IMPLEMENTASI REAL TIME MONITORING LAHAN PERTANIAN PADA TANAMAN PADI MENGGUNAKAN
SMART SENSOR
SKRIPSI
PUJIARTI 131402071
PROGRAM STUDI S1 TEKNOLOGI INFORMASI
FAKULTAS ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2018
IMPLEMENTASI REAL TIME MONITORING LAHAN PERTANIAN PADA TANAMAN PADI MENGGUNAKAN SMART SENSOR
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat memperoleh Ijazah Sarjana Teknologi Informasi
PUJIARTI 131402071
PROGRAM STUDI S1 TEKNOLOGI INFORMASI
FAKULTAS ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2018
PERSETUJUAN
Judul : IMPLEMENTASI REAL TIME MONITORING LAHAN
PERTANIAN PADA TANAMAN PADI MENGGUNAKAN SMART SENSOR
Kategori : SKRIPSI
Nama : PUJIARTI
Nomor Induk Mahasiswa : 131402071
Program Studi : SARJANA (S1) TEKNOLOGI INFORMASI
Departemen : TEKNOLOGI INFORMASI
Fakultas : ILMU KOMPUTER DAN TEKNOLOGI INFORMASI
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Komisi Pembimbing :
Pembimbing 1 Pembimbing 2
Romi Fadillah Rahmat, B.Comp.Sc., M.Sc NIP. 198603032010121004
Diketahui/disetujui oleh Program Studi Teknologi Informasi Ketua,
Ainul Hizriadi, S.Kom, M.Sc NIP. 198510272017061001
Romi Fadillah Rahmat, B.Comp.Sc., M.Sc NIP. 198603032010121004
PERNYATAAN
IMPLEMENTASI REAL TIME MONITORING LAHAN PERTANIAN PADA TANAMAN PADI MENGGUNAKAN SMART SENSOR
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, kecuali
beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing telah disebutkan sumbernya.
Medan, Januari 2018
PUJIARTI 131402071
UCAPAN TERIMA KASIH
Puji dan syukur kehadirat Allah SWT, karena rahmat dan izin dari-Nya penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini, sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Komputer, pada Program Studi S1 Teknologi Informasi Fakultas Ilmu Komputer dan Teknologi Informasi Universitas Sumatera Utara.
Penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada Bapak Prof. Runtung Sitepu, SH., M.Hum selaku Rektor Universitas Sumatera Utara, Bapak Prof. Dr. Opim Salim Sitompul selaku Dekan Fasilkom-TI Universitas Sumatera Utara, Bapak Romi Fadillah Rahmat B.Comp.Sc., M.Sc selaku Ketua Program Studi S1 Teknologi Informasi Universitas Sumatera Utara sekaligus sebagai Pembibing I yang telah memberikan ide serta saran, Bapak Ainul Hizriadi, S.Kom, M.Sc selaku Dosen Pembimbing II yang telah memberikan bimbingan kepada penulis, Ibu Sarah Purnamawati, S.T., M.Sc sebagai Dosen Pembanding I dan bapak Ivan Jaya, S.Si., M.Kom sebagai Dosen Pembanding II. Seluruh dosen serta staf pegawai di lingkungan Program Studi S1 Teknologi Informasi dan Fasilkom-TI Universitas Sumatera Utara, yang telah membantu proses administrasi selama masa perkuliahan.
Ucapan sayang juga saya ucapkan kepada kedua orang tua dan kedua abang saya (Suhardi, S.Pdi dan Radiansyah, S.Kom) yang telah mendukung dan mendoakan, serta kepada sahabat-sahabat saya (Siti Suhartina, Dita Saputri, dan Diana Ardhi Pratiwi) yang telah membantu dalam proses pembuatan skripsi. Untuk teman-teman seperjuangan dalam memperoleh gelar S.kom (Novi Endah Marhaen, Sri Artika, Anggi Damira, Hafni Silfizah, dan Yuni Marsinta Butar-butar) serta kepada seluruh teman-teman Teknologi Informasi angkatan 2013 khususnya kom A yang tidak bisa penulis ucapkan satu persatu.
Semoga Allah SWT melimpahkan berkah kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan, perhatian, serta dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
Medan, Januari 2018
Penulis
ABSTRAK
Kesuburan lahan persawahan sangat penting bagi keberhasilan petani dalam memproduksi padi. Untuk mencapai hasil panen yang maksimal petani perlu memperhatikan beberapa faktor dari lingkungan tumbuh tanaman padi. Saat ini pemakaian sistem kendali sudah banyak ditemui dalam berbagai aspek kehidupan, pengukuran yang manual untuk mengetahui kondisi lingkungan tanaman padi tentu akan kurang efisien dari segi waktu, oleh karena itu dibutuhkannya suatu sistem yang dapat memantau tanaman padi secara real time. Metode yang dipakai dalam penelitian dengan menggunakan beberapa parameter yaitu perubahan kelembaban udara, temperatur, pH, kelembaban tanah dan intensitas cahaya. Data dari setiap sensor akan tersimpan pada database dan petani akan menerima notifikasi monitoring lahan pertanian berupa SMS Gateway. Sensor ini akan diletakkan di beberapa lokasi pada lahan pertanian untuk meningkatkan keakuratan pengukuran. Berdasarkan pengujian selama 1 minggu semua sensor memberikan nilai yang stabil dan rata-rata error dari pH sebesar 1.99%, temperatur sebesar 1.29%, kelembaban udara sebesar 0.54%, kelembaban tanah sebesar 0.31%, dan intensitas cahaya sebesar 0.49%. Hasil dari pengujian sistem ini sudah sesuai dengan perancangan dan semua sensor menunjukkan hasil monitoring yang berjalan dengan baik.
Kata Kunci : real-time monitoring, tanaman padi, smart sensor, gsm/gprs, arduino uno, sms gateway.
IMPLEMENTATION OF REAL TIME MONITORING
AGRICULTURAL LAND IN RICE PLANT USING SMART SENSOR
ABSTRACT
The fertility of paddy fields is very important for the success of farmers in producing rice. To achieve maximum yield of farmers need to pay attention to several factors from the growing environment of rice plants. Currently the use of control systems are widely encountered in various aspects of life, manual measurements to determine the environmental conditions of rice plants will be less efficient in terms of time, therefore the need for a system that can monitor rice plants in real time. The method used in the research by using several parameters that change air humidity, temperature, pH, soil moisture and light intensity. Data from each sensor will be stored in the database and farmers will receive notification of monitoring agricultural land in the form of SMS Gateway. This sensor will be placed in several locations on the farm to improve the accuracy of the measurements. Based on the 1-week test all sensors provide stable values and average error of pH of 1.99%, temperature of 1.29%, air humidity of 0.54%, soil moisture by 0.31%, and light intensity of 0.49%.
The results of this system testing are in accordance with the design and all sensors show the results of monitoring that goes well.
Keywords: real-time monitoring, rice plant, smart sensor, gsm/gprs, arduino uno, sms gateway.
