BAB II
DASAR TEORI
Pada bab ini akan dibahas tentang teori-teori yang berkaitan dengan tugas akhir yang dibuat, antara lain teori pertumbuhan tanaman, soil moisture sensor, Arduino Mega 2560, solenoid valve, selang tetes, LCD, modul RTC DS3231, modul micro SD card, keypad matrix 4×4, modul LM2596 DC-DC step-down, relay, power supply DC 12V. 2.1. Kebutuhan air terhadap pertumbuhan suatu tanaman
Kelembaban tanah adalah jumlah air yang ditahan di dalam tanah setelah kelebihan air dialirkan, apabila tanah memiliki kadar air yang tinggi maka kelebihan air tanah dikurangi melalui evaporasi, transpirasi dan transporair bawah tanah. Standar atau acuan dalam mengukur kelembaban tanah, yaitu American Standard Method (ASM). Prinsip dari metode ini adalah dengan cara melakukan perbandingan antara massa air dengan massa butiran tanah (massa tanah dalam kondisi kering), yang ditunjukkan oleh persamaan berikut :
Rh = 𝑚𝑎
𝑚𝑡× 100% ... (1)
Keterangan:
Rh = Kelembaban Tanah (%) ma = Massa Air (Gram) mt = Massa Tanah (Gram)
Massa butiran tanah diperoleh dengan menimbang tanah kering. Sedangkan massa air adalah selisih dari massa butiran tanah yang telah diberi air dengan massa butiran tanah. [1]
Pertumbuhan tanaman sangat tergantung oleh jumlah air yang tersedia dalam tanah, karena air mempunyai peranan penting dalam proses kehidupan tanaman. Kekurangan air akan mengganggu aktivitas fisiologis maupun morfologis, sehingga mengakibatkan terhentinya pertumbuhan. Defisiensi air yang terus-menerus akan menyebabkan berbagai
perubahan irreversible (tidak dapat balik) dan pada gilirannya tanaman akan mati. Selama pertumbuhan tanaman terus-menerus mengisap air dari tanah dan mengeluarkannya pada saat transpirasi. Kehilangan air pada tanaman dapat terjadi melalui transpirasi dan akibat sampingan, fiksasi karbon dioksida. Dalam tanah, air berada diantara rongga-rongga tanah dan terikat oleh butir tanah, dengan kekuatan yang ditentukan oleh banyaknya air yang dikandung oleh tanah tersebut, atau dengan kata lain besarnya gaya untuk memisahkan air dari partikel tanah (pF). Tanah yang terlalu banyak mengandung air menyebabkan berkurangnya pori udara dalam tanah sehingga akan mengakibatkan terhambatnya proses transpirasi. [2]
Tak hanya itu, tanaman juga dapat keracunan nitrogen sehingga akan terlihat layu dan juga akan meningkatkan pertumbuhan jamur pada batang tanaman tersebut karena kondisi yang terlalu lembab [5]. Karena daya serap tiap tanaman berbeda, maka kadar air dalam tanah yang ideal bagi suatu tanaman pun berbeda-beda sebagai contoh tanaman Strawberry memiliki kadar air terendah adalah 23,6% dan kadar air tertinggi adalah 44,5% [6].
2.2. Soil moisture sensor
Soil moisture sensor adalah sensor kelembaban yang dapat mendeteksi kelembaban dalam tanah. Sensor ini sangat sederhana, tetapi ideal untuk memantau tingkat air pada tanaman pekarangan. Sensor ini terdiri dua probe untuk melewatkan arus melalui tanah, kemudian membaca resistansinya untuk mendapatkan nilai tingkat kelembaban. Semakin banyak air membuat tanah lebih mudah menghantarkan listrik (resistansi kecil), sedangkan tanah yang kering sangat sulit menghantarkan listrik (resistansi besar) [7]. Sensor ini sangat membantu untuk mengingatkan tingkat kelembaban pada tanaman atau memantau kelembaban tanah di kebun . IO Expansion Shield adalah shield yang sempurna untuk menghubungkan Sensor dengan Arduino. Soil moisture sensor memiliki akurasi sebesar ±3%, error terkecil sebesar ±1.66%, dan error terbesar sebesar ±6.18%, sehingga penulis mengambil rata-rata error dari sensor sebesar ±3.92%. [8]
Gambar 2.1 Soil Moisture Sensor
2.3. Arduino Mega 2560
Arduino Mega 2560 adalah papan mikrokontroler berdasarkan ATmega2560. Ini memiliki 54 pin input / output digital (yang 15 dapat digunakan sebagai output PWM), 16 input analog, 4 UART (port serial perangkat keras), osilator kristal 16 MHz, koneksi USB, colokan listrik, header ICSP, dan tombol reset. Ini berisi semua yang dibutuhkan untuk mendukung mikrokontroler; cukup hubungkan ke komputer dengan kabel USB atau nyalakan dengan adaptor AC-ke-DC atau baterai untuk memulai. Alat ini akan digunakan sebagai otak yang akan mengolah dan mengontrol segala sesuatu yang dikehendaki untuk terjadi seperti algoritma pengolahan data dan mengontrol hal apa yang akan dilakukan selanjutnya dari data yang telah diolah.
