1
RANCANG BANGUN ALAT PEMBERI PAKAN IKAN ARWANA OTOMATIS DAN PENGENDALI KUALITAS AIR PADA AQUARIUM BERBASIS INTERNET OF THINGS
Irvan Budi Prakoso1, Raditya Artha Rochmanto2, Danny Kurnianto3
1,2,3 Institut Teknologi Telkom Purwokerto
1,2,3 Jl. D. I. Pandjaitan no. 128 Purwokerto, Indonesia
Email korespondensi : 1 irvanbudi555@gmail.com, 2 raditya@ittelkom-pwt.ac.id, 3 danny@ittelkom-pwt.ac.id Abstrak- Dalam pemeliharaan ikan arwana parameter
kualitas air perlu di perhatikan karna akan mempengaruhi kelangsungan hidup ikan arwana.
Banyak yang tidak memahami faktor penyebab ikan arwana mati karna pH air yang tidak sesuai dengan habitatnya dan suhu air yang tidak setabil yang menyebabkan buruknya kualitas air pada aquarium.
Pengaturan kualitas air dan pemberian pakanpun masih dilakukan dengan cara manual yang membuat mobilitas pemilik ikan arwana terhambat. Dengan pemanfaatan sensor pH-4502C, sensor ds18b20, motor servo, dan teknologi internet of things maka pengaturan pH air, suhu air, dan pemberian pakan akan menjadi lebih efektif. Pada sistem perancangan akan menggunakan NodeMCU ESP8266 sebagai pusat pengolah data, sensor pH-4502C untuk membaca nilai ph air, sensor ds18b20 untuk membaca nilai suhu pada air, motor servo sebagai penggerak pakan otomatis, RTC sebagai seting waktu untuk menentukan kapan motor servo bergerak, relay sebagai saklar untuk menghidupkan heater dan water pump yang nantinya akan menstabilkan suhu dan pH air pada aquarium. Berdasarkan pengujian akurasi sensor pH-4502C mencapai 90% , sensor ds18b20 mencapai 90%, motor servo mencapai 90%. Pada pengujian QOS waktu tunda (delay) pada komunikasi data antara NodeMCU dengan server sebesar 90%, throughput sebesar 90% dan packet loss sebesar 90%.
Kata kunci: Ikan arwana, NodeMCU ESP8266, sensor pH-4502C, sensor ds18b20, motor servo
I. PENDAHULUAN
Ikan arwana (Asian arwana) terkenal di dunia sebagai ikan yang mahal harganya, karena keindahan dan adanya unsur kepercayaan, yang dipercayai akan mendatangkan keberuntungan bagi orang yang memelihara ikan ini. Ikan mahal ini merupakan jenis ikan yang habitat aslinya berada di Indonesia [1]. Jenis ikan ini telah dilindungi peraturan Peraturan Pemerintah No. 7 tahun 1999 dan keharusan pemanfaatan ikan ini dengan penangkaran tertuang dalam SK Menteri Kehutanan 2091/Kpts- 1112001. Namun pelanggaran akan larangan pemanfaatan dari alam terus berlangsung, bahkan Peraturan Menteri Kehutanan Nomor P.12/ Menhut-IV2005, tertanggal 3
Mei 2005 justru mendorong secara legal ikan arwana ini dijadikan komoditas ekspor. Hal ini menyebabkan keberadaan ikan ini di alam makin terkuras, walaupun dikatakan dalam peraturan tersebut bahwa ikan yang boleh diekspor harus berasal dari hasil ranching (pembesaran di luar habitat aslinya sampai ukuran tertentu). Karna itu perlu adanya domestikasi yang merupakan suatu proses pengadaptasian terhadap lingkungan di luar habitat aslinya Penelitian pertumbuhan ikan arwana dilakukan sebagai langkah awal proses domestikasi, yang merupakan indikator kemampuan ikan beradaptasi terhadap lingkungan di luar habitat aslinya [1].
Kegiatan pemeliharaan ikan arwana harus memperhatikan beberapa parameter yang berpengaruh pada kualitas air yang digunakan untuk pemeliharaan sehingga ikan arwana tetap hidup. Dalam hal pemeliharaan ikan arwana, banyak pemilik yang tidak memahami faktor penyebab ikan arwana mati akibat pH air yang tidak sesuai dengan habitat ikan arwana tersebut, kenaikan suhu air yang tinggi serta adanya zat beracun dalam air aquarium. Untuk itu, dibutuhkan suatu sistem pemantauan kualitas air terintegrasi yang dapat menjangkau parameter-parameter yang dibutuhkan tersebut secara bersamaan dalam satu waktu (real time) untuk menjaga agar ikan arwana tetap hidup dan sehat di dalam aquarium. Suhu air dan pH dapat dikategorikan sebagai faktor fisika-kimia yang berperan dalam menunjang kondisi lingkungan kehidupan ikan arwana.
Kekuatan atau ketahanan kondisi lingkungan pada masing-masing ikan hias berbeda-beda. Oleh karena itu perlu diperhatikan kondisi lingkungan kehidupan ikan arwana. Ketidakstabilan faktor tersebut dapat mengakibatkan terhambatnya perkembangan ikan arwana dan hal yang paling terburuknya adalah kematian pada ikan arwana tersebut . Sarana utama dalam melakukan aktivitas pemeliharaan ikan arwana diantaranya kolam tanah, perairan umum, kolam semen, bak fiber glass, dan akuarium. Jika dibandingkan dengan sarana tersebut, pemeliharaan ikan arwana di akuarium paling baik karena ikan dan kualitas air dapat dikontrol dengan teliti.
Bagaimana pun kemampuan ikan arwana terhadap kondisi lingkungannya, tetap tidak dapat diperhatikan bila menggunakan kolam. Bukan hanya itu saja, Akuarium juga mampu menjadi penghibur di saat kejenuhan [2].
Berdasarkan pemaparan diatas, penulis membuat rancang bangun alat pemberi pakan ikan arwana otomatis
2 dan pengendali kualitas air pada aquarium berbasis internet of things. Sistem ini dapat menjadi solusi untuk mengatasi masalah agar ikan arwana dapat beradaptasi seperti dihabitatnya dengan memonitoring dan mengendalikan kualitas air dari jauh. Pemberian pakan secara otomatis dan terjadwal juga memudahkan pemilik aquarium saat sedang berpergian dan tidak bisa melakukan perawatan. Pada sistem ini menggunakan mikropengendali NodeMCU untuk menerima dan mengirim data dengan konektivitas WiFi ke server dan dapat di akses melalui aplikasi android menggunakan sensor ds18b20, dan sensor PH-4502C untuk melakukan pembacaan suhu dan kadar pH dalam air. Sistem monitoring dan pengendalian kualitas air ini berbasis internet of things yang diharapkan dapat mengatasi permasalahan pada saat pemilik ikan arwana ingin bepergian jauh dalam waktu yang lama, serta meningkatkan mobilitas pemilik ikan arwana.
.
II. METODOLOGI PENELITIAN
Pada penelitian perancangan alat pemberi pakan ikan arwana otomatis dan pengendali kualitas air pada aquarium menggunakan sensor pH-4502C, sensor ds18b20, motor servo dan mikrokontroler NodeMCU ESP8266. kemudian dilakukan perancangan aplikasi untuk memonitoring nilai suhu air, pH air cara realtime, dan pemberi pakan otomatis dengan teknologi WiFi sehingga dalam perawatan ikan arwana pada aquarium lebih efisien. Setelah perancangan hardware dan software untuk setiap perangkat yang ada maka selanjutnya adalah pengujian sesuai dengan parameter.
Mulai
Mencari Koneksi Internet
Internet ON
Sensor PH-4502C
pH < 4
pH > 7
Sensor DS18B20
Suhu < 23 C
Suhu >30 C
Membaca RTC 12:00
Selesai Pompa Asam ON
Pompa Basa ON
Heater ON
Heater OFF Ya
Ya Ya
Ya Instalasi NodeMCU
Tidak
Servo ON Memberi Makan
Ya Ikan
Gambar 1 Alur Sistem Pengendali Kualitas Air dan Pemberi Pakan Otomatis
Berdasarkan alur system pengendali kualitas air dan pemberi pakan otomatis dimulai dengan NodeMCU mencari koneksi internet WiFi jika NodeMCU tersambung dengan wifi maka sensor pH-4502C akan mulai membaca jika pembaaan ph kurang dari 6,8 maka
pompa asam aktif tetapi jika ph lebih dari 7 maka pompa basa aktif. Pada sensor ds18b20 jika suhu terbaca kurang dari 27 C maka heater akan menyala tetapi jika suhu terbaca lebih dari 29 C maka heater akan mati. Pada modul RTC jika waktu menunjukan pukul 12.00 maka servo akan aktif 1 kali dalam sehari.
