SISTEM PENGUKURAN KADAR AIR TANAH DENGAN SENSOR SOIL MOISTURE BERBASIS ANDROID DAN DAQ DI PC
SKRIPSI
YOGI FIRHODIKA
140308045/KETEKNIKAN PERTANIAN
PROGRAM STUDI KETEKNIKAN PERTANIAN FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2019
SKRIPSI OLEH:
YOGI FIRHODIKA
140308045/KETEKNIKAN PERTANIAN
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana di Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian
Universitas Sumatera Utara
PROGRAM STUDI KETEKNIKAN PERTANIAN FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2019
Panitia Penguji Skripsi
Achwil Putra Munir, S.TP, M.Si Dr. Ir. Edi Susanto, M.Si
Sulastri Panggabean , S.TP, M.Si Dr. Taufik Rizaldi, S.TP, MP
i
RIWAYAT HIDUP
Yogi Firhodika lahir di Galang 29 September 1996 dari bapak Martin Handika Wijaya dan ibu Suriyawalina.Penulis merupakan anak pertama dari tiga bersaudara.
Pada tahun 2014 penulis lulus dari SMA Negeri 1 Galang dan pada tahun 2014 lulus Seleksi Bersama Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SBMPTN) di Program Studi Keteknikan Pertanian Universitas Sumatera Utara.
Selama masa perkuliahan, penulis aktif sebagai anggota organisasi Ikatan Mahasiswa Teknik Pertanian (IMATETA) FP-USU. Kemudian aktif sebagai kepala bidang organisasi dan kepemudaan Pemerintahan Mahasiswa Fakultas Pertanian USU masa bakti 2017-2018. Penulis melaksanakan Praktek Kerja Lapangan (PKL) di PT. Supra Matra Abadi (Asian Agri) PKS Aek Nabara Selatan. Pada tahun 2018 penulis melakukan penelitian Skripsi dengan judul
―Sistem Pengukuran Kadar Air Tanah Dengan Sensor Soil Moisture Berbasis Android dan DAQ di PC‖ di Medan.
ii
ABSTRAK
YOGI FIRHODIKA: Sistem Pengukuran Kadar Air Tanah dengan Sensor Soil
Moisture Berbasis Android dan DAQ di PC, dibimbing oleh ACHWIL PUTRA MUNIR.
Tanah merupakan lapisan permukaan bumi yang berasal dari bebatuan dan telah mengalami serangkaian pelapukan oleh proses alam sehingga membentuk lapisan partikel halus. Air dalam tanah sangat dibutuhkan oleh tanaman sebagai pendorong proses respirasi dan pertumbuhan tanaman. Kekurangan air tanah akan menyebabkan tanaman menjadi layu kemudian mati, hal ini disebabkan karena penyerapan air lebih rendah daripada penguapan yang terjadi pada tanaman.
Kadar air tanah dapat ditetapkan secara langsung melalui pengukuran perbedaan berat tanah (disebut metode gravimetri) dan secara tidak langsung melalui pengukuran sifat-sifat lain yang berhubungan erat dengan air tanah. Berdasarkan data kadar air tanah yang di dapat dari hasil penelitian maka dapat di peroleh tingkat error atau persentase kesalahan dari nilai kadar air tanah yang di dapatkan yaitu sebagai berikut: T0 5 cm sebesar 2,7%, T6 5 cm sebesar 2,9%, T0 10 cm sebesar 2,81%, T6 10 cm sebesar 3,12%, T0 20 cm sebesar 1,87% dan T6 20 cm sebesar 3,26%.
Kata kunci: tanah, kadar air tanah, sensor kelembaban tanah, persentase kesalahan.
iii ABSTRACT
YOGI FIRHODIKA: Measurement System of Soil Moisture content with Android
and DAQ-Based Soil Moisture Sensor on PC, supervised by ACHWIL PUTRA MUNIR.
Soil is the surface layer of the earth that comes from rocks and has undergone a series of weathering by natural processes to form a layer of fine particles. Water in the soil is needed by plants as a driver of the process of respiration and plant growth. Lack of ground water will cause plants to wither and then die, this is due to the absorption of water is lower than evaporation that occurs in plants.
Groundwater content can be determined directly by measuring differences in soil weight (called the gravimetric method) and indirectly through the measurement of other properties that are closely related to groundwater.Based on soil water content data obtained from the results of the study it could be obtained an error rate or the percentage of errors of the soil water content values obtained were as follows: T0 5 cm was 2.7%, T6 5 cm was 2.9%, T0 10 cm was 2.81%, T6 10 cm was 3.12%, T0 20 cm was 1.87% and T6 20 cm was 3.26% .
Keywords: soil, soil water content, soil moisture sensors, percentage error.
iv
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini.
Adapun judul dari Skripsi ini adalah “Sistem Pengukuran Kadar Air Tanah dengan Sensor Soil Moisture Berbasis Android dan DAQ di PC” yang merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana di Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara, Medan.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada kedua
orang tua penulis yang banyak memberikan doa dan dukungan, Achwil Putra Munir, STP, M.Si selaku komisi pembimbing yang banyak
membimbing dan memberikan berbagai masukan, saran dan kritik berharga pada penulis sehingga Skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik. Terima kasih kepada Kepala Laboratorium Riset dan Teknologi, Kepala Laboratorium Teknik Biosistem, kepada semua staf pengajar dan pegawai di Program Studi Keteknikan Pