ABSTRACT
RANCANG BANGUN SISTEM AKUISISI DATA IKLIM MIKRO DALAM GREENHOUSE BERBASIS MIKROKONTROLER ARDUINO
By
HEIDI YANTI ANGGRAENI PUTRI
Micro climate (temperature, humidity and the intensity of Sun’s light) plays an important role on growth and development of plants. However, it’s difficult to obtain the micro climate data continuously. An automatic data acquisition system is a such promising soluticts to this problem. Micro climate data acquisition system collects temperature, humidity, and the intensity of Sun’s light data for specific purposes. This acquisition system is intended to be applicable in the greenhouse. Microcontroller Arduino UNO based acquisition system designed has several inputs, i.e . three DHT11 temperature and humidity sensors and a light dependent resistor (LDR). The outputs of this system are display on the LCD, and display on the PC as well as micro climate data in real time using laboratory virtual instrument engineering workbench (LabVIEW) software, then the data is stored in Microsoft Excel.
(c) was 0,2 oC. When compared with thermometer wet bulb - dry blub, DHT11 had an eror of 0,25 oC, while DHT11 (b) and DHT11 (c) had 0,375 oC error. The average error of humidity sensor, when compared with 4in1 multi function meter, 6,6 %RH for DHT11 (a), 10,17 %RH for DHT11 (b), and 4,46 %RH for DHT11 (c). When compared with termocopel, the average errors of humidity were 14,625 %RH for DHT11 (a), 16,625 %RH for DHT11 (b), and 11,125 %RH for DHT11 (c). LDR was calibrated by using regression analysis with R=0,9926. When validated with a light meter, the LDR had ±8,98% error.
ABSTRAK
RANCANG BANGUN SISTEM AKUISISI DATA IKLIM MIKRO DALAM
GREENHOUSE BERBASIS MIKROKONTROLER ARDUINO
Oleh
HEIDI YANTI ANGGRAENI PUTRI
Iklim mikro (suhu, kelembaban udara, dan cahaya matahari) berperan penting dalam laju pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Namun mendapatkan data iklim mikro tersebut secara kontinyu sulit. Oleh karena itu, dibutuhkan sistem akuisisi data iklim mikro. Sistem akuisisi data iklim mikro merupakan sistem pengambilan, pengumpulan dan penyiapan data suhu, kelembaban udara dan intensitas cahaya secara real time untuk keperluan tertentu. Sistem akuisisi yang dibuat diaplikasikan di dalam greenhouse. Sistem akuisisi berbasis Mikrokontroler Arduino UNO ini memiliki beberapa masukan, yaitu tiga buah DHT11 temperature and humidity sensor dan sebuah light dependent resistor (LDR). Keluaran sistem ini berupa tampilan pada LCD, dan tampilan data iklim mikro secara real time pada PC dengan menggunakan perangkat lunak laboratory virtual instrument engineering workbench (LabVIEW) yang kemudian disimpan dalam Microsoft Excel.
bola kering, yaitu DHT11a sebesar 0,25 oC, sedangkan DHT11b dan DHT11c sebesar 0,375 oC. Eror rata-rata nilai kelembaban udara tiap sensor DHT11 dibandingkan dengan 4in1 multi function meter, yaitu DHT11a 6,6 %RH, DHT11b 10,17 %RH, dan DHT11c 4,46 %RH. Sedangkan dibandingkan dengan termocopel, yaitu DHT11a 14,625 %RH, DHT11b 16,625 %RH dan DHT11c 11,125 %RH. Persentase eror pengukuran intensitas cahaya oleh LDR sebesar ±8,98%, dengan R sebesar 0,9926.
RANCANG BANGUN SISTEM AKUISISI DATA IKLIM MIKRO DALAM GREENHOUSE BERBASIS MIKROKONTROLER ARDUINO
Oleh
HEIDI YANTI ANGGRAENI PUTRI
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
Pada
Jurusan Teknik Pertanian
Fakultas Pertanian Universitas Lampung
FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS LAMPUNG
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan dari pasangan bahagia Bapak Yudi Musraeli, S.E. dan Ibu Hetty Afriani pada tanggal 8 Agustus 1992 di RS Santa Maria Metro, Lampung Tengah, sebagai anak ketiga dari empat bersaudara.
Penulis menyelesaikan pendidikan pertamanya di Taman Kanak-kanak Trisula 1 Bandar Lampung pada tahun 1998. Kemudian melanjutkan pendidikan di Sekolah Dasar Negeri 2 Rawalaut, Bandar Lampung (1998 – 1999) dan diselesaikan di SDN 2 Palapa, Bandar Lampung pada tahun 2004. Sekolah Lanjutan Tingkat Pertama diselesaikan di SLTPN 12 Bandar Lampung pada tahun 2007 dan pada tahun 2010 penulis menyelesaikan pendidikan Sekolah Menengah Atas di SMAN 10 Bandar Lampung.
Sebuah kado kecil untuk
abah dan mama tecinta,
ii SANWACANA
Puji syukur Penulis ucapkan kehadirat Allah SWT, karena atas rahmat dan hidayah-Nya skripsi ini dapat diselesaikan.
