BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka
Berikut ini adalah beberapa landasan teori yang digunakan penulis untuk melakukan penelitian:
2.1.1 Hidroponik
Hidroponik adalah suatu metode budidaya pertanian tanpa menggunakan media tanah, melainkan menggunakan media air [9]. Penggunaan hidroponik tidak memerlukan lahan yang luas, sehingga dapat menjadi salah satu alternatif bagi masyarakat untuk tetap bercocok tanam. Hidroponik memiliki beberapa macam jenis, salah satunya ialah metode Deep flow technique (DFT). DFT adalah salah satu metode yang ada pada hidroponik. Metode ini menerapkan aliran nutrisi secara kontinyu dan terdapat genangan setangah dari diameter pipa yang menggenangi akar tanaman [13]. Terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi hasil budidaya hidroponik antara lain suhu, nutrisi dan pH air. Kadar pH tanaman hidroponik secara umum berkisar pada rentang nilai 5,5 sampai 7,5. Jika berada diluar rentang tersebut dapat mengakibatkan endapan larutan nutrisi, sehingga akar tidak menyerap zat hara dengan baik [14]. Suhu yang baik untuk hidroponik, pada umumnya berkisar pada rentang 20oC sampai 30oC [15]. Beberapa contoh tanaman yang dapat dibudidayakan dengan metode hidoponik antara lain :
1. Tanaman Pakchoy
Jenis tanaman sawi salah satunya adalah sawi sendok atau dikenal dengan pakchoy (Barassica rapa L) [16]. Pakchoy merupakan tanaman musiman, dimana dengan metode hidroponik dapat menghasilkan panen secara terus menerus [17].
Keberhasilan budidaya tanaman dengan metode hidroponik ditentukan oleh beberapa faktor, salah satunya nilai nutrisi. Kadar nutrisi pada tanaman pakchoy dapat menggunakan rentang 1000 sampai 1500 ppm (part per million) [17].
2. Tanaman Selada
Tanaman selada (Lactuca sativa L) merupakan tanaman semusim yang dapat tumbuh dengan baik pada iklim tropis [18]. Tanaman selada dengan
pembudidayaan yang masih menggunakan media tanam konvensional dengan penggunaan pupuk kimia dikhawatirkan kurang higienis [19]. Metode hidroponik tidak menggunakan pupuk kimia. Hal yang perlu diperhatikan saat menggunakan metode hidroponik salah satunya nilai nutrisi. Kadar nutrisi pada tanaman selada dapat menggunakan rentang 800 sampai 1200 ppm [20].
3. Tanaman Bayam
Tanaman bayam (Amaranthus sp) dikenal sebagai sayuran yang dapat menjadi sumber pangan yang baik untuk tubuh [21]. Budidaya tanaman selain dengan metode konvensional dapat menggunakan metode hidroponik untuk dapat meningkatkan kualitas hasil tanaman [22]. Budidaya dengan metode hidroponik memerlukan penentuan nilai nutrisi air yang akan digunakan. Kadar nutrisi pada tanaman bayam dapat menggunakan rentang 1200 sampai 1500 ppm [23].
Penerapan budidaya hidroponik dalam proses perbaikan nilai nutrisi dan pH air tanaman dilakukan dengan bahan baku cairan nutrisi ABmix dan pH yang telah tersedia diberbagai tempat. Jenis cairan nutrisi ABmix dan cairan pH yang digunakan yaitu :
1. Larutan ABmix
Nutrisi ABmix merupakan cairan nutrisi yang digunakan pada hidroponik. Nutrisi ABmix dibuat dalam dua kemasan yang berbeda yaitu Mix A dan Mix B, Mix A mengandung unsur Kalsium, sedangkan mix B mengandung sulfat dan fospat.
Kedua jenis larutan tidak boleh disimpan dalam satu tempat penyimpanan [24].
