PENGEMBANGAN DAN PENGUJIAN PENETROMETER DIGITAL BERBASIS ARDUINO UNO R3 DENGAN PENAMBAHAN SENSOR ULTRASONIK SKRIPSI OLEH:

(1)

PENGEMBANGAN DAN PENGUJIAN PENETROMETER DIGITAL BERBASIS ARDUINO UNO R3 DENGAN PENAMBAHAN SENSOR

ULTRASONIK

SKRIPSI

OLEH:

ANASTHASIA THERESIA RUMONDANG SIMAMORA 160308042

PROGRAM STUDI KETEKNIKAN PERTANIAN FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2021

(2)

PENGEMBANGAN DAN PENGUJIAN PENETROMETER DIGITAL BERBASIS ARDUINO UNO R3 DENGAN PENAMBAHAN SENSOR

ULTRASONIK

SKRIPSI

OLEH:

ANASTHASIA THERESIA RUMONDANG SIMAMORA 160308042 / KETEKNIKAN PERTANIAN

Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana di Program Studi Keteknikan Pertanian

Universitas Sumatera Utara

PROGRAM STUDI KETEKNIKAN PERTANIAN FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2021

(3)

(4)

ii Panitia Penguji Ujian Skripsi

Dr. Taufik Rizaldi, STP, MP Achwil Putra Munir, STP, M.Si

Riswanti Sigalingging, STP, M.Si, Ph.D Sulastri Panggabean, STP, M.Si

(5)

i

ABSTRAK

ANASTHASIA THERESIA RUMONDANG SIMAMORA: Pengembangan dan Pengujian Penetrometer Digital Berbasis Arduino Uno R3 dengan Penambahan Sensor Ultrasonik. Dibimbing oleh TAUFIK RIZALDI.

Penetrometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur penetrasi tanah. Penentuan jarak kedalaman tanah masih dilakukan secara manual sehingga dilakukan penambahan sensor ultrasonik. Tujuan penelitian ini untuk mengembangkan penetrometer digital berbasis Arduino Uno R3 sebagai alat uji dilahan basah yang dilengkapi dengan sensor ulltrasonik. Penelitian ini dilakukan di Lahan sawah Jl. Bunga Teratai Kec. Medan Selayang, Medan, Sumatera Utara berdasarkan pengujian yang telah dilakukan pada penetrometer digital didapat nilai ketepatan dan ketelitian sensor ultrasonik pada jarak 5 cm, 10 cm, 15 cm dengan sudut 90ô = 99,74%, 75ô = 98,16% ,60ô = 95,33% ,45ô = 90,44% ,dan 30ô

= 85,02%. Nilai tahanan penetrasi tertinggi terdapat pada plat 5 x 5 cm dengan sudut 75^osebesar 34,78 kg/cm², sedangkan nilai terendah terdapat pada plat 5 x 10 cm dengan sudut 60^o sebesar 4,96 kg/cm². Penelitian ini dilakukan dilahan sawah dengan tekstur lempung liat berpasir, nilai kadar air kering 126,46%, nilai kadar air basah 55,56%, nilai porositas tanah 78,56%, kerapatan massa tanah 0,59 gr/cm³, dan kerapatan partikel tanah 2,69 gr/cm³.

Kata Kunci : penetrometer, sensor ultrasonik, sudut, kedalaman tanah

ABSTRACT

ANASTHASIA THERESIA RUMONDANG SIMAMORA: Development and Testing of Arduino Uno R3 Based Digital Penetrometer with the Addition of Ultrasonic Sensor. Supervised by TAUFIK RIZALDI.

A penetrometer is an instrument designed to evaluate soil penetration.

Determination of the distance to the depth of the soil is still measured manually so that ultrasonic sensors can be added. The aim of the research was to develop a penetrometer based on Arduino Uno R3 as a wetland test device equipped with a sensor ultrasonic. The research was conducted in rice fields Bunga Teratai street, Medan Selayang subdistrict, Medan, Sumatra Utara. Based on the tests on a digital penetrometer obtained, the precise and accuracy of the ultrasonic sensor at a depth of 5 cm, 10 cm, 15 cm with an angle of 90ô = 99.74%, 75ô = 98.16%, 60ô = 95.33%, 45ô = 90.44%, and 30ô = 85.02%. The highest penetration resistance value was found on the 5 x 5 cm plate, with 75ô angle of 34.78 kg/cm², while the lowest value was on the 5 x 10 cm plate, with 60ô angle of 4.96 kg/cm². The research was conducted in rice fields with sandy clay texture, the value of dry moisture content of 126.46%, wet moisture content of 55.56%, soil porosity of 78.56%, soil mass density of 0.59 gr/cm³, and particle density soil of 2.69 gr/cm³. Keywords : penetrometer, ultrasonic sensor, angle, soil depth

(6)

ii

RIWAYAT HIDUP

Penulis lahir di Ujung Pandang, Sulawesi Selatan pada tanggal 6 April 1998 dari Bapak Alm. Herbert N. Simamora dan Ibu Ivonne Sangadi. Penulis merupakan anak pertama dari dua bersaudara. Pada tahu 2016 penulis lulus dari SMA. St. Yoseph Medan dan pada tahun yang sama penulis masuk ke Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara melalui jalur Seleksi Bersama Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SBMPTN) dan lulus di Program Studi Keteknikan Pertanian.

Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif sebagai anggota Ikatan Mahasiswa Teknik Pertanian (IMATETA). Penulis penerima beasiswa Peningkatan Perstasi Akademik (PPA) pada tahun ajaran 2018/2019 dan 2019/2020. Penulis melaksanakan Kuliah Kerja Nyata (KKN) di Desa Pearung Silo, Kecamatan Paranginan, Kabupaten Humbang Hasundutan, Provinsi Sumatera Utara pada bulan Juli sampai Agustus 2019. Penulis melaksanakan Praktek Kerja Lapangan (PKL) di PT. Perkebunan Nusantara III Kebun Sei Silau, Kecamatan Buntu Pane, Kabupaten Asahan, Sumatera Utara pada bulan Januari – Februari 2020. .

(7)

iv

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat dan anugerah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Pengembangan dan Pengujian Penetrometer Digital Berbasis Arduino Uno R3 dengan Penambahan Sensor Ultrasonik” yang merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk mendapatkan gelar sarjana di Program Studi Keteknikan Pertanian, Fakultas Pertanian Unversitas Sumatera Utara, Medan.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada orangtua serta keluarga penulis yang telah mendoakan dan membantu penulis baik materi dan dukungan, terima kasih juga kepada bapak Dr. Taufik Rizaldi STP,MP selaku dosen pembimbing yang telah membimbing, membantu dan berbagi ilmu serta memberi masukan dan kritikan yang membangun sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih terdapat kekurangan, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran sehingga dapat memperbaiki menjadi lebih baik lagi.

Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pihak yang membutuhkan.

Medan, Agustus 2021

Penulis

(8)

v

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

ABSTRACT ... i

DAFTAR GAMBAR ... vi

DAFTAR TABEL ... vii

DAFTAR LAMPIRAN ... viii

PENDAHULUAN Latar Belakang ... 1

Batasan Masalah... 3

TINJAUAN PUSTAKA Kadar Air Tanah ... 5

Kerapatan Massa Tanah ... 5

Penetrometer ... 8

Sensor Ultrasonik HC-SR04 ... 10

LCD (Liqiud Crystal Display) ... 12

METODELOGI PENELITIAN Metodelogi Penelitian ... 15

Pengumpulan Data ... 21

Prosedur Penelitian... 23

Pembuatan alat ... 23

Pengujian alat ... 24

HASIL DAN PEMBAHASAN Desain Konseptual Alat... 26

Pengembangan Komponen Fungsional Penetrometer Digital ... 27

Kalibrasi Sensor Ultrasonik HC-SR04... 28

Ketepatan dan ketelitian Sensor Jarak... 29

Tekstur Tanah... 31

Kerapatan Massa Tanah ... 33

Porositas Tanah ... 34

Tahanan Penetrasi Tanah ... 35

Pengaruh Ukuran Plat dan Sudut Tekan Terhadap Tahanan Penetrasi Tanah ... 36

Pengaruh Kedalaman Tanah dan Sudut Tekan Tehadap Tahanan Penetrasi Tanah ... 37

KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan ... 38

Saran ... 38 DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

(9)

vi

DAFTAR GAMBAR

No. Hal.

1. Skema pengukuran penetrasi tanah terhadap plat ... 8

2. Arduino Uno R3 ... 9

3. Sensor tekanan (load cell) 200 kg ... 10

4. Sensor Ultrasonik ... 10

5. SD card ... 11

6. Modul SD card ... 12

7. RTC (Real Time Clock) ... 12

8. LCD (Liquid Crystal Display) ... 13

9. Perbedaan penetrometer ... 18

10. Bagan alir pembacaan sensor ultrasonik ... 21

11. Grafik kalibrasi jarak ... 29

12. Grafik hubungan jarak kedalaman dengan tahanan penetrasi ... 35

13. Grafik hubungan ukuran plat dengan tahanan penetrasi ... 36

(10)

vii

DAFTAR TABEL

No. Hal.

1. Kelas porositas tanah... 7

2. Ketepatan dan ketelitian jarak pada sudut ... 30

3. Tekstur tanah ... 31

4. Nilai kadar air tanah basis kering ... 32

5. Nilai kadar air tanah basis basah ... 32

6. Nilai kerapatan massa ... 33

7. Nilai kerapatan partikel tanah ... 34

8. Nilai porositas tanah ... 34

(11)

viii

DAFTAR LAMPIRAN

No. Hal.

1. Flowchart penelitian ... 41

2. Spesifikasi penetrometer digital berbasis Arduino Uno R3 ... 42

3. Desain penetrometer digital berbasis arduino Uno R3 ... 43

4. Kalibrasi sensor ultrasonic ... 45

5. Nilai kadar air tanah basis kering ... 60

6. Nilai kadar air tanah basis basah ... 60

7. Nilai tahanan penetrasi penetrometer digital kedalaman 5 cm ... 61

10. Uji sidik ragam ... 64

11. Uji DMRT 5% perlakuan plat dengan sudut ... 65

12. Uji DMRT 5% perlakuan sudut dengan kedalaman ... 66

13. Uji DMRT 5% Perlakuan Plat dengan Kedalaman ... 66

14. Bahasa pemograman alat penetrometer ... 67

15. Rangkaian elektronik pada proteus ... 74

16. Dokumentasi ... 75

(12)

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Tanah ialah salah satu media tanam untuk tanaman, yang masih banyak digunakan oleh masyarakat. Produktivitas suatu tanah dapat dilihat pada sifat tanah baik itu sifat sifik, kimiawi, dan biologi tanah. Maka dari itu pentingnya mengetahui sifat tanah sebelum memulai proses penanaman.

Tanah sawah merupakan media tanam padi sawah, baik dalam waktu yang panjang atau bergilir. Istilah tanah sawah ini lebih menuju ke penggunaan tanah yang diolah itu sendiri (Prasetyo, dkk.,2004)

Tahanan penetrasi tanah ialah daya yang dibutuhkan suatu benda untuk masuk kedalam tanah. Dimana penetrasi suatu tanah dapat dipengaruhi oleh kadar air, tekstur tanah, kerapatan partikel dan kerapatan massa tanah. Kegunaan dari mengetahui tahanan penetrasi pada bidang pertanian yaitu, kemampuan efektifitas akar tanaman, kemampuan tanah dalam menyimpan air, dan kemampuan tanah dalam menahan alat mesin pertanian.

Penetrometer merupakan suatu alat yang dapat mengukur tahanan penetrasi tanah. Sehingga memudahkan pengguna mengetahui nilai penetrasi tanah. Hasil dari penetrometer yaitu perbandingan antara gaya tekan tanah dan luas penampang plat.

