22
BAB 3
METODE PENELITIAN
Pada penelitian ini akan melakukan perancangan prototype alat otomatisasi penyiraman tanaman yang berbasis LoRa. Perancangan alat ini akan diterapkan pada budidaya tanaman secara semi hidroponik. Dalam perancangan alat ini menggunakan LoRa (Long Range) sebagai media pengiriman data atau media komunikasi,sehingga pengguna dapat memonitoring kondisi alat dari jarak jauh.
Pemilihan penggunaan LoRa ini dipilih dikarenakan LoRa memiliki kelebihan jangkauan yang lebih luas.
3.1 ALUR PENELITIAN
Adapun beberapa tahapan yang dilakukan dalam proses perancangan antena pada penelitian ini sebagai berikut :
MULAI
Selesai Studi Literatur
Penentuan Perangkat Yang Akan Digunakan
Perancangan Alat
Pembuatan Alat
Analisa Hasil Data QoS Pengukuran Data QoS
Apakah Alat Sudah Sesuai ? Perbaikan Alat
Ya
Tidak
Gambar 3.1 Flowchart Alur Penelitian
23
Berikut ini adalah langkah-langkah pada penelitian :
1. Langkah awal dalam penelitian ini adalah Studi Literatur, langkah Studi Literatur ini dilakukan untuk mencari referensi teori-teori yang dibutuhkan dalam perancangan prototype alat ini.
2. Selanjutnya menentukan perangkat yang akan digunakan pada perancangan alat, dimana pada tahap ini seluruh alat yang akan digunakan pada perancangan ditentukan sesuai kebutuhannya. Alat-alat tersebut meliputi Arduino Uno, Sensor Soil Moisture, LCD, Mini Water Pump, Relay, RTC DS3231, dan LoRa.
3. Setelah menentukan perangkat apa saja yang dibutuhkan selanjutnya memasuki tahapan perancangan alat. Tahap ini dilakukan untuk membuat sebuah gambaran bagaimana perangkat-perangkat tersebut nantinya akan dibuat/dirakit sehingga menjadi sebuah protorype alat penyiraman tanaman otomatis.
4. Setelah melakukan tahapan perancangan, maka proses selanjutnya adalah proses pembuatan/perakitan alat. Dimana pusat kendali dari komponen- komponen tersebut terdapat pada Arduino Uno. Komponen yang terhubung langsung ke Arduino Uno meliputi LCD, Relay, RTC DS3231, sensor YL- 69 dan LoRa, sedangkan pada perangkat Mini Water Pump terhubung ke Relay.
5. Kemudian tahapan selanjutnya adalah pengujian alat. Pengujian alat ini dilakukan untuk mengetahui apakah alat tersebut sudah berjalan dengan baik. Jika alat tersebut masih terdapat kesalahan yang ditemukan saat proses pengujian maka alat tersebut akan diperbaiki agar kesalahan yang terjadi dapat berjalan dengan baik.
6. Setelah alat berjalan dengan baik maka proses penelitian selanjutnya dilakukan proses pengukuran data parameter Quality of Service (QoS) untuk mengetahui performa dari alat tersebut.
7. Selanjutnya setelah data pengukuran parameter QoS telah didapatkan maka selanjutnya dilakukan proses analisa apakah performa pada alat tersebut dapat dikatakan baik atau tidak.
24 3.2. PERANGKAT KERAS (HARDWARE) 3.2.1 Laptop
Laptop merupakan perangkat yang lebih praktis dari pada komputer.pada penelitian ini, penggunaan laptopberfungsi sebagai perangkat yang digunakan untuk melakukan pemrograman alat. Laptop yang digunkana pada penelitian ini memiliki spesifikasi sebagai berikut :
Tabel 3.1 Spesifikasi Laptop
Jenis Laptop ASUS N43SL
Processor Intel Core i3-2330M
Sistem Operasi Windows 10
Memory DDR3 6GB
Harddisk 500GB
GPU NVIDIA GeForce GT 540M 2GB
3.2.2 Arduino
Arduino adalah sebuah rangkaian elektronik yang bersifat open source, serta memiliki perangkat keras dan lunak yang mudah untuk digunakan. Arduino memiliki kelebihan tersendiri dibanding board microcontroller yang lain selain bersifat open source, arduino juga mempunyai bahasa pemrogramanya sendiri yang berupa bahasa C. Arduino dapat mengenali lingkungan sekitarnya melalui berbagai jenis sensor dan dapat mengendalikan lampu, motor, dan berbagai jenis aktuator lainnya. Arduino mempunyai banyak jenis, salah satu jenis yang digunakan dalam pembuatan prototype ini adalah Arduino UNO R3.
