ANALISIS UNJUK KERJA PENGONTROLAN TINGGI MUKA
AIR PADA SISTEM IRIGASI OTOMATIS MENGGUNAKAN
PERANGKAT BERBASIS MIKROKONTROLER
SKRIPSI
ANDI DWI CAHYO
F14061056
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERFORMANCE ANALYSIS OF WATER TABLE LEVEL CONTROL SYSTEM
ON THE AUTOMATIC IRRIGATION SYSTEM BASED ON
MICROCONTROLLER
Andi Dwi Cahyo1, Satyanto Krido Saptomo2 1
Department of Mechanical and Biosystem Engineering, Faculty of Agricultural Technology, Bogor Agricultural University, IPB Darmaga Campus, PO Box 220, Bogor, West Java, Indonesia.
2
Departement of Civil and Environmental Engineering, Faculty of Agricultural Technology, Bogor Agricultural University, IPB Darmaga Campus, PO Box 220, Bogor, West Java, Indonesia
ABSTRACT
Global climate and rain pattern change cause difficulty in weather prediction and increase uncertainty water supply. Therefore, technology which can increase water distribution efficiency is needed. Automatic control had important role in improving the performance of a dynamic system. Automatic control could raise production rate and minimize human error from routine manual operation. Smartdatalog is an automatic logger equipment based on microcontroler that could be used as controler and collector data on field. The automatic control system was installed at simulation equipment. All of sensor were priorly calibrated, and the automatic water level system were operated for 7 days. Measurement data were water table level and power consumption during the process. The error of measurement data were analysed using RMSE. Smartdatalog observed water pressure every one minute, meanwhile HIOKI observed water pressure every 15 seconds. The smardatalog had capability in monitoring of water tabel level in high accuracy with correlation coefficient value of the sensor is 0.995. Using RMSE (Root Mean Square Error) error data is less than 5% in every setpoint. Based on analysis of power consumption the result showed that batterys was only able to use for 15 hours. A mount of battery power releases for relay, sensor, and amplifier were 65.59 Wh, 24.37 Wh, and 27.85 Wh on every setpoint.
Andi Dwi Cahyo. F14061056. 2011. Analisis Unjuk Kerja Pengontrolan Tinggi Muka Air Pada Sistem Irigasi Otomatis Menggunakan Perangkat Berbasis Mikrokontroler. Di bawah bimbingan Satyanto K. Saptomo.
RINGKASAN
Perubahan iklim global dan perubahan pola hujan yang terjadi menyebabkan cuaca sulit di prediksi sehingga menimbulkan ketidakpastian ketersediaan air. Karena itu perlu dicari teknologi yang dapat meningkatkan efisiensi pemberian air irigasi. Pada perkembangan ilmu dan teknologi saat ini, kontrol otomatis memiliki peranan yang penting dalam memberikan kemudahan untuk mendapatkan performansi pada sistem dinamik. Kontrol otomatis dapat mempertinggi laju produksi, meniadakan pekerjaan-pekerjaan rutin dan membosankan yang harus dilakukan operator. Perangkat kontrol otomatis bermacam-macam jenisnya. Smartdatalog merupakan sebuah perangkat data loger otomatis berbasis mikrokontroler yang juga memiliki fungsi kontrol otomatis. Perangkat dapat berfungsi sebagai pengontrol dan pengambil data kemudian menyimpannya sehingga dapat digunakan untuk memonitor pergerakan tinggi muka air tanah pada lahan.
Tujuan dari penelitian ini yaitu menganalisis kinerja alat pengontrol tinggi muka air pada sistem irigasi otomatis yang berbasis mikrokontroler. Penelitian dilakukan dalam skala laboratorium dengan menggunakan boks model aliran air dalam tanah.. Pengujian dilakukan dengan mengatur ketinggian muka air tanah yang ada di dalam boks dengan menggunakan perangkat kontrol
smartdatalog dan memantaunya. Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Teknik Tanah dan Air, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor dari bulan Oktober – Desember 2010.
Kegiatan penelitian meliputi persiapan tempat simulasi irigasi dengan alat kontrol otomatis yang akan digunakan. Kemudian alat kontrol tersebut diinstalasi ke boks model aliran air dalam tanah. Setiap sensor yang akan digunakan sebelumnya dikalibrasi, kemudian alat dijalankan selama 7 hari. Data yang diambil adalah data harian tinggi muka air dan data kebutuhan daya selama alat dijalankan. Data yang telah didapat kemudian diolah dengan menggunakan RMSE untuk mengetahui besar error yang terjadi dan besar daya penggunaan baterai selama alat tersebut dijalankan
Pada smartdatalog data yang diperoleh adalah data hasil pemantauan tekanan air setiap 1 menit sedangkan data dari HIOKI merupakan data hasil pemantaun tekanan air setiap 15 detik. Dari kedua sensor tersebut akan dapat dilihat tinggi muka air di dalam boks dan error yang terjadi pada alat. Data di dalam smartdatalog didapat dengan cara mengunduh data dari loger dengan menggunakan software smartdatalog.
Setelah dilakukan kalibrasi terlihat bahwa kemampuan smartdatalog dalam memantau tinggi muka air memiliki tingkat keakuratan yang tinggi. Tinggi nilai koefisien determinasi persamaan kalibrasi dari sensor yang digunakan yaitu sebesar 0.995. Selain itu juga dengan menggunakan RMSE (Root Mean Square Error) terlihat persentase simpangan pada data yaitu kurang dari 5% pada setiap
ANALISIS UNJUK KERJA PENGONTROLAN TINGGI MUKA
AIR PADA SISTEM IRIGASI OTOMATIS MENGGUNAKAN
PERANGKAT BERBASIS MIKROKONTROLER
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
pada Departemen Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian,
Institut Pertanian Bogor
Oleh
ANDI DWI CAHYO F14061056
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul Skripsi : Analisis Unjuk Kerja Pengontrolan Tinggi Muka Air Pada Sistem Irigasi Otomatis Menggunakan Perangkat Berbasis Mikrokontroler
Nama : Andi Dwi Cahyo
NIM : F14061056
Menyetujui,
Pembimbing Skripsi
Dr. Satyanto Krido Saptomo, S.TP, M.Si NIP. 19730411 200501 1002
Mengetahui :
Ketua Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul AnalisisUnjuk Kerja Pengontrolan Tinggi Muka Air Pada Sistem Irigasi Otomatis Menggunakan Perangkat Berbasis Mikrokontroler adalah hasil karya saya sendiri dengan arahan Dosen Pembimbing Akademik, dan belum diajukan dalam bentuk apapun pada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Bogor, Februari 2011 Yang membuat pernyataan
© Hak cipta milik Andi Dwi Cahyo, tahun 2011 Hak cipta dilindungi
Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari
i
BIODATA PENULIS
Penulis dilahirkan di Jakarta, pada tanggal 22 April 1988 sebagai anak kedua dari tiga bersaudara dari pasangan Bapak Hery Santoso dan Ibu Hartini. Penulis menyelesaikan pendidikan dasar pada tahun 2000 di SD Negeri 02 pagi Jakarta Timur. Kemudian penulis melanjutkan pendidikan menengah pertama di SMP Negeri 103 Jakarta hingga tahun 2003. Penulis menamatkan pendidikan menengah atas di SMA Negeri 99 Jakarta pada tahun 2006. Pada tahun 2006 penulis melanjutkan pendidikan tinggi di Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Seleksi Masuk Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB). Penulis memilih Program Studi Teknik Pertanian, Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Perrtanian. Selama menuntut ilmu di IPB, penulis aktif dalam organisasi Forum Bina Islami ( FBI ) sebagai Anggota Departemen Dirham yang bergerak dalam usaha dan pencarian dana pada tahun 2008-2009. Penulis telah melakukan Praktek Lapangan (PL) dengan topik “Mempelajari Aspek Keteknikan Dalam Teknologi Pembudidayaan Air Tawar Di Balai Besar Pengembangan Budidaya Air Tawar Sukabumi ”. Selama menjadi mahasiswa, penulis juga aktif dalam kepanitiaan
maupun sebagai peserta dalam seminar berskala nasional dan pernah mendapat hibah proposal Program Kreatif Mahasiswa di bidang Kewirausahaan (PKM-K) pada tahun 2008 dan juga hibah di bidang kewirausahaan untuk membuat sebuah usaha warung bakso dengan dana dari CDA pada tahun 2010. Penulis menyelesaikan skripsi dengan judul “Analisis Unjuk kerja Pengontrolan Tinggi Muka Air Pada Sistem Irigasi Otomatis Menggunakan Perangkat Berbasis Mikrokontroler”
ii
KATA PENGANTAR
Penulis memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala curahan rahmat dan kasih sayang-Nya sehingga karya ilmiah dengan judul “Analisis Unjuk kerja Pengontrolan Tinggi Muka Air Pada Sistem Irigasi Otomatis Menggunakan Perangkat Berbasis Mikrokontroler” ini berhasil
diselesaikan.
