Fakultas Ilmu Komputer
Pengendalian Kelembaban dan PH pada Alat Semai Otomatis berdasarkan Sensor Kelembaban, PH, dan Arduino menggunakan Regresi Linier
Dody Kristian Manalu1, Hurriyatul Fitriyah2, Edita Rosana Widasari3 Program Studi Teknik Komputer Fakultas Ilmu Komputer Universitas Brawiijaya Email: 1[email protected], 2[email protected], 3[email protected]
Abstrak
Kelembaban dan keasaman (PH) merupakan faktor yang esensial dikarenakan jika rockwool terlalu asam kurang lembap atau kering maka kecepatan pertumbuhan tanaman menjadi lebih lambat. PH yang terlalu asam atau basa dapat mengakibatkan terjadinya pengendapan unsur hara dan zat-zat anorganik pada hidroponik sehingga pertumbuhan tanaman kurang maksimal. Suhu juga memainkan peran penting dalam pertumbuhan tanaman. Dengan ini penulis akan membuat sistem menggunakan sensor Soil Moisture sensor PH-4502C dan metode Regresi Linier yang terhubung dengan Arduino Uno dan akan mengeluarkan output yaitu mengalirkan air melalui pompa air dengan kondisi jika kelembaban pada rockwool belum memenuhi set poin begitu juga untuk pH akan mengalirkan air PHUP jika kondisi pH pada tanaman Pakcoy rendah dan akan mengalirkan PHDOWN jika kondisi pH pada tanaman Pakcoy tinggi. Untuk sistem ini terdapat 25 data latih dianataranya 20 data sebagai data training dan 5 data sebagai data uji. Didapatkan hasil dari pengujian Regresi Linier yaitu MAPE dan RMSE untuk kelembaban 5,1% dan 0,12 sedangkan untuk PH yaitu 5,2% dan 0.17 dan hasil Tanaman benih Pakcoy dapat tumbuh dengan sempurna sesuai dengan yang diharapkan.
Kata kunci : Rockwool, pH, Kelembaban, Hidroponik, Pakcoy, Regresi Linier.
Abstract
Humidity and acidity (PH) are essential factors because if rockwool is too acidic not moist or dry the plant growth rate will be slower. A pH that is too acidic or alkaline can result in the deposition of nutrients and inorganic substances in hydroponics so that plant growth is less than optimal.
Temperature also plays an important role in plant growth. With this the author will create a system using a Soil Moisture sensor a PH-4502C sensor and a Linear Regression method that is connected to the Arduino Uno and will issue an output that is flowing water through a water pump with the condition that the humidity in the rockwool has not met the set point as well as for the pH will flow PHUP water if the pH conditions on Pakcoy plants are low and will flow PHDOWN if the pH conditions on Pakcoy plants are high. For this system there are 25 training data including 20 data as training data and 5 data as test data. The results obtained from the Linear Regression test are MAPE and RMSE for humidity 5,1% and 0.12 while for PH are 5,2% and 0.17 and the results of Pakcoy seed plants can grow perfectly as expected.
Keywords : Rockwool, Temperature, pH, Humidity, Hydroponics, Pakcoy, Linier Regression.
1. PENDAHULUAN
Pada budidaya hidroponik tahapan pertama adalah penyemaian benih. Dalam budidaya secara hidroponik tanaman memperoleh unsur hara yang telah dilarutkan bersama air (Santoso
& Widyawati 2020). Penyemaian benih merupakan proses menanam atau menaburkan benih pada media tanam untuk menghasilkan bibit tanaman yang akan di tanam lagi di tempat lain dimana penyemaian benih merupakan
proses yang intensif memakan waktu dan membutuhkan teknis tinggi. Pada proses penyemaian benih Pakcoy dibutuhkan waktu penyemaian yang cukup lama dan merupakan pekerjaan yang intensif.
Permasalahan pada petani indonesia yaitu pada lahan yang semakin sempit dan berkurangnya unsur hara pada tanah. Hal tersebut disebabkan penggunaan pupuk kimia yang berlebihan yang menyebabkan unsur hara
yang terkandung pada tanah semakin menipis dan ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tanaman pada proses penyemaian antara lain kelembaban pH media tanam dimana pada penelitian ini media tanam yang digunakan yaitu rockwool. Kondisi lingkungan di Malang yang tidak menentu dapat mempengaruhi kelembaban pH dari rockwool. Ketiga faktor tersebut merupakan faktor penting yang harus diperhatikan agar didapatkan pertumbuhan tanaman yang maksimal. Kelembaban merupakan faktor yang esensial dikarenakan jika rockwool kurang lembap atau kering maka kecepatan pertumbuhan tanaman menjadi lebih lambat. PH yang terlalu asam atau basa dapat mengakibatkan terjadinya pengendapan unsur hara dan zat-zat anorganik pada hidroponik sehingga pertumbuhan tanaman kurang maksimal. Suhu juga memainkan peran penting dalam pertumbuhan tanaman. Suhu dapat mempengaruhi proses penyerapan air dan nutrisi proses fotosintesis dan proses-proses lainnya pada tanaman sehingga dibutuhkan suhu yang optimal agar tanaman dapat tumbuh dengan baik.
