Bella Kartika Dewi, Y. Wahyo S.
Departemen Teknik Elektro dan Informatika, Sekolah Vokasi, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta
Email: bellakartika99@mail.ugm.ac.id y.wahyosetiyono@ugm.ac.id
ABSTRAK: Perkembangan teknologi yang kian pesat menuntut adanya sistem otomatisasi di setiap aspek kegiatan masyarakat. Salah satu kegiatan yang kerap dilakukan di rumah adalah berkebun atau memelihara tanaman. Memelihara tanaman membutuhkan beberapa perawatan yang harus dilakukan rutin agar tanaman dapat tumbuh dengan baik. Salah satunya adalah terkait penyiraman tanaman. Penyiraman tanaman yang baik dilakukan di pagi dan sore hari dengan pemberian air yang cukup. Namun terkadang pemilik lupa atau sedang tidak berada di rumah sehingga tidak dapat menyiram tanamannya tersebut secara rutin. Oleh karena itu prototype penyiram tanaman berbasis arduino ini telah dibuat untuk memudahkan penyiraman tanaman yang dijadwalkan pada jam yang telah ditentukan menggunakan RTC DS1307 sebagai sumber data terkait waktu dan mengacu pada kondisi kelembaban tanahnya yang dideteksi oleh sensor kelembaban tanah YL-69. Pompa akan menyiram tanaman sesuai jam dan kondisi kelembaban yang telah diprogram sampai mencapai kondisi kelembaban yang telah ditentukan. Nilai kelembaban dan waktu akan ditampilkan pada LCD sebagai display.
Dengan begitu tanaman dapat tumbuh dengan baik karena mempunyai kandungan air yang cukup pada tanah dan dapat mengantisipasi terlewatnya jadwal menyiram tanaman.
Menjadikan kegiatan menyiram tanaman lebih efektif dan efisien.
Kata Kunci: Arduino uno, RTC DS1307, sensor kelembaban tanah, penyiram tanaman
ABSTRACT: The rapid development of technology demands an automation system in every aspect of community activities. One of the activities that is often done at home is gardening or maintaining plants. Caring for plants requires some maintenance that must be done routinely so that plants can grow well. One of them is related to watering plants. Watering good plants is done in the morning and evening by providing enough water. But sometimes the owner forgets or is not at home so he can't water the plants regularly. Therefore this prototype arduino-based watering plant has been made to facilitate watering plants that are scheduled at a predetermined time using RTC DS1307 as a time-related data source and refers to soil moisture conditions detected by the soil moisture sensor YL-69. The pump will water the plants according to the hour and humidity conditions that have been programmed to reach the specified humidity conditions. The humidity and time values will be displayed on the LCD as a display. That way the plant can grow well because it has enough water content in the soil and can anticipate the missed schedule of watering the plants. Making watering plants more effective and efficient.
Keywords: Arduino uno, RTC DS1307, soil moisture sensor, watering pla
PENDAHULUAN
Perkembangan dan kemajuan teknologi saat ini kiat pesat terlebih setelah memasuki era revolusi industri 4.0 [1] . Revolusi industri 4.0 menekankan pada penguasaan teknologi
pintar untuk mendukung digitalisasi [2] . Teknologi yang semakin berkembang memicu untuk memunculkan banyak inovasi guna menciptakan kemudahan dalam setiap aspek kehidupan. Segala hal mulai dari kegiatan
sehari-hari yang dilakukan di rumah sampai kegiatan terkait pekerjaan perkantoran dan industri dapat dilakukan menjadi lebih mudah dan praktis. Kemudahan yang dirasakan didukung oleh adanya perangkat yang kompatibel untuk menciptakan alat inovasi seiring berjalannya kemajuan teknologi yang bernama Arduino. Arduino merupakan model mikrokontroller yang dapat membuat sistem pengendalian atau model purwarupa sebuah alat dengan memprogramnya menggunakan bahasa pemograman yang akan memudahkan keperluan atau kegiatan sehari-hari.
Salah satu kegiatan yang umum dilakukan oleh orang-orang di rumah yaitu berkebun atau sekedar memelihara tanaman di halaman rumah. Dalam memelihara tanaman ini dibutuhkan sedikit banyak perawatan yang harus dilakukan agar tanaman dapat tumbuh dengan subur dan sehat. Salah satu langkah perawatan yang penting untuk dilakukan adalah menyiram tanaman. Kegiatan menyiram tanaman perlu memperhatikan waktu atau kondisi tanah tanaman tersebut agar dapat mengoptimalkan pertumbuhan tanaman. Waktu yang paling tepat digunakan untuk menyiram tanaman adalah pagi dan sore hari karena pada pagi dan sore hari merupakan waktu yang ideal bagi tanaman untuk menyerap nutrisi dari air dan juga kondisi penguapan berada pada posisi yang rendah [3] . Proses penyiraman ini biasanya dilakukan secara langsung oleh pemiliknya.