Jenis nutrisi yang digunakan ialah nutrisi ABmix merek goodplant dari CV Sapto Bumi Hidroponik. Pemberian cairan nutrisi ABmix dilakukan dengan takaran yang seimbang antara cairan Mix A dan cairan Mix B yang telah disiapkan [19].
2. Larutan Peningkat dan Penurun PH
Larutan perbaikan pH air hidroponik dilakukan dengan menggunakan dua macam larutan yaitu peningkat dan penurun pH. Jenis larutan peningkat dan penurun pH yang digunakan berasal dari pekon hydrofarm dengan komposisi penurun pH menggunakan 10% asam fosfat dan peningkat pH menggunakjan 10% kalium hidroksida.
2.1.2 Komponen Penelitian
Komponen penelitian berisi tentang informasi dari alat yang digunakan dalam pembangunan sistem
1. Arduino Mega 2560
Arduino mega 2560 adalah papan mikrokontroler yang berbasis pada ATmega2560. Arduino mega 2560 memiliki 54 pin input/output digital, 16 pin input analog, dan tegangan masukan (disarankan) 7-12 V, memori penyimpanan SRAM 8 KB dan EEEPROM 4 KB [25]. Arduino mega 2560 dipilih karena memiliki jumlah pin yang lebih banyak dan memori penyimpanan lebih besar.
2. NodeMCU ESP8266
NodeMCU ESP8266 adalah papan elektronik yang berbasis chip ESP8266 dengan kemampuan menjalankan fungsi mikrokontroler dan juga koneksi internet(WiFi).
NodeMCU ESP8266 memiliki 16 pin input/output digital, dan tegangan masukan (disarankan) 7 - 12 V [26].
3. Modul LM2596 DC To DC Step Down VoltageRegulaltor
Modul LM2596 merupakan modul dc to dc step down yang digunakan sebagai pengubah tegangan dc yang masuk dari sumber listrik dc seperti aki. Modul ini memiliki keluaran tetap 5 Volt, dapat menerima tegangan sampai 40 Volt dan dapat mengatur tegangan keluaran antara 1.23 Volt sampai 37 Volt [27]. Modul LM2596 ini mengatur energi listrik yang akan diterima oleh relay dari adaptor power supply agar tidak terjadi kelebihan daya listrik pada relay dan tetap menjaga dalam batasan tegangan input yang disarankan sebesar 7-10 Volt.
4. Sensor DS18B20
Sensor Suhu DS18B20 adalah sensor yang digunakan untuk mengukur suhu ataupun temperature dari air yang mana sensor ini menggunakan satu pin jalur data komunikasi. Sensor DS18B20 memiliki rentang pengukuran suhu -55ºC sampai 125ºC dengan akurasi minimum ±0,5ºC [28].
5. Sensor pH meter air
Sensor pH meter air adalah alat ukur tingkat keasaman cairan (pH) yang menggunakan pengukur standar industri sebagai komponen utamanya. Elektroda sensor terbuat dari membran kaca sensitif dengan impendasi kecil sehingga menghasilkan hasil pengukuran dengan respon cepat dan stabilitas terhadap suhu tinggi [29]. Prinsip kerja alat ini yaitu semakin banyak elektron pada sampel maka akan semakin bernilai asam dan begitu pun sebaliknya.
6. Sensor TDS meter air
Total Disolved Solids (TDS) yang secara bahasa berarti jumlah padatan terlarut.
TDS meter memiliki fungsi mengukur jumlah padatan atau partikel terlarut dalam air. Sensor ini mengetahui nilai kepekatan padatan larutan nutrisi dengan satuan ppm (part per million) [30]. Sensor TDS berguna pada budidaya hidroponik karena dapat mengukur tingkat nutrisi air bagi tanaman, agar memiliki nilai nutrisi yang diingkan.