Maka dari itu berdasarkan kebutuhan akan pengendalian ketiga faktor tersebut pada proses penyemaian benih diperlukan suatu sistem bantu yang akan dikembangkan dalam skripsi ini yaitu sebuah sistem penyemaian otomatis yang mampu mengendalikan kelembaban dan pH dari media tanam yang digunakan yaitu rockwool menggunakan metode regresi linier sederhana.
Regresi linier sederhana adalah teknik statistik yang memungkinkan kita memprediksi hubungan antara dua variable antara lain variabel independen/predictor (x) dan variabel dependen/response atau hasil (y) (Prion &
Haerling 2020).
Metode ini dilakukan untuk mengetahui arah hubungan atau korelasi antara variabel independen/predictor dengan variabel dependen/response apakah bernilai positif atau negatif guna melakukan prediksi/peramalan sehingga dapat diketahui seberapa lama waktu yang dibutuhkan untuk mencapai hasil kelembaban pH yang diinginkan. Dengan adanya sistem ini diharapkan dapat meringankan pekerjaan manusia dalam proses penyemaian tanaman hidroponik. Untuk jenis tanaman yang diteliti yaitu tanaman Pakcoy dimana tanaman pakcoy memiliki banyak faktor dimasa penyemaian, diantaranya faktor ketinggian tempat, kelembaban rockwool, udara, curah hujan dan tidak peka terhadap perubahan suhu dan iklim (Nasution, D. L. S. 2018).
Dengan ini penulis akan membuat sistem menggunakan sensor Soil Moisture sensor PH- 4502C dan metode Regresi Linier yang terhubung dengan Arduino Uno dan akan mengeluarkan output yaitu mengalirkan air melalui pompa air dengan kondisi jika kelembaban pada rockwool belum memenuhi set poin begitu juga untuk pH akan mengalirkan air PHUP jika kondisi pH pada tanaman Pakcoy rendah dan akan mengalirkan PHDOWN jika kondisi pH pada tanaman Pakcoy tinggi penulis menggunakan sensor Soil Moisture dan PH- 4502C karena lebih mudah untuk digunakan dan juga banyak digunakan pada peneliti sebelumnya sehingga memiliki referensi yang lebih banyak. Penulis dapat mengimplementasikan sistem kendali kelembaban dan ph untuk alat semai otonatis ini untuk mendeteksi kelembaban pada Rockwool dan mendeteksi keasaman (pH) pada tanaman hidroponik khususnya untuk tanaman Pakcoy.
Gambar 2 Blok Diagram Sistem PH 2. METODE
Diagram blok pengontrol kelembaban Rockwool otomatis ditunjukkan pada Gambar 1.1 Sistem Alat Semai Otomatis terdiri dari sensor Soil Moisture kapasitif FC-28 sebagai sensornya Arduino Uno Atmega 328 sebagai mikrokontroler dan Water Pump sebagai pompa air dan pompa pH. Pompa adalah jenis submersible mini 5V yang digunakan sebagai motor DC. Set-point kelembaban pada Rockwool adalah 60%. Ini nilai dipilih berdasarkan eksperimen di mana blok Rockwool benar-benar basah tetapi tidak terlalu basah.
Pengukur kelembaban tanah digunakan untuk ambil nilai kelembaban dari kondisi ini.
Perbedaan atau kesalahan antara pembacaan sensor FC-28 dan set-point digunakan sebagai masukan Merror atau X dari Linear Regression Controller. Hasil atau Y adalah durasi menghidupkan motor driver.
2.1 Hardware
Diagram perangkat keras Alat Semai Otomatis adalah ditunjukkan pada Gambar 2.