Penulis ingin mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada: 1. Dr. Satyanto K. Saptomo, STP, MSi. sebagai dosen pembimbing akademik dan skripsi, atas
segala bimbingan, nasehat, dan arahannya.
2. Dr. Ir. Nora H. Pandjaitan, DFA dan Ir. Mad Yamin, MT sebagai dosen penguji sidang skripsi atas segala nasehat dan arahannya.
3. Orang tua penulis ( Bapak Hery Santoso dan Ibu Hartini ), Mas Anto dan Dek Annisa serta seluruh keluarga besar penulis atas doa, pengorbanan, dukungan, dan semangat yang telah diberikan.
4. Mas Wiranto, S.Si, Mahasiswa S2 Teknik Sipil dan Lingkungan IPB ,atas bantuannya selama berlangsungnya penelitian.
5. Dosen-Dosen, staff, serta teman-teman yang ada di Wisma Wageningen.
6. Teman-teman seperjuangan di Teknik Pertanian angkatan 43, Tingkat Persiapan Bersama, dan seluruh sahabat atas masukan dan dukungannya.
7. Dosen-dosen, staff, dan karyawan Departemen Teknik Pertanian yang telah banyak membantu selama mengikuti pendidikan di Departemen Teknik Pertanian.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penulisan skripsi ini. Oleh karena itu, penulis akan sangat berterima kasih apabila ada kritik dan saran yang membangun. Semoga skripsi ini dapat berguna bagi semua pihak yang memerlukannya.
Bogor, Februari 2011
iii
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... iii
DAFTAR TABEL ... iv
DAFTAR GAMBAR ... v
I. PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Tujuan ... 2
II. TINJAUAN PUSTAKA ... 3
2.1. Irigasi ... 3
2.2. Sistem Kontrol... 6
2.3. Mikrokontroler ... 11
2.4. Smartdatalog ... 13
2.5. Root Mean Square Error (RMSE) ... 15
III. METODE PENELITIAN ... 17
3.1. Waktu dan Tempat... 17
3.2. Alat dan Bahan ... 17
3.3. Tahapan Penelitian ... 17
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 26
4.1. Kalibrasi Sensor ... 26
4.2. Pemantauan Tinggi Muka Air ... 28
4.3. Analisis Daya Penggunaan Baterai ... 33
V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 35
5.1. Kesimpulan ... 35
5.2. Saran ... 35
DAFTAR PUSTAKA ... 36
iv
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1. Hasil Perhitungan Error Pada Data ... 32
Tabel 4.2. Kebutuhan daya untuk pompa ... 33
Tabel 4.3. Kebutuhan daya baterai untuk relay ... 33
v
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Kontrol lup tertutup ... 7
Gambar 2.2. Relay yang beredar dipasaran... 8
Gambar 2.3. Skema relay elektromekanik ... 9
Gambar 2.4. Rangkaian dan symbol logika relay ... 9
Gambar 2.5. Diagram sederhana kontrol berbasis relay ... 10
Gambar 2.6. Relay untuk membentuk gerbang logika ... 11
Gambar 3.1. Diagram alir prosedur kerja ... 18
Gambar 3.2. Boks dan pipa PVC ... 19
Gambar 3.3. Tinggi pasir dalam box ... 19
Gambar 3.4. Penampang melintang lahan simulasi ... 19
Gambar 3.5. Smartdatalog ... 20
Gambar 3.6. Pengatur pembagi tegangan pada penguat non-inverting ... 20
Gambar 3.7. Rangkaian relay ... 21
Gambar 3.8. Relay yang digunakan ... 21
Gambar 3.9. Pompa celup dalam reservoir ... 22
Gambar 3.10. Instalasi keseluruhan... 22
Gambar 3.11. Sensor pada smartdatalog ... 23
Gambar 3.12. HIOKI (2008-080121921) ... 23
Gambar 3.13. HIOKI (2008-080121932) ... 23
Gambar 3.14. Tampilan Awal Software Smartdatalog ... 24
Gambar 3.15. Tampilan Download Data Pada Software Smartdatalog ... 24
Gambar 3.16. Tampilan Setting Channel Pada Software Smartdatalog ... 25
Gambar 3.17. Communication Base ... 25
Gambar 3.18. Software Communication Utility ... 25
Gambar 4.1. Grafik Kalibrasi Sensor Tekanan pada Smartdatalog ... 26
Gambar 4.2. Grafik Kalibrasi Sensor Pada HIOKI (2008-080121932) ... 27
Gambar 4.3. Grafik Kalibrasi Sensor Pada HIOKI (2008-080121921) ... 27
Gambar 4.4. Grafik Tinggi Muka Air (6-12-2010) ... 29
Gambar 4.5. Grafik Tinggi Muka Air (7-12-2010) ... 29
Gambar 4.6. Grafik Tinggi Muka Air (8-12-2010) ... 30
vi Gambar 4.8. Grafik Data Tinggi Muka Air (11-12-2010) ... 31
Gambar 4.9. Grafik Data Tinggi Muka Air (12-12-2010)... 31
vii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Data Kalibrasi Sensor Smartdatalog ... 38 Lampiran 2. Data Kalibrasi Sensor HIOKI... 39
1
I.
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Pertumbuhan tanaman sangat bergantung kepada tingkat kesuburan tanah yang meliputi bahan organik dan anorganik. Tingkat kesuburan tanah ini tidak akan lepas dari kondisi air dalam tanah khususnya muka air tanah. Bagi petumbuhan tanaman kondisi muka air tanah tidak mutlak harus sama tetapi harus sesuai dengan kebutuhan perakaran tanaman (Rasidin, 2001). Oleh karena itu dibutuhkan suatu cara agar muka air tanah dapat terjaga. Dengan kata lain dapat memenuhi kebutuhan perakaran tanaman secara kontinu.
Sistem irigasi tanaman yang sering digunakan beragam jenisnya antara lain irigasi permukaan, irigasi tetes, irigasi sprinkler, dan sebagainya. Pada sistem irigasi permukaan air langsung dialirkan ke lahan pertanian, pada pengaliran air secara langsung tersebut pasti akan terdapat kelebihan air yang sebenarnya tidak dibutuhkan oleh tanaman ataupun kekurangan jumlah air yang sedang dibutuhkan tanaman. Oleh sebab itu pengendalian pengairan secara otomatis pada sistem irigasi permukaan dibutuhkan agar tanaman bisa memperoleh air sesuai kebutuhan, sehingga pertumbuhannya pun akan baik.
Pengendalian pengairan secara otomatis tersebut dapat dilakukan antara lain dengan melakukan pengendalian pada tinggi muka air tanah. Sistem kendali muka air secara otomatis menjaga permukaan air di lahan pada level tertentu yang aman bagi tumbuhan dan cukup bagi lahan agar terhindar dari kekeringan berlebihan. Sistem ini pada dasarnya dapat diterapkan untuk berbagai kasus pengendalian muka air yaitu dengan menjaga muka air tanah pada kedalaman yang baik untuk lahan dan tanaman, yaitu untuk menjaga kondisi kelembaban tanah untuk tanaman dan menghindari terjadinya evaporasi yang berlebihan ( Arif, et. al. 2009).
Pengendalian irigasi secara otomatis ini sangat mendukung dikala cuaca yang susah diprediksi akhir-akhir ini akibat adanya perubahan iklim global dan perubahan pola hujan yang diperkirakan masih akan terjadi sehingga meningkatkan ketidakpastian ketersediaan air. Dengan demikian pemanfaatan air yang efektif akan sangat membantu pada saat masa tanam. Sistem otomatisasi irigasi pada dasarnya adalah bagian dari sistem pengaturan air, yang mencakup irigasi dan drainase. Salah satu contoh dari sistem ini adalah pada penelitian pengembangan sistem pengaturan air di lahan basah (Setiawan, et. al. 2002, Saptomo, et. al. 2004) yang menggunakan pompa untuk mengalirkan air masuk atau keluar lahan yang digunakan untuk pertanian.
Sistem kontrol otomatis saat ini sangat berkembang pesat. Suatu perangkat elektronik dan perangkat mekanik dapat dikendalikan dengan mikrokontroler atau mikroprosesor sehingga dapat menghemat tenaga operator. Selain itu, sistem kontrol otomatis memiliki tingkat kestabilan sistem yang tinggi dalam mencapai hasil yang akan diperoleh. Perangkat kontrol otomatis bermacam-macam jenisnya. Smartdatalog merupakan sebuah perangkat data logger otomatis berbasis mikrokontroler yang juga memilkiki fungsi kontrol otomatis. Perangkat dapat berfungsi sebagai pengontrol dan mengambil data kemudian menyimpannya sehingga dapat digunakan untuk memonitor pergerakan tinggi muka air tanah pada lahan.
2
kegiatan ini untuk mendukung pertanian organik dan juga ketahanan dan keberlanjutan pengembangan pertanian. Pengujian sistem kendali ini dilakukan pada skala laboratorium dengan memggunakan boks model aliran air dalam tanah, dengan aktuator pompa air dan juga pengujian langsung di lahan.
1.2.
Tujuan
3
II.
