27
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Sifat Fisik Tanah Lahan Percobaan
Pengujian sifat fisik tanah dilakukan di balai penelitian tanah kota bogor. Pengujian tanah berupa nilai pF tanah, sifat fisik tanah, dan struktur tanah. Dalam pengujian ini diambil empat buah sampel tanah dari lahan percobaan yang terdiri atas 2 sampel pada kedalaman 5-10 cm dan 2 sampel pada kedalaman 10-15 cm. dari ke empat sampel diambil nilai rata-rata.
Gambar 26. Grafik hubungan nilai pF tanah dengan kadar air tanah
Grafik pada Gambar 26. diatas merupakan grafik hasil pengujian tanah berupa nilai pF tanah dan kadar air tanah. Sumbu absis merupakan nilai pF yang didapatkan dari perhitungan menggunakan model Van Genuchten.
Data di atas nantinya digunakan untuk menentukan nilai kadar air tanah yang harus dijaga pada nilai kadar air tanah pada saat pF antara 4.2 sampai 2.54 agar tanaman tetap tumbuh sampai panen. Pemantauan nilai kadar air tanah digunakan sensor kadar air tanah yang terpasang di antara kendi dan tanaman yang sebelumnya telah dikalibrasi.
4.2 Kalibrasi Sensor
Sensor yang dilakukan kalibrasi berupa sensor water level dan sensor kadar air tanah. Sensor
water level digunakan untuk menentukan nilai set point pada sistem agar air dalam kendi tetap terjaga
ketinggiannya sehingga sebaran air ke daerah perakaran tanaman selalu merata. Sedangkan untuk sensor kadar air tanah digunakan untuk melihat perubahan kadar air tanah yang terjadi akibat sistem selama sistem bekerja.
Kalibrasi sensor dilakukan untuk menyesuaikan nilai yang diukur manual dengan keluaran dari sensor. Perancangan kalibrasi sensor water levelport yang digunakan adalah port 5v, portground
dan portanalog serial A0.
Air-entry F.Capacity PW.Point 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 V WC ( cm 3/c m 3) pF
28 Objek yang digunakan adalah air yang berada pada gelas ukur. Kemudian dilakukan pengukuran mulai dari tinggi minimal sampai tinggi maksimal yang dapat dibaca oleh sensor terlihat pada Gambar 27. di bawah ini:
Gambar 27. Kalibrasi sensor water level
y = -0.201x + 65.60 R² = 0.955 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 Ti ng gi M uk a A ir (c m ) Bacaan Sensor
29 Pada grafik Gambar 28. di atas sumbu absis merupakan nilai yang tertampil pada serial
monitor arduino-022. Sedangkan sumbu ordinat menunjukkan tinggi muka air yang diukur secara
manual dalam satuan cm sebagai tanda kapan harus membaca nilai yang terlihat pada serial monitor. Dari hasil kalibrasi sensor water level tersebut diperoleh hubungan antara nilai pada sensor dengan nilai tinggi muka air sebenarnya dengan persamaan y=-0.201x + 65.60, persamaan ini dapat digunakan untuk menghitung tinggi muka air sebenarnya dimana y adalah tinggi muka air dalam satuan cm dan x adalah nilai bacaan sensor dalam satuan ekivalen bilangan biner. Adapun nilai koefisien determinasi dari persamaan ini sebesar 0.955. hal ini menunjukkan hasil kalibrasi dapat digunakan dengan tingkat akurasi tinggi.
Selain itu, data kalibrasi water level di atas digunakan sebagai nilai masukan pada program kontrol yang meliputi batas atas dan batas bawah yang didefinisikan sebagai berikut:
Sensor water level : Batas bawah < WaterLevel ≤ Batas atas
Selain itu, dilakukan kalibrasi sensor kadar air tanah dengan perancangan kalibrasi sensor kadar air tanah. Port yang digunakan adalah port 5v, portground dan portanalog serial A1.
Objek yang digunakan adalah tanah yang telah dikeringkan pada suhu 105 oC selama 24 jam. Kemudian dilakukan pengukuran mulai dari kadar air tanah nol persen sampai pada kadar air tanah jenuh yaitu 43.75 persen.
y = 0.092x - 15.48 R² = 0.887 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 0 100 200 300 400 500 600 K ad ar A ir T an ah (% ) Bacaan Sensor
Gambar 29. Grafik hasil kalibrasi sensor kadar air tanah
Pada grafik Gambar 29. di atas sumbu absis merupakan nilai yang tertampil pada serial
monitor arduino-022. Sedangkan sumbu ordinat menunjukkan kadar air tanah yang diukur secara
manual dengan perlakuan penambahan air sebesar 50 mL.