Umumnya penetrometer masih berupa penetrometer analog, yang memerlukan beberapa orang untuk pengaplikasiannya dilapangan sehingga memerlukan kerjasama dan ketelitian dalam membaca data pada alat. Penggunaan penetrometer dilahan basah menggunakan plat pada ujung penterometer dan diuji berdasarkan ukuran plat dan kemiringan yang telah ditentukan. Pengujian tahanan

(13)

2

penetrasi dengan menggunakan ujung penetrometer berbentuk plat digunakan untuk mengetahui penetrasi tanah dan sebagai penentuan ukuran penbentukan sirip roda traktor.

Pada penelitan ini akan merancang penetrometer dengan cara mengukur tahanan penetrasi tanah dan jarak kedalaman pengukuran yang masuk kedalam tanah secara otomatis dan dapat dioperasikan oleh satu orang. Data akan langsung muncul pada LCD dan tersimpan otomatis pada SD Card. Penekanan penetrometer digital ini menggunakan tenaga manusia.

Penelitian ini pernah dilakukan oleh Muzani (2012), dimana pengukuran kedalaman penusukan penetrometer yang dibuat khususnya pada sensor ultrasonik menggunkan sensor ultrasonik SRF-04 dan diuji pada sudut 5ô, 10ô, 15ô, dan 20ô. Masih mengalami error dalam pembacaan dan pada penggukuran jarak dilapangan alat tegak lurus dengan tanah atau dengan kata lain alat hanya bisa digunakan pada sudut 90ô. Namun pada penelitian ini, pengukuran jarak menggunakan sensor HC-SR04, diuji pada sudut 90ô, 75ô, 60ô, 45ô, dan 30ô.

Tujuan Penelitian

Penelitian ini^l bertujuan untuk^l mengembangkan penetrometer^l digital^l berbasis^l Arduino Uno R3 sebagai alat uji dilahan basah yang dilengkapi dengan sensor ultrasonik.

Manfaat Penelitian

1. Bagi^l penulis, sebagai^l salah satu penyusun^l skripsi untuk^l menyelesaikan^l pendidikan^l di Fakultas^l Pertanian^l Program Studi Keteknikan^l Pertanian^l Universitas^l Sumatera ^lUtara.

(14)

2. Bagi^l mahasiswa, sebagai^l informasi pendukung^l melakukan penelitian^l lanjut^l mengenai^l penetrometer digital dengan penambahan sensor ultrasonik.

3. Bagi masyarkat, sebagai bahan informasi fungsi dan cara kerja penetrometer digital bagi bidang pertanian.

Batasan Masalah

1. Penelitian dilakukan di lahan basah pada lahan sawah

2. Pengujian menggunakan load cell 200 kg untuk batasan maksimal tekanan yang dapat diperlakukan pada penetrometer digital.

3. Pengujian menggunakan plat berukuran ^l5 x 5^l cm², 5 x 10^l cm², 5 x 15^l cm², dan 5^l x 20^l cm²

4. Pengukuran tanah tahanan penetrasi tanah dilakukan pada selang kedalaman h1 = 5cm, h2 = 10cm, h3 = 15cm dan sudut tekan 30ô, 45ô, 60ô, 75ô, 90ô.

(15)

TINJAUAN PUSTAKA

Lahan Basah

Lahan basah ialah sebutan kolektif tentang ekosistem yang pembentukannya oleh air, serta proses dan cirinya paling utama dikendalikan air. Sesuatu lahan basah merupakan suatu tempat yang lumayan basah sepanjang waktu dan lumayan panjang untuk pengembangan vegetasi serta organisme lain yang teradaptasi spesial (Maltby, 1986).

Partikel padatan serta rongga pada tanah diisi oleh udara dan air. Hingga bila diberi tekanan yang besar hendak terjadi transformasi volume pada tanah tersebut.

Transformasi volume tersebut bisa terjadi akibat pengaruh alami maupun secara mekanis (Mandang dan Nishimura, 1991).

Tekstur Tanah

Tekstur tanah adalah tingkatan lapisan tanah dimana didalamnya ada fraksi pasir, liat, serta debu pada tanah. Tekstur tanah memiliki perbandingan dalam fraksinya masing-masing, di dalam tekstur tanah dapat di teliti hubungannya dengan permeabilitas, kekerasan tanah, plastisitas tanah, kesuburan tanah dan bentuk tanah tersebut (Shroeder, 1975).

Tanah yang bertekstur pasir, memiliki butiran berukuran lebih besar, hingga tiap satuan berat memiliki luas permukaan yang lebih kecil sehingga susah meresap (menahan) air serta faktor hara. Tanah- tanah yang bertekstur liat sebab lebih halus hingga tiap satuan berat memiliki luas permukaan yang lebih besar sehingga keahlian menahan air serta sediakan faktor hara besar. Tanah bertekstur halus lebih aktif dalam reaksi kimia dari pada tanah bertekstur kasar (Mustafa dkk., 2012).

(16)

Kadar Air Tanah

Kadar^l air tanah^l ialah banyaknya^l air yang^l berada didalam pori ^ltanah. Air^l didalam tanah^l terbagi 3 jenis yakni air gravitasi, higroskopis, dan kapiler. Kadar air tanah dapat ditentukan dengan cara bobot kering tanah dengan perbandingan

antara persentasi volume tanah kering dengan volume tanah total (Hardjowigeno,2010).

Jika nilai kadar air rendah maka tanah tersebut sulit untuk dipadatkan atau keras, namun jika nilai kadar air tinggi maka kepadatannya akan rendah dikarenakan seluruh pori-pori tanah telah diisi oleh air yang tidak bisa dikeluarkan dengan cara memadatkannya (Syafruddin, 2007).

