RANCANG BANGUN SISTEM HIDROPONIK PASANG SURUT OTOMATIS
UNTUK BUDIDAYA TANAMAN CABAI
( DESI GN OF EBB AND FLOW AUTOMATI C HYDROPONI C SYSTEM FOR
CHI LLI PEPPER CULTI VATI ON)
Buti Delya1, Ahmad Tusi2, Budianto Lanya3, Iskandar Zulkarnain4
1) Mahasiswa S1 Jur usan Teknik Per tanian, Fakultas Per tanian, Univer sitas Lampung 2,3,4) Staf Pengajar Jur usan Teknik Pertanian, Fakultas Per tanian, Universitas Lampung
*komunikasi penulis, email : but idelya@gmail.com
Naskah ini d it er i ma pada 9 Sept ember 2014; r evi si pada 13 Okt ober 2014; di setujui untuk d ipubl i kasikan pada 22 Okt ober 2014
ABSTRACT
Ebb and flow hydr oponic system gener ally used a timer to contr olnutr ient addition. The use of the timer, how ever has major disadvantage including inefficiency of nutr ient usage. This r esear ch aimed at designing of ebb and flow aut omatic hydr oponic system w hich able to tur n on/ off the pump based on the moistur e content using micr ocontr oller.The r esear ch w as conducted at Gr eenhouse Facilit y of the Integr ated Field Lab of Agr icultur e School, the Univer sit y of Lampung fr om Apr il - June 2014. The pr ocedur e begins w ith t he manufactur e of instr ument , calibr ation, system design tool, the pow er supply cir cuit , equipment test and field test . The r esults show ed t hat has been successfully r ealized automatic ebb and flow hydr oponic system w or king based on the moistur e content . The value of setting point obtained for contr oling w ater content for tur ning on the pump w as < 34.95% and tur ning off the pump w as > 69.83%. Cultivation test using chilli pepper resulted that automatic ebb and flow hydr oponic system w as significally better than manually system one, in ter ms of plant height and number of leaves.
Keywor d: Hydr oponic, ebb and flow system, microcontr oller, moistur e content.
ABST RAK
Sistem hidroponik pasang sur ut pada umumnya menggunakan pengatur waktu (t imer) untuk proses pemberian lar utan nutr i si. Penggunaan t imer memiliki beberapa kekurangan salah satunya adalah pember ian lar utan nutr isi yang t idak efisien/ boros. Penelit ian ini ber tujuan merancang sistem hidroponik pasang sur ut otomatis untuk menghidupkan dan memat i kan pompa pember ian nutr isi berdasar kan kadar air media tanam dengan mikrokontroler.Penelit ian dilakukan di Gr eenhouse Labor ator i um Ter padu Fakultas Per tanian Univer si tas Lampung pada bulan Apr il – Juni 2014. Prosedur pembuatan alat diawal i dengan kalibrasi alat , perancangan sist em alat , rangkaian catu daya, uji kiner ja alat dan uji tanaman. Hasil penelit ian menunjukkan bahwa t elah ter ealisasi r ancangan sistem hidroponik pasang sur ut otomat is berdasar kan kadar air media tanam. Ni lai kendali kadar air untuk pompa hidup pada < 34,95% dan pompa mat i pada > 69,83%. Uji budidaya tanaman cabai pada sistem hidroponik pasang sur ut otomat is lebih baik dar ipada pada sistem manual, ter lihat dar i hasil tinggi tanaman dan jumlah daun.
I. PENDAHULUAN
Teknik Ebb and Flow (pasang surut) mer upakan salah satu t ek n i k hi dr op on i k yan g banyak digunakan. Sistem ini bekerja dengan memenuhi medi a per tumbuhan dengan lar utan nutr isi dan lar utan nutr isi yang t idak ter serap kembal i ke bak penampung (Karsono, 2013). Waktu pasang sur ut dapat diatur dengan menggunakan timer. Nam u n , p en ggu n aan t i m er i n i m em i l i k i beberapa kekurangan yaitu dar i segi penggunaan litr ik dan pember ian lar utan nutr isi yang t idak efisien/ bor os.
Salah satu upaya mengatur pember ian nutr isi yang sesuai dengankebutuhan tanaman adalah den gan r an can g bangun si st em hi dr oponi k pasang sur ut otomatis dengan menggunakan alat ber basi s mi kr okontr ol ler Ar dui noUn o untuk mengontrol sistem penyir aman sesuai dengan kebutuhan tanaman. Pada saat ket i ka kadar air mencapai t i t i k kr it is si st em akan melakukan penyi raman ot omat is dengan menghidupkan pompa dan memat ikan pompa ket ika kadar air mencapaikapasitas lapang.