Namun tidak jarang pemilik lupa ataupun sedang tidak berada di rumah untuk beberapa hari sehingga tidak dapat menyiram tanamannya tersebut.
Oleh karena itu untuk menyiasati agar kebutuhan air tanaman tetap terjaga dan tanaman tumbuh dengan baik maka pada proyek akhir ini dirancang sebuah prototypepenyiram tanaman kebun otomatis yang mampu menyiram tanaman secara terjadwal dan otomatis berbasis arduino untuk memudahkan penyiraman tanaman sehingga lebih efektif dan efisien. Penyiraman akan dilakukan pada waktu yang telah ditetapkan dengan mengacu pada nilai kelembaban tanahnya agar tanaman mendapatkan kebutuhan air yang cukup, tidak kekurangan ataupun kelebihan air.
Berdasarkan latar belakang yang telah dijabarkan, adapun tujuan dari pembuatan proyek ahir ini adalah:
Kelembaban tanah adalah air yang mengisi sebagian atau seluruh pori- pori tanah yang berada di atas water tabel (air tanah yang terperangkap di atas permukaan tanah) [4] . Nilai kelembaban tanah yang baik bagi pertumbuhan tiap-tiap tanaman berbeda namun secara umum nilai kelembaban yang ideal bagi tanaman adalah kisaran 40% - 97%
[3].
Arduino merupakan platform prototyping open-source hardware atau modul papan elektronik yang dapat digunakan untuk membuat projek berbasis pemrograman dengan menggunakan bahasa pemrograman tertentu dan memiliki prosesor mikrokontroller sebagai pengendalinya yaitu ATMega yang dirilis oleh Atmel AVR [5].
Gambar 1 Arduino Uno
Real Time Clock(RTC) merupakan perangkat elektronik yang memiliki atau menyimpan data berupa waktu. RTC dapat dikatakan sebagai jam elektronik dengan daya rendah yang berupa chip yang dapat menghitung waktu dengan akurat dan berguna untuk menjaga atau menyimpan data waktu tersebut secara real time. RTC seluruhnya menggunakan kode binari (BCD) dengan RAM nonvolatile (NV RAM) 56 byte, battery-backed dan akan menyediakan data dalam bentuk detik, menit, jam, hari, tanggal, bulan, dan tahun [6].
Gambar 2 Bentukfisik Real Time Clock (RTC)
Sensor inidapat men-sensingatau mendeteksi kondisi kelembaban tanah atau kandungan intensitas air dalam tanah (moisture). Sensor kelembaban terdiri dari
dua buah probe yang nantinya akan ditancapkan ke tanah untuk mendeteksi kelembaban tanahnya langsung pada media tanah tersebut.Sensor kelembaban ini memiliki value range atau keluaran hasil pembacaan sensor berupa nilai konversi ADC 10 bit yaitu 1024 dalam jangkah 0 -1023 [7].
Gambar 3 Sensor Kelembaban YL-69 Relay merupakan perangkat elektronik sebagai swtiching (saklar) yang dikendalikan atau bekerja dengan prinsip elektro-magnetik [8] . Relay menggunakan tegangan DC rendah yang mampu menghidupkan atau mematikan suatu alat atau sistem listrik bertegangan DC maupun AC yang lebih tinggi.
Gambar 4 Relay 5VDC
LCD atau Liquid Crystal Display merupakan sebuah komponen elektronik yang berfungsi sebagai media penampil (display)yang dapat menampilkan tulisan atau simbol maupun angka dari berbagai karakter yang dihubungkan dengan mikrokontroller untuk mengendalikannya.
LCD biasanya dilengkapi oleh Inter Integrated Circuit (I2C) untuk mengurangi banyaknya sambungan atau kabel antar pin ke perangkat lain. LCD menggunakan kristal cair (liquid crystal) untuk menghasilkan gambar atau teks sebagai tampilan (display).
Gambar 5 LCD 16x2
Pompa digunakan untuk mengalirkan air dari suatu tempat ke tempat lainnya dengan melalui selang ataupun pipa. Pompa ini
memiliki tegangan kerja 220 -240V dengan daya 29 Watt. Volume air yang dihasilkan dari pompa ini sebesar 1600 L/H.