TINJAUAN PUSTAKA
2. 1.
Irigasi
2.1.1
Pengertian Irigasi
Irigasi adalah upaya pemberian air dalam bentuk lengas (kelembaban) tanah sebanyak keperluan untuk tumbuh dan berkembang bagi tanaman. Pengertian lain dari irigasi adalah penambahan kekurangan kadar air tanah secara buatan yakni dengan memberikan air secara sistematis pada tanah yang diolah.
Jaringan irigasi merupakan prasarana irigasi yang terdiri atas bangunan dan saluran air beserta perlengkapnya. Sistem jaringan irigasi dapat dibedakan antara jaringan irigasi utama dan jaringan irigasi tersier. Jaringan irigasi utama meliputi bangunan-bangunan utama yang dilengkapi dengan saluran pembawa, saluran pembuang. dan bangunan pengukur. Jaringan irigasi tersier merupakan jaringan irigasi di petak tersier, beserta bangunan pelengkap lainnya yang terdapat di petak tersier (Kartasapoetra, 1991).
Berdasarkan letak dan fungsinya saluran irigasi teknis dibedakan menjadi :
a) Saluran Primer (Saluran Induk) yaitu saluran yang lansung berhubungan dengan saluran bendungan yang fungsinya untuk menyalurkan air dari waduk ke saluran lebih kecil.
b) Saluran Sekunder yaitu cabang dari saluran primer yang membagi saluran induk kedalam saluran yang lebih kecil (tersier).
c) Saluran Tersier yaitu cabang dari saluran sekunder yang langsung berhubungan dengan lahan atau menyalurkan air ke saluran-saluran kwarter.
d) Saluran kwarter yaitu cabang dari saluran tersier dan berhubungan langsung dengan lahan pertanian.
(Najiyati, 1993)
2.1.2
Irigasi di Indonesia
Peranan irigasi dalam meningkatkan dan menstabilkan produksi pertanian tidak hanya bersandar pada produktivitas saja tetapi juga pada kemampuannya untuk meningkatkan faktor-faktor pertumbuhan lainnya yang berhubungan dengan input produksi. Irigasi mengurangi resiko kegagalan panen karena ketidakpastian hujan dan kekeringan, membuat unsur hara yang tersedia menjadi lebih efektif, menciptakan kondisi kelembaban tanah optimum untuk pertumbuhan tanaman, serta hasil dan kualitas tanaman yang lebih baik.
Metoda penggunaan air irigasi untuk tanaman dapat digolongkan ke dalam: (a) irigasi permukaan (surface irrigation), (b) irigasi bawah-permukaan tanah (sub-surface irrigation), (c) irigasi curah (sprinkler), dan (d) irigasi tetes (drip atau trickle irrigation). Irigasi curah dan tetes disebut juga irigasi bertekanan (pressurized irrigation). Pemilihan metoda irigasi tersebut tergantung pada: (a) air yang tersedia, (b) iklim, (c) tanah, (d) topografi, (e) kebiasaan, dan (f) jenis dan nilai ekonomi tanaman.
4
permukaan. Irigasi bertekanan, sprinkler dan tetes banyak digunakan di perusahaan agro-industri. Irigasi curah digunakan pada perkebunan tebu, kopi, nenas, bawang, dan jagung. Irigasi tetes digunakan pada pertanian rumah kaca untuk melon, cabai, bunga krisan, dan sayuran.
Akhir-akhir ini berkembang di masyarakat suatu teknologi budidaya sawah yang hemat air, hemat biaya, dan berproduksi tinggi yakni teknologi SRI (sistem of rice intensification). SRI dikembangkan sejak tahun 1980 oleh Fr. Henri de Laulanie, S.J, seorang pendeta Perancis yang bertugas di Madagaskar sejak tahun 1961.
2.1.3
Kebutuhan Air Tanaman dan Pemakaian Air
Penggunaan konsumtif adalah jumlah total air yang dikonsumsi tanaman untuk penguapan (evaporasi), transpirasi dan aktivitas metabolisme tanaman. Kadang-kadang istilah itu disebut juga sebagai evapotranspirasi tanaman. Jumlah evapotranspirasi kumulatif selama pertumbuhan tanaman yang harus dipenuhi oleh air irigasi, dipengaruhi oleh jenis tanaman, radiasi surya, sistim irigasi, lamanya pertumbuhan, hujan dan faktor lainnya. Jumlah air yang ditranspirasikan tanaman tergantung pada jumlah lengas yang tersedia di daerah perakaran, suhu dan kelembaban udara, kecepatan angin, intensitas dan lama penyinaran, tahapan pertumbuhan, tipe dedaunan.
Terdapat dua metoda untuk mendapatkan angka penggunaan konsumtif tanaman, yakni (a) pengukuran langsung dengan lysimeter bertimbangan (weighing lysimeter) atau tidak bertimbangan dan (b) secara tidak langsung dengan menggunakan rumus empirik berdasarkan data unsur cuaca.
Secara tidak langsung dengan menggunakan rumus empirik berdasarkan data unsurcuaca, pertama menduga nilai evapotranspirasi tanaman acuan1 (ETo). ETo adalah jumlah air yang dievapotranspirasikan oleh tanaman rumputan dengan tinggi 15~20 cm, tumbuh sehat, menutup tanah dengan sempurna, pada kondisi cukup air. Ada berbagai rumus empirik untuk pendugaan evapotranspirasi tanaman acuan (ETo) tergantung pada ketersediaan data unsur cuaca, antara lain: metoda Blaney-Criddle, Penman, Radiasi, Panci evaporasi (FAO, 1987). Akhir-akhir ini (1999) FAO merekomendasikan metoda Penman-Monteith untuk digunakan jika data iklim tersedia (suhu rerata udara harian, jam penyinaran rerata harian, kelembaban relatif rerata harian, dan kecepatan angin rerata harian). Selain itu diperlukan juga data letak geografi dan elevasi lahan di atas permukaan laut.
Selanjutnya untuk mengetahui nilai ET tanaman tertentu maka ETo dikalikan dengannikai Kc yakni koefisien tanaman yang tergantung pada jenis tanaman dan tahap pertumbuhan. Nilai Kc tersedia untuk setiap jenis tanaman.
ETc = Kc x ETo .../1/
Keperluan air untuk ETc ini dipenuhi oleh air hujan (efektif) dan kalau tidak cukup olehair irigasi. Keperluan air irigasi atau KAI dinyatakan dengan persamaan:
KAI = ETc - He .../2/
Hujan efektif (He) adalah bagian dari total hujan yang digunakan untuk keperluan tanaman.
2.1.4
Kebutuhan Air Pada Berbagai Tahap Pertumbuhan Tanaman Padi
5 Periode pesemaian
Periode ini merupakan awal pertumbuhan yang mencakup tahap perkecambahan benih serta perkembangan radicle (akar muda) dan plume (daun muda). Selama periode ini air yang dikonsumsi sedikit sekali. Apabila benih tergenang cukup dalam pada waktu cukup lama sepanjang periode perkecambahan, maka pertumbuhan radicle akan terganggu karena kekurangan oksigen.
Pertumbuhan vegetatif
Periode ini merupakan periode berikutnya setelah tanam (transplanting) yang mencakup (a) tahap pemulihan dan pertumbuhan akar (0-10 hst), (b) tahap pertumbuhan anakan maksimum (10-50 hst) (maximum tillering) dan (c) pertunasan efektif dan pertunasan tidak efektif (35-45 hst). Selama periode ini akan terjadi pertumbuhan jumlah anakan.
Segera setelah tanam, kelembaban yang cukup diperlukan untuk perkembangan akar-akar baru. Kekeringan yang terjadi pada peiode ini akan menyebabkan pertumbuhan yang jelek dan hambatan pertumbuhan anakan sehingga mengakibatkan penurunan hasil. Pada tahap berikutnya setelah tahap pertumbuhan akar, genangan dangkal diperlukan selama periode vegetatif ini. Beberapa kali pengeringan (drainase) membantu pertumbuhan anakan dan juga merangsang perkembangan sistim akar untuk berpenetrasi ke lapisan tanah bagian bawah. Fungsi respirasi akar pada periode ini sangat tinggi sehingga ketersediaan udara (aerasi) dalam tanah dengan cara drainase (pengeringan lahan) diperlukan untuk menunjang pertumbuhan akar yang mantap. Selain itu drainase juga membantu menghambat pertumbuhan anakan tak-efektif
(noneffective tillers).
Periode reproduktif (generatif)
Periode ini mengikuti periode anakan maksimum dan mencakup tahap perkembangan awal malai (panicle primordia) (40-50 hst), masa bunting (50-60 hst)(booting), pembentukan bunga (60-80 hst) (heading and flowering). Situasi ini dicirikan dengan pembentukan dan pertumbuhan malai.
Pada sebagian besar dari periode ini dikonsumsi banyak air. Kekeringan yang terjadipada periode ini akan menyebabkan beberapa kerusakan yang disebabkan olehterganggunya pembentukan panicle, heading, pembungaan dan fertilisasi yang berakibat pada peningkatan sterilitas sehingga mengurangi hasil.