7. Sensor TCS3200
Sensor TCS3200 adalah suatu konverter yang diprogram untuk mengubah warna menjadi frekuensi yang tersusun atas konfigurasi silicon photodiode dan konverter arus ke frekuensi dalam IC CMOS monolithic yang tunggal. Keluaran dari sensor ini adalah gelombang kotak (duty cycle 50%) frekuensi yang berbanding lurus dengan intensitas cahaya (irradiance) [31]. Warna yang dimiliki oleh photodioda tersusun atas warna dasar RGB (Red, Green, Blue) dengan masing-masing warna memiliki 16 photodioda.
8. Modul Relay
Relay adalah saklar yang dioperasikan dengan energi listrik dan merupakan komponen elektronika yang terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (coil) dan Mekanikal (seperangkat kontak saklar). Relay digunakan sebagai saklar penghubung/pemutus untuk arus beban yang cukup besar, dikontrol oleh sinyal listrik dengan arus yang kecil dan dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi [12].
9. Pompa Air DC 12V
Pompa adalah mesin yang biasa digunakan untuk mendistribusikan cairan dari satu tempat ke tempat yang lain dan juga sebagai penguat laju aliran pada suatu sistem jaringan perpipaan. Pompa air DC memiliki kekuatan dalam pendistribusian air sebesar 2,8 liter/menit [32]. Pada penelitian ini pompa air DC akan terus hidup sebagai alat pendistribusian air dari bak air utama menuju pipa hidroponik.
10. Pompa Air DC 5V
Pompa air mini memiliki kekuatan dalam pendistribusian air sebesar 1,3 sampai 2 liter/menit. Pompa air mini digunakan hanya untuk pendistribusian penambahan air ke bak utama jika ppm air terindikasi mengalami kelebihan nilai nutrisi.
Pompa air mini dapat diatur kondisi ON dan OFF dengan bantuan modul relay.
11. Adaptor Power Supply 12V
Catu daya (power supply) adalah suatu rangkaian elektronik yang mengubah arus listrik bolak-balik menjadi arus listrik searah. Catu daya merupakan sebuah peralatan yang berfungsi sebagai penyedia daya untuk peralatan lainnya [33].Adapator disini akan menjadi sumber tegangan utama arus listrik kerangkaian komponen yang ada pada penelitian.
2.1.3 Firebase Realtime Database
Firebase Realtime Database adalah salah satu layanan dari Google untuk memberikan kemudahan pengembang dalam penyimpanan data secara daring (cloud). Firebase Realtime Database adalah database yang disimpan dan dieksekusi dalam bentuk JSON. Database pada firebase bersifat non-relational atau NoSQL, dimana database ini merupakan jenis database yang tidak menggunakan sistem tabel dalam implementasinya tetapi menggunakan penyimpanan cloud firebase [34]. Pada Penelitian ini, Firebase Realtime Database digunakan sebagai media penyimpanan data hasil pendeteksian sensor suhu, warna, pH, dan nutrisi pada budidaya hidroponik. Data yang ada akan diolah untuk ditampilkan pada bagian aplikasi mobile sebagai informasi bagi pengguna aplikasi.
2.1.4 Logika Fuzzy Mamdani
Logika fuzzy adalah suatu cara yang dapat memetakan suatu ruang input ke dalam ruang output. Logika fuzzy memiliki nila real dalam rentang 0 sampai 1. Proses pengambilan keputusan berbasis aturan yang bertujuan untuk memecahkan masalah ketidakpastian, dimana sistem dirancang untuk mengontrol satu output dari beberapa perangkat masukan yang tidak relevan [35]. Dalam teori sistem fuzzy diketahui bahwa langkah yang biasanya digunakan dalam proses peramalan meliputi empat tahapan yaitu tahap fuzzifikasi, tahap pembentukan komposisi aturan, tahap inferensi dan tahap defuzzifikasi. Tahap fuzzifikasi ialah proses mengubah inputan yang ada menjadi variabel permasalahan untuk dibentuk menjadi fungsi keanggotaan. Tahap pembentukan komposisi aturan fuzzy merupakan tahapan merumuskan aturan yang akan digunakan untuk sistem. Tahap inferensi adalah tahap yang akan menghasilkan aksi keluaran untuk setiap aturan yang telah dibuat. Tahap defuzzifikasi adalah sebuah proses hitung keluaran untuk mendapatkan besaran tegas (crisp) [36]. Hasil keluaran dari penggunaan logika fuzzy mamdani dapat berupa nilai rentang sehingga hasil yang didapatkan, nantinya akan berguna dalam proses penunjang sistem yang akan dibangun.
