ABSTRACT
DESIGN OF AUTOMATIC DRIP IRRIGATION BASED ON
CHANGE OF SOIL WATER CONTENT USING ARDUINO
NANO MICROCONTROLLER
By
Rendy Franata
One of the irrigation system that allows to regulate the amount of water needed by crop is a drip irrigation system. Formerly, the schedule of water irrigation in drip irrigation only used a timer. This research makes a tool design which is able to overcome these problems, that is by designing a microcontroller which is able to regulate the provision of irrigation water in drip irrigation systems automatically based on change of soil water content. This study was conducted in May 2014 – August 2014 at the Greenhouse and Water and Land Resources Laboratory of Agricultural Engineering Department, University of Lampung. The parameters observed in this study are the change of soil water content, irrigation flow rate, bulk density of soil, and dripper uniformity. This study uses three types of growing medium, i.e. sand, red-yellow podzolic soil, and mix soil with organic nitrofosfat fertilizer. Calibration tests showed a linear function, for sand medium y = – 0.23x + 46.96 with percent error ± 5.22%, for red-yellow podzolic soil and mix soil with organic nitrofosfat fertilizer medium y = – 0.71x + 104.07 with percent error ± 2.92%. The results showed a high irrigation uniformity, the value of average CU = 96.50% and value of average SU = 96.85%.
ABSTRAK
RANCANG BANGUN SISTEM IRIGASI TETES OTOMATIS
BERBASIS PERUBAHAN KADAR AIR TANAH DENGAN
MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ARDUINO NANO
Oleh
Rendy Franata
Salah satu sistem irigasi yang memungkinkan untuk mengatur jumlah air sesuai dengan kebutuhan tanaman adalah sistem irigasi tetes. Selama ini penjadwalan pemberian air pada irigasi tetes hanya menggunakan pengatur waktu (timer). Pada penelitian ini dilakukan perancangan alat yang mampu mengatasi permasalahan tersebut, yaitu dengan merancang suatu mikrokontroler pengatur pemberian air irigasi pada sistem irigasi tetes secara otomatis berdasarkan perubahan kadar air tanah. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Mei 2014 - Agustus 2014 di Green House dan Laboratorium Rekayasa Sumber Daya Air dan Lahan Jurusan Teknik Pertanian Universitas Lampung. Parameter pengamatan dalam penelitian ini adalah perubahan kadar air, debit aliran irigasi, keseragaman penetes dan bulk density. Penelitian ini menggunakan 3 jenis media tanam, yaitu pasir, tanah Podzolik Merah Kuning (PMK) dan campuran tanah PMK dengan pupuk organik nitrofosfat (kompos). Dari hasil uji kalibrasi alat didapatkan fungsi linear untuk media pasir y = – 0.23x + 46.96 dengan persentase error ± 5.22%, kemudian untuk media tanah PMK dan kompos y = – 0.71x + 104.07 dengan persentase error ± 2.92%. Hasil penelitian menunjukkan keseragaman irigasi yang sangat tinggi, yaitu rata-rata CU sebesar 96.50% dan rata-rata SU sebesar 96.85%.
RANCANG BANGUN SISTEM IRIGASI TETES OTOMATIS BERBASIS PERUBAHAN KADAR AIR TANAH DENGAN MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLER ARDUINO NANO
(Skripsi)
Oleh
RENDY FRANATA
FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS LAMPUNG
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kecamatan Martapura, Kabupaten Ogan Komering Ulu (OKU) Timur, Provinsi Sumatera Selatan, pada tanggal 16 Juni 1992, sebagai anak pertama dari dua bersaudara dari pasangan Bapak Kamaludin dan Ibu Ernely Juwita.
Penulis menyelesaikan pendidikan taman kanak-kanak di TK Ramadhan Martapura pada tahun 1996, pendidikan sekolah dasar di SD Negeri 120 Martapura pada tahun 2004, pendidikan sekolah
menengah pertama di SMP Negeri 2 Martapura pada tahun 2007 dan sekolah menengah atas di SMA Negeri 3 Martapura pada tahun 2010.
Tahun 2010 penulis melanjutkan studi di Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Lampung pada bulan September melalui jalur Penelusuran Kemampuan Akademik dan Bakat (PKAB). Penulis pernah menjadi asisten dosen mata kuliah Pemrograman Komputer serta terdaftar aktif sebagai anggota kepengurusan Persatuan Mahasiswa Teknik Pertanian (PERMATEP) Bidang Penelitian dan Pengembangan (Litbang) periode kepengurusan 2012 – 2013. Pada tahun 2013 penulis melaksanakan Praktik Umum (PU) di PTPN VII Rejosari, Kecamatan Natar, Kabupaten Lampung
ix (CPO) dan Palm Kernel (PK) serta Proses Pengolahan Limbah Kelapa Sawit di PT Perkebunan Nusantara VII (Persero) Unit Usaha Rejosari, Natar, Lampung Selatan”.
Penulis juga pernah mendapatkan prestasi sebagai mahasiswa terbaik angkatan 2010 yang diselenggarakan oleh PERMATEP pada tahun 2013. Penulis berhasil mencapai gelar Sarjana Teknologi Pertanian (S.TP.) S1 Teknik Pertanian pada tahun 2014 dengan
Indeks Prestasi Komulatif (IPK) 3,82 dengan predikat “Cum Laude”dan menyelesaikan
skripsi yang berjudul “Rancang Bangun Sistem Irigasi Tetes Otomatis Berbasis
Alhamdulillahhirobbil’alamin
, Puji syukur ku panjatkan ke hadirat Allah SWT
yang selalu mencurahkan rahmat, berkah, nikmat, dan karunia-Nya kepadaku
selama ini, hingga aku bisa menyelesaikan studiku di Universitas Lampung ini.