1. Perancangan Hardware
Dalam penelitian ini perangkat yang digunakan meliputi peralatan perangkat keras untuk perancangan prototype dan perangkat lunak. NodeMCU pada gambar antarmuka 2 berfungsi untuk menerima dan mengirim data dengan konektivitas WiFi yang digunakan sebagai pengolah data masukkan dari modul sensor ds18b20, Sensor pH-4502c, dan motor servo.
Gambar 2 Antarmuka rancang bangun alat pemberi pakan otomatis dan pengendali kualitas air.
2. Perangkat Lunak untuk penelitian 2.1 Arduino IDE
Arduino IDE merupakan fasilitas yang disediakan oleh perangkat Arduino untuk dapat melakukan konfigurasi sebuah program yang nantinya akan di masukan ke Arduino. Program tersebut bersifat open- source dalam lingkup Bahasa pemrograman Bahasa Arduino dan dapat bekerja pada sistem oprasi Windows, Macintosh, dan Linux. Penulis menggunakan sistem operasi Windows 10 pada penelitian ini [3].
2.2 Google Firebase
Firebase penulis gunakan sebagai database sekaligus network server untuk menerima data sensor secara realtime. Penulis menggunakan Firebase karena penulis membutuhkan database dengan komunikasi uplink dan downlink. Firebase merupakan platform milik Google.
Penulis menggunakan layanan Realtime Database pada Firebase karenan layanan tersebut menyediakan penyimpanan data yang cukup untuk projek IoT dan kecepatan menyimpanan data serta layanan mengambilan data juga cukup baik. Berdasar hal tersebut, Realtime Database merupakan fitur yang baik untuk digunakan pada projek yang membutuhkan penyimpanan dengan layanan dua arah (uplink dan downlink) [4].
2.3 Mit APP
App Inventor digunakan untuk pembuatan aplikasi di Android. App Inventor ini merupakan alat pengembangan yang mudah digunakan oleh siapa saja dengan menggunakan pendekatan blok. Adapun desain layar dilakukan dengan pendekatan "click & drag" [5].
2.4 Skema pengujian Quality of Service (QoS)
3
TX RX
Gambar 3 Skema pengujian QoS
Pada pengujian kualitas layanan yang dilakukan dengan menggunakan protokol HTTP. Pengujian dilakukan dengan cara mengirim data ke platform dengan menggunakan protokol HTTP, dan dilihat bagaimana kualitas layanan yang dihasilkan. Pengujian ini hanya menggunakan satu skenario, mikrokontroller nodeMCU digunakan unruk menjalankan perintah untuk mendeteksi kadar pH yang didapatkan sensor pH, kemudian data disimpan dalam database firebase dan menampilkan data hasil pengukuran pada aplikasi android. Pengujian QoS yang dilakukan meliputi pengujian delay, throughput, dan packet loss dengan menggunakan software wireshark sebagai network protocol analyzer.
2.4.1 Pengujian Delay
Pengujian delay dilakukan guna mengetahui berapa lama waktu tunda suatu paket. Proses pengujian delay dilakukan dengan pengujian pengiriman data dari sisi Tx ke Rx dengan jumlah data dan waktu yang berbeda.
2.4.2 Pengujian Packet loss
Pengujian packet loss dilakukan guna mengetahui jumlah paket yang hilang dalam peoses pengiriman data dari Tx ke Rx. Proses pengujian packet loss dilakukan dengan melakukan pengiriman data dari sisi Tx ke Rx dengan jumlah data dan jarak yang berbeda.
2.4.3 Pengujian Trhoughput
Pengujian packet loss dilakukan untuk mengetahui kecepatan pengiriman data dari Tx ke Rx.
Proses pengujian throughput pada penelitian ini dilakukan dengan pengujian pengiriman data dari Tx ke Rx dengan menggunakan jarak dan waktu yang berbeda.
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada penelitian ini terdapat beberapa perancangan diantaranya hasil perancangan perangkat, perancangan database, dan perancangan aplikasi android. Ketiga perancangan tersebut saling berhubungan, dimulai dari perangkat yang menghasilkan keluaran berupa nilai Ph, suhu, dan keberhasilan servo pemberi pakan dalam aquarium yang kemudian dikirimkan dan disimpan pada database firebase, lalu di teruskan ke aplikasi android yang telah dibuat.