2.2 Tinjauan Literatur
Pada penelitian ini, penulis akan merancang sistem kontrol dan monitoring tanaman hidroponik berbasis IoT untuk menjaga kesuburan tanaman. Penelitian ini akan memanfaatkan sensor TDS meter untuk mengukur nilai kepekatan nutrisi (ppm), pH meter untuk mengukur pH air, TCS3200 untuk mengetahui warna, dan DS18B20 untuk mengukur suhu dan kelembapan hidroponik, dimana ini adalah fungsi dari monitoring. Pompa air mini digunakan sebagai penghubung antara bak air utama dengan cairan penambah dan pengurang nilai ph maupun nilai kepekatan nutrisi dengan dihubungkan pada relay sebagai pengatur pompa air mini. Pompa air DC berfungsi untuk mengedarkan air dari bak air utama menuju pipa hidroponik. Kontrol dan monitoring sistem dapat dilakukan melalui aplikasi mobile oleh pengguna.
Terdapat beberapa penelitian sebelumnya yang membahas terkait pengembangan sistem monitoring dan kontroling tanaman hidroponik serta dapat melakukan otomatisasi perbaikan air untuk tanaman hidroponik yang penulis jadikan sebagai referensi dalam penelitian tugas akhir ini.
Penelitian yang berjudul “Sistem Monitoring Suhu, Kelembapan, dan Pengendali Penyiraman Hidroponik menggunakan Blynk Android” merupakan penelitian yang terkait dengan penyiraman otomatis tanaman hidroponik dan pemantauan suhu dan kelembapan lingkungan tanaman dengan sensor DHT11, dimana informasi suhu dan kelembapan ditampilkan pada LCD dan dikirimkan pada aplikasi blynk cloud melalui ethernet shield yang dihubungkan dengan internet.
Penyiraman otomatis masih belum sempurna dikarenakan saat kondisi tertentu masih harus dilakukan penyiraman manual [37].
Penelitian yang berjudul “Sistem Deteksi dan Monitoring Kondisi Kepekatan Larutan Nutrisi dan Suhu Dalam Proses Cocok Tanam Hidroponik” merupakan penelitian yang terkait dengan sensor TDS meter yang berfungsi untuk mengukur kepekatan pada larutan nutrisi dan sensor DHT11 untuk megukur suhu lingkungan. Penelitian ini berfokus pada pengawasan dari nilai kepekekatan larutan nutrisi agar tetap terjaga dalam batas yang sesuai. Terhubung dengan driver pompa yang berfungsi untuk pengatur kepekatan larutan nutrisi. Fungsi setting berguna untuk mengatur parameter nilai suhu dan kepekatan larutan nutrisi. Hasil dari monitoring ditampilkan pada LCD dan nilai sensor TDS meter memiliki rentang error yang sangat kecil sebesar 1% [38].
