perangkat lunak untuk perangkat mobile yang meliputi sistem operasi, middleware dan aplikasi yang di release oleh Google.
Dalam penelitian ini tampilan data kadar air tanah bisa dilihat langsung dengan
smartphone android, alat bisa dikoneksikan langsung ke android dengan bluetooth HC-05 yang jarak maksimalnya yaitu 10 meter, dengan mendownload aplikasi Bluetooth Electronics pada Play Store di Android.
Prinsip kerja pembacaan kadar air tanah di android yaitu sensor dibaca melalui mikrokontroler, di dalam alat terdapat bluetooth HC-05, mikrokontroler mengirim data ke bluetooth berupa sinyal listrik, dari sinyal bluetooth dikonversi menjadi sinyal frekuensi, sehingga bisa menjadi wireless dan dapat ditangkap oleh android dengan menggunakan aplikasi bluetooth electronics yang telah di download di Play Store. Berikut langkah-langkahnya:
Pertama download aplikasi bluetooth electronics pada Play Store, dibawah ini merupakan tampilan Bluetooth electronics.
Gambar 11. Tampilan aplikasi Bluetooth Electronics.
Setelah terdownload, hidupkan bluetooth pada android kemudian buka aplikasi Bluetooth Electronics pada android dan akan muncul tampilan seperti Gambar 12.
Gambar 12. Tampilan awal aplikasi Bluetooth Electronics di android.
34
Setelah muncul tampilan android seperti gambar diatas, pilih salah satu kotak seperti pada tanda merah, kemudian klik ―Edit‖ dan akan muncul seperti Gambar 13.
Gambar 13. Tampilan menu pada bluetooth electronics.
Setelah muncul tampilan pada Gambar 13, langkah pertama klik ―Text‖ kemudian akan muncul pilihan kotak-kotak, langkah selanjutnya buat kotak-kotak seperti gambar diatas. Untuk membuat judul ―sistem pengukuran kadar air tanah‖ klik kotak yang paling atas, kemudian klik ―Edit‖ setelah itu pada kolom ―Default Text‖ ketik ―sistem pengukuran kadar air tanah‖ setelah itu langsung klik ― K‖.
Kemudian untuk pengaturan kotak untuk tampilan data kadar air tanah serta interval waktunya, adapun langkah-langkahnya seperti Gambar 14.
Gambar 14. Tampilan pengaturan tampilan kadar air tanah.
1
2 2 2 2
3
Pilih kotak pertama yang ditandai merah, kemudian klik tombol ―Edit‖, setelah itu akan muncul kotak dialog, dan pada Receive Character tulis ― ‖ dan setelah itu klik tombol ― K‖ karena untuk sensor yang pertama kode pemrograman di Arduino IDE ditulis dengan huruf ― ‖. Kemudian Pilih kotak kedua yang ditandai merah, kemudian klik tombol ―Edit‖, setelah itu akan muncul kotak dialog, dan pada Receive Character tulis ― ‖ dan setelah itu klik tombol ― K‖ karena untuk sensor yang kedua kode pemrograman di rduino IDE ditulis dengan huruf ― ‖.
Selanjutnya Pilih kotak ketiga yang ditandai merah, kemudian klik tombol ―Edit‖, setelah itu akan muncul kotak dialog, dan pada Receive Character tulis ―C‖ dan setelah itu klik tombol ― K‖ karena untuk sensor yang ketiga kode pemrograman di rduino IDE ditulis dengan huruf ―C‖. Dan yang terakhir Pilih kotak keempat yang ditandai merah, kemudian klik tombol ―Edit‖, setelah itu akan muncul kotak dialog, dan pada Receive Character tulis ―I‖ dan setelah itu klik tombol ― K‖
karena untuk interval waktu kode pemrograman di Arduino IDE ditulis dengan huruf ―I‖. Setelah sudah diatur dengan baik semuanya, maka akan jadilah seperti Gambar 15.
Gambar 15. Tampilan bluetooth electronics yang telah jadi.
Setelah sudah jadi, kembali ke tampilan awal bluetooth electronics dan pilih kotak yang sudah jadi, selanjutnya klik ―Connect‖, lalu pilih ―Bluetooth Classic‖,
36
kemudian ―Next‖, pada menu paired Devices klik ―HC- ‖, kemudian klik
―connect‖ setelah sudah terkoneksi kembali ke tampilan awal bluetooth electronics, pilih kotak yang sudah jadi, dan kemudian klik ―Run‖ maka akan munculah data kadar air tanah di android. Berikut merupakan tampilan data kadar air tanah di android.
Gambar 16. Pembacaan kadar air tanah di android.