Skripsi dengan judul “Rancang Bangun Sistem Akuisisi Data Iklim Mikro dalam Greenhouse Berbasis Mikrokontroler Arduino” adalah salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian di Universitas Lampung.
Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Ir. Wan Abbas Zakaria, M.S., selaku Dekan Fakultas Pertanian Universitas Lampung, serta jajaran Pembantu Dekan FP Unila; 2. Bapak Dr. Ir. Agus Haryanto, M.P., selaku ketua Jurusan Teknik Pertanian
Fakultas Pertanian Universitas Lampung;
3. Bapak Ahmad Tusi, S.TP., M.Si., selaku Pembimbing Utama serta
Pembimbing Akademik atas kesediaannya memberikan bimbingan, saran dan kritik selama masa perkuliahan, dan dalam proses penyelesaian skripsi ini; 4. Bapak Ir. Budianto Lanya, M.T., selaku Pembimbing Kedua atas saran dan
iii 5. Bapak Dr. Ir. Sugeng Triyono, M.Sc., selaku Penguji Utama pada ujian skripsi
atas masukan dan saran-sarannya;
6. Seluruh dosen dan karyawan Jurusan Teknik Pertanian FP Unila; 7. Seluruh mahasiswa Teknik Pertanian FP Unila angkatan 2010.
8. Seluruh rekan di Lab Digital Teknik Elektro (tim Robotik Unila). Windu Nur Hardiranto, Linggom Gultom, dan Hendy atas bantuannya.
Akhir kata, penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan, akan tetapi sedikit harapan semoga skripsi yang sederhana ini dapat berguna dan bermanfaat bagi kita semua.
Bandar Lampung, Agustus 2014 Penulis
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 27
4.1. Perancangan Sistem Alat ... 27
4.2. Pengujian Alat ... 30
4.2.1. Pengujian DHT11 Temperature and Humidity Sensor ... 30
4.2.2. Pengujian Sensor Light Dependent Resistor ... 33
4.2.3. Pengujian LCD 4x20 ... 35
4.2.4. Pengujian Komunikasi Serial Arduino ... 37
4.3. Pengujian Sistem ... 38
4.4. Pembahasan ... 42
V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 58
5.1. Kesimpulan ... 58
5.2. Saran ... 59
DAFTAR PUSTAKA ... 61
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
1. Alat dan bahan ... 13
2. Eror suhu pada DHT11 terhdapa 4 in multi function meter ... 30
3. Eror kelembahan pada DHT11 terhadap termometer alkohol ... 31
4. Eror kelembaban pada DHT11 terhadap 4in multi function meter ... 31
5. Validasi nilai suhu DHT11 terhadap termometer BB-BK ... 32
6. Validasi nilai kelembaban DHT11 terhadap termocopel cole parmer ... 33
7. Data pengujian cahaya antara LDR terhadap light meter ... 34
8. Eror nilai cahaya LDR terhadap light meter ... 35
9. Data hasil pengujian sistem ... 42
vii
11. Flowchart program kalibrasi dan input nilai sensor pada Arduino ... 22
12. Alur kerja rancang bangun sistem akuisisi data ... 23
13. Flowchart akuisisi data iklim mikro pada program LabVIEW ... 25
14. Dimensi greenhouse mini ... 26
15. Rangkaian perangkat keras sistem akuisisi data iklim mikro ... 27
16. Blok diagram sistem akuisisi data iklim mikro ... 28
17. Box sistem akuisisi data iklim mikro ... 29
18. Tampilan pada LCD 20x4 ... 37
viii
20. Jendela program LabVIEW sistem akuisisi data iklim mikro ... 29
21. Tampilan sistem akuisisi data iklim mikro dalam program LabVIEW ... 40
22. Tampilan penyimpanan data pada Microsoft Excel ... 41
23. Grafik pengukuran suhu dan kelembaban pada LabVIEW ... 43
24. Grafik hubungan antara suhu dan kelembaban udara ... 46
25. Grafik hubungan antara suhu dan intensitas cahaya ... 49
26. Grafik hubungan antara kelembaban udara dan intensitas cahaya ... 52
27. Grafik antara DHT11 dan termometer bola basah - bola kering ... 55
28. Grafik antara DHT11 dan termocopel cole parmer ... 57
1
I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Tanaman membutuhkan air dalam proses evapotranspirasi, fotosintesis, aktivitas metabolisme, dan tubuh tanaman itu sendiri. Menurut Foth (1998), untuk menghasilkan 1 gram bahan kering tanaman dibutuhkan sekitar 500 gram air. Satu persen dari air tersebut akan mengisi setiap unit sel tanaman, dan sisanya dikeluarkan melalui stomata pada daun-daun. Kecepatan kehilangan air dan jumlah air yang dibutuhkan tanaman dipengaruhi oleh kondisi atmosfer seperti kelembaban dan suhu.