Penelitian berjudul “Perancangan Sistem Nutrisi Otomatis pada Tanaman Hidroponik dengan Mikrokontroler NodeMCU berbasis IoT” Merupakan penelitian yang terkait dengan sensor TDS meter sebagai pengukur kepekatan larutan nutrisi air dan sensor ultrasonik sebagai pengukur debit air pada bak air utama. Penelitian ini akan melakukan pemantauan terhadap nilai kepekatan larutan nutrisi dan ketinggian air pada bak utama. Perbaikan nilai nutrisi air akan terjadi ketika pembacaan sensor TDS meter berada dibawah 560 ppm dimana akan membuka katup selenoid dan ketika telah melebihi nilai 840 ppm katup selenoid akan tertutup. Katup selenoid dapat dikontrol melalui aplikasi blynk yang
telah terhubung dengan NodeMCU. Sensor ultrasonik membaca ketinggian air ketika terindikasi Low pada aplikasi blynk maka katup selenoid akan terbuka dan ketika High katup selenoid akan tertutup [1].
Penelitian berjudul “Monitoring of Hydroponics System using IoT Technology”
merupakan penelitian yang terkait dengan sensor DHT11 sebagai pengukur suhu dan kelembapan, sensor pH meter air untuk mengetahui nilai pH air dan EC circuit untuk mengetahui nilai dari unsur hara air. Seluruh sensor akan dikirimkan ke server ThingSpeak untuk dilanjutkan kepada MQTT app untuk ditampilkan hasil monitoring sensor. Ketika sensor EC circuit mengidentifikasi bahwa nilai hara pada air dibawah ambang batas maka akan membuka katup selenoid untuk menambahkan nutrisi pada air [39].
Penelitian berjudul “Sistem Pengendali pH Air dan Pemantauan Lingkungan Tanaman Hidroponik menggunakan Fuzzy Logic Controller berbasis IoT”
merupakan penelitian yang terkait dengan sensor pH meter Air sebagai pengukur nilai pH air, sensor DHT22 sebagai pengukur suhu dan kelembapan lingkungan sensor HC-SR04 sebagai sensor ultrasonik dan sensor DS18B20 untuk mengukur suhu air. Pada penelitian ini ditekankan pada penggunaan sensor pH untuk dilakukan proses fuzzifikasi untuk menjalankan otomatisasi pompa peristaltik agar dapat menyalurkan obat peningkatan dan penurunan pH ke air utama [40].
Penelitian berjudul “Automated hydroponics nutrition plants systems using arduino uno microcontroller based on android” merupakan penelitian yang terkait dengan sensor HC-SR04 sebagai sensor ultrasonik dan sensor LM35 sebagai pengukur nilai suhu lingkungan. Sensor ultrasonic dijadikan sensor utama dalam melakukan perbaikan nutrisi air dengan cara melihat ketinggian level air yang ada.
Ketika level air menunjukkan pengurangan atau penurunan, pompa akan menambahkan larutan air dan nutrisi sebagai penambah level air ke tanaman hidroponik. Nilai dari sensor akan dikirimkan ke server dan ditampilkan pada aplikasi android sebagai panel informasi [41].
Tabel 2.1 Tinjauan Literatur
No Judul Penulis Teknologi Objek Hasil
No Judul Penulis Teknologi Objek Hasil 1 Sistem Monitoring
Suhu, Kelembapan, dan Pengendali Penyiraman Hidroponik
menggunakan Blynk Android
(Wahyu Adi Prayitno, Adharul Muttaqin, Dahnial Syauqy, 2017)
Sensor DHT11, LCD (Liquid Cristal Display) 16 x 2 , Pompa air, Ethernet Shield, Arduino Mega
Lingkungan Tanaman Hidroponik
Kinerja sistem sudah dapat memenuhi kebutuhan fungsional.
Masih terdapat sedikit delay 1 sampai 2 menit dari aplikasi menuju alat penyiraman.
2 Sistem Deteksi dan Monitoring Kondisi Kepekatan Larutan Nutrisi dan Suhu Dalam Proses Cocok Tanam Hidroponik
(Abdullah, 2019)
Mikrokontroler ATmega328 , LCD (Liquid Cristal Display), sensor DHT11, Sensor TDS meter, Driver Pompa, Power Supply
Air Tanaman Hidroponik
Sistem mampu dan efektif dalam
melakukan kerja sesuai yang diharapkan.
