Tampilan Sejumlah Parameter Fisis pada Analogi
Smart
Greenhouse
Berbantuan Mikrokontroler ATmega32, Bluetooth, dan
Smart Phone
Berbasis Android
Display of Some Physical Parameters on Smart Greenhouse
Analogy Aided by ATmega32 Microcontroller, Bluetooth, and
Smart Phone based on Android
Arief Goeritno
1, Bayu Arief Prakoso
2, Bayu Adhi Prakosa
31Dosen Tetap (NIDN 0430016301), Kepala Laboratorium Instrumentasi dan Otomasi, Jurusan/Program Studi Teknik Elektro 2Laboratorium Instrumentasi dan Otomasi, urusan/Program Studi Teknik Elektro
3Dosen Tetap Jurusan/Program Studi Teknik Informatika Fakultas Teknik, Universitas Ibn Khaldun Bogor
Jl. Sholeh Iskandar km.2, Kedung Badak, Tanah Sareal, Kota Bogor 16162 Telepon: (0251) 5853753 ext 253, Fax : (021)
E-mail: 1[email protected] , 2[email protected] , [email protected]
Abstract
Some physical parameters have shown as associated with the temperature and humidity of chamber’s air, soil moisture, and presence of the light. The presence of the physical parameters that used for measuring the performance of control system based on ATmega32 microcontroller. Results of performance measurement of the control system is then sent and displayed on smart phone based on Android to know the performance of the system on sending and receiving of data aided Bluetooth protocol. The measurement results for the chamber’s air temperature is measured in the range value of 26-36 0C, the moisture content in the chamber’s air measured in the range of 54-74%. Display on LCD for the measurement results of the soil moisture parameter of 85% obtained from the 3 volt dc that conversion into digital data of 8 bits, where the soil moisture parameter to normal condition is 60%. Presence of the light sensor was detected when no light, then the value of the sensor output of 5 volts dc is converted into digital data of 256 scales. For these conditions, the controller sent a signal of the 256 scales or a maximum output to the actuator to operate the lamp, so that a maximum light generated by the lamp. Smart phone based on Android system aided by the network of Bluetooth protocol for the sending and receiving of the data display based on the measuring and monitoring of the some physical parameters such as suitability display that generated by the control system based on ATmega32 microcontroller.
Keywords: display of some physical parameters on smart greenhouse analogy, ATmega32 microcontroller, Bluetooth, smart phone based on Android.
Abstrak
Sejumlah parameter fisis tertampilkan berkaitan dengan suhu dan kelembaban udara ruangan, kelembaban tanah, dan keberadaan cahaya. Keberadaan sejumlah parameter fisis tersebut digunakan untuk pengukuran kinerja sistem kontrol berbasis mikrokontroler ATmega32. Hasil pengukuran kinerja sistem kontrol selanjutnya dikirim dan ditampilkan pada peralatan berbasis Android untuk diketahui kinerja sistem pengiriman dan penerima data berbantuan jaringan protokol Bluetooth. Hasil
kelembaban tanah sebesar 85% yang diperoleh dari hasil konversi 3 volt dc dalam data digital 8 bit, dimana kelembaban tanah kondisi normal sebesar 60%. Sensor keberadaan cahaya saat tidak deteksi cahaya, maka nilai keluaran sensor sebesar 5 volt dc yang diubah menjadi data digital 256 skala. Untuk kondisi tersebut, pengontrol kirim sinyal sebesar 256 skala atau keluaran maksimal ke aktuator untuk penyalaan lampu, agar dihasilkan cahaya maksimal. Sistem smart phone berbasis Android berbantuan jaringan protokol Bluetooth untuk pengiriman dan penerimaan tampilan data berdasarkan hasil pengukuran dan pemantauan sejumlah parameter fisik berupa kesesuaian tampilan yang dihasilkan oleh sistem kontrol berbasis mikrokontroler ATmega32.
Kata-kata kunci: sejumlah paramener fisis pada analogi smart greenhouse, mikrokontroler ATmega32, bluetooth, smart phone berbasis Android.
1. PENDAHULUAN
Prototipe sistem untuk pengontrolan berbasis mikrokontroler ATmega32 sebagai pengontrol untuk pengamatan terhadap analogi smart greenhouse (rumah kaca), telah dibuat melalui tahapan perancangan rangkaian elektronika, pembuatan motherboard, dan uji verifikasi terhadap pemrograman pada mikrokontroler [1]. Prototipe sistem didasarkan kepada diagram skematis sistem pengontrolan berbantuan sejumlah sensor untuk pemantauan dan pengukuran parameter-parameter fisika [1,2]. Diagram skematis prototipe sistem berbasis mikrokontroler ATmega32 untuk sistem kontrol analogi
smart greenhouse [2], seperti ditunjukkan pada Gambar 1.