Gambar 6 Pompa Aquarium
Arduino IDE (Integrated Development Environment) merupakan sebuah software (perangkat lunak) yang digunakan untuk melakukan pemrograman, pengembangan dan pengendalian pada pengaplikasiannya untuk mikronkontroller.
Gambar 7 Tampilan awal Arduino IDE Pada Arduino IDE ini dapat memungkinkan pengguna menulis source program dan mengeditnya dalam bahasa processing, kompilasi (compile) untuk mengubah kode program (bahasa processing) menjadi kode biner, serta mengunggah hasil kompilasi (upload) .
METODE
Perancangan sistem dibuat agar memudahkan dalam langkah – langkah proses yang harus dikerjakan untuk dapat merealisasikan alat. Sehingga nantinya diharapkan alat yang dibuat dapat sesuai dengan perancangan yang sebelumnya telah ditetapkan.
Gambar 8 Diagram Blok Sistem
Gambar 9 Rangkaian skematik koneksi pin pada
Arduino Uno
Tabel 1 Koneksi pin padaArduino Uno
Komponen Pin Arduino Uno Sensor
Kelembaban Pin Analog (A0), VCC, GND RTC Pin SCL, SDA, VCC, GND Relay Pin Digital PWM (6), VCC, LCD (I2C) GNDPin SCL, SDA, VCC, GND
Perancangan mekanis alat ini terdiri dari empat bagian utama yaitu bagian box elektronis, tempat penyimpanan air, tempat tanaman dan bagian alas.
Gambar 10 Desain 3D mekanik keseluruhan
Gambar 11 Flowchart alur kerja program Alat akan aktif apabila mendapat supply tegangan. Sensor kelembaban akan mendeteksi tingkat kelembaban tanah dengan menampilkan hasil pembacaan tingkat kelembaban yang berupa nilai ADCatau analog yang telah dikonversi menjadi persentase. Selanjutnya data dari RTC dan sensor kelembaban diterima oleh arduino dan diolah untuk mengaktifkan output.
Relay akan aktif dan juga mengaktifkan pompa secara otomatis sesuai dengan waktu yang telah di-setting yaitu jam 07.00 pagi dan 16.00 sore dan memenuhi kondisi kelembaban tanah yang ditentukan yaitu apabila nilai ADC lebih dari 900 (<12%) yang menandakan tanah dalam kondisi kering.
Relay akan mati apabila sensor kelembaban mendeteksi tingkat kelembaban tanah bernilai kurang dari 600 atau lebih dari 41%
kelembaban dalam persen yang menandakan tanah dalam keadaan air yang cukup atau keadaan basah sehingga pompa tidak aktif.
Selain pada jam yang telah ditentukan walaupun sensor kelembaban mendeteksi kelembaban sesuai kondisi yang telah ditentukan yaitu nilai analog >900maka relay dan pompa akan tetap dalam keadaan mati.
Begitu juga apabila pada jam yang telah ditentukan yaitu jam 07.00 dan 16.00 sensor mendeteksi kelembaban tanah masih dalam keadaan basah walaupun saat itu pada jadwal jam dimana pompa menyiram maka pompa akan tetap dalam keadaan mati.
Sehingga relay hanya akan mengaktfikan pompa untuk menyiram hanya jika kedua syarat yaitu jadwal menyiram dan nilai kelembaban yang ditentukan telah terpenuhi.
Waktu dan persentasekelembaban tanah akan selalu tertampil pada LCD saat sistem dalam keadaan aktif.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini membahas tentang proses pengujian dan pembahasan mengenai kinerja alat apakah dapat diimplementasikan sesuai dengan perencanaan yang telah dilakukan.
Serta mengetahui dan menganalisa hasil data yang diperoleh. Metode pengujian yang dilakukan terdiri dari pengujian fungsional yaitu pengujian masing-masing komponen yang digunakan dan pengujian kinerja keseluruhan alat.