Kadar^l air tanah^l dapat dihitung^l dengan ^lPersamaan^l 1 :

W = ^{𝑚𝑎 −𝑚𝑏}

𝑚𝑏 −𝑚𝑐 × 100%...(1)

lDimana :

lW = kadar^l air tanah^l (%)

lma = berat^l tanah basah^l dan wadah^l (gr)

lmb = berat^l tanah kering^l oven dan^l wadah^l (gr)

lmc = berat^l wadah^l (gr) (Craig,1987).

Kerapatan Massa Tanah

Kerapatan^l massa^l tanah merupakan^l massa^l padatan tanah^l (gr) per^l volume^l total tanah (cm³). Kerapatan^l massa tanah^l dapat dihitung^l menggunakan^l rumus

lPersamaan ^l2 : ρb= ^𝑀𝑠

𝑉𝑡...(2)

(17)

6

Dimana :

ρb = kerapatan^l massa^l (^lgr/cm²) M_s^l = massa^l tanah kering (^lgr) Vt^l = volume^l total tanah^l (cm²)

Sedangkan^l kerapatan partikel^l dihitung dengan^l Persamaan^l 3 : ρs =^Ms

Vs...(3) Dimana:

ρs = kerapatan^l partikel^l (^lgr/cm³)

lMs = massa^l padatan^l (gr)

lVs = volume^l padatan^l (cm³) (Hillel, 1980).

Porositas Tanah

Porositas^l merupakan volume^l dari keseluruh pori^l pada suatu^l volume tanah^l dinyatakan^l dalam ^lpersen. Nilai^l porositas dapat^l dihitung dengan^l Persamaan^l 4 : f =1-^ρb

ρs X 100%...(4) Dimana:

f^l = porositas^l (%)

ρb^l = kerapatan^l massa^l (gr/cm²) ρs = kerapatan partikel (gr/cm²) (Foth, 1985).

Tanah yang bertekstur kasar memiliki persen ruang^l pori total^l lebih rendah^l dari^l pada tanah^l bertekstur ^lhalus, walaupun ukuran^l pori bertekstur^l kasar lebih^l besar^l dari pada^l ukuran pori^l tanah bertekstur^l halus^l (Arsyad, 1989).

(18)

Kelas^l porositas tanah^l dapat dilihat^l pada ^ltabel ^lberikut:

Tabel^l 1. Kelas^l porositas tanah^l

Tahanan Penetrasi Tanah

Tahanan^l penetrasi tanah^l ialah kekuatan^l tanah^l untuk menahan^l suatu gaya dari luar. Tahanan penetrasi ini dapat digunakan untuk menggambarkan gaya yang dibutuhkan untuk menembus suatu luasan tanah tertentu. Sifat fisik dan mekanik tanah lainnya seperti kadar air, tekstur tanah dan dry bulk density berhubungan dengan suatu tahanan penetrasi tanah. (Kumar, 2012).

Pada saat plat pada ujung penetrometer masuk kedalam tanah, maka tanah akan berreaksi menahan masuknya plat. Tahanan penetrasi sangat dipengaruhi oleh tekstur tanah, kandungan dan jenis liat, bobot volume tanah dan kadar air tanah. Karena begitu besarnya pengaruh kadar air terhadap hasil pengukuran, maka pada setiap pengukuran tahanan penetrasi di lapangan, harus diikuti kandungan air tanah (Islami, 1995).

Tahanan penetrasi dapat dihitung dengan Persamaan 5 : TP = ^𝐹𝑝

𝐴𝑘 ...(5) Dimana :

Tp = tahanan penetrasi (kg/cm²)

Fp = gaya penetrasi yang terukur pada penetrometer (kg)

(19)

8

Ak = luas penampang plat (cm²) (Damanik,2007).

Penetrometer

Penggunaan penetrometer dapat digunakan untuk melihat kondisi suatu tanah. Mampu atau tidak kondisi tanah tersebut dapat ditembus oleh akar tanaman atau akan sulit untuk ditembus oleh suatu tanah. Dapat juga untuk mengetahui akankah tanah tersebut mampu menyimpan air dan juga menahan alat mesin pertanian yang melintas pada tanah tersebut.

Penetrometer digunakan untuk mengetahui tahanan penetrasi suatu tanah.

(Hillel,1980). Pengukuran menggunakan penetrometer sangat mudah untuk mendapatkan nilai tahanan penetrasi namun tetap dilakukan pengukuran dengan teliti dilapangan. Medapatkan data tahanan penetrometer analog dengan cara menekankan penetrometer pada tanah yang ingin diuji, maka jarum pada alat akan menunjukkan tekanan yang bekerja pada saat alat yang ditekan.

Tahanan penetrasi tanah didapatkan dengan cara, menekan penetrometer sehingga plat dan batang penetrometer masuk tenggelam kedalam tanah tersebut.

Hasil dari nilai tahanan penetrasi tersebut tergantung dengan kondisi tanah yang diuji baik itu, ukuran plat, kekerasan tanah, dan geometri (Herlin, 2005).

Gambar^l 1. Skema^l pengukuran^l penetrasi tanah^l terhadap plat^l (Iqbal,2019)

(20)

Penetrometer yang^l dipakai mempunyai luas penampang (A) dan massa penetrometer (m), dan kemudian dilakukan pada tiap tanah yang diuji agar mendapatkan hasil yang berbeda untuk setiap penekan yang dilakukan. Semakin lunak suatu tanah maka semakin kecil tanahan penetrasinya, begitu juga dengan sebaliknya (Armbruster, 1990).

Arduino Uno R3

Arduino Uno R3 ialah board yang memanfaatkan bahasa C/C++ dan dengan adanya library dasar yang lengkap dalam menjalankan perintah pemrograman yang digunakan untuk mengembangkan objek interaktif serta mengambil masukan dari switch atau sensor (Artanto, 2012).

Arduino Uno mempunyai 14 digital pin input / output (I/O), 14 pin diantaranya dapat dipakai sebagai output PWM antara lain pin 0 sampai 13), 6 pin input analog, menggunakan crystal 16 MHz antara lain pin A0 sampai A5, koneksi USB, jack listrik, header ICSP dan tombol reset.