Terimakasih ya Allah, tak henti-hentinya ku panjatkan rasa syukur teramat
besar ini atas semua kuasa-Mu.
Kupersembahkan Karya Tulisku Ini Untuk:
Ayah dan Ibuku tercinta
Serta
Adikku tersayang
Terimakasih atas segala kasih saying, perhatian, cinta, doa, dan dukungan baik
moril, maupun materil yang telah kalian berikan kepadaku selama ini. Tiada
yang lebih indah selain kasih sayang yang kurasakan dalam keluargaku tercinta
ini. Aku bersyukur telah menjadi bagian dari keluarga yang indah ini. Semoga
Allah SWT selalu menjaga kebahagiaan ini. Aamiin.
Keluarga Besarku
Serta
Semua orang yang aku sayangi dan yang selalu mendukungku
Almamaterku Tercinta
SANWACANA
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas limpahan rahmat, anugerah, serta karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini
dengan judul “Rancang Bangun Sistem Irigasi Tetes Berbasis Perubahan Kadar
Air Tanah dengan Menggunakan Mikrokontroler Arduino Nano”. Skripsi ini
dibuat guna melengkapi salah satu syarat dalam mencapai gelar Sarjana Teknologi Pertanian jenjang pendidikan Strata Satu Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Lampung.
Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Ir. Oktafri, M.Si., selaku dosen pembimbing akademik dan
pembimbing utama dalam penyusunan skripsi ini, penulis menyampaikan rasa terimakasih mendalam karena telah memberikan waktunya untuk membimbing dan mengarahkan penulis dengan penuh perhatian dan kesabaran selama penelitian ini hingga selesai.
2. Bapak Ahmad Tusi, S.T.P., M.Si., selaku pembimbing kedua yang selalu memberikan masukan ide, saran, bimbingan, dan pengarahan selama penulisan skripsi.
xii 4. Bapak Dr. Ir. Agus Haryanto, M.P., selaku ketua Jurusan Teknik
Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Lampung yang telah memberikan saran dan pengarahan untuk perbaikan skripsi ini. 5. Bapak Prof. Dr. Ir. Wan Abbas Zakaria, M.S., selaku Dekan Fakultas
Pertanian Universitas Lampung.
6. Keluargaku tercinta, yang tiada henti memberikan doa untuk keselamatan dan keberhasilan penulis serta memberikan semangat baik spiritual, moril maupun materil selama ini.
7. Seluruh Staf Administrasi dan Keluarga Besar Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Lampung.
Penulis berharap semoga penelitian ini dapat bermanfaat untuk masyarakat pada umumnya dan untuk mahasiswa Jurusan Teknik Pertanian pada khususnya. Penulis menyadari bahwa, masih banyak kekurangan maupun kekeliruan dalam tulisan ini. Oleh karena itu, diharapkan adanya kritik dan saran yang membangun demi perbaikan dan peningkatan pada penelitian serupa pada masa yang akan datang.
Akhir kata semoga Allah SWT senantiasa memberikan rahmat serta hidayah-Nya untuk kita semua. Aamiin.
Bandar Lampung, 9 September 2014 Penulis
DAFTAR ISI
2.1.3 Pengukuran Kadar Air Tanah ... 6
2.2 Irigasi ... 7
2.2.1 Irigasi Tetes ... 8
2.2.2 Hidrolika Irigasi Tetes ... 9
2.2.3 Keuntungan Irigasi Tetes ... 10
2.2.4 Keseragaman Irigasi Tetes ... 11
2.3 Mikrokontroler ... 13
xiv
3.4 Pelaksanaan Penelitian ... 19
3.4.1 Rancang Bangun Mikrokontroler ... 19
3.4.2 Cara Kerja Mikrokontroler ... 20
3.4.3 Uji Kinerja Mikrokontroler pada Sistem Irigasi Tetes ... 23
3.5 Parameter Pengamatan ... 24
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisis Sifat Fisik Tanah ... 25
4.2 Rancangan Mikrokontroler ... 27
4.3 Pemrograman Software ... 29
4.3.1 Menjalankan Arduino IDE ... 29
4.3.2 Menguji Arduino dengan LED ... 30
4.3.3 Menguji Sensor dan Relay... 30
4.3.4 Menguji RTC ... 33
4.3.5 Menguji SD Card Library ... 34
4.4 Kalibrasi Alat ... 34
4.5 Uji Keseragaman Irigasi ... 37
4.6 Uji Kinerja Alat ... 38
V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 40
5.2 Kendala-Kendala Penelitian ... 41
5.3 Saran ... 41 DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR TABEL
Tabel Teks Halaman
1. Kriteria keseragaman irigasi tetes (Prijono, 2013)... 12
2. Hasil pengukuran BD (gr/cm3) ... 26
3. Hasil pengukuran kadar air pada saat kalibrasi ... 34
4. Persentase error ... 36
5. Keseragaman dan debit aliran irigasi tetes ... 37
DAFTAR GAMBAR
Gambar Teks Halaman
1. Skema sistem irigasi tetes ... 9
2. Komponen sistem irigasi tetes ... 17
3. Komponen mikrokontroler ... 18
4. Skema rancangan sistem irigasi tetes ... 18
5. Diagram alir rancang bangun mikrokontroler ... 19
6. Cara kerja mikrokontroler pada sistem irigasi tetes ... 20
7. Kode program pada saat kalibrasi alat ... 22