Pengujian Sensor Kelembaban
Percobaan dilakukan menggunakan media tanah dengan kondisi tanah kering yang sudah dikeringkan terlebih dahulu di bawah terik matahari. Tanah yang digunakan merupakan tanah dengan kondisi kering sebanyak 0,95 gram dengan penambahan air bertahap. Tabel 2 menunjukan hasil pembacaan sensor kelembaban tanah terhadap kondisi tanah dengan penambahan air yang telah ditentukan. Gambar 10 menunjukan kondisi awal tanah yang diujikan
Gambar 10 Kondisi awal tanah yang diujikan dan hasil pembacaannya pada
serial monitor
Persentase nilai kelembaban didapatkan dengan melakukan perhitungan untuk mengkonversi nilai yang terbaca pada sensor menjadi persentase kelembaban sehingga mudah mengetahui kelembabannyadenganperhitungan di bawahini.
t t క tt
th tt (1)
Tabel 2 Hasil pembacaan sensor kelembaban tanah terhadap kondisi tanah
dengan penambahan air secara bertahap
Penambahan
0 1020 Sangat
Kering 0,29%
100 985 Kering 3,71%
200 848 Cukup
lembab 17,10%
300 716 Lembab 30,0%
400 571 Basah 44,18%
500 369 Sangat
Basah 63, 9%
600 255 Sangat
basah 78,0%
Berdasarkan pengujian tersebut juga dapat diketahui semakin besar nilai yang terbaca pada sensor kelembaban yaitu mendekati 1023 menunjukan bahwa kondisi tanah semakin kering. Begitupun sebaliknya semakin kecil nilai yang terbaca pada sensor kelembaban atau semakin ditambahkan air pada tanah akan menunjukan bahwa kondisi tanah semakin lembab atau semakin basah, yang berarti kandungan air pada tanah semakin banyak.
Pengujian Real Time Clock (RTC)
Pengujian RTC dilakukan untuk mengetahui apakah komponen RTC ini dapat mengakses data waktu yang up to dateatau sesuai dengan waktu yang berjalan saat ini.
Pengujian RTC dilakukan dengan mengkonfigurasikan pin RTC dengan pin arduino uno. Pin yang digunakan yaitu GND, VCC, SCL dan SDA
Tampilan setelah RTC berhasil di-setting akan menampilkan waktu sesuai dengan waktu pada PC yaitu waktu saat ini.
Tampilanpada serial monitor Arduino IDE setelah RTC berhasil di-setting seperti pada Gambar 11 dan saat waktu berjalan pada Gambar 12
Gambar 11 Tampilan pada serial monitor saat RTC berhasil di-setting
Gambar 12 menunjukan bahwa komponen RTC dapat berjalan dengan baik.
Saat sistem dalam keadaan mati dan dioperasikan kembali RTC tetap menyimpan data waktu yang telah di-setting karena telah dilengkapi dengan baterai eksternal sehingga waktu yang telah direkam akan disimpan dan terus diperbarui sehingga tidak perlu untuk melakukan setting ulang kembali
Gambar 12 Tampilan pada serialmonitor saat RTC berhasil di-setting
Pengujian Relay dan Pompa
Pengujian relay dilakukan untuk mengetahui apakah relay dapat bekerja dengan baik sesuai yang diperintahkan melalui program. Untuk melakukan pengujian relay langkah yang pertama dilakukan dengan merangkai relay terlebih dahulu
dengan arduino, kemudian setelah relay berfungsi sesuai yang diharapkan yaitu dengan mengamati indikator LED pada modul relay kemudian disambungkan dengan pompa sebagai perangkat yang nantinya mendapat suplai 220V untuk bisa mengaktifkannya sehingga dapat bekerja dan mengeluarkan air.
Gambar 13 Pengujian relay danpompa Pengujian pada relay diprogram agar relay dapat mengaktifkan pompa saat memenuhi nilai kelembaban tanah yang telah ditentukan yaitu >900 dan akan otomatis mati saat sensor kelembaban mendeteksi kelembaban tanah <600. Hasil pengujian relay ditampilkan pada Tabel 3.
Tabel 3 Hasil pengujian relay
1 Kelembaban Tanah
2 Kondisi
Tanah 3 Pompa
4 1020 5 Kering 6 ON
7 1011 8 Kering 9 ON
10 953 11 Kering 12 ON
13 467 14 Basah 15 OFF
16 324 17 Basah 18 OFF
Pengujian Liquid Crysta Display (LCD) Pengujian LCD dilakukan untuk mengetahui kinerja LCD apakah dapat berjalan dengan baik sesuai fungsinya sebagai perangkat penampil. LCD disambungkan dengan I2C untuk dapat melakukan komunikasi serial sinkron sehingga mengurangi penggunaan jumper atau pengkabelan antara arduino dan LCD.
Gambar 14 Pengujian LCD 16x2
Dari hasil pengujian LCD diperoleh bahwa LCD dapat menampilkan karakter sesuai pada program yang telah dibuat. Pada baris pertama LCD dapat menampilkan waktu yaitu jam, menit, dan detik. Serta pada baris kedua LCD dapat menampilkan hasil pendeteksian kelembaban tanah. Gambar 14 menunjukan gambar hasil tampilan pada LCD 16x2.