Dari hasil kalibrasi kadar air tanah tersebut diperoleh hubungan antara nilai pada sensor dengan nilai kadar air tanah sebenarnya dengan persamaan y= 0.092x – 15.48, persamaan ini dapat digunakan untuk menghitung kadar air tanah sebenarnya dimana y adalah kada air tanah dalam satuan persen dan x adalah nilai bacaan sensor dalam satuan ekivalen bilangan biner. Adapun nilai koefisien determinasi dari persamaan ini sebesar 0.887. hal ini menunjukkan hasil kalibrasi dapat digunakan.
30
4.3 Rangkaian Sistem Otomatisasi
Rangkaian sistem otomatisasi irigasi kendi dapat dibagi menjadi tiga blok, yaitu blok I sebagai rangkaian input, blok II sebagai rangkaian pengendali sistem, dan blok III sebagai rangkaian
output. Bentuk fisik dari rangkaian sistem otomatisasi irigasi kendi yang telah selesai dibangun
ditunjukkan oleh Gambar 30.
Blok I terdiri atas satu buah sensor water level dan satu buah sensor kadar air tanah, dimana sensor water level digunakan untuk mendeteksi ketinggian air dalam kendi dan sensor kadar air tanah untuk mendeteksi nilai kadar air tanah yang telah terbasahkan oleh rembesan kendi. Port yang digunakan untuk sensor water level adalah port 5 volt, port ground, dan port analog serial A0. Sedangkan untuk sensor kadar air tanah digunakan port 5 volt, portground dan portanalog serial A1. Blok II terdapat komponen mikrokontroler ATMega328P yang berfungsi sebagai pengolah keseluruhan data inputanalog pada sensor water level dan sensor kadar air tanah untuk mendapatkan nilai ketinggian air di dalam kendi dan kadar air tanah di daerah pembasahan kendi. Data yang diperoleh sebagai masukan kontrol kemudian diolah oleh mikrokontroler, sehingga dihasilkan keluaran. Pada blok mikrokontroler juga dipasang SD modul untuk merekam data hasil pembacaaan sensor dan real time clock untuk membuat perekaman data yang disertai dengan waktu pengukuran.
Real time clock (RTC) dipasang pada portground, port 5 volt, portanalog serial A4, dan portanalog
serial A5. Terdapat beberapa rangkaian pada blok II, antara lain baterai 12 volt yang telah
dihubungkan ke solar cell sebagai daya sistem, relay sebagai scalar otomatis untuk menghidupkan dan mematikan sistem, dan doubler 12 volt to 24 volt sebagai penguat arus dari baterai ke solenoid valve.
Blok III adalah rangkaian relay dan solenoid valve yang berfungsi sebagai pembuka tutup aliran air yang akan masuk ke dalam kendi. Port yang digunakan unutk relay adalah portdigital serial
8 dan portground.
Gambar 30. Bentuk fisik perancangan sistem otomatisasi irigasi kendi
4.4 Pemantauan Bacaan Sensor
Sensor merupakan alat yang digunakan untuk mengenali lingkungan. Sensor dapat terhubung secara langsung dengan mikrokontroler melalui portanalog. Data yang diberikan sensor berupa data
analog, sedangkan mikrokontroler dalam pengolahan data menggunakan data digital. Oleh sebab itu
31 Modul ADC terletak pada port C dari mikrokontroler atau biasa disebut dengan port analog. Arduino Uno mempunya 6 port analog yang dapat digunakan untuk membaca masukan dari sensor.
Data monitoring didapat dari dua sensor yang terpasang pada sistem, yaitu sensor water level
dan sensor kadar air tanah yang terhubung dengan mikrokontroler ATMega328P. Pengambilan data dilakukan dengan memasang stackable SD card shield dan real time clock pada sistem kontrol untuk merekam data yang kemudian data di ambil setiap hari selama pengamatan.
