SISTEM PENGENDALI OTOMATIS PENYIRAMAN TANAMAN TABULAPOT BERDASARKAN WAKTU DAN KELEMBABAN BERBASIS
IOT
SKRIPSI
DICKY CHRISTYAN ZALUCHU 160801072
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
M E D A N 2021
SISTEM PENGENDALI OTOMATIS PENYIRAMAN TANAMAN TABULAPOT BERDASARKAN WAKTU DAN KELEMBABAN BERBASIS
IOT
SKRIPSI
diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar sarjana sains
DICKY CHRISTYAN ZALUCHU 160801072
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
M E D A N 2021
PERNYATAAN ORSINALITAS
SISTEM PENGENDALI OTOMATIS PENYIRAMAN TANAMAN TABULAPOT BERDASARKAN WAKTU DAN KELEMBABAN BERBASIS
IOT
SKRIPSI
Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya
Medan, Januari 2021
Dicky Christyan Z NIM 160801072
PENGESAHAN SKRIPSI
Sistem Pengendali Otomatis Penyiraman Tanaman Tabulapot Berdasarkan Waktu dan Kelembaban Berbasis IOT
ABSTRAK
Alat penyiraman tanaman otomatis berdasarkan kelembaban tanah dan waktu penyiraman telah berhasil dirancang. Alat ini dikontruksi untuk penyiraman tanaman bunga dalam pot menggunakan kombinasi sensor kelembaban tanah SoilMoisture YL069, pompa air, Realtime Clock DS1307, ESP8266 NodeMcu, dan server Thingspeak. Alat ini dirancang untuk dapat melakukan penyiraman tanaman bunga dalam pot berdasarkan kelembaban tanah dan waktu penyiraman yang terbaik yaitu pada pagi dan sore hari. Selain itu, dengan penambahan komponen Realtime Clock alat ini dapat bekerja pada waktu aktif yang telah ditentukan sehingga lebih efisien dan efektif dalam penggunaan daya listrik yang kemudian disebut sleep method.
Pengujian dilakukan dengan menempatkan alat didalam media tanah tanaman bunga dalam pot dan dilakukan pengukuran selama 3 hari secara kontinyu. Hasil pengujian menunjukkan bahwa alat ini mampu mengontrol kelembaban tanah media tanah uji dengan keakuratan yang tinggi ditunjukkan dengan nilai pembacaan kelembaban tanah yang dapat dikontrol pada kelembaban 60 s/d 80% sesuai dengan kebutuhan tanaman bunga dan juga ditampilkan dengan metode grafik di server Thingspeak melalui ESP8266 NodeMcu. Dengan demikian, alat ini merupakan sebuah inovasi alat penyiraman tanaman yang terbukti akurat, hemat listrik, efektif dan efesien untuk digunakan sebagai pengontrol kelembaban tanah tanaman bunga dalam pot.
Kata Kunci: Alat Penyiraman Tanaman Otomatis, ESP8266 NodeMcu, RealTime Clock DS1307, Server Thingspeak, SoilMoisture YL069.
AUTOMATIC PLANT WATERING CONTROL SYSTEM OF TABULAPOT BASED ON HUMIDITY AND TIME IOT BASED
ABSTRACK
Automatic plant watering tool based on soil moisture and watering time has successfully designed. This tool is constracted for watering plants in pots of wax apple using a combination of Soilmoisture YL069 sensors, water pump and Realtime clock. This tool is designed to be able to do the watering of the plants in pots of wax apple based on soil moisture and watering in the morning and evening. In addition, with the addition of the components of the Realtime clock tool can work on active time specified so that it is more efficient and effective in the use of electrical power which called as sleep method. The test is done by placing the tools on ground media plants in pots of wax apple do measurement for 3 days continuously. The test result indicate that the device is capable of controlling soil moisture soil test media with a high accuracy of the indicated reading of the value soil moisture can be controlled on a humidity 60 to 80% according to the needs of the plant wax apple. Thus, this tool is an innovation tool watering plants that proved accurate, efficient electricity, effectively and efficiently for use as soil moisture control plant wax apple in the pot.
Keywords: Automatic Plant Watering Tool, ESP8266 Node Mcu, Real Time Clock DS1307, Soil Moisture YL069, Thingspeak Server
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat, kasih dan penyertaan-Nya selama penulis melaksanakan studi hingga menyelesaikan skripsi ini dengan judul “Sistem Pengendali Otomatis Penyiraman Tanaman Tabulapot Berdasarkan Waktu dan Kelembaban berbasis IOT”. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Program Studi S1 Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. Selama proses penyelesaian skripsi ini penulis banyak mendapat dukungan dan bantuan dari berbagai pihak secara moril maupun materil. Oleh karena itu, saya mengucapkan terimakasih kepada :
1. Bapak Prof. Dr. Kerista Sebayang, M.S selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara beserta jajarannya yang telah memberikan kesempatan dan fasilitas untuk menyelesaikan studi dan menyelesaikan skripsi ini dengan baik.
2. Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, M.S selaku Ketua Departemen Fisika dan Awan Maghfira, S.Si, M.Si selaku Sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU beserta jajarannya yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan studi dan skripsi ini dengan baik.
3. Bapak Dr. Tulus Ikhsan Nasution, M.Sc selaku dosen selaku dosen pembimbing yang telah meluangkan waktu untuk membimbing, mengarahkan dan memberikan kepercayaan kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini.
4. Bapak Prof. Dr. M. Situmorang dan Bapak Lukman Hakim S.Si., M.Si selaku dosen penguji yang telah memberikan masukan atau saran untuk kebaikan dalam penulisan skripsi ini.
5. Teristimewa untuk ibunda, abang dan adik-adik saya yang telah mendukung secara materi dan moril selama pengerjaan skripsi ini.
6. Terkhusus untuk teman-teman seperjuangan Physic reform yang telah banyak mebantu dalam studi dan dalam penulisan skripsi ini.
7. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam pelaksanaan dan kelancaran penelitian ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi kesempurnaan skripsi ini.
Akhir kata, semoga tulisan ini bermanfaat bagi para pembaca dan kepentingan orang banyak.
Medan, 09 Februari 2021
Dicky Christyan Zaluchu
DAFTAR ISI
PENGESAHAN i
ABSTRAK ii
ABSTRACK iii
PENGHARGAAN iv
DAFTAR ISI vi
DAFTAR TABEL. viii
DAFTAR GAMBAR ix
BAB 1 PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Permasalahan Rumusan Masalah 2
Batasan masalah 2
Hipotesa 2
Tujuan Penelitian 2
Manfaat Penelitian 2
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 4
Kelembaban Tanah 4
Waktu Penyiraman Tanaman 6
Karakteristik Umum Sensor 6
RTC DS1307 7
Fitur RTC 1307 7
Konfigurasi Pin RTC 1307 8
Sensor Soil Moisture 8
Mikrokontroler 9
ATMega328 10
Fitur ATMega328 10
Konfigurasi Pin ATMega328 11
Modul Wifi Esp 8266 12
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN 15
Diagram Blok 15
Penjelasan Fungsi Tiap Blok Diagram 15
3.2 Rangkaian Real Time Clock (RTC) 15
3.3 Rangkaian Sensor Kelembaban Tanah 16
3.4 Rangkaian Modul ESP8266 17
3.5 Pembuatan Channel Pada Thingspeak 18
3.6 Rangkaian Keseluruhan 23
3.7 Flowchart . 25
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN . 27
Hasil Penelitian 27
Pengujian Sistem 28
Pengujian Rangkaian Catu Daya 28
Pengujian Sensor Kelembaban Tanah 30
Pengujian ESP8266 Node Mcu 34
Pengujian Driver/ Relay 36
Pengujian Sistem Pompa Air 36
Pengujian RTC DS1307 38
Pengujian Pada Thingspeak 39
Pengujian Alat Secara Keseluruhan 39
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 42
5.1 Kesimpulan 42
5.2 Saran 42
DAFTAR PUSTAKA 43
LAMPIRAN 45
DAFTAR TABEL
No Judul Halaman
4.1 4.2.