Pengujian keseluruhan alat dilakukan untuk mengetahui bahwa alat dapat bekerja dengan baik secara keseluruhan sesuai dengan perancangan yang telah dilakukan sebelumnya. Gambar 15 merupakan realisasi dari perancangan mekanis prototype penyiram tanaman kebun secara terjadwal berbasis arduino.
Gambar 15 Realisasi prototype penyiramtanaman
Tabel 4 Tabel hasil pengujian keseluruhan
Harike- Jam KelembabanTanah Pompa
1 07.00 961 ON
16.00 910 ON
2 07.00 623 OFF
16.00 944 ON
3 07.00 916 ON
16.00 785 OFF
4 07.00 843 OFF
16.00 924 ON
Saat sistem aktif, LCD langsung menampilkan waktu yaitu jam, menit, dan detik yang terus berjalan secara real time serta menampilkan kelembaban tanah yang dideteksi oleh sensor kelembaban tanah.
Tabel 4 merupakan tabel hasil pengujian
keseluruhan sistem. Percobaan dilakukan selama 4 hari berturut-turut untuk mengetahui kinerja alat tersebut. Saat waktu menunjukan pukul 7.00 dan 16.00 serta kelembaban tanah yang dideteksi oleh sensor kelembaban tanah memenuhi kriteria yang telah ditentukan, maka pompa otomatis akan aktif untuk menyiram tanaman tersebut sampai sensor kelembaban tanah mendeteksi kandungan air atau kelembaban yang cukup sehingga akan mematikan pompa dan berhenti untuk menyiram tanaman
KESIMPULAN
1. Telah dibuat prototype penyiram tanaman kebun secara terjadwal berbasis arduino. Keseluruhan sistem dapat berjalan dengan baik sesuai instruksi yang telah diprogramkan.
2. Penyiraman dilakukan sesuai dengan waktu dan tingkat kelembaban tanah yang telah ditentukan yaitu pada jam 07.00 dan 16.00 saat kelembaban tanah yang terbaca memenuhi nilai yang terbaca sensor yaitu >900.
3. Pompa akan berhenti menyiram sesuai dengan kelembaban yang telah ditentukan yaitu <600 yang terbaca pada sensor kelembaban, dan tidak akan menyiram selainpada jadwal yang telah ditentukan.
PUSTAKA ACUAN
Soetopo W Prasetyo Hoedi, Industri 4.0 : Telaah Klasifikasi Aspek dan Arah Perkembangan Riset, 2018.
Deny Nusyirwan, "Purwarupa Pendeteksi Berat Bubu Mempergunakan Arduino Sebagai Alat Inovasi Alat Tangkap Nelayan Menuju Revolusi Industri 4.0,"
Jurnal Teknoinfo, vol. 13, no. 2, 2019.
Benediktus Dimas Eka Prasetyanta,
"Purwarupa Sistem Kontrol Dan Pemantauan Greenhouse Untuk Pembibitan Anggrek Dendrobium Dengan Tampilan Web," Teknik Elektro, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta, Tugas Akhir 2017.
Jamulya and Suratman Woro Suprojo, Pengantar Ilmu Tanah. Yogyakarta: UGM Press, 1993.
Dr.Junaidi, S.Si., M.Sc and Yulian Dwi Prabowo, Project Sistem Kendali Elektronik Berbasis ARDUINO. Bandar Lampung: AURA, 2018.
Ruri Hartika Zain, "Sistem Keamanan Ruangan Menggunakan Sensor Passive Infra Red (PIR) Dilengkapi Kontrol Penerangan Pada Ruangan Berbasis Mikrokontroler ATmega8535 Dan Real Time Clock," Jurnal Teknologi Informasi Dan Pendidikan, vol. 6, no. 1, Maret 2013.
Caesar Pats Yahwe, Isnawaty , and L.M Fid Aksara, "Rancang Bangun Prototype System Monitoring Kelembaban Tanah Melalui SMS Berdasarkan Hasil Penyiraman Tanaman "Studi Kasus Tanaman Cabai dan Tomat"," semanTIK, vol. 2, no. 1, pp. 97-110, Januari-Juni 2016.
Ryan Saputra, "Rancang Bangun Pencampur Cat Otomatis Berbasis Mikrokontroler,"
Teknik Komputer, Unikom, Tugas Akhir 2014.