Smart Greenhouse sebagai Media Pembibitan
Kentang Granola Kembang Berbasis
Mikrokontroler
Indah Arsita SariJurusan Teknik elektro Universitas Negeri Malang
Malang
Email : [email protected]
Anik Nur Handayani dan Dyah Lestari Jurusan TeknikElektro Universitas Negeri Malang
Malang
Email : [email protected] Email : [email protected] Abstrak—Pembibitan planlet kentang dalam
greenhouse menjadi tahap awal dalam proses poduksi bibit kentang berkualitas, khususnya kentang dengan varietas granola kembang. Kondisi lingkungan sangat mempengaruhi kualitas kan kuantitas hasil produksi bibit kentang. Dalam hal ini peranan manusia memiliki andil yang cukup besar untuk menjaga lingkungan pembibitan sesuai dengan syarat tumbuh selama proses pembibitan berlangsung. Proses pembibitan kentang hingga menjadi benih siap tanam memakan waktu yang cukup lama kurang lebih 90 hari dengan perawatan yang ekstra dan kontinyu, hal ini menjadikan 50% biaya produksi petani kentang teralokasikan pada tahap pembibitan.
Proyek ini adalah perancangan suatu sistem yang otomatis dengan skala prototype greenhouse sebagai solusi perawatan pembibitan kentang khususnya varietas granola kembang dalam greenhouse berbasis mikrokontroler Arduino UNO. Sistem ini bertujuan untuk menjaga suhu, kelembaban tanah, intensitas cahaya, kelembaban udara sesuai dengan kondisi yang dibutuhkan dalam proses pembibitan kentang, dengan memanfaatkan sensor DHT 11 untuk parameter suhu dan kelembaban udara, Soil Moisture YL-69 untuk kelembaban tanah, dan Photosensitive (modul sensor LDR) untuk intensitas cahaya. Sebagai output akan memanfaatkan aktuator yakni fan dc, LED grow light strip, dan water pump dc.
Kata kunci— Greenhouse, DHT11, Soil Moisture YL-69, Photosensitive, Water Pump DC, fan DC, LED grow light strip, Kentang Granola Kembang
I. PENDAHULUAN
Indonesia dikenal sebagai negara agraris dimana sebagian besar penduduknya berprofesi sebagai petani. Menurut Karjadi (2016), beberapa tahun terakhir ini terlihat bahwa kebutuhan kentang cenderung meningkat sejalan dengan berkembangnya jumlah penduduk serta semakin berkembangnya industri pengolahan makanan cepat saji. Ketergantungan masyarakat inilah yang mengakibatkan fluktuatif kualitas dan kuantitas tanaman hortikultura tidak sebanding dengan jumlah penduduk. Dewasa ini adanya perkembangan teknologi telah membuka wawasan petani untuk menerapkan greenhouse dalam bidang pertanian. Penggunaan greenhouse mampu meningkatkan hasil dan kualitas produksi, salah satunya diterapkan pada tanaman holtikultura yakni kentang.
Kentang (Solanum tuberosum L) khususnya varietas granola kembang menjadi salah satu hasil produksi holtikultura yang memiliki peranan penting di Indonesia. Namun menurut Priyono(2013:1) produktivitas kentang di Indosesia masih tergolong rendah dikarenakan rendahnya kualitas dan kuantitas bibit kentang petani Indonesia.
Pada saat ini bibit kentang berkualitas didapatkan dengan cara stek batang di dalam greenhouse serta mengimpor dari negara-negara Eropa dengan harga bibit yang tinggi, sehingga menyebabkan 50 persen dari total biaya produksi teralokasi untuk bibit (Yusuf,2013:2). Salah satu jenis kentang dengan mutu baik dan banyak dikembangkan petani Indonesia adalah kentang dengan varietas granola kembang.