4.3
Tegangan keluaran catu daya
Perbandigan Keluaran Standard dengan Keluaran IC LM7805 Perbandingan Keluaran Standard dengan Keluaran Adaptor
28 29 29 4.4
4.5 4.6
Hasil pengukuran sensor YL069
Perbandingan antara Alat Ukur Analog dengan Sensor YL069 Perhitungan Standard Deviasi Pengukuran Sensor
31 32 32
4.7 Hasil pengukuran mikrokontroler Node MCU 35
4.8 Hasil pengujian pengaruh tegangan basis terhadap relay 36
4.9 Hasil pengujian pompa air 37
4.10 Hasil pengujian debit air per menit 37
4.11 Hasil perbandingan jam pada handphone dengan RTC 38
4.12 Hasil prngujian secara keseluruhan 40
DAFTAR GAMBAR
No Judul Halaman
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5
Real Time Clock ( RTC ) Konfigurasi Pin DS1307 Gambar Sensor Soil Moisture Konfgurasi Pin ATMega 328 Diagram Fungsional ESP8266 Diagram Blok
Rangkaian Real Time Clock (RTC) Rangkaian Sensor SoilMoisture YL-069 Rangkaian Modul ESP8266
Pembuatan Akun Thingspeak Halaman Pembuatan Channel Baru Pembuatan New Channel
Grafik Channel Baru Tampilan Channel ID
Tampilan Kode Read dan Write Pada API Rangkaian Keseluruhan
Flowchart Sistem
Hasil Realisasi Sistem Tabulapot Tanaman Jambu Berbasis IOT Pengukuran Tegangan Pada Arduino
Pengukuran Tegangan Pada Sensor YL-069 Tampilan Sensor YL-069 Dalam Keadaan Kering Tampilan Sensor YL-069 Dalam Keadaan Basah
7 8 9 12 14 15 16 17 18 19 19 20 21 21 22 24 25 28 30 31 32 32
4.6 4.7 4.8 4.9
Pengukuran Tegangan Pada ESP8266 NodeMCU Pengukuran Tegangan Pada Pompa
Tampilan Program Pada RTC1307 Tampilan Pada Thingspeak
35 38 39 39
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kelembaban tanah merupakan volume air yang terkandung di dalam media tanah yang merupakan salah satu parameter penting yang harus diperhatikan dalam bidang pertanian karena berkaitan langsung dengan produksi tanaman (F. Pan, 2011).
Untuk menghasilkan produksi yang maksimal, kelembaban tanah harus selalu dijaga karena kelembaban tanah berperan sebagai agen pembawa yang memindahkan nutrisi dan senyawa lainnya dari dalam media tanah untuk tanaman, membantu dan menjaga suhu tanaman serta menjaga kematangan dari daun dan buah (Y. Mal et al, 2016). Untuk menjaga kelembaban tanah dapat dilakukan dengan cara penyiraman yang teratur dan terukur. Penyiraman tanaman yang terukur dapat dilakukan dengan cara memberikan volume air yang sesuai dengan kebutuhan tanaman. Oleh karena itu, dibutuhkan sebuah sistem penyiraman otomatis dimana sinyal keluaran sensor kelembaban tanah digunakan untuk mengendalikan alat penyiraman secara otomatis (Potts et al, 2016).
Penyiraman tanaman adalah kegiatan yang perlu diperhatikan dalam melakukan pemeliharaan tanaman, dikarenakan tanaman memerlukan asupan air yang cukup untuk melakukan fotosintesis dalam memperoleh kebutuhannya untuk tumbuh dan berkembang. Saat ini penyiraman tanaman masih banyak dilakukan secara manual yang dirasa ketinggalan zaman dikarenakan lamanya dalam penyiraman tanaman. Tak hanya itu penyiraman tanaman secara manual membutuhkan banyak tenaga kerja dalam melakukan penyiraman tanaman. Sistem penyiraman tanaman otomatis lebih efisien dan lebih mempersingkat waktu dalam penyiraman tanaman. Sebenarnya telah banyak alat penyiraman otomatis yang pernah dibuat yaitu alat penyiraman otomatis berdasarkan waktu penyiraman atau alat penyiraman otomatis berdasarkan kelembaban tanah (Hebbar S et al, 2017).
Kedua alat ini memiliki kelemahan masing-masing. Dimana alat penyiraman berdasarkan waktu tidak memenuhi kebutuhan air pada tanaman. Sedangkan alat penyiraman berdasarkan kelembaban juga memiliki kelemahan karena proses
penyiraman yang dilakukan pada siang hari akan mengakibatkan layu pada tanaman yang diakibatkan terjadinya proses penguapan yang berlangsung sangat cepat (Montero J et al, 2017). Sehingga dibutuhkan sebuah sistem penyiraman yang lebih efektif dalam melakukan penyiraman agar kebutuhan kelembaban tanah terjaga dan waktu penyiraman yang tepat. Oleh karena itu, pada penelitian ini peneliti ingin merancang sebuah alat penyiram tanaman secara otomatis dengan sistem pengendali penyiram tabulapot berdasarkan kelembaban dan waktu berbasis IOT.. Alat ini disertai dengan wifi yang berfungsi untuk menghubungkan alat dengan smartphone.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang masalah, maka dapat dirumuskan beberapa rumusan masalah sebagai berikut:
1. Bagaimana merancang sebuah sistem kontrol dan monitoring tanaman Tabulapot berbasis IoT.
2. Bagaimana merealisasikan sistem IoT dengan komponen elektronika . 3. Bagaimana membaca kelembaban tanah dan mengontrol pengairan dari
jarak jauh.
4. Bagaimana merancang perangkat lunak agar sistem dapat bekerja sesuai fungsinya.
1.3 Batasan Masalah
Penelitian ini difokuskan pada beberapa hal berikut ini:
1. Rancang bangun menggunakan Mikrokontroler atmega 328p untuk mengontrol sistem secara keseluruhan.
2. Rancang bangun menggunakan server blynk untuk merealisasikan internet of things
3. Rancang bangun menggunakan sensor soil moisture untuk mendeteksi kelembaban tanah.
4. Rancangan perangkat lunak dibuat dalam bahasa C dengan bantuan code vision avr 3.27 sebagai editor program.
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Merancang sistem kontrol dan monitoring tabulapot jarak jauh.
2. Merealisasikan sistem IoT dengan komponen elektronika.
3. Mencari cara mendeteksi kelembaban tanah dan mengontrolnya.
4. Merancang perangkat lunak atau program untuk aplikasi diatas.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah:
1. Dapat mengontrol dan memonitor tanaman dari jauh melalui internet.
2. Dengam sistem ini perawatan lebih baik sehingga pertumbuhan tanaman lebih optimal.
1.6 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman maka penulis membuat sistematikan pembahasan bagaimana sebenarnya prinsip kerja dari alat “Sistem Pengendali Otomatis Penyiraman Tanaman Tabulapot Berdasarkan Kelembaban dan Waktu Berbasis IOT”, maka penulis menulis skripsi ini dengan sistematika penulisan sebagai berikut:
BAB 1 PENDAHULUAN
Membahas tentang latar belakang, tujuan, pembatasan masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan proposal tugas akhir.
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
Pada bab ini akan dibahas mengenai tinjauan pustaka dan dasar teori yang menjadi panduan pada pembuatan Tugas Akhir.
BAB 3 METODE PENELITIAN
Pada bab ini akan menerangkan mengenai metodologi, lokasi penelitian, peralatan dan bahan yang digunakan, blok diagram, dan pembahasan tentang cara kerja rangkaian, program dan diagram alir kerja sistem.
BAB 4 HASIL DAN ANALISIS
Membahas tentang prosedur dan hasil pengujian bagian-bagian sistem serta pengujian secara keseluruhan.
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini merupakan bab penutup yang berisikan kesimpulan dan saran.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kelembaban Tanah
Untuk pertumbuhannya, tanaman memerlukan unsur hara, air, udara, dan cahaya. Unsur hara dan air diperlukan untuk bahan pembentuk tubuh tanaman. Udara dalarn hal ini adalah CO2, dan air dengan bantuan cahaya menghasilkan karbohidrat yang merupakan sumber energi untuk pertumbuhan tanaman. Disamping faktor- faktor tersebut, tanaman juga memerlukan tunjangan mekanik sebagai tempat bertumpu untuk tegaknya tanaman. Dalam hubungannya dengan kebutuhan hidup tanaman tersebut tanah berfungsi sebagai:
- Tunjangan rnekanik sebagai tempat tanaman tegak dan tumbuh - Penyedia unsur hara dan air
- Lingkungan tempat akar atau batang dalam tanah rnelakukan aktivitas fisiknya Air terdapat di dalam tanah karena ditahan oleh massa tanah, tertahan oleh lapisan kedap air, atau karena keadaan drainase yang kurang baik. Udara dan air mengisi pori-pori tanah. Banyaknya pori-pori di dalam tanah kurang lebih 50 % dan volume tanah, sedangkan jumlah air dan udara di dalarn tanah berubah-ubah, Kelebihan dan kekurangan air dapat mengganggu pertumbuhan tanaman. (Muslimin mustafa, 2012)
Guslim (2007) mengemukakan beberapa kegunaan air bagi pertumbuhan tanaman, yaitu:
1. Sebagai unsur hara tanaman. Tanarnan memerlukan air dan tanah sebagai reagen yang penting untuk proses fotosistesis serta CO2 dan udara untuk membentuk gala dan karbohidrat untuk proses tersebut.
2. Sebagai pelarut unsur hara, seperti garam-garam, gas-gas dan materialmaterial lainnya. Unsur-unsur hara yang terlarut thiam air diserap oleh akar-akar tanaman dan larutan tersebut dan melalui dinding sel serta jaringan esensial untuk menjamin adanya turgiditas, pertumbuhan sel, stabilitas bentuk daun, proses membuka dan menutupnya stomata, serta kelangsungan gerak struktur tumbuh-tumbuhan.
3. Sebagai bagian dan sel-sel jaringan tanaman yaitu sekitar 80 persen. Pada kasus- kasus tertentu jumlah air dalam jaringan tanaman bahkan bisa rnencapai 90 persen.
Air merupakan bagian dari protoplasma.
Bruce Schaffer (2006) mengemukakan bahwa kelembaban tanah adalah jumlah air yang ditahan di dalam tanah setelah keLbihan air dialirkan, apabila tanah memiliki kadar air yang tinggi maka kelebihan air tanah dikurangi melalui evaporasi, transpirasi dan transpor air bawah tanah. Untuk mengetahui kadar kelembaban tanah dapat digunakan banyak macam teknik, diantaranya dapat dilakukan secara langsung melalui pengukuran perbedaan berat tanah (disebut metode gravimetri) dan secara tidak langsung melalui pengukuran sifat-sifat lain yang berhubungan erat dengan air tanah. Dua metode penetapan kadar air tanah secara tidak langsung yang sudah banyak dikenal adalah melalui pengukuran sebaran neutron probes dan pengukuran waktu hantaran listrik di dalam tanah (time domain reflecirometty, TDR).
a. Teknik pengukuran kadar kelembaban tanah secara langsung (Metode Gravimetri) Metode yang paling umum dan akurat serta merupakan metode langsung (direct technique) untuk menentukan kadar air tanah adalah metode gravimetri.
Metode gravimetri diperlukan pula untuk kalibrasi metode lain. Gravimetri merupakan cara penentuan jumlah zat berdasarkan path penimbangan hasil reaksi setelah bahan yang dianalisis direaksikan. Ada beberapa cara pengambilan data dengan gravimetri yaitu:
− Gravimetri cara penguapan, misalnya untuk menentukan kadar air, (air kristal atau air yang ada dalam suatu spesies).
− Gravimetri elektrolisa, zat yang dianalisa di tempatkan di dalam sel elektrolisa.
Sehingga logam yang mengendap pada katoda dapat ditimbang.
− Gravimetri metode pengendapan menggunakan pereaksi yang akan menghasilkan enthpan dengan zat yang dianalisa sehingga mudah di pisahkan dengan cara penyaringan.
Adapun hal yang dilakukan dalarn penentuan Kadar Air adalah dengan menimbang tanah dalam pinggan aluminium atau labu kimia yang telah diketahui bobotnya. Kemudin tanah dikeringkan dalarn oven pada suhu 100 °C - 110 °C selama beberapa jam (> 24 jam). Setelah itu, tanah didinginkan dan tanah beserta wadah ditimbang. Bobot tanah yang hilang adalah bobot air. Dan dinyatakan dalam
bentuk analisa matematis. (Muslimin Mustafa, 2012). Berikut adalah analisa menggunakan metode gravimetri secara matematis menurut Muslimin Mustafa (2012):
KAT = (𝑀𝑡𝑏−𝑀𝑡𝑘) /𝑀𝑡𝑏 𝑥 100 % (2.1)
Keterangan:
KAT: Kadar Air Tanah Mtb: Massa tanah basah Mtk: Massa tanah kering
2.2 Waktu Penyiraman Tanaman
Penting untuk diperhatikan, waktu penyiraman tanaman sebaiknya disesuaikan dengan proses fotosintesis tanaman, tidak bisa setiap saat apalagi siang hari ketika matahari sedang terik-teriknya. Biasanya proses fotosintesis terjadi dipagi hari dan sore hari. Sinar matahari memiliki gelombang tertentu yang dapat membuka stomata (zat hijau daun). Gelombang tersebut muncul di pagi hari dari munculnya matahari sampai sekitar pukul 09.00 dan di sore hari muncul sekitar pukul 14.30 sampai pukul 16.00. Karena ketika fotosintesis terjadi, stomata membuka sehingga air dengan mudah masuk ke dalam daun dan diproses oleh tanaman untuk membuat makanan yang disebarkan ke seluruh tubuh tanaman.
Menurut Salisbury dan Ross (1995) tidak semua spesias stomatanya peka terdadap kelembaban atmosfer. Stomata akan menutup bila selisih kandungan uap air di udara dan ruang antar sel melebihi tiitk kritis. Hal ini disebabkan oleh gradien uap yang tajam mendorong penutupan stomata, respon paling cepat terhadap kelembaban yang rendah terjadi pada saat tingkat cahaya rendah. Hasil penelitian menunjukkan adanya beda nyata lebar porus stomata siang hari dengan pagi dan sore hari. Hal ini diduga suhu tinggi 30-350 C biasanya stomata menutup/menutup sedikit sebagai respon tidak langsung terhadap keadaan rawan air dan laju respirasi, sehingga CO2 dalam daun juga naik (Haryanti S, 2009). Sementara itu, dalam penyiraman tanaman sebaiknya tetap ada penghematan air, seperti yang diketahui bersama bahwa air adalah sesuatu yang sangat berharga. Maka air harus digunakan secara bijak. Jika area tanaman yang harus disiram tidak terlalu luas, tanaman disiram dengan pelan- pelan sesuai kebutuhan air untuk tanaman.
2.3 Karakteristik Umum Sensor
Sensor memiliki beberapa karakteristik umum dalam mendeteksi suatu besaran, adapun karakteristik umum tersebut meliputi: respon, sensitivitas, repeatabilitas, reprodusibilitas, reprodusibilitas, stabilitas, waktu pemulihan dan umur hidup sensor.
Respon sensor dapat diartikan sebagai kemampuan sensor untuk membedakan suatu materi atau isi yang dipaparkan kepadanya (Nasution et al, 2013). Sensitivitas sensor dapat diartikan sebagai kemampuan sensor untuk merasakan lingkungan yang berbeda yang diperlihatkan dengan nilai respon (dalam bentuk tegangan listrik) yang berbeda (mustaffa et al, 2014). Repeatabiltas sensor dapat diartikan sebagai kemampuan sensor untuk mencapai nilai yang sama saat sensor yang sama dipaparkan kembali dengan suatu unsur atau materi yang sama (Mustaffa et al, 2014). Reprodusibilitas sensor dapat diartikan sebagai kemampuan sensor untuk menghasilkan respon atau kemampuan yang sama pada setiap pendeteksian suatu unsur atau materi dengan menggunakan sensor dengan sensor dengan bahan dan komposisi yang sama (Friza M, 2014). Stabilitas sensor dapat diartikan sebagai kemampuan sensor untuk dapat secara konsisten memberikan nilai respon yang sama tanpa dipengaruhi oleh kondisi lingkungan sekitar (Friza M, 2014). Waktu pemulihan dapat diartikan sebagai waktu yang dibutuhkan sensor untuk kembali berada pada nilai awal (Nasution et al, 2013). Umur hidup sensor dapat diartikan sebagai kemampuan sensor untuk mendeteksi suatu unsur atau materi dengan jangka waktu tertentu (Friza M, 2014).