DAFTAR ISI
Halaman
KULIT DALAM i
HALAMAN JUDUL ii
PERSETUJUAN iii
PERNYATAAN ORISINALITAS iv
UCAPAN TERIMA KASIH v
ABSTRAK vii
ABSTRACK viii
DAFTAR ISI ix
DAFTAR TABEL xii
DAFTAR GAMBAR xiii
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang 1
1.2. Rumusan Masalah 3
1.3. Batasan Masalah 4
1.4. Tujuan Penelitian 4
1.5. Manfaat Penelitian 4
1.6. Metodologi Penelitian 5
1.7. Sistematika Penulisan 6
BAB 2 LANDASAN TEORI
2.1. Gambaran Umum Tanaman Padi 7
2.2. Sensor 8
2.2.1. Sensor DHT11 9
2.2.2. Sensor pH ETP306 10
2.2.3. Light Sensor 11
2.3.4. Sensor Soil Moisture 11
2.3.Arduino Uno 12
2.4.SIM800L 14
2.5.Penelitian Terdahulu 15
BAB 3ANALISIS DAN PERANCANGAN SITEM
3.1.Analisis Sistem 18
3.2.Arsitektur Umum 19
3.2.1. Input 20
3.2.2. Output 20
3.2.3. Proses 21
3.3.Data yang digunakan 21
3.4.Pemantauan Kualitas Tanaman Padi 21
3.4.1. Pemantauan 21
3.4.2. Notifikasi 22
3.5.Perancangan Hardware 22
3.5.1. Perancangan Sensor pH, LDR, DHT11 dan Soil Moisture 22 3.5.2. Perancangan SIM800L dan Arduino Uno 23
3.6.Perancangan Sistem 24
3.6.1. Use Case Diagram Simtem Monitoring 24
3.6.2. Block Diagram Sistem Monitoring 25
3.6.3. Flowchart Keseluruhan Sistem Monitoring 27
3.6.4. Perancangan Web Base 28
3.6.5. Perancangan Database Server 28
3.6.6. Alur Pemograman 29
3.7.Rancangan Antarmuka 30
BAB 4IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN
4.1.Spesifikasi Kebutuhan Perangkat 32
4.2.Implementasi Perancangan Antarmuka 32
4.2.1. Tampilan SMS Gateway 33
4.3.2. Tampilan Grafik 33
4.3.3. Tampilan Tabel Monitoring 36
4.3.Pengujian Kinerja Sistem 36
4.4.Perbandingan Data Pengukuran Manual dengan Pengkuruan Alat 38
BAB 5KESIMPILAN DAN SARAN
5.1.Kesimpulan 42
5.2.Saran 42
DAFTAR PUSTAKA 43
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Spesifikasi dari Arduino Uno 14
Tabel 2.2. Penelitian Terdahulu 16
Tabel 3.1. Keterangan Use Case Diagram Sistem Monitoring 25
Tabel 3.2. Struktur Database 28
Tabel 4.1. Hasil Pengujian Sistem 38
Tabel 4.2. Perbandingan Pengukuran 39
Tabel 4.3. Data hasil pengujian sensor pH 39
Tabel 4.4. Data hasil pengujian sensor temperatur 40
Tabel 4.5. Data hasil pengujian sensor kelembaban udara 40 Tabel 4.6. Data hasil pengujian sensor kelembaban tanah 41 Tabel 4.7. Data hasil pengujian sensor intensitas cahaya 41
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Sensor DHT11 9
Gambar 2.2. Sensor pH ETP306 10
Gambar 2.3. Sensor LDR 11
Gambar 2.4. Sesnsor Soil Moisture 12
Gambar 2.5. Arduino Uno 13
Gambar 2.6. SIM800L 14
Gambar 3.1. Arsitektur Umum 19
Gambar 3.2. Rangkaian Sensor 22
Gambar 3.3. Arduino dan SIM800L 24
Gambar 3.4. Use Case Diagram Sistem Monitoring 25
Gambar 3.5. Diagram Block Sistem Monitoring 26
Gambar 3.6. Flowchart Keselurahn Sistem Monitoring 27
Gambar 3.7. Pendeklarasian Variabel 29
Gambar 3.8. Fungsi SMS 29
Gambar 3.9. Fungsi HTTP Request 30
Gambar 3.10. Halaman Grafik 30
Gambar 4.1. SMS Monitoring 33
Gambar 4.2. Intensitas Cahaya 33
Gambar 4.3. Kelembaban Tanah 34
Gambar 4.4. Temperatur 34
Gambar 4.5. pH 35
Gambar 4.6. Kelembaban Udara 35
Gambar 4.7. Logsensor 36
Gambar 4.8. Sebelum Penanaman 37
Gambar 4.9. Setelah Penanaman 37
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Tanaman padi adalah tanaman yang sangat penting bagi kehidupan masyarakat Indonesia karena hampir seluruh masyarakat Indonesia mengkonsumsi beras sebagi makanan pokok. Hal tersebut menjadikan tanaman padi sebagai tanaman pangan yang paling banyak diproduksi oleh masyarakat Indonesia.
Pertanian juga memiliki arti penting dalam pembangunan perekonomian bangsa.
Sektor pertanian tidak saja sebagai penyedia kebutuhan pangan, tetapi juga sumber penghidupan bagi penduduknya. Walaupun Indonesia adalah negara dengan kawasan yang luas, namun akibat peningkatan kebutuhan akan bahan pangan pokok, pemerintah melalui Bulog harus melakukan impor setiap tahunnya. Jika luas panen dan laju pertumbuhan penduduk tetap, maka untuk mengantisipasi peningkatan permintaan beras tahun 2030, produktivitas padi harus naik sedikitnya 30% atau menjadi minimal 6.5 ton/ha dibandingkan dengan data BPS 10 tahun terakhir sebesar 5,0 ton/ha (Destarianto, 2017).
Pemakaian sistem kendali dalam hal ini smart sensor sudah banyak ditemui dalam berbagai aspek kehidupan, sistem kendali digunakan untuk mempermudah pekerjaan manusia seperti di bidang industri, manufakturing, kesehatan, maupun pertanian dan perkebunan. Smart sensor ialah sebuah sensor yang akan lebih mudah diaplikasikan dan diintegrasikan dengan device elektronika lainnya, mendukung teknologi terkini, ukurannya semakin kecil, dan memiliki nilai sensitivitas yang semakin tinggi (Nuralam, 2017). Semakin berkembangnya sistem kendali memungkinkan untuk dapat meningkatkan kinerja sistem dan mengoptimalkan hasil pada penelitian ini yaitu pertanian. Hambatan utama dalam pengembangan budidaya tanaman padi ialah
masalah faktor lingkungan yang sering berubah seperti temperatur, pH, kelembaban maupun intensitas cahaya sebagai salah satu faktor penghambat produksi yang cukup tinggi dan mengakibatkan kerugian.
Sektor pertanian sangat rentan terhadap perubahan iklim karena berpengaruh terhadap pola tanam, waktu tanam, produksi, dan kualitas hasil (Nurdin, 2011). Iklim erat hubungannya dengan perubahan cuaca dan pemanasan global dapat menurunkan produksi pertanian antara 5-20 persen (Suberjo, 2009). Perubahan iklim merupakan suatu kondisi yang ditandai dengan berubahnya pola iklim dunia yang mengakibatkan fenomena cuaca yang tidak menentu. Perubahan iklim terjadi karena adanya perubahan variabel iklim, seperti suhu udara dan curah hujan yang terjadi secara terus menerus dalam jangka waktu yang panjang antara 50 sampai 100 tahun (Kementerian Lingkungan Hidup, 2004). Salah satu upaya yang dapat dilakukan untuk mencapai hasil panen optimal tanaman padi adalah dengan mengendalikan lingkungan tumbuh dari tanaman padi. Lingkungan tumbuh meliputi tanah, air, udara, cahaya matahari, dan lainnya. Kondisi lingkungan tumbuh tanaman padi tersebut dapat berubah-ubah setiap saat, perubahan ini yang akan mengganggu proses pertumbuhan tanaman padi.
Sistem pemantauan kondisi persawahan perlu dibuat guna membantu para petani mendapatkan informasi pengukuran kadar pH, kelembaban udara, temperatur, intensitas cahaya dan kelembaban tanah untuk memperkecil terjadinya gagal panen.
Melalui sistem seperti itu para petani dapat memantau dan menghitung pemupukan yang perlu dilakukan pada lahan sawahnya demi mencapai hasil panen yang maksimal. Proses pemupukan yang dilakukan secara berlebihan maupun kekurangan akan mempengaruhi proses produksi tanaman padi.
Penggunaan sensor untuk pemantauan tanaman padi sebelumnya telah diteliti oleh beberapa orang, diantaranya oleh Eko Ihsanto dan Sadri Hidayat (2014) yang telah membuat “Rancang Bangun Sistem Pengukuran pH Meter dengan Menggunakan Mikrokontroller Arduino Uno”. Pada sistem ini dilakukan pengukuran kadar pH dengan menggunakan sensor pH dan Mikroprosesor Arduino Uno dengan pengiriman data melalui modul Bluetooth HC-06. Dengan adanya sistem ini kita dapat mengetahui pengukuran kadar pH pada Android secara wireless dengan aplikasi BlueTerm.
Penelitian lainnya dilakukan oleh Yamping Wang dan Zongtao Chi (2016) dengan judul “System of Wireless Temperature and Humidity Monitoring Based on Arduino Uno Platform”. Pada sistem ini menggunakan AVR sebagai mikroprosesor dan sensor DHT11 yang digunakan untuk pengukuran suhu dan kelembaban. Sistem ini akan memberikan hasil pengukuran suhu dan kelembaban pada tampilan LCD12864 dan sistem dapat memberikan notifikasi berupa suara bel dan sebuah LED yang berkedip apabila suhu dan kelembaban tidak sesuai dengan ruang lingkup pengaturan suhu.
Berdasarkan latar belakang diaatas, serta berdasarkan penelitian sebelumnya, penulis ingin membuat pemantauan lahan pertanian pada tanaman padi dengan mengambil beberapa parameter yang mempengaruhi pertumbuhan tanaman padi.
Parameter tersebut yaitu pengukuran kelembaban tanah yang dapat dilakukan dengan menggunakan sensor soil moisture, pengukuran kadar keasaman menggunakan sensor analog pH meter, intensitas cahaya dengan menggunakan sensor LDR, serta temperatur dan kelembaban udara dengan sensor DHT11 yang akan menggunakan mikrokontroller Arduino Uno.
Sistem yang akan dibuat penulis adalah “Implementasi Real Time Monitoring Lahan Pertanian Pada Tanaman Padi Menggunakan Smart Sensor”. Metode ini memungkinkan untuk mendapatkan data yang lebih akurat dan waktu yang cepat, guna membuat pendugaan produktivitas padi melalui monitoring secara langsung.
Dengan adanya sistem ini dapat membantu para petani yang ingin mengetahui kondisi lahan sawahnya secara cepat, sehingga dapat mengetahui tindakan pemupukan yang harus dilakukan berdasarkan hasil pemantauan data pengukuran yang diperoleh.