Berdasarkan masalah tersebut, penelitian ini bertujuan untuk menciptakan sebuah sistem greenhouse yang bekerja secara otomatis sehingga dapat menjadi solusi petani dalam produksi bibit kentang. Dimana dapat melakukan fungsi pengontrolan beberapa parameter yakni suhu udara, kelembaban udara, dan kelembaban tanah dan intensitas cahaya, sehingga mampu melakukan pengontrolan sesuai dengan kondisi yang ada.. Smart greenhouse ini diharapkan mampu mengatasi masalah petani dalam proses pembibitan kentang khususnya varietas granola kembang.
II. KAJIAN PUSTAKA A. Kentang Granola Kembang
Kentang granola kembang merupakan kentang varietas asli Indonesia. Jenis kentang ini merupakan hasil dari pengkawinan bibit varietas lokal dengan bibit asal Jerman dan Belanda. Saat ini kentang granola kembang telah menjadi “Kentang Ikon Jawa Timur”. Menurut Susiyati, dkk. (2004) dalam Prahardini, dkk. (2015) varietas ini mempunyai keunggulan, yaitu (1) umur tanaman 130–135 HST, (2) potensi hasil 3 –50 ton/ha, (3) jumlah umbi per tanaman 12–20 buah, dan (4) tahan terhadap penyakit hawar daun (Phytophthorainfestans).
Berdasarkan hasil wawancara dengan Bapak Puji (pembudidaya planlet kentang dengan metode kultur jaringan), mengatakan bahwa proses pembibitan tanaman kentang dapat dilakukan pada suhu berkisar 10oC-25oC namun tingkat
kesuburan media tanam harus selalu diperhatikan. Media Prosiding Seminar Nasional Teknologi Elektro Terapan 2018 Vol. 02 No. 01, ISSN: 2581-0049
tanam harus selalu dengan kelambaban yakni 70%-80%RH, kelembaban udara 80%-90%RH, lama penyinaran untuk proses fotosintesis adalah 12-16 jam perhari (tidak terpapar sinar matahari secara langsung).
B. Greenhouse
Greenhouse merupakan bangunan berkontruksi dengan sifat tembus pandang yang mampu memanipulasi iklim untuk menciptakan kondisi lingkungan yang dikehendaki dalam upaya pemeliharaan tanaman. Menurut Romdhonah, dkk., (2015) greenhouse yang modern memiliki kemampuan rekayasa cuaca. Sehingga rancangan greenhouse memiliki pengaruh yang besar terhadap lingkungan mikro didalamnya. C. Arduino UNO R3
Arduino uno adalah salah satu produk berlabel Arduino dan merupakan papan elektronik yang mengandung mikrokontroler ATmega328. Menurut Wakur (2015), Arduino memiliki kelebihan tersendiri dibanding board mikrokontroler yang lain selain bersifat open source, arduino juga mempunyai bahasa pemrogramanya sendiri yang berupa bahasa C.
D. Modul sensor DHT 11
Sensor DHT 11 merupakan sensor yang dapat mengukur suhu dan kelembapan udara dalam satu alat. Sensor DHT 11 tergolong dalam smart sensor dimana memiliki ADC dan mikrokontroler terintegrasi dalam kemasan sensor. Didalamnya terdapat memori kalibrasi yang digunakan untuk menyimpan koefisien kalibrasi hasil pengukuran sensor. E. Modul sensor LDR
Light dependent resistor (LDR) merupakan jenis resistor yang mampu mengalami perubahan hambatan seiring dengan adanya perubahan intensitas cahya yang diterimanya atau disebut juga fotoresistor. LDR terdiri dari sebuah cakram semikonduktor dengan dua elektroda pada permukaannya. Pada saat gelap bahan dari cakram tersebut menghasilkan electron bebas dengan jumlah yang relative kecil sehingga hanya sedikit electron yang mengangkut muatan elektrik (LDR menjadi konduktor yang buruk) atau disebut juga LDR memiliki resistansi yang besar saat gelap. Sebaliknya pada saat terang lebih banyak electron yang lepas dari atom bahan semikonduktor tersebut. Sehingga akan ada lebih banyak electron untuk mengangkut muatan elektrik (LDR menjadi konduktor baik) atau disebut juga LDR memiliki resistansi yang kecil saat cahaya terang.