Mikrokontroler Arduino Uno sendiri mer upakan piranti yang dapat dimanfaatkan untuk membuat suatu r an gkai an elek tr oni k, mulai dar i yang seder han a hi n gga kom p lek s. Ar dui n o Un o ATmega328 adalah sebuah keping atau papan elektronik yang secara fungsional bekerja seper ti sebuah komputer (Kadir, 2013), ser ta terdapat pin-pin dengan fungsi yang berbeda-beda (Utami, 2010).
Penelitian ini bertujuan untuk membuat rancang bangun sistem hidroponik pasang surut otomatis un tuk men gatur w ak tu m en ghi dupk an dan memat ikan pompa berdasar kan kadar air media
II. BAHAN DAN METODE
2.1. Alat dan Bahan
Pen el i t i an d i lak u k an d i Gr een h ou se
Labor at or i u m Ter p adu Faku ltas Per tan i an Univer si tas Lampung pada bulan Apr i l 2014 sampai dengan Juni 2014. Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitianini terdiri dar i sistem h i dr op on i k p asan g su r u t , m i k r ok on tr oler Ar dui n o Uno ATm ega328, sensor k adar ai r, sensor suhu LM35, LCD 16x2, RTC, br ead boar d, PCB, relay, transistor, ter minal blok, solder, timah, kapasitor, dioda, trafo, r esistor, bibit cabai, pot p last i k , lar utan n utr i si , ar an g sek am dan ter mometer.
2.2. Perancangan Sistem
Gam b ar 1 m em p er l i hat k an d i agr am per ancangan keselur uhan sist em. Data yang didapat dar i sensor suhu dan moistur e sensor
ser ta r eal time clock (RTC) yang ter baca akan dikirimkan menuju mikrokontroler Arduino Uno.
Power supply d i gunakan untuk member i kan
daya pada r angkaian. Mikrokontr oler Aduino Uno akan mengendalikan on/off pompa secara ot om at i s ber dasar k an pembacaan m oi st ur e
sensor dan kemudi an mengumpulkan data agar
t er si mp an dalam SD car d ser ta d i tam pi lk an d i L CD den gan m en ggu n ak an m ode 4 bi t
(Stevanus dan Set iadikar uni a, 2013).
2.3. Perancangan Sistem Perangkat Lunak
Soft w ar e yang digunakan untuk pemrogr aman
m i k r okon tr oler adalah Ar dui n o ( Ver 1.0.5) , Gam bar 2 m en u n j u k k an f low cha r t
pemr ograman kendal i kadar air di mana sensor tan am dengan mi kr ontr oler Ar dui no dan uji kiner ja sistem hidroponik pasang sur ut otomat is hasi l rancangan ter hadap tanaman cabai.
kadar air dan sensor suhu sebagai data masukan, namun dalam sistem ini suhu t idak digunakan untuk p en gendal i an. Set elah data d i dap at , mikrokontroler akan membaca besaran kadar air dan suhu yang dikonver sikan dar i data analog menjadi data di gital oleh ADC mikrokontroler. M i k r okontr oler akan m em ber i kan p er i n tah progr am:
a. Jika kadar air < cr itical water content (c) maka pompa akan on (hidup), kadar air naik hingga mencapai field capacit y.
b. Jika kadar air >field capacit y (FC) maka pompa ak an off ( m at i ) , k adar ai r tur un hi n gga mencapai cr itical water content.
Jika cr itical water content (èc) < kadar air <field
capacit y (FC), pada kondisi kadar air naik maka
pompa akan hidup dan sebaliknya pada kondisi kadar air tur un pompa akan mat i. dihasilkan dar i rangkaian ini digunakan sebagai
supply daya ke Arduino dimana tegangan t elah
diturunkan sesuai dengan daya yang dibutuhkan. Tegangan yang masuk sebesar 220 VAC akan
ditur unkan menjadi 12 VAC, kemud ian ar us AC d i sear ahkan dengan r an gkai an di ode br idge
menjadi ar us DC. Kemudian ditur unkan menjadi 5 VDC ( Nasr ullah, 2011) yang d i dap at dar i regulasi trafo oleh IC penstabil 7805 (LM7805).
2.5. Kalibrasi Alat
Kali brasi alat dilakukan pada sensor kadar air
(moistur e sensor). Kalibrasi dilakukan dengan
mengambil enam sampel arang sekam dengan p en gkon d i si an yan g b er b eda-b eda. Pengkondisian dilakukan sebagai ber i kut: Kondi si 1: Sampel ker ing yang di letakkan di
dalam r uangan selama dua har i. Kondisi 2: Sampel ker ing yang diletakkan di luar
r uangan ter kena sinar matahar i. Kondi si 3: Sampel ker ing yang di letakkan di
dalam r uangan.
Kondisi 4: Sampel jenuh yang diletakkan di dalam r uangan.
Kond i si 5: Sampel dalam keadaan kadar ai r ker i ng udara.