8. Diagram alir uji kinerja sistem irigasi tetes otomatis ... 23
9. Segitiga tekstur untuk media pasir ... 25
10. Segitiga tekstur untuk media tanah Podzolik Merah Kuning (PMK) 25 11. Rancangan mikrokontroler ... 27
12. Pin out rangkaian mikrokontroler ... 28
13. Tampilan program arduino ... 29
14. Grafik fungsi linear hasil kalibrasi alat pada media pasir... 35
15. Grafik fungsi linear hasil kalibrasi alat pada media tanah PMK ... 35
16. Grafik perubahan kadar air selama 1 bulan ... 39
17. Soil moisture sensor type FC-28 ... 52
18. Pin Analog Soil Moisture Sensor ... 52
19. Kerak kotoran yang menempel pada permukaan sensor ... 52
20. Relay 2-Channel dan Relay 1-Channel... 53
21. Arduino Nano V 3.0 ... 53
22. RTC I2C DS1307 dan SD Card Module ... 53
23. Pompa dengan head 2M... 54
24. Rangkaian Mikrokontroler ... 54
25. Uji sampel keseragaman irigasi ... 54
26. Sampel pengukuran BD ... 55
27. Kalibrasi alat di laboratorium ... 55
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Irigasi secara umum didefinisikan sebagai penggunaan air pada tanah untuk keperluan penyediaan cairan nutrisi yang dibutuhkan untuk pertumbuhan tanaman (Hansen, Israelsen, dan Stringham, 1992). Salah satu sistem irigasi yang
memungkinkan untuk mengatur jumlah air sesuai dengan kebutuhan tanaman adalah sistem irigasi tetes (drip irrigation). Irigasi tetes sebagaimana
didefinisikan oleh Sumarna (1998), merupakan metode pemberian air dengan debit yang rendah. Sistem irigasi tetes dapat menghemat pemakaian air karena dapat meminimumkan kehilangan air yang mungkin terjadi, seperti kehilangan karena perkolasi, evaporasi, dan aliran permukaan, sehingg irigasi tetes cocok digunakan untuk tanaman yang bernilai ekonomi tinggi yang dibutuhkan pasar.
Sistem irigasi tetes sederhana dapat dilakukan secara gravitasi. Namun cara ini kurang efektif apabila dibandingkan dengan sistem irigasi tetes yang
menggunakan pompa sebagai mesin untuk mengalirkan air. Selain itu juga pada sistem irigasi tetes secara gravitasi tidak dapat dilakukan penjadwalan irigasi secara otomatis, dikarenakan tidak ada rangkaian elektronik yang dapat diterapkan pada sistem tersebut. Pengatur penjadwalan irigasi tetes pada umumnya
2
efektif untuk memberikan air irigasi apabila dibandingkan dengan sistem sensor pada mikrokontroler, karena tidak mampu mengatur pemberian air sesuai dengan kebutuhan air tanaman.
Mikrokontroler adalah sebuah chip yang berfungsi sebagai pengontrol rangkaian elektronik dan umunya dapat menyimpan program di dalamnya. Mikrokontroler umumnya terdiri dari CPU (Central Processing Unit), memori, I/O tertentu, dan unit pendukung seperti Analog-to-Digital Converter (ADC) yang sudah
terintegrasi di dalamnya (http://elektronika-dasar.web.id., 2012).
Berkembangnya teknologi mikrokontroler saat ini tentunya akan mempermudah pekerjaan manusia. Mikrokontroler dapat diprogram menggunakan komputer sehingga rangkaian elektroniknya dapat membaca input data lalu memproses dan mengeluarkan outputnya sesuai perintah program yang diberikan. Salah satu jenis mikrokontroler yang terbaru saat ini adalah mikrokontroler Arduino (Arduino.cc, 2014).
Aplikasi mikrokontroler untuk penjadwalan pemberian irigasi tentu menjadi hal yang sangat bermanfaat untuk dilakukan. Menurut Arriska, Setiawan, dan Saptomo (2013) penjadwalan irigasi secara otomatis sangat mendukung disaat cuaca yang susah diprediksi akibat adanya perubahan iklim global dan perubahan pola hujan, sehingga meningkatkan ketidakpastian ketersediaan air.
Mikrokontroler juga dapat mengurangi rutinitas kerja dalam mengairi tanaman yang selalu dilakukan operator pada umumnya.
3
untuk menunjang kegiatan irigasi tanaman yang lebih terkontrol dan akurat, otomatisasi irigasi juga dapat dijadikan sebagai sarana menuju irigasi teknis yang lebih modern. Salah satu sistem irigasi yang baik untuk dikembangkan ke arah otomatisasi tersebut adalah irigasi tetes, yaitu irigasi bertekanan rendah dengan efisiensi penggunaan air irigasi paling tinggi dibandingkan dengan sistem irigasi yang lainnya. Mikrokontroler beserta komponen sensor-sensor pendukungnya tentu mampu untuk diaplikasikan dalam otomatisasi sistem irigasi tetes tersebut.
1.2 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan rancang bangun sistem irigasi tetes yang mampu bekerja secara otomatis berdasarkan perubahan kadar air tanah menggunakan mikrokontroler serta menguji kinerja mikrokontroler tersebut pada 3 media tanam yang berbeda.