Iklim mikro berperan penting dalam laju pertumbuhan dan perkembangan tanaman, terutama dalam faktor suhu dan kelembaban udara. Kondisi atmosfer (iklim mikro) tersebut saling terkait. Semakin tinggi suhu udara maka akan semakin besar pula kapasitas udara untuk menampung uap air per satuan volume udara. Suhu udara berpengaruh terhadap laju proses-proses biokimia seperti mineralisasi, respirasi mikroorganisme dan akar, serta penyerapan air dan hara oleh akar tanaman. Sedangkan kelembaban udara mempengaruhi besar kapasitas udara untuk menampung uap air sehingga berpengaruh pula terhadap laju
2
Kondisi iklim sangat erat hubungannya dengan radiasi matahari. Radiasi matahari yang memancar dan mencapai permukaan bumi akan diserap oleh permukaan bumi. Radiasi tersebut lalu dipancarkan kembali ke udara dan memanaskan udara, sehingga suhu udara dipengaruhi oleh keadaan permukaan bumi. Perbedaan suhu udara menyebabkan perbedaan tekanan udara, sehingga terjadi pergerakan angin yang menyebabkan perbedaan musim. Radiasi matahari juga menyebabkan terjadinya evaporasi yang mempengaruhi kelembaban udara. Selain itu cahaya matahari pun sangat penting bagi pertumbuhan tanaman. Kita mengetahui bahwa cahaya matahari berperan penting dalam proses fotosintesis. Menurut Handoko (1994), permukaan bumi dan atmosfer akan menyerap radiasi matahari yang kemudian akan digunakan untuk proses-proses fisika atmosfer, seperti pemanasan udara dan penguapan, serta kurang dari 5% nya menjadi sumber energi dalam proses fotosintesis.
Namun ketiga hal tersebut belum terlalu diperhatikan oleh petani. Hal tersebut disebabkan oleh sulitnya mendapatkan data suhu, kelembaban udara, dan cahaya matahari secara kontinyu, sedangkan ketiga hal tersebut sangat rentan untuk berubah. Selain itu penelitian yang membutuhkan kontrol terhadap suhu,
kelembaban udara, dan cahaya matahari masih jarang dilakukan akibat terkendala dalam melakukan monitoring terhadap hal tersebut. Oleh karena itu, diperlukan suatu sistem akuisisi data iklim mikro untuk mengatasi masalah tersebut.
3
(dalam hal ini suhu, kelembaban udara dan cahaya matahari) secara kontinyu dan akurat. Mikrokontroler Arduino menjadi basis dalam pembuatan rancang bangun sistem akuisisi data iklim mikro ini.
Menurut Djuandi (2011), Arduino merupakan sebuah platform physical
computing yang bersifat open source. Arduino adalah kombinasi dari hardware, bahasa pemrograman dan integrated development environment (IDE). IDE merupakan software yang digunakan untuk menulis program, mengkompilasi menjadi kode biner dan meng-upload ke dalam memori mikrokontroler. Mikrokontroler yang digunakan dalam penelitian ini adalah Arduino UNO. Arduino jenis ini menggunakan USB sebagai antar muka pemrograman atau komunikasi komputernya.
Arduino memiliki bahasa pemograman sendiri yang mirip dengan bahasa C. Menurut Nugroho (1992), bahasa C mempunyai sifat portable yaitu dengan sedikit atau tanpa perubahan. Program yang ditulis dalam bahasa C pada suatu komputer dapat dijalankan pada komputer lainnya. Selain itu, keunggulan bahasa C lainnya adalah prosesnya yang cepat. Program yang ditulis dengan bahasa C apabila dijalankan kira-kira akan 50 kali lebih cepat dibandingkan dengan program yang ditulis dengan bahasa BASIC.
4
Greenhouse atau rumah tanaman sekarang sudah sangat popular digunakan oleh petani dan peneliti baik di luar ataupun di dalam negeri. Di daerah tropis, seperti Indonesia, greenhouse digunakan untuk melindungi tanaman dari kondisi
lingkungan luar yang buruk. Namun karena kondisi iklim tropis yang panas, dibutuhkan sistem pengaturan kelembaban (pendingin), biasanya berupa ventilasi. Penggunaan sistem pengaturan seperti ini belum cukup efesien, karena pada kenyataannya kondisi suhu dan kelembaban udara di dalam greenhouse, terutama pada siang hari, masih terlalu tinggi yang akhirnya berdampak pada pertumbuhan dan perkembangan tanaman di dalamnya. Dengan adanya sistem akuisisi data iklim mikro di dalam greenhouse, data yang diperoleh dapat menjadi acuan bagi petani dan peneliti dalam menyikapi hasil pertumbuhan tanamannya.
1.2. Tujuan
Penelitian ini bertujuan untuk merancang sistem akuisisi data iklim mikro (suhu, kelembaban udara dan cahaya matahari) secara real time dan data tersebut tersimpan dalam memori komputer dalam bentuk data digital.
1.3. Urgensi Penelitian
5
membantu dalam menyediakan data yang akurat dan kontinyu untuk mencapai produktivitas yang optimal.
1.4. Luaran
Luaran yang diharapkan dalam penelitian ini adalah paket teknologi sistem akuisisi data iklim (suhu, kelembaban udara dan cahaya matahari) yang kontinyu secara real time menggunakan mikrokontroler Arduino dan software LabVIEW.
1.5. Manfaat
Manfaat dari kegiatan ini adalah :
1. Dapat diperoleh sistem instrumentasi modern berupa akuisisi data iklim mikro (suhu, kelembaban udara dan cahaya matahari) yang dapat menunjang hasil produksi petani dan mempermudah penelitian yang berhubungan dengan hal tersebut.