Tanah
Tanah yang digunakan pada penelitian ini adalah tanah ultisol Galang dengan komposisi pasir 74,56%, debu 8,16%, dan liat 17, 28%. Tanah ini dikategorikan tekstur lempung berpasir. Kandungan C-organik di dalam tanah 0,07% dengan kerapatan massa tanah (bulk density) 6,04 gram.
Kadar Air Tanah
Kadar kelembaban tanah (soil moisture) adalah jumlah air yang tertampung di dalam tanah dimana air tersebut mengisi bagian pori-pori tanah yang diukur dalam satuan persen (%), hal ini sesuai dengan pernyataan Dharma dan Maman (2015). Berikut merupakan nilai kadar air tanah dengan sensor dan dengan metode Gravimetri.
Tabel 3. Data kadar air tanah sensor.
Ulangan T0 5 cm
Tabel 4. Data kadar air tanah manual (Metode Gravimetri). nilai kadar air tanah berbeda-beda pada setiap ketinggian. Pada penelitian ini semakin dalam tanah maka semakin rendah nilai kadar airnya. Pada Tabel 3 tanah kedalaman T0 5 cm kadar airnya lebih tinggi dari pada kedalaman T0 10 cm dan T0 20 cm. Pada kedalaman T6 5 cm juga kadar airnya lebih tinggi dari pada kedalaman T6 10 cm dan T6 20 cm. Begitu juga pada tabel 4 tanah kedalaman T0 5 cm kadar airnya lebih tinggi dari pada kedalaman T0 10 cm dan T0 20 cm.
Pada kedalaman T6 5 cm juga kadar airnya lebih tinggi dari pada kedalaman T6 10 cm dan T6 20 cm. Hal ini menunjukkan bahwa jumlah kadar air suatu tanah ditentukan oleh faktor-faktor berupa evaporasi, laju infiltrasi serta tergantung oleh jenis tekstur tanah tersebut.
Persentase Kesalahan
Persentase kesalahan adalah jumlah penyimpangan dari nilai-nilai yang akurat yang dinyatakan dalam satuan persen (%). Dalam penelitian ini persentase kesalahan dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 3.
Tabel 5. Hubungan kadar air tanah sensor, manual dan persentase kesalahan.
Kedalaman Kadar air tanah sensor (%)
38
Berdasarkan data kadar air tanah yang didapat dari hasil penelitian maka dapat di peroleh tingkat error atau persentase kesalahan dari nilai kadar air tanah yang didapatkan yaitu sebagai berikut, T0 5 cm sebesar 2,79%, T6 5 cm sebesar 3,07%, T0 10 cm sebesar 2,89%, T6 10 cm sebesar 3,23%, T0 20 cm sebesar 1,91% dan T6 20 cm sebesar 3,38%.
Menurut Asriya dan Meqorry (2016) bahwa pengukuran kelembaban tanah menggunakan sensor soil moisture memperoleh nilai error yang relatif kecil yaitu rata-ratapersentase kesalahan sebesar 2,15 %. Perbedaan nilai pengukuran yang diperoleh antara sensor dengan alat ukur moisture meter disebabkan oleh adanya perubahan tegangan keluaran yang tidak stabil pada sensor. Sedangkan pada penelitian ini persentase kesalahan yang didapatkan yaitu T0 5 cm sebesar 2,79%, T6 5 cm sebesar 3,07%, T0 10 cm sebesar 2,89%, T6 10 cm sebesar 3,23%, T0 20 cm sebesar 1,91% dan T6 20 cm sebesar 3,38%.
Pada penelitian ini sensor soil moisture dapat dikatakan cukup akurat dan layak untuk dipakai, karena Menurut Utami dan Wildian (2013) dengan error sebesar 7 % dapat dikatakan cukup akurat untuk mengukur kadar air dengan menggunakan sensor.
39
KESIMPULAN
Kesimpulan
1. Tingkat error atau persentase kesalahan dari nilai kadar air tanah yang di dapatkan yaitu, T0 5 cm sebesar 2,7%, T6 5 cm sebesar 2,9%, T0 10 cm sebesar 2,81%, T6 10 cm sebesar 3,12%, T0 20 cm sebesar 1,87% dan T6 20 cm sebesar 3,26%.
2. Sensor soil moisture dikatakan cukup akurat dan dikatakan layak untuk dipakai, karena dengan error sebesar 7 % dapat dikatakan cukup akurat untuk mengukur kadar air dengan menggunakan sensor.
Saran
1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan pengaplikasian SMS gateway agar pembacaan di Android tidak bergantung dengan jarak.
2. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan menggunakan tanaman.
40