Periode pamatangan (ripening atau fruiting)
Periode ini merupakan periode terakhir dimana termasuk tahapan pembentukan susu(80-90 hst) (milky), pembentukan pasta (90-100 hst) (dough), matang kuning (100-110 hst) (yellow ripe) dan matang penuh (110-120 hst) (full ripe). Selama periode ini sedikit air diperlukan dan secara berangsur-angsur sampai sama sekali tidak diperlukan air sesudah periode matang kuning
(yellow ripe). Selama periode ini drainase perlu dilakukan, akan tetapi pengeringan yang telalu awal akan mengakibatkan bertambahnya gabah hampa dan beras pecah (broken kernel),
sedangkan pengeringan yang terlambat mengakibatkan kondisi kondusif tanaman rebah.
Pada periode vegetatif jumlah air yang dikonsumsi sedikit, sehingga kekurangan air pada periode ini tidak mempengaruhi hasil secara nyata asalkan tanaman sudah pulih dan sistim perakarannya sudah mapan. Tahapan sesudah panicle primordia, khususnya pada masa bunting,
6
menghasilkan pengurangan hasil tak terpulihkan. Dengandemikian perencanaan program irigasi di areal dimana jumlah air irigasinya terbatas untuk menggenangi sawah pada seluruh periode, prioritas harus diberikan untuk memberikan air irigasi selama periode pemulihan dan pertumbuhan akar serta seluruh periode pertumbuhan reproduktif.
2.1.5
Metoda pemberian air pada padi sawah
Terdapat dua metoda pemberian air untuk padi sawah yakni: (a) Genangan terus menerus(continuous submergence) yakni sawah digenangi terus menerus sejak tanam sampai panen; (b) Irigasi terputus atau berkala (intermittent irrigation) yakni sawah digenangi dan dikeringkan berselang-seling. Permukaan tanah diijinkan kering padasaat irigasi diberikan. Keuntungan irigasi berkala adalah sebagai berikut:
(a) menciptakan aerasi tanah, sehingga mencegah pembentukan racun dalam tanah (b) menghemat air irigasi
(c) mengurangi masalah drainase Keuntungan irigasi kontinyu adalah:
(a) tidak memerlukan kontrol yang ketat (b) pengendalian gulma lebih murah (c) operasional irigasi lebih mudah.
2. 2.
Sistem Kontrol
2.2.1
Pengertian Sistem Kontrol
Sistem kendali atau sistem kontrol (control sistem) adalah suatu alat (kumpulan alat) untuk mengendalikan, memerintah, dan mengatur keadaan dari suatu sistem. Dalam industri, sistem kontrol merupakan sebuah sistem yang meliputi pengontrolan variabel-variabel seperti temperatur (temperature), tekanan (pressure), aliran (flow), level, dan kecepatan (speed). Untuk mengimplentasikan teknik sistem kontrol (Sistem Control Engineering) dalam industri diperlukan banyak keahlian atau keilmuan seperti dibidang: teknologi mekanik (mechanical engineering), teknik elektrik (electrical engineering), elektronik (electronics) dan sistem pneumatik (pneumatic sistems). Ada dua konsep dasar dalam sistem kontrol yang dikenal yaitu sistem kontrol lup terbuka (open-loop control sistem) atau umpan-maju (feedforward) dan sistem kontrol lup tertutup (closed-loop control sistem) atau umpan-balik (feedback) (Hordeski, 1994).
1. Sistem kontrol secara manual
Sistem kontrol secara manual, proses pengaturannya dilakukan secara manual oleh operator dengan mengamati keluaran secara visual, kemudian dilakukan koreksi variabel-variabel kontrolnya untuk mempertahankan hasil keluarannya. Sistem kontrol itu sendiri bekerja secara open loop, yang berarti sistem kontrol tidak dapat melakukan koreksi variabel untuk mempertahankan hasil keluarannya. Perubahan ini dilakukan secara manual oleh operator setelah mengamati hasil keluarannya melalui alat ukur atau indikator.
2. Sistem kontrol otomatis
7
hasil keluaran menuju ke masukan setelah dikurangkan dengan nilai setpointnya. Pengaturan secara untai tertutup ini (closed loop) tidak memerlukan operator untuk melakukan koreksi variabel-variabel kontrolnya karena dilakukan secara otomatis dalam sistem kontrol dalam sistem kontrol itu sendiri (Siswoyo, 2007).
Dengan demikian keluaran akan selalu dipertahankan berada pada kondisi stabil sesuai dengan set point yang ditentukan. Secara umum, sistem kontrol lup tertutup terdiri dari (Mahalik, 2004):
Plant : sistem atau proses yang akan dikontrol yaitu aktuator Input : nilai referensi yang diinginkan atau disebut setpoint
Alat ukur : alat pengukur yang berfungsi memberikan informasi keadaan yang sebenarnya disebut sensor
Pengontrol : alat algoritma yang mampu merespon sinyal kontrol agar menghasilkan output yang respek terhadap setpoint dan mengukur present value sehingga menghasilkan isyarat error.
Output : keluaran yang telah dikendalikan dan dihasilkan oleh sistem.
Gambar 2.1 kontrol lup tertutup
Dalam sebuah kontrol otomatis suatu kondisi terkontrol (controlled condition) dapat berupa temperatur, tekanan, kelembaban, level, atau aliran. Hal ini mengartikan bahwa elemen pengukuran dapat berupa sensor temperatur, transduser tekanan atau tramitter, detektor level, sensor kelembaban atau sensor aliran. Sementara variabel manipulasinya dapat berupa uap air, air, udara, listrik, minyak atau gas, sedangkan perangkat terkontrol dapat berupa sebuah klep, damper (penghadang), pompa atau kipas angin.
2.2.2
Sensor
Sensor adalah alat untuk mendeteksi/mengukur sesuatu, yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Dalam lingkungan sistem pengendali dan robotika, sensor memberikan kesamaan yang menyerupai mata, pendengaran, hidung, lidah yang kemudian akan diolah oleh kontroler sebagai otaknya.
8 Linieritas : Konversi harus benar-benar proposional, jadi karakteristik konversi harus linier.
Tidak tergantung temperatur : Keluaran konverter tidak boleh tergantung pada temperatur di sekelilingnya, kecuali sensor suhu.
Kepekaan : Kepekaan sensor harus dipilih sedemikian, sehingga pada nilai-nilai masukan yang ada dapat diperoleh tegangan listrik keluaran yang cukup besar.
Waktu tanggapan : Waktu tanggapan adalah waktu yang diperlukan keluaran sensor untuk mencapai nilai akhirnya pada nilai masukan yang berubah secara mendadak. Sensor harus dapat berubah cepat bila nilai masukan pada sistem tempat sensor tersebut berubah.
Batas frekuensi terendah dan tertinggi : Batas-batas tersebut adalah nilai frekuensi masukan periodik terendah dan tertinggi yang masih dapat dikonversi oleh sensor secara benar.
Stabilitas waktu : Untuk nilai masukan (input) tertentu sensor harus dapat memberikan keluaran (output) yang tetap nilainya dalam waktu yang lama.
Histerisis : Gejala histerisis yang ada pada magnetisasi besi dapat pula dijumpai pada sensor. Misalnya, pada suatu temperatur tertentu sebuah sensor dapat memberikan keluaran yang berlainan.
(Septiawan, 2010)
Empat sifat diantara syarat-syarat dia atas, yaitu linieritas, ketergantungan pada temperatur, stabilitas waktu dan histerisis menentukan ketelitian sensor.
2.2.3
Relay
Relay merupakan salah satu perangkat elektronik yang sering digunakan dalam membuat suatu perangkat keras. Dalam dunia elektronika, relay dikenal sebagai komponen yang dapat mengimplementasikan logika switching. Sebelum tahun 70-an, relay merupakan “otak” dari
rangkaian pengendali. Baru setelah itu muncul PLC yang mulai menggantikan posisi relay. Relay
yang paling sederhana ialah relay elektromekanis yang memberikan pergerakan mekanis saat mendapatkan energi listrik (Wicaksono, 2010). Secara sederhana relay elektromekanis ini didefinisikan sebagai berikut :
Alat yang menggunakan gaya elektromagnetik untuk menutup (atau membuka) kontak saklar.
Saklar yang digerakkan (secara mekanis) oleh daya/energi listrik.
Gambar 2.2 Relay yang beredar dipasaran
Sumber : Kilian, 1996
9 Remote control : dapat menyalakan atau mematikan alat dari jarak jauh.
Penguatan daya : menguatkan arus atau tegangan (Contoh : starting relay pada mesin mobil).
Pengatur logika kontrol suatu sistem.
Prinsip Kerja dan Simbol
Relay terdiri dari coil dan contact. Perhatikan gambar 2.3,coil adalah gulungan kawat yang mendapat arus listrik, sedang contact adalah sejenis saklar yang pergerakannya tergantung dari ada tidaknya arus listrik di coil. Contact ada 2 jenis : Normally Open (kondisi awal sebelum diaktifkan open), dan Normally Closed (kondisi awal sebelum diaktifkan close). Secara sederhana berikut ini prinsip kerja dari relay : ketika Coil mendapat energy listrik (energized), akan timbul gaya elektromagnet yang akan menarik armature yang berpegas, dan contact akan menutup.