6
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Akuisisi Data
Akuisisi data merupakan sistem yang digunakan untuk mengambil,
mengumpulkan dan menyiapkan data yang sedang berjalan, kemudian data tersebut diolah lebih lanjut dalam komputer untuk keperluan tertentu
(Husein,2010). Menurut Subrata (2008), penyaluran data dalam sistem akuisisi data dapat dilakukan secara seri maupun paralel dari instrumen ke komputer. Pada penyaluran data seri, umumnya interface yang digunakan adalah jenis RS232 atau jalur COM. Sedangkan pada penyaluran data paralel, interface yang
digunakan adalah jenis ADC atau GPIB. Penyaluran data secara seri dilakukan bit per bit data sehingga waktu penyaluran lebih lama dibandingkan dengan penyaluran secara paralel yang dilakukan hanya dengan sekali penyaluran. Namun penyaluran paralel kurang efesien untuk penyaluran jarak jauh karena memerlukan jalur komunikasi yang cukup banyak. Oleh karena itu, penyaluran jarak jauh lebih efesien menggunakan penyaluran secara seri.
7
(Bolton, 2006). Sistem akuisisi data membutuhkan piranti-piranti sensor untuk mengkonversi variable-variabel fisik menjadi variable tegangan listrik (Nasrullah, 2009).
Lingkungan analog terdiri dari tranduser dan signal conditioner serta
kelengkapannya. Sedangkan lingkungan digital terdiri dari analog to digital converter (ADC) dan selanjutnya digital processing yang dilakukan oleh mikroprosesor atau sistem yang berbasis mikroprosesor. Konversi dari data analog menjadi data digital dilakukan oleh ADC (Setiawan, 2008).
Pada sensor dengan port analog, dibutuhkan ADC untuk mengubah data analog yang didapat dari sensor menjadi data digital agar data dapat diolah oleh
mikrokontroler. Akurasi data yang didapatkan mikrokontroler dipengaruhi oleh besarnya resolusi data dari ADC (Nugroho, 2011).
2.2. Arduino
Menurut Djuandi (2011), Arduino merupakan sebuah platform physical
8
Arduino UNO merupakan suatu papan elektronik yang terdapat mikrokontroler ATmega328 (bertindak seperti komputer), mikroprosesor (Atmel AVR), oscillator 16MHz, regulator 5 volt, serta sejumlah pin. Arduino UNO yang dihubungkan ke PC melalui kabel USB mendapat pasokan listrik dari PC. Namun jika tidak, dibutuhkan sumber tegangan eksternal sebesar 9 volt (Kadir, 2013). Gambar 1 adalah bentuk mikrokontroler Arduino UNO.
Gambar 1. Arduino UNO
9
Karakter yang digunakan dalam program C menggunakan sebagian karakter ASCII, yaitu huruf besar, huruf kecil, angka dan karakter khusus. Program ini ditulis dalam bentuk modul-modul atau function-function. Dimana dalam sebuah program C harus memiliki paling sedikit satu function yang bernama main( ). Pemberian komentar pada program C merupakan suatu cara dokumentasi. Komentar-komentar yang dimasukkan ini akan diabaikan pada saat program dikompilasi oleh compiler (Ngoen, 2006).
2.3. LabVIEW
Laboratory virtual instrument engineering workbench (LabVIEW) adalah suatu software yang digunakan untuk pemrosesan dan visualisasi data dalam bidang akuisisi data, kendali dan instrumentasi, serta otomatisasi industri. Kelebihan LabVIEW dibandingkan dengan bahasa pemograman lainnya adalah bahasanya yang mudah dipahami, pembuatan program mudah, waktu pembuatan program singkat, memiliki integrasi dengan ribuan hardware dan ratusan library yang siap digunakan, dapat menangani beberapa instruksi sekaligus, bersifat modular, telah terbukti andal, powerful, dan fleksibel. Dibutuhkan instalasi driver VISA (virtual instrument software architecture) agar LabVIEW dapat berinteraksi dengan Arduino (Artanto, 2012).
10
2.4. Sensor
Terdapat empat bagian utama dari sistem instrumentasi yaitu sensor,
pengkondisian sinyal, pemrosesan data dan penampil. Agar pengambilan data dari sensor berjalan baik, perlu dilakukan pemilihan sensor yang tepat dengan kebutuhan (Suoth, 2013). Setiap sensor memiliki kepekaan yang berbeda
terhadap spektrum elektromagnetik dan dalam merekam objek terkecil yang masih dapat dikenali dan dibedakan terhadap objek lain atau lingkungan sekitarnya (resolusi special). Semakin kecil objek yang dapat direkam oleh sensor, semakin baik kualitas sensor tersebut (Sutanto, 1994). Sensor yang digunakan dalam penelitian ini adalah sensor suhu dan kelembaban (DHT11 temperature and humidity sensor), serta sensor cahaya (light dependent resistor).
2.4.1. Sensor Suhu dan Kelembaban
Suhu udara merupakan penduga suhu tanaman dan suhu tanah yang dapat mempengaruhi laju proses-proses biokimia. Suhu tanah berpengaruh terhadap proses-proses metabolisme dalam tanah seperti mineralisasi, respirasi
mikroorganisme dan akar, serta penyerapan air dan hara oleh akar tanaman. Pengaruh utama suhu terhadap pertumbuhan tanaman adalah respirasi. Laju pertumbuhan tanaman akan berkurang apabila respirasi semakin besar.