1.3 Rumusan Masalah
Sistem irigasi tetes merupakan sistem irigasi yang memberikan efisiensi penggunaan air yang paling tinggi dibandingkan dengan sistem irigasi yang lainnya. Irigasi tetes merupakan irigasi bertekanan rendah yang bekerja secara terus-menerus dengan debit yang tetap. Pada irigasi tetes dapat dilakukan penjadwalan irigasi dengan teratur, sehingga dapat memudahkan pekerjaan operator dalam megairi tanaman. Namun penjadwalan irigasi tetes yang biasa dilakukan hanya berdasarkan pada aspek frekuensi banyak dan lamanya
4
mikrokontroler yang mampu mengatur pemberian air irigasi pada sistem irigasi tetes secara otomatis. Mikrokontroler bekerja berdasarkan prinsip perubahan kadar air tanah, yaitu dengan memberikan batasan-batasan tertentu sebagai pembacaan untuk pengkondisian pada programnya. Batasan-batasan kerja mikrokontroler adalah ketika kadar air mencapai titik kritis maka pompa irigasi mulai bekerja, kemudia pada saat kadar air mencapai kapasitas lapang maka pompa irigasi berhenti bekerja. Sehingga sistem irigasi tetes dapat bekerja lebih efektif dan efisien khususnya dalam pemberian air irigasi tanaman.
1.4 Manfaat Penelitian
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sifat Fisik Tanah
2.1.1 Kerapatan Isi Tanah (BD)
Kerapatan isi tanah (Islami dan Utomo, 1995). atau Bulk Density (BD) adalah nisbah antara massa total tanah dalam keadaan kering (Mtk) dengan volume total tanah (Vt) atau dapat ditulis :
BD = M kV ………(1)
keterangan:
BD : bulk density/kerapatan isi (gr/cm3)
Mtk : massa total tanah dalam keadaan kering (gr) Vt : Volume total tanah dalam keadaan kering (cm3)
2.1.2 Tekstur Tanah
6
method), metode pipet, metode hydrometer, dan metode segitiga tekstur (A. Christanti,
Riza, Utami, dan Widianto, 2012).
Tanah berpasir yaitu tanah yang memiliki kandungan pasir > 70%, porositasnya rendah <40%, sebagian besar ruang porinya adalah pori makro sehingga memiliki aerasi yang baik dan memiliki zat hara yang rendah. Tanah bertekstur liat jika memiliki kandungan liatnya >35%, porositasnya relatif tinggi 60%, sehingga memilki daya hantar air sangat lambat dan sirkulasi udara yang kurang lancar (Islami dan Utomo, 1995).
Kemampuan tanah untuk menahan air yang terlalu besar mengakibatkan aerasi kurang, sehingga pertumbuhan tanaman akan terhambat. Oleh karena itu, jika air dalam media terlalu banyak justru menghambat pertumbuhan.. Komposisi media tanam menunjukkan pengaruh yang sangat nyata pada tinggi tanaman, jumlah daun, indeks luas daun, bobot basah, bobot kering serta pada panjang akar (Mechram, 2006).
2.1.3 Pengukuran Kadar Air Tanah
A. Metode Gravimetrik
7
B. Metode Daya Hantar Listrik/Metode Tahanan (Resistance Method) Metode ini menggunakan bahan porous seperti gipsum, nilon, atau fiberglass memiliki tahanan listrik yang berhubungan dengan kandungan airnya. Jika blok bahan tersebut dihubungkan dengan elektroda, dan kemudian ditempatkan tanah basah di atasnya, maka blok bahan tersebut akan menyerap air sampai mencapai kesetimbangan. Tahanan listrik blok ditentukan oleh kandungan air. Hubungan antara pembacaan tahanan dan kandungan air dapat ditentukan melalui kalibrasi. Akurasi pembacaan kelengasan dalam kisaran 1-15 bar.
C. Metode Tegangan
Metode ini menggunakan tensiometer lapangan, yaitu mengukur tegangan dimana air diikat/dipegang oleh matriks tanah. Kisaran kemampuannya untuk mengukur kelengasan tanah antara 0–0.8 bar. Ada juga yang disebut tension plate untuk kondisi di laboratorium. Tanah ditempatkan pada piring porus kemudian dilakukan penghisapan (suction). Kisaran ukurannya 0-1 bar. Selain itu dapat juga menggunkan pressure membrane, menggunakan piring porous yang tahan sampai tekanan 100 bars (Martinus, Mudjiharjati, Suyono dan Wustamidin, 2003).
2.2 Irigasi
Irigasi merupakan usaha penambahan air pada saat cadangan air di dalam tanah tidak mencukupi. Manfaat dari tersedianya air irigasi antara lain adalah untuk :
8
2. Memelihara kelembaban tanah dan udara, yaitu menciptakan lingkungan yang sesuai bagi pertumbuhan tanaman.
3. Mempermudah pekerjaan pengolahan tanah.
4. Membantu usaha pencucian zat-zat di dalam tanah yang tidak dikehendaki. 5. Membantu proses pemupukan.
6. Mencegah pertumbuhan gulmam (Sumarna, 1998).
2.2.1 Irigasi Tetes
Irigasi tetes adalah sistem irigasi yangbekerja hampir terus menerus dengan debit aliran yang kecil. Irigasi tetes hanya membasahi sebagain kecil zona akar
potensial. Akar pada zona tersebut dapat menyerap air dengan cepat karena potensial air yang tinggi, ketersediaan air, dapat dipertahankan. Keuntungan utama dari irigasi tetes adalah penghematan jumlah air yang digunakan. Keuntungan lainnya yaitu dapat diterapkan pada daerah yang sangat curam dan kemampuan untuk mempertahankan potensi air tanah lebih seragam (Foth, 1998).