Gambar 1.3 Skema relay elektromekanik
Sumber : Kilian, 1996
Selain berfungsi sebagai komponen elektronik, relay juga mempunyai fungsi sebagai pengendali sistem, sehingga relay mempunyai 2 macam simbol yang digunakan pada :
Rangkaian listrik (hardware) Program (software)
Simbol yang digunakan pada relay adalah:
Gambar 2.4 Rangkaian dan simbol logika relay
10
Simbol selalu mewakili kondisi relay tidak dienergized.
Relay Sebagai Pengendali
Salah satu kegunaan utama relay dalam dunia industri ialah untuk implementasi logika
kontrol dalam suatu sistem. Sebagai “bahasa pemrograman” digunakan konfigurasi yang disebut
ladder diagram atau relay ladder logic. Relay ladder logic (ladder diagram) memiliki:
Diagram wiring yang khusus digunakan sebagai bahasa pemrograman untuk rangkaian kontrol relay dan switching.
LD Tidak menunjukkan rangkaian hardware, tapi alur berpikir. LD Bekerja berdasar aliran logika, bukan aliran tegangan/arus.
Relay Ladder Logic terbagi menjadi 3 komponen yaitu: 1. Input : pemberi informasi
2. Logic : pengambil keputusan
3.
Output : usaha yang dilakukanGambar 2.5 Diagram sederhana sistem kontrol berbasis relay
Dari Gambar 2.5 nampak bahwa sistem kendali dengan relay ini mempunyai input device (misalnya: berbagai macam sensor, switch) dan output device (misalnya : motor, pompa, lampu). Dalam rangkaian logikanya, masing-masing input, output, dan semua komponen yang dipakai mengikuti standard khusus yang unik dan telah ditetapkan secara internasional.
Pada Gambar 2.6 dapat dilihat aplikasi relay untuk membentuk gerbang – gerbang logika sederhana (AND, OR, NOT, dan latching
11 Gambar 2.6 Relay untuk membentuk gerbang logika
Sumber : Kilian, 1996
Sebagai pengendali, relay dapat mengatur komponen-komponen lain yang membentuk suatu sistem kendali di industri, di antaranya : switch, timer, counter, sequencer, dan lain-lain.
2. 3.
Mikrokontroler
2.3.1
Pengertian Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer fungsional dalam sebuah chip. Di dalamnya terkandung sebuah inti prosesor, memori (sejumlah kecil RAM, memori program, atau keduanya), dan perlengkapan input output.
Dengan kata lain, mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus, cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. Mikrokontroler merupakan komputer didalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang
menekankan efisiensi dan efektifitas biaya. Secara harfiahnya bisa disebut “pengendali kecil”
dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen-komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini.
Mikrokonktroler digunakan dalam produk dan alat yang dikendalikan secara automatis, seperti sistem kontrol mesin, remote controls, mesin kantor, peralatan rumah tangga, alat berat, dan mainan. Dengan mengurangi ukuran, biaya, dan konsumsi tenaga dibandingkan dengan mendesain menggunakan mikroprosesor memori, dan alat input output yang terpisah, kehadiran mikrokontroler membuat kontrol elektrik untuk berbagai proses menjadi lebih ekonomis.
Beberapa keuntungan menggunakan mikrokontroler : Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas
Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi
Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena sistemnya yang kompak
12
konversi digital ke analog (DAC), konversi analog ke digital dan sebagainya hanya menggunakan sistem minimum yang tidak rumit atau kompleks.
Agar sebuah mikrokontroler dapat berfungsi, maka mikrokontroler tersebut memerlukan komponen eksternal yang kemudian disebut dengan sistem minimum. Untuk membuat sistem minimal paling tidak dibutuhkan sistem clock dan reset, walaupun pada beberapa mikrokontroler sudah menyediakan sistem clock internal, sehingga tanpa rangkaian eksternal pun mikrokontroler sudah beroperasi.Untuk merancang sebuah sistem berbasis mikrokontroler, kita memerlukan perangkat keras dan perangkat lunak, yaitu:
1. Sistem minimal mikrokontroler
2. Software pemrograman dan kompiler, serta downloader
Yang dimaksud dengan sistem minimal adalah sebuah rangkaian mikrokontroler yang sudah dapat digunakan untuk menjalankan sebuah aplikasi. Sebuah IC mikrokontroler tidakakan berarti bila hanya berdiri sendiri. Pada dasarnya sebuah sistem minimal mikrokontroler AVR memiliki prinsip yang sama, yang terdiri dari 4 bagian, yaitu :
1. Prosesor, yaitu mikrokontroler itu sendiri
2. Rangkaian reset agar mikrokontroler dapat menjalankan program mulai dari awal 3. Rangkaian clock, yang digunakan untuk memberi detak pada CPU
4. Rangkaian catu daya, yang digunakan untuk memberi sumberdaya
Pada mikrokontroler jenis-jenis tertentu (AVR misalnya), poin-poin pada nomor 2 dan 3 sudah tersedia didalam mikrokontroler tersebut dengan frekuensi yang sudah diseting dari vendornya (biasanya 1MHz, 2MHz, 4MHz dan 8MHz), sehingga pengguna tidak perlu memerlukan rangkaian tambahan, namun bila ingin merancang sistem dengan spesifikasi tertentu (misal ingin komunikasi dengan PC atau handphone), maka pengguna harus menggunakan rangkaian clock yang sesuai dengan karakteristik PC atau HP tersebut, biasanya menggunakan kristal 11,0592 MHz, untuk menghasilkan komunikasi yang sesuai dengan baud rate PC atau HP tersebut.
2.3.2
Jenis-jenis Mikrokontroler
Secara teknis hanya ada 2 macam mikrokontroller. Pembagian ini didasarkan pada kompleksitas instruksi-instruksi yang dapat diterapkan pada mikrokontroler tersebut. Pembagian itu yaitu RISC dan CISC.
RISC (Reduced Instruction Set Computer). Memiliki instruksi terbatas, tetapi memiliki fasilitas yang lebih banyak.
CISC (Complex Instruction Set Computer). Memiliki instruksi lebih lengkap tapi dengan fasilitas secukupnya.
Jenis-jenis mikrokontroler yang umum digunakan adalah :
1. MCS51
13
dengan cara jalur pemilihan chip yang terpisah untuk akses program dan memori data. Salah satu kemampuan dari mikrokontroler 8051 adalah pemasukan sebuah mesin pemroses boolean yang mengijikan operasi logika boolean tingkatan-bit dapat dilakukan secara langsung dan secara efisien dalam register internal dan RAM. Karena itulah MCS51 digunakan dalam rancangan awal PLC (programmable Logic Control).
2. AVR
Mikrokonktroler Alv and Vegard’s Risc processor atau sering disingkat AVR merupakan mikrokonktroler RISC 8 bit. Karena RISC inilah sebagian besar kode instruksinya dikemas dalam satu siklus clock. AVR adalah jenis mikrokontroler yang paling sering dipakai dalam bidang elektronika dan instrumentasi. Secara umum, AVR dapat dikelompokkan dalam 4 kelas. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral dan fungsinya. Keempat kelas tersebut adalah keluarga ATTiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT86RFxx.
3. PIC
Pada awalnya, PIC merupakan kependekan dari Programmable Interface Controller. Tetapi pada perkembangannya berubah menjadi Programmable Intelligent Computer. PIC termasuk keluarga mikrokonktroler berarsitektur Harvard yang dibuat oleh
Microchip Technology. Awalnya dikembangkan oleh Divisi Mikroelektronik General Instruments dengan nama PIC1640. Sekarang Microhip telah mengumumkan pembuatan PIC-nya yang keenam. PIC cukup popular digunakan oleh para developer dan para penghobi ngoprek karena biayanya yang rendah, ktersediaan dan penggunaan yang luas, database aplikasi yang besar, serta pemrograman (dan pemrograman ulang) melalui hubungan serial pada komputer.
2.4
Smartdatalog
Smartdatalog merupakan sebuah data logger yang mana seluruh setting dan kalibrasi pengukuran dapat dilakukan dengan mempergunakan PC/Notebook, baik secara off-line maupun on-line (remote). Untuk itu pada produk ini telah dilengkapi dengan sebuah software yang berfungsi sebagai interface antara user dengan data logger. Hubungan antara PC/Notebook dengan Smartdatalog
dapat dilakukan melalui kabel, ataupun melalui modem GSM.