11
akan semakin besar kapasitas udara untuk menampung uap air per satuan volume udara, maka kelembaban udara dan suhu udara saling terkait (Handoko, 1994).
Suhu pada pagi hari lebih rendah dibanding suhu saat siang hari. Hal ini berbanding terbalik terhadap kelembaban, dimana pada pagi hari kelembaban udara akan lebih tinggi dibanding siang hari dan kembali tinggi saat mendekati malam hari. Faktor-faktor yang mempengaruhi tinggi rendahmya suhu suatu daerah adalah sudut datangnya sinar matahari, tinggi rendahnya tempat, angin dan arus laut, lama penyinaran, dan awan (Sarah, 2011).
Sensor suhu dan kelembaban yang dilakukan pada penelitian ini adalah DHT11 temperature and humidity sensor. DHT11 merupakan sensor digital untuk mengukur suhu dan kelembaban udara di sekitarnya. Sensor ini memiliki tingkat stabilitas yang sangat baik dengan fitur kalibrasi yang sangat akurat. Walaupun ukurannya kecil, sensor ini mampu mentransmisikan sinyal hingga 20 meter. Gambar 2 adalah bentuk sensor DHT11.
Gambar 2. DHT11temperature and humidity sensor
12
kelembaban berkisar antara 20 – 90 %RH, dengan eror ±5 %RH. Dimana data luaran yang didapatkan merupakan data digital.
2.4.2. Sensor Cahaya Matahari
Sensor cahaya yang digunakan dalam penelitian ini adalah light dependent resistor (LDR). LDR adalah salah satu jenis resistor yang nilai hambatannya dipengaruhi oleh besarnya cahaya yang diterima. LDR dibuat dari Cadmium Sulfida. Saat cahaya menerangi LDR, foton akan menabrak ikatan Cadmium Sulfida dan melepaskan elektron. Semakin besar intensitas cahaya yang diterima, semakin banyak elektron yang terlepas dari ikatan tersebut, sehingga hambatan LDR akan turun saat cahaya meneranginya. Pada saat cahaya terang, banyak elektron yang lepas dari atom bahan semikonduktor tersebut. Sehingga akan ada lebih banyak elektron untuk mengangkut muatan elektrik. Artinya pada saat cahaya terang LDR menjadi konduktor yang baik, atau memiliki resistansi yang kecil pada saat cahaya terang. Sebaliknya pada saat cahaya redup LDR menjadi konduktor yang buruk, atau memiliki resistansi yang besar. Gambar 3 merupakan bentuk LDR.
13
III. METODE PENELITIAN
3.1. Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilakukan di Jurusan Teknik Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Lampung dan di Laboratorium Digital Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung pada bulan Maret 2014 sampai dengan Juni 2014.
3.2. Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini tertera pada Tabel 1..
Tabel 1. Alat dan bahan
No Alat dan Bahan Kegunaan
1 Mikrokontroler Arduino UNO
Pengendali utama sistem dan media akuisisi data antara rangkaian dan komputer
2 DHT 11 temperature and humidity sensor
Sensor suhu dan kelembaban 3 Light dependent resistor Sensor cahaya
4 4in1 multi function meter Sebagai alat ukur suhu dan kelembaban 5 Light meter Sebagai alat ukur cahaya
6 Termometer alkohol / bola basah - bola kering
Sebagai alat ukur suhu dan kelembaban 7 Termocopel Cole Parmer Sebagai alat ukur suhu dan kelembaban 8 LCD 20x4 Sebagai display pada Greenhouse 9 Personal computer Sebagai database dan media monitoring 10 PCB dan kabel pelangi Sebagai media rangkaian
11 Resistor Sebagai hambatan
12 Push button Sebagai tombol reset
14
PC
14 Trimpot Sebagai perubah nilai hambatan 15 Greenhouse mini Sebagai media pengujian sistem 16 Box uji Sebagai media pengujian alat 17 Lampu pijar (5, 10, 15 dan
75 watt)
Sebagai pembeda kondisi media penguji alat 18 �2�2 , HCl dan air Sebagai bahan pelebur PCB
19 Bor listrik Sebagai pelubang PCB
20 Solder dan timah Alat bantu memasang komponen
3.3. Kriteria Desain
Rancang bangun sistem akuisisi ini diharapkan memiliki toleransi eror terhadap pengukuran nilai suhu udara maksimal ± 2 oC, dan eror terhadap nilai kelembaban maksimal ± 5% RH. Nilai tersebut diperhitungkan dari spesifikasi alat DHT 11 temperature and humidity sensor yang digunakan. Range pengukuran cahaya matahari berkisar 0 – 100.000 Lux.
3.4. Metodelogi
Penelitian ini dibagi ke dalam 5 tahapan, seperti yang terlihat pada alur metode penelitian pada Gambar 4.