Gambar 2.2 Arduino Mega 2560
2.4. Solenoid valve
Solenoid valve merupakan katup yang dikendalikan dengan arus listrik DC melalui kumparan / selenoida. Solenoid valve ini merupakan elemen kontrol yang paling sering digunakan dalam sistem fluida. Seperti pada sistem pneumatik, sistem hidrolik ataupun pada sistem kontrol mesin yang membutuhkan elemen kontrol otomatis [10]. Contohnya pada sistem pneumatik, solenoid valve bertugas untuk mengontrol saluran udara yang bertekanan menuju aktuator pneumatik (cylinder). Atau pada sebuah tandon air yang membutuhkan solenoid valve sebagai pengatur pengisian air [11].
Disini penulis akan menggunakan solenoid valve sebagai “pintu air” dimana ketika solenoid valve mendapatkan tegangan, maka solenoid akan membuka kerannya lalu air akan mengalir, dan ketika solenoid valve tidak mendapat tegangan, maka solenoid akan menutup kerannya lalu air akan berhenti mengalir.
Gambar 2.3 Solenoid Valve
2.5. LCD (Liquid Crystal Display)
LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu jenis media tampilan yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. LCD sudah digunakan di berbagai bidang, misalnya dalam alat-alat elektronik, seperti televisi, kalkulator ataupun layar komputer. Dan alat ini mendukung tugas akhir yang dibuat oleh penulis serta dapat bekerja dengan sistem arduino [12]. Disini penulis menggunakan LCD yang berukuran 20×4 yang artinya LCD tersebut dapat menampung karakter sebanyak 80 karakter dan cukup untuk menampilkan tanggal, tahun, waktu, data kelembaban tanah, dan status pada kondisi real-time. Dan juga digunakan sebagai tampilan pada saat user ingin melakukan pengaturan batas awal dan batas akhir tanaman tertentu.
Gambar 2.4 LCD 20×4
2.6. Selang tetes
Selang tetes atau Drip adalah sistem irigasi dimana air disalurkan langsung ke tanaman menggunakan selang sesuai kebutuhan yang diperlukan. [13]. Disini penulis akan menggunakan selang tetes untuk mengefisiensikan penggunaan air dan ketepatan dalam penggunaan air agar air yang digunakan memang tepat dibutuhkan pada waktunya dan tempatnya serta efisien berarti penggunaan air tidak terbuang terlalu banyak oleh karena penguapan atau hal-hal yang tidak diinginkan lainnya.
Gambar 2.5 Selang tetes
2.7. Modul RTC DS3231
Module RTC DS3231 adalah salah satu jenis modul yang dimana berfungsi sebagai RTC (Real Time Clock). Interface atau antarmuka untuk mengakses modul ini yaitu menggunakan i2c atau two wire (SDA dan SCL). Sehingga apabila diakses menggunakan mikrontroler misal Arduino Mega 2560, pin yang dibutuhkan 2 pin saja dan 2 pin power [14]. Disini penulis menggunakan modul RTC untuk menampilkan data tanggal dan waktu pada saat real-time.
Gambar 2.6 Modul RTC DS3231 2.8. Modul micro SD card adapter
Modul (MicroSD Card Adapter) adalah modul pembaca kartu Micro SD, melalui sistem file dan SPI antarmuka driver, MCU untuk melengkapi sistem file untuk membaca dan menulis kartu MicroSD. Pengguna Arduino langsung dapat menggunakan Arduino IDE dilengkapi dengan kartu SD untuk menyelesaikan inisialisasi kartu perpustakaan dan membaca-menulis [15]. Disini pengguna menggunakan modul ini agar data-data yang diinginkan dapat disimpan pada suatu SD card dan dapat membukanya kembali jika suatu saat dibutuhkan untuk keperluan tertentu.
Gambar 2.7 Modul MicroSD Card
Gambar 2.8 MicroSD Card
2.9. Keypad matrix 4×4
Keypad adalah bagian penting dari suatu perangkat elektronika yang membutuhkan interaksi manusia. Keypad berfungsi sebagai interface antara perangkat (mesin) elektronik dengan manusia atau dikenal dengan istilah HMI (Human Machine Interface). Matrix keypad 4×4 pada artikel ini merupakan salah satu contoh keypad yang dapat digunakan untuk berkomunikasi antara manusia dengan mikrokontroler. Matrix keypad 4×4 memiliki konstruksi atau susunan yang simple dan hemat dalam penggunaan port mikrokontroler. Konfigurasi keypad dengan susunan bentuk matrix ini bertujuan untuk penghematan port mikrokontroler karena jumlah key (tombol) yang dibutuhkan banyak pada suatu sistem dengan mikrokontroler [16]. Disini penulis menggunakan keypad sebagai perangkat untuk
memasukkan data seperti batas awal dan batas akhir penyiraman tanaman yang diinginkan oleh user.
Gambar 2.9 Keypad matrix 4x4
2.10. Power supply DC 12V
Switching power supply ini memberikan keluaran 7V dengan stabil hingga 3000mA. Dengan masukkan tegangan 100~220V. Penulis menggunakan power supply sebagai sumber daya untuk menjalankan keseluruhan perangkat elektrik yang penulis gunakan.
Gambar 2.10 Power Supply 12V Tabel 2.1 Spesifikasi power supply 12V.
Dimensi 85 cm × 58 cm × 34 cm Sumber tegangan 100~220 VAC Tegangan output 12 VDC Daya maksimal 3A (36W)