Smartdatalog software merupakan sebuah perangkat lunak yang berfungsi untuk mengakses data logger. Akses data dapat dilakukan baik secara remote mempergunakan media jaringan GSM, maupun secara off line mempergunakan kabel. Untuk akses data logger secara remote, maka terdapat dua pilihan yaitu mempergunakan metode dial up atau menggunakan layanan SMS (Smartdatalog
versi AVR-022), sedangkan untuk Smartdatalog versi AVR-256 terdapat fasilitas pengiriman data melalui GPRS. Beberapa fasilitas yang terdapat didalam perangkat lunak ini antara lain :
Remote Setting setiap Kanal pada data logger (dapat dilakukan secara remote mempergunakan dial up dan SMS)
Setting RTC data logger (dapat dilakukan secara remote mempergunakan dial up)
Setting Alarm untuk setiap kanal (dapat dilakukan secara remote menggunakan dial up), sedangkan sinyal alarm dapat diterima melalui SMS.
Kalibrasi sensor (dapat dilakukan secara remote mempergunakan dial up)
Download data (dapat dilakukan secara remote mempergunakan dial up)
14 Request Sepuluh data pengukuran terbaru (dapat dilakukan secara remote mempergunakan SMS)
Konversi data dari format teks ke format excel
Banyak aplikasi yang dapat dilakukan dengan memanfaatkan Smartdatalog. Aplikasi standar yang umum digunakan adalah menjadikan Smartdatalog sebagai unit pengukur/pemantau suatu objek, menyimpan semua data pengukuran dan mengirimkannya ke pusat pengolahan data. Agar Data Logger dapat diakses secara remote oleh PC atau Notebook, maka data logger harus terhubung lebih dahulu ke sebuah Modem GSM.
Data Logger telah menyediakan fasilitas agar dapat diakses secara remote, hal ini berkaitan dengan beberapa keperluan yaitu :
1. Terhubung ke Modem GSM, untuk hal-hal yang berkaitan dengan : a. Download data dari data logger secara dial up.
b. Setting data logger melalui layanan SMS
c. Permintaan data pengukuran melalui layanan SMS.
d. Permintaan informasi kondisi data logger melalui layanan SMS. 2. Terhubung ke Modem GPRS, untuk hal-hal yang berkaitan dengan :
a. Pengambilan data pengukuran secara kontinyu melalui layanan GPRS
2.4.1
Menu Pengoperasian
1. Menu Koneksi : Menu Koneksi terdiri dari tiga menu pola hubungan/komunikasi data antara data logger dengan PC/Notebook. Ketiga menu tersebut adalah Menu Kabel, Menu Dial Up, dan Menu SMS. Menu Kabel dan Menu Dial Up, erat kaitannya dengan menu-menu yang lain yaitu : Download Data, Setting Kanal, dan On-Line Monitoring Display. Agar pengguna dapat mengakses data logger, maka salah satu menu, yaitu Kabel atau Dial Up harus dipilih terlebih dulu. Sedangkan menu SMS merupakan menu khusus untuk mengambil data dari data logger dengan menggunakan layanan SMS. 2. Menu Kabel : Pada menu Koneksi jika pilihan Kabel dipilih, maka tampilan menu
sebagai mana dibawah ini. Menu ini dipilih jika diinginkan hubungan antara data logger dengan PC/Notebook menggunakan sebuah kabel melalui serial port. Tekan tombol
Connect agar kedua device dapat saling berhubungan. Jika hubungan telah terjadi, maka indikator status akan betuliskan : Terkoneksi
3. Menu Dial Up : Jika pilihan menu Dial Up yang diaktifkan, maka tampilan display
sebagaimana dibawah ini. Pilihan menu ini berfungsi untuk mengakses data logger secara remote menggunakan jaringan GSM. Sebelum menu ini diaktifkan, maka PC sebaiknya sudah terhubung dengan Modem GSM. Ketika tombol Dial diaktifkan, maka secara otomatis proses dial up akan dilakukan sampai terjadi koneksi antara PC/Notebook dengan data logger. Indikator terlah terjanya hubungan antara PC dengan data logger adalah tulisan Dial di Tombol dial akan berubah menjadi Connected dan indicator status menjadi Terkoneksi.
4. Menu SMS : Komunikasi data antara data logger dengan PC/Notebook dapat dilakukan melalui layanan SMS. Akses data yang dapat dilakukan melalui SMS antara lain :
o CHn : untuk meminta data logger mengirimkan data pengukuran dari kanal
15
o MCHn : untuk meminta data logger mengirimkan 10 data pengukuran terakhir
dari kanal nomor “ n “.
o Info[spasi] M : Informasi kondisi memory data logger o Info[spasi]P : Informasi jumlah pulsa di St. Pantau
5. Menu setting kanal : Menu Setting Kanal terdiri dari : ID Data Logger, Nama Stasiun, Kolom Setting, Kolom pencatat no kirim SMS untuk alarm, Tombol Simpan Setting, Tombol Reset Ke Setting Terakhir, Tombol Reset ke Default Terakhir. Setiap kanal (tergantung type data logger) dapat diatur sesuai dengan kondisi yang diinginkan, yang meliputi :
o Range Input (4mA-20mA / 0V-5V) o Gradien
o Konstanta o Satuan
o Interval Penyimpanan Data o Alarm (Aktif / disable)
6. Menu Setting RTC : berfungsi untuk menyamakan waktu antara RTC di data logger dengan waktu di PC. Cara menyamakan adalah cukup menekan tombol Samakan Waktu. Jika perintah gagal, maka sebuah pesan akan ditampilkan..
7. Menu Download data dan online display monitoring : Menu Download Data berfungsi untuk mengambil data yang tersimpan pada memory data logger. Sementara dengan
online display monitoring maka selama data logger dan PC saling terhubung, maka semua kanal dapat termonitor secara real time dari layar monitor PC.
2.5
Root Mean Square Error (RMSE)
Root Mean Square Error (RMSE) merupakan tehnik yang sering digunakan untuk mengukur perbedaan antara nilai yang diprediksi oleh model atau penduga dan nilai-nilai yang diamati dari hal yang dimodelkan atau diperkirakan. RMSE merupakan tehnik mengukur yang baik untuk pengukuran yang presisi. Perbedaan individual ini disebut juga residual, dan rmsd berfungsi untuk agregat mereka menjadi ukuran tunggal daya prediksi (Anderson, 1992)
.
RMSE dari sebuah estimator dengan estimasi parameter θ didefinisikan sebagai akar
kuadrat dari mean square error.
…../ 3 /
Untuk estimator yang tidak bias, maka RMSE adalah akar kuadrat dari varians, yang dikenal sebagai standard error. Dalam beberapa disiplin, RMSE digunakan untuk membandingkan perbedaan antara dua hal yang mungkin bervariasi, baik yang diterima sebagai "standar". Misalnya, ketika mengukur jarak rata-rata antara dua benda oblong, dinyatakan sebagai vektor acak.
16
Formula berubah menjadi :
……/ 5 /
Normalized Root Mean Square Error (NRMSE)
NRMSE adalah RMSE dibagi dengan rentang nilai diamati, nilai yang sering dinyatakan sebagai persentase, di mana nilai-nilai yang lebih rendah mengindikasikan variance.
17
III.
METODOLOGI PENELITIAN
3.1
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor dari bulan Oktober – Desember 2010.
3.2
Bahan dan Alat
3.2.1
Bahan
Pasir sebagai bahan yang akan dialiri dan digenangi air irigasi Air untuk irigasi
3.2.2
Alat
Kotak eksperimen aliran air dalam tanah
Rangkaian pipa PVC ½”
Selang air 2 meter
Pompa aquarium head 2 meter, debit 1500 l/h Sensor tekanan
Rangkaian penguat sinyal sensor Rangkaian relay
Smartdatalog versi ATMEGA128-VB260GPRS
HIOKI logger nomor serial 2008-080121921 dan 2008-080121932 HIOKI Communication Base
Baterai kering 12 volt
Solarcell 50 Watt Modem GSM Kartu GSM Komputer
Software Smartdatalog
Software HIOKI (Communication Utility)
3.4
Tahapan Penelitian
Metode yang akan digunakan dalam penelitian ini mengikuti diagram alir prosedur kerja pada Gambar 3.1.
3.4.1
Persiapan Tempat Simulasi Irigasi
18
Gambar 3.1 Diagram Alir Prosedur Kerja
ya ya
tidak tidak
Kalibrasi Sensor
- Sensor tekanan Smartdatalog - Sensor tekanan HIOKI
Pengambilan Data - Data harian tinggi muka air - Data kebutuhan daya selama
alat dijalankan
Pengolahan data - Analisis error menggunakan
RMSE dan NRMSE - Analisis daya penggunaan
baterai
Hasil Pengujian - Persentase error - Besar daya penggunaan
baterai
Selesai
Instalasi alat kontrol ke perangkat simulasi
Siap? Siap?
Persiapan perangkat simulasi irigasi
19
airnya oleh sebuah rangkaian pipa PVC ½”. Penyambungan dua boks simulasi ini bertujuan agar aliran air menyerupai pada lahan sebenarnya, yaitu air akan mengalir melewati dua bidang tanam yang terpisah. Pada boks kaca dimasukkan pasir sebagai bidang tanam yang akan dialiri air irigasi. Pasir diisikan ke dalam boks sampai setinggi 26 cm.