M u lt ip le x e r Sistem Mik rok ontroler
ATmega32
Pemanas dan
Blower Fan
Sensor Suhu dan Humiditas Ruangan Sensor Soil Moisture
Sensor Keberadaan Cahaya Saklar Tekan Motor Servo Pompa Mini Solenoid Valve D e m u lt ip le x e r LCD 20x4 A k tu a to r
Gambar 1 Diagram skematis prototpe sistem berbasis mikrokontroler ATmega32 untuk sistem kontrol analogi smart greenhouse Berdasarkan Gambar 1 ditunjukkan, bahwa prototipe sistem berbasis mikrokontroler ATmega32 digunakan untuk pengamatan dan pengukuran terhadap sejumlah parameter fisis sebagai masukan (input). Sejumlah parameter fisis minimal untuk sebuah greenhouse, meliputi suhu ruangan dan humiditas ruangan, kelembaban tanah, dan keberadaan cahaya. Hasil pengolahan terhadap masukan diolah dalam sistem tertanam (embedded system) berupa sejumlah keluaran (output) untuk penggerakan actuator [1]. Hasil pemantauan dan pengukuran parameter fisis ditampilkan pada Liquid Crystal Display (LCD) tipe 20x4.
Keberadaan konsepsi perancangan sistem pengontrolan [2] digunakan untuk pembuatan motherboard sistem utama tersebut. Pembuatan motherboard dengan dua sisi atau double layer dilakukan dengan bantuan program aplikasi Easily Applicable Graphycal Layout Editor atau EAGLE [3]. Motherboard dua sisi terpabrikasi berdimensi 18 cm (panjang), 10,5 cm (lebar), dan ketebalan 2 mm [1,2]. Tampilan
motherboard prototipe sistem berbasis mikrokontroler ATmega32 untuk sistem kontrol analogi smart
(a) top layer (b) buttom layer
Gambar 2 Tampilan motherboard prototipe sistem berbasis mikrokontroler ATmega32 untuk pengontrolan analogi smart greenhouse
Pemrograman terhadap mikrokontroler ATmega32, digunakan bahasa pemrograman BasCom [4,5,1,2]. Algoritma pada pemrograman mikrokontroler, meliputi: (i) konfigurasi pin, (ii) deklarasi variabel (peubah), (iii) deklarasi konstanta (tetapan), (iv) inisialisasi, (v) program utama,(vi) ambil dan kirim data, (vii) tampilan pada LCD, berupa: menu (line-1), waktu (line-2), suhu (line-3), dan kelembaban (line-4), dan (viii) hasil keluaran berupa aktivasi pemanas (heater) dan blower fan, pompa mini (mini pump),
solenoid valve, dan lampu [1,2]. Untuk penentuan tingkat kepercayaan terhadap hasil pembuatan
algoritma dan penulisan sintaks pada pemrograman mikrokontroler [1,2], dilakukan uji verifikasi melalui simulasi terhadap rangkaian sistem kontrol berbantuan program aplikasi Proteus [6]. Tampilan uji verfikasi, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.
Tahapan-tahapan pada uji verifikasi [1], meliputi pembuatan rangkaian elektronika prototipe sistem berbasis mikrokontroler ATmega32 dan kompilasi sintaks heksadesimal ke dalam aplikasi Proteus. Uji verifikasi berupa pemberian kondisi untuk asumsi perubahan nilai suhu dan kelembaban (kandungan uap air) udara ruangan, nilai kelembaban tanah, dan intensitas cahaya atau keberadaan cahaya [1,2]. Hasil uji verifikasi [1] berupa target suhu 23 0C (batas bawah) dan 27 0C (target atas) dengan kondisi, bahwa (i) jika suhu lebih kecil dari target bawah, maka blower fan dan heater beroperasi (ON), (ii) jika suhu lebih tinggi dari target atas, maka blower fan beroperasi (ON), dan (iii) jika suhu tercapai sesuai target bawah dan atas, maka blower fan dan heater tidak beroperasi (OFF). Target kelembaban sebesar 43% (target bawah) dan 45% (target atas) dengan kondisi, bahwa (i) jika kelembaban lebih kecil dari target bawah, maka blower fan dan mini pump tidak beroperasi (OFF) dan (ii) jika kelembaban lebih besar dari target atas, maka solenoid valve dan mini pump beroperasi (ON) untuk pemberian air ke tanah sesuai hasil pendeteksian. Pemantauan terhadap simulasi keberadaan cahaya dijelaskan, bahwa sensor kirim sinyal 0 (low) sebagai kondisi langit cerah (dengan cahaya), sehingga kontroler beri perintah tidak dilakukan penyalaan lampu dan sensor kirim sinyal 1 (high) sebagai kondisi langit mendung (tanpa cahaya), sehingga kontroler beri perintah untuk penyalaan lampu sebagai cahaya pengganti [1].
