RANCANG BANGUN OTOMATISASI PENYIRAMAN DAN
MONITORING TANAMAN DALAM MEDIA HIDROPONIK BERBASIS
WEBCAM
Muhammad Abdullah Qoyyim (12.10201.00023) ˡ, Eko Agus Suprayitno S.Si, MT. ² Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Sidoarjo
1 theqoch@gmail.com, 2 Eko.agus@umsida.ac.id
ABSTRAK
Hidroponik diartikan sebagai budidaya tanaman tanpa media tanah. Asal kata Hidroponik yaitu dari kata hidro yang artinya air dan ponus yang artinya daya, sehingga secara bahasa memiliki arti memberdayakan air. Biasanya sistem hidroponik dilakukan didalam rumah kaca disebabkan faktor tertentu seperti ekosistem yang lebih mudah dikendalikan, keterbatasan lahan, dan sebagainya. Pertumbuhan tanaman sebaiknya dapat dipantau dari jarak jauh, maka perlu ditambahkan webcam untuk pengoptimalan monitoring pertumbuhan, selain itu untuk mengetahui kualitas tumbuhan atau tanaman dapat dianalisa secara otomatis dengan memanfaatkan webcam dengan metode pengolahan citra menentukan warna red, green, blue (RGB) daun yang bagus sama daun yang layu. Pada penelitian ini sistem otomatisasi penyiraman dan monitoring memiliki prinsip kerja proses penyiraman dapat dikerjakan secara manual dari jarak jauh menggunakan aplikasi software (Borland delphi 7), sehingga menyiram dan mengontrol pertumbuhan tanaman dapat dilakukan didalam kamar / ruangan. Selain itu tanaman hidroponik akan dimonitoring kualitas pertumbuhannya melalui webcam dan ditampilkan di PC, gambar yang telah diambil webcam akan dianalisa software yang telah dibuat di delphi 7 sehingga dapat diketahui nilai warna pada daun tanaman hidroponik yang memungkinkan dapat mengetahui kondisi tanaman hidroponik sehat ataupun layu agar mendapatkan hasil yang optimal. Metode yang digunakan adalah analisa RGB dengan pengolahan citra pada delphi. Subyek analisa RGB ini berdasarkan warna daun dengan cara mengambil citra daun yang segar dan daun yang layu untuk dianalisa RGBnya untuk dijadikan acuan.
Kata Kunci: Webcam, Aduino, Sistem penyiraman otomatis, LM35, DHT22, Delphi 7
1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Metode menanam sistem hidroponik ini tidak sama dengan metode bertanam didalam rumah kaca, biasanya sistem hidroponik dilakukan didalam rumah kaca disebabkan faktor tertentu seperti ekosistem
yang lebih mudah dikendalikan,
keterbatasan lahan, dan sebagainya.
Penelitian lain tentang penyiraman otomatis dengan sensor kelembaban berbasis Arduino, dalam penelitian ini penyiraman
otomatisnya lebih difokuskan pada
persemaian untuk bibit sayur.
pertumbuhan, selain itu untuk mengetahui kualitas tumbuhan atau tanaman dapat
dianalisa secara otomatis dengan
memanfaatkan webcam dengan metode pengolahan citra menentukan warna red, green, blue (RGB) daun yang bagus sama daun yang layu.
Proses penyiraman dapat dikerjakan secara manual dari jarak jauh menggunakan aplikasi software (Borland delphi 7),
sehingga menyiram dan mengontrol
pertumbuhan tanaman dapat dilakukan didalam kamar / ruangan. Selain itu tanaman hidroponik akan dimonitoring kualitas
pertumbuhannya melalui webcam dan
ditampilkan di PC, gambar yang telah diambil webcam akan dianalisa software yang telah dibuat di delphi 7 sehingga dapat diketahui persentase warna pada daun tanaman hidroponik yang memungkinkan
dapat mengetahui kondisi tanaman
hidroponik sehat ataupun layu agar
mendapatkan hasil yang optimal.
Metode yang digunakan adalah analisa RGB dengan pengolahan citra pada delphi. Subyek analisa RGB ini berdasarkan warna daun dengan cara mengambil citra daun yang segar dan daun yang layu untuk dianalisa RGBnya untuk dijadikan acuan.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan permasalahan yang
terindentifikasi diatas, maka didapat rumusan masalah penelitian ini yaitu:
1. Bagaimana merancang sistem otomatisasi penyiraman tanaman media hidroponik?
2. Bagaimana memonitoring dan
menganalisa tanaman media hidroponik
dengan webcam yang sistem
penyiramannya dilakukan otomatis
berbasis mikrokontroller arduino?
