RANCANG BANGUN SISTEM PEMANTAUAN SUHU, KELEMBAPAN DAN LEVEL LARUTAN NUTRISI PADA BUDIDAYA TANAMAN HIDROPONIK
TIPE NUTRIENT FILM TECHNIQUE (NFT) BERBASIS WEB
Helmy1), Arif Nursyahid1), Thomas Agung Setyawan1), Abu Hasan1), Eni Dwi Wardihani1), Ari Sriyanto Nugroho1)
1
Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Semarang Jl. Prof. Sudharto, S.H. Tembalang, Semarang 50275 E-mail: {helmy, arif.nursyahid, thomas, abu.hasan, edwardihani,
ari.sriyanto}@polines.ac.id
Abstract
Hydroponic is a cultivation technique without soil. Nutrient Film Technique (NFT) is one of hydroponic techniques that are widely used by urban people because of the space saving and crops are healthy to be consumed. NFT uses nutrient rich inorganic solution and oxygen flow through roots in tray continuously so that crops get adequate nutrients. Crop roots can absorb nutrients when immersed in 20-25°C nutrient solution temperature for 12 hours. Nutrient solution temperature more than 25°C or below 15°C will reduce chlorophyll level and impact on crops growth. Nutrient solution must be monitored frequently to avoid nutrient deficiencies and cause crops failure. This research aims to develop real time monitoring system of greenhouse temperature, greenhouse humidity, nutrient solution temperature, and nutrient solution level for hydroponic NFT based on web. The research methods are consist of survey, planning, construction, testing, and analysis. The result shows that percentage of success parameter data sent to server is 33,3%, parameter data monitoring via website needed data transfer 375,1 KB in a minute and notifications were successfully sent to farmer when parameter data were over threshold.
Keywords: NFT hydroponic, monitoring system
Abstrak
Hidroponik adalah teknik bercocok tanam tanpa tanah. Hidroponik model Nutrient Film Technique (NFT) merupakan salah satu teknik hidroponik yang banyak digunakan oleh masyarakat urban karena hemat tempat dan hasil panennya sehat untuk dikonsumsi. NFT menggunakan larutan nutrisi yang kaya unsur hara anorganik dan oksigen mengaliri akar tanaman di dalam baki secara berulang-ulang sehingga membuat tanaman selalu tercukupi kebutuhan nutrisinya. Akar tanaman dapat menyerap nutrisi saat terendam dalam larutan nutrisi dengan suhu 20-25°C selama 12 jam. Suhu larutan nutrisi lebih dari 25°C atau dibawah 15°C akan menurunkan kadar klorofil dan berdampak pada pertumbuhan tanaman. Larutan nutrisi harus sering dipantau agar tidak sampai surut yang dapat menyebabkan tanaman tidak mendapatkan nutrisi dan menyebabkan gagal panen. Penelitian ini bertujuan untuk membangun sistem pemantauan suhu, kelembapan dan level larutan nutrisi hidroponik tipe NFT berbasis web. Metode yang digunakan meliputi survei, perencanaan, konstruksi, pengujian dan analisis. Hasil penelitian menunjukkan prosentase keberhasilan data parameter terkirim ke server adalah 33,3%, pemantauan data parameter di website membutuhkan transfer data sebesar 375,1 KB dalam 1 menit dan notifikasi berhasil dikirim ke petani apabila data parameter melebihi batas ambang.
PENDAHULUAN
Petani di Indonesia banyak yang menanam tanaman sayuran dan buah-buahan (hortikultura) semusim. Hal ini dapat dilihat dari data luas panen tanaman hortikultura semusim di Indonesia tahun 2015 adalah 1.353.431 hektar (Statistik, 2015). Sayangnya masih banyak petani yang menggunakan pestisida untuk membasmi hama sejak mulai penyemaian tanaman hingga panen. Penanaman model ini membuat sayuran dan buah-buahan tercemar pestisida dan berbahaya bagi kesehatan apabila dikonsumsi terus menerus dalam jangka waktu yang lama.