Gambar 2. Arduino Uno R3 Sensor Tekanan (Load Cell)

Sensor tekanan (load cell) ialah alat yang digunakan untuk mengukur suatu berat atau tekanan. Biasanya digunakan untuk pembuatan timbangan digital.

Sensor ini memiliki fungsi yaitu untuk menghitung berat baik itu pengangkutan bahan baku. Pengukuran yang dipakai load cell ini menggunakan prinsip tekanan.

(America Module H, 2010)

(21)

10

Gambar 3. Sensor tekanan (load cell) 200 kg

Sensor load cell 200 kg ialah sensor load cell yang digunakan pada penelitian ini. Sensor yang dihubungan dengan Arduino Uno R3 agar bisa bekerja sesuai dengan perintah yang dibuat.

Sensor Ultrasonik HC-SR04

Sensor ultrasonik ialah sensor yang digunakan untuk mengukur jarak pada suatu objek, dengan cara memantulakan gelombang suara yang dipancarkan oleh pin pengirim pada objek yang ada didepannya dan dipantulkan yang akan diterima oleh pin penerima lalu diproses oleh Arduino Uno R3 menghasilkan keluaran yang digital yaitu angka pengukuran pada LCD (Arief, 2011).

Gambar 4. Sensor Ultrasonik

Sensor ultrasonik HC-SR04 ini dapat mengukur jarak dari 3 cm – 3 m, jika pengukuran dilakukan dekat dengan sensor maka pembacaan jarak akan eror.

Harga sensor ultrasonik HC-SR04 ini juga tergolong murah dan mudah ditemukan dipasaran. Sensor ini lebih banyak digunakan untuk robotika. Satuan sensor jarak dapat disesuaikan saat pengkodingan.

(22)

Menurut Muzani (2012), ketepatan dan ketelitian jarak pada pengukuran penetrometer digital dapat diuji dengan menggunakan Persamaan 6 dan 7 :

𝐾𝑒𝑡𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 =^𝑆1

𝑟 % ... (6) 𝐾𝑒𝑡𝑒𝑙𝑖𝑡𝑖𝑎𝑛 =^𝑆2

𝑟 % ... (7) Dimana :

lr = nilai^l rata-rata^l jarak (cm)

lS₁ = simpangan^l pengukuran terjauh^l dari^l nilai ^lrata-rata^l (cm)

lS2 = simpangan^l pengukuran terjauh^l dari nilai^l asli^l (cm) SD Card

SD card berfungsi untuk menyimpan file atau data. SD card diproduksi dalam dua variasi ukuran kecil yang dikenal dengan Mini SD dan Macro SD.

Secara umum, SD card juga dibedakan berdasarkan kecepatan transfer data yang tersedia.

Menurut Susana, dkk (2016) SD card merupakan media untuk menyimpan file yang diukur. SD card yang digunakan pada penelitian ini menggunakan mrek Samsung dengan penyimpanan 2 GB.

Gambar 5. SD card

Tempat diletaknya SD card, yaitu modul SD card yang berfungsi membaca data dan mengirim data tersebut ke SD card dengan otomatis data tersebut tersimpan di SD card sesuai dengan Dirga (2016) yang menyatakan bahwa, agar Arduino Uno R3 dapat mengakses data di SD card tersebut maka

(23)

12

digunakan modul SD card yang berperan sebagai komunikasi terhadap Arduino Uno R3.

Gambar 6. Modul SD card RTC (Real Time Clock)

Menurut Zulfikar,dkk (2016), RTC (Real Time Clock) ialah chip dengan penggunaan daya yang sedikit digunakan untuk informasi waktu. Yang dapat disesuaikan dengan waktu pada saat pembuatan suatu alat, walaupun suatu alat tersebut tidak digunakan namun di hidupkan kembali maka waktu yang ditampilkan adalah waktu nyata sehingga tidak perlu dilakukan reset waktu.

Gambar 7. RTC (Real Time Clock) LCD (Liqiud Crystal Display)

LCD (Liqiud Crystal Display) yang digunakan untuk menampilkan teks, baik berupa huruf atau angka. Tampilan LCD dapat ditentukan oleh pengguna sesuai dengan data yang ingin ditampilkan.

(24)

Gambar 8. LCD (Liquid Crystal Display)

Tampilan berupa digital yang dapat dilihat oleh pengguna dalam pembacaan suatu nilai yang dibutuhkan. Ada 2 jenis LCD yakni LCD berupa tampilan karakter seperti huruf dan angka, sedangkan LCD yang berupa grafik akan menampilkan dalam bentuk grafik (Muzani, 2012).

(25)

METODELOGI PENELITIAN

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian^l ini dilakukan^l pada bulan^l Juli sampai^l bulan^l November 2020^l di^l lahan sawah Jl. Bunga Teratai Kec. Medan Selayang, Sumatera Utara, Laboratorium Riset dan Teknologi, dan Laboratorium Biosistem Program^l Studi^l Keteknikan^l Pertanian^l di ^lFakultas ^lPertanian, Universitas^l Sumatera ^lUtara.

