Design and Performance Testing of Automatic Lighting Based On Photoperiodic for Seeding Potato (Solanum tuberosum L.) on the Greenhouse in the Village of Sumberbrantas, Batu City

(1)

227 Rancang Bangun Alat Pencahayaan Otomatis – Amaliyah, dkk

Rancang Bangun dan Uji Performansi Alat Pencahayaan

Otomatis Berbasis

Photoperiodic

pada Pembenihan Kentang

(

Solanum tuberosum L.

) dalam

Greenhouse

di Desa

Sumberbrantas Kota Batu

Lia Amaliyah*, Akbar Setyo Pambudi, Adriansyah Galih Prasetya dan Yusron Sugiarto

Jurusan Keteknikan Pertanian - Fakultas Teknologi Pertanian - Universitas Brawijaya Jl. Veteran, Malang 65145

*Penulis Korespondensi, Email: liaamaliyah28@gmail.com

ABSTRAK

Desa Sumberbrantas merupakan salah satu desa penghasil kentang di Provinsi Jawa timur. Untuk meningkatkan kualitas dan kuantitas benih kentang, beberapa petani yang tergabung dalam Kelompok Tani Anjasmoro III melakukan pembenihan kentang di dalam greenhouse. Namun, letak geografis lahan pertanian yang berada di kaki gunung Arjuno menyebabkan kurangnya pencahayaan dan pembenihan kentang menjadi tidak optimal. Berdasarkan photoperiodic-nya kentang memerlukan pencahayaan maksimal 16 jam/hari, sedangkan di Desa Sumberbrantas kentang hanya mendapatkan pencahayaan 10 jam/hari. Untuk mengatasi permasalahan tersebut maka dilakukan penerapan alat pencahayaan otomatis berbasis photoperiodic untuk optimalisasi pembenihan kentang di dalam greenhouse. Alat ini didesain khusus untuk memberikan pencahayaan tambahan pada pembenihan kentang di dalam greenhouse secara otomatis berdasarkan photoperiodic-nya. Dalam sistem kerjanya alat ini dibantu oleh sensor fotodioda dan mikrokontroler ATMEGA16. Pada penelitian ini digunakan 15 lampu TL fluora dan 3 buah sensor fotodioda untuk greenhouse pembenihan berukuran 24m x 5m. Dalam aplikasinya alat ini mampu meningkatkan diameter benih kentang hingga 8,128 mm dan penambahan massa sebesar 31,3 gram.

Kata kunci: kentang, mikrokontroler, pencahayaan, pembenihan, photoperiodic

Design and Performance Testing of Automatic Lighting Based

On Photoperiodic for Seeding Potato (Solanum tuberosum L.)

on the Greenhouse in the Village of Sumberbrantas, Batu City

ABSTRACT

Sumberbrantas is a potato producing village in Batu, East Java. In efforts to improve the quality and quantity of potato seed, groups of farmers affiliated in Anjasmoro III farmers affiliation seeding the potatoes in a greenhouse. However, the seeding is not doing well because of the lack of sun exposure. Such thing is caused by the field’s location and geographical position which is located in the Arjuno mountain. Based on the photoperiodic, potato needed 16 hours/day maximum lighting, while the village only got 10 hours/day lighting. To solve this particular problems, automatic lighting based on photoperiodic is applied to optimize the seeding in the greenhouse. This equipment is designed specifically to automatically give extra lighting during potato seeding in the greenhouse using a photoperiodic technique. In its system, this equipment is supported by photodiode sensor and ATMEGA 16 microcontroller. This research used 15 fluora fluorescent lamps and 3 photodiode sensors for a greenhouse with size 24m x 5m. The results obtained are an average increase of 8.128 mm on the diameter, 31.3 gram on mass.

(2)

rata mencapai 1.042.200 ton/tahun (Respati,dkk. 2013). Salah satu penghasil kentang di provinsi Jawa Timur adalah desa Sumberbrantas. Desa ini merupakan desa agroindustri di Kota Batu dengan produk unggulan yaitu kentang. Hal ini mengingat kondisi topografi Desa Sumberbrantas yang mendukung untuk tanaman kentang yang terletak di dataran tinggi dengan suhu yang dingin. Luas areal pertanian di desa Sumberbrantas mencapai 325 ha dan 80% dari lahan pertanian ditanami tanaman kentang sehingga produksi kentang di desa ini bisa mencapai 25 ton/ha (Wicaksana, 2012).

Kualitas benih kentang merupakan faktor kunci untuk menghasilkan produksi kentang yang menguntungkan ( Haar, 2012). Untuk meningkatkan kualitas dan kuantitas benih kentang beberapa petani yang tergabung dalam Kelompok Tani Anjasmoro III berinisiatif untuk melakukan pembenihan kentang di dalam greenhouse. Namun, benih kentang yang dihasilkan belum optimal. Salah satu penyebab pembenihan kentang yang tidak optimal yaitu kurangnya pencahayaan. Di desa Sumberbrantas yang cuaca nya sering berkabut kentang hanya mendapat pencahayaan 10 jam/hari. Sementara itu, untuk penyinaran yang optimal pada pembenihan kentang diperlukan penyinaran selama 16 jam/hari (British, 2009). Kentang dengan penyinaran 16 jam/hari akan memiliki umur dalam dan tidak rentan terserang penyakit (Rosmayati, 2005).

Mengatasi permasalahan tersebut maka dilakukan percobaan dengan menerapkan alat pencahayaan otomatis berbasis photoperiodic pada pembenihan kentang yang dilakukan oleh Kelompok Tani Anjasmoro III di desa Sumberbrantas. Pada sistem kerjanya alat ini dibantu oleh sensor fotodioda yang berfungsi mendeteksi intensitas cahaya dalam greenhouse serta mikrokontroler ATMEGA 16 yang berfungsi sebagai prosesor. Penentuan jumlah sensor dan lampu serta peletakan masing-masing komponen dari alat ini sangatlah penting guna menghasilkan desain dan rancang bangun alat yang sesuai bagi pembenihan kentang di dalam greenhouse sehingga dihasilkan kualitas benih kentang yang optimal.

METODE PENELITIAN

Alat dan Bahan

Peralatan dan bahan yang digunakan dalam perancangan ini terdiri dari mikrokontroler ATMEGA16, MOC 3041, sensor fotodioda, LCD, PCB, relay, lampu TL fluora, saklar, op-amp, resistror, kapasitor, dioda, kabel, mur dan baut, akrilik, light meter, avometer, adaptor, downloader USB, solder dan meteran.

Metode Penelitian Pelaksanaan Penelitian

Studi pustaka

Pengukuran parameter

Perancangan alat Mulai

(3)

Gambar 1. Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian

Penelitian ini dimulai dengan melakukan studi pustaka, kemudian melakukan pengukuran parameter berupa data intensitas cahaya dan data tinggi tanaman kentang, kemudian melakukan perancangan dan pembuatan alat, selanjutnya alat diuji coba. Jika alat sudah dapat bekerja sesuai dengan fungsinya maka dilakukan analisa finansial untuk menghitung total biaya yang diperlukan dalam perancangan alat pencahayaan otomatis berbasis photoperiodic ini.

Perancangan Alat

1. Perancangan Fungsional

Pendekatan rancangan fungsional digunakan untuk dapat beroperasi sesuai dengan fungsinya, meliputi: perangkat sistem kontrol otomatis, sensor fotodioda dan rangkaian lampu TL fluora.

a. Perangkat sistem kontrol otomatis

Sistem kontrol otomatis berfungsi sebagai otak sistem yang mengontrol nyala dan mati lampu. Pada sistem kontrol otomatis ini terdapat mikrokontroler ATMEGA16 yang di dalamnya terdapat sebuah pemrograman Bascom AVR yang mampu menerima input dari sensor fotodioda dan memberikan respon terhadap lampu untuk menyala atau pun mati. selain itu di dalam sistem ini juga terdapat RTC yang berfungsi sebagai timer yang akan mematikan lampu secara otomatis setelah dilakukan pencahayaan hingga 16 jam/ hari sesuai dengan photoperiodic kentang.