Gambar 1. Alur metode penelitian
Perancangan Sistem Alat Kalibrasi Alat Analisis Sistem
Pembuatan Rancang Bangun Akuisisi Data
15
3.4.1. Perancangan Sistem Alat
Pada tahap awal dilakukan perancangan sistem alat. Tahap ini menentukan seperti apa sistem instrumentasi yang akan dibuat sesuai dengan tujuan yang diharapkan. Proses perancangan ini dapat dilihat dari Gambar 5.
Gambar 2. Alur perancangan sistem alat
A sistem akuisisi data iklim mikro
Uji coba rangkaian
Pembuatan Layout PCB dengan Diptrace
Perangkaian perangkat keras sistem akuisisi data iklim mikro LCD
menampilkan nilai cahaya,
16
Gambar 5 menunjukkan alur proses perangkaian sistem alat mulai dari pembuatan konsep hingga menjadi suatu rangkaian perangkat keras sistem akuisisi data iklim mikro. Berdasarkan konsep perancangan yang telah dibuat, dilakukan
perancangan model sistem, dengan melihat komponen-komponen yang tersedia dan mengumpulkan komponen-komponen yang dibutuhkan. Seluruh komponen yang tersedia (mikrokontroler, sensor-sensor dan bahan penunjang lainnya) dirangkai menjadi sebuah sistem akuisisi data iklim mikro. Dilakukan uji coba terhadap rangkaian tersebut. Rangkaian yang telah dianggap berhasil kemudian dirangkai kembali menggunakan papan PCB sebagai penghubungnya. Hal ini dilakukan agar tidak terjadi eror terhadap sambungan kabel-kabel pada rangkaian yang rawan untuk terlepas. Layout pada papan PCB dibuat menggunakan
software Diptrace seperti yang terlihat pada Gambar 6.
17
Gambar 6 adalah tampilan pada pembuatan layout alur rangkaian perangkat keras sistem akuisisi data yang telah dirancang dalam Diptrace. Layout tersebut
menjadi dasar alur yang dibuat pada papan PCB.
PCB yang telah dibuat alurnya kemudian dilebur menggunakan larutan H2O2, HCl dan air. Kemudian PCB dilubangi dengan bor dan dipasang
komponen-komponen yang dibutuhkan. Setelah itu dilakukan perangkaian tahap akhir, dimana rangkaian sistem awal dirangkai kembali dengan PCB sebagai penghubungnya. Papan PCB yang telah dibuat terlihat pada Gambar 7.
(a) Tampak belakang PCB (b) Tampak depan PCB
Gambar 4. Papan PCB
3.4.2. Kalibrasi Alat
Kalibrasi alat dilakukan untuk menentukan kebenaran nilai penunjukan sensor dengan dibandingkan terhadap standar ukur. Kedua jenis sensor yang digunakan dikalibrasi dengan alat ukur yang sesuai dengan jenis pengukuran yang dilakukan.
Selain itu, dilakukan uji eror pada nilai-nilai yang ditangkap oleh masing-masing sensor dibandingkan dengan alat ukur yang telah tersedia di pasaran sesuai dengan jenis pengukuran yang dilakuakan.
18
Hasil kalibrasi alat dan pengujian terhadap eror sensor-sensor yang telah
dilakukan akan diproses lebih lanjut. Fungsi yang didapat dari kalibrasi alat akan diinput ke dalam mikrokontroler sehingga mendapatkan keluaran yang
diharapkan. Data-data yang telah dikalibrasi akan tampil pada papan LCD dan dikirim ke dalam PC untuk diolah. Tahapan kalibrasi dan uji eror seperti terlihat pada Gambar 8.
Gambar 5. Alur kalibrasi alat
Tahap ini dilakukan untuk membuat persamaan voltase dengan suhu dan kelembaban. Dimana DHT11 temperature and humidity sensor ini dilengkapi
Validasi / uji eror nilai pada sensor-sensor
Sesuai dengan
19
ADC untuk mengubah tahanan (data analog) ke dalam data digital. Sehingga tidak diperlukan ADC eksternal pada pengolahan data dalam mikrokontroler.
Dilakukan uji eror dengan melihat nilai suhu dan kelembaban yang didapatkan dari 4in1 multi function meter yang ditempatkan dekat DHT 11 temperature and humidity sensor. Pengukuran dilakukan di dalam box uji yang telah dirancang dengan lampu pijar yang memiliki kuat arus berbeda dan dibagian bawahnya digenangkan air sehingga mendapatkan beberapa nilai suhu dan kelembaban udara yang berbeda. Gambaran sistem dalam box tersebut seperti Gambar 9.
Gambar 6. Gambaran sistem dalam box uji
Box tersebut berbentuk kotak dengan ukuran 36 x 26,5 cm, genangan air setinggi 5 mm, dan lapisan tempat peletakan sensor dan atau alat ukur setinggi 5 cm dari permukaan box.
Lampu pijar
Tempat peletakan sensor atau alat ukur
20
Pengujian eror ulang terhadap DHT 11 temperature and humidity sensor dilakukan di dalam greenhouse mini dan dibandingkan dengan pengukuran
dengan termometer alkohol pada tempat yang sama. Selain itu dilakukan kembali validasi nilai suhu dan kelembaban udara oleh DHT 11 temperature and humidity sensor dibandingkan dengan nilai yang didapatkan thermometer bola basah - bola kering, dan termocopel cole parmer.