Bahan dan Alat Bahan

Adapun^l bahan yang^l digunakan^l ialah bahan perangkat elekronik penetrometer Arduino Uno R3 yaitu, sensor ultrasonik HC-SR04 digunakan untuk mengukur jarak pada suatu objek, sensor load cell 200 kg digunakan untuk mendeteksi tekanan atau berat pada suatu beban, kabel digunakan untuk penghubung Ardiuno dengan sensor, papan PCB digunakan untuk tempat diletakkannya perangkat elektronik, akrilik digunakan untuk pelindung perangkat elektronik, baterai digunakan untuk sumber daya perangkat elektronik penetrometer, push bottom digunakan untuk tombol yang berfungsi sesuai dengan kegunaannya yang telah diprogram, pin jantan dan pin betina digunakan untuk menghubungkan pin satu dengan pin lain pada Arduino, buzzer digunakan untuk menandakan penekan tombol on-off, penghapusan data, dan juga penekan pada saat penekanan dilakukan dengan bunyi dengan durasi waktu yang telah ditentukan, LCD 2 x 16 cm digunakan untuk menampilkan suatu nilai yang telah dibaca oleh sensor, RTC (Real Time Clock) ialah elektronik berupa chip yang menghitung dan menampilkan waktu, SD card berfungsi untuk menyimpan data, modul SD card berfungsi sebagai tempat masuknya SD card, sampel tanah yang

(26)

telah diolah, plastik klip untuk memasukkan sampel tanah dan dudukan sudut penetrometer digunakan untuk mengatur sudut pada penetrometer.

Alat

Adapun^l alat yang^l digunakan dalam^l penelitian ini^l ialah komputer digunakan^l untuk^l memprogram sensor dan^l menyelesaikan data, solder digunakan untuk menghubungkan kabel, ring^l sampel untuk^l mengetahui sifat^l fisik ^ltanah, timbangan digunakan^l mengukur berat ^ltanah.

Metodelogi Penelitian

Metodelogi penelitian yang digunakan pada percobaan ini ialah Rancang Acak Kelompok (RAK) yang menggunakan tiga faktor dan tiga kali ulangan sebagai berikut :

Ketiga faktor yang dicoba adalah : - Faktor luas penampang plat (A) :

A1 : 5x5 cm² A2 : 5x10 cm² A₃ : 5x15 cm² A4 : 5x20 cm²

- Faktor sudut kemiringan (M) penetrometer saat ditekan kedalam tanah : M1 : 90^o

M2 : 75ô M₃ : 60ô M4 : 45ô M₅ : 30ô

(27)

16

- Faktor kedalaman (H) penetrometer yang masuk kedalam tanah : H1: 5 cm

H₂: 10 cm H3: 15 cm

Dengan Persamaan 8 Rancangan Acak Kelompok (RAK) yaitu :

Yij = µ+τi+βj+εij...(8) Dimana :

i = 1, 2, … , t J = 1, 2, … , r

Yij = pengamatan pada perlakuan ke-i dan kelompok ke-j μ = rataan umum

τi = pengaruh perlakuan ke-i βj = pengaruh kelompok ke-j

εij = pengaruh acak pada perlakuan ke-i dan kelompok ke-j

Menurut Hanafiah (2007), Cara menentukan ulangan RAK dengan rumus:

(^lt-1^l) (^lr-1^l) > 15^l (^l12-1^l) (^lr-1^l) > 15^l

l11r – 11^l > 15^l r^l = ^l26/11^l = 3

Gambaran Umum Alat

Penetrometer digital berbasis Arduino Uno R3 dengan penambahan sensor ultrasonik adalah alat yang digunakan untuk mengukur tahanan penterasi tanah dilahan basah dengan pemberian tekanan oleh manusia pada alat, untuk menguji tahanan pada suatu sampel tanah. Adapun sensor load cell 200 kg yang digunakan

(28)

pada alat tersebut dimana sensor tersebut berfungsi untuk membaca tekanan yang diberikan terhadap alat dalam menahan tahanan tanah yang diuji. Penambahan sensor ultrasonik untuk mempermudah penguji dalam menentukan kedalaman saat pengujian tahanan penetrasi tanah. Penetrometer digital ini memiliki prinsip kerja yang dilakukan yaitu dengan menekan dibagian handle maka plat dan batang penetrometer yang ditenggelamkan / ditekan kedalam tanah dengan jarak h1 = 5 cm, h2 = 10 cm, dan h3 = 15cm dengan sudut penekanan 30ô, 45ô, 60ô, 75ô dan 90ô. Ukuran plat ^l5 x ^l5 ^lcm², 5 x^l 10 ^lcm², 5 ^lx 15 ^lcm², dan ^l5 x ^l20 ^lcm².

Rancangan Fungsional

Untuk memenuhi tujuan dari alat ini, maka alat penetrometer digital ini memiliki komponen-komponen yang bekerja dengan fungsi yang berbeda-beda.

Fungsi komponen alat tersebut dapat dikategorikan untuk memberi bentuk pada alat dan tempat pemasangan komponen alat yang lain. Alat sensor tekanan (load cell) dirancang dengan batasan maksimal tekanan 200 kg. Alat penetrometer digital didesain hampir serupa dengan desain penetrometer analog dengan bahan besi yang memiliki panjang besi berukuran 75 cm, panjang pegangan penetrometer digital berukuran 32 cm, terdapat jarak besi antara panjang pegangan dengan besi ring berukuran 2 cm, ukuran plat ^l5 x ^l5 ^lcm², 5 ^lx 10 ^lcm², 5

lx ^l15 ^lcm², dan ^l5 x ^l20 ^lcm².

1. Pengujian ketelitian sensor^l ultrasonik ^lHC-SR04^l

Pada penelitian ini arduino^l uno R3^l ini sebagai pengolah data sensor gaya.

Sensor jarak yang bekerja memiliki peranan yang berdasarkan pada prinsip^l pantulan^l gelombang suara^l dan digunakan^l untuk mendeteksi^l keberadaan suatu^l

lobjek. Sensor jarak ini akan^l membantu dalam proses pengambilan data jarak

(29)

18

secara otomatis yang terekam pada SD card. Masukkan^l sensor yang^l berupa^l analog^l kemudian diubah^l menjadi data^l digital yang^l sudah terintegrasi^l di dalam^l Arduino Uno R3. Hasil pengukuran nilai gaya penekan diharapkan yang menjadi satuan keluaran gaya penekan adalah satuan kg/cm².

(a) (b)

Gambar 9. Perbedaan penetrometer a) Penetrometer tanpa sensor ultrasonik b) Penetrometer dengan sensor ultrasonik

Keterangan gambar 9 (a): Keterangan gambar 9 (b):

1. Handle 1. Handle

2. Tombol on off 2. Kotak sensor

3. Kotak sensor 3. Rangkaian elektronik

4. Sensor load cell 4. Aklirik

5. Plat besi 5. Pengunci batang penetrasi

6. Batang penetrasi 6. Batang penetrasi

7. Cone 7. Tombol penekanan

8. Komponen elektronik 8. Sensor

9. Akrilik 9. Tombol on off

10. Pengunci penetrasi 10. Plat besi

11. Sensor load cell 12. Plat penetrometer

(30)

Perbedaan yang terdapat pada penelitian sebelumnya terletak pada peletakan sensor ultrasonik yang diletakkan di belakang kotak sensor dan sensor ultrasonik yang dapat di gerakkan namun selebihnya model desain sama dengan penelitian sebelumnya dan bentuk penusuk penetrometer pada penelitian sebelumnya menggunakan cone dan pada pengembangan penelitian ini menggunakan plat yang digunakan pada lahan basah. Jika di bandingkan dengan penelitian yang dilakukan Muzani (2012), perbedaan sensor ultrasonik yakni jenis sensor ultrasonik yang di gunakan dan juga peletakan sensor ultrasonik, dan juga kemampuan sensor tersebut membaca suatu jarak. Dimana sensor jarak pada penelitian sebelumnya hanya dapat mengukur jarak dengan perlakuan sudut alat tegak lurus dengan tanah atau sudut 90ô dan juga pengujian pada penelitian sebelumnya menguji pada sudut 5ô, 10ô, 15ô, dan 20ô. Sedangkan penelitian ini menguji dengan nilai sudut yang lebih besar dikarenakan sudut yang ditentukan merupakan nilai dari pengukuran penelitian yang biasa digunakan pada pengukuran tahanan penetrasi menggunkan penetrometer manual.

Menurut Muzani (2012), pengukuran ketepatan dan ketelitian pengukuran jarak pada penetrometer digital dapat diuji dengan menggunakan persamaan 6 dan 7.

2. Penyimpangan data pengukuran

Hasil perhitungan yang telah diproses oleh Arduino Uno R3 sesuai dengan pengkodingan yang dibuat disimpan pada SD card yang memiliki kapasitas 2 GB dengan mrek Samsung. Penyimpanan data pengukuran waktu pengambilan sampel, tanggal pengambilan sampel, jarak pengukuran, dan tahanan penetrasi disimpan. Data ditampilkan dalam bentuk notepad.

(31)

20

3. Tampilan data pengukuran

Tampilan yang ditampilkan merupakan tampilan digital, dimana awalnya masih berupa data analog dan diubah^l menjadi^l tampilan data^l digital oleh^l arduino^l uno^l R3 berupa angka dan^l huruf yang menujukkan hasil secara visual. Tampilan digital tersebut ditampilkan menggunakan LCD 2 x 16 cm².

Rancangan Struktural

Dalam penentuan struktural komponen alat, beberapa dimensi dari beberapa komponen akan disesuaikan dengan kebutuhan:

1. Rangka

Rangka akan dibuat dengan menggunakan besi pejal agar alat kokoh dan tidak mudah bengkok saat dilakukan penekanan. Tebal besi rangka tegak lurus yang digunakan memiliki diameter 1,3 cm, panjang handle 23,5 cm sesuai dengan ukuran tangan orang dewasa pada umumnya dapat memposisikan tangan tidak kekecilan maupun kebesaran, panjang batang penetrometer 75 cm ukuran ini digunakan dikarenakan disesuaikan dengan batang penetrometer yang ada dan juga digunakan untuk lahan basah panjang batang penetrometer lahan basah lebih panjang dibandingkan dengan panjang batang penetrometer pada lahan kering dikarenakan pada lahan basah batang penetrometer lebih mudah untuk masuk kedalam tanah, dan tinggi alat keseluruhan 98 cm alat tidak lebih tinggi dibandingkan dengan tinggi badan orang dewasa.

2. Plat besi Penetrometer

Plat besi yang digunakan dalam pengukuran penetrasi tanah dengan ukuran

l5 x ^l5 ^lcm², 5 ^lx 10 ^lcm², 5 ^lx 15 ^lcm², dan ^l5 x ^l20 ^lcm² penggunaan ukuran^l plat^l ini disesuaikan dengan penggunaan plat yang biasanya digunakan pada penelitian

(32)

pada lahan basah bisa dilihat pada penelitian Iqbal, M (2019) dan Rizaldi,dkk (2019). Ukuran plat ini digunakan untuk pengujian dalam pembentukan roda sirip traktor.

3. Kotak Sensor

Kotak sensor yang digunakan sebagai meletakkan perangkat keras dimana kotak sensor tersebut terbuat dari bahan besi hallow dan diberi akrilik 19 x 9 cm sebagai pelindung perangkat keras juga sebagai dudukan LCD dan tombol reset data.

3. Perangkat keras penetrometer digital berbasis Arduino Uno R3

Dari perancangan perangkat keras penetrometer digital berbasis Arduino Uno R3, dari alat tersebut menghasilkan keluaran yaitu LCD sebagai penampil program yang berjalan sampai akhir. Pengukuran yang dilakukan oleh sensor ultrasonik menggunakan prinsip memancarkan gelombang terpantul oleh objek yang ada didepan dan gelombang tersebut kembali dan menghasilkan keluaran angka dengan satuan jarak dalam mendeteksi masuknya batang penetrometer kedalaman tanah.

Gambar^l 10. Bagan^l alir pembacaan^l sensor^l ultrasonik Pengumpulan Data

1. Ketelitian dan keakuratan sensor^l ultrasonik^l dianalisis di laboratorium untuk dapat mengolah data yang didapat di lapangan.