b. Sensor fotodioda

Sensor fotodioda berfungsi untuk mendeteksi intensitas cahaya di dalam ruang pembenihan. Jika intensitas cahaya yang ditangkap fotodioda kurang dari 150 lux maka lampu akan menyala secara otomatis, sebaliknya jika intensitas cahaya yang ditangkap fotodioda kurang dari 150 lux maka lampu akan mati secara otomatis.

c. Lampu TL fluora

Lampu TL fluora berfungsi sebagai sumber cahaya tambahan yang akan diberikan. Alat ini menggunakan lampu dengan spesifikasi sebagai berikut:

Daya : 18 watt

Tegangan : 110 volt Pembuatan alat

Evaluasi Uji coba

Selesai A

(4)

2. Perancangan Struktural

Gambar 2. Rancangan Struktural Alat

Rancangan struktural pada perancangan teknologi pencahayaan otomatis berbasis photoperiodic pada pembenihan kentang secara di dalam greenhouse ini dapat dilihat pada Gambar 2.

3. Perancangan Sistem Elektrik

Perancangan sistem elektrik ini meliputi perancangan mikrokontroler ATMEGA 16 sebagai sistem, perancangan MOC pengatur nyala dan matinya sumber cahaya, dan perancangan komunikasi serial mikrokontroler. Sistem pencahayaan ini akan dibuat dengan metode pengendalian On-Off. Pertama-tama alat dihidupkan selanjutnya diatur intensitas cahaya yang dianggap sesuai. Setelah itu diatur intensitas cahaya yang diinginkan menggunakan USBasp yang dihubungkan ke laptop. Alat dihidupkan dan secara otomatis alat dikendalikan oleh mikrokontroler.

4. Pendesainan Perangkat Lunak

Pendesainan perangkat lunak ini pada mikrokontroler menggunakan Bascom AVR. Perangkat lunak ini berfungsi untuk mengendalikan setiap proses yang dilakukan oleh mikrokontroler. Setelah program diketik pada Bascom AVR program decompile pada ROM Mikrokontroler ATMEGA 16 menggunakan downloader USBasp, maka mikrokontroler akan bekerja sesuai perintah program yang dibuat tersebut.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil Rancangan Alat

(5)

Selain lampu TL fluora dan sensor fotodioda, pada alat ini juga terdapat satu buah control box yang berisi mikrokontroler dan elemen-elemen lainnya yang diletakkan pada bagian depan greenhouse. Control box memiliki dimensi lebar 15 cm, tinggi 21 cm dan tebal 5 cm. Adapun bagian-bagian control box yaitu:

(1) Akrilik, berfungsi sebagai box pelindung

(2) LCD (Liquid Crystal Display), berfungsi untuk menampilkan nilai ADC intensitas cahaya yang ditangkap sensor fotodioda

(3) Sensor Fotodioda, berfungsi sebagai sensing element

(4) MOC 3041

(5) Mikrokontroller ATMEGA 16, berfungsi sebagai prosesor (6)

Downloader USBasp,

Agar dapat bekerja sesuai dengan fungsinya maka dibuat rangkaian dari masing-masing komponen alat pencahayaan otomatis yang kemudian dirangkai dan digabung menjadi satu. Adapun komponen-komponen yang dirangkai yaitu meliputi rangkaian mikrokontroler, LCD, dan sensor. Rangkaian keseluruhan komponen-komponen alat dapat dilihat pada Gambar 4.