Pengaturan tinggi muka air dalam kendi dibuat berdasarkan tinggi kendi dan tinggi simpanan air dalam kendi. Tinggi kendi sampai leher kendi dari pengukuran sebesar 14 cm yang terlihat pada Gambar 31. dan untuk tinggi simpanan kendi diambil sebesar 5 cm dari dasar kendi hal ini dikarenakan pada saat air kendi berada pada ketinggian 5 cm, rembesan air dalam kendi masih berada 23 cm horizontal di daerah perakaran kendi seperti terlihat pada Gambar 32. Selain itu, penentuan tinggi bawah sebesar 5 cm dikarenakan supply dari aktuator sangat besar, sehingga dibutuhkan rentan yang cukup tinggi agar air tidak meluap keluar kendi.
32 Gambar 32. Profil kelembaban tanah dalam tiap kedalaman pembenaman kendi (Edward, 2000)
Voltase yang digunakan untuk menjalankan sensor sebesar 5 volt yang diambil dari baterai 12 volt melalui port input voltase dari mikrokontroler. Data hasil pemantauan tinggi muka air disajikan pada Gambar 33.
Sumbu absis pada grafik menunjukkan waktu selama pelaksanaan pengambilan data sementara sumbu ordinat primary merupakan tinggi muka air (cm) yang telah dikonversi dari bentuk asal data keluaran dari serial monitor dengan menggunakan persamaan kalibrasi yang sebelumnya telah dilakukan. Sedangkan sumbu ordinat secondary merupakan nilai aktuator dimana ketika on diberi nilai 1 dan ketika off diberi nilai 0.
0 1 0.000 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 14.000 16.000 18.000 20.000 8 :2 4 :0 0 9 :3 6 :0 0 1 0 :4 8 :0 0 1 2 :0 0 :0 0 1 3 :1 2 :0 0 1 4 :2 4 :0 0 1 5 :3 6 :0 0 1 6 :4 8 :0 0 Ti ng gi M uk a A ir ( cm ) Waktu
Gambar 33. Grafik Tinggi muka air
Pada grafik Gambar 33. diatas terlihat perubahan tinggi muka air dari bacaan sensor yang diakibatkan adanya air yang merembes ke daerah perakaran, adanya evaporasi dan pengaruh nyalanya aktuator. Untuk mengisi air ke dalam kendi, aktuator hanya butuh waktu kurang dari 10 detik. Sehingga, ketika aktuator menyala air dalam kendi melebihi batas atas yang telah ditentukan karena interval pembacaan dari sensor yaitu setiap 5 detik. Selain itu penggunaan aktuator yang berupa
33 solenoid valve berukuran ¾” cukup besar. Sehingga bias digunakan solenoid valve yang berukuran lebih kecil.
Untuk sensor kadar air tanah voltase yang digunakan untuk menjalankan sensor sebesar 5 volt melalui portinput voltase dari mikrokontroler. Data hasil pemantauan kadar air tanah disajikan pada Gambar 34. 0.340 0.345 0.350 0.355 0.360 0.365 0.370 8 :2 4 :0 0 9 :3 6 :0 0 1 0 :4 8 :0 0 1 2 :0 0 :0 0 1 3 :1 2 :0 0 1 4 :2 4 :0 0 1 5 :3 6 :0 0 1 6 :4 8 :0 0 K a da r A ir T a na h (c m 3/ cm 3) Waktu
Gambar 34. Grafik Kadar air tanah
Sumbu absis pada grafik menunjukkan waktu selama pelaksanaan pengambilan data sementara sumbu ordinat merupakan kadar air tanah (cm3/cm3) yang telah dikonversi dari bentuk asal data keluaran dari serial monitor dengan menggunakan persamaan kalibrasi yang sebelumnya telah dilakukan.
Pada grafik Gambar 34. terlihat kadar air tanah yang terjadi akibat pembasahan oleh rembesan air dalam kendi masih berada di antara nilai kapasitas lapang dan titik layu permanen yaitu berada diantara 0.291 – 0.381. Hal ini dapat dikatakan dalam pemberian air untuk irigasi sistem otomatisasi irigasi kendi ini tidak berlebih atau memenuhi kebutuhan air untuk tanaman. Seperti telah diketahui bahwa akar tanaman hanya dapat menyerap air jika kadar air tanah berada pada nilai pF di bawah 4.2 dan juga air cenderung akan mengalir akibat adanya gravitasi ketika kadar air tanah berada pada nilai pF di bawah 2.54. Maka dari itu, penentuan kadar air tanah yang baik untuk tanaman ketika nilai kadar air tanah berada pada rentan nilai pF 2.54 sampai pF 4.2. Sehingga akar tanaman masih dapat menyerap air dan air pun tidak mengalami pergerakan (perkolasi) akibat adanya gaya gravitasi.