1.2. Rumusan Masalah
Tingkat kesuburan lahan pertanian akan mempengaruhi tingkat pertumbuhan dan produktivitas dari tanaman padi. Untuk mencapai hasil panen yang maksimal dari tanaman padi, para petani harus selalu memperhatikan beberapa faktor dari lingkungan tumbuh tanaman padi yaitu perubahan kelembaban udara, temperatur, pH, kelembaban tanah dan intensitas cahaya. Disebabkan pengukuran yang manual tentu akan kurang efisien dari segi waktu, oleh karena itu dibutuhkannya suatu sistem untuk
dapat memantau faktor dari lingkungan yang dapat mempengaruhi kualitas lahan pertanian tanaman padi secara real time monitoring.
1.3. Batasan Masalah
Adapun batasan masalah yang akan dibahas adalah :
1. Penelitian ini akan dilakukan dengan mengambil sampel pada lahan persawahan yang berukuran 20 x 20 m.
2. Penelitian hanya mengukur perubahan kadar pH, suhu udara, kelembaban udara, intentitas cahaya dan kelembaban tanah pada sawah.
3. Penelitian dilakukan hanya untuk memonitoring lahan pertanian.
1.4. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah pemantauan kualitas lahan pertanian pada tanaman padi untuk mendapatkan data secara real time mengenai perubahan kadar pH, temperatur, kelembaban udara, intentitas cahaya dan kelembaban tanah menggunakan mikrokontroller arduino pada jaringan sensor.
1.5. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian yang akan dilakukan adalah : 1. Memudahkan petani dalam memonitoring lahan pertanian.
2. Membantu petani untuk mendapatkan data secara real time mengenai kondisi lahan pertanian mereka.
3. Membantu petani dalam mengambil keputusan secara tepat dan akurat.
4. Sebagai media bantu dalam meningkatkan produktivitas dan efisiensi lahan.
5. Menjadi referensi untuk penelitian selanjutnya dalam pengembangan di bidang computer system.
1.6. Metodologi Penelitian
Tahapan-tahapan yang akan dilakukan pada pelaksanaan penelitian adalah sebagai berikut:
1. Studi Literatur
Pada tahap ini dilakukan pengumpulan bahan referensi mengenai syarat hidup tanaman padi, sensor pH, sensor suhu udara, sensor kelembaban udara, sensor intentitas cahaya, sensor kelembaban tanah, SIM800L, dan arduino uno dari berbagai buku, jurnal, artikel dan beberapa sumber referensi lainnya.
2. Analisis
Pada tahap ini dilakukan analisis terhadap bahan referensi yang telah dikumpulkan dari beberapa sumber sebelumnya untuk mendapatkan pemahaman mengenai jaringan sensor untuk memudahkan proses monitoring.
3. Perancangan
Pada tahap ini dilakukan perancangan arsitektur, pengumpulan data, pelatihan, dan perancangan antar muka. Proses perancangan dilakukan berdasarkan hasil analisis terhadap studi literatur yang sudah dikumpulkan.
4. Implementasi
Pada tahap ini dilakukan implementasi terhadap analisis dan perancangan yang telah dilakukan ke dalam pembangunan sebuah program sesuai dengan kebutuhan dan alur yang telah ditentukan.
5. Pengujian
Pada tahap ini dilakukan pengujian terhadap sensor yang ditempatkan pada lahan pertanian untuk membaca faktor-faktor yang dapat mempengaruhi kualitas tanaman padi dan mengrim hasil monitoring dalam bentuk SMS notifikasi kepada para petani, serta memastikan sistem dan hasil monitoring telah berjalan sesuai dengan yang diharapkan.
6. Penyusunan Laporan
Pada tahap ini dilakukan penulisan laporan dan dokumentasi dari hasil analisis dan implementasi smart sensor dalam sistem monitoring faktor-faktor yang dapat mempengaruhi kualitas tanaman padi.
1.7. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan dari skripsi ini terdiri dari lima bagian utama antara lain sebagai berikut :
Bab 1 : Pendahuluan
Bab ini berisi tentang latar belakang, rumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat penelitian, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan.
Bab 2: Landasan Teori
Bab ini berisi kumpulan teori-teori yang yang berhubungan dengan pokok pembahasan dalam penelitian ini. Teori-teori yang akan dibahas berhubungan dengan syarat hidup tanaman padi, sensor pH, sensor suhu udara, sensor kelembaban udara, sensor intentitas cahaya, sensor kelembaban tanah, SIM800L, arduino uno serta penelitian terdahulu.
Bab 3: Analisis dan Perancangan
Bab ini berisi tentang perancangan sistem, arsitektur umum, alur kerja sistem dalam bentuk use case diagram, block diagram, flowchart serta perancangan antarmuka aplikasi.
Bab 4: Implementasi dan Pengujian
Bab ini berisi tentang pembahasan implementasi dari analisis dan perancangan yang telah disusun pada bab 3 dan pengujian sistem yang telah dibangun untuk mengetahui apakah hasil yang didapatkan sesuai dengan yang diharapkan.
Bab 5: Kesimpulan dan Saran
Bab ini berisi tentang ringkasan dan kesimpulan dari analisis rancangan yang telah dibahas pada bab 3, serta hasil penelitian yang telah dijelaskan pada bab 4. Bagian akhir pada bab ini berisikan saran-saran yang diajukan untuk pengembangan penelitian selanjutnya.
BAB 2
LANDASAN TEORI
Pada tinjauan pusataka akan membahas faktor-faktor yang dapat mempengaruhi kualitas tanaman padi dengan menggunakan arduino untuk memantau kondisi tanaman padi pada perubahan kadar pH, suhu udara, kelembaban udara, intentitas cahaya dan kelembaban tanah.
2.1. Gambaran Umum Tanaman Padi
Padi merupakan tanaman pangan berupa rumput berumpun yang telah dikembangkan sejak zaman dahulu. Bukti sejarah memperlihatkan bahwa penanaman padi di Zhejiang (Cina) sudah dimulai pada 3.000 tahun SM dan fosil butir padi serta gabah ditemukan di India berumur 100-800 SM. Selain Cina dan India, beberapa wilayah asal padi adalah Bangladesh Utara, Burma, Thailand, Laos dan Vietnam. Padi memiliki klasifikasi botani sebagai berikut:
- Divisi : Spermatophyta - Sub divisi : Angiospermae - Kelas : Monotyledonae - Keluarga : Gramineae - Genus : Oryza
- Spesies : Oryza sp.
Agar padi dapat tumbuh dengan baik, diperlukan iklim yang menunjang pertumbuhannya. Syarat-syarat yang harus dipenuhi untuk pertumbuhan padi yang optimal ialah:
a. Tumbuh di daerah tropis/ subtropis pada 45° LU sampai 45° LS dengan cuaca panas dan kelembaban tinggi dengan musim hujan 4 bulan.
b. Rata-rata curah hujan yang baik adalah 200 mm/bulan atau 1500-2000 mm/tahun.
Tanaman padi dapat ditanam baik pada musim kemarau dengan bantuan air irigasi sedangkan pada musim hujan perlunya pengendalian jumlah air yang tersedia.
c. Di dataran rendah tanaman padi memerlukan ketinggian 0 -650 m dpl dengan temperatur 22-27°C sedangkan di dataran tinggi 650-1500 m dpl dengan temperatur 19-23°C.
d. Tanaman padi memerlukan penyinaran matahari penuh tanpa naungan.
e. Angin berpengaruh pada penyerbukan dan pembuahan tetapi jika terlalu kencang akan merobohkan tanaman.
f. Keasaman tanah untuk tanaman padi berkisar antara pH 4,0 - 7,0.
2.2. Sensor
Sensor adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mendeteksi gejala -gejala atau sinyal-sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi seperti energi listrik, energi fisika, energi kimia, energi biologi, energi mekanik dan sebagainya. Sebagai contoh adalah kamera sebagai sensor penglihatan, telinga sebagai sensor pendengaran, kulit sebagai sensor peraba, LDR (light dependent resistance) sebagai sensor cahaya, dan lainnya (Sharma, 1998).
Transduser adalah sebuah alat yang bila digerakan oleh suatu energi di dalam sebuah sistem transmisi, akan menyalurkan energi tersebut dalam bentuk yang sama atau dalam bentuk yang berlainan ke sistem transmisi berikutnya. Transmisi energi ini bisa berupa listrik, mekanik, kimia, optik (radiasi) atau thermal (panas). Misalnya generator merupakan transduser yang merubah energi mekanik menjadi energi listrik, motor adalah transduser yang merubah energi listrik menjadi energi mekanik, dan sebagainya. Adapun alat ukur adalah sesuatu alat yang berfungsi memberikan batasan nilai atau harga tertentu dari gejala-gejala atau sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi, seperti voltmeter dan ampermeter untuk sinyal listrik, tachometer dan speedometer untuk kecepatan gerak mekanik, lux-meter untuk intensitas cahaya, dan sebagainya. Dalam memilih peralatan sensor dan transduser yang tepat dan sesuai
dengan sistem yang akan disensor maka perlu diperhatikan persyaratan umum sensor yaitu linearitas, kepekaan, dan tanggapan waktu (Modjahidin, 2006). Berikut beberapa sensor yang akan digunakan dalam penelitian ini :
2.2.1. Sensor DHT11
DHT11 adalah sensor digital yang dapat mengukur suhu dan kelembaban udara di sekitarnya. Sensor ini sangat mudah digunakan bersama dengan Arduino. Memiliki tingkat stabilitas yang sangat baik serta fitur kalibrasi yang sangat akurat. Koefisien kalibrasi disimpan dalam OTP program memory, sehingga ketika internal sensor mendeteksi sesuatu, maka module ini menyertakan koefisien tersebut dalam kalkulasinya.