3. Seberapa efektif memonitoring tanaman media hidroponik dengan webcam?
1.3 Tujuan
1. Terbuatnya sistem otomatisasi penyiraman tanaman media hidroponik.
2. Dapat memonitoring dan menganalisa
tanaman media hidroponik dengan
webcam yang sistem penyiramannya
dilakukan otomatis berbasis
mikrokontroller arduino.
3. Dapat mengetahui seberapa efektif memonitoring tanaman media hidroponik dengan webcam.
1.4 Batasan Masalah
1. Penyiram tanaman otomatis
menggunakan mikrokontroller Arduino Uno.
2. Menggunakan sensor suhu LM35, sensor kelembaban DHT22, dan Webcam.
3. Media penanaman secara hidroponik.
2 Dasar Teori
2.1 PenelitianTerdahulu
Ada beberapa penelitian yang pernah dilakukan sebelumnya yang terkait dengan perancangan sistem ini diantaranya:
Penelitian Buyung dengan judul
“AUTOMATIC WATERING PLANT
BERBASIS MIKROKONTROLLER
AT89C51” disini peneliti bertujuan untuk
membuat penyiraman tanaman otomatis yang efisien, tepat guna, memiliki kinerja yang memuaskan dan mampu melakukan penghematan dalam hal pemakaian listrik maupun pupuk. Pada sistem ini menerapkan
pengawasan tanpa henti terhadap
kelembaban pada media tanam. Sensor kelembaban sebagai data untuk mengatur
on-off motor pompa sirkulasi
penyiraman.(Buyung, 2012)
Penelitian lain berjudul “
PROTOTYPE PENYIRAM TANAMAN
PERSEMAIAN DENGAN SENSOR
KELEMBABAN TANAH BERBASIS
penyiraman otomatisnya lebih difokuskan
pada persemaian untuk bibit sayur.
Perancangan alat ini sensor kelembaban sebagai input dan sebagai saklar untuk menghidupkan pompa penyiram, terdapat potensiometer untuk mengatur kecepatan motor DC, motor DC digunakan untuk mengerakkan air penyiraman supaya bisa bergerak maju mundur. Hasil pembacaan sensor di proses di board Arduino Uno R3 ditampilkan di LCD 16x2 dan outputnya ke motor DC dan pompa.(Prasetyo, 2015)
2.2 Landasan Teori
Untuk menunjang pembuatan alat penyiram otomatis dan monitoring berbasis webcam ini maka diambil beberapa dasar teori diantaranya,
2.2.1 Media tanam hidroponik
Pada sistem hidroponik media tanam yang digunakan adalah bahan yang tidak
memiliki unsur hara, berfungsi
sebagai buffer dan penyangga tanaman. Beberapa contoh di antaranya adalah:
1. Arang sekam
2.2.2 Pengolahan citra digital
Pengolahan citra digital merupakan manipulasi dan interprestasi digital dari citra dengan bantuan komputer. Beberapa tujuan pengolahan citra yaitu:
1. memperbaiki kualitas meliputi
peningkatan kontras, restorasi citra,
transformasi warna sedangkan aspek
geometric terdiri dari rotasi, skala, translasi, dan transformasi geometric).
2. mengambil informasi deskripsi obyek atau pengenalan obyek yang terkandung pada citra.
3. melakukan pemilihan citra ciri (feature images) yang optimal untuk dianalisa.
4. melakukan kompresi atau
reduksi data untuk penyimpanan data, transmisi data, dan waktu proses data.
Konsep dasar pengolahan citra dengan data masukan pokok (internal data) berupa:
1. Pengumpulan data yang relevan,
yaitu citra digital.
2. Klasifikasi atau pengelompokan
dengan cara pengkelasan. 3. Penyusunan data sesuai kelas. 4. Perhitungan dan manipulasi.
5. Pengujian ketelitian dan perhitungan. 6. Penyimpulan dan rekapitulasi hasil. Operasi-operasi pada pengolahan citra diterapkan jika:
1. Untuk perbaikan misal : perbaikan kontras gelap/terang, perbaikan tepian objek, penajaman, pemberian warna semu, dll.
2. Menghilangkan cacat.
contoh : menghilangkan citra yang debluring
3. Mengelompokkan gambar. 4. Mengidentifikasi objek.
contoh : pendeteksian tepi objek. 5. Penggabungan.
contoh : beberapa foto rontgen
digunakan untuk membentuk ulang gambar organ tubuh.
6. Pemampatan. contoh : suatu file citra berbentuk BMP berukuran 258 KB dimampatkan dengan metode JPEG menjadi berukuran 49 KB.