2.3.1 RTC DS1307
DS1307 Serial Real-Time Clock adalah jam, kalender biner berkode desimal rendah (BCD)ditambah 56 byte NV SRAM. Alamat dan data ditransfer secara serial melalui bus 2 arah, bi-directional.Jam / kalender menyediakan informasi detik, menit, jam, hari, tanggal, bulan, dan tahun. Akhir daritanggal bulan disesuaikan secara otomatis selama berbulan-bulan dengan kurang dari 31 hari, termasuk koreksitahun kabisat. Jam beroperasi dalam format 24 jam atau 12 jam dengan indikator AM / PM. ItuDS1307 memiliki sirkuit rasa listrik built-in yang mendeteksi kegagalan daya dan secara otomatis beralih kesuplai baterai(Datasheet RTC DS1307, 2006).
Gambar 2.1 Real-Time-clock 2.3.1.1Fitur
1.Jam real-time (RTC) menghitung detik, menit, jam, tanggal bulan, bulan, hari minggu ini, dan tahun dengan tahun kabisat Kompensasi berlaku hingga 2100.
2.56-byte, baterai-didukung, nonvolatile (NV) RAM untuk penyimpanan data.
3.Dua kabel serial interface Sinyal keluaran.
4.squarewave yang dapat deprogram.
5.Deteksi dan pengalihan power-fail otomatis.
6.sirkuit Membutuhkan cadangan baterai kurang dari 500nA mode dengan osilator berjalan.
7.Kisaran suhu industri opsional: -40 ° C sampai +85 ° C.
8.Tersedia dalam 8-pin DIP atau SOIC Underwriter Laboratory.
2.3.1.2 Konfigurasi Pin
Gambar 2.2 Konfigurasi Pin DS1307
Deskripsi Pin:
VCC - Pasokan Daya Utama
Koneksi Kristal X1, X2 - 32.768kHz Masukan Baterai VBA - + 3 V GND - Ground
SDA - Data Serial SCL - Serial Clock
SQW / OUT - Wave Square / Driver Output 2.3.2 Sensor Soil Moisture
Moisture sensor adalah sensor yang dapat mendeteksi kadar air dalam tanah. Sensor ini sangat sederhana, tetapi ideal untuk memantau tanaman, atau tingkat air pada tanaman/tumbuhan pekarangan anda. Sensor ini terdiri dua probe untuk melewatkan arus melalui tanah, kemudian membaca resistansinya untuk mendapatkan nilai tingkat kadar air. Semakin banyak air membuat tanah lebih mudah menghantarkan listrik (resistansi kecil), sedangkan tanah yang kering sangat sulit menghantarkan listrik (resistansi besar). Sensor ini sangat membantu Anda untuk mengingatkan tingkat kadar air pada tanaman anda atau memantau kadar air tanah di kebun anda.
Gambar 2.3 Gambar sensor soil moisture
2.4 Mikrokontroler
Menurut sudjadi (2005) mikrokontroler adalah piranti elektronik berupa IC (Integrated Circuit) yang memiliki kemampuan manipulasi data (informasi) berdasarkan suatu urutan instruksi (program) yang dibuat oleh programmer.
Mikrokontroler atau kadang dinamakan pengontrol tertanam (embeddedcontroller) adalah suatu sistem yang mengandung masukan atau keluaran, memori, dan prosesor yang digunakan pada produk seperti mesin cuci, pemutar video, mobil dan telepon.
Pada prinsipnya, Mikrokontroler adalah sebuah komputer berukuran kecil yang dapat digunakan untuk mengambil keputusan, melakukan hal-hal bersifat berulang dan dapat berinteraksi dengan peranti -peranti eksternal, seperti sensor ultrasonik untuk mengukur jarak terhadap suatu objek, penerima GPS untuk memperoleh data posisi kebumian dari satelit dan motor untuk mengontrol gerak pada robot. Sebagai komputer yang berukuran kecil, Mikrokontroler cocok diaplikasikan pada benda- benda yang berukuran kecil, misalnya sebgaai pengendali pada robot (Kadir, A.
2015).
Agar sebuah mikrokontroler dapat berfungsi, maka mikrokontroler tersebut memerlukan komponen eksternal yang kemudian disebut dengan sistem minimum.
Untuk membuat sistem minimal paling tidak dibutuhkan sistem clock dan reset, walaupun pada beberapa mikrokontroler sudah menyediakan sistem clock internal, sehingga tanpa rangkaian eksternal pun mikrokontroler sudah beroperasi. Yang dimaksud dengan sistem minimal adalah sebuah rangkaian mikrokontroler yang sudah dapat digunakan untuk menjalankan sebuah aplikasi. Sebuah IC mikrokontroler tidakakan berarti bila hanya berdiri sendiri. Pada dasarnya sebuah sistem minimal mikrokontroler AVR memiliki prinsip yang sama. Dimana mikrokontroler atmega 328 sebagai pengendalinya (Agung R 2012).
2.4.1 ATMega 328
ATMega328 adalah mikrokontroler CMOS (Complement Metal Oxide Semiconductor) 8-bit berarsitektur AVR RISC (Alf and Vegard’s Risc Processor) yang memiliki 32 Kbyte in-System Programmable Flash. ATmega328 / P menyediakan beberapa fitur berikut: 32Kbytes In-System Programmable Flash with Kemampuan Read-While-Write, 1Kbytes EEPROM, 2Kbytes SRAM, 23 garis I / O umum, 32register kerja umum, Real Time Counter (RTC), tiga Timer / Counter fleksibel dengan perbandingan mode dan PWM, 1 ASARTs terprogram, 1 byte berorientasi 2-wire Serial Interface (I2C), 6-channel 10-bit ADC (8 saluran dalam paket TQFP dan QFN / MLF), sebuah Watchdog Timer yang dapat diprogram dengan Oscillator internal, port serial SPI, dan enam mode penghematan daya perangkat yang dapat dipilih. Idlemode menghentikan CPU sambil membiarkan SRAM, Timer / Counters, port SPI, dan sistem interupsiterus berfungsi Mode Power- down menyimpan isi register tapi membekukan Oscillator, Menonaktifkan semua
fungsi chip lainnya sampai penyuntingan atau penyetelan ulang berikutnya. Dalam mode Hemat daya, Asynchronous timer terus berjalan, memungkinkan pengguna untuk mempertahankan basis timer sementara sisanyaperangkat sedang tidur Mode Pengurang Kebisingan ADC menghentikan CPU dan semua modul I / O kecualiasynchronous timer dan ADC untuk meminimalkan kebisingan switching selama konversi ADC. Dalam mode Standby,osilator kristal / resonator sedang berjalan sementara sisa perangkat sedang tidur. Hal ini memungkinkan start up yang sangat cepat dikombinasikan dengan konsumsi daya rendah.
2.4.1.1 Fitur ATMega 328
Kinerja Tinggi, Daya Rendah
• Arsitektur RISC Lanjutan - 131 Instruksi yang Kuat
- Sebagian besar Eksekusi Siklus Jam Tunggal - 32 x 8 General Purpose Work Register - Operasi Statis Penuh
- Sampai 20 MIPS Throughput di 20MHz - On-chip 2-cycle Multiplier
• Segmen Memori Ketangguhan Daya Ketangguhan yang Tinggi - 32KBytes program Flash Self-Programmable Program Ingatan - 1KBytes EEPROM
- 2kbytes internal SRAM
- Write / Erase Cycles: 10.000 Flash / 100.000 EEPROM
- Retensi Data: 20 tahun pada 85 ° C / 100 tahun pada suhu 25 ° C (1) - Bagian Kode Basis Opsional dengan Kunci Kunci Independen
2.4.1.2 Konfigurasi Pin ATMega 328
Mikrokontroler ATMega328 memiliki 3 buah PORT utama yaitu PORTB, PORTC, dan PORTD dengan total pin input/output sebanyak 23 pin. PORT tersebut dapat difungsikan sebagai input/output digital atau difungsikan sebagai peripheral lainnya dapat dilihat pada gambar 2.1(Datasheet ATMega 328P, 2016)
Gambar 2.4 Konfigurasi Pin ATMega328 .
2.5 Modul Wifi Esp 8266
ESP8266 adalah chip terintegrasi yang dirancang untuk kebutuhan terhubungnya dunia. Ia menawarkan solusi jaringan Wi-Fi yang lengkap dan mandiri, yang memungkinkan untuk menjadi host atau mentransfer semua fungsi jaringan Wi-Fi dari prosesor aplikasi lain. ESP8266 memiliki kemampuan pengolahan dan penyimpanan on-board yang kuat, yang memungkinkannya untuk diintegrasikan dengan sensor dan aplikasi perangkat khusus lain melalui GPIOs dengan pengembangan yang mudah sertawaktu loading yang minimal. Tingkat integrasinya yang tinggi memungkinkan untuk meminimalkan kebutuhan sirkuit eksternal, termasuk modul front-end, dirancang untuk mengisi daerah PCB yang minimal board ESP8266 yang menawarkan solusi jaringan Wi - Fi yang lengkap dan mandiri, yang memungkinkan untuk host aplikasi atau offload semua fungsi jaringan Wi -Fi dari aplikasi lain prosesor. Dapat berfungsi sebagai adapter Wi-Fi, akses internet nirkabel dapat ditambahkan ke setiap mikrokontroler dengan konektivitas sederhana melalui UART interface. Esp8266 dapat diperintah menggunakan AT Command atau berkomunikasi melalui SPI atau serial. Hal ini menyebabkan ESP8266 dapat secara langsung untuk menuspport koneksi wifi secara langsung.
modul ini menyediakan akses ke jaringan WiFi secara transparan dengan mudah melalui interkoneksi serial (UART RX/TX). ESP8266 dapat bertindak sebagai: - Client ke suatu wifi router, sehingga saat konfigurasi dibutuhkan setting nama access pointnya dan juga passwordnya - Access Point, dimana ESP8266 dapat menerima akses wifi. Modul WiFi ini merupakan SoC (System on Chip) dengan stack protokol TCP/IP yang telah terintegrasi, sehingga memungkinkan mikrokontroler untuk mengakses jaringan WiFi.
Keunggulan utama modul ini adalah:
Tersedianya mikrokontroler RISC (Tensilica 106µ Diamond Standard Core LX3) dan Flash Memory SPI 4 Mbit Winbond W2540BVNIGterpadu, Fitur SoC ESP8266EX:
Mendukung protokol 802.11 b/g/n
WiFi Direct (P2P / Point-to-Point), Soft-AP / Access Point
TCP/IP Protocol Stackterpadu • Mendukung WEP, TKIP, AES, dan WAPI
Pengalih T/R, balun, LNA (penguat derau rendah) terpadu
Power Amplifier / penguat daya 24 dBm terpadu
Sirkuit PLL, pengatur tegangan, dan pengelola daya terpadu
Daya keluaran mencapai +19,5 dBm pada moda 802.11b
Sensor suhu internal terpadu
Mendukung berbagai macam antenna
Kebocoran arus pada saat non-aktif kurang dari 10µA
CPU mikro 32-bit terpadu yang dapat digunakan sebagai pemroses aplikasi lewat antarmuka iBus, dBus, AHB (untuk akses register), dan JTAG (untuk debugging)
Antarmuka SDIO 2.0, SPI, UART
STBC, 1x1 MIMO, 2x1 MIMO
Agregasi A-MPDU dan A-MSDU dengan guard interval0,4 µs
Waktu tunda dari moda tidur hingga transmisi data kurang dari 2 ms
Konsumsi daya saat siaga kurang dari 1 mW (DTIM3)
Berikut ini adalah diagram bagian fungsional dari Espressif ESP8266:
-
Gambar 2.5 Diagram diagram ESP8266
Modul WiFi ini bekerja dengan catu daya 3,3 volt. Salah satu kelebihan modul ini adalah kekuatan transmisinya yang dapat mencapai 100 meter, dengan begitu modul ini memerlukan koneksi arus yang cukup besar (rata-rata 80 mA, mencapai 215 mA pada CCK 1 MBps, moda transmisi 802.11b dengan daya pancar +19,5 dBm belum termasuk 100 mA untuk sirkuit pengatur tegangan internal).Untuk komunikasi, model ini menggunakan koneksi 115200,8,N,1 (115.20)bps, 8 data-bit, no parity, 1stop bit).
BAB 3
PERANCANGAN SISTEM
3.1 Diagram Blok Jadwal Pengairan
Kelembapan Tanah
Gambar 3.1 Diagram Blok
Keterangan :
RTC DS1307 : Sebagai pencatat / sensor waktu.
Soil Moisture : Sebagai sensor Kelembaban tanah.
ATMega 328 : Sebagai mikrokontroler.
Esp8266 Nodemcu : Sebagai penghubung antara rangkaian dengan user melalui internet.
Driver : Sebagai penghubung antara rangkaian dengan pompa
Thingspeak : Sebagai tampilan output pada rangkaian melalui software.
Pompa : Sebagai komponen output.
User : Sebagai pengendali / pengontrol rangkaian.
RTC DS1307 07
ATmega 328
Esp8266 Thingspeak
User
Soil Moisture
Driver Pompa
Pengairan
Pengairan : Sebagai output dalam bentuk non electric.
3.2 Rangkaian Real Time Clock (RTC)
Komponen yang digunakan dalam pengaturan waktu adalah RTC DS1307.
Untuk blok ini tidak ada komponen tambahan juga karena pada Real Time Clock (RTC) ini sudah terdapat modulnya langsung kita pasangkan saja ke mikrokontroler ATMega328nya. Gambar 3.2 berikut merupakan gambar rangkaian Real Time Clock (RTC) yang dihubungkan ke mikrokontroler ATMega328. Rangkaian ini terhubung pada port SDA dan SCL, Sehingga nilai dapat dikelola oleh Mikrokontroler ATMega 328.
ANALOG IN ATMEGA328P-PU1121
Reset BTN ON www.TheEngineeringProjects.com PD0/RXD
PD1/TXD PD2/INT0
~ PD3/INT1/OC2B PD4/T0/XCK
~ PD5/T1/OC0B
~ PD7/AIN1
PC5/ADC5/SCL PC4/ADC4/SDA PC3/ADC3 PC2/ADC2 PC1/ADC1 PC0/ADC0 RESET
PB0/ICP1/CLKO
~ PB1/OC1A
~ PB2/OC1B
~ PB3/MOSI/OC2A
PD7/AIN1 PB4/MISO PB5/SCK AREF
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
A5 A4 A3 A2 A1 A0
ARD1
ARDUINO UNO 12 V input
DS1307 RTC Module www.TheEngineeringProjects.com
SDA SCL SOUT VCC
X1
X2
GND
RTC1
DS1307
Gambar 3.2 Rangkaian Real Time Clock (RTC) 3.3 Rangkaian Sensor Kelembaban Tanah
Sensor yang digunakan adalah sensor soilmoisture YL-69. Sensor ini terbuat dari salah satu logam tertentu yang digunakan untuk mengukur kadar air dalam tanah.
Pada gambar 3.3, output analog sensor kelembaban tanah dihubungkan pada pin A0 pada arduino.