Sensor Kelembaban FC-28 memiliki 3 pin yang semua terhubung ke pin di Arduino Uno. Pin 1
terhubung ke pin VCC Arduino Uno pin 2 terhubung ke pin GND dari Arduino Uno sedangkan Pin 3 dihubungkan ke A0 (Analog Input) pin Arduino Uno begitu juga dengan sensor PH-4502C memiliki 3 pin yang semua terhubung ke pin di Arduino Uno. Pin 1 terhubung ke pin VCC Arduino Uno pin 2 terhubung ke pin GND dari Arduino Uno sedangkan Pin 3 dihubungkan ke A1 (Analog Input) pin Arduino Uno. Untuk LCD memiliki 4 pin yaitu pin VCC terhubung ke pin 5V arduino pin GND terhubung ke GND pada arduino dan pin SDA Terhubung pada Arduino Uno pin A4 dan pin SCL Terhubung pada Arduino Uno pin A5 untuk rangkaian Rellay memiliki 7 pin yaitu pin IN1 Terhubung pada Arduino pin D2 pin IN2 Terhubung pada Arduino pin D3 pin IN3 Terhubung pada Arduino pin D4 pin VCC Terhubung pada Arduino pin 5V pin GND Terhubung pada Arduino pin G pin NO Terhubung pada baterai 9V pin COM Terhubung pada waterpump 12DC untuk rangkaian Water Pump 12V DC memiliki 2 pin yaitu pin VCC terhubung ke Rellay 5V dan pin G terhubung ke pin Arduino Uno pin GND. Perangkat keras disimpan didalam Akrilik bening agar aman dari apapun untuk gambar (a) menunjukan semua komponen perangkat keras yang dibutuhkan sedangkan untuk gambar (b) penempatan langsung sensor dengan Rockwool.
(a) (b)
Gambar 3 Perancangan Keseluruhan sistem 2.2 Kontrol kelembaban dan pH
menggunakan Regresi Linier
Sensor dikalibrasi sebelum percobaan dimulai. Langkah ini diperlukan untuk memastikan Sensor Kelembaban dan Sensor PH mengukur nilai yang benar. Rockwool dengan berbagai ketinggian air dan berbagai keasaman diukur menggunakan sensor Kelembaban FC-28 dan Sensro PH-4502C. Pengukuran dicatat 5 kali dan hasilnya ditampilkan pada Tabel 1 untuk kelembaban dan tabel 2 untuk pH MAPE (Mean Absolute Percentage Error) dan RMSE (Root Mean Squared Error) antara pengukuran menggunakan Moisture Meter dan sensor
Kelembaban Rockwool masing-masing adalah 3,9% dan 3,4 sedangkan MAPE dan RMSE untuk PH yaitu masing-masing adalah 2,4% dan 0,02. Nilai kesalahan ini rendah dan menunjukkan bahwa sensor dapat digunakan untuk mengukur nilai kelembaban Rockwool di negara maju sistem. Kelembaban Rockwool perlu dikontrol karena ini parameter yang paling penting yang harus dipertahankan selama perkecambahan Benih fase. Rockwool harus sering disiram untuk menjaganya kelembaban 60% dan keasaman (pH) 7.00. Nilai ini ditentukan oleh eksperimen. Rockwool disiram sampai terendam air.
Tabel 1. Akurasi Sensor Soil Moisture FC-28 Water
Volume
Moisture by Moisture Meter
(%)
Moisture by Moisture Sensor
(%)
Absolute Percentage Error (%)
Squared Error (%)
5 26 25 3.84 1
Water Pump Relay 4
Channel
Arduino Uno
Sensor PH-4502C
Sensor Soil Moistue
Project Board
2 4 6 8 10
5.00 5.10 5.20 5.50 6.00
4.80 4.97 5.11 5.46 5.81
4.0 2.5 1.7 0.7 3.2
0.04 0.02 0.01 0.00 0.04
MAPE = 2.4 RMSE = 0.02
Y = ax + b (1)
a = (Σy) (Σx²) – (Σx) (Σxy) (2) n(Σx²) – (Σx)²
b = n(Σxy) – (Σx) (Σy) (3) n(Σx²) – (Σx)² –
Proses pengambilan data set dilakukan dari sebuah eksperimen Rockwool dan Nutrisi yang disiram secara bertahap dimana nilai kelembaban dan nilai pH direkam oleh sensor kelembaban FC-38 dan sensor PH-4502C dimana set point untuk kelembaban yaitu 60%
dan set point untuk pH yaitu 7.0 Hasil pembacaan sensor dilambangkan sebagai input dan durasi penambahan air dengan mengatifkan water pump sampai kelembaban dan pH mencapai set point dihitung menggunakan stopwatch. Durasi ini dilambangkan sebagai output. Terdapat 25 data latih dimana 20 sebagai data Training dan 5 sebagai data uji ditunjukan pada Tabel 3.