DHT11 termasuk sensor yang memiliki kualitas terbaik, dinilai dari respon, pembacaan data yang cepat, dan kemampuan anti-interference. Ukurannya yang kecil, dan dengan transmisi sinyal hingga 20 meter, membuat produk ini cocok digunakan untuk banyak aplikasi-aplikasi pengukuran suhu dan kelembaban. Spesifikasi DHT 11 :
Supply Voltage: +5 V
Temperature range : 0-50 °C error of ± 2 °C
Humidity : 20-90% RH ± 5% RH error
Interface : Digital
Gambar 2.1. Sensor DHT11 (DFrobot , 2017)
2.2.2. Sensor pH ETP306
pH adalah derajat keasaman yang digunakan untuk menyatakan tingkat keasaman atau kebasaan yang dimiliki oleh suatu larutan. pH pada tanaman berperan penting dalam pertumbuhan tanaman. Jika pH media di dalam kondisi asam, maka akar tanaman tidak akan mampu untuk menyerap nutrisi dan sekaligus akan menyebabkan tanaman tidak memperoleh nutrisi. Inilah diantara salah satu sebab mengapa tanaman akan terlihat kekuningan pada bagian daun, terutama pada bagian pucuk.
Alat ukur tanah ETP306 merupakan alat uji tanah dengan fungsi mengukur kadar pH. Penggunaannya degan menancapkan garpu sensor alat ukur ke dalam tanah pada kedalaman lebih dari 10 cm. Berikut ini Spesifikasi pH tanah ETP306 :
Warna : Hijau
Meter : 5 x 8 x 3.5cm [2 x 3,2 x 1,5 “]
Panjang Probe : 21cm [8 “]
Probe warna perunggu diameter : 4.8 mm
Probe warna silver diameter : 5.1 mm
Jarak antara probe : 1.2 cm
Berat : 69.0g
pH tanah (3,5 – 8)
2.2.3. Light Sensor
Light Dependent Resistor atau disingkat dengan LDR adalah jenis Resistor yang nilai hambatan atau nilai resistansinya tergantung pada intensitas cahaya yang diterimanya.
Nilai Hambatan LDR akan menurun pada saat cahaya terang dan nilai Hambatannya akan menjadi tinggi jika dalam kondisi gelap. Dengan kata lain, fungsi LDR (Light Dependent Resistor) adalah untuk menghantarkan arus listrik jika menerima sejumlah intensitas cahaya (Kondisi Terang) dan menghambat arus listrik dalam kondisi gelap.
Naik turunnya nilai Hambatan akan sebanding dengan jumlah cahaya yang diterimanya. Pada umumnya, Nilai Hambatan LDR akan mencapai 200 Kilo Ohm (kΩ) pada kondisi gelap dan menurun menjadi 500 Ohm (Ω) pada Kondisi Cahaya Terang.
LDR (Light Dependent Resistor) yang merupakan Komponen Elektronika peka cahaya ini sering digunakan atau diaplikasikan dalam Rangkaian Elektronika sebagai sensor pada Lampu Penerang Jalan, Lampu Kamar Tidur, Rangkaian Anti Maling, Shutter Kamera, Alarm dan lain sebagainya.
Gambar 2.3. Sensor LDR (Kitronik , 2017)
2.2.4. Soil Moisture Sensor
Soil Moisture sensor adalah sensor yang dapat mendeteksi kelembaban tanah. Prinsip kerja sensor kelembaban tanah adalah memberikan nilai keluaran berupa besaran listrik saebagai akibat adanya air yang berada diantara lempeng kapasitor sensor tersebut. Sensor ini sangat sederhana, tetapi sangat ideal untuk memantau kelembaban taman kota, atau tingkat air pada tanaman pekarangan rumah. Sensor ini terdiri dua probe untuk melewatkan arus melalui tanah, kemudian membaca resistansinya untuk mendapatkan tingkat kelembaban. Semakin banyak air membuat tanah lebih mudah
menghantarkan listrik (resistansi kecil), sedangkan tanah yang kering sangat sulit menghantarkan listrik (resistansi besar).
Spesifikasi soil moisture sensor :
Power supply: 3.3v or 5v
Output voltage signal: 0~4.2v
Current: 35mA
Pin definition:
Analog output(Blue wire)
GND(Black wire)
Power(Red wire)
Size: 60x20x5 mm
Pin out soil moisture sensor :
Red - VCC (5v)
Black - Ground (GND)
Blue - Signal (Data)
Gambar 2.4. Soil Moisture Sensor (DFrobot , 2017)
2.3. Arduino Uno
Arduino adalah sebuah board mikrokontroller yang berbasis ATmega328. Arduino memiliki 14 pin input/output yang mana 6 pin dapat digunakan sebagai output PWM,
tombol reset. Arduino mampu men-support mikrokontroller; dapat dikoneksikan dengan komputer menggunakan kabel USB atau mensuplainya dengan sebuah adaptor AC ke DC atau menggunakan baterai untuk memulainya.(FeriDjuandi, 2011)
Arduino Uno berbeda dari semua board Arduino sebelumnya, Arduino UNO tidak menggunakan chip driver FTDI USB-to-serial. Sebaliknya, fitur-fitur Atmega16U2 (Atmega8U2 sampai ke versi R2) diprogram sebagai sebuah pengubah USB ke serial. Revisi 2 dari board Arduino Uno mempunyai sebuah resistor yang menarik garis 8U2 HWB ke ground, yang membuatnya lebih mudah untuk diletakkan ke dalam DFU mode.
Arduino UNO dapat disuplai melalui koneksi USB atau dengan sebuah power suplai eksternal. Sumber daya dipilih secara otomatis. Suplai eksternal (non-USB) dapat diperoleh dari sebuah adaptor AC ke DC atau battery. Adaptor dapat dihubungkan dengan mencolokkan sebuah center-positive plug yang panjangnya 2,1 mm ke power jack dari board. Kabel lead dari sebuah battery dapat dimasukkan dalam header/kepala pin Ground (Gnd) dan pin Vin dari konektor POWER.Board Arduino UNO dapat beroperasi pada sebuah suplai eksternal 6 sampai 20 Volt. Jika disuplai dengan yang lebih kecil dari 7 V, kiranya pin 5 Volt mungkin mensuplai kecil dari 5 Volt dan board Arduino UNO bisa menjadi tidak stabil. Jika menggunakan suplai yang lebih dari besar 12 Volt, voltage regulator bisa kelebihan panas dan membahayakan board Arduino UNO. Range yang direkomendasikan adalah 7 sampai 12 Volt.
Gambar 2.5. Arduino Uno (Arduino.cc , 2017)
Ringkasan Spesifikasi dari Arduino Uno :
Tabel 2.1. Spesifikasi dari Arduino Uno
No. Nama Keterangan
1 Mikrokontroler ATmega328 2 Operasi tegangan 5Volt
3 Input tegangan disarankan 7-11Volt 4 Input tegangan batas 6-20Volt
5 Pin I/O digital 14 (6 bisa untuk PWM)
6 Pin Analog 6
7 Arus DC tiap pin I/O 50mA 8 Arus DC ketika 3.3V 50mA
9 Memori flash 32 KB (ATmega328) dan 0,5 KB digunakan oleh bootloader
10 SRAM 2 KB (ATmega328)
11 EEPROM 1 KB (ATmega328)
12 Kecepatan clock 16 Hz
2.4. Modul SIM800L
Modul SIM800L merupakan salah satu jenis module GSM/GPRS Serial yang paling populer digunakan oleh para penghobi, maupun profesional elektronika untuk berbagai keperluan pengendalian jarak jauh. Untuk saat ini, terdapat beberapa tipe dari Breakout Board, tetapi yang paling banyak dijual di Indonesia yaitu versi mini dengan kartu GSM jenis Micro SIM.