Gambar 3.2 . Boks dan Pipa PVC Gambar 3.3 . Tinggi pasir dalam boks
[image:33.595.156.525.168.414.2]Model simulasi skala laboratorium yang dijelaskan diatas didasari dari model simulasi yang dapat dilihat pada gambar 3.2 berikut ini. Lahan diasumsikan memiliki saluran air di sekelilingnya. Tinggi air pada kedua saluran ini menjadi batas keliling tanah. Level air pada kedua saluran inilah yang akan diatur dengan system kendali untuk memberikan muka air tanah sesuai dengan kebutuhan. Pada kedalaman tanah tertentu diasumsikan terdapat lapisan semipervious yang akan menahan laju perkolasi seperti umumnya terdapat pada lahan sawah.
Gambar 3.4 . Penampang melintang lahan simulasi
20
3.4.2
Persiapan Alat Kontrol Otomatis
Alat kontrol yang digunakan pada penelitian ini adalah berupa perangkat Smartdatalog. Seluruh setting dan kalibrasi pengukuran dapat dilakukan dengan mempergunakan PC/Notebook, baik secara off-line maupun on-line (remote). Tipe Smartdatalog yang digunakan adalah Smartdatalog versi ATMEGA128-VB260GPRS, yang menggunakan mikrokontroler dengan tipe ATMEGA128.
Dalam menjalankan alat kontrol smartdatalog ini sebelumnya dibutuhkan sebuah rangkaian penguat. Rangkaian penguat berfungsi menguatkan signal tegangan yang berasal dari sensor. Tegangan keluaran sensor tekanan sebesar 0 – 1 Volt akan dikuatkan menjadi 0 – 5 Volt yang selanjutnya masuk ke rangkaian kontrol utama yaitu sebuah mikrokontroler yang terdapat dalam smartdatalog. Mikrokontroler itu sendiri difungsikan sebagai pembatas tegangan yang akan mempengaruhi dan mengendalikan tegangan keluaran dari rangkaian kontrol. Rangkaian relay merupakan rangkaian yang berfungsi sebagai saklar bagi pompa yang nyala matinya diatur oleh rangkaian kontrol.
[image:34.595.255.428.321.459.2]Gambar 3.5 . Smartdatalog
21
Gambar 3.7 . Rangkaian Relay
Gambar 3.8 . Relay yang digunakan
3.4.3
Instalasi Alat Kontrol Irigasi
Tempat simulasi irigasi dan perangkat alat kontrol telah dipersiapkan, kemudian yang harus dilakukan adalah instalasi alat kontrol tersebut ke tempat simulasi irigasi. Instalasi dilakukan dengan cara menempatkan alat kontrol di dekat tempat simulasi, alat tersebut diletakkan di ketinggian yang sejajar dengan boks. Kemudian diletakkan reservoir air irigasi di tengah antara boks satu dengan boks dua. Pompa air celup dimasukkan kedalam reservoir yang telah berisi air kemudian dengan menggunakan selang air dihubungkan ke boks satu. Sensor tekanan yang terhubung ke smartdatalog dipasang diujung boks satu yang juga merupakan inlet air irigasi yang akan dialirkan oleh selang. Sementara itu pada ujung boks dua dipasang selang outlet yang berfungsi mengalirkan air dari boks ke reservoir untuk di sirkulasi dan digunakan kembali. Air keluaran outlet ini
[image:35.595.250.433.301.459.2]22
Gambar 3.9 . Pompa celup dalam reservoir
Gambar 3.10 . Instalasi keseluruhan
3.4.4
Kalibrasi Sensor
23
Gambar 3.11 . Sensor pada Smartdatalog
Gambar 3.12 . HIOKI (2008-080121921) Gambar 3.13 . HIOKI (2008-080121932)
3.4.5
Pengujian Teknis dan Pengambilan Data
Pengujian dilakukan dengan menjalankan smartdatalog selama 7 hari. Dalam kurun waktu tersebut alat kontrol diatur ke beberapa ketinggian maksimum dan minimum yang berarti mengatur kapan pompa air menyala dan mati. Selain menggunakan sensor tekanan dari smartdatalog juga digunakan sensor tekanan dari HIOKI sebagai pemantau ketinggian muka air yang lain yaitu ketinggian muka air pada bagian tengah antara boks 1 dengan boks 2 kemudian dapat dilihat perbedaan ketinggian antara bagian awal tempat masuknya air (input) dengan bagian tengah antar boks.
Data yang diambil merupakan data harian, pada smartdatalog data yang diperoleh adalah data hasil pemantauan tekanan air setiap 1 menit sedangkan data dari HIOKI merupakan data hasil pemantaun tekanan air setiap 15 detik. Dari kedua sensor tersebut akan dapat dilihat tinggi muka air didalam boks dan terlihat error yang terjadi pada alat. Data didalam smartdatalog didapat dengan cara mengunduh data dari logger, data dapat di unduh menggunakan software smartdatalog.
Sebelum melakukan monitoring terlebih dahulu dilakukan pengaturan kapan pompa harus hidup untuk mengalirkan air ketika ketinggian air minimum dan kapan pompa harus mati bila air sudah mencapai ketinggian maksimal yang diinginkan. Dalam monitoring kali ini akan dilakukan tiga pengaturan ketinggian maksimum dan minimum. Untuk mengatur ketinggian pada software smartdatalog adalah dengan memasukkan nilai tegangan untuk ketinggian maksimum yang diinginkan dan ketinggian minimum yang diinginkan (Gambar 3.15).
24
[image:38.595.175.491.125.373.2]bantuan software Communication Utility (Gambar 3.17) data yang telah di download tersebut dapat dibaca dan di simpan di dalam computer.
Gambar 3.14 . Tampilan Awal Software Smartdatalog
[image:38.595.175.488.439.675.2]25
Gambar 3.16 . Tampilan Setting Channel Pada Software Smartdatalog
Gambar 3.17 . Communication Base
26
IV.
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1
Kalibrasi Sensor
Kalibrasi sensor dilakukan sesuai yang telah dijelaskan pada bagian metode penelitian. Sensor tekanan yang dikalibrasi ada tiga buah sensor, sensor yang terhubung oleh smartdatalog, sensor yang terhubung dengan HIOKI bernomor serial 2008-080121932 dan sensor yang terhubung dengan HIOKI bernomor serial 2008-08121921.
Sensor yang dipakai dalam pengujian memang hanya dua buah yaitu satu sensor tekanan yang terhubung pada smartdatalog dan yang satu lagi adalah sensor tekanan yang terhubung pada HIOKI yang digunakan sebagai pengukur tinggi muka air pada bagian tengah perhubungan antara boks satu dengan boks dua, namun ketiga sensor yang ada tetap dikalibrasi karena tidak menutup kemungkinan ada sensor yang bekerja kurang baik.
Pada Gambar 4.1 sampai 4.3 disampaikan hasil data pengkalibrasian ketiga sensor tekanan yang digunakan:
Gambar 4.1 . Grafik Kalibrasi Sensor Tekanan pada Smartdatalog
Grafik pada Gambar 4.1 diatas merupakan grafik hasil pengkalibrasian sensor tekanan yang terhubung pada smartdatalog. Sumbu absis menunjukkan nilai yang tertera pada monitor smartdatalog. Nilai ini merupakan nilai keluaran dari ADC (Analog to Digital Converter) yang mengkonversi data analog dari sensor pada smartdatalog. Sedangkan sumbu ordinat menunjukkan tinggi muka air yang diukur secara manual menggunakan penggaris sebagai tanda kapan harus membaca nilai yang terlihat pada monitor smartdatalog.
Dari hasil kalibrasi sensor tekanan pada smartdatalog tersebut diperoleh hubungan antara nilai pada sensor dengan nilai tinggi muka air sebenarnya dengan persamaan y = -157.7x + 700.3 , persamaan ini dapat digunakan untuk menghitung tinggi muka air sebenarnya dimana y adalah tinggi
y = -157.7x + 700.3 R² = 0.995 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45
4.16 4.18 4.2 4.22 4.24 4.26 4.28
ti n ggi m u k a a ir (c m )
27
muka air dalam satuan cm dan x adalah nilai sensor pada monitor smartdatalog dalam satuan Volt. Adapun nilai koefisien determinasi dari persamaan ini sebesar 0.995. Hal ini menunjukkan hasil kalibrasi dapat digunakan dengan tingkat akurasi tinggi.