Hidroponik adalah teknik bercocok tanam tanpa tanah (Jones, 2004). Tanaman mendapatkan nutrisi dari larutan nutrisi anorganik yang dialirkan ke akar tanaman selama 24 jam. Bercocok tanam dengan hidroponik memiliki keuntungan yaitu bebas pestisida sehingga aman dan sehat untuk dikonsumsi masyarakat, tanaman lebih steril dan tidak mudah kena penyakit karena tidak menggunakan tanah (Lommen, 2008).
Hidroponik memiliki beberapa model yaitu wick (sistem sumbu), drip, ebb-flow, water culture, Nutrient Film Technique (NFT), aeroponic dan windowfarm (Lee & Lee, 2015). Semua model ini dapat diimplementasikan dalam skala rumah tangga atau industri. NFT merupakan salah satu teknik hidroponik yang sering digunakan oleh masyarakat urban. Sistem ini muncul untuk memperbaiki sistem ebb-flow. NFT menggunakan larutan nutrisi yang kaya unsur hara anorganik dan oksigen mengaliri akar tanaman di dalam baki secara berulang-ulang sehingga membuat tanaman selalu tercukupi kebutuhan nutrisinya.
Larutan nutrisi memiliki peran penting dalam pertumbuhan tanaman. Larutan ini tersimpan di dalam tandon nutrisi hidroponik. Akar tanaman dapat menyerap nutrisi saat terendam dalam larutan nutrisi dengan suhu 20-25°C selama 12 jam. Suhu larutan nutrisi lebih dari 25°C atau dibawah 15°C akan menurunkan kadar klorofil dan berdampak pada pertumbuhan tanaman (Ginting, 2008). Larutan nutrisi harus sering dipantau agar tidak sampai habis yang dapat menyebabkan tanaman tidak mendapatkan nutrisi dan gagal panen.
Hal lain yang dapat menyebabkan gagal panen pada budidaya tanaman hidroponik adalah faktor cuaca. Cuaca yang sering berubah-ubah menyebabkan tumbuhnya jamur. Salah satu jamur yang menyebabkan gagal panen pada budidaya tanaman hidroponik adalah downy mildew (“Downy mildew,” 2016). Petani sering tidak menyadari
kehadiran jamur ini karena jamur menginfeksi bagian bawah daun sehingga tidak terlihat dari permukaan.
Beberapa penelitian sebelumnya sudah dilakukan untuk memonitor parameter tanaman hidroponik (Domingues, Takahashi, Camara, & Nixdorf, 2012; Raharja & Iswanto, 2012; Saaid, Yahya, Noor, & Ali, 2013). Parameter yang dipantau antara lain suhu dan ketinggian level nutrisi di baki. Hasil pemantauan belum dapat dimonitor melalui internet sehingga petani hanya bisa memantau parameter di dalam greenhouse. Agar parameter dapat dipantau di luar greenhouse atau di luar farm maka diperlukan suatu sistem pemantauan parameter budidaya tanaman hidroponik berbasis web melalui jaringan internet dengan notifikasi melalui email apabila parameter melampaui batas ambang yang diperbolehkan.
METODE PENELITIAN
Ada lima tahapan metode dalam penelitian ini seperti ditunjukkan pada gambar 1. Kelima tahapan ini yaitu survei, perencanaan, konstruksi, pengujian dan analisis hasil pengujian.
Gambar 1. Metode penelitian
Survei
Pada tahap ini dilakukan inventarisasi kebutuhan sistem. Kebutuhan sistem diperoleh dari survei ke beberapa petani hidroponik. Data yang dibutuhkan antara lain data untuk menentukan batas ambang suhu dan level tandon nutrisi beserta penempatan sensor untuk mendapatkan hasil yang optimal. Tahap ini sangat krusial karena menentukan keberhasilan tahapan selanjutnya.
Perencanaan
Perencanaan pada tahap ini meliputi perencanaan perangkat keras dan perangkat lunak yang akan digunakan. Perangkat keras meliputi perencanaan sistem pemantauan seperti ditunjukkan pada gambar 2.