Tabel 3. Data Training Kelembaban Eksperimen
Number
Nilai Sensor (%)
Waktu Pompa (s)
1 23 5,31
2 25 4,67
3 27 4,31
4 29 4,23
5 30 4,23
6 31 4,15
7 32 4,11
8 33 4,11
9 34 3,87
10 36 3,59
11 37 3,56
12 40 3,45
13 43 3,20
14 46 3,12
15 47 3,09
16 50 2,89
17 52 2,78
18 53 2,63
19 55 2,56
20 56 2,54
Tabel 4. Data Training PH Eksperimen
Number
Nilai Sensor Waktu Pompa (s)
1 3.39 6,10
2 3.61 6,03
3 3.75 5,41
4 3.97 5,12
5 4.24 5,06
6 4.56 5,02
7 4.90 4,71
8 4.98 4,05
9 5.03 4,01
10 5.56 3,99
11 5.60 3,57
12 5.69 3,55
13 5.70 3,25
14 5.76 3,09
15 5.93 3,06
16 6.00 2,81
17 6.07 2,78
18 6.31 2,67
19 6.51 2,67
20 6.71 2,18
2.3 Program code
Untuk program yang digunakan yaitu program Arduino IDE untuk membuat program dimulai dari deklarasi parameter deklarasi pin sensor dan deklarasi prediksi waktu.
Tabel 5. Akurasi hasil Waktu prediksi untuk kelembaban Rockwool Eksperimen
Number Error Sensor (%)
Waktu (s)
Waktu Prediksi (s)
Absolute Percentage Error (%)
Squared Error (%) 1
2 3 4 5
49 48 46 40 48
6.01 5.45 5.40 5.37 5.34
5.61 5.54 5.39 4.97 4.82
8.0 11.5 17.4 5.8 1.5
0.16 0.01 0.00 0.16 0.27
MAPE = 5.1 RMSE = 0.12
Tabel 6. Akurasi hasil Waktu Prediksi untuk keasaman (PH)
Eksperimen Number
Error
Sensor Waktu (s)
Waktu Prediksi (s)
Absolute Percentage Error (%)
Squared Error (%) 1
2 3 4 5
5.45 5.00 4.55 4.50 3.64
7.63 7.43 7.30 6.55 6.40
8.22 7.69 7.17 7.11 6.11
7.28 4.62 0.66 1.10 10.15
0.34 0.07 0.02 0.31 0.08
MAPE = 5.2 RMSE = 0.17
1
1 2 3 4
5 6 7
kelembaban antara dua durasi adalah 5,1% dan 0,12 sedangkan untuk pH 5,2% dan 0.17 .
Hasil pada Tabel 5 dan 6 menunjukkan kesalahan yang rendah. Ini menunjukkan bahwa Persamaan Linier dapat digunakan untuk menjaga kelembapan Rockwool untuk Semai Otomatis. Alat Semai Otomatis juga diuji untuk menumbuhkan biji. Dalam percobaan 12 benih ditanam pada setiap ruas Rockwool. Pada hari ke-1 hingga hari ke-3 secara langsung tidak ada perbedaan yang signifikan pertumbuhan benih seperti yang ditunjukkan pada baris pertama Gambar 3. Gambar 5 juga menunjukkan air sedang dipompa ke dasar Rockwool dan mengalirkan pH UP dan pH DOWN tergantung kondisi si Rockwool pada saat itu juga. Pada hari ke-4 hingga ke-6 daun mulai muncul seperti pada gambar baris kedua Gambar 5. Pada hari ke-7 daun ketiga mulai muncul dan itu artinya bibit sudah bisa dipindahkan ke dalam kit hidroponik. Uji pertumbuhan ini menunjukkan bahwa Alat Semai Otomatis yang telah dikembangkan bekerja dengan baik untuk menjaga kelembaban dan keasaman untuk menumbuhkan benih Pakcoy. Para petani dapat menggunakan alat ini sehingga mereka tidak perlu merawat dan menyirami Rockwool secara manual.
4. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil perancangan dan pengujian keseluruhan sistem yang telah dilakukan didapatkan kesimpulan berdasarkan rumusan masalah yang telah dilakukan pengujian. Berdasarkan penelitian ini dapat disimpulkan bahwa :
1. Terdapat 2 input sensor yaitu Sensor Soil Moisture dan Sensor PH-4502C dimana hasil input tersebut diolah pada mikrokontroller Arduino Uno dengan menggunakan Regresi Linier untuk sistem ini terdapat 4 output yaitu dimana 3 output berupa Water Pump yang terkoneksi dengan Relay dan 1 output lagi berupa LCD.