Gambar 4.2 . Grafik Kalibrasi Sensor Pada HIOKI (2008-080121932)
Gambar 4.3 . Grafik Kalibrasi Sensor Pada HIOKI (2008-080121921)
Grafik pada Gambar 4.2 dan Gambar 4.3 merupakan grafik hasil pengkalibrasian sensor tekanan yang terhubung pada HIOKI dengan dua nomor serial yang berbeda. Sumbu absis menunjukkan nilai yang tertera pada monitor HIOKI. Nilai ini merupakan nilai keluaran dari ADC (Analog to Digital Converter) yang mengkonversi data analog dari sensor pada HIOKI. Sedangkan sumbu ordinat menunjukkan tinggi muka air yang diukur secara manual menggunakan penggaris sebagai tanda kapan harus membaca nilai yang terlihat pada monitor HIOKI.
y = 51.56x - 46.54 R² = 0.999
25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45
1.380 1.430 1.480 1.530 1.580 1.630 1.680 1.730 1.780
ti n gg i m u k a a ir (c m )
nilai pada sensor ( Volt )
y = 51.94x - 48.13 R² = 0.999
25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45
1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 1.65 1.7 1.75 1.8
ti n gg i m u k a a ir (c m )
28
Dari hasil kalibrasi sensor tekanan pada HIOKI tersebut diperoleh hubungan antara nilai pada sensor dengan nilai tinggi muka air sebenarnya dengan persamaan y = 51.56x – 46.54 untuk HIOKI yang bernomor serial 2008-080121932 dan persamaan y = 51.94 – 48.13 untuk HIOKI yang bernomor serial 2008-080121921. Persamaan ini dapat digunakan untuk menghitung tinggi muka air sebenarnya dengan y sebagai tinggi muka air dalam satuan cm dan x adalah nilai sensor pada monitor HIOKI dalam satuan Volt. Adapun nilai koefisien determinasi dari kedua persamaan ini sebesar 0.999. Hal ini menunjukkan hasil kalibrasi dapat digunakan dengan tingkat akurasi yang tinggi.
4.2
Pemantauan Tinggi Muka Air
4.2.1
Data Hasil Pemantauan
Data Monitoring didapat dari 2 sensor tekanan tekanan yang terhubung dengan Smartdatalog dan HIOKI. Pengambilan data dilakukan dengan memantau tinggi muka air dengan pengaturan tinggi muka air yang berbeda. Perbedaan pengaturan ketinggian muka air atau set point tersebut dilakukan sebanyak 3 kali.
Pengaturan tinggi muka air pada set point 1 dibuat berada diatas permukaan tanah. Pada set point 1 tinggi maksimal yang ingin dicapai adalah 31.65 cm. Ketinggian muka air tersebut didapat dengan mengatur voltase pada software smartdatalog sebesar 4.24 V. Untuk tinggi minimum diatur sebesar 26.92 cm dengan mengatur voltase sebesar 4.27 V. Data hasil pemantauan tinggi muka air pada set point 1 ini disajikan pada Gambar 4.7 sampai 4.12.
Sumbu absis pada grafik menunjukkan waktu selama pelaksanaan pengambilan data sementara sumbu ordinat merupakan tinggi muka air (cm) yang telah dikonversi dari bentuk asal data analog keluaran smartdatalog ( V ) dengan menggunakan persamaan kalibrasi yang sebelumnya telah dilakukan.
Keberadaan tinggi muka air yang berada di atas permukaan ini memungkinkan naik turunnya tinggi muka air terjadi dengan cepat karena aliran air selain merembes melewati pori-pori media tanam juga mengalir di permukaan tanah. Selain mengalir dengan cepat air juga keluar dengan cepat melewati outlet Hal ini dapat dilihat juga pada naik turunnya grafik tinggi muka air yang terjadi dalam selang waktu yang relatif singkat
29 Gambar 4.4 . Grafik Tinggi Muka Air (6-12-2010)
Gambar 4.5 . Grafik Tinggi Muka Air (7-12-2010) 0.00
10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00
T
in
gg
i mu
k
a
a
ir
(c
m)
Waktu
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00
T
in
gg
i m
u
k
a
a
ir
(c
m
)
30 Gambar 4.6 . Grafik Tinggi Muka Air (8-12-2010)
Gambar 4.7 . Grafik Tinggi Muka Air (9-12-2010)
Pada set point 2 tinggi muka air diatur hampir sejajar dengan permukaan tanah yaitu 30.08 cm. Ketinggian muka air tersebut didapat dengan mengatur voltase pada software smartdatalog sebesar 4.25 V. Untuk tinggi minimum diatur sebesar 23.77 cm dengan mengatur voltase sebesar 4.29 V. Data hasil pemantauan tinggi muka air set point 2 disajikan pada Gambar 4.8 dan 4.9.
31 Gambar 4.8 . Grafik Tinggi Muka Air (11-12-2010)
Gambar 4.9 . Grafik Tinggi Muka Air (12-12-2010)
Pengaturan tinggi muka air maksimal pada set point kedua ini dibuat sejajar dengan tinggi permukaan tanah. Pengaturan tinggi muka air yang sejajar dengan permukaan tanah ini menjadikan pergerakan naik turunnya air berjalan agak lambat, berbeda dengan set point satu sebelumnya. Hal ini terjadi karena untuk mengalirkan air ke seluruh lahan/boks hanya mengandalkan rembesan air yang melewati media tanam. Karena hanya mengandalkan rembesan media tanam untuk mengalirkan air maka sampainya air ke bagian tengah boks pun memakan waktu yang agak lama dan level airnya pun selalu di bawah bagian input.
Pada set point 3 tinggi muka air diatur di bawah permukaan tanah yaitu 28.50 cm. Ketinggian muka air tersebut didapat dengan mengatur voltase pada software smartdatalog
32 Gambar 4.10 . Grafik Tinggi Muka Air (13-12-2010)
Pengaturan tinggi muka air pada set point ketiga ini dibuat dibawah dari tinggi permukaan tanah. Sama dengan set point kedua, pada setpoint ketiga ini pun aliran air hanya mengandalkan rembesan media tanam. Namun dari kurva dapat dilihat bahwa turunnya air terjadi lebih lambat, ini mungkin terjadi karena air pada input yang tingginya dibawah permukaan tanah rembesannya berjalan lebih lambat dikarenakan area dari media tanam yang dilewatipun berkurang.
4.2.2
Analisis Error Pada Data
[image:46.595.143.524.85.303.2]Untuk mengetahui besarnya error pada data, metode yang digunakan kali ini adalah dengan menggunakan RMSE ( Root Mean Square Error ) dan untuk mengetahui persentasenya digunakan NRMSE ( Normalized Root Mean Square Error ). Berikut tabel perhitungan error pada data sesuai metode RMSE :
Tabel 4.1 . Hasil Perhitungan Error Pada Data
Set point tanggal RMSE NRMSE (error )
%
1
6/12/2010 17.406 3.68
7/12/2010 14.557 3.078
8/12/2010 0.847 0.179
9/12/2010 19.69 4.163
2 11/12/2010 26.885 4.261
12/12/2010 21.265 3.37
3 13/12/2010 19.457 3.084
33
Dari hasil perhitungan dapat dilihat bahwa persentase error yang paling kecil terjadi pada tanggal 8-12-2010, kecilnya persentase error tersebut tidak lain dikarenakan pada tanggal tersebut smartdatalog terus-menerus hidup sehingga error akibat matinya
smartdatalog tidak terjadi.
4.3
Analisis Daya Penggunaan Baterai
Analisis daya penggunaan baterai yang dilakukan kali ini hanya di fokuskan pada perhitungan supply daya untuk pompa air, sensor tekanan, dan penguat yang digunakan. Daya baterai yang digunakan adalah 12V 9Ah, Sementara itu Solarcell yang digunakan untuk me-recharge baterai tersebut memiliki daya 50 Watt (dalam keadaan matahari terik) dengan tegangan keluaran 12V. Untuk mengetahui lama waktu recharge yang dibutuhkan dapat dihitung dengan melihat berapa nilai arus listrik yang dimiliki oleh beterai dan solarcell. Perhitungan waktu recharge baterai dengan solarcell yang digunakan adalah sebagai berikut (diasumsikan solarcell mendapatkan sinar matahari yang terik):
Arus listrik keluaran solarcell :
Waktu recharge Baterai dengan tegangan 12V :
Dengan hasil perhitungan tersebut diketahui dalam kondisi penyinaran matahari yang terik
solarcell dapat me-recharge baterai secara penuh dalam waktu 2.16 jam. Pada saat penelitian solarcell dijemur selama kurang lebih 6 jam setiap harinya. Dalam kurun waktu seperti itu seharusnya baterai sudah penuh terisi dan dapat digunakan saat solarcell sudah tidak dijemur kembali. Perhitungan supply
daya untuk pompa dan supply daya baterai untuk relay, sensor, dan penguat disajikan pada Tabel 4.5 sampai Tabel 4.7.
Tabel 4.2 . Kebutuhan daya untuk pompa
set point
lama penggunaan tegangan arus pompa Total Daya
(hour) (Volt) (A) (Watt-hour)
1 0.78 220 0.14 24
2 0.15 220 0.14 4.6
3 0.17 220 0.14 5.24
Tabel 4.3 . Kebutuhan daya baterai untuk relay pompa
set point lama penggunaan tegangan relay Total Daya
(hour) (Volt) (A) (Watt-hour)
1 0.78 12 5 46.8
2 0.15 12 5 9
34
Tabel 4.4 . Total Kebutuhan daya baterai
set
point
lama penggunaan tegangan
arus
relay Total Daya
sensor penguat
(hour)