Gambar 4. Rangkaian Komponen pencahayaan otomatis berbasis photoperiodic

Pengujian Mikrokontroler

Pengujian mikrokontroler berfungsi untuk membuktikan bahwa mikrokontroler dapat bekerja dengan baik. Mikrokontroler ATMEGA16 akan diujikan sebagai minimum sistem. Pengujian minimum sistem sebagai otak pengendali otomatis menggunakan lampu TL. Dalam kondisi normal, semua port yang ada pada mikrokontroler ATMEGA16 memiliki 2 logika yaitu

4

5

6 2

1 3

(6)

Tabel 1 Hasil Pengujian Mikrokontroler

Pengujian LCD kali ini untuk mengetahui apakah LCD dapat memunculkan tulisan yang sesuai dengan program di BASCOM AVR. Untuk LCD dihubungkan dengan port B pada mikrokontroler ATMega16. Jenis LCD yang digunakan yaitu LCD 20x4. Pada mikrokontroler hanya membutuhkan 12 kaki atau pin LCD nya. Pada program pengujian LCD (Liquid Crystal Display) dicoba untuk membuat suatu karakter pada tampilan LCD yaitu pada kolom ke 1 baris ke 1 menampilkan karakter COBA LCD LUMOS, dan sedangkan pada kolom ke 1 baris ke 2 menampilkan karakter GALIH TEP 2010. Hasil yang diperoleh program LCD di atas ditunjukkan pada Gambar 5.

Gambar 5. Hasil program LCD

Pengujian Sensor Fotodioda

Pengujian sensor ini bertujuan untuk mengetahui kinerja fotodioda dan mengetahui kondisi fotodioda yang di gunakan bekerja dengan baik sesuai perintah yang sudah di program pada software BASCOM AVR. Pengujian sensor fotodioda untuk mencari nilai ADC sudah berjalan dengan baik sesuai dengan fungsinya. Hal ini diketahui bahwa pada layar LCD memunculkan data ADC, sehingga sensor berfungsi sesuai dengan fungsinya. Pencarian nilai ADC dilakukan pada tempat penelitian di dalam greenhouse. Setelah pengujian sensor dan mencari nilai ADC, langkah selanjutnya adalah mengkalibrasi sensor. Kalibrasi sensor ini dibutuhkan untuk merubah nilai ADC menjadi satuan Lux.

Kalibrasi sensor membutuhkan data nilai ADC oleh mikrokontroler dan data Lux yang menggunakan alat Luxmeter (alat ukur intensitas cahaya). Kalibrasi tersebut bertujuan mencari persamaan linier dengan menggunakan rumus Y = MX+C , dimana M merupakan data ADC oleh mikrokontroler dan C merupakan nilai intensitas cahaya menggunakan Luxmeter. Alasan menggunakan rumus persamaan linier karena dasar pemikiran atau hipotesa yang dipikirkan dari kedua data tersebut seharusnya berbanding lurus. Grafik hasil kalibrasi sensor fotodioda diperlihatkan oleh Gambar 6.

(7)

Gambar 6. Grafik Hasil Kalibrasi Sensor Fotodioda

Pengujian Alat Secara Keseluruhan

Pengujian keseluruhan sangat penting sebelum melakukan penelitian. Tujuan pengujian keseluruhan ini supaya proses kinerja dari semua sistem yang di rangkai dapat menjadi satu kesatuan. Setelah menjadi satu terbentuklah alat pencahayaan otomatis berbasis photoperiodic sebagai alat pencahayaan secara otomatis terhadap benih kentang. Alat ini diprogram dengan memiliki dua logika yaitu jika intensitas cahaya <150 maka lampu akan menyala otomatis dan jika intensitas >150 atau lebih maka lampu tetap kondisi mati dikarenakan sensor tidak mendeteksi adanya kekurangan intensitas cahaya.

Aplikasi Alat pada Pembenihan Kentang

Aplikasi alat bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan pencahayaan terhadap hasil pembenihan kentang di dalam greenhouse. Aplikasi alat ini dilakukan dengan cara melakukan pembenihan kentang selama 1 periode (4 bulan) menggunakan 2 perlakuan, yaitu dengan pencahayaan biasa dan diberikan pencahayaan tambahan. Adapun parameter yang diukur yaitu massa dan diameter benih kentang.