3.2.3 Sensor YL-69
Penggunaan Sensor kelembaban tanah YL-69 pada alat ini bertujuan sebagai sensor untuk memonitoring kelembaban tanah pada media tanam tanaman, pengguna dapat memonitoring bagaimana kelembaban tanah pada media tanam tanaman dari jauh meskipun pengguna tidak berada dilokasi. Pemilihan penggunaan sensor kelembaban tanah dikarenakan mampu mendeteksi intensitas air di dalam tanah.
Pada sensor ini terdapat dua lempengan konduktor berbentuk pisau berbahan logam yang sangat sensitif terhadap muatan listrik dalam suatu media khususnya tanah. Kedua lempengan logam tersebut merupakan media yang akan menghantarkan tegangan analog berupa tegangan lisrik yang nilainya relatif kecil
25
berkisar antara 3,3 sampai dengan 5 volt dan baru kemudian tegangan tersebut akan diubah menjadi tegangan digital untuk diproses lebih lanjut oleh sistem.
3.2.4 Relay
Relay merupakan salah satu komponen elektronika berupa saklar elektronik yang digerakkan oleh arus listrik. Secara prinsip, relay merupakan tuas saklar dengan lilitan kawat pada batang besi (solenoid) di dekatnya. Ketika solenoid dialiri arus listrik, tuas akan tertarik karena adanya gaya magnet yang terjadi pada solenoid sehingga kontak saklar akan menutup. Pada saat arus dihentikan, gaya magnet akan hilang, tuas akan kembali ke posisi semula dan kontak saklar kembali terbuka.
3.2.5 Mini Water Pump
Mini Water Pump merupakan salah satu jenis pompa air yang berukuran kecil, pompa air ini dapat bekerja pada tegangan 2,5 volt - 6 volt. Pompa air ini dapat mengalirkan debit air sebanyak 80 – 120 liter/jam. Karena ukurannya yang kecil pompa air ini biasa digunakan untuk membuat projek-projek IoT yang membutuhkan pengaliran air seperti penyiraman tanaman dengan debit aliran air yang kecil.
3.2.6 LCD
LCD (Liquid Crystal Display) merupakan modul elektronik yang digunakan sebgai media tampilan yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama.
Salah satu jenis LCD adalah LCD 16x2, LCD 16x2 artinya LCD tersebut memiliki 2 baris dan 16 kolom. Pada LCD tersebut memiiki masing-masing karakter menampilkan matriks 5x7 pixel. LCD juga mempuyai dua register, perintah dan data. Perintah register menyimpan instruksi perintah yang diberikan ke LCD. Pada LCD 16x2 memiliki komponen 16 pin.
LCD yang digunakan pada perancangan alat ini menggunakan rangkaian LCD I2C. I2C LCD adalah modul LCD yang dikendalikan secara serial sinkron dengan protokol I2C/IIC (Inter Integrated Circuit) atau TWI (Two Wire Interface).
Dengan menggunakan I2C LCD ini penggunaan pin pada LCD dapat dihemat dengan hanya menggunakan 2 pin saja. Pada Arduino Uno port I2C terletak pada pin A4 untuk jalur SDA (Serial Data) dan pin A5 untuk jalur SCL (Serial Clock).
26 3.2.7 RTC DS3231 (Real Time Clock)
RTC DS3231 merupakan salah satu jenis RTC yang dapat digunakan bersama Arduino, dimana berfungsi sebagai RTC (Real Time Clock) atau pewaktuan digital.
Interface atau antarmuka untuk mengakses modul ini yaitu menggunakan i2c atau two wire (SDA dan SCL). Sehingga apabila diakses menggunakan microcontroller misal Arduino Uno pin yang dibutuhkan 2 pin saja dan 2 pin power.