F. Modul sensor soil moisture YL-69
Sensor soil moisture YL-69 adalah sensor yang dapat digunakan untuk mendeteksi kelembaban tanah dan tingkat kejernihan air. Dalam pengaplikasian pada umumnya tersusun dari dua modul yakni YL-69 (probe sensor) dan LM-393 (modul pengkondisian sinyal). Sensor ini terdiri dari dua elektroda dan prinsip kerjanya berbasis resistansi.
III. METODELOGI PENELITIAN A. Metodologi Research and Development (R&D)
Sugiyono (2009:407) dalam Haryati (2012:13) berpendapat bahwa, metode research and development (R&D) adalah metode penelitian yang digunakan untuk menghasilkan produk tertentu, dan menguji keefektifan produk tersebut. Penelitian ini menggunakan R&D model Sugiyono yang memiliki 10 tahap kemudian dimodifikasi menjadi 11 tahap sesuai dengan kebutuhan peneliti. Perbandingan tahap tersebut dapat dilihat pada Tabel 1
TABEL 1 PERBANDINGAN TAHAP R&D MODEL SUGIYONO DAN MODEL ADAPTIF SUGIYONO
Model Sugiyono Model Adaptif Sugiono
1. Potensi dan Masalah
2. Pengumpulan Data 3. Desain Produk 4. Validasi Desaain 5. Revisi Desain 6. Ujicoba Produk 7. Revisi Produk
8. Uji Coba Pemakaian
9. Revisi Produk
10. Produksi Massal
1. Potensi dan Masalah
2. Pengumpulan Data
3. Desain Produk
4. Validasi Desain
5. Revisi Desain
6. Uji Coba Produk
7. Revisi Produk
8. Pembuatan Produk
9. Uji Coba Keseluruhan
10. Revisi Produk
11. Produksi Akhir
B. Diagram Blok Sistem
Perancangan sistem smart greenhouse dapat dilihat pada Gambar 1 ARDUINO UNO R3 SENSOR DHT 11 SENSOR LDR SENSOR SOIL MOISTURE (YL-69 & YL-39) POMPA AIR
LED GROW LIGHT STRIP FAN DC
UNIT MASUKAN UNIT PROSES
UNIT KELUARAN
MODUL RELAY MODUL RELAY MODUL RELAY
LCD
Gambar 1. Blok diagram sistem
C. Perancangan Hardware Mekanik
Desain greenhouse memiliki dimensi panjang x lebar x tinggi adalah 55 cm x 40 cm x 32 cm dengan skala 1:16 dari ukuran greenhouse berdasarkan SNI. Sebagai bahan rangka akan digunakan alumunium dan memanfaatkan plastik fiber bening sebagai badan penutup greenhouse secara keseluruhan. Desain greenhouse dapat dilihat pada Gambar 2 beserta peletakan beberapa komponen yang digunakan yaitu sensor DHT11, sensor photosensitive(LDR), sensor soil moisture
yl-69, Arduino Uno, fan DC, LED grow light strip, water pump DC, dan LCD
Wadah (tempat media tanam) dalam greenhouse berukuran panjang x lebar adalah 30 cm x 20 cm dengan jarak tanam antar planlet 5 cm sehingga kapasitas tanamnya sebanyak 15 buah planlet.