Kalibrasi dilakukan terhadap nilai-nilai yang didapatkan dari 4in1 multi function meter dan LDR di dalam box uji. LDR merupakan sensor cahaya yang memiliki keluaran analog/data tegangan. Sehingga perlu dilakukan kalibrasi untuk
merubah nilai analog tersebut ke dalam bentuk digital. Kalibrasi dilakukan dengan meregresi nilai-nilai yang telah didapatkan tersebut. Kalibrasi ulang terhadap LDR dilakukan dengan melakukan pengukuran nilai penyinaran sinar matahari di dalam greenhouse mini yang tertangkap LDR dengan nilai yang didapat oleh light meter. Kemudian nilai-nilai yang didapatkan dikalibrasi dalam Microsoft exel dengan membuat grafik eksponensial. Persamaan yang didapatkan dari grafik tersebut kemudian dimasukkan ke dalam program sebagai keluaran nilai cahaya dalam Lux (sebelumnya dalam Volt).
Fungsi kalibrasi yang telah didapatkan kemudian dimasukkan ke dalam
21
Gambar 7. Tampilan IDE Arduino
22
Ya
Tidak
Gambar 8. Flowchart program kalibrasi dan input nilai sensor pada Arduino
Dilakukan pengujian eror nilai LDR yang telah dikalibrasi tersebut dibandingkan nilai yang ditangkap oleh light meter. Nilai persentase eror penangkapan LDR didapatkan dari rumus berikut:
Persentase Eror % = Eror
Sensor Lcd = (25.938*pow(2.718281828, 1.9987*((SensorSerial*5)/1024.0)))
Panggil Fungsi dht11a (pin 6) dht11b (pin 7) dht11c (pin 8)
Kirim serial data T1, T2, T3, H1, H2, H3, dan Sensor Cahaya Selesai
Jika, T1, T2, T3, H1,
H2, H3, dan Cahaya = 0
23
3.4.3. Pembuatan Rancang Bangun Akuisisi Data
Pada tahapan ini dilakukan penyimpanan data yang diperoleh dari tiga buah sensor DHT11 dan sebuah LDR yang dikombinasikan dengan mikrokontroler (Arduino UNO). Data-data yang didapatkan oleh mikrokontroler dari seluruh sensor kemudian akan ditampilkan pada LCD dan didistribusikan ke dalam komputer untuk diolah lebih lanjut dalam program yang telah dibuat. Perangkat lunak yang digunakan adalah LabVIEW. Data yang didapatkan kemudian akan ditampilkan pada layar PC dan disimpan dalam Microsoft Excel dalam bentuk data realtime. Alur kerja rancang bangun akuisisi data seperti yang terlihat pada Gambar 12.
Gambar 9. Alur kerja rancang bangun sistem akuisisi data
Di dalam PC, data-data yang dikirimkan oleh mikrokontroler diproses lebih lanjut oleh program LabVIEW yang telah dibuat untuk menghasilkan keluaran dan tampilan yang diharapkan. Program tersebut seperti pada Gambar 13.
24
Tidak
Ya Dapat Nilai array:
Intensitas Cahaya (0 , 6), Temperature 1 (6 , 5),
Cahaya → Intensitas Cahaya , salin
Create Gauge Indikator, Numeric Dapat data Serial Port
Menjalankan program
Jendela 1 sensor DHT 1
T1 → Temperature 1, salin
Create Tank Indikator, Numeric
H1 → Humidity 1, salin
Create Tank Indikator, Numeric Create Waveform Chart temp & Humi
1 2
Program dapat dijalankan
Jendela 2 sensor DHT 2
T2 → Temperature 2, salin
Create Tank Indikator, Numeric
H2 → Humidity 2, salin
25
Tidak
Ya
Tidak
Ya
Gambar 10. Flowchart akuisisi data iklim mikro pada program LabVIEW
3.4.4. Pengujian
Pengujian dilakukan untuk melihat apakah program yang dibuat dapat berjalan dengan baik atau tidak. Pengujian ini dilakukan selama 5 hari dalam greenhouse mini di Jurusan Teknik Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Lampung dan 1
Selesai
1
Jendela 3 sensor DHT 3
T3 → Temperature 3, salin
Create Tank Indikator, Numeric
H3 → Humidity 3, salin
Create Tank Indikator, Numeric Create Waveform Chart temp & Humi
Kirim Serial Data T1, T2, T3, H1, H2, H3, dan Sensor Cahaya
Membuat Push Button untuk ambil data “SAVE”, dan hentikan proses “STOP”
Write to Text File “GreenHouse”,
String Tanggal, Waktu, Suhu1, Kelembaban1, Suhu2, Kelembaban2, Suhu3, Kelembaban3, Intensitas Cahaya
26
hari di ruang terbuka yang dilakukan di halaman rumah penulis yang bertempat di Jagabaya II, Bandar Lampung.
15 cm
58 cm 38 cm
57,3 cm
Gambar 11. Dimensi greenhouse mini
58
V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Dari penelitian yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Sistem akuisisi data iklim mikro (suhu udara, kelembaban udara dan cahaya
matahari) dengan menggunakan mikrokontroller Arduino dan LabVIEW dapat berjalan dengan baik.