Penggunaan RTC DS3231 pada alat ini berfungsi sebagai acuan kapan waktu yang ditentukan untuk pompa yang terdapat pada alat aktif, RTC DS3231 inilah yang nantinya mementukan waktu penyiraman tanaman.
3.2.8 Buzzer
Penggunaan buzzer berfungsi sebagai penanda saat pompa pada prototype aktif, ketika pompa aktif dan melakukan penyiraman pada tanaman maka buzzer akan berbunyi selama beberapa detik.
3.2.9 LoRa (Long Range)
Pada perancangan alat ini menggunakan LoRa Dragino Shield. LoRa Dragino Shield merupakan salah satu perangkat komunikasi LoRa yang kompatibel untuk mikrokontroler dengan board development Arduino UNO, Loenardo, Mega, dan Due.
3.3 PERANGKAT LUNAK (SOFTWARE) 3.3.1 Arduino IDE
Arduino IDE (Integrated Developtment Enviroenment) merupakan sebuah software yang membantu programmer dalam menulis program yang akan di inputkan ke microcontroller. Arduino IDE ini terdiri dari Editor program, Compiler, dan Uploader. Dimana masing masing bagian Arduino IDE tersebut mempunyai fungsi berbeda.
3.3.2 Microsoft Visio
Microsoft Visio adalah sebuah program aplikasi komputer yang sering digunakan untuk membuat diagram, diagram alir (flowchart), brainstorm, dan skema jaringan yang dirilis oleh Microsoft Corporation.
27 3.4 PERANCANGAN ALAT
Receiver Transmitter
A R D U I N O RTC DS3231
Sensor YL-69
LCD
LoRa Shield
Mini Water Pump Buzzer
A R D U I N O
LoRa Shield LCD
Gambar 3.2 Blok Diagram Perancangan Alat
Pada penelitian ini akan membuat prototype alat irigasi tetes otomatis pada tanaman cabai secara semi hidroponik dengan menerapkan teknologi LoRa.
Dimana nantinya petani dapat mengetahui jika tanaman sudah dilakukan penyiraman secara otomatis dari jarak jauh dengan memonitoring tingkat kelembaban tanah pada tanaman. Tingkat kelembaban tanah pada tanaman diperoleh dari sensor kelembaban tanah yang terdapat pada tanaman.
Prototype ini di rancang untuk jumlah tanaman sebanyak 5 tanaman. Dimana tanaman tersebut di tanam pada polybag. Pada polybag ke 3 di pasang sebuah sensor kelembaban tanah. Sensor kelembaban tanah ini di pasang pada polybag ke 3 dengan alasan polybag ke 3 merupakan titik tengah dari setiap baris tanaman.
Pada gambar 3.2 di atas terdapat transmitter dan receiver, pada transmiiter tahapan awal dari alat terdapat pada perangkat RTC DS3231 dan sensor YL-69, dimana RTC DS3231 ini akan memberikan inputan waktu ke Arduino, inputan waktu ini yang nantinya akan menjadi acuan kapan waktu irigasi tetes otomatis dilakukan, dan sensor YL-69 berfungsi untuk memberikan inputan nilai kelembaban tanah.
Prototype ini menggunakan Arduino Uno R3 sebagai pusat kendali dari alat, dimana Arduino ini akan menerima inputan dari RTC DS321 dan sensor YL-69, selain itu Arduino ini juga akan memberikan outputan ke perangkat outputan seperti LCD, Buzzer, LoRa Shield dan Mini Water Pump.
28
Setelah RTC DS3231 dan sensor YL-69 mengirimkan data ke arduino selanjutnya data inputan waktu dari RTC DS3231 akan ditampilkan pada LCD yang ada di prototype, pada LCD akan menampilkan waktu yang diperoleh dari RTC DS3231 dan juga akan menampilkan tulisan FERTIGASI OFF ketika irigasi tetes otomatis sedang tidak aktif, dan jika irigasi tetes otomatis aktif maka tampilan pada LCD akan berubah menjadi tulisan Fertigasi Aktif Menyiram.
Pada prototype ini juga terdapat sebuah buzzer dan sebuah mini water pump, buzzer ini berfungsi sebagai penanda ketika irigasi tetes otomatis sedang aktif, buzzer ini akan berbunyi selama 20 detik ketika irigasi tetes sedang aktif, dan ketika irigasi tetes otomatis aktif maka mini watter pump akan mengalirkan air ke polybag- polybag yang sudah berisi tanaman cabai.