ANALOG IN ATMEGA328P-PU1121
Reset BTN ON www.TheEngineeringProjects.com PD0/RXDPD1/TXD
PD2/INT0
~ PD3/INT1/OC2B PD4/T0/XCK
~ PD5/T1/OC0B
~ PD7/AIN1
PC5/ADC5/SCL PC4/ADC4/SDA PC3/ADC3 PC2/ADC2 PC1/ADC1 PC0/ADC0 RESET
PB0/ICP1/CLKO
~ PB1/OC1A
~ PB2/OC1B
~ PB3/MOSI/OC2A
PD7/AIN1 PB4/MISO PB5/SCK AREF
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
A5 A4 A3 A2 A1 A0
ARD1
ARDUINO UNO 12 V input
5V
YL-69
Gambar 3.3 Rangkaian Sensor SoilMoisture YL-69
Kemudian untuk mengkalibrasi alat dilakukan dengan mengambil data dan menganalisa data. Dalam melakukan kalibrasi dapat diketahui seberapa jauh perbedaan atau deviasinya antara nilai yang pembanding dan nilai yang ditunjukkan oleh alat. Selain itu, kalibrasi juga dilakukan untuk menentukan nilai ketidakpastian.
Untuk mengetahui nilai ketidakpastian, yaitu dengan langkah pertama, cari nilai simpangan baku dengan menggunakan persamaan 1.
(1)
Langkah kedua adalah menghitung nilai ketidakpastian hasil pengukuran (UA1) dengan menggunakan persamaan 2.
UA1 = (2)
Langkah ketiga adalah menghitung nilai ketidakpastian dengan pendekatan regresi (UA2). Tahapan untuk menemukan file Nilai ketidakpastian dari pendekatan regresi (UA2) yaitu pertama menggunakan persamaan regresi (Yreg), seperti pada persamaan 3.
yreg = a+bx (3)
Untuk menghitung nilai persamaan regresi (Yreg), sebelumnya dicari nilai a dan b.
Tapi untuk mencari nilai a, harus mencari nilai b terlebih dahulu. Seperti pada persamaan 4.
b = (4)
setelah nilai b didapatkan, kemudian nilai a dihitung dengan persamaan 5.
a = (5)
Setelah nilai persamaan regresi (Yreg) dihitung, selanjutnya dicari nilai jumlah sisa kuadrat (SSR), persamaan untuk mencari SSR seperti pada persamaan 6.
SSR= ∑R2 (6)
Setelah nilai sisa jumlah kuadrat (SSR) diketahui, dapat dilanjutkan dengan menghitung nilai ketidakpastian pendekatan regresi (UA2), menggunakan persamaan
UA2 = (7)
3.4 Rangkaian Modul ESP8266
Rangkaian ini menggunakan komponen modul node mcu dengan tipe esp 8266.
Adapter merupakan transimisi radio yang kompatibel dengan jaringan wifi standard sehingga dapat diaplikasikan sebagai system berbasis wifi. Pada gambar 3.4 pin RX dan TX dihubungkan pada pin D0 dan D1 pada arduino. Pada rancangan ini modul esp 8266 diprogram dengan bahasa C dengan bantuan arduino i.d.e versi 1.8.10.
Program akan mengatur nama hotspot, password, dan protocol lainnya agar system dapat bekerja mengirim dan menerima data dari jaringan.
ANALOG IN ATMEGA328P-PU1121
Reset BTN ON www.TheEngineeringProjects.com PD0/RXD
PD1/TXD PD2/INT0
~ PD3/INT1/OC2B PD4/T0/XCK
~ PD5/T1/OC0B
~ PD7/AIN1
PC5/ADC5/SCL PC4/ADC4/SDA PC3/ADC3 PC2/ADC2 PC1/ADC1 PC0/ADC0 RESET
PB0/ICP1/CLKO
~ PB1/OC1A
~ PB2/OC1B
~ PB3/MOSI/OC2A
PD7/AIN1 PB4/MISO PB5/SCK AREF
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
A5 A4 A3 A2 A1 A0
ARD1
ARDUINO UNO
3.3V
Vcc
Vcc TXD RXD
ESP8266
node MCU 12 V input
Gambar 3.4 Rangkaian Modul ESP8266 3.5 Pembuatan Channel Pada Server ThingSpeak
Pada sistem ini menggunakan ThingSpeak Cloud sebagai tempat untuk penyimpanan seluruh data sensor dan sebagai sebuah ‘media’ bagi Smartphone ataupun laptop untuk mendapatkan data sensor yang dikirimkan oleh sensor YL069 dan juga RTC DS1307. Ada beberapa tahapan dalam pembuatan Channel ThingSpeak untuk menggunakan API Keys yang digunakan pada program pengiriman data, diantara nya sebagai berikut:
1. Membuat akun ThingSpeak pada https://thingspeak.com/users/sign_up dengan
memasukkan data berupa email, lokasi, nama depan, dan nama belakang.
Gambar 3.5 Pembuatan Akun ThingSpeak
2. Setelah pembuatan akun selesai, selanjutnya pengguna telah dapat membuat channel baru dengan cara masuk ke Homepage lalu pilih My Channel.
Gambar 3.6 Halaman pembuatan channel baru
3. Pada satu Channel pengguna dapat membuat field sebanyak delapan buah.
Adapun isi form dalam pembuatan Channel ialah nama Channel, deskripsi singkat tentang Channel yang akan digunakan, dan nama data yang akan ditampilkan
.
Gambar 3.7 Pembuatan New Channel
4. Setelah pembuatan channel baru, pengguna dapat melihat tampilan dalam bentuk grafik
Gambar 3.8 Gambar grafik channel baru
5. Mendapatkan ID Channel dan yang digunakan untuk menghubungkan perangkat dengan thingspeak
Gambar 3.9 Tampilan Channel ID
6. Mendapatkan kode READ dan WRITE API yang digunakan pada program pengiriman dan pembacaan data.
Gambar 3.10 Tampilan kode READ dan WRITE pada API
3.6 Rangkaian Keseluruhan
Rangkaian keseluruhan dilakukan setelah semua komponen berhasil dipasang pada rangkaian utama yaitu mikrokontroler. Rangkaian dilakukan dengan cara menjalankan sistem kemudian mengamati fungsi kerja dari sistem selama beberapa waktu. Sistem diprogram untuk melakukan pengairan yang diperintahkan dari jarak jauh yaitu melalui internet. User dapat memantau kondisi tanah dan memerintahkan oengairan jika kelembaban tanah rendah . Sistem juga dapat memberitahukan jika kondisi tanah terlalu kering atau terlalu basah sehingga dapat dilakukan tindakan secara otomatis. Untuk menguji sistem maka dibutuhkan semua komponen yang telah disatukan dan komunikasi internet telah tersedia. Untuk aplikasi pada handphone digunakan thingspeak yang dapat menampilkan data dalam bentuk grafik.
Pertama-tama aktifkan alat atau sistem pengairan yang dibuat. Sensor dimasukkan pada salah satu tanah. Perlu diketahui ,pada pengujian ini disediakan beberapa sampel tanah yang berbeda dalam kondisi kering. Sensor dimasukkan pada salah satu sampel tanah yang kering. Setelah aktif sensor akan membaca kelembaban tanah dan membandingkannya pada batas yang dibuat dalam program. Pada kondisi tersebut sensor akan membuat program mengirim data dalam bentuk grafik dengan kelembaban tanah dan waktu. User kemudian dapat mengecek tingkat kelembaban tersebut. Setelah 15 detik kemudian data dikirim dari system ke server thingspeak yaitu tingkat kelembaban dalam pengujian ini adalah 23%. Yaitu jauh dibawah normal yang dibuat 60%. Kemudian data dikirim ke pompa dengan otomatis. Setelah 2 detik pompa kemudian aktif. Pompa akan secara otomatis non aktif jika kelembaban yang terdeteksi sudah normal atau dimatikan oleh user secara otomatis dari program. Sampai tahap ini pengujian untuk tanah kering telah berhasil dan aplikasi kontrol jarak jauh telah berhasil dilakukan. Selanjutnya adalah menguji jika kondisi tanah terlalu basah. Caranya adalah memasukkan air sebanyak banyaknya pada sampel tanah yang lain. Pada saat ini sistem akan mengirim data kondisi tanah terlalu basah pada user lewat server thingspeak. Dengan demikian tindakan dapat dilakukan misalnya dengan mematikan pompa . User senantiasa dapat mengecek kondisi kelembaban tanah melalui tamplan grafik pada aplikasi pada tingkat
kelembaban tanah tersebut oleh rangkaian. Setelah dilakukan pengujian berulang dengan sampel tanah yang ada maka hasil pengujian dapat dinyatakan berhasil dan alat bekerja sesuai dengan yang diinginkan
.