2.2.3 Suhu dan kelembaban
Suhu dan kelembaban suatu udara berhubungan dengan pengembangan dan pengerutan udara. Semakin tinggi suhu udara, kapasitas udara menampung uap air semakin besar. Jadi, kelembaban udara (RH) akan lebih kecil jika suhu udara meningkat.
Suhu dan kadar air di udara dapat mempengaruhi pertumbuhan dan reproduksi tanaman hidroponik. Tempat yang lembab dibutuhkan tumbuhan untuk mendapatkan
air lebih mudah serta berkurangnya
penguapan sehingga pembentukan sel lebih cepat. Suhu yang tinggi (>32°C) bersamaan dengan kelembaban yang rendah dapat
menghambat polinasi, dan fertilisasi
sehingga buah tidak dapat terbentuk.
2.2.3.1 Suhu Udara
Suhu udara adalah gambaran umum keadaan energi suatu benda. Suhu udara dikatakan sebagai derajat panas atau dingin yang diukur berdasarkan skala tertentu dengan menggunakan termometer.
Fluktuasi suhu udara berkaitan erat dengan proses pertukaran energi yang berlangsung di atmosfer. Radiasi sinar matahari ke bumi menyebabkan suhu udara naik.
Fluktuasi suhu udara harian di daerah yang bervegetasi sangat rapat akan jauh lebih kecil dibandingkan daerah terbuka.
Di daerah tropis, manusia akan merasa relatif nyaman jika berada pada suhu udara sekitar 27-28ᵒC.
2.2.3.2 Kelembaban Udara
Kelembaban udara yaitu banyaknya kadar uap air yang ada di udara. Angka kelembaban relatif berkisar antara 0 – 100%, dimana 0% artinya udara kering, sedangkan 100% artinya udara jenuh dengan uap air, dimana akan terjadi titik-titik air (lembab).
Curah hujan mempengaruhi kelembaban, jika curah hujannya besar maka tingkat kelembabannya tinggi dan jika curah hujannya kecil maka tingkat kelembabannya rendah.
Gambar 2.2.3.2 Hygrometer
( Sumber : ismailsiabuga.com ) Meskipun peningkatan kelembaban udara di daerah tropis menyebabkan kenyamanan manusia berkurang, namun dari
segi psikologis gerakan air akan
menimbulkan kesejukan.
2.2.4 Arduino UNO
Arduino UNO adalah sebuah board
yang processornya menggunakan
mikrokontroller ATmega 382. Arduino UNO memiliki 14 pin digital input dan output, 6 diantaranya dapat digunakan sebagai output PWM, 6 input analog, sebuah osilator kristal 16MHz, sebuah koneksi USB, sebuah power jack, dan sebuah tombol reset. Arduino UNO memuat semua hal
yang dibutuhkan untuk menunjang
mikrokontroller, memulainya bisa dengan dihubungkan ke komputer menggunakan kabel USB atau menggunakan adaptor. Spesifikasi board Arduino UNO R3 adalah sebagai berikut:
1. Mikrokontroller: Atmega 382 2. Tegangan Operasi: 5V
5. Pin digital I/O: 14 (6 diantaranya pin PWM)
6. Pin Analog input: 6 input pin 7. Arus DC per pin I/O: 40 mA 8. Arus DC untuk pin 3.3 V: 150 mA
Gambar berikut menampilkan Arduino UNO secara fisik.
Gambar 2.2.4.1 Arduino UNO
Setiap pin yang ada pada
mikrokontroller arduino memiliki
karakteristik sendiri – sendiri untuk memudahkan dalam penggunaannya, tabel berikut akan menjelasakan beberapa pin yang ada pada board arduino uno:
14 pin input/output digital (0-13)
Berfungsi sebagai input atau output, yang dapat diatur oleh program.
Khusus untuk pin 3, 5, 6, 9, 10 dan 11, dapat juga digunakan sebagai pin analog output yang mana tegangan outputnya bisa diatur (PWM). Nilai angka pin analog dapat diprogram antara 0- 255, dimana angka tersebut mewakili nilai tegangan 0-5V.
USB Berfungsi untuk:
- Mentransfer program dari komputer ke board Arduino Uno.
- Komunikasi serial antara board Arduino Uno dan komputer.
- Memberi daya listrik ke board Arduino Uno sebesar 5V.
Tombol Reset
Digunakan untuk me-reset board Arduino Uno sehingga program akan memulai lagi dari awal. Tombol ini bukan untuk menghapus program atau mengosongkan microcontroller.