Prototype ini juga terdapat sebuah LoRa Shield sebagai media komunikasi antara transmitter dengan receiver, LoRa Shield pada transmiiter akan mengirimkan data ke receiver berupa nilai kelembaban tanah yang diperoleh dari inputan sensor YL-69.
Selanjutnya data yang sudah dikirm oleh tranmistter akan di terima oleh LoRa Shield yang ada di receiver, pada receiver komponen yang digunakan tidak sebanyak komponen yang terdapat pada transmitter, komponen yang digunakan pada receiver hanya 3 buah komponen yaitu LoRa Shield, Arduino Uno R3 dan LCD 16x2.
Penggunaan LoRa Shield pada receiver digunakan untuk menerima data yang dikirim dari transmitter yang selanjutnya akan di inputkan ke Arduino dan akan ditampilkan pada LCD, data yang diterima pada receiver berupa data nilai kelembaban tanah yang berupa nilai ADC kelembaban tanah dan juga berupa nilai kelembaban tanah yang sudah dikonversi ke dalam rentang nilai 1 sampai 10.
Media tanam yang di pilih sebagai media tanam tanaman adalah media tanam yang berupa kombinasi campuran arang sekam, tanah regosol dan zeolit perbandingan antar campuran media tanam 1:1:1 karena campuran media tanam tersebut dan penggunaan metode sistem fertigasi irigasi tetes menghasilkan hasil terbaik.
29
Gambar 3.3 Rangkaian Prototype Tabel 3.2 Pin-Pin Pada Prototype
Komonen Nama Pin Terhubung
LCD i2c VCC Arduino 5V
GND Arduino GND
SDA Arduino A4
SCL Arduino A5
RTC DS32231 VCC Arduino 5V
GND Arduino GND
SDA Arduino A4
SCL Arduino A5
Sensor YL-69 VCC Arduino 5V
GND Arduino GND
D0 Arduino A0
Relay VCC Arduino 5V
GND Arduino GND
IN Arduino D4
NO + Batrai
COM + Pompa
Buzzer + Arduino D5
- Arduino GND
LoRa Shield Reset Arduino D9
DIO0 Arduino D2
DIO5 Arduino D8
30
DIO2 Arduino D7
DIO1 Arduino D6
CLK Arduino D13
DI Arduino D11
DO Arduino D12
Pompa + COM Relay
- - Batrai
3.5 PERANCANGAN JARINGAN KOMUNIKASI LORA
Dalam perancangan jaringan komunkasi LoRa dengan menggunakan arsitektur sederhana komunikasi LoRa point to point yang terdiri dari 1 buah alat sebagai pengirim (transmitter) dan 1 buah alat sebagai penerima (receiver). Pada setiap alat terpasang 1 buah LoRa yang berfungsi sebagai pengirim dan penerima data. LoRa yang digunakan pada transmitter berfungsi sebagai pengirim data kelembaban tanah dan akan diterima oleh LoRa yang ada pada receiver.
Transmitter Receiver
Gambar 3.4 Perancangan Jaringan LoRa
Pada gambar 3.4 merupakan perancangan jaringan point to point dari LoRa, penggunaan LoRa pada transmitter dan receiver ini menggunakan frekuensi LoRa yang sama yaitu 915 Mhz. LoRa ini memiliki local address yang berbeda-beda, pada sisi LoRa transmitter memiliki alamat perangkat 2 sedangkan pada receiver memiliki alamat perangkat 5, alamat perangkat ini bebas digunakan sesuai keinginan kita dari rentang nilai 1 sampai 255.
Penggunaan alamat perangkat inilah yang nantinya digunakan untuk LoRa pada transmitter dan receiver saling komunikasi. Komunikasi yang dilakukan pada perancangan ini hanya komunikasi yang bersifat satu arah, komunikasi hanya dilakukan pengiriman data dari transmitter dan akan diterima oleh receiver. Dalam perancangan ini antara LoRa transmitter dan receiver akan saling berkomunikasi dalam jarak 80 meter dan 120 meter.