Gambar 2. Desain hardwaregreenhouse
D. Perancangan Hardware Elektrik
Perancangan hardware elektrik memanfaatkan kinerja sensor dan aktuator yakni sensor DHT11, soil moisture YL-69, photosensitive(LDR), LCD 12C 12X2, modul relay 3 channel, LED grow light strip, water pump DC 12 V, fan DC. Dapat dilihat pada Gambar 3
Gambar 3. Desain elektrik greenhouse
E. Desain software greenhouse
Skema kerja software secara keseluruhan untuk perancangan sistem smart greenhouse dengan pengendalian parameter intensitas cahaya, suhu udara, kelembaban tanah dan kelembaban udara terlihat pada Gambar IV
MULAI
BACA KELEMBABAN TANAH & KELEMBABAN UDARA
BACA SENSOR SUHU (DHT 11)
SUHU > 20oC SUHU <=20oC FAN DC ON FAN DC OFF YA YA TIDAK
BACA SENSOR CAHAYA (LDR)
INTENSITAS CAHAYA < 400 LUX
INTENSITAS CAHAYA >= 400 LUX
LED GROW LIGHT STRIP ON SELAMA 4 JAM
LED GROW LIGHT STRIP OFF SELAMA 4 JAM YA YA TIDAK SELESAI IF KT <70 && KU<80
ELSE IF KT>70 && KU>80
ELSE IF KT>=70 && KU<80
ELSE IF KT<70 && KU>=80
WATER PUMP DC ON 10 DETIK WATER PUMP DC OFF WATER PUMP DC ON 5 DETIK WATER PUMP DC ON 5 DETIK LCD
Gambar 4. Desain software greenhouse
Pada saat sistem pertama kali dihidupkan, seluruh sensor akan melakukan aksi pembacaan kondisi environtment sekitar kemudian akan menampilkan nilai hasil pembacaan sensor pada LCD 16x2, berupa data nilai pembacaan suhu udara (oC),
kelembaban tanah (%RH), kelembaban udara (%RH), dan intensitas cahaya (lux).
Nilai input intensitas cahaya diberikan output berupa nyala LED grow light strip yang akan menyala selama 6 jam. Hal tersebut untuk memberikan waktu penyinaran lebih lama bagi planlet kentang. Nilai input suhu udara diberikan output berupa
nyala fan DC hingga mencapai suhu set pont. Untuk nilai input kelembaban udara dan kelembaban tanah akan diberikan output berupa nyala water pump DC akan menyala sesuai dengan durasi yang telah ditentukan.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Pengujian Modul Sensor DHT 11
TABEL 2 HASIL PENGUJIAN SENSOR DHT 11
No Error Pengujian 1 Error Pengujian 2 Error Pengujian 3
S K S K S K 1 2.51 4.66 2.72 3.56 2.17 3.89 2 3.43 3.88 2.56 3.88 2.82 3.91 3 2.78 2.94 3.33 3.58 2.68 2.47 4 1.96 2.47 2.34 1.68 1.89 1.80 5 2.65 1.85 3.14 2.02 2.65 1.75
Rata-rata Error Pengujian 1,2 dan 3 (%) 2.64 2.96
Keterangan : S : Suhu (OC)
K : Kelembaban Udara (%RH)
Pengujian DHT11 dilakukan dengan membandingkan hasil pengukuran menggunakan sensor tersebut dengan alat ukur digital yakni Digital Sensor LM-8000. Pengujian dilakukan sebanyak 3 kali.
Pada tabel 2 ditampikan nilai perhitungan error yang didaptkan saat dilakukan pengukuran. Nilai Error persen didapatkan dengan dengan perhitungan menggunakan persamaan (1) dibawah ini :
%E =|Nilai DHT 11−Nilai LM−8000|
Nilai LM−8000 x 100 (1)
B. Pengujian Sensor Modul LDR
TABEL 3 HASIL PENGUJIAN MODUL SENSOR LDR
No %Error pengujian
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 - - - - - - - - - -
2 3.3 4,03 3.22 2.82 2.17 2.1 2.44 2.18 2.44 3.6
3 2.56 2.76 2.68 2.75 1.12 3.09 2.63 1.6 1.22 2.8 Rata Rata Error 10X pengujian 2.58 Pengujian modul sensor LDR dilakukan dengan membandingkan hasil pengukuran menggunakan sensor tersebut dengan alat ukur digital yakni Digital Sensor LM-8000. Pengujian dilakukan sebanyak 10 kali
Pada tabel 3 ditampikan nilai perhitungan error yang didaptkan saat dilakukan pengukuran. Nilai Error persen didapatkan dengan dengan perhitungan menggunakan persamaan (2) dibawah ini :
%E =|Nilai LDR−Nilai LM−8000|
Nilai LM−8000 x 100 (2)
C. Pengujian Modul Sensor Soil Moisture YL-69
TABEL 4 HASIL PENGUJIAN SENSOR SOIL MOISTURE YL-69
No Soil Moisture DM-15 (%RH) Rata-rata (10x) Pengukuran Soil Moisture YL -69 (%RH) % Error 1 37 37.97 2.62 2 50 50.22 0.44 3 61 59.73 2.08 4 75 73.3 2.26 5 84 82.95 1.25
Rata – Rata Error 1.73
Pengujian soil moisture YL-69 dilakukan dengan membandingkan hasil pengukuran menggunakan sensor tersebut dengan alat ukur digital yakni Soil Tester DM-15. Pengujian dilakukan sebanyak 10 kali pada kondisi kelembaban tanah yang sama, dengan 5 responden yang berbeda.
