LANDASAN TEORI
Bab ini membahas tentang teori penunjang dan penelitian terhadap faktor-faktor yang dapat mempengaruhi kualitas tanaman sayur pada media tanam hidroponik, dengan menggunakan Arduino untuk memantau kondisi tanaman pada perubahan kadar pH, konduktivitas listrik pada nutrisi, suhu air, suhu udara dan intentitas cahaya.
2.1 Pemantauan Tanaman Hidroponik
Monitoring atau pemantauan merupakan sebuah proses pengumpulan informasi dari penerapan suatu program termasuk mengecek apakah suatu program telah berjalan sesuai dengan rencana yang diinginkan sehingga setiap masalah yang ditemukan dapat diatasi (Foe, 2013). Pada penelitian ini, pemantauan yang dilakukan yaitu pada tanaman hidroponik. Tanaman hidroponik merupakan salah satu budidaya pertanian
tanpa menggunakan media tanah, sehingga hidroponik merupakan aktivitas pertanian yang dijalankan dengan menggunakan air sebagai medium untuk menggantikan tanah.
Sehingga sistem bercocok tanam secara hidroponik dapat memanfaatkan lahan yang sempit. Pertanian dengan menggunakan sistem hidroponik memang tidak memerlukan lahan yang luas dalam pelaksanaannya, tetapi dalam bisnis pertanian hidroponik hanya layak dipertimbangkan mengingat dapat dilakukan di pekarangan rumah, atap rumah maupun lahan lainnya. (Roidah, 2014) .
Budidaya tanaman secara hidroponik memiliki beberapa keuntungan dibandingkan dengan budidaya secara konvensional, yaitu pertumbuhan tanaman dapat di kontrol, tanaman dapat berproduksi dengan kualitas dan kuantitas yang tinggi, tanaman jarang terserang hama penyakit karena terlindungi, pemberian air irigasi dan larutan hara lebih efisien dan efektif, dapat diusahakan terus menerus tanpa tergantung oleh musim, dan dapat diterapkan pada lahan yang sempit (Harris, 1988).
menerapkan cara budidaya yang baik, seperti penggunaan pupuk yang kurang berimbang, perawatan yang kurang intensif dan salah perhitungan waktu tanam.
Budidaya hidroponik memungkinkan pemantauan yang lebih akurat dan fleksibel pada faktor lingkungan di zona akar daripada pengolahan tanah. Peningkatan pertumbuhan dan produksi tanaman yang berkualitas tinggi juga dapat diharapkan melalui kontrol zona akar yang optimal.(D. Yumeina, 2016).
Sistem ini memantau kondisi tanaman hidroponik terhadap perubahan kadar pH, konduktivitas listrik pada nutrisi, suhu air, suhu udara dan intentitas cahaya yang dikirim oleh sensor ke microcontroller.
2.1.1 Syarat Tumbuh Tanaman Hidroponik Selada
Menurut Darmawan (1997), pertumbuhan selada ‘Grand Rapid’ akan optimal pada kisaran suhu udara 25° - 26°C dan kelembaban berkisar antara 76-77%. Keadaan suhu di dalam rumah kaca selama penelitian berkisar antara 27,8° - 33,9°C dengan kelembaban antara 58,17% - 75,5%. Hasil penelitian penelitian Wulan (2006) menyatakan konsentrasi larutan hara yang optimum untuk pertumbuhan dan produksi
selada yang dibudidayakan dengan hidroponik adalah EC 1.09-1.15 mS/cm yang berkisar 1000-1150 mmhos/cm . Pada saat penelitian, pH larutan nutisi berkisar antara 5,62-6,70 pH.
2.1.2 Syarat Tumbuh Tanaman Hidroponik Bayam Merah
Suhu udara yang dikehendaki sekitar 20-33º. Tanaman ini banyak memerlukan banyak air, sehingga paling tepat ditanam pada awal musim penghujan. Suhu yang terlalu rendah dan terlalu tinggi pada larutan nutrisi dapat menyebabkan berkurangnya penyerapan air dan ion nutrisi, untuk tanaman sayuran suhu optimal antara 5-15˚C. (Affan, 2004).