IC Microcontroller Atmega 328
Komponen utama dari papan Arduino, di dalamnya ada CPU, ROM dan RAM.
6 pin input analog (0-5)
Pin ini dihubungkan ke sensor analog, seperti sensor suhu dan sensor kelembaban. Program dapat membaca nilai output sensor yang masuk ke pin input antara 0 - 1023, angka tersebut mewakili nilai tegangan 0 – 5V.
Tabel 2.2.4 Tabel Karakteristik Rangkaian
pada Board Arduino Uno
Gambar 2.2.4.2 Sketch Software Arduino
Ide
Sketch adalah tempat dimana
program akan dibuat lalu di upload dan dijalan board arduino.
3. METODOLOGI PENELITIAN 3.1`Metode sistem
Metode penelitian meliputi:
1. Melihat hasil penelitian terdahulu Bagaimana hasil dari penelitian tentang penyiraman otomatis tanaman.
2. Analisa permasalahan
Melakukan analisa terhadap masalah
yang perlu disempurnakan untuk
menentukan batasan dalam penyelesaian masalah agar lebih efektif.
Hasil analisa diatas, terdapat
dilakukan dari jarak jauh dan proses penyiraman dilakukan secara automatis.
3.2 Gambaran Umum Obyek Penelitian
Gambar 3.2 Alur sistem obyek penelitian
Gambar diatas menjelaskan alur
sistem cara kerja alat otomatisasi
penyiraman yang akan dibuat, yang mana tanaman hidroponik dapat dimonitoring dari jarak jauh menggunakan webcam, dan penyiraman dapat dikontrol lewat PC.
3.3 Perancangan Sistem
Perancangan hardware digambarkan oleh blok diagram pada gambar 3.3 dibawah ini:
Gambar 3.3 blok diagram
Pengalamatan pin input pada
mikrokontroller arduino uno akan
ditunjukkan pada Tabel 3.3.1 sedangkan pengalamatan pin output pada Tabel 3.3.2 berikut :
Tabel 3.3.1 Pengalamatan Pin Input No. Alamat Pin Input
1. A0/PC0 Sensor LM35
2. A1/PC1 Sensor DHT22
3. Port USB WEBCAM
Tabel 3.3.2 Pengalamatan Pin Output
4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Pengujian sensor
Pengujian sensor dilakukan dengan cara membandingkan hasil pengukuran alat standart dengan hasil pembacaan
Monitoring
Pengolahan Citra Analisa RGB pada Dhelpi 7 Memberi
perintah ke Arduino
Menyampaikan perintah dari PC
Menyalurkan air ke spray
sensor, sehingga tidak terjadi kesalahan
dalam pengukuran. Jika hasil
pengukuran sensor tidak sesuai dengan alat standart maka perlu dilakukan kalibrasi.
Gambar 4.1 Grafik Pengujian ke – 1 Sensor Suhu LM 35 Dengan Thermometer
Infrared Digital.
Gambar 4.2 Grafik Pengujian ke – 2 Sensor Suhu LM 35 Dengan Thermometer
Infrared Digital.
Gambar 4.3 Grafik Pengujian ke – 3 Sensor Suhu LM 35 Dengan Thermometer
Infrared Digital.
Gambar 4.4 Grafik Rata – rata dari Pengujian ke-1 s/d ke-3 Sensor Suhu LM 35 Dengan Thermometer Infrared
Digital.
Hasil Pembahasan
Dari pengujian dan perbandingan sensor suhu LM 35 dengan thermometer
infrared digital type IT-122 yang
mempunyai accuracy ±0.2°C pada jarak pendek antara 5cm - 15cm. Pada pengujian diatas didapat hasil yang berbeda antara hasil suhu yang diperoleh sensor LM 35 dengan hasil suhu thermometer infrared digital, pada pengujian ke – 1 perbedaan hasil pembacaan sensor LM 35 dengan thermometer infrared digital cukup besar sekitar 0.4 – 0.6 °C untuk meminimalisir perbedaan pembacaan suhu diperlukan kalibrasi, agar hasil pembacaan sensor sama dengan thermometer infrared digital maka perlu perubahan perhitungan pada program sensor LM 35. Pada pengujian ke – 2 diperoleh hasil yang cukup memuaskan, range perbedaan pembacaan sensor semakin kecil sekitar 0.3 – 0.2°C
4.2.6 Pengujian Webcam
Webcam disini digunakan untuk monitoring dan analisa warna pada daun tanaman pada pengujian ini dilakukan untuk webcam tampak jelas atau buram.