Pada tabel 4 ditampikan nilai perhitungan error yang didaptkan saat dilakukan pengukuran. Nilai Error persen didapatkan dengan dengan perhitungan menggunakan persamaan (2) dibawah ini
%E =|Nilai YL−69−Nilai DM−15|
Nilai DM−15 x 100 (2)
D. Pengujian LCD I2C
Gambar 5 Hasil Pengujian LCD
Pengujian LCD dilakukan dengan memberikan perintah menampilkan karakter pada source code Arduino IDE. Gambar 5 merupakan hasil pengujian LCD dengan perintah menampilkan karakter nama dan NIM penulis
E. Pengujian Modul Relay
Pengujian modul dilakukan memanfaatkan Arduino Uno, dengan memberikan logika high untuk relay ON dan low untuk relay off. Untuk terlebih dahulu pin Arduino disambungkan dengan kaki NC relay.Pengujian modul relay dalam keadaan menyala dapat dilihat pada Gambar 6 (a) dan pada saat mati dapat dilihat pada Gambar 6 (b)
(a) (b)
F. Pengujian Fan DC 12X12 cm
Hasil dari pengujian kinerja fan dc adalah aktif saat dihubungkan dengan power supply 12 V. Pengujian fan dc dalam keadaan mati dapat dilihat pada Gambar 7 (a) dan pada saat menyala dapat dilihat pada Gambar 7 (b)
(a) (b) Gambar 7 (a) dan (b). Hasil pengujian fan dc G. Pengujian LED Grow Light Strip
Hasil dari pengujian kinerja LED grow light strip adalah aktif saat dihubungkan dengan power supply 12 V. Pengujian LED grow light strip dalam keadaan mati dapat dilihat pada Gambar 8 (a) dan pada saat menyala dapat dilihat pada Gambar 8 (b)
(a) (b)
Gambar 8 (a) dan (b). Hasil pengujian LED grow light strip H. Pengujian Water Pump DC
TABEL 5 HASIL PENGUJIAN WATER PUMP DC 12V
No Durasi (Detik) Rata-rata (10x Pengujian) Volume Air(ml)
1 3 23.9
2 6 51
3 9 62.1
4 13 84.9
5 15 109.5
Pengujian water pump dc dilakukan dengan mengukur volume air yang keluar pada water pump yang dilengkapi dengan 3 buah nozzle di selang oulet selama periode waktu tertentu. Pengukuran dilakukan sebanyak 10 kali dengan nilai rata-rata hasil pengukuran tercantum pada Tabel 5
I. Pengujian Keseluruhan
Pengujian keseluruhan sistem dilakukan dengan menggabungkan kinerja sistem elektrik, hardware dan software menjadi satu. Kemudian di implementasikan pada kondisi yang sesungguhnya dapat dilihat pada Gambar 9 dengan hasil planlet yang ditampilkan pada Gambar 10
(a)
(b)
Gambar 9 (a) dan (b). Uji keseluruhan
Gambar 10. Hasil Planlet TABEL 6 HASIL PENGUJIAN KESELURUHAN
No S (oC) KT (%RH) KU (%RH) Intensitas Cahaya (Lux) Fan DC On/Off LED Grow Light On/Off Water Pump DC On/Off (ms) 1 18 60,8 68 380 Off On 10 2 20 58,6 70 1158 Off Off 10 3 21 86,5 75 395 On On 5 4 19 72,2 69 1599 Off Off 10 5 15 67,1 80 386 Off On 5 6 25 81,4 85 2568 On Off 0 7 29 70,3 74 398 On On 5 8 19 62,3 89 2110 Off Off 5 9 26 55,9 66 890 On Off 10 10 14 63,2 80 2356 Off Off 5