Kelembaban udara pada pagi hari (07.00 WIB) 69,76%, siang hari (12.00 WIB) 50,88% dan pada sore hari (17.00 WIB) 69,95%. Kemasaman larutan nutrisi dalam bak nutrisi sekitar 6,9 – 7,5. Kondisi seperti ini cocok untuk pertumbuhan tanaman bayam, sehingga produksinya meningkat.( Mairusmianti, 2011).
Dapat ditanam pada awal musim kemarau pada tanah yang gembur dan subur. Dan dapat tumbuh pada tanah liat asalkan tanah tersebut diberi pupuk kandang yang cukup. Untuk penanaman bayam merah di lahan yang luas, pengadaan air dapat dilakukan dengan mengalirkan air lewat parit yang ada di antara bedengan. Untuk tanaman bayam merah di halaman rumah atau pekarangan yang sempit, apalagi di dalam pot, pemenuhan air dapat dilakukan dengan cara menyiraminya (Saparinto, 2013)
2.1.3 Syarat Tumbuh Tanaman Hidroponik Sawi Pakcoy
Pakcoy dikenal sebagai tanaman sayuran daerah iklim sedang (sub-tropis) tetapi saat ini berkembang pesat di daerah panas (tropis). Suhu udara yang dikehendaki untuk pertumbuhan sawi adalah daerah yang mempunyai suhu malam hari 15,6°C dan siang hari 21,1°C. (Sastrahidajat, 1996). Menurut Cahyono (2003), pertumbuhan sawi yang baik membutuhkan suhu udara yang berkisar antara 19ºC - 21ºC. Sedangkan, kelembapan yang sesuai untuk pertumbuhan tanaman sawi yang optimal menurut Cahyono (2003), berkisar antara 80% sampai dengan 90%. Kelembaban yang tinggi dan lebih dari 90% berpengaruh buruk terhadap pertumbuhan tanaman. Hasil penelitian Cahyono (2003) menyatakan bahwa konsentrasi larutan hara optimum untuk pertumbuhan dan hasil produksi tanaman pak choi yang dibudidayakan adalah 1.5-2.0 mS/cm = 1500-2000 mmhos/cm , sedangkan untuk kondisi pH tanaman Pakcoi berkisar antara pH 6.5-7.
pertumbuhan dan produksi berkisar antara 350 cal / cm2 - 400 cal / cm2 setiap hari (Cahyono, 2003). Lebih lanjut dinyatakan bahwa tanaman sawi untuk mendapatkan intensitas cahaya matahari yang cukup memerlukan panjang penyinaran matahari (fotoperiodisitas) 12-16 jam setiap hari.
Suhu yang terlalu rendah dan terlalu tinggi pada larutan nutrisi dapat menyebabkan berkurangnya penyerapan air dan ion nutrisi, untuk tanaman sayuran suhu optimal antara 5-15˚C. (Affan, 2004).
2.2 Perangkat Hardware Yang Digunakan
2.2.1 Sensor PH
Sensor pH merupakan elektroda gelas yang terdiri dari gelembung gelas yang sensitif pH pada ujungnya, berisi larutan klorida yang diketahui pHnya dan elektroda. Sensor ini dapat mengukur tingkat keasaman dan basa pada air (Kustanti. I, 2014)
Pada prinsipnya sistem sensor pH (pH meter) terdiri dari elektroda pH yang digunakan untuk mendeteksi banyaknya ion H+ dari suatu cairan. Pengukuran pH
dilakukan dengan menggunakan elektroda potensiometrik.. Keluaran dari pH meter sudah dikalibrasi dalam mV dan kondisi ideal dari elektroda pH pada suhu 25˚C. Dengan memonitor perubahan tegangan yang disebabkan oleh perubahan aktifitas ion hidrogen (H+) dalam larutan maka pH larutan dapat diketahui. Tegangan keluaran dari elektroda akan menunjukkan 0mV ketika dipakai untuk mengukur pH 7.00 (netral). (Rivai. M, 2010)
2.2.2 Sensor Suhu Air
DS18B20 merupakan sensor suhu yang memiliki keluaran data dalam bentuk digital. Berdasarkan lembar data DS18B20, sensor ini membutuhkan catu daya antara 3V – 5.5V. Komunikasi antara DS18B20 dengan mikrokontroler ATmega328P menggunakan komunikasi 1-wire yaitu, jenis komunikasi yang memerlukan 1 pin dari salah satu port mikrokontroler ATmega328P (Maxim, 2010). Port yang digunakan untuk komunikasi ini adalah port D pin 3. Pada Rangkaian DS1820 diperlukan resistor pull-up dengan resistansi sebesar 4.7 KΩ. Resistor pullup juga berfungsi untuk menyesuaikan level tegangan digital sensor dengan mikrokontroler dikarenakan perbedaan arus serap (current-sink) dari keduanya. (Idris, 2014)
Gambar 2.2 Water Temprature Sensor (Libelium, 2015)
2.2.3 Electro Conductivity Sensor
Konduktivitas merupakan ukuran yang menyatakan kemampuan bahan dalam menghantarkan arus dalam hal ini cairan. Satuan konduktivitas ialah siemens atau mho yang merupakan kebalikan dari satuan resistansi yaitu Ω (Ohm). Saat ini sensor konduktivitas konvensional memiliki dimensi yang relatif cukup besar serta harga yang cukup mahal. Sehingga diperlukan teknologi mikroelektronika untuk memperkecil ukuran sensor tanpa mengurangi fungsi dari sensor tersebut. (Bagus S dkk, 2013).