Berdasarkan latar belakang tersebut, maka dilakukan pengintegrasian terhadap sejumlah subsistem untuk perolehan sistem minimalis berbasis mikrokontroler ATmega32 yang terkendali dengan smart phone berbasis Android berbantuan protokol Bluetooth [7]. Tampilan pantauan sejumlah parameter fisis pada analogi smart greenhouse, meliputi suhu dan kelembaban ruang, kelembaban tanah, dan keberadaan cahaya [1,2]. Tampilan hasil pemantauan dan pengukuran merupakan hasil proses pengiriman dan penerimaan data dengan jaringan tanpa kabel (nirkabel, wireless). Diagram skematis sistem minimalis untuk tampilan pantauan sejumlah parameter fisis minimum pada smart greenhouse, seperti ditunjukkan pada Gambar 4. M u lt ip le x e r Sistem Mik rok ontroler
ATmega32
Pemanas dan Blower Fan
Sensor Suhu dan Humiditas Ruangan
Sensor Soil Moisture
Sensor Keberadaan Cahaya Saklar Tekan Motor Servo Pompa Mini Solenoid Valve D e m u lt ip le x e r LCD 20x4 Bluetooth RTC Smart Phone berbasis Android A k tu a to r
Gambar 4 Diagram skematis sistem minimalis untuk tampilan pantauan sejumlah parameter fisis minimum pada smart greenhouse
Tujuan penelitian ini, yaitu memperoleh: (a) kinerja sistem kontrol berbasis mikrokontroler ATmega32 pada smart greenhouse dan (b) kinerja smart phone berbasis Android berbantuan jaringan protokol
Bluetooth untuk pengiriman dan penerimaan tampilan data sejumlah parameter fisis hasil pemantauan dan
pengukuran.
2. BAHAN DAN METODE PENELITIAN 2.1. Bahan Penelitian
Bahan penelitian berupa kotak persegi berukuran 35 cm (lebar), 50 cm (panjang), dan 30 cm (tinggi) sebagai analogi smart greenhouse yang dilengkapi dengan sistem kontrol berbasis mikrokontroler ATmega32 dan sejumlah sistem pendukung, sistem komunikasi berbasis teknologi wireless (nirkabel)
Bluetooth [7], dan terkendali smart phone berbasis Android. Kotak persegi tersebut sebagai analogi smart
tanah, penggerak aktuator, aktuator, dan LCD 4x20 [3]. Jumlah parameter minimal terkontrol pada ruangan sebuah analogi smart greenhouse, meliputi suhu dan humiditas ruangan dan kelembaban tanah [8]. Penampang analogi smart greenhouse [2], seperti ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5 Penampang analogi smart greenhouse
2.2. Metode Penelitian
Metode penelitian dilakukan sesuai tujuan penelitian. Diagram alir metode penelitian, seperti ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 6 Diagram alir metode penelitian
Berdasarkan Gambar 6 ditunjukkan, bahwa metode penelitian dilakukan untuk perolehan tujuan penelitian. Metode berkaitan dengan kinerja sistem kontrol berbasis mikrokontroler ATmega32, berupa
tampilan hasil smart phone berbasis Android berbantuan jaringan protokol Bluetooth [7], berupa pengiriman dan penerimaan tampilan hasil: (i) pengukuran suhu dan kelembaban udara ruangan, (ii) pengukuran kelembaban tanah, dan (iii) pendeteksi keberadaan cahaya.
3. HASIL DAN BAHASAN
3.1. Kinerja Sistem Kontrol Berbasis Mikrokontroler ATmega32 untukSmart Greenhouse
Penampang atas sistem utama pada sistem kontrol berbasis mikrokontroler ATmega32 untuk smart
greenhouse, seperti ditunjukkan pada Gambar 7.
Gambar 7 Penampang atas sistem utama pada sistem kontrol berbasis mikrokontroler ATmega32 untuk smart greenhouse Pemantauan dan pengukuran terhadap perubahan sejumlah parameter fisis pada analogi smart greenhouse melalui 4 (empat) buah sensor, yaitu sensor suhu, kelembaban udara dalam ruangan (humiditas), kandungan air dalam tanah (kelembaban tanah, soil moisture), dan intensitas cahaya. Nilai pengukuran dan kondisi pemantauan berubah, apabila nilai suhu udara, kelembaban udara dalam ruangan, dan kelembaban tanah beubah yang disertai kenaikan nilai intensitas cahaya. Pembacaan hasil pengukuran dan pemantauan kondisi, ditampilkan melalui LCD 4x20.
3.1.1. Nilai suhu (temperature) dan kelembaban (humidity) udara (kandungan uap air) dalam ruangan
Tampilan hasil pengukuran kinerja sistem untuk pantauan suhu dan kelembaban dalam ruangan, seperti ditunjukkan pada Gambar 8.
Nilai kelembaban udara ruangan analogi smart green house yang ditampilkan pada LCD dengan kisaran nilai 54-74%, sedangkan nilai maksimal yang mampu diproses oleh mikrokontroler dan ditampilkan pada LCD sebesar 90%. Nilai kelembaban udara dalam ruangan dipengaruhi nilai suhu udara ruangan. Untuk nilai suhu yang terdapat dalam ruangan, dimana kenaikan nilai suhu berbarengan dengan penurunan nilai kelembaban udara. Pengontrolan suhu dinaikan oleh pemanas yang dengan tiupan angin yang dihasilkan dari kipas.
3.1.2. Nilai kelembaban tanah (soil moisture)
Tampilan hasil pengukuran nilai kelembaban tanah pada masing-masing pot dalam ruangan, seperti ditunjukkan pada Gambar 9.
Gambar 9 Tampilan hasil pengukuran nilai kelembaban tanah pada masing-masing pot pada analogi smart greenhouse Tampilan hasil pengukuran nilai kelembaban tanah pada 8 (delapan) pot yang terisi tanah, berkisar 50% sampai 84%. Nilai kelembaban tanah normal sebesar 60% dengan nilai tegangan keluaran sebesar 3 volt dc dalam 8 bit bilangan biner.
3.1.3. Keberadaan cahaya
Tampilan hasil pengukuran kinerja sistem untuk pantauan keberadaan cahaya, seperti ditunjukkan pada Gambar 10.
Kondisi langit cerah
3.2. Kinerja Smart Phone Berbasis Android Berbantuan Jaringan Protokol Bluetooth Untuk Pengiriman dan Penerimaan Tampilan Data Sejumlah Parameter Fisis Hasil Pemantauan dan Pengukuran
Sistem komunikasi berupa penggunaan 2 komunikasi, yaitu sistem komunikasi serial dan I2C. Komunikasi serial untuk Bluetooth dengan penggunaan jalur RX dan TX, berupa perolehan sinyal dari telepon pintar (smart phone) berbasis Android. Telepon pintar tersebut kirim sinyal berbentuk karakter yang diterima oleh Bluetooth pada sistem utama, dikirim ke kontroler untuk diproses. Komunikasi I2C untuk RTC dengan penggunaan jalur SDA dan SCL, berupa perolehan data dari RTC yang terdapat pada
EEPROM, kemudian dikirim ke kontroler untuk diproses dan ditampilkan pada LCD berupa waktu.
Tampilan penunjukan waktu tersebut berperan untuk pengaturan keseluruhan sistem, kapan harus dilakukan penyiraman tanaman dan kapan tanaman terima cahaya. Tampilan hasil pengukuran kinerja sistem komunikasi RTC, seperti ditunjukkan pada Gambar 11.
Gambar 11 Tampilan hasil pengukuran kinerja sistem komunikasi RTC
Tampilan kinerja sistem pengiriman data tanaman dengan komunikasi melalui Bluetooth, seperti ditunjukkan pada Gambar 12.
pengiriman data tanaman melon pengiriman data tanaman terong Gambar 12 Tampilan kinerja sistem pengiriman data tanaman dengan komunikasi Bluetooth
Sistem komunikasi bluetooth selain untuk pengiriman data nama buah, dapat juga kirim data untuk beberapa perintah, salah satunya pengiriman data perintah untuk penyalaan lampu yang beroperasi setelah pukul 17.00 WIB sampai dengan sebelum pukul 06.00 WIB. Tampilan kinerja sistem pengiriman data untuk penyalaan lampu melalui smart phone berbasis Android dengan komunikasi teknologi nirkabel
Kondisi lampu padam
Kondisi lampu menyala
Gambar 13 Tampilan kinerja sistem pengiriman data untuk penyalaan lampu melalui smart phone berbasis Android dengan komunikasi bluetooth
4. KESIMPULAN
Berdasarkan pembahasan, maka ditarik simpulan sesuai tujuan penelitian.Kemampuan sistem kontrol berbasis mikrokontroler ATmega32 untuk pengukuran nilai suhu ruangan berkisar 150 0C, sedangkan suhu ruangan terukur pada kisaran 26-36 0C. Tampilan pada LCD hasil pengukuran kandungan uap air pada udara ruangan dengan kisaran 54-74%, tetapi tampilan nilai maksimal dapat sampai 90%. Tampilan pada LCD hasil pengukuran terhadap parameter kelembaban tanah sebesar 85% diperoleh dari hasil konversi 3 volt dc atau dalam data digital 8 bit, dimana kelembaban tanah kondisi normal sebesar 60%. Sensor intensitas cahaya tidak memperoleh cahaya, maka nilai keluaran sensor sebesar 5 volt dc yang diubah menjadi data digital 256 skala. Untuk kondisi tersebut, pengontrol kirim sinyal ke lampu sebesar 256 atau keluaran maksimal, dimana lampu menghasilkan cahaya maksimal. Sistem komunikasi berbasis teknologi nirkabel Bluetooth terkendali smart phone berbasis Android dapat untuk pengiriman dan peneriman data tampilan hasil pengukuran dan pemantauan sesuai tampilan yang dihasilkan oleh sistem kontrol berbasis mikrokontroler ATmega32 yang meliputi sejumlah parameter fisis pada analogi smart
greenhouse, yaitu suhu dan kelembaban (kandungan uap air) udara ruangan, kelembaban tanah, dan
DAFTAR PUSTAKA
[1] B.A. Prakoso, A. Goeritno, B.A. Prakosa, “Prototipe Sistem Pengontrolan Berbasis Mikrokontroler ATmega32 Untuk Analogi Smart Green House,” Prosiding Seminar Nasional Teknologi
Industri 2016 Fakultas Teknologi Industri Universitas Trisakti Jakarta, hlm.338-345, 18-19
Mei 2016.
[2] A. Goeritno, B.A. Prakoso, B.A. Prakosa, “Kinerja Sistem Kontrol Berbasis Mikrokontroler Untuk Pemantauan Sejumlah Parameter Fisis pada Analogi Smart Green House,” Prosiding
Simposium Nasional RAPI XV-2016 Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta,
hlm. 70-767, Desember 2016.
[3] K. Aono, Application Note: PCB Design with EAGLE (ECE480 Design Team 5, Department of Electrical & Computer Engineering), East Lansing: Michigan State University, 2011, pp. 1-33.
[4] C. Kuhnel, BASCOM Programming of Microcontrollers with Ease: An Introduction by Program
Examples, Universal Publisher, 2001, pp. 23-68.
[5] A. Goeritno, D.J. Nugroho, R. Yatim, “Implementasi Sensor SHT11 Untuk Pengkondisian Suhu dan Kelembaban Relatif Berbantuan Mikrokontroler,” Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi 2014, Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Jakarta, hlm. (TE009) 1-13, 12 November 2014.
[6] Proteus2000, Proteus 2000 Operations Manual, Scotts Valley: E-MU Systems, Inc., 1998, pp. 131-164.
[7] C. Bisdikian, “An Overview of the Bluetooth Wireless Technology,” IEEE Communications Magazine, December 2001, pp. 86-94.
[8] D.D. Chaudhary, S.P. Nayse, L.M. Waghmare, “Application of Wireless Sensor Networks for Greenhouse Parameter Control in Precision Agriculture,” International Journal of Wireless & Mobile Network (IJWMN), Vol. 3, No. 1, pp. 140-149, February 2011.
![Diagram skematis prototipe sistem berbasis mikrokontroler ATmega32 untuk sistem kontrol analogi smart greenhouse [2], seperti ditunjukkan pada Gambar 1](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/2068825.2693701/2.892.163.756.571.792/diagram-skematis-prototipe-berbasis-mikrokontroler-greenhouse-ditunjukkan-gambar.webp)