2. Eror rata-rata tiap sensor DHT11 terhadap suhu dibandingkan dengan 4in1 multi fungction meter, yaitu DHT11a sebesar 0,37 oC, DHT11b sebesar 0,2 oC, dan DHT11c 1,3 oC. Dibandingkan dengan termometer alkohol, yaitu
DHT11a dan DHT11b sebesar 0,8 oC, dan DHT11c sebesar 0,2 oC. Sedangkan hasil validasi dengan termometer bola basah - bola kering menunjukan eror rata-rata nilai suhu DHT11a sebesar 0,25 oC, sedangkan DHT11b dan DHT11c sebesar 0,375 oC.
3. Eror rata-rata tiap sensor DHT11 terhadap nilai kelembaban udara, yaitu DHT11a sebesar 6,6 %RH, DHT11b 10,17 %RH dan DHT11c 4,46 %RH. Sedangkan hasil validasi dengan termocopel cole parmer menunjukan eror rata-rata nilai kelembaban DHT11a sebesar 14,625 %RH, DHT11b 16,625 %RH dan DHT11c 11,125 %RH.
59
5. Terjadi noise pada sistem akuisisi data ini sekitar 2 menit sekali.
5.2. Saran
Saran peneliti yang dapat diberikan melihat hasil penelitian yang telah dilakuakan adalah:
1. Sebaiknya menggunakan sensor kelembaban yang lebih baik tingkat akurasi pengukurannya dan memiliki eror yang lebih kecil.
2. Perlu diberikan penstabil tegangan untuk meredam noise yang terjadi, dan melakukan filtrasi (penyaringan) tegangan yang dihasilkan dari sistem dengan menggunakan Filter Kalmann.
3. Dapat ditambahkan sensor lain untuk sistem akuisisi data iklim selanjutnya (selain suhu, kelembaban dan intensitas cahaya).
1
61
DAFTAR PUSTAKA
Allo, D.K., D.J. Mamahit, Bahrun, dan Tulung N.M. 2013. Rancang Bangun Alat Ukur Temperatur untuk Mengukur Selisih Dua Keadaan. E-Journal Teknik Elektro dan Komputer. Hal 1-8.
Artanto, D. 2012. Interaksi Arduino dan LabVIEW. Kompas Gramedia. Jakarta. 329 hlm.
Bolton, W. 2006. Sistem Instrumentasi dan Sistem Kontrol. Erlangga. Jakarta. 325 hlm.
Djuandi, F. 2011. Pengenalan Arduino. http://www.tobuku.com/docs/Arduino-Pengenalan.pdf. Diakses pada 25 November 2013 pukul 3.41 WIB.
Foth, H.D. 1998. Dasar-Dasar Ilmu Tanah. Gadjah Mada University Press. Yogyakarta.
Handoko. 1994. Dasar Penyusunan dan Aplikasi Model Simulasi Komputer Untuk Pertanian. Skripsi. Institut Pertanian Bogor. Bogor. 104 hlm. Husein. 2010. Weather Monitoring Telemetry System Prototipe Based On XBEE
Pro IEE.804.15.4. Jurnal Aplikasi Fisika 6 (2): 97-103.
Kadir, A. 2013. Panduan Praktis Mempelajari Aplikasi Mikrokontroler dan Programannya menggunakan Arduino. Andi Yogyakarta. Yogyakarta. 282 hlm.
Nasrullah, E., dan Y. Raharjo. 2009. Rancang Bangun Alat Pemantau Kualitas Udara Sekitar Berbasis Mikrokontroler AVR ATMega 8 dengan Penampil Dot Matrix. Electrician Jurnal Rekayasa dan Teknologi Elektro 3 (1): 1-9.
Ngoen, T.S. 2006. Pengantar Algoritma dengan Bahasa C. Salemba Teknika. Jakarta. 336 hlm.
62
Nugroho, E. 1992. Bahasa-Bahasa Pemograman. Andi Offset Yogyakarta. Yogyakarta. 581 hlm.
Sarah, A. 2011. Perancangan Sistem Akuisisi Data Suhu dan Kelembaban Tersinkronisasi GPS Menggunakan Mikrokontroler H8/3906F. Skripsi. Universitas Indonesia. Depok.
Setiawan, A. 2010. Rancang Bangun Sistem Akuisisi Data Suhu dan Kelembaban Udara Menggunakan Mikrokontroler. Tugas Akhir. Universitas Diponogoro. Semarang.
Subrata, I.D.M. 2008. Akuisisi Data Berbasis Mikrokomputer. Skripsi. Institut Pertanian Bogor. Bogor. 65hlm.
Suoth, V.A., D.R. Santoso, dan S. Maryanto. 2013. Pengembangan Array Sensor Suhu dan Sistem Akuisisi Data Berbasis Mikrokontroler untuk
Pengukuran Suhu Bawah Permukaan. Jurnal MIPA UNSRAT Online 2 (1): 66-72.
Suyuti, A. 2012. Pengukuran Emisi Udara NOx pada PLTD Secara Real Time Berbasis Mikrkontroler. Hasil Penelitian Fakultas Teknik Vol. 6 ISBN 978-979-127255-0-6. Universitas Hassanudin. Makassar.