Formula yang digunakan dalam pengukuran konduktivitas larutan ialah
�= ���� �
1
Dengan σ merupakan konduktivitas (S atau mho), K
sel merupakan konstansta sel (cm
-1
), R merupakan resistasi terukur (ohm), α faktor kompensasi temperatur dalam persen perubahan per °C dan T temperatur terukur dalam °C. EC diukur dalam satuan mS/cm, nilai EC dapat juga diberikan dalam uS/cm dimana 1 mS/cm = 1000 mmhos/cm (Mairusmianti, 2011). Gambar sensor Konduktivitas dapat dilihat pada gambar 2.3
Gambar 2.3 Electro Conductivity Sensor (Libelium, 2015)
2.2.4 Light Sensor
Sensor Cahaya (LDR/ Light Dependent Resistor) Photocells fotokonduktif / LDR (Light Dependent Resistor) dirancang untuk merasakan cahaya 400-700 nm. Resistor ini bergantung cahaya tersedia dalam berbagai nilai resistansi. LDR dikemas dalam dua bertimbel header keramik dilapisi plastik. (Romadloni. P. L, 2012)
2.2.5 Air Temperature Sensor
Sensor DHT22 merupakan sensor suhu dan kelembapan untuk ruangan. Memiliki rentang pengukuran suhu dan kelembaban yang lebar. Menyala pada tegangan minimal 3.3v hingga maksimal 5v dan memiliki rentang deteksi suhu -40°C - +80°C. (Christoper. G, 2012)
Gambar 2.5 Air Temperature Sensor (Libelium, 2015)
2.2.6 Open Garden Shield
Open Garden adalah sumber alternatif terbuka untuk otomatisasi rumah komersial
untuk kontrol jarak jauh tanaman indoor dan outdoor Anda . Platform ini terdiri dari tiga kit yang berbeda , masing-masing siap untuk jenis tertentu skenario tanaman yang tumbuh : dalam ruangan ( rumah dan rumah kaca ) , outdoor ( kebun dan sawah ) dan hidroponik ( tanaman di instalasi air ) . (Libelium, 2015)
2.2.7 Open Garden Hydroponic
Board ini adalah board tambahan untuk open garden shield. Dimana board ini memungkinkan untuk mengontrol keadaan tanaman untuk beberapa parameter yaitu pH, Electro Conductivity, dan suhu. (Libelium, 2015)
Gambar 2.7 Open Garden Hydroponic (Libelium, 2015)
2.2.8 Arduino UNO
Arduino / Genuino Uno adalah papan mikrokontroler berdasarkan ATmega328P
(datasheet). Ini memiliki 14 digital pin input / output (dimana 6 dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, kristal kuarsa 16 MHz, koneksi USB, jack listrik, header ICSP dan tombol reset. Ini berisi semua yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler; hanya menghubungkannya ke komputer dengan kabel USB atau kekuasaan itu dengan adaptor AC-DC atau baterai untuk memulai. Anda dapat bermain-main dengan UNO Anda tanpat takut terlalu banyak tentang melakukan sesuatu yang salah, skenario terburuk Anda dapat mengganti chip yang untuk beberapa dolar dan mulai dari awal lagi.