Gambar 2. Perencanaan perangkat keras
Pada perencanaan perangkat keras ini, instalasi hidroponik tipe NFT diletakkan di dalam greenhouse. Sensor suhu waterproof dicelupkan ke dalam tandon nutrisi untuk mengetahui suhu larutan nutrisi selama 24 jam. Sensor yang digunakan yaitu
waterproof LM35DZ seperti yang ditunjukkan pada gambar 3a. Sensor ini bekerja pada daerah pengukuran 0°C – 100°C dengan faktor skala linear 10mV/°C. Sensor level nutrisi digunakan untuk mengukur ketinggian larutan nutrisi selama 24 jam. Sensor yang dipakai yaitu Ultrasonic Ranging Module HC-SR04 yang bisa mengukur jarak antara 2 cm – 500 cm dengan resolusi 0,3 cm seperti yang ditunjukkan pada gambar 3b. Sensor suhu dan kelembapan yang digunakan untuk mengukur suhu dan kelembapan di dalam greenhouse menggunakan SHT11 seperti ditunjukkan pada gambar 3c. Sensor ini memiliki rentang suhu -40°C – 123,8°C dengan akurasi ±0,4°C dan kelembapan memiliki rentang 0 – 100 %RH dengan akurasi ±3,0 %RH.
(a) (b) (c)
Gambar 3. Perangkat sensor yang digunakan (a) sensor suhu waterproof (b) sensor level larutan nutrisi (c) sensor suhu dan kelembapan
Sensor-sensor ini akan mengirimkan data ke mikroprosesor untuk diolah kemudian dikirim ke internet melalui Local Area Network (LAN). Mikrokontroller yang digunakan dalam penelitian ini adalah Arduino Mega 2560 yang menggunakan mikroprosesor ATMega2560 dengan 54 digital I/O, 16 analog input dan 4 UART seperti ditunjukkan pada gambar 4a. Penggunaan mikrokontroller dengan banyak I/O bertujuan agar tidak sampai kekurangan I/O saat sistem dikembangkan lagi. Untuk mengirim data melalui LAN ke intenet menggunakan ethernet shield W5100 dengan kecepatan 10/100 Mbps seperti ditunjukkan pada gambar 4b.
(a) (b)
Gambar 4. (a) Arduino Mega 2560 (b) ethernet shield W5100
Perencanaan berikutnya yaitu perencanaan perangkat lunak. Perangkat lunak yang digunakan pada penelitian ini yaitu open source Arduino untuk memprogram mikrokontroller, HTML5, CSS3 dan PHP digunakan untuk membuat tampilan di situs web dan basis data MySQL digunakan untuk menyimpan data-data parameter suhu larutan nutrisi, level larutan nutrisi, suhu dan kelembapan greenhouse. Notifikasi melalui email digunakan apabila parameter suhu dan level larutan nutrisi melampaui batas ambang. Batas ambang suhu larutan nutrisi direncanakan antara 15°C - 25°C dan level larutan nutrisi diatur antara 15 cm – 30 cm. Batas ambang bawah level larutan nutrisi diatur 15 cm agar pompa masih dapat bekerja mengalirkan larutan nutrisi ke tanaman. Batas ambang atas level larutan nutrisi diatur 30 cm agar larutan nutrisi tidak sampai meluber keluar dari tandon.
Konstruksi
Pada tahap ini dilakukan konstruksi sesuai perencanaan yaitu konstruksi perangkat keras meliputi instalasi hidroponik tipe NFT beserta semua komponen peralatan dan perangkat lunak meliputi pemrograman di arduino dan pemrograman antar muka berbasis web.