1. Hasil Perancangan Perangkat Keras
Gambar 4 Hasil Rangkaian Sistem
Pada gambar rangkaian alat diatas terdapat 3 jenis perangkat yang masing masing berfungsi sebagai:
1) NodeMCU merupakan perangkat mikrokontroler yang berfungsi untuk memproses data yang ada, dan juga untuk mengatur masukan dan keluaran dari sistem tersebut
2) Relay yang terhubung dengan pompa air dan heater.
Relay berfungsi sebagai saklar yang nantinya menghidupkan dan mematikan pompa air untuk menstabilkan nilai pH pada air Serta menyetabilkan suhu pada air menggunakan heater.
3) Modul pH-4502c yang terhubung dengan probe sensor pH yang berfungsi sebagai data masukan dan juga sebagai pendeteksi kadar pH pada air.
4) Sensor ds18b20 merupakan sensor untuk membaca suhu di dalam air yang nantinya pembacaan suhu akan di kirim pada serial monitor secara realtime.
5) Motor servo berfungsi sebagai penggerak pakan otomatis yang akan menunggu pada pukul 12.00 untuk bergerak sesuai dengan data pada RTC.
6) RTC merupakan modul yang menjalankan waktu secara realtime untuk nantinya memerintahkan motor servo untuk menggerakan wadah pakan.
7) Modul power suplay MB V-1 berfungsi sebagi power suplay tambahan untuk mensuplay daya 5v kepada sensor pH-4502c, Relay, RTC, serta mensuplay daya pada NodeMCU.
2. Hasil Perancangan Perangkat Lunak
Pada bagian ini merupakan hasil dari perancangan perangkat lunak yang dibagi menjadi 2 bagian yaitu disisi database dan sisi aplikasi. Data yang diperoleh dikirim dan disimpan pada database firebase.
Tampilan database firebase dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 5 Database pada Firebase
Pada gambar 5 merupakan gambaran dari database yang digunakan untuk menyimpan data pH, suhu, jam, dan menit secara real time. Selanjutnya data yang disimpan pada database diteruskan ke aplikasi yang telah dibuat menggunakan Mit APP. Pada perancangan aplikasi menggunakan software Mit APP yang terdiri dari dua screen. Pada screen pertama penulis membuat
4 tampilan logo aplikasi yang berjalan selama tiga detik.
Setelah tiga detik secara otomatis akan membuka selanjutnya yaitu screen 2. Penulis memberi nama ”Auto Arow Fish” pada aplikasi yang penulis buat, untuk screen kedua menampilkan kolom suhu, ph, dan jam. Pada label yang tersisa akan tampil data yang di ambil dari firebase secara otomatis ketika screen 2 ditampilkan.
Gambar 6 Screen1 tampilan logo awal
Gambar 7 Screen2 tampilan data pH, suhu, dan jam
3. Pengujian Akurasi Sensor Ph
Pengujian akurasi sensor pH dilakukan dalam 4 percobaan yang masing masing menggunakan larutan pH 3.5, pH 4.0, pH 7.0, pH 8.0 . Rata-rata error pada empat percobaan yaitu 0.11 atau dengan tingkat akurasi sebesar 97,8 %. Dimana ketika dalam percobaan pertama yang menggunakan larutan pH 3,5 tingkat akurasinya sebesar 99,84 %, ketika pada larutan pH 4.0 tingkat akurasi sensor sebesar 98,84 %, pada larutan pH 7,00 tingkat akurasi sensor sebesar 99,86 %, dan ketika diuji pada larutan pH 8.0 tingkat akurasi sensor sebesar 100 %.
No. pH Meter ATC Sensor pH Error
1 3.5 3.60 0.14%
2 4.0 4.12 1.16%
3 7.0 7.01 0.14%
4 8.0 8.00 0
Rata-rata Prsentase Error 0.11%
Tabel 1 Hasil pengujian akurasi sensor pH 4. Pengujian Akurasi Sensor Suhu
Perbandingan hasil akurasi pada Tabel 2 di lakukan untuk pembacaan sensor dan pembacaan thermometer digital yang mandapatkan hasil keakurasian dengan perhitungan presentase error terdapat 0.3% yang artinya sensor berjalan dengan baik.
