Vol. 4, No. 1, Tahun

(1)

Monitoring Kondisi Tanah Sawah Padi Berbasis WSN & Controlling Irigasi Irfan Thomi, Emansa Hasri Putra, dan Noptin Harpawi

Jurnal Aksara Elementer Politeknik Caltex Riau

Website : https://jurnal.pcr.ac.id/index.php/jae/about/index

Email : [email protected]

Monitoring Kondisi Tanah Sawah Padi Berbasis WSN

& Controlling Irigasi

Irfan Thomi1_{, Emansa Hasri Putra}2_{, dan Noptin Harpawi}3

1_{Program Studi Teknik Elektronika Telekomunikasi, Politeknik Caltex Riau, email:}_{[email protected]} 2_{Program Studi Teknik Telekomunikasi, Politeknik Caltex Riau, email: [email protected]}

3_{Program Studi Teknik Telekomunikasi Politeknik Caltex Riau, email: [email protected]}

Abstrak

Lambatnya informasi yang didapat petani mengenai kondisi dari tanah sawahnya seperti pH, kelembaban, dan suhu lingkungan merupakan salah satu penyebab tidak maksimalnya hasil panen. Untuk itu diperlukan alat yang dapat memonitoring kondisi tanah sawah padi tersebut secara cepat. Pada penelitian ini dibuat 4 node yang masing-masing terdiri dari 3 sensor yaitu suhu, kelembaban, pH. Ketiga sensor ini mengukur data lingkungan secara realtime. Hasil pengukuran sensor kelembaban dibandingkan dengan modul pengukur Grove Moisture Sensor dengan persentase error saat kering 6,8%, saat lembab 16%, dan basah 0%. Semua data tersebut dikirim ke komputer server yang menggunakan Visual Studio 2012 secara wireless. Pengiriman data sampai ke server dalam selang waktu 3 detik. Setelah sampai di server, data akan diolah selama 1 detik sehingga data akan update tiap 4 detik. Selain itu dirancang aplikasi android untuk menampilkan data sensor selain menggunakan Visual Studio. Kemudian penelitian ini juga dibuat sistem kontrol irigasi dengan memanfaatkan sensor moisture dari salah satu node dan menggunakan pelampung sebagai sensor ketinggian air. Saluran irigasi dibuka oleh sistem kontrol irigasi dengan nilai kelembaban <50% dan ditutup ketika kelembaban mencapai >90% dan pelampung naik.

Kata kunci: Visual Studio 2012, android, moisture, split, UDP Abstract

The slow pace of the information obtained about the condition of the soil farmers fields such as pH, humidity, and temperature of the environment is one cause not maximum yields. It required a tool that can monitor the condition of the soil of rice fields quickly. In this study made four nodes, each of which consists of three sensors such as temperature, humidity, pH. The third sensor to measure environmental data in realtime. The measurement results compared with the humidity sensor measuring module Grove Moisture Sensor with a percentage error of 6.8% when dry, as moisture of 16%, and 0% wet. All of data sent to a computer server that uses Visual Studio 2012 for wireless. Sending data to the server in an interval of 3 seconds. After arriving at the server, the data processed for one second so that the data will be updated every 4 seconds. In addition android app designed to display sensor data in addition to using Visual Studio. And then, this study was also made irrigation control system by utilizing the moisture sensor on one of the nodes and using a float as the water level sensor. Irrigation canal was opened by the irrigation control system with humidity <50% and closed when the humidity reaches> 90% and the float rises.