Gambar 2.6. SIM800L (DFrobot , 2017)
Keterangan PinOut : 1. ANT : Antena
2. VCC : tegangan masukan 3.7 – 4.2Vdc 3. RST : Reset
4. RX : Rx Data Serial 5. TX : Tx Data Serial 6. GND : Ground
7. RING : ketika ada telp masuk 8. DTR
9. MIC + : ke microphone kutub + 10. MIC – : ke microphone kutub –
11. Speaker + : ke speaker atau amplifier kutub + 12. Speaker – : ke speaker atau amplifier kutub – 13. Micro Sim (Kartu GSM)
Spesifikasi Modul SIM800L : 1. Menggunakan ic Chip : SIM800
2. Tegangan ke VCC : antara 3.7 – 4.2Vdc (tetapi pada datasheet = 3.4 – 4.4V), dan disarankan menggunakan 3.7 Vdc agar tidak terdapat notifikasi “Over Voltage“
3. Bekerja pada frequency jaringan GSM yaitu QuadBand (850/900/1800/1900Mhz) 4. Konektifitas class 1 (1W) pada DCS 1800 dan PCS 1900GPRS, sedangkan pada
class 4 (2W) pada GSM 850 dan EGSM 900
5. GPRS multi-slot class 1~12 (option) tetapi default pada class 12 6. Suhu pengoperasian normal : 40°C ~ +85°C
7. Menggunakan port TTL serial port, sehingga dapat langsung diakses menggunakan microcontroler tanpa perlu memerlukan MAX232 8. Transmitting power
9. Power module automatically boot, homing network
10. Terdapat Led pada modul yang berfungsi sebagai indikator. Apabila ada sinyal GSM maka akan berkedip perlahan, tetapi apabila tidak ada sinyal maka akan berkedip cepat
11. Ukuran module : 2.5cm x 2.3cm
2.5. Penelitian Terdahulu
Tahun 2014 dilakukan penilitian oleh Eko Ihsanto dan Sadri Hidayat dengan judul
“Rancang Bangun Sistem Pengukuran pH Meter dengan Menggunakan
Mikrokontroller Arduino Uno”. Pada penelitian ini pH Sensor dihubungkan langsung pada Analog Input pin (A0) dari Arduino Uno yang dapat membaca data float dengan jankauan 1 – 9 pH dan dengan resolusi 0,01. Koneksi Arduino dan Android untuk mengirim data float menggunakan modul Bluetooth HC-06 dan untuk menampilkan hasil dari pemantauannya dengan menggunakan aplikasi Blueterm di Android.
Tahun 2014 penelitian yang dilakukan oleh C. H. Chavan dan P.V.Karande yaitu
“Wireless Monitoring of Soil Moisture, Temperature & Humidity Using Zigbee in Agriculture”. Penelitian ini merupakan pemantauan secara wireless kondisi lingkungan berupa temperatur, kelembaban udara, dan kelembaban tanah dengna menggunakan AVR sebagai mikrokontroller. Sistem ini memungkinkan pengguna untuk melihat perubahan kondisi lingkungan sescara akurat yang dapat dilihat pada tampilan berupa LCD.
Tahun 2015 penelitian yang dilakukan oleh Jimmi Martin, Erwin Susanto, dan Unang Sunarya yaitu “Kendali pH dan Kelembaban Tanah Berbasis Logika Fuzzy Menggunakan Mikrokontroller”. Pada penelitian ini sistem kendali logika fuzzy digunakan utuk mengendalikan sensor- sensor dan mengkoordinasikan dengan pompa sehingga sistem kendali pH dan kelembaban dapat berjalan dengan baik.
Pada tahun 2016 Yanping Wang dan Zongtao Chi melakukan penelitian dengan judul “System of Wireless Temperature and Humidity Monitoring Based on Arduino Uno platform”. Sistem ini menggunakan AVR chip tunggal mikro sebagai modul kontrol utama dan mengunakan sensor suhu dan kelembaban DHT11. Hasil akan ditampilkan pada LCD12864 dot -matrix, pengguna juga dapat mengetahui ketika suhu dan kelembaban lingkungan tidak dalam lingkup pengaturan suhu melalui suara bel atau berkedip sebuah LED.
Berikut rangkuman dari penelitian terdahulu dapat dilihat pada Tabel 2.2
Tabel 2.2. PenelitianTerdahulu
No. Peneliti Tahun Judul
1 Eko Ihsanto, 2014 Rancang Bangun Sistem Pengukuran pH Meter Sadri Hidayat dengan Menggunakan Mikrokontroller Arduino
Uno
2 C. H. Chavan, 2014 Wireless Monitoring of Soil Moisture, P.V.Karande Temperature & Humidity Using Zigbee in
Agriculture
3 Jimmi Martin, 2015 Kendali pH dan Kelembaban Tanah Berbasis Erwin Susanto, Logika Fuzzy Menggunakan Mikrokontroller Unang Sunarya
4 Yanping Wang, 2016 System of Wireless Temperature and Humidity Zongtao Chi Monitoring Based on Arduino Uno platform
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya pengembangan sistem monitoring hanya menggunakan satu atau dua parameter untuk mengukur kondisi lingkungan, kemudian monitoring yang dilakukan terbatas oleh jarak. Pada penelitian yang akan dilakukan kali ini yaitu akan mengukur tingkat kelembaban udara, suhu, pH, kelembaban tanah dan intensitas cahaya pada lahan pertanian dengan menggunakan sensor yang dihubungkan pada mikrokontroller arduino yang akan memberikan notifikasi data pemantauan kepada petani melalui SMS Gateway setiap 8 jam dan tampilan admin berupa web base.
BAB 3
ANALISIS DAN PERANCANGAN
Pada bab ini akan membahas mengenai analisis dan perancangan sistem. Pada tahap analisis akan dilakukan analisis terhadap data yang digunakan untuk memantau keadaan tanaman padi yang diteliti. Pada tahap perancangan akan dibahas mengenai perancangan flowchart, use case diagram, block diagram serta tampilan antarmuka sistem.
3.1. Analisis Sistem
Smart sensor yang dibangun ini terdiri dari beberapa sensor yang dipaketkan menjadi satu, sensor tersebut terdiri dari sensor pH yang digunakan untuk megukur kadar keasaman pada area persawahan, sensor LDR untuk mengukur intensitas cahaya pada area persawahan, sensor DHT11 untuk mengukur tempeartur dan kelembaban udara dan sensor soil mouisture untuk mengukur kelembaban sawah.
Penggunaan smart sensor ini dapat dilakukan dengan jarak jauh karena smart sensor ini menggunkan SIM800L yang akan mengirimkan hasil dari monitoring kepada pengguna. Setiap sensor akan mengambil nilai dari hasil pengukuran pada lahan pertanian dan data dari monitoring akan tersimpan pada database server yang telah dikonfigurasi sebelumnya sehingga dapat diakses melalui alamat website http://monitoringpadi.000webhostapp.com/. Hasil dari monitoring dapat dilihat dalam bentuk SMS gateway yang akan diterima oleh para petani. Setiap 8 jam sekali sensor akan ototmatis mengambil data dan mengirimkan hasil monitoring berupa kondisi lahan pertanian kepada petani.
3.2. Arsitektur Umum
Arsitektur umum adalah bagan yang menggambarkan dan menjelaskan proses, alur dan interaksi antar komponen dalam suatu sistem. Desain arsitektur umum dari suatu sistem adalah merepresentasikan struktur data komponen pada aplikasi yang diperuntukkan dalam membangun suatu sistem (Pressman, 2010). Perancangan keseluruhan aplikasi ini akan dijabarkan pada arsitektur umum yang dapat dilihat pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1. Arsitektur Umum
Keterangan dari Gambar 3.1. Arsitektur Umum : 3.2.1. Input
Input yang diterima pada penelitian ini berasal dari pengambil data pH, kelembaban tanah, suhu udara, kelembaban udara, dan intentitas cahaya pada lahan persawahan. Temperature and Humiditysensor yang digunakan yaitu DHT11. Sensor ini digunakan untuk pemantaun kondisi suhu dan kelembaban udara. Sensor pH tanah digunakan untuk mengukur kadar keasaman yang terdapat pada sawah. LDR sensor (Light Dependent Resistor) digunakan untuk mengukur intensitas cahaya pada lingkungan persawahan dimana nilai hambatan LDR akan menurun pada saat cahaya terang dan nilai hambatannya akan menjadi tinggi jika dalam kondisi gelap. Soil moisture sensor digunakan untuk mengukur tingkat kelembaban dari tanah, dimana jika lebih banyak air akan membuat tanah menghantarkan listrik lebih mudah (resistansi kurang), sedangkan tanah yang kering sangat sulit menghantarkan listrik (resistansi besar).
3.2.2. Proses
Tahap proses pada penelitian ini semua data pada tahanapan input yang telah didapat akan diolah dan diteruskan pada tahanpan ini. Semua sensor akan digabungkan pada papan mikrokontroller arduino. Data dari setiap sensor berupa sinyal analog, untuk mengubahnya menjadi sinyal digital harus dengan melalui tahap ADC (Analog To Digital Converter). Setelah data menjadi digital maka arduino akan menghitung berapa besaran data dari setiap sensor. Data dari setiap sensor akan dipaketkan menjadi satu, kemudian semua data akan dikirim pada database sever untuk sistem monitoring web base dan pada saat yang bersamaan juga akan mengirimkan notifikasi SMS Gateway kepada user. Untuk pengiriman notifikasi SMS akan dikirim setiap 8 jam sekali. SIM800L digunakan untuk pengiriman data dari arduino ke server dan untuk menghubungkan server dengan arduino.