Pengujian
Ada tiga tahapan pengujian dalam penelitian ini yaitu pengujian pengiriman data sensor ke server, pengujian notifikasi batas ambang melalui email, dan pengujian transfer data pemantauan parameter melalui web.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Instalasi hidroponik tipe NFT di dalam greenhouse ditunjukkan pada gambar 5a. Atap greenhouse memakai plastik UV dan dindingnya memakai insect net sehingga aman dari gangguan serangga. Sensor suhu dan kelembapan greenhouse diatur menggantung di dalam greenhouse seperti pada gambar 5b. Sensor suhu waterproof
tenggelam di dalam larutan nutrisi dan sensor jarak diletakkan di atas tandon nutrisi seperti terlihat pada gambar 5c. Semua sensor terhubung ke mikrokontroller dan ethernet shield dihubungkan ke LAN seperti pada gambar 5d. Data-data pembacaan sensor dikirim setiap 5 detik ke server melalui jaringan internet.
(a) (b)
(c) (d)
Gambar 5. (a) Greenhouse hidroponik tipe NFT (b) Sensor suhu dan kelembapan greenhouse (c) Sensor suhu waterproof dan sensor level larutan nutrisi (d) Mikrokontroller dan ethernet
shield
Hasil antar muka pemantauan sistem dapat dilihat pada gambar 6. Antar muka ini dapat dilihat secara online dengan tautan http://www.helnikoi.com. Tampilan antar muka saat diakses melalui perangkat mobile bisa dilihat pada gambar 6a dan melaui perangkat desktop dapat dilihat pada gambar 6b. Hasil pembacaan sensor dapat dilihat secara real time pada halaman web ini yang akan memperbaruihalaman secara otomatis setiap 5 detik sekali.
(a) (b)
Gambar 6. Antar muka sistem berbasis web (a) Antar muka di perangkat mobile (b) Antar muka di desktop
Sistem pemantauan ini dijalankan selama 24 jam. Tabel 1 menunjukkan sampel data-data parameter selama 2 menit pada pukul 8.26 malam. Berdasarkan data pada tabel 1, serverdatabase hanya menerima 4 data dalam selang waktu 1 menit, sedangkan mikrokontroller mengirim data ke server setiap 5 detik sekali atau 12 kali dalam 1 menit. Berdasarkan data ini, prosentase data yang terkirim dari mikrokontroller ke server bisa dilihat pada persamaan 1.
4 / 12 x 100% = 33,3% ... (1) Tabel 1
Pengiriman data parameter dalam 2 menit
Waktu Greenhouse Larutan Nutrisi
Suhu (°C) Kelembapan (%RH) Suhu (°C) Level (cm)
20:26:02 27,79 81,39 24,59 27,50 20:26:17 27,78 81,38 24,58 27,45 20:26:32 27,78 81,38 24,58 27,49 20:26:47 27,76 81,43 24,56 27,49 20:27:03 27,73 81,58 24,54 27,48 20:27:18 27,71 81,66 24,51 27,49 20:27:33 27,70 81,79 24,53 27,49 20:27:48 27,71 81,82 24,51 27,48
Tabel 2 menunjukkan pengujian notifikasi batas ambang suhu dan level larutan nutrisi. Sistem diatur agar saat suhu larutan nutrisi kurang dari 15°C atau lebih dari 25°C dan saat level larutan nutrisi dibawah 15 cm atau diatas 30 cm maka sistem akan mengirim email ke petani. Berdasarkan tabel 2, sistem berhasil mengirim notifikasi melalui email ke petani apabila parameter suhu dan level larautan nutrisi melebihi batas ambang dengan prosentase keberhasilan 100%.
Tabel 2
Pengujian notifikasi batas ambang larutan nutrisi ke petani
No Suhu (°C) Level (cm) Notifikasi email
1 0 14,50 Ya
2 0 27,48 Ya
3 24,55 27,78 Tidak
4 30,27 27,78 Ya
Peramban web Google Chrome digunakan untuk menguji besar transfer data tampilan parameter di halaman web. Tabel 3 menunjukkan data besar transfer data halaman web setiap 5 detik sekali. Saat 5 detik pertama halaman web pertama kali dibuka dengan transfer data sebesar 341 KB. Ukuran ini disebabkan Google Chrome mengunduh semua file yang diperlukan untuk membuat tampilan sistem pemantauan. Saat detik ke-10 sampai dengan detik ke-60, ukuran file hanya 3,1 KB. Hal ini disebabkan karena Google Chrome masih menyimpan file-file yang diperlukan di dalam
cache. Total transfer data pemantauan dalam 1 menit adalah 375,1 KB sehingga transfer data dalam 1 jam dapat dilihat pada persamaan 2.