No. Thermometer digital Sensor suhu
Error
1 30.0 30.2 0.5%
2 28.0 28.1 0.2%
3 28.7 28.7 0
4 27.5 27.7 0.5%
Rata-rata Persentase Error 0.3%
Tabel 2 Hasil pengujian akurasi sensor suhu 5. Pengujian Keberhasilan Pemberi Pakan
Hasil pengujian pada table 3 dengan 30 kali percobaan didapat hasil keberhasilan sistem pemberian pakan 100%. Hal ini menunjukan bahwa sistem pemberian pakan berfungsi dengan baik dan tepat waktu.
No. Jumlah Pengujian
Sistem Pemberian
pakan
Presentase keakurasian
1 3 kali Jam 12.00 100 %
2 3 kali Jam 15.00 100 %
3 3 kali Jam 17.00 100 %
4 3 kali Jam 20.00 100 %
Tabel 3 Hasil pengujian akurasi pemberi pakan IV. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil dan pembahasan yang telah didapatkan dalam penyusunan paper ini, penulis dapat menarik kesimpulan sebagai berikut:
1) Pada hasil perancangan perangkat lunak terdapat 2 platform yang digunakan platform pertama mengggunakan firebase untuk menerima data sensor dari NodeMCU lalu data akan di teruskan pada platform kedua yaitu Mit APP sebagai aplikasi yang nantinya digunakan pengguna untuk memonitoring suhu dan pH air pada aquarium secara realtime.
2) Tingkat error pada pengujian akurasi pH 0.11 yang menunjukan bahwa sensor bekerja dengan baik dan mendekti niali yang dibaca oleh pH Meter ATC yang digunakan sebagai acuan 3) Tingkat error pada pengujian akurasi suhu 0.3
yang menunjukan bahwa sensor bekerja dengan
5 baik dan mendekti niali yang dibaca oleh Thermometer digital yang digunakan sebagai acuan
4) Tingkat keberhasilan pada servo pemberi pakan ikan arwana berhasil 100% yang menandakan servo memberikan pakan sesuai jadwal dan akurat.
V. SARAN
Berdasarkan hasil dan pembahasan yang telah didapatkan dalam penyusunan paper ini, penulis dapat menarik saran sebagai berikut:
1) Pada penelitian selanjutnya bisa menambahkan sensor kadar oksigen yang terlarut pada air untuk mengatasi kualitas air yang tidak baik pada air.
2) Pada penelitian ini hanya menggunakan delay, throughput, packet loss. Untuk penelitian selanjutnya dapat ditambahkan jitter, agar lebih rinci dalam mendapatkan hasil untuk meningkatkan keakurasian dari alat pengendali kualitas air dan pemberi pakan ikan.
3) Pada Aplikasi Mit APP penulis tidak menggunakan system notifikasi, pada penelitian selanjutnya bisa di tambahkan system notifikasi pada Mit APP agar pengguna mendapat informasi meskipun sedang tidak membuka aplikasi tersebut.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Tjakrawidjaja Agus H, "PERTUMBUHAN IKAN ARWANAIRIAN (Scleropagesjardinii Saville- Kent)," Jurnal Iktiologi Indonesia, vol. 6, p. 61, 2016.
[2] Ulil Amri, "PENGGUNAAN MEDIA YANG
BERBEDA DALAM
MENINGKATKANPERTUMBUHAN DAN
KELANGSUNGAN HIDUP BENIH IKAN
ARWANA SILVER ( Osteoglossum bicirroshum ),"
JURNAL RUAYA, vol. 5, p. 23, 2017.
[3] Musbikhin , "macam macam arduino, simulasi pada proteus dan praktiknya," musbikhin.com, 23 April
2019. [Online]. Available:
https://www.musbikhin.com/arduino-adalah- macam-macam-arduino-dan-praktik-nya/.
[4] Firebase, "Membaca dan Menulis Data di Web,"
Google Firebase, [Online]. Available:
https://firebase.google.com/docs/database/web/read- and-write?hl=id. [Accessed 06 Agustus 2020].
[5] Codepolitan, "Membuat Aplikasi Android Lebih Mudah dengan Google App Inventor,"
codepolitan.com, 22 Mei 2014. [Online]. Available:
https://www.codepolitan.com/membuat-aplikasi- android-lebih-mudah-dengan-google-app-inventor.