2. Sensor Soil Moisture memiliki tingkat kestabilan di range 60% untuk kelembaban tanaman hidroponnik sedangkan untuk sensor PH-4502C memiliki tingkat kestabilan di range 7.00 sehingga dengan kemampuan sensor 60% dan 7.00 sudah dapat memenuhi kebutuhan untuk memonitoring kelembaban dan kadar keasaman pada tanaman Pakcoy.
3. Sistem dapat bekerja dengan baik sesuai dengan harapan dan program yang di upload melalui Arduino Uno.
a. LCD dan Pompa dapat berfungsi sesuai dengan yang diharapkan serta dapat menampilkan status kelembaban dan keasaman pada tanaman hidroponik.
a. Untuk sistem ini terdapat 25 data latih, dianataranya 20 data sebagai data training dan 5 data sebagai data uji. Didapatkan hasil dari pengujian Regresi Linier yaitu MAPE dan RMSE untuk kelembaban 5,1% dan 0,12 sedangkan untuk PH yaitu 5,2% dan 0.17, dan hasil Tanaman benih Pakcoy dapat tumbuh dengan sempurna sesuai dengan yang diharapkan.
5. REFERESNSI
(1) Dyka Taufanapri Maha Putra. TA: Pen- gendalian pH dan EC pada Larutan Nu- trisi Hidroponik Tomat Ceri. Diss. Institut Bisnis dan Informatika Stikom Surabaya 2018.
(2) Fawaidah Ikhlasotul. Optimasi pertum- buhan dan kadar flavonoid tanaman Sam- bung Nyawa (Gynura procumbens [Lour.] Merr.) pada hidroponik sistem DFT (Deep Flow Technique). Diss. UIN Sunan Ampel Surabaya 2020.
(3) Pratama Aditya Nanda. TA: Implementasi Sensor TDS (Total Dissolved Solids) un- tuk Kontrol Air Secara Otomatis pada Tanaman Hidroponik. Diss. Institut Bisnis dan Informatika Stikom Surabaya 2017.
(4) Prion S. K. & Haerling K. A. (2020). Mak- ing Sense of Methods and Measurements:
Simple Linear Regression. Clinical Simu- lation in Nursing 48 94–95.
(5) Putranto Tommy Dwi and BAYU ROHMAN. Rancang Bangun Sistem Oto- masi Pemberian Nutrisi Dan Pencahayaan Untuk Tahap Penyemaian Benih Selada Pada Perkebunan Surabaya Hidroponik.
Diss. Institut Teknologi Sepuluh Nopem- ber 2016.
(6) Rizal Syamsul. "Pengaruh nutriasi yang diberikan terhadap pertumbuhan tanaman sawi pakcoy (Brassica rapa l.) Yang ditanam secara hidroponik." Sainmatika:
Jurnal Ilmiah Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam 14.1 (2017): 38-44.
(7) Santos JD Lopes da Silva AL da Luz Costa J Scheidt GN Novak AC Sydney EB et al. Development of a vinasse nutri- tive solutions for hydroponics. Journal of Environmental Management 2013;114: 8- 12.
(8) Santoso A. & N. Widyawati. 2020. Pen- ampilan Pertumbuhan dan Hasil Pakcoy (Brassica rapa L.) Hidroponik NFT Dari Berbagai Ukuran Bibit Saat Transplant- ing. Jurnal FP UNS. 4(1) : 126-133.
(9) Silviyanti Nurul Amalia and Sasmita Sari.
"Pengaruh metode penanaman hidroponik dan konvensional terhadap pertumbuhan tanaman bayam merah." Agribios 16.2 (2018): 49-54.
(10) Susilawati. (2019). Dasar – Dasar Ber- tanam Secara Hidroponik.
(11) Wicaksono Moh and Ilham Aziz. Sistem Otomasi Penyemaian Benih Sayuran Hi- droponik Pada Kebun Sayur Surabaya.
Diss. Institut Teknologi Sepuluh Nopem- ber Surabaya 2017.
(12) Puspasari Ira Yosefine Triwidyastuti and Harianto Harianto. "LP: Otomasi Sistem Hidroponik Wick pada Pembibitan Tana- man Tomat Ceri." (2017).
(13) Prayitno Wahyu Adi Adharul Muttaqin and Dahnial Syauqy. "Sistem Monitoring Suhu Kelembaban dan Pengendali Penyiraman Tanaman Hidroponik menggunakan Blynk Android." Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer e-ISSN 2548 (2017).
(14) Nasution, Delima Lailan Sari. "Respon Pertumbuhan Tanaman Pak Choi (Bras-