375,1 + (3,1 x 12 x 59) = 2.569,9 KB atau 2,6 MB ... (2)
Dengan besar transfer data 2,6 MB/jam, petani dianjurkan tidak memantau parameter secara terus menerus karena bisa dengan cepat mengurangi kuota data langganan internet. Hal ini membutuhkan suatu solusi untuk mengurangi besaran transfer data sehingga petani dapat memantau data parameter tanpa khawatir kuota data internet yang dilanggan habis.
Tabel 3
Transfer data pemantauan melalui web dalam 1 menit
No Detik Ukuran file (KB)
1 5 341 2 10 3,1 3 15 3,1 4 20 3,1 5 25 3,1 6 30 3,1 7 35 3,1 8 40 3,1 9 45 3,1 10 50 3,1 11 55 3,1 12 60 3,1 Total 375,1 SIMPULAN
Sistem pemantauan parameter budidaya tanaman hidroponik tipe NFT diperlukan oleh petani untuk mencegah kegagalan panen. Sistem yang dibangun dapat menampilkan data parameter sebanyak 4 kali per menit dan mengirim notifikasi melalui email ke petani apabila data parameter melebihi batas ambang. Petani tidak dianjurkan untuk memantau parameter melalui web secara terus menerus karena mengakibatkan kuota internet akan berkurang 375,1 KB/menit. Dengan adanya sistem pemantauan ini juga memunculkan permasalahan lain yaitu ukuran database membengkak. Dalam satu hari ukuran database adalah 268,4 KB/hari atau 8 MB/bulan. Ukuran ini hanya untuk memantau 4 parameter dan 1 gully hidroponik NFT saja sedangkan parameter yang lain seperti pH dan TDS belum dipantau.
DAFTAR PUSTAKA
Domingues, D. S., Takahashi, H. W., Camara, C. A. P., & Nixdorf, S. L. (2012). Automated system developed to control pH and concentration of nutrient solution
evaluated in hydroponic lettuce production. Computers and Electronics in Agriculture, 84, 53–61. http://doi.org/10.1016/j.compag.2012.02.006
Downy mildew. (2016). Horticulture Week, 47–47.
Ginting, C. (2008). Pengaruh Suhu Zona Perakaran Terhadap Pertumbuhan Dan Kadar Klorofil Tanaman Selada Sistem Hidroponik. Agriplus, 18(3), 169–178. Retrieved from http://faperta.uho.ac.id/agriplus/Fulltext/2008/AGP1803003.pdf
Jones, J. B. (2004). Hydroponics. A Practical Guide for the Soilless Grower.
Hydroponics. http://doi.org/doi:10.1201/9781420037708.ch1
Lee, S., & Lee, J. (2015). Beneficial bacteria and fungi in hydroponic systems: Types and characteristics of hydroponic food production methods. Scientia Horticulturae,
195, 206–215. http://doi.org/10.1016/j.scienta.2015.09.011
Lommen, W. J. M. (2008). The Canon of Potato Science: 27. Hydroponics. Potato Research, 50(3), 315–318. article. http://doi.org/10.1007/s11540-008-9053-x
Raharja, N. M., & Iswanto. (2012). Monitoring Sistem Pengendalian Suhu dan Saluran Irigasi Hidroponik pada Greenhouse Berbasis Web. In Seminar Ilmiah Nasional Komputer dan Sistem Intelijen (KOMMIT 2012) (Vol. 7).
Saaid, M. F., Yahya, N. A. M., Noor, M. Z. H., & Ali, M. S. A. M. (2013). A development of an automatic microcontroller system for Deep Water Culture (DWC). In Proceedings - 2013 IEEE 9th International Colloquium on Signal Processing and its Applications, CSPA 2013 (pp. 328–332). http://doi.org/10.1109/CSPA.2013.6530066