Kondisi 6: Sampel dalam keadaan field capacit y.
m elakuk an pen gukur an t i n ggi tan aman dan jumlah daun. Tanaman cabai m enggunak an si st em hi dr op oni k pasang sur ut dan dengan metode gravimetr i sebagai kontrol, yang mana menggunakan batas atas (FC) dan batas bawah ( èc) sam a dengan si st em hi dr oponi k dalam pember ian nutr isi.Media tanam yang digunakan dalam p en el i t i an adalah ar an g sek am yan g memiliki kemampuan menyimpan air dan nutr isi t inggi, aer asi opt imal, kemampuan menyangga pH t inggi, lebih r i ngan dan sangat cocok untuk per kembangan per akar an ( Pur bar ani , 2011) . Berat arang sekam yang di ber ikan adalah 100 gram/ pot , berat setiap pot 60 gram dan diameter penampang 12,5 cm/ pot. Uji keselur uhan sistem ( Gambar 3) d i lakukan selama fase vegetat i f tan am an cabai yai tu selam a 5 m i n ggu. Pem b acaan k adar ai r p ada m ed i a tan am
Gambar 3. Keselur uhan uji tanaman
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1. Pengujian Sensor Suhu
Pen guj i an sen sor su h u d i laku k an u n tu k mengetahui er r or atau kesalahan nilai suhu yang ter baca oleh sensor suhu LM35. Pengujian ini dilakukan dengan membandingkan pembacaan suhu pada sensor dan ter momet er air r aksa.
Berdasar kan data yang ter l ihat pada Gambar 4 dapat dihitung er r oratau simpangan pembacaan sensor suhu yaitu 1 °C.
menggunakan 1 sensor dan d ianggap mewakili untuk semua pot. Pengendali pompa dilakukan dengan menggunakan metode swit ching (on/off) oleh relay (Bolton, 2004).
3.2. Pengujian Sensor Kadar Air
Pengujian sensor kadar air di lakukan dengan car a k al i br asi , h al i n i d i laku k an u n tu k m en dap at k an fu n gsi l i n ear yan g ak an dimasukkan ke dalam program arduino. Cara kal i br asi adalah dengan m engam bi l samp el arang sekam dan dilakukan pengkondisian yang ber beda-beda, cara pengambilan data kalibrasi yai tu sensor ditancapkan ke sampel sehingga di dapat nilai voltasenya (Buyung dan Silalahi, 2012). Dalam per hitungan per sentase kadar air med i a tanam d i gunakan met ode gr avi metr i , sehingga didapat nilai linear KA = (-93,522xV) + 141,66 dengan nilai R² = 0,7915 (Gambar 5).
Penguji an juga menunjukkan bahw a ni lai FC
(field capacit y) adalah 68,78% yang digunakan
sebagai nilai kendali off pada pompa. Kadar air ker i ng udara adalah 12,12%. Menur ut Gandi
Gambar 5. Grafik kalibrasi sensor kadar air
(2013) nilai fraksi penipisan (p) adalah 0,5 dan ni lai PWP (per manent w i lti ng poin t) 11,1% sehi ngga dapat dihitung nilai èc (cr itical w ater
con ten t) seb esar 3 9,9 4% yan g d i gu n ak an
sebagai kendali on pada pompa.
3.3. Pengujian SistemOn/Off
Pembacaan suhu dan kadar air dar i awal sistem bekerja akan tersimpan di SD car d setiap 5 menit sekali. Hasil pengujian keselur uhan sistem dapat ter lihat pada Gambar 6, kondisi kadar air selama fase vegetat i fd i m an a suhu t er t i n ggi 51 °C, terendah 26 °C dan suhu rata-rata selama fase vegetat if 34 °C.
Berdasar kan Gambar 6 menunjukkan kadar air selama fase vegetat i f dapat ter lihat kadar air sesuai yang diper tahankan pr oses peneli t i an kisaran 34,95% - 69,83% (w ar na ungu). Kadar
air ( war na hijau) human er r or, di mana sensor kadar air d icabut dan menyebabkan pompa on
ser ta k on d i si si st em m en yi m p an data. Pembacaan kadar ai r yang t idak stabil (w ar na merah) disebabkan sistem menyimpan data per-5 m en i t sek al i sehi n gga k et i k a si st em m en y i m p an k on d i si p om p a sudah on/of f
t er lebih dahulu ser ta kadar ai r medi a tanam sudah mulai menur un, tegangan (voltase) yang t i dak stabi l sehi n gga b er p en gar u h p ada pembacaan sensor, ser ta dikarenakan hasil dar i persamaan regresi dimana nilai koefisien regresi yaitu R2 = 0,7915 t idak mendekat i satu sehingga
nilai er r or atau si mpangan pembacaan pada sensor kadar air adalah 20,85%.