Skema rancangan irigasi tetes tersusun dari berbagai komponen, yaitu pipa utama, pipa sub-utama, pipa lateral, alat penetes (emitter), pompa air, saringan, katup-katup, pengontrol tekanan, dan umumnya dilengkapi dengan alat injektor pupuk (Gambar 1).
9
atmosfer), dengan mengatur besarnya tekanan sistem irigasi ini mampu
memberikan jumlah serta kecepatan pemberian air yang sesuai dengan kebutuhan tanaman (Sumarna, 1998).
Gambar 1. Skema sistem irigasi tetes
2.2.2 Hidrolika Irigasi Tetes
Irigasi tetes adalah metode pemberian air irigasi yang mampu memberikan efisiensi yang tinggi dalam penggunaan air dan juga hasil produksi yang tinggi. Irigasi tetes umumnya digunakan untuk tanaman sayuran (hortikultura). Pada penelitian Sapei dan Kusumawati (2003) mempelajari pengaruh irigasi tetes berkelanjutan dengan menggunakan satu emitter dan dua emitter pada penyebaran air dan hasil produksi tanaman, menunjukkan hasil bahwa irigasi dengan
10
daun yang lebih banyak daripada menggunakan satu buah emitter. Pada
umumnya, irigasi yang berkelanjutan (continous) memberikan dampak yang lebih baik dibandingkan irigasi secara terputus-putus.
Pada metode irigasi tetes air dialirkan melalui suatu jaringan pipa, yang biasanya terdiri dari pipa utama, sub-utama dan pipa lateral, untuk selanjutnya dikeluarkan melalui penetes ke daerah perakaran tanaman. Aliran air dalam pipa-pipa tersebut akan menimbulkan gaya yang bekerja pada dinding pipa sebelah dalam. Gaya tersebut terdiri dari: (1) gaya statis, yang selalu terdapat pada dinding pipa meskipun air tidak mengalir, dan (2) tegangan geser, yaitu gaya yang ditimbulkan oleh gerakan air sebagai akibat dari energi kinetis. Tegangan geser yang bekerja pada dinding pipa menimbulkan gesekan pada permukaan itu. Selama mengalir di dalam pipa, aliran akan kehilangan tekanan sama besar dengan yang digunakan untuk mengatasi gesekan tersebut. Perhitungan tekanan yang hilang akibat gesekan sangat ditentukan oleh karakteristik aliran sepanjang pipa (Sumarna, 1998).
2.2.3 Keuntungan Irigasi Tetes
Keuntungan menggunakan teknologi irigasi tetes dibandingkan dengan penyiraman tanaman secara manual antara lain adalah sebagai berikut: (Kasiran, 2006).
1. Peralatan yang digunakan (khususnya pipa distribusi) sudah teruji tahan lama, tahan terhadap segala cuaca, bahan kimia, tekanan dari dalam dan dari luar, dan anti karat karena terbuat dari polyethylen.
11
3. Sangat efisien dalam penggunaan air, karena air dialirkan ke tanaman tetes demi tetes dan dapat diatur sesuai kebutuhan tanaman dan dapat diusahakan menuju otomatiasis irigasi.
4. Dapat mencegah kehilangan pupuk pada zona perakaran karena tercuci (leaching).
5. Dapat mengurangi resiko kerusakan tanaman akibat penyiraman, seperti tanaman roboh/patah karena tertimpa slang, dan sebagainya
6. Kegiatan budidaya tidak lagi tergantung pada musim, lahan dapat ditanami sepanjang tahun sehingga indek penanaman meningkat.
7. Dapat menekan pengunaan dan biaya tenaga kerja.
Efisiensi pemakaian air dengan sistem irigasi tetes pada pertanaman sayuran dapat mencapai antara 90 – 100 persen, bila dilaksanakan dengan cermat, terampil dan beraturan (Sumarna, 1998). Penelitian lainnya tentang irigasi tetes juga telah dilakukan dengan menggunakan emitter jenis line sources, yaitu berupa kain polyester, yang menunjukkan tingkat keseragaman yang cukup tinggi dengan nilai keseragaman penyebaran sebesar 74,6% (Afriyana, Tusi, dan Oktafri, 2012).
2.2.4 Keseragaman Irigasi Tetes
Keseragaman irigasi tetes berdasarkan rumus Christiansen (1942) dapat dihitung sebagai berikut:
CU = { − ∑ xi−x̅
12
Keterangan:
CU : coefficient uniformity/koefisien keseragaman irigasi (%)
xi : volume air pada wadah ke i (ml)
x̅ : nilai rata-rata dari volume air pada wadah (ml)
Σ(xi –x̅) : jumlah deviasi absolut rata-rata pengukuran (ml)
Rumus GW Assough and GA Kiker (2002)
cv =
x̅ ………...(4)SU = − CV x ………..…(5)
Keterangan:
CV : koefisien variasi (%) s : standar deviasi
SU : statistical uniformity/keseragaman statistik (%) Tabel 1. Kriteria keseragaman irigasi tetes (Prijono, 2013).
13
2.3 Mikrokontroler
2.3.1 Arduino
Mikrokontroler Arduino merupakan sebuah platform dari physical computing
yang bersifat open source. Secara umum Arduino terdiri dari dua bagian, yaitu: 1. Hardware, yaitu papan input/output (I/O).
2. Software; meliputi Arduino Integrated Development Environment (IDE) untuk menulis program, driver untuk koneksi dengan komputer, contoh program dan library untuk pengembangan program.