(2)

1. Pendahuluan

Indonesia merupakan negara yang agraris. Indonesia memiliki tanah yang subur untuk ditanam apapun terutama padi. Padi merupakan tanaman pangan yang dikonsumsi secara umum oleh masyarakat Indonesia. Tanaman padi tumbuh membutuhkan karbon dioksida, mineral-mineral, air dan cahaya matahari. Untuk pertumbuhan yang baik diperlukan tersedianya hara tanaman tersebut terus menerus dan mencukupi. Beberapa unsur hara diserap oleh tanaman dalam jumlah yang besar dan disebut sebagai unsur makro. Termasuk di dalam unsur makro merupakan unsur hara yang banyak dibutuhkan tanaman adalah nitrogen (N), phospor (P), kalium K), kalsium (Ca), magnesium (Mg) dan sulfur (S). Sehingga pemberian komposisi pupuk yang tepat akan menghasilkan padi yang banyak pula. Namun belakangan ini produksi tanaman padi mulai menurun dikarenakan kurangnya pengetahuan sebagian petani tentang komposisi pupuk yang tepat atau terkadang memberikan pupuk yang berlebihan pada saat pemupukan yang juga menjadi faktor yaitu tidak tahunya nilai-nilai pH tanah. Selain itu, pada sawah kebanyakan yang paling tidak terpantau yaitu irigasi. Irigasi yang tidak baik dapat menyebabkan genangan air sawah yang terlalu tinggi sehingga tanaman padi mati karena terlalu banyaknya air dan bahkan dapat menyebabkan kekeringan jika sawah tidak dialiri secara terkontrol. Maka dari permasalahan diatas, diperlukannya suatu alat atau sensor yang berfungsi mengukur nilai-nilai seperti pH tanah, kelembaban tanah, dan suhu lingkungan yang mengukur sacara terus menerus dan cepat yang bertujuan untuk membantu petani mengetahui kondisi dari tanah dan pemberian pupuk yang sesuai dan alat irigasi otomatis agar irigasi menjadi lebih terkontrol.

2. Landasan Teori

2.1 Pengukur Kelembaban Tanah dan

Suhu Udara[1]

Gambar 2.1. Topologi Perancangan

Dari gambar 2.1, node 2 dan node 3 mengirimkan data pengukuran ke node 1. Kemudian node 1 mengririmkan semua data node ke KYL penerima. Data yang diterima diolah menggunakan visual basic untuk ditampilkan. Semua data monitoring disimpan kedalam database. Kemudian pada server dibuat website yang berisi data-data sensor.

2.2 Monitoring Kondisi Tanah Sawah

Padi Berbasis WSN[2]

Perbedaannya dengan penelitian pertama, tiap node data hasil pengukurannya langsung dikirimkan ke penerima dengan masing-masing node diberi delay pengiriman tanpa adanya routing. Kemudian pada server menggunakan visual basic.net. Berikut diagram peletakan node-nya:

Gambar 2.2. Skema Peletakan Node

Sedangkan penelitian yang dilakukan penulis yaitu pengembangan dari penelitian kedua dengan menggunakan 4 node sensor pada hardware dan menggunakan modul transmitter Xbee

(3)

Series 2. Pada server, antarmuka menggunakan Visual Studio 2012 sebagai informasi kondisi dari tanah sawah dan menambahkan aplikasi android untuk menampilkan data sensor dari Visual Studio atau bersifat mobile. Kemudian records data sensor di visual studio disimpan dalam file notepad[3]. Selain itu pada salah satu node penulis membuat sistem irigasi otomatis dengan menggunakan sensor kelembaban pada node tersebut dan menambahkan pelampung sebagai sensor ketinggian air/genangan air sawah. Sistem irigasi ini menggunakan motor DC Power Window sebagai penggerak pintu saluran air.

3. Metodologi Penelitian

3.1 Blok Diagram Sistem

Pada perancangan ini terdapat 4 node yang komunikasi antar nodenya menggunakan modul Xbee series 2. Empat node ini masing-masingnya memiliki 3 sensor yang berfungsi melakukan pengukuran data terhadap lingkungan (pH tanah, kelembaban tanah, dan suhu lingkungan. Secara umum blok diagramnya:

A/D Converter

Sensor Suhu Sensor Kelembaban Sensor pH Mikrokontroler 3 CVAVR

Power

XBEE XBEE Mikrokontroler 4 Power

CVAVR A/D Converter Sensor Suhu Sensor Kelembaban Sensor pH A/D Converter

Sensor Suhu Sensor Kelembaban Sensor pH Mikrokontroler 1 CVAVR

Power

XBEE XBEE Mikrokontroler 2 Power

CVAVR A/D Converter Sensor Suhu Sensor Kelembaban Sensor pH Kontrol Irigasi Server

Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem

Data hasil pengukuran sensor dari node A (mikro 1) tidak langsung dikirim ke server melainkan dikirim ke node B (mikro 2) sehingga node B mengirimkan data ke server sebanyak 6 data (data mikro 1 + mikro 2). Format pengiriman data ke server diatur dengan format khusus yang hanya dikenali oleh antarmuka visual studio yaitu $A,30,100,7 (dari node A), $B,30,99,6 (dari node B). Untuk node C dan node D sama

dengan format node A&B tetapi inisial awalnya C & D.

Bagian utama penelitian yang dilakukan penulis yaitu pembuatan server yang berisi antarmuka visual studio 2012 dan aplikasi android yang mana menerima data dari visual studio dengan komunikasi UDP. Kemudian bagian lainnya yaitu pada sistem kontrol irigasi yang memanfaatkan sensor moisture / kelembaban dari node A.

Mikrokontroler Limit switch

Relay Motor Gerbang

Sensor Kelembaban

Pelampung

Power/Battery

Gambar 3.2 Blok Diagram Kontrol Irigasi

Data yang telah ditransmit diterima oleh XBee penerima akan di tampilkan pada antarmuka Visual Studio 2012. Setelah ditampilkan data dari semua node, data tersebut bisa direkam dan disimpan dalam file notepad. Aplikasi android berfungsi menampilkan data-data dari antarmuka yang terbaru yang diakses oleh user.

4. Hasil dan Pembasan

Pada bagian ini, pengujian dilakukan terhadap 2 sistem yaitu pengujian sistem control irigasi yang mana akan dianalisa cara kerja dari sistem itu sendiri termasuk sensor didalam sistem tersebut dan pengujian server dan aplikasi android yang akan ditampilkan dalam bentuk capture.

4.1 Pengujian dan Analisis Software

4.1.1 Pengujian Data Sensor yang Diterima dan Analisa

Pengujian yang dilakukan yaitu mengirimkan data dari salah satu node sensor yaitu node B dengan format

(4)

pengiriman node $B,ADC1,ADC2,ADC3. Dari hasil pengiriman yang dilakukan, didapat data di hyperterminal komputer server:

Gambar 4.1 Data Node 2 pada Hyperterminal

4.1.2 Pengujian Parse Data Node

Parsing data node dilakukan untuk memisahkan data yang dikirim oleh mikrokontroler. Pengujian yang dilakukan yaitu data node A / node 1 dengan format

$A,30,100,7 dan setelah diparsing didapat:

Gambar 4.2 Textbox node A Pengujian Server dan Aplikasi Android

4.1.3 Pengujian Komunikasi Visual Studio-Android

Nilai-nilai sensor akan tampil pada android jika proses parsing sudah dilakukan. Komunikasi antara android dengan visual studio ini dengan menggunakan port yang sama yang mana sudah diprogram pada visual studio di bagian awal (Public Class Form1) yaitu dicobakan 12345. Selain itu, IP address pada PC (visual studio) harus diinputkan ke pengaturan IP di aplikasi android atau dalam satu LAN. Berikut hasil uji komunikasinya beserta capture:

(a) (b)

Gambar 4.3 (a) Halaman Awal Android, (b) Halaman Node 1

4.2 Pengujian Hardware

4.2.1 Pengujian Sensor Kelembaban dan Analisa

Pengujian sensor ini pada prinsipnya membaca jumlah kadar air dalam tanah di sekitarnya. Sensor ini menggunakan dua konduktor untuk melewatkan arus melalui tanah, kemudian membaca nilai resistensi untuk mendapatkan tingkat kelembaban. Lebih banyak air dalam tanah akan membuat tanah lebih mudah menghantarkan listrik (nilai resistensi lebih kecil), sedangkan tanah kering akan mempersulit untuk menghantarkan listrik (nilai resistensi sangat besar).