3.4. Pengujian Tanaman
Pen guj i an tan am an d i lakukan ber dasar kan t inggi dan jumlah daun tanaman pada sistem hidr oponik pasang sur ut dan tanaman kontrol.
Data hasil uji tanaman pada seper ti yang ter lihat pada Gambar 7, dimana t inggi tanaman pada si st em h i dr op on i k dan tan am an k on tr ol mencapai t i nggi maksimum pada minggu ke-5 dan jumlah daun pada sistem hidroponik ser ta tan am an k on tr ol j u ga m en cap ai j u m lah maksimum pada minggu ke-5.
Berdasar kan hasi l uji tanaman, per tumbuhan tanaman dengan sistem hidroponik lebih baik dar i pada tanaman kontrol. Hal ini disebabkan oleh r uang por i pada med i a tanam tanaman kontrol t idak ter isi penuh oleh lar utan nutr isi, hal inilah yang menyebabkan akar tanaman sulit untuk mendapatkan unsur hara. Sedangkan pada tanaman dengan sistem hidroponik mudah untuk mendapatkan unsur hara d ikarenakan lar utan nutrisi yang memenuhi seluruh r uang pori media tanam. Perbedaan pertumbuhan tanaman seperti pada Gambar 8.
Gambar 7. Grafik uji tanaman selama fase vegetat if
a. Tanaman pada sistem otomat is b. Tanaman kontrol
IV. KESIMPULAN DAN SARAN
4.1. Kesimpulan
Berdasar kan penel it ian yang telah d ilakukan, m ak a dap at d i am bi l beber ap a kesi m p ulan diantaramya:
1. Telah t er eal i sasi k an r an can gan si st em h i dr op on i k p asan g su r ut ot om at i s berdasar kan kadar air media tanam. 2. Hasil uji sensor suhu LM35 menunjukkan
nilai er r or atau simpangan pembacaan suhu sebesar 1 °C.
3. Rancangan kendali kadar air sistem Ebb and Flow memil iki set point untuk penyalaan pompa pada nilai kadar air d” 34,95% dan memat i kan pompa pada e” 69,83% pada budidaya tanaman cabai ser ta memiliki nilai
er r oratau simpangan pembacaan 20,85%.
4. Hasil uji tanaman menunjukkan pertumbuhan tanaman lebih bai k pada sistem hidroponik p asan g su r ut ot om at i sden gan t i n ggi tanaman dan jumlah daun maksimum yaitu 59,5 cm dan 64 helai . Sedangkan pada tanaman dengan penyiraman manual, t inggi tanaman dan jumlah daun maksimum yaitu 21,7 cm dan 9 helai.
4.2. Saran
Saran dar i penelit ian ini adalah:
1. Pada penel i t i an selanjutnya d i har ap kan menggunakan solar cell atau baterai sebagai catu daya atau sumber ener gi li str ik pada sistem otomatisasi.
2. Sistem ini dapat digunakan untuk apli kasi lain yang memer lukan pengendali an on/off
pompa menggunakan nilai kadar air.
DAFTAR PUSTAKA
Bolt on, W. 2004. Instr umentation and Contr ol
System s. The Boulevar d, Lan gfor d Lan e
Kidlington. England.
Buyung, I. dan M.H. Silalahi. 2012. Aut omatic Water i n g Plan t Ber b asi s Mi k r okon t r oler
AT89 C5 1. Pr osi d i n g Sem i n ar Nasi on al
Ap l i k asi Sai n s & Tek n ologi Per i ode I I I . Yogyakar ta.
Gan d i , W. 2 01 3 . Pen guj i an Pu p u k Or ganonitrofos Ter hadap Respon Tanaman Tom at Ram p ai (Lycop er si con
p i m pi n el l i f ol i u m) Dalam Pot ( Pot
Exp er i m en t ).Ju r n a l Tek n i k Per t a n i a n
Lampung. Vol 2, No 1 : 17 – 26.
Kadir, A. 2013. Panduan Pr aktis Mempelajar i Aplikasi Mikr okontr oler & Pemr ogr amannya
Men ggun akan Ar du i no. CV. And i Offset. Menggunakan Sensor Suhu LM35 Ber basis M i k r ok on tr oler ATM ega 85 3 5.Ju r n a l
Rekayasa dan Teknologi Elektr o. Vol. 5, No. 3
: 182 – 192.
Pur barani , D.A. 2011. Kajian Fr ekuensi dan Tinggi Penggenangan Lar utan Nutr isi pada Budidaya Baby Kailan dengan Hidr oponik
Ebb and Flow. Skr ipsi. Univer sitas Sebelas
Mar et. Menggunakan Sensor Suhu LM35 Ber basis
M i k r ok on t r oler ATM eg a 85 35. Sk r i p si .