Banyak projek dan alat-alat dikembangkan oleh akademisi dan profesional dengan menggunakan Arduino, selain itu juga terdapat banyak modul pendukung (sensor, tampilan, penggerak dan sebagainya) yang dibuat oleh pihak lain untuk bisa disambungkan dengan Arduino. Arduino berevolusi menjadi sebuah platform serta menjadi pilihan dan acuan bagi banyak praktisi. Diagram rangkaian elektronik arduino bersifat gratis, sehingga dapat digunakan oleh semua orang. Keunggulan mikrokontroler arduino dibandingkan dengan mikrokontroler lainnya, yaitu: 1) lebih murah, 2) dapat beroperasi lintas platform, 3) sangat mudah dipelajari dan digunakan, dan 4) sistem yang terbuka, baik dari sisi hardware dan softwarenya. Mikrokontroler arduino terdiri dari berbagai jenis, seperti: Arduino Uno, Arduino Mega, Arduino Fio, Arduino Lilypad, Arduino Mini, dan Arduino Nano (Arduino.cc, 2014).
14
dapat mengurangi pekerjaan rutin yang selalu dilakukan oleh operator. Salah satu contoh kontrol otomatis adalah mikrokontroler ATMega328P. Fungsi sistem kontrol otomatis adalah untuk mengatur dan merekam data kemudian
menyimpannya.
Sistem kontrol otomatis terdiri dari perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software). Hardware terdiri dari beberapa sensor, mikrokontroler, jam, kartu memori, relay, baterai dan katup solenoid. Software adalah sebuah program untuk mikrokontroler yang menggunakan bahasa pemrograman C / C++ (Arriska, dkk., 2013).
2.3.2 Modul Pendukung
Soil Moisture Sensor
15
Relay
Keluaran dari hasil pembacaan sensor kelembaban tanah dapat dimodifikasi menjadi
sinyalkendali on/off pada relay sesuai dengan batas minimum dan maksimum
kelembaban yang diinginkan. Keluaran logika pada alat dapat digunakan untuk
mengendalikan perangkat luar, misalnya pompa air (Stevanus dan Setiadikarunia,
2013).
Berdasarkan hasil penelitian Rizal (2012), didapatkan bahwa:
1. Penerapan sistem kontrol pada irigasi menghasilkan akurasi waktu yang tinggi dan memberikan respon sesuai dengan input pada kontrol.
2. Sistem kontrol waktu yang diterapkan pada irigasi tetes dapat memberikan air sesuai dengan kebutuhan air tanaman.
3. Respon waktu sistem kontrol dapat diatur sesuai dengan pengaturan waktu yang akan diberikan.
Data Logger dan Real Time Clock (RTC)
Perekaman data adalah proses pengumpulan data dari sensor dengan tujuan pengarsipan atau tujuan analisis. Data logger merupakan perangkat elektronik yang mampu merekam otomatis data tersebut secara continue. Penelitian tentang prinsip kerja data logger telah dilakukan oleh Lysbetti dan Ervianto (2012), yaitu
16
RTC mampu memberikan informasi waktu dan tanggal dari setiap proses yang terjadi pada program kemudian mentransfernya sebagai data untuk direkam oleh
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat
Penelitian dilaksanakan pada bulan Mei 2014 - Agustus 2014 di Greenhouse dan Laboratorium Rekayasa Sumber Daya Air dan Lahan (RSDAL), Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Lampung.
3.2 Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan pada penelitian adalah sebagai berikut
1. Sistem irigasi tetes yang terdiri dari beberapa komponen, seperti: pompa akuarium, pipa polyethylene (PE), selang emitter, regulating stick, tangki air serta peralatan pendukungnya (Gambar 2).
18
2. Oven, cawan, timbangan analitik dan ring sampel untuk analisis sifat fisik tanah.
3. Komponen mikrokontroler yang terdiri dari Arduino Nano, Soil Moisture Sensor, Real Time Clock (RTC), Data Logger/SD Card Module, Relay,
power bank dan Laptop (Gambar 3).
Gambar 3. Komponen mikrokontroler
4. Media tanam, yaitu: pasir, tanah Podzolik Merah Kuning (PMK), dan tanah dengan campuran pupuk organik nitrofosfat (kompos).
3.3 Skema Rancangan
Skema rancangan sistem irigasi tetes pada penelitian ini adalah sebagai berikut: (Gambar 4)
19
3.4 Pelaksanaan Penelitian
Pelaksanaan penelitian secara garis besar terbagi menjadi dua tahap, yaitu tahap rancang bangun dan tahap uji kinerja mikrokontroler pada sistem irigasi tetes otomatis.
3.4.1 Rancang Bangun Mikrokontroler
Gambar 5. Diagram alir rancang bangun mikrokontroler
Mulai
Merangkai RTC pada papan Arduino
Membuat program pengambilan waktu
Eksekusi program
Merangkai SD Card Module pada papan Arduino
Membuat program data logger/perekam data
Eksekusi program
Merangkai soil misture sensor pada papan Arduino
Membuat program pembacaan sensor
Eksekusi program
A
Merangkai relay pada papan Arduino
Membuat program kendali on/off relay
Eksekusi program
Menyederhanakan seluruh program menjadi satu
Menyimpan program di dalam Arduino
20
3.4.2 Cara Kerja Mikrokontroler
Gambar 6. Cara kerja mikrokontroler pada sistem irigasi tetes
Arduino Nano terlebih dahulu dirangkaikan dengan modul sensor pendukungnya, yaitu soil moisture sensor, relay, Real Time Clock (RTC), dan data logger/SD card module. Kemudian dimasukkan program/perintah yang telah dirancang khusus untuk aplikasi irigasi tetes otomatis ini. Perubahan kadar air tanah akan dibaca oleh soil moisture sensor sebagai besaran tegangan. Besar pembacaan sensor diteruskan ke Arduino untuk diproses melalui bahasa pemrograman. Apabila besaran hasil pembacaan sensor telah melewati batas batas minimum dan maksimum yang telah ditentukan, maka Arduino akan meneruskan sebagai
21
keluaran (output) pada relay. Relay akan memberikan sinyal on/off pada pompa irigasi. Kemudian sistem irigasi tetes beroperasi secara otomatis sesuai dengan perintah dari mikrokonroler melalui pembacaan perubahan kadar air tanah. Proses tersebut berulang terus-menerus hingga tanah selalu berada pada kondisi kapasitas lapang.