3.2.3. Output
Output yang dihasilkan dari penelitian ini berupa aplikasi monitoring berupa web base dan notifikasi SMS Gateway setiap 8 jam sekali yang akan menampilkan informasi monitoring lahan pertanian berupa temperatur, pH, kelembaban udara, intensitas cahaya dan kelembaban tanah.
3.3. Data yang digunakan
Data yang digunakan dalam penelitian ini adalah data yang didapat langsung dari pengukuran setiap sensor. Beberapa hal yang diperhatikan untuk penggunaan data dalam pembuatan sistem ini :
1. Pengambilan data pada lahan sawah berukuran 20 x 20 m yang berada di Desa Suka Berbakti, Kec. Sirapit, Kab. Langkat.
2. Lahan sawah yang digunakan untuk pengukuran ini yaitu sebelum penanaman dan setelah penanaman.
3. Data yang diambil dari lahan sawah berupa nilai kelembaban tanah, pH, intensitas cahaya, temperatur dan kelembaban udara.
3.4. Pemantuan Kualitas Tanaman Padi
Pada bagian ini akan membahas tentang pemantauan dari kualitas tanaman padi pada lahan persawahan.
3.4.1. Pemantauan
Pemantauan atau monitoring merupakan sebuah proses pengumpulan informasi dari penerapan suatu program termasuk mengecek apakah suatu program telah berjalan sesuai dengan rencana yang diinginkan sehingga setiap masalah yang ditemukan dapat diatasi (Foe, 2013). Pada penelitian ini akan dilakukan pemantauan atau memonitoring faktor- faktor yang dapat mempengaruhi kualitas tanaman padi. Pemantauan akan meberikan informasi kondisi lingkungan pada area sekitar persawahan.
3.4.2. Notifikasi
Data yang masuk dari arduino akan masuk ke dalam database server, dan jika sudah masuk pada database server maka data akan selalu di cek oleh sistem monitoring.
Dalam pemantauan kualitas tanaman padi ini sistem akan mengirimkan notifikasi berupa SMS Gateway kepada para petani tentang keadaan lahan persawahan berupa nilai dari kelembaban udara, kadar pH, temperatur udara, intensitas cahaya, dan kelembaban tanah yang akan dikirimkan setiap 8 jam sekali.
3.5. Perancangan Hardware
Perancangan hardware yang dibangun terdiri dari perancangan setiap sensor, perancangan server, dan perancangan SIM800L dengan arduino.
3.5.1. Perancangan Sensor pH, LDR, DHT11 dan Soil Moisture
Sensor pH, LDR, DHT11 dan Soil Moisture akan dipasang pada papan arduino.
Arduino adalah sebuah board mikrokontroller yang berbasis ATmega328. Arduino dapat disuplai melalui koneksi USB atau dengan sebuah power suplai eksternal.
Suplai eksternal (non-USB) dapat diperoleh dari sebuah adaptor AC ke DC atau batteray. Rangkaian sensor ini yang kemudian akan di program pada arduino dan dikalibrasikan agar dapat digunakan.
Keterangan dari gambar 3.2. :
1. DHT11 adalah sensor suhu udara dengan antarmuka digital kawat tunggal.
sensor dikalibrasi sehingga Anda bisa mendapatkan hak untuk mengukur kelembaban relatif dan suhu. Sensor DHT11 memiliki tiga koneksi (positif, negatif dan data). Hubungkan kabel merah dengan terminal positif (ditandai sebagai "VCC" di papan), kabel hitam dengan terminal negatif (ditandai sebagai "GND" di papan) dan kawat putih dengan terminal data (ditandai sebagai "DATA" di papan).
2. Soil Moistire sensor memiliki tiga koneksi (positif, negatif dan data), Hubungkan kabel merah dengan terminal positif (ditandai sebagai "VCC" di papan), kabel hitam dengan terminal negatif (ditandai sebagai "GND" di papan) dan kawat putih dengan terminal data (ditandai sebagai "DATA" di papan).
3. Light Dependent Resistor atau disingkat dengan LDR adalah jenis Resistor yang nilai hambatan atau nilai resistansinya tergantung pada intensitas cahaya yang diterimanya. Nilai Hambatan LDR akan menurun pada saat cahaya terang dan nilai Hambatannya akan menjadi tinggi jika dalam kondisi gelap.
Sensor ini dihubungkan dengan arduino meggunakan kabel berwarna merah dengan terminal positif (ditandai sebagai "VCC" di papan), kabel hitam dengan terminal negatif (ditandai sebagai "GND" di papan).
4. pH sensor adalah derajat keasaman yang digunakan untuk menyatakan tingkat keasaman atau kebasaan yang dimiliki oleh suatu larutan. Ia didefinisikan sebagai kologaritma aktivitas ion hidrogen (H) Koefisien aktivitas ion hidrogen tidak dapat diukur secara eksperimental, sehingga nilainya didasarkan pada perhitungan teoritis. PH sensor dihubungkan dengan papan arduino dengan menggunakan kabel berwarna hitam dan putih.
3.5.2. Perancangan SIM800L dan Arduino Uno
Arduino GSM adalah sebuah board modul yang menghubungkan sebuah papan Arduino untuk terhubung ke internet, membuat / menerima panggilan suara dan mengirim / menerima pesan SMS. SIM800L menggunakan modem radio M10. Hal ini dimungkinkan untuk berkomunikasi dengan papan menggunakan AT commands.
Pada modul GSM terdapat library untuk metode komunikasi. SIM800L menggunakan pin digital 2 dan 3 untuk komunikasi serial dengan modem M10. Pin RX yang terletak pada pin 2 modem M10 akan dihubungkan dengan pin TX di arduino uno dan pin TX yang terletak pada pin 3 modem akan dihubungkan dengan RX arduino. M10 adalah Quad-band GSM / GPRS modem yang bekerja pada frekuensi GSM 850 MHz, GSM 900 MHz, DCS 1800 MHz dan PCS 1900 MHz. Ini mendukung TCP / UDP dan HTTP protokol melalui koneksi GPRS. Modul ini akan dipasang secara stackable pada arduino seperti terlihat pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3. Arduino dan SIM800L
3.6. Perancangan Sistem
Perancangan sistem yang akan dibangun pada penelitian ini terdiri dari use case diagram, flowchart, diagram block, dan rancangan halaman utama.
3.6.1. Use Case Diagram Sistem Monitoring
Use case adalah salah satu pemodelan yang digunakan untuk memodelkan persyaratan sistem. Use case akan digambarkan siapa saja yang berinteraksi dengan sistem dan apa saja yang dapat dilakukan dengan sistem. Diagram menunjukkan interaksi antara pengguna dan entitas eksternal lainnya dengan sistem yang sedang dikembangkan.
Lebih jelasnya use case diagram digunakan untuk menggambarkan interaksi antara pengguna dengan aplikasi. Pada sitem ini pengguna dapat mengetahui secara langsung hasil dari monitoring tanaman padi berupa aplikasi dan juga akan langsung dikirimkan pada setiap 8 jam kepada pengguna berupa SMS Gateway. Use case diagram real time monitoring lahan pertanian dapat dilihat seperti pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4. Use case diagram sistem monitoring
Tabel 3.1. Keterangan Usecase diagram sistem monitoring
Nama Use Case Monioring tanaman padi menggunakan smartsensoring
Actors Pengguna
Description Proses ini mendeskripsikan proses pengambilan data dari sensor dengan mengirimkannya kepada pengguna dengan SIM800L Pre-Condition Sisem dihidupkan (power on)
Basic Flow Kegiatan Pengguna Respon Sitem
Menjalankan aplikasi Memproses seluruh data sensor
Alternate Flow Menyimpan data Menyimpan data
Post-Condition Sistem akan mengambil data secara otomatis
3.6.2. Diagram Block Sistem Monitoring
Diagram Block ini bertujuan untuk melihat bagaimana sistem ini terhubung dengan yang lain, sehingga baik pengguna mengerti alur kerja sistem dari sistem monitoring tanaman padi ini. Dari gambar 3.5. dapat terlihat bahwa semua modul sensor tersambung ke mikrokontroler arduino dan dari mikrokontroler inilah yang akan memproses semua data sehingga user akan mendapatkan informasi dari handphone
mereka. Rancangan Diagram Block monitoring tanaman padi dapat dilihat seperti pada Gambar 3.5.
Gambar 3.5. Diagram block sistem monitoring
Keterangan dari gambar 3.5. :
1. Pada penelitian ini Humidity sensor, LDR sensor, Soil Moisture sensor, dan pH sensor akan diletakkan pada sawah untuk mengambil data.
2. Semua sensor akan dipasang pada mikrokontroller arduino yang kemuadian data yang didapat akan dikalibrasi kemudian dipaketkan menjadi satu agar dapat dikirim ke server dengan jaringan GSM agar dapat ditampikan pada pengguna.
3. Pada penelitian ini juga mikrokontroller akan mengirim data hasil dari monitoring yang dilakukan oleh sensor kepada pengguna berupa SMS Gateway.