Pengukuran massa dan diameter dilakukan dengan mengambil masing-masing 10 sampel benih kentang secara acak pada bedengan yang hanya menggunakan pencahayaan matahari dan bedengan dengan menggunakan pencahayaan tambahan. Selanjutnya diameter kentang diukur dengan menggunakan jangka sorong, sedangkan massa kentang diukur dengan menggunakan timbangan. Adapun perbandingan hasil pengukuran diameter dan massa benih kentang dengan pencahayaan matahari biasa dan benih kentang pencahayaan tambahan dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel 2. Hasil Pengukuran Diameter dan Massa Benih Kentang

No. Benih kentang dengan

pencahayaan biasa

Benih kentang dengan pencahayaan tambahan

Diameter (mm) Massa (gram) Diameter (mm) Massa (gram)

1 46,53 52 56,02 94

2 44,97 51 53,62 82

3 41,37 40 53,78 84

4 42,35 40 54,18 89

5 48,22 58 53,68 81

6 44 47 51,37 72

7 43,83 48 51,53 76

8 43,75 45 52,59 81

9 41,82 41 49,25 69

10 46,83 58 48,93 65

(8)

tanaman dengan pencahayaan biasa. Selain itu , benih kentang yang dihasilkan dari tanaman yang diberikan pencahayaan tambahan pun memiliki massa yang lebih besar dengan rata-rata 79,3 gram sedangkan benih kentang dari tanaman dengan pencahayaan biasa hanya memiliki massa 48 gram. Data tersebut menunjukkan bahwa penambahan pencahayaan hingga 16 jam/hari dapat meningkatkan ukuran dan massa benih kentang yang dihasilkan. Hal ini disebabkan oleh laju fotosintesis tanaman. Apabila laju fotosintesis berlangsung dengan baik yaitu ditandai pertumbuhan dan perkembangan cepat, maka fotosintat yang dihasilkan berupa biomassa tanaman semakin banyak. Menurut Samadi dan Gunadi (2007), semakin banyak energi cahaya matahari yang dikonversi dalam fotosintesis menjadi fotosintat, maka bobot tanaman semakin banyak.

Selain lama waktu pencahayaan yang sangat berperan dalam laju fotosisntesis tanaman, sinar yang didapatkan tanaman dengan dengan menggunakan alat pencahayaan otomatis berbasis photoperiodic adalah cahaya tambahan yang memancarkan spektrum merah dan biru. Kedua spektrum ini sesuai dengan kebutuhan tanaman karena pigmen klorofil menyerap lebih banyak cahaya terlihat pada warna merah (650-700 nanometer) menstimulasi pertumbuhan vegetatif dan pembungaan dan warna biru (400-450 nanometer) berfungsi untuk menjaga laju pertumbuhan tanaman, sehingga tanaman dapat tumbuh ideal, khususnya pada pembenihan tanaman (Dougher, 2001). Sehingga layak untuk fotosintesis yang efektif. Kemudian energi cahaya yang berupa spektrum merah dan biru diserap oleh molekul pigmen antena (klorofil b dan beta karoten) disalurkan pada klorofil a sebagai pigmen pusat yang mengendalikan fotosintesis. Ini merupakan fakta betapa efisiennya proses fotosintesis. Sehingga dengan menggunakan cahaya tambahan dari alat pencahayaan otomatis berbasis photoperiodic, fotosintesis terjadi proses fotosintesis yang efektif dan efisien.