Kalibrasi Alat
Sebelum diaplikasikan pada irigasi tetes, dilakukan kalibrasi alat guna
mengkonversi besaran tegangan hasil pembacaan sensor menjadi besaran persen kadar air. Kalibrasi alat dilakukan menggunakan beberapa sampel tanah untuk masing-masing jenis tanah dengan kelembaban yang berbeda-beda. Kemudian besarnya kandungan air pada sampel diukur menggunakan sensor, sehingga didapatkan nilai tegangannya. Lalu sampel yang telah diukur menggunakan sensor, dihitung lagi kadar airnya secara gravimetrik. Nilai kadar air dari masing-masing sampel untuk tiap jenis tanah baik secara gravimetrik dan menggunakan sensor akan dibuatkan hubungannya dengan mencari fungsi linearnya. Kemudian fungsi linear yang didapat inilah yang digunakan sebagai acuan untuk menentukan batas minimum dan maksimum kadar air tanah yang akan dimasukkan ke dalam program Arduino. Batas minimum dikondisikan pada saat titik kritis dan batas maksimum dikondisikan pada saat kapasitas lapang. Sehingga pada penerapannya nanti, pada saat pembacaan sensor melewati batas minimum maka relay akan menyalakan pompa irigasi, begitupun sebaliknya pada saat pembacaan sensor melewati batas maksimum relay akan mematikan pompa irigasi. Proses tersebut akan terus berulang sesuai dengan perubahan kadar air yang terjadi setiap
22
Berikut perintah yang akan digunakan dalam proses kalibrasi alat sensor:
23
3.4.3 Uji Kinerja Mikrokontroler pada Sistem Irigasi Tetes
Gambar 8. Diagram alir uji kinerja sistem irigasi tetes otomatis
Tahap ini merupakan uji kinerja dari rancangan sistem irigasi tetes otomatis pada 3 jenis media tanam dengan nilai BD yang berbeda. Pada aplikasinya di lapangan, perubahan kadar air tanah dapat diperoleh dengan mudah melalui Mikrokontroler
Arduino Nano. Mikrokontroler tersebut bekerja secara otomatis berdasarkan program yang telah dimasukkan ke dalamnya, sehingga memudahkan dalam pengambilan data.
Mulai
Analisis sifat fisik tanah
Kalibrasi alat mikrokontroler
Pemrograman software
Instalasi sistem irigasi tetes otomatis
Uji kinerja irigasi tetes
Pengumpulan data: perubahan kadar air, bulk density, debit aliran, dan keseragaman irigasi
Analisis data
24
3.5 Parameter Pengamatan
Parameter pengamatan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: a. Perubahan kadar air (ΔS)
b. Debit aliran irigasi c. Keseragaman irigasi
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari penelitian yang telah dilaksanakan dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:
1. Rancang bangun sistem irigasi tetes otomatis menggunakan sensor kadar air tanah berbasis mikrokontroler arduino nano ini dapat berjalan dengan baik dengan menghasilkan persentase error ± 5.22% untuk sensor pada media pasir dan ± 2.92% untuk sensor pada media tanah PMK dan kompos.
2. Uji permorfansi pada sistem irigasi tetes otomatis ini menghasilkan keseragaman irigasi yang tinggi, yaitu rata-rata CU sebesar 96.50% dan rata-rata SU sebesar 96.85%.
3. Tidak terjadi perubahan bulk density selama 1 bulan penelitian.
4. Komponen-komponen penyusun mikrokontroler mampu bertahan setelah dioperasikan dalam waktu 1 bulan penuh dan tetap bekerja normal, kecuali
41
5.2 Kendala-Kendala Penelitian
Selama dilakukan penelitian dijumpai beberapa kendala yang cukup menghambat penelitian, yaitu:
1. Greenhouse tidak memiliki fasilitas listrik yang memadai, sehingga sumber
listrik PLN disambungkan dari gedung Jurusan Budidaya Perairan dan
Perikanan.
2. Akibat hubungan arus pendek mikrokontroler arduino nano yang digunakan
hangus dan rusak, sehingga harus membeli lagi yang baru.
3. Soil moisture sensor menjadi kurang sensitif setelah digunakan dalam waktu
di atas 1 bulan dikarenakan banyak kerak kotoran yang menempel di
permukaan plat sensor.
5.3 Saran
Beberapa saran yang dapat dilakukan untuk memeperbaiki penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Perlu disiapkan soil moisture sensor cadangan agar pada saat sensitivitas
sensor mulai lemah dapat digantikan dengan sensor yang baru.
2. Perlu memasang pelindung (shield) pada permukaan mikrokontroler untuk
meminimalisir terjadinya hubungan arus pendek.