Proses dari tiap sensor
menunjukkan hasil yang baik.
Hal ini dan mencapai target yang diingkan
3 Perancangan Sistem Nutrisi Otomatis pada Tanaman Hidroponik dengan Mikrokontroler NodeMCU berbasis IoT
(Rifai Mashudi, Mochammad Adjie Ma’ruf, Triyan Wahyu Santoso, 2020)
NodeMCU, Sensor TDS, Sensor Ultrasonik, Relay,
Solenoid valve, Blynk
Air Tanaman Hidroponik
Berhasil menerapkan sistem kontrol otomatis secara normal. Dapat memantau infromasi secara mobile. Sensor yang ada bekerja dengan cukup baik
4 Monitoring of (Nivesh Patil, Sensor pH Lingkungan Sensor yang ada
No Judul Penulis Teknologi Objek Hasil Hydroponics System
using IoT Technology
Shubham Patil, Animesh Uttekar, A. R.
Suryawanshi, 2020)
meter, DHT11, EC circuit, NodeMCU, Solenoid valve, Power Supply
Tanaman Hidroponik
bekerja dengan baik, sehingga hasil monitoring akan dikirimkan untuk
ditampilkan pada aplikasi mobile sebagai informasi bagi pengguna 5 Sistem Pengendali
pH Air dan Pemantauan Lingkungan Tanaman Hidroponik
menggunakan Fuzzy Logic Controller berbasis IoT
(Rahib Lentera Alam, Aris Nasuha, 2020)
NodeMCU ESP8266, Sensor pH meter, DHT11, DS18B20, HC- SR04, Driver motor L298N
Lingkungan Tanaman Hidroponik
pengujian alat menunjukan sensor dan aktuator dapat berfungsi dengan normal.
Sistem kendali fuzzy yang ada pada data pH meter berjalan dengan cukup baik. Aplikasi blynk dapat berfungsi normal
6 Automated hydroponics nutrition plants systems using arduino uno microcontroller based on android
(P.Sihombing, N.A. Karina, J.T. Tarigan, M.I. Syarif, 2020)
Arduino Uno, Pompa air, Sensor HC- SR04, LM35, NodeMCU ESP8266
Air Tanaman Hidroponik
Sistem aliran air nutrisi dengan memanfaatkan sensor ultrasonik berhasil
dilakukan.
Perpindahan cairan nutrisi telah berjalan secara otomatis untuk diberikan
No Judul Penulis Teknologi Objek Hasil pada tabung tanaman hidroponik.
Perbedaan penelitian yang dilakukan penulis dengan penelitian terdahulu adalah pada alat atau sistem yang akan dibuat selain menggunakan sensor pH meter air untuk mengetahui nilai pH air, sensor DS18B20 untuk mengetahui nilai suhu dan kelembapan lingkungan, sensor TDS meter untuk mengetahui nilai kepekatan larutan nutrisi, lalu sensor TCS3200 sebagai konverter yang memiliki fotodioda untuk mendapatkan nilai RGB. Penerapan sistem otomatisasi untuk perbaikan kualitas pH dan nutrisi air saat nilai yang dibaca sensor berada kurang dari ataupun lebih dari nilai yang di input oleh pengguna dari aplikasi mobile.
Pemberian cairan untuk perbaikan kualitas nutrisi air dilakukan dengan menggunakan metode logika fuzzy mamdani untuk menentukan waktu hidup ataupun mati dari pompa air mini. Perbaikan untuk kualitas pH air dilakukan pula dengan pompa air mini sebagai aktuator penghantar cairan perbaikan pH ke bak air utama. Selain itu, data dari sensor yang telah terbaca akan dikirim ke firebase realtime database untuk kemudian, data diolah menjadi informasi bagi pembudidaya untuk dapat ditampilkan pada fitur monitoring dari aplikasi mobile yang terhubung dengan firebase realtime database.