Maka fotosintesis yang efektif dan efisien yang besar akan mempengaruhi pada hasil asimilat (hasil fotosintesis) yang besar juga dan secara terus menerus terproses dalam pembentukan umbi. Hasil fotosintesis selain digunakan untuk pertumbuhan umbi juga untuk pertumbuhan daun. Asimilat yang dihasilkan oleh daun disimpan di dalam bagian stolon. Besarnya asimilat inilah yang kemudian ditranspor dan disimpan sebagai cadangan makanan. Sehingga dari proses tersebut yang kemudian menentukan bobot umbi per tanaman. Kemampuan tanaman sangat dipengaruhi oleh kecukupan daun untuk menghasilkan asimilat yang dibutuhkan untuk pembentukan umbi. Jika jumlah asimilat yang kecil akan menghasilkan bobot umbi tanaman per tanaman yang lebih kecil dan sebaliknya jika jumlahnya besar akan meningkatkan bobot umbi per tanaman. Dengan demikian, pemberian teknologi pencahayaan otomatis berbasis photoperiodic dapat memberikan hasil yang lebih baik daripada menggunakan pencahayaan biasa.

Analisa Biaya Pembuatan Alat

(9)

Analisa Biaya Pemakaian Alat

Biaya pemakaian alat meliputi biaya listrik bulanan selama proses pembenihan kentang berlangsung. Dalam 1 hari, masing-masing lampu akan menyala selama 4 jam dimana setiap lampu memiliki daya 18 watt, sehingga kebutuhan listrik per hari adalah:

Kebutuhan listrik/hari = 14 lampu x 18 watt/lampu x 4 jam/hari = 1.008 Wh/hari

= 1,008 KWh/hari

Jumlah hari dalam satu bulan yaitu 30 hari, sehingga kebutuhan listrik per bulan adalah: Kebutuhan listrik/bulan = 1,08 KWh/hari x 30 hari/bulan

= 30,24 KWh/bulan

Berdasarkan data PLN tahun 2014, tarif pemakaian listrik adalah Rp1.496,33/KWh sehingga dapat dihitung biaya listrik per bulan adalah sebagai berikut:

Biaya listrik/bulan = kebutuhan listrik/bulan x tariff pemakaian listrik = 30,24 KWh/bulan x Rp 1.496,33/KWh

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan bahwa untuk greenhouse pembenihan kentang dengan ukuran 24m x 5m digunakan 14 lampu TL fluora dan 3 buah sensor fotodioda yang diletakkan pada bagian kanan, tengah dan kiri greenhouse. Selain itu, aplikasi alat pencahayaan otomatis berbasis photoperiodic pada proses pembenihan kentang di dalam greenhouse Kelompok Tani Anjasmoro III menunjukkan pengaruh berupa rata-rata penambahan diameter benih kentang sebesar 8,128 mm, dan penambahan massa 31,3 gram. Adapun biaya yang diperlukan dalam pembuatan alat teknologi pencahayaan otomatis berbasis photoperiodic adalah Rp3.791.100,- dan biaya pemakaian alat selama proses pembenihan berlangsung (4 bulan) adalah Rp 181.000,-

DAFTAR PUSTAKA

British.2009. Photo Period and Plant Growth. Journal of Horticultural Science and Biotechnology 80(1): 2-10.

Dougher, T, and Bugbee B. 2001. Differences in The Response of Wheat, Soybean And Lettuce To Reduced Blue Radiation.

Photochemistry and Photobiology

,

73:199–207.

Haar, J. 2012. Opportunities and Challenge for Commercial Seed Potato Production in Ethiopia. Proceedings of The National Workshop on Seed Potato Tuber Production and Dissemination, Bahir Dar, Ethiopia.pp. 1-6

PLN. 2014.Penetapan: Penyesuaian Tarif Tenaga Listrik (Tariff Adjusmet) Bulan Desember

2014. Dilihat pada 26 Desember 2014.

<http://www.pln.co.id/dataweb/TTL2014/08_Tariff%20Adjusment%20Desember%20201 4.pdf>.

Respati, E., Laelatul H, Sri W, Sehusman, Megawaty M, Yani S dan Rinawati. 2013. Buletin Konsumsi Pangan. Pusdatin 4 (1): 16-24.

Rosmayati. 2005. Pengaruh lama Penyinaran pada Umur Genotipa Kentang dan Ketahanan Terhadap Penyakit Hawar Daun Phytophthora. Skripsi. FMIPA IPB. Bogor.

(10)