3. Komponen sensor pendukung mikrokontroler dapat diganti dengan sensor yang lainnya untuk menghasilkan berbagai macam keluaran data yang kita
inginkan, seperti LCD, DHT11, Light Meter Sensor, dan lain-lain.
DAFTAR PUSTAKA
A. Christanti, S. Riza, S. R. Utami dan Widianto. 2012. Panduan Praktikum Dasar Ilmu Tanah. Universitas Brawijaya Press: Malang. 43 hlm.
Afriyana, D., A. Tusi dan Oktafri. 2012. Analisi Pola Pembasahan Tanah dengan Sistem Irigasi Tetes Bertekanan Rendah. Jurnal Teknik Pertanian
Lampung 1(1): 43-50.
Arriska, A. C., B. I. Setiawan dan S. K. Saptomo. 2013. Rancangan dan Uji Coba Otomatisasi Irigasi Kendi. http://repository.ipb.ac.id/handle/123456789/ 58179 diakses pada tanggal 21 Maret 2014.
Eva, D. F. L. T., M. R. Ramadhan, G. Septiana dan H. Saputro. 2013. Pengenalan Sensor Kelembaban Tanah Vn400 Dan Sen0057 dan Aplikasinya pada Pengukuran Kelembaban Tanah Kering dan Jenuh.
https://www.scribd.com/ doc/174039674/Pengenalan-Sensor-Kelembaban-Tanah-Vn400-Dan-Sen0057-Dan-
Aplikasinya-Pada-Pengukuran-Kelembaban-Tanah-Kering-Dan-Jenuh diakses pada tanggal 21 Maret 2014.
Foth, H. D. 1998. Dasar-Dasar Ilmu Tanah. Terjemahan : Purbayanti, E. D. Lukiowati dan R. Triwulatsih. Gadjah Mada University Press: Yogyakarta. 360 hlm.
Hansen, V.E., O.W. Israelsen dan G.E. Stringham. 1992. Dasar-dasar dan Praktek Irigasi Edisi ke-IV. Penerjemah Endang P. Tachyan. Erlangga: Jakarta. 407 hlm.
Islami, T., dan W.H. Utomo. 1995. Hubungan Tanah, Air dan Tanaman. IKIP Semarang Press: Semarang. 297 hlm.
Ismi, Y. I., A. Sapei, Erizal, N. Sembiring dan M. H. B. Djoefri. 2011. Pengaruh Pemberian Bahan Organik pada Tanah Liat dan Lempung Berliat
Terhadap Kemampuan Mengikat Air. Jurnal Ilmu Pertanian Indonesia
16(2): 130-135.
43
Lysbetti, N. M., dan E. Ervianto. 2012. Data LoggerSensor Suhu Berbasis Mikrokontroler ATmega 8535 dengan PC sebagai Tampilan. Jurnal Ilmiah Elite Elektro 3(1): 37-42.
Martinus, H.P., A. Mudjiharjati, Suyono dan Wustamidin. 2003. Dasar-Dasar Ilmu Tanah. Universitas Jember Press: Jember. 119 hlm.
Mechram, S. 2006. Aplikasi Teknik Irigasi Tetes dan Komposisi Media Tanam pada Selada (Lactuca sativa). Jurnal Teknologi Pertanian 7(1): 27-36. Oktaviani, S. Triyono dan N. Haryono. 2012. Analisis Neraca Air Budidaya
Tanaman kedelai (Glycine max [L] Merr.) pada Lahan Kering. Jurnal Teknik Pertanian Lampung 2(1): 7-16.
Prijono, S. 2013. Bahan Ajar Mata Kuliah Irigasi dan Drainase: Irigasi Tetes (Drip Irrigation). Universitas Brawijaya: Malang. 35 hlm.
Rafiah, H., Padusung dan R. S. Tejowulan. 2003. Efisiensi Penggunaan Air pada Tanaman Melon di Inceptisol Lahan Kering Pringgabaya Lombok Timur.
Seminar Nasional Pemberdayaan Petani Miskin di Lahan Marginal Melalui Inovasi Tekonologi Tepat Guna. Hlm 121-129.
Rizal, M. 2012. Rancang Bangun dan Uji Kinerja Sistem Kontrol Irigasi Tetes pada Tanaman Strawaberry (Fragaria vesca L.). Makalah Seminar Hasil Penelitian Prodi Keteknikan Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Hasanuddin. 8 hlm.
Sapei, A., dan I. Kusumawati. 2003. Perubahan Pola Penyebaran Kadar Air Media Tanam Arang Sekam dan Pertumbuhan Tanaman Kangkung Darat
(Ipomoea reptans Poir.) pada Pemberian Air Secara Terus Menerus dengan Irigasi Tetes. Buletin Keteknikan Pertanian 17(2): 1-6.
Setiono, A., P. Puranto, dan B. Widiyatmoko. 2010. Pembuatan dan Uji Coba Data Logger Berbasis Mikrokontroler ATMega32 untuk Monitoring Pergeseran Tanah. Jurnal Fisika Himpunan Fisika Indonesia 10(2): 83-94. Stevanus dan D. Setiadikurnia. 2013. Alat Pengukur Kelembaban Tanah Berbasis
Mikrokontroler PIC 16F84. Indonesian Journal of Applied Physics 3(1): 36-46.
Sumarna, A. 1998. Irigasi Tetes pada Budidaya Cabai. Balai Penelitian Tanaman Sayuran: Bandung. 31 hlm.
http://www.arduino.cc/en/Main/arduinoBoardUno, diakses pada tanggal 12 Januari 2014.