4. Pengambilan data akan dilakukan secara otomatis untuk sistem monitoring sedangkan untuk pengiriman SMS kepada pengguna pengambilan data akan dilakukan oleh sistem setiap 8 jam sekali yang kemudian data akan langsung dikirimkan.
3.6.3. Flowchart Keseluruan Sistem Monitoring
Untuk mendapatkan hasil pengujian dari mulai sensor mengambil data sampai menampilkannya maka dibutuhkan sebuah alur yang akan menjelaskan tahapan proses tersebut. Flowchart sistem secara umum dapat dilihat seperti pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6. Flowchart keseluruhan sistem
3.6.4. Perancangan Web Base
Web base yang dibangun menggunakan bahasa pemograman PHP yang berfungsi sebagai tempat pelayanan dan pengolahan data antara Arduino, database dan client.
Web akan menerima data dari Arduino berupa besarnya pH, temperatur, kelembaban udara, intentitas cahaya dan kelembaban tanah pada ruang lingkup tanaman tersebut.
Data ini selanjutnya akan disimpan ke dalam database dan siap diolah untuk di tampilkan kembali kepada client. Web base ini juga akan menampilkan grafik pada masing-masing sensor, dimana grafik ini akan menampilkan data dari sensor pH, DHT11, LDR, dan soil moisture. Dimana grafik tersebut akan terupdate secara berkala dalam waktu yang telah ditentukan. Web Base juga akan menampilkan hasil dari semua data berupa tabel untuk memudahkan dalam melihat kondisi lahan persawahan.
3.6.5. Perancangan Database Server
Struktur dari field database yang dibuat untuk menampung data yang dikirim dari sensor dapat dilihat pada tabel 3.2.
Tabel 3.2. Struktur Database
Nama Tipe Data Extra
id Int(25) Auto_increment
time Timestamp Current_timestamp
kelembaban_tanah Char(10) None
temperatur Char(10) None
kelembaban_udara Char(10) None
ph Char(10) None
intensitas_cahaya Char(10) None
3.6.6. Alur Pemograman
a. Pendeklarasian Variabel
Gambar 3.7. Pendeklarasian variabel
Dalam hal ini SoftwareSerial merupakan library dari sensor, rx 3 dan tx 4 merupakan pin tempat dimana sensor dipasang. Untuk pendeklarasian variabel pada bagian url[] merupakan alamat website yang akan kita gunakan untuk mengirim data.
b. Fungsi untuk pengiriman SMS
Gambar 3.8. Fungsi SMS
Pada bagian “AT+CMGF=1\r” digunakan untuk pengaturan mode text dalam pengiriman sms, dan “AT+CMGS” merupan command yang digunakan untuk pengiriman sms.
c. Fungsi untuk http request
Gambar 3.9. Fungsi http request
3.7. Rancangan Anatarmuka
Pada halaman utama ini terdapat nilai dari masing-masing sensor dari hasil pegukuran pada lahan persawahan yang dapat dilihat oleh pengguna dalam bentuk grafik.
Rancangan halaman utama dapat dilihat pada Gambar 3.10.
Gambar 3.10. Halaman Grafik
Keterangan :
a. Pada bagian ini akan menampilkan hasil monitoring berupa data grafik, setiap sensor akan mengirimkan data dan akan ditampilkan pada halaman ini, grafik akan selalu terupdate setiap kali sensor mengirim data. Halaman ini dapat diakses melalui alamat http://monitoringpadi.000webhostapp.com/
BAB 4
IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN
Bab ini membahas hasil yang didapatkan dari implementasi dan pengujian sistem dalam melakukan pemantauan tanaman padi menggunakan media smart sensor dengan analisis dan perancangan yang telah dibahas pada Bab 3.
4.1. Spesifikasi Kebutuhan Perangkat
Dalam pembuatan sistem monitoring tanaman padi dengan sensor ini menggunakan beberapa perangkat keras dan perangkat lunak yang dapat menunjang kelancaran sistem, bahasa pemrograman yang digunakan yaitu C++ dan PHP. Adapun beberapa spesifikasi yang digunakan adalah sebagai berikut :
1. Processor Intel Core i3-4030U 2. Sistem Operasi Windows 8.1 Pro 3. Memory 2.00 GB RAM DDR3 4. Kapasitas Harddisk 500 GB 5. Arduino IDE v 1.6.9
6. PHP 5.6
7. XAMPP versi 3.2.2.
8. Library yang digunakan yaitu highcharts.js, SoftwareSerial.h, dht11.h, GSM.h
4.2. Implementasi Perancangan Antarmuka
Implementaasi perancangan antarmuka adalah perancangan yang telah ditentukan pada bab sebelumnya yang kemudian menajadi acuhan dalam pembuatan aplikasi,
untuk hasil dari sistem ini telah dibuat berdasarkan peranacangan tersebut. Adapun implementasi perancangan antarmuka pada sistem yang telah dibangun adalah sebagai berikut :
4.2.1. Tampilan SMS Gateway
Pada sistem ini setiap pengguna akan mendapatkan notifikasi berupa SMS Gateway yang akan dikirimkan setiap 8 jam sekali. Pesan SMS tersebut berisi hasil monitoring dari lahan persawahan berupa nilai dari kelembaban udara, intensitas cahaya, temperature, kelembaban tanah, dan kadar pH.
Gambar 4.1. SMS Monitoring
4.2.2. Halaman Grafik
Pada tampilan ini akan memperlihatkan nilai dari sensor kelembaban udara, sensor intensitas cahaya, sensor temperatur, sensor kelembaban tanah, dan sensor pH yang di dapat dari lahan pertanian dalam bentuk grafik. Grafik ini digunakan untuk memantau lahan pertanian dan akan terupdate secara berkala setiap 8 jam sekali.
Gambar. 4.2. Intensitas cahaya
Gambar 4.2. menunjukkan tampilan hasil dari pengambilan nilai pada sensor intensitas cahaya yang sedang berjalan, dan data pada grafik tersebut menunjukkan intensitas cahaya berada pada nilai 84.
Gambar 4.3. Kelembaban tanah
Gambar 4.3. menunjukkan tampilan hasil dari pengambilan nilai pada sensor kelembaban tanah yang sedang berjalan, dan data pada grafik tersebut menunjukkan kelembaban tanah berada pada nilai 78.
Gambar 4.4. Temperatur
Gambar 4.4. menunjukkan tampilan hasil dari pengambilan nilai pada sensor temperatur yang sedang berjalan, dan data pada grafik tersebut menunjukkan temperatur berada pada nilai 26.
Gambar 4.5. pH
Gambar 4.5. menunjukkan tampilan hasil dari pengambilan nilai pada sensor pH yang sedang berjalan, dan data pada grafik tersebut menunjukkan pH berada pada nilai 5.
Gambar 4.6. Kelembaban udara
Gambar 4.6. menunjukkan tampilan hasil dari pengambilan nilai pada sensor kelembaban udara yang sedang berjalan, dan data pada grafik tersebut menunjukkan kelebaban udara berada pada nilai 62.
4.2.3. Tampilan Tabel Monitoring
Tampilan kedua pada sistem ini yaitu berupa tampilan data tabel yang akan memudahkan pengguna dalam membaca hasil monitoring lahan persawahan yang berisi nilai dari sensor kelembaban udara, sensor intensitas cahaya, sensor temperatur, sensor kelembaban tanah, dan sensor pH.
Gambar 4.7. Logsensor
4.3. Pengujian Kinerja Sistem
Pada tahap ini akan membahas masalah pengujian kinerja sistem atau alat yang dibangun. Pada tahap ini akan melakukan pengujian pada lahan persawahan untuk memantau kondisi tanaman pada perubahan kadar pH, kelembaban udara, temperatur, kelembaban tanah, dan intentitas cahaya. Waktu yang dilakukan untuk pengujian selama 7 hari. Tempat pengujian alat dilakukan pada lahan sawah yang belum diolah atau belum dilakukan proses penanaman dan lahan sawah setelah dilakukan penanaman. Adapun pengujian sistem dapat dilihat pada Gambar 4.8. dan 4.9.
Gambar 4.8. Sebelum penanaman
Gambar 4.8. menunjukkan tampilan dari pengujian alat pada lahan persawahan sebelum dilakukan penanaman. Pengujian ini dilakukan dengan meletakkan alat pada beberapa tempat pada lahan sawah.
Gambar 4.9. Setelah penanaman
Gambar 4.9. menunjukkan tampilan dari pengujian alat pada lahan persawahan setelah dilakukan penanaman. Keseluruhan penguajian ini dilakukan selama 7 hari. Pengujian kinerja sistem yang dilakukan adalah untuk mengetahui mengetahui rata-rata kadar pH, temeperatur, kelembaban tanah, intensitas cahaya, dan kelembaban udara.