"Uno" berarti satu di Italia dan dipilih untuk menandai pelepasan Arduino
Software (IDE) 1.0. Papan Uno dan versi 1.0 dari Arduino Software (IDE) adalah versi
Gambar 2.8 Arduino UNO (Arduino.CC, 2008)
Spesifikasi pada Arduino Uno adalah sebagai berikut:
o Mikrokontroler : ATmega328 o Tegangan Operasi : 5V
o Tegangan Input (rekomendasi) : 7 - 12 V o Tegangan Input (batas) : 6-20 V
o Pin digital I/O : 14 (6 diantaranya pin PWM) o Pin Analog input : 6
o Arus DC per pin I/O : 40 mA o Arus DC untuk pin 3.3 V : 150 mA
o FlashMemory : 32 KB dengan 0.5 KB digunakan untuk bootloader o SRAM : 2 KB
o EEPROM : 1 KB
o Kecepatan Pewaktuan : 16 Mhz
2.2.9 GSM / GPRS Shield
Gambar 2.9 GSM / GPRS Shield (Arduino.cc , 2010 )
2.3 Penelitian Terdahulu
Pada tahun 2006, Hadian Satria melakukan penelitian untuk membuat Perancangan Dan Implementasi Sistem Otomatisasi Pemeliharaan Tanaman Hidroponik. Penelitian ini bertujuan membuat sistem untuk mengotomatisasikan pemeliharaan tanaman hidroponik yaitu dalam hal penyiraman dan pemberian pupuk dengan waktu yang telah ditentukan menggunakan motor dc, sensor LDR, dan pompa air berbasis mikrokontroler AT89S52. Sehingga dapat mempermudah user yang ingin melakukan pemeliharaan tanaman hidroponik.
Pada tahun 2009, Chusnul Arif et al melakukan penelitian untuk membuat Sistem Monitoring Pertumbuhan Tanaman dan Lingkungan Mikro di Dalam Greenhouse Menggunakan Field Server. Penelitian ini menggunakan FS(Field Server) yaitu sistem monitor otomatis dengan beberapa sensor dan kamera IP yang bisa digunakan untuk memonitor pertumbuhan tanaman dan parameter lingkungan. Penelitian ini menjelaskan tentang aplikasi FS untuk monitoring pertumbuhan tanaman tomat didalam greenhouse dan parameter lingkungan mikro didalamnya secara online.
FS yang digunakan terdiri dari tiga sensor yaitu fradiasi matahari, suhu udara dan kelembaban relatif. Selain itu, IP kamera yang digunakan bisa digunakan untuk mengetahui kondisi tanaman aktual dan dilengkapi dengan video. Dengan
menggunakan IP Public, ketiga parameter tersebut dan kondisi tanaman bisa diketahui dan diakses secara online dengan jaringan internet dimana saja. Harapannya dengan
Pada tahun 2014, Ika kustanti melakukan penelitian pengendalian kadar keasaman pada system hidroponik stroberi menggunakan kontroler PID berbasis Arduino Uno. Pengendalian dirancang agar kadar keasaman air hidroponik sesuai dengan setpoint yaitu pH 6 dengan mengendalikan putaran pompa yang berisi cairan asam dan basa. Pada penelitian ini Arduino UNO yaitu sebuah board mikrokontroler yang didasarkan pada ATmega328 diaplikasikan sebagai perangkat pengendali kadar keasaman air hidroponik. Proses perancangan kontroler PID menggunakan metode root locus dan didapatkan bahwa semua akar berada disebelah kiri bidang s, sehingga respon yang didapat dari semua pole stabil. Hasil perhitungan parameter PID dengan pole s = -3.53 didapatkan nilai parameter PID terbaik yaitu Kp = 4.8065, Ki = 5 dan Kd = 0.6808.
Pada tahun 2012, Pristian Luthfy Romadloni melakukan penelitian untuk membuat rancang bangun sistem otomasi hidroponik NFT (Nutrient Film Technique). Pada penelitiannya, ia menggunakan mikrokontroler dengan IC Atmega 328P yang terintegrasi dengan berbagai sensor, sistem otomasi untuk hidroponik antara lain untuk mengatur pompa, LED grow light, sistem pemupukan, serta memberikan informasi
2.