(5)

4.2.2 Pengujian Driver Motor dan Analisa

Pada sistem, rangkaian driver motor ditujukan agar dapat membalikkan putaran motor tanpa harus membalikkan polaritas secara manual. Putaran kekanan untuk membuka pintu saluran irigasi dengan syarat kondisi kering. Sedangkan putaran ke kiri untuk menutup saluran irigasi dengan syarat kondisi tanah sudah tergenang dan tinggi genangan sudah mencukupi. Berikut data yang didapat:

Tabel 4.2 Data Driver Motor terhadap kelembaban Kelembaban (%) Tinggi Genangan Putaran Motor 0 0 cm Kanan 50 0 cm Kanan 100 0 cm Kanan 200 6 cm Kiri

4.2.3 Pengujian Sensor Optocoupler dan Analisa

Sensor optocoupler digunakan sebagai limit bergeraknya motor. Sensor ini dibuat 2 dimana satu untuk limit membuka pintu saluran, dan satunya lagi sebagai limit menutup saluran irigasi. Komponen sensor terdiri dari LED superbright dan Photodiode. Photodioda diberikan tegangan input sebesar 5 volts, ketika ia tidak menerima cahaya atau terhalang oleh pintu saluran air maka tegangan keluaran dari photodida sebesar ~5 volt. Sedangkan ketika terkena cahaya, tegangan keluaran photodioda mendekati 0 volt.

4.2.4 Pengujian sensor float dan Analisa Sensor float memanfaatkan pelampung tangki bahan bakar sepeda motor yang di-couple-kan dengan limit switch. COM dan NC pada limit switch dihubungkan ke mikrokontroler dengan output dari mikrokontroler berupa pullup. Sehingga ketika genangan air naik, pelampung akan menekan limit switch sehingga input balik ke mikrokontroler berubah dari pullup menjadi pulldown.

4.3 Pengujian Sistem Secara

Keseluruhan

Pada bagian ini, hasil pengujian sistem secara keseluruhan dimulai dari data yang diterima dari semua node, kemudian dari data sensor masing-masing node ditampilkan rekomendasi dengan menekan “Recc. Button”. Setelah itu juga di-record semua data node dan ditampilkan ke dalam bentuk grafik. Sejalan dengan itu semua, android juga mendapat data dari visual studio. Berikut data hasil pengujian:

(6)

Gambar 4.5 Android menerima data node 1 dari VS

5. Kesimpulan dan Saran

5.1 Kesimpulan

1. Error yang dihasilkan sensor kelembaban pada saat kering sebesar 6,8% dari hasil perbandingan modul Grove Moisture Sensor dan error sebesar 16% dan 0% saat kondisi basah. Hal ini disebabkan AVCC ADC modul grove moisture hanya mencapai 3,5 volt, sedangkan modul percobaan mencapai 4,4 volt.

2. Data yang dikirim oleh mikrokontroler sampai ke Visual Studio dalam selang waktu 3 detik. Dan ditampilkan dalam 4 detik per data node karena waktu untuk parsing data selama 1 detik. Artinya data akan update tiap 4 detik setiap nodenya.

3. Sistem irigasi akan bekerja membuka saluran air ketika kondisi tanah kering atau kelembaban <30% dan menutup ketika kelembaban sudah mencapai >90% dan sensor float sudah menekan limit switch.

5.2 Saran

Untuk pengembangan lebih lanjut penulis menyarankan untuk membuat sistem antarmuka secara web dan aplikasi android menggunakan IP public agar di manapun user berada dapat memantau kondisi dari tanah sawahnya.

Daftar Pustaka

[1] Octavianes, Ferly. (2011). Pengukur Kelembaban Tanah dan Suhu Udara sebagai Pendeteksi Dini Kebakaran Hutan Melalui WSN. Pekanbaru: Politeknik Caltek Riau.

[2] Paramitha, Galuh. (2013). Monitoring Kondisi Tanah Sawah Padi berbasis WSN (Software). Pekanbaru: Politeknik Caltex Riau. [3] Sugara, Timang. (2014). Sistem Pemantauan Kadar CO di Udara Menggunakan Jaringan Sensor Nirkabel (Software). Pekanbaru: Politeknik Caltex Riau.