Pengujian ini dilakukan selama 3 hari pada lahan sawah sebelum ditanam dan 4 hari pada lahan sawah setelah ditanam dan data yang didapat adalah data hitungan rata-rata setiap harinya. Adapun data yang didapat dari setiap sensor berbeda-beda setiap harinya. Sensor pH mendapatkan data dari nilai keasaman lahan persawahan, sensor ldr mendapatkan data dari cahaya matahari, sensor dht11 mendaptkan data dari udara
disekitar, sedangkan sensor soil moisture mendapatkan data dari tanah. Adapun hasil pengujian keseluruhan sistem dari setiap sensor dapat dilihat pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1. Hasil Pengujian Sistem
Hari Nilai pH Temperatur KelembabanIntensitasKelembaban (pH) (°C) Tanah (%) Cahaya (%) Udara (%)
Sebelum I 5.4 27 76 81 64
II 5 28 80 84 64
ditanaman
III 6.1 28 79 79 72
IV 4.5 27 85 80 68
Setelah V 4.2 30 82 79 65
ditanaman VI 5.4 27 80 84 70
VII 4.8 28 73 85 75
Dari hasil pegujian diatas didapatkan data dari setiap sensor yang menunjukkan nilai perubahan namun tidak terlalu jauh berbeda pada setiap sensornya.
4.4. Perbandingan Data Pengukuran Manual dengan Pengkuruan Alat
Pengujian sensor dilakukan dengan membandingkan hasil percobaan menggunakan alat dengan percobaan secara manual atau dengan alat standart yang biasa digunakan oleh petani. Adapun hasil perbandingan pengukuran alat dapat dilihat pada gambar 4.10.
Gambar 4.10. Perbandingan pengukuran alat
Untuk detail hasil perbandingan pengukuran dari alat yang diuji dengan alat standart yang biasa digunakan oleh petani dapat dilihat pada tabel 4.2.
Tabel 4.2. Perbandingan Pengukuran
Hari Alat yang diuji Manual (alat standart)
pH Temp Tanah Cahaya Udara pH Temp Tanah Cahaya Udara
I 5.4 27 76 81 64 5.3 26 77 80 64.5
II 5 28 80 84 64 5.1 28.5 80 83 64.8
III 6.1 28 79 79 72 6 28 79.1 79.5 71
IV 4.5 27 85 80 68 4.6 27 85.5 80.2 68.2
V 4.2 30 82 79 65 4.3 30.5 82.2 79 65
VI 5.4 27 80 84 70 5.5 27.5 80 84.1 70
VII 4.8 28 73 85 75 4.7 28 73 85 75.1
Dari data diatas dapat terlihat adanya tingkat penyimpangan data antara data yang diambil secara manual dengan data yang diambil menggunakan alat. Penyimpangan data terjadi di beberapa sensor, hal ini dapat terjadi karena adanya kesalahan perhitungan pada library. Berikut detail dari hasil setiap sensor beserta nilai rata-rata error yang didapat dari perbandingan dengan hasil pengukuran secara manual atau alat standart yang digunakan oleh petani. Besarnya error pada pengukuran dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut :
Persentase error = | Pengukuran−Aktual |. 100%
Aktual
Tabel 4.3. Data hasil pengujian sensor pH
Hari Alat yang diuji Alat standart % Error
I 5.4 5.3 1.88
II 5 5.1 1.96
III 6.1 6 1.66
IV 4.5 4.6 2.17
V 4.2 4.3 2.32
VI 5.4 5.5 1.81
VII 4.8 4.7 2.12
Dari hasil pegukuran sensor pH pada tabel diatas didapatkan bahwa rata-rata error pembacaan sensor dari alat yang diuji dibandingkan dengan alat ukur standart yang dgunakan oleh petani sebesar 1.99%.
Tabel 4.4. Data hasil pengujian sensor temperatur
Hari Alat yang diuji Alat standart % Error
I 27 26 3.84
II 28 28.5 1.75
III 28 28 0.00
IV 27 27 0.00
V 30 30.5 1.63
VI 27 27.5 1.81
VII 28 28 0.00
Dari hasil pegukuran sensor temperatur pada tabel diatas didapatkan bahwa rata-rata error pembacaan sensor dari alat yang diuji dibandingkan dengan alat ukur standart yang dgunakan oleh petani sebesar 1.29 %.
Tabel 4.5. Data hasil pengujian sensor kelembaban udara
Hari Alat yang diuji Alat standart % Error
I 64 64.5 0.77
II 64 64.8 1.23
III 72 71 1.40
IV 68 68.2 0.29
V 65 65 0.00
VI 70 70 0.00
VII 75 75.1 0.13
Dari hasil pegukuran sensor kelembaban udara pada tabel diatas didapatkan bahwa rata-rata error pembacaan sensor dari alat yang diuji dibandingkan dengan alat ukur standart yang dgunakan oleh petani sebesar 0.54%.
Tabel 4.6. Data hasil pengujian sensor kelembaban tanah
Hari Alat yang diuji Alat standart % Error
I 76 77 1.29
II 80 80 0.00
III 79 79.1 0.12
IV 85 85.5 0.58
V 82 82.2 0.24
VI 80 80 0.00
VII 73 73 0.00
Dari hasil pegukuran sensor kelembaaban tanah pada tabel diatas didapatkan bahwa rata-rata error pembacaan sensor dari alat yang diuji dibandingkan dengan alat ukur standart yang dgunakan oleh petani sebesar 0.31%.
Tabel 4.7. Data hasil pengujian sensor intensitas cahaya
Hari Alat yang diuji Alat standart % Error
I 81 80 1.25
II 84 83 1.20
III 79 79.5 0.62
IV 80 80.2 0.24
V 79 79 0.00
VI 84 84.1 0.11
VII 85 85 0.00
Dari hasil pegukuran sensor intensitas cahaya pada tabel diatas didapatkan bahwa rata-rata error pembacaan sensor dari alat yang diuji dibandingkan dengan alat ukur standart yang dgunakan oleh petani sebesar 0.49%.
Dari perhitungan keseluruhan tabel diatas dapat disimpulkan bahwa alat yang dibangun sudah memberikan hasil yang mendekati nilai sebenarnya. Error tersebut dapat terjadi dikarenakan beberapa hal, karena adanya kesalahan perhitungan pada library, bisa juga dikarenakan rangkaian dan pembacaan sensor yang kurang stabil.
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini membahas tentang kesimpulan dari penerapan metode yang diajukan untuk melakukan sistem pemantauan kualitas tanaman padi serta saran-saran pengembangan yang dapat digunakan untuk penelitian selanjutnya.
5.1. Kesimpulan
Adapun kesimpulan yang dapat diambil berdasarkan pengujian sistem pemantauan kualitas tanaman padi yaitu:
1. Penelitian real time monitoring untuk tanaman padi menggunakan mikrokontroller arduino pada jaringan sensor berhasil diimplementasikan.
2. Berdasarkan hasil penelitian selama 1 minggu, semua sensor memberikan nilai yang stabil dan rata-rata error dari pH sebesar 1.99%, temperature sebesar 1.29%, kelembaban udara sebesar 0.54%, kelembaban tanah sebesar 0.31%, dan untuk intensitas cahaya sebesar 0.49%.
5.2. Saran
Saran yang dapat penulis berikan untuk pengembangan penelitian selanjutnya adalah sebagai berikut:
1. Penggunaan alat lebih dari satu untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat.
2. Desain alat yang lebih praktis dan energi alternatif yang lebih besar untuk menambah daya dari sensor.
3. Dapat dikembangkan tidak hanya untuk monitoring tetapi juga dapat memberikan saran dan otomatisasi tindakan yang harus dilakukan.
DAFTAR PUSTAKA
Arduino. (n.d.). Mikrokontroller Arduino Uno. Retrieved 2017, from http://www.arduino.cc/arduino_uno.
Chasanah. 2010. Kegiatan Pertanian Selalu Berhubungan Dengan Fluktuasi Unsur- Unsur Cuaca Yang Mempengaruhi Hasil Pertanian Baik Yang Bersifat Positif.
Chavan, C. H., Karande, P. V. 2014. Wireless Monitoring of Soil Moisture, Temperature & Humidity Using Zigbee in Agriculture. International Journal of Engineering Trends and Technology (IJETT) Volume 11 Number 10.
Coughlin, F. 1994. Penguat Operasional dan Rangkaian Terpadu Linear. Erlangga, Jakarta.
Destarianto, P., Prasiwi, S. B. 2017. Desain Sistem Pendukung Keputusan Pemilihan Lahan Untuk Peningkatkan Produktivitas Tanaman Pangan. Politeknik Negeri Jember.
DFRobot. (n.d.). DHT11 Temperature and Humidity Sensor. Retrieved 2017, from http://www.dfrobot.com/wiki/index.php/DHT11_Temperature_and_Humidity _Sensor.
Djuandi, F. 2011. Pengenalan Arduino. Elexmedia. Jakarta.
Foe, F.G. 2013. Rancang Bangun Sistem Informasi Monitoring Debitur Litigasi di PT Bank Tabungan Negara pada Area Collection III Surabaya. Skripsi. STIKOM Surabaya.
Girisonta. 1990. Budidaya Tanaman Padi. Kanisius. Yogyakarta.