Sensor ultrasonik

Arduino Uno R3

Peraga^l digital^l

(33)

22

2. Kadar^l air tanah^l dianalisis di^l laboratorium^l mengunakan metode^l gravimetri^l untuk^l mengetahui kadar^l air^l tanah. Kadar^l air tanah^l dapat dihitung^l dengan^l Persamaan^l 1.

3. Kerapatan^l massa dianalisis^l di laboratorium^l untuk mendapatkan^l data^l kerapatan^l

lmassa ^ltanah. Kerapatan^l massa^l dapat dihitung^l dengan ^lPersamaan ^l2.

4. Kerapatan^l partikel^l dianalisis di laboratorium untuk mendapatkan data kerapatan partikel tanah. Kerapatan massa dapat hitung dengan Persamaan 3.

5. Porositas dihitung untuk mendapatkan data kerapatan partikel ^ltanah. Porositas^l dapat dihitung^l dengan ^lPersamaan ^l4.

6. Tahanan^l penetrasi dianalisis^l di lapangan^l untuk mendapatkan^l data tahanan^l penetrasi^l tanah. Tanahan penetrasi dapat dihitung dengan Persamaan 5.

Parameter Penelitian

Adapun^l parameter yang^l diteliti dalam^l penelitian ini^l yaitu pengambilan^l data^l sampel tanah^l dilakukan dengan^l uji laboratorium^l yaitu :

1. Tingkat ketelitian dan keakuratan sensor ultrasonik dapat dihitung menggunakan Persamaan 6 dan 7.

2. Kadar^l air tanah^l

Perhitungan^l kadar air^l tanah dilakukan^l dengan mengambil^l sampel tanah^l pada^l

lsetiap ^lperlakuan, ditimbang^l dan^l pengeringan sampel tanah dengan bahan organik selama lebih dari 24 jam dengan suhu 105°C. Perhitungan kadar air dilakukan pada kedalaman 5 cm, 10 cm, dan 15 cm. Kadar air tanah dihitung menggunakan Persamaan ^l1.

(34)

3. Kerapatan^l massa tanah^l

Perhitungan kerapatan^l massa^l dapat ditentukan dengan^l pengamatan tanah yang diambil dengan ring sampel, selanjutnya dimasukkan ke dalam oven selama 24 jam. Kemudian dimasukkan ke dalam desikator untuk didinginkan kemudian ditimbang tanah beserta ring sampelnya dan dikeluarkan tanahnya kemudian ditimbang ring sampelnya. Dapat dihitung dengan mengambil sampel tanah pada setiap perlakuan yang dihitung dengan Persamaan 2, sedangkan kerapatan^l partikel^l dihitung dengan^l Persamaan ^l3.

4. Porositas^l tanah^l

Porositas^l merupakan keseluruhan volume pori-pori yang ada didalam tanah yang dinyatakan^l dalam ^lpersen. Nilai^l porositas dapat^l dihitung dengan^l Persamaan^l 4.

5. Tahanan penetrasi tanah

Perhitungan tahanan penetrasi tanah dilakukan dengan menekan handle penetrometer digital maka data tekanan akan keluar, lalu dihitung dengan luas penampang plat yang digunakan. Tahanan penetrasi tanah dihitung dengan Persamaan 5.

Prosedur Penelitian Pembuatan alat

Alat akan dirancang berdasarkan rumus-rumus komponen alat yang telah dikumpulkan, kemudian dimodelkan secara grafis dalam bentuk 2 dimensi menggunakan aplikasi solidworks. Tahapan penelitian yang akan dilakukan :

1. Dipersiapkan semua literatur yang dijadikan referensi

(35)

24

2. Dirancang alat dengan menggunakan komponen alat dan bahan yang akan digunakan untuk membuat alat penetrometer digital berbasis Arduino Uno R3

3. Dirancang alat dengan aplikasi solidworks

4. Dibuat alat sesuai dengan pengukuran dan perancangan yang sudah ditentukan.

Pengujian alat

1. Disediakan penetrometer digital berbasis Arduino Uno R3.

2. Diukur jarak secara manual menggunakan penggaris dengan memberi tanda pada karton dengan jarak yang telah ditentukan. Guna karton ini yaitu menandai jarak yang telah ditentukan agar mempermudah dalam meletakan objek saat pengujian sensor ultrasonik.

3. Dilakukan tiga kali pengukuran secara manual dan otomatis secara sekaligus dengan meletakan objek sesuai dengan jarak yang ditentukan pada karton yang telah ditandai dan dibandingkan dengan nilai yang terbaca pada LCD.

Pengujian alat di lapangan

1. Dipersiapkan lahan sawah untuk pengambilan data seluas 50 m². 2. Disediakan penetrometer digital berbasis Arduino Uno R3.

3. Ditempatkan ujung plat pada tanah yang telah dibersihkan dengan posisi sesuai dengan perlakuan.

4. Dilakukan pengujian alat untuk penetrometer digital berbasis Arduino Uno R3 dengan cara menekan handle dan ditekan tombol merah penetrometer digital yang berfungsi untuk mengukur tekanan dan jarak secara otomatis.

(36)

5. Dilakukan tiga kali pengulangan pada kedalaman h1 = 5 cm, h2 = 10 cm, dan h3 = 15 cm, dengan sudut kemiringan 30ô, 45ô, 60ô, 75ô dan 90ôjuga

dengan luas penampang plat ^l5 x ^l5 ^lcm², 5 ^lx 10 ^lcm², 5 ^lx 15 ^lcm², 5 ^lx 20 ^lcm². Pengukuran sudut kemiringan menggunakan keramik yang

telah digarisi sesuai dengan sudut kemiringan. Gambaran garis kemiringan pada keramik diukur menggunakan busur sesuai dengan sudut yang akan diuji dilapangan. Digunakan keramik karena aman jika terkena air, keramik tersebut ditancapkan tegak lurus pada tanah yang diuji. Pada saat pengambilan data penetrasi tanah peneliti harus dapat menjaga konsistensi pada saat pengambilan data baik saat penusukan dan juga kemiringan alat.