C5
1000u/50V Out 12VDC
ANALOG IN ATMEGA328P-PU1121
Reset BTN ON www.TheEngineeringProjects.com PD0/RXD
PD1/TXD PD2/INT0
~ PD3/INT1/OC2B PD4/T0/XCK
~ PD5/T1/OC0B
~ PD7/AIN1
PC5/ADC5/SCL PC4/ADC4/SDA PC3/ADC3 PC2/ADC2 PC1/ADC1 PC0/ADC0 RESET
PB0/ICP1/CLKO
~ PB1/OC1A
~ PB2/OC1B
~ PB3/MOSI/OC2A
PD7/AIN1 PB4/MISO PB5/SCK AREF
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
A5 A4 A3 A2 A1 A0
ARD1
ARDUINO UNO
3.3V
Vcc
Vcc TXD RXD
ESP8266
node MCU
SW1
SW-SPST
L2
BR2 1N4002
V2
220VAC
12 V input
DS1307 RTC Module www.TheEngineeringProjects.com
SDA SCL SOUT VCC X1
X2
GND
RTC1
DS1307
5V
YL-69
+88.8POMPA AIR DC
R1
2200
Q1
BD139
Gambar 3.11 Rangkaian Keseluruhan
3.7 Diagram Alir (Flowchart)
Tidak
ya
Tidak
Y Start
Inisialisasi dan nilai awal
Baca input dari RTC dan sensor
Kalibrasi nilai sensor menjadi kelembaban tanah
Bandingkan jam dengan acuan dalam program
RTC = Jadwal Pengairan?
Kirim nilai kelembaban tanah pada user
User on Pengairan?
Aktifkan pompa
Stop
Gambar 3.2 Flowchart Sistem
Keterangan : Flowchart atau diagram alir menjelaskan alur proses kerja program.
Dimulai dengan inisialisasi dan nilai awal yang dilanjutkan dengan pembacaan masukan seperti masukan RTC dan masukan sensor. Masukan RTC adalah jam atau jadwal sedangkan masukan sensor adalah tingkat kelembaban tanah yang diubah menjadi sinyal tegangan. Sinyal tegangan dari sensor diubah atau konversi menjadi data digital kemudian dikalibrasi menjadi nilai kelembaban tanah dalam satuan persen. Saat kedua masukan telah diterima oleh program, proses selanjutnya adalah membandingkan apakah jadwal telah tiba untuk pengairan atau tidak. Jika tidak program akan terus melakukan pemantauan kelembaban tanah. Saat tanah terlalu kering maka proses pengairan akan dilaksanakan.
BAB 4
HASIL PENELITIAN DAN PENGUJIAN SISTEM 4.1. Hasil penelitian
Hasil penelitian adalah sebuah sistem yang berfungsi sebagai pengatur pengairan tanaman yang bekerja otomatis. Alat dibangun dengan beberapa komponen elektronika seperti sensor, kontroler ,jam digital dan pompa air. Alat bekerja berdasarkan kelembaban tanah dan waktu yang telah ditentukan dalam program mikrokontroler. Pengairan akan dilakukan pada jam-jam tertentu misalnya pagi atau sore. RTC atau jam digital memberikan informasi waktu pada mikrokontroler. Bila jadwal pengairan telah tiba maka kontroler akan membaca tingkat kelembaban tanah melalui sensor. Sensor kelembaban tanah mendeteksi kadar air atau kelembaban dalam tanah dan memberi informasi pada mikrokontroler . Misalnya jika Tanah terlalu kering maka pompa akan dihidupkan secara otomatis hingga tanah cukup lembab kembali. Selain kontrol otomatis, sistem yang dibuat agar kelembaban dapat dimonitoring dari jarak jauh melalui internet. Untuk realisasi monitoring jarak jauh digunakan aplikasi thinkspeak. Thinkspeak merupakan sebuah server yang menyediakan sebuah alamat website agar dapat menjadi perantara user dengan sistem didalam jaringan internet. Tanpa server sebuah data yang dikirim tidak akan sampai ke user karena tidak adanya alamat yang jelas.
Akhir kata, proses perancangan dan perakitan telah dilakukan dan siap diuji coba. Pengujian akan dilakukan bertahap mulai dari pengujian masing-masing komponen hingga pengujian keseluruhannya yaitu untuk mengetahui unjuk kerja sistem yang dibuat. Berikut adalah tahap pengujian yang dilakukan pada komponen dan rangkaian .
Gambar 4-1. Hasil realisasi sistem Tabulapot tanaman Jambu berbasis IoT.
4.2 Pengujian Sistem
4.2.1 Pengujian Rangkaian Catu Daya
Catu daya digunakan sebagai sumber tegangan pada alat pengairan otomatis.
Nilai tegangan keluaran yang dibutuhkan dari catudaya adalah 5V dan 12V DC.
Tegangan 12V diperoleh dari adaptor yang digunakan sedangkan untuk mendapatkan tegangan 5V digunakan IC regulator LM7805. Perlu diketahui LM7805 telah tertanam pada board Arduino Uno sehingga pengukuran akan dilakukan pada board tersebut. Tipe IC LM7805 digunakan untuk mendapatkan tegangan yang stabil sebagai tegangan masukan pada mikrokontroler. Setelah catu daya dirangkai kemudian keluaran catudaya diuji beberapa kali dan hasilnya adalah seperti yang terlihat pada Tabel 1. Nilai tegangan keluaran dari catudaya sudah memenuhi dari nilai tegangan yang dibutuhkan untuk menjalankan mikrokontroler node mcu dan Arduino uno adalah sebesar 4,5-5,5 V.
Tabel 4.1. Tegangan keluaran catu daya .
Pengujian Tegangan 7805 Tegangan Adaptor
1 5,01 V 12,13 V
2 5,01 V 12,15 V
3 5,00 V 12,14 V
Untuk keluaran pada IC LM7805 yang tertanam pada board arduino akan dibandingkan pada datasheet yang ada pada IC LM7805 dan begitu juga pada keluaran tegangan adaptor akan dibandingkan pada datasheet yang ada pada adaptor untuk mengetahui penyimpangan hasil pembacaan pada keluaran tegangan.
Tabel 4.2 Tabel Perbandingan Keluaran Standard dengan Keluaran IC LM7805
Pengujian Keluaran
Standart 7805 (Datasheet)
Keluaran 7805 Koreksi (Keluaran standart – keluaran
ukur)
1 5,00V 5,01V -0,01
2 5,00V 5,01V -0,01
3 5,00V 5,00V 0
Jumlah 15,00 15,02 -0,02
Rata-rata 5,00 5,0067 -0,0067
Standart Deviasi koreksi
( )
0,576
Persamaan Regresi (Yreg) 10,00658 + 0,000567 X
Nilai Minimum Koreksi 0
Nilai Maksimum Koreksi -0,01
Jadi, persamaan regresinya yreg = a+bx = 10,00658 + 0,000567x
Tabel 4. 3 Tabel Perbandingan Keluaran Standard dengan Keluaran Adaptor Pengujian Keluaran Standart
Adaptor (Datasheet)
Keluaran Adaptor Koreksi (Keluaran standart – keluaran
ukur)
1 12,00V 12,13V -0,13
2 12,00V 12,15V -0,15
3 12,00V 12,14V -0,14
Jumlah 26,00 26,32 -0,32
Rata-rata 8,67 8,77 0,106
Standart Deviasi koreksi ( ) 0,0465
Persamaan Regresi (Yreg) 10,00356 + 0,000475 X
Nilai Minimum Koreksi -0,13
Nilai Maksimum Koreksi -0,15
Jadi, persamaan regresinya yreg = a+bx = 10,00356 + 0,000475x
Dengan tiga kali pengukuran diatas yang memberikan nilai yang hampir sama maka dapat dinyatakan bahwa catu daya tersebut telah memenuhi syarat untuk digunakan pada alat dan pengujian catu daya berhasil dilakukan.