Tabel 4.2.6 Pengujian Tampilan Webcam
Waktu WebCam
4.2.7 Pengujian Software
Pengujian software dilakukan
dengan cara:
1. Menulis instruksi program dengan
bantuan software Arduino IDE versi 1.0.6 dan software Delphi 7.
2. Memasukkan hasil compiler kedalam mikrokontroller arduino dengan cara klik upload (gambar panah kesamping kanan) pada software arduino IDE.
Gambar 4.17 Hasil Compiler Program
Pada Gambar 4.17 menjelaskan tampilan software Arduino IDE, maksud dari compile dan download program yaitu merubah jenis file program yang kita tulis kedalam mikrokontroller sesuai dengan downloader dan software yang digunakan.
4.2.8 Pengujian Keseluruhan
Pada pengujian alat ini ada langkah – langkah pengujian yang dilakukan yaitu sebagai berikut:
1. Nyalakan PC dan hubungkan board arduino uno ke PC lalu upload program yang telah dibuat ke mikrokontroller arduino.
2. Tempatkan sensor, webcam dan pompa pada tempatnya.
3. Hubungkan webcam ke PC dan buka aplikasi delphi 7 yang telah dibuat.
4. Tunggu hingga sensor suhu dan kelembaban membaca kondisi area sekitar
sensor (area sekitar tanaman).
5. Jika kondisi area sekitar tanaman tidak memenuhi syarat dari program yang dibuat (suhu >30°C dan kelembaban <75%) pompa air akan menyala selama beberapa detik.
Dari langkah – langkah diatas maka dapat dijelaskan cara kerja alat adalah menyalakan PC sebagai power supply dan control interfacing ke motor pompa lalu menempatkan sensor dan pompa pada tempatnya yang nantinya bisa memperoleh hasil yang diinginkan, setelah itu menunggu hingga kondisi suhu, dan kelembaban udara pada batas yang ditentukan. Jika melebihi
ketentuan, pompa akan melakukan
penyiraman selama beberapa detik.
sehingga ketika tanaman perlu penyiraman bisa disiram seketika melalui PC.
5.KESIMPULAN
Berdasarkan hal – hal yang telah dibahas pada bab 3 tentang perencanaan dan pembuatan alat, dan bab 4 tentang pengujian alat dan bahan, dapat diperoleh kesimpulan serta saran.
5.1 Kesimpulan
Setelah dilakukan proses pengujian sistem otomatisasi penyiraman selama 7 hari maka secara keseluruhan dapat disimpulkan antara lain:
1. Alat otomatisasi penyiraman dengan variabel suhu dan kelembaban bekerja
dengan baik.
2. Untuk monitoring tanaman hidroponik
bisa dilakukan dari jarak jauh
menggunakan webcam melalui software delphi 7.
3. Monitoring dari jarak jauh cukup efektif menggunakan webcam.
5.2 Saran
Dengan hasil yang dicapai
diharapkan penelitian tentang pertumbuhan tanaman ini dapat dikembangkan dengan mengubah sistem hidroponik sebagai obyek
penelitian atau sistem otomatisasi dan kontrol penyiraman yang lebih baik. Semoga skripsi ini dapat disempurnakan sehingga mempunyai nilai guna bagi pembaca dan masyarakat.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Jurokhman, Mustafi. 2015. “Sistem
Otomasi Penyiraman Pada Tanaman Jahe Berbasis Arduino”. Seminar Nasional Fakultas Teknik. Volume 5,
http://www.academia.edu/17163112/ Mulyadi_Proceeding_SNFT_2015_Vo l5_hal_51-61, 2 September 2015.
[2] Sumardi, Sumardi. 2015. “Sistem
Monitoring Tanaman Pada Pertanian Dengan Menggunakan Mikrokontroller Atmega 8535”. Sinopsis Desertasi. Bogor: Fakultas Teknik, Institut Pertanian Bogor. [3] Buyung, Irawadi. 2012. Automatic
Watering Plant Berbasis
Mikrokontroller AT89C51: Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi. Periode III, 3 November 2012.
[4] Prasetyo, Eri Nur. 2015. Prototype
Penyiram Tanaman Persemaian
Dengan Sensor Kelembaban Tanah
Berbasis Arduino. http://
eprints.ums.ac.id/36628, 10 Agustus 2015.
[5] Junaidi, Junaidi. 2015. Desain Penyiram Taman Otomatis Tenaga Surya Mengacu Pada Kelembaban Tanah. http://eprints.ums.ac.id/36285, 13 Agustus 2015.
[6] Sahroni, Dicman. 2011. Rancang
Bangun Miniatur Penyiram Dan
Pemupukan Otomatis Tanaman
Hidroponik Menggunakan PLC.