Keterngan : S : Suhu (OC)
KT : Kelembaban Tanah (%RH) KU : Kelembaban Udara (%RH)
Uji keseluruhan yang dilakukan adalah dengan menguji kesesuaian kinerja aktuator dengan nilai input yang didapatkan dari sensor. Berdasarkan Tabel 6 dapat diketahui bahwa sistem secara keseluruhan telah bekerja dengan baik. Pada saat suhu lebih dari 20oC maka fan dc akan menyala dan mendinginkan
suhu didalam greenhouse hingga suhu mencapai 20oC. Untuk
intensitas cahaya kurang dari 400 lux, maka dikategorikan bahwa environtment dalam keadaan sore hari, sehingga intensitas cahaya matahari mulai berkurang dan digantikan oleh nyala LED grow light strip selama 4 jam untuk memberikan durasi penyiraman yang lebih lama pada planlet kentang. Untuk output berupa durasi penyiraman oleh water pump dc 12 V, hasil yang diperoleh telah sesuai dengan nilai kelembaban tanah dan kelembaban udara.
V. KESIMPULAN
Setelah dilakukan dan perancangan sistem smart greenhouse, kemudian dilakukan pengujian dan analisa dari hasil yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa:
1. Dari hasil pengujian modul sensor DHT 11 didapatkan nilai rata-rata error persen sebesar 2,64% untuk suhu dan 2,96% untuk kelembaban tanah
2. Dari hasil pengujian modul sensor soil moisture YL-69 didapatkan nilai rata-rata error persen sebesar 1,73% untuk kelembaban tanah
3. Dari hasil pengujian modul sensor LDR didapatkan nilai rata-rata error persen sebesar 2,58% untuk nilai intensitas cahaya
4. Dari hasil pengujian keseluruhan sistem dapat disimpulkan bahwa sistem smart greenhouse telah bekerja dengan sesuai dan planlet kentang dapat tumbuh dengan baik
DAFTAR PUSTAKA
[1] Produksi Bibit G0 dari Tanaman Kentang (Salanum Tuberosum, L) Varietas Granola, Skripsi tidak diterbitkan, Pasuruan :Universitas Merdeka
[2] Yusuf, R & Suminar, E. 2013. Pembentukan Ubi Mikro Kentang Kultivar Granola dengan Penggunaan Jenis dan Konsentrasi Zat Inhibitor. Jurnal Kultivas,12(1), 1-7. [3] Karjadi, A.K. 2016. Kultur Jaringan dan Mikropropagansi Tanaman Kentang (Solanum tuberosum L). Bandung : Balai Penelitian Tanaman Sayuran
[4] Romdhonah, Y., Suhardiyanto, H., Erizal, & Saptomo, S.K. 2015. Analisis Ventilasi Pada Greenhouse Tipe Standard Peak Menggunakan Computational Fluid
Dynamics. Jurnal Ilmiah Rekayasa Pertanian dan Biostem, 3(2), 175-182
[5] Wakur, J. S. 2015. Alat Penyiram Tanaman Otomatis Menggunakan Arduino Uno. Manado :Politeknik Negeri Manado
[6] Haryati, Sri. 2012. Research and Development (R&D) Sebagai Salah Satu Model Penelitian Dalam Bidang Pendidikan. Jurnal FKIP-UTM , 37(1), 11-26