Gambar 4.2 Pengukuran tegangan pada arduino 4.2 Pengujian sensor kelembaban tanah
Pengujian dilakukan dengan mengukur kelembaban tanah dengan sensor dan membandingkannya dengan alat ukur analog . Tegangan keluaran sensor diukur dengan voltmeter daan dicatat setiap perubahannya. Kelembaban diatur dengan memberikan air secara bertahap . Pada awal nya dicari tanah yang kering ,untuk menyakinkan agar tanah kering dilakukan penjemuran selama 1 hari. Setelah benar- benar kering maka uji coba baru dapat dilakukan. Ukur tanah dengan alat ukur
analog kemudian ukur tegangan keluaran sensor kelembaban juga dan catat. Naikkan tingkat kelembaban secara bertahap hingga maksimal, catat setiap perubahan output sensor. Berikut besaran data pada ADC yang diubah dalam bentuk persentase.
Tabel 4.4 Tabel Perubahan Data ADC Pada Sensor Dalam Bentuk Persentase
Data ADC Nilai %
0 0%
102 10%
204 20%
307 30%
409 40%
512 50%
614 60%
716 70%
818 80%
924 90%
Berikut adalah hasil pengukuran yang dilakukan pada sensor kelembaban tanah YL069.
Tabel 4.5 Hasil pengukuran sensor YL069
Alat Ukur Analog Sensor YL069 Keluaran Tegangan
0% 0,96% 4,92V
10% 10,95% 4,57V
25% 34,97% 3,85V
40% 54,90% 3,27V
55% 74,00% 2,41V
65% 77,98% 1,89V
70% 82,54% 1,51V
80% 85,44% 1,27V
90% 88,35% 0,78V
Gambar 4.3 Pengukuran tegangan pada sensor YL069
Gambar 4.4 Tampilan sensor YL069 dalam keadaan kering
Gambar 4.5 Tampilan sensor YL069 dalam keadaan basah
Tabel 4.6 Tabel Perbandingan Alat Ukur Analog dengan Sensor YL069 Alat Ukur Analog Sensor YL069 (x)
selisih (y) (x- )2
0% 0,96% 0,96% 0,310
10% 10,95% 0,95% 0,012
25% 34,97% 9,97% 0,122
40% 54,90% 14,90% 1,574
55% 74,00% 19,00% 0,548
65% 77,98% 12,98% 0,020
70% 82,54% 12,54% 0,681
80% 85,44% 5,44% 0,053
90% 88,35% -1,65% 51,082
jumlah 510,09% 75,09% 26,019
rata rata 56,68% 8,34% 0,278
Tabel 4.7 Tabel Perhitungan Standar Deviasi Pengukuran Sensor
Xy X2 Yreg R R2
0,01% 0,00009216 3,930747 0,976984 0,954497
0,10% 0,01199025 3,938521 0,967084 0,935252
3,49% 0,12229009 3,957214 0,959574 0,920782
8,18% 0,301401 3,972723 0,948119 0,898929
14,06% 0,5476 3,987587 0,982019 0,964361
10,12% 0,60808804 3,990684 0,965972 0,933101
10,35% 0,68128516 3,994233 1 0,999999
4,65% 0,72999936 3,996489 1 1
-1,46% 0,78057225 3,998754 0,976984 0,954497
∑xy = 49,50 % ∑X2 = 378,33 ∑ Yreg =35,766 ∑ R
=8,776 ∑R2 = 8,561
Berdasarkan tabel 4.6 dan 4.7 maka, nilai standar deviasi = = 1,803 . Nilai ketidakpastian UA1 = = = 0,6734. Nilai variabel b =
= = 0,07782. Nilai variabel a = = 8,34 – (0,07782(56,68) =
3,93% . Jadi, persamaan regresinya yreg = a+bx = 3,93% + 0,07782x . Jumlah residu pangkat dua ∑R2= 0,9544 , UA2 = = 0,369265.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
4,92 4,57 3,85 3,27 2,41 1,89 1,51 1,27 0,78
Persentase ( % )
Tegangan ( V )
Grafik Perbandingan
Alat Ukur Analog Sensor YL069
Grafik 4.1 Grafik Perbandingan antara Alat Ukur Analog dengan Sensor YL069.
4.3 Pengujian ESP8266 NodeMcu.
Pengujian ic node mcu dilakukan untuk menguji apakah rangkaian kontroler tersebut telah bekerja dgn baik atau tidak. Pengujian dapat dilakukan dengaperbandingan antara program yang dibuat dgn hasil pengukuran. Jika terdapat perbedaan antara logika keluaran antara program dan pengukuran akan memberi indikasi kalau ada kesalahan dalam rangkaian.
Algoritma program yang ditulis dalam bahasa C adalah :
digitalWrite(D0,HIGH);
digitalWrite(D1,LOW);
digitalWrite(D2,HIGH);
digitalWrite(D3, LOW);
digitalWrite(D4, LOW);
digitalWrite(D5, LOW);
digitalWrite(D6,HIGH);
digitalWrite(D7,HIGH);
digitalWrite(D8, LOW);
digitalWrite(RX,HIGH);
digitalWrite(TX, LOW);
Program dibuat dan diunggah ke IC mikrokontroler kemudian dijalankan, maka hasil pengukuran tegangan masing-masing pin adalah sebagai berikut:
Tabel 4.8. Hasil pengujian mikrokontroler Node mcu
Pin Vout(V) Vdata(V) Selisih
D0 3,33 3,00 0,33
D1 0,01 0,00 0,01
D2 3,31 3,00 0,31
D3 0,01 0,00 0,01
D4 0,02 0,00 0,02
D5 0,01 0,00 0,01
D6 3,30 3,00 3,30
D7 3,31 3,00 3,31
D8 0,0 0,00 0,00
RX 3,32 3,00 0,32
TX 0,02 0,00 0,02
Analisa :
setelah di verifikasi berdasarkan logika keluaran tiap port dan dibandingkan dgn data program maka terlihat ada kesamaan antara program dan output pin. Hasil menunjukkan tidak terdapat perbedaan ,sehingga dapat dinyatakan rangkaian kontroler node mcu telah bekerja dgn baik .
Gambar 4.6 Pengukuran tegangan pada ESP8266 NodeMcu
4.4 Pengujian driver/relay
Pengujian program dilakukan untuk melihat apakah driver dan relay berjalan sesuai dengan yang diinginkan atau tidak. Tahap pertama pengujian adalah melihat pengaruh tegangab masuk terhadap relay. Hasil pengujian menunjukkan, saat diberi logika 1 pada basis driver transistor maka relay akan on dan mengaktifkan buzzer atau sirene. Kemudian saat tegangan keluaran dari basis transistor bernilai low, maka akan mematikan relay akan off dan sirene akan diam. Pengujian ini dilakukan dengan multimeter yang dihubungkan ke ground dan port tegangan masukan atau basis transistor. Hasil tegangan keluaran dari mikrokontroler ke basis transistor untuk dapat membuat relay aktif dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2 memperlihatkan bahwa tegangan pada basis transistor harus ≥ 0,7 volt untuk dapat mengaktifkan relay. Sedangkan untuk tegangan ≤ 0,7 volt tidak dapat mengaktifkan relay.
Tabel 4.9. Hasil pengujian pengaruh tegangan basis terhadap relay .
No
Tegangan Basis (volt)
Kondisi relay
1 0,01 Tidak aktif
2 0,45 Tidak aktif
3 0,57 Tidak aktif
4 0,71 Aktif
5 0,80 Aktif
4.5 Pengujian sistem pompa air.
Pengujian pompa air dilakukan dengan memberi suplai arus dan melihat apakah pompa bekerja atau tidak. Pompa juga diuji dengan melihat jumlah air yang mengalir setiap menit yang dicatat pada sebuah tabel. Berikut ini adalah hasil pengujian pompa air yang digunakan.
Tabel 4.10 Hasil pengujian pompa air Tegangan Kondisi pompa
0V Tidak aktif
1,5V Tidak aktif
5V Aktif pelan
12V Aktif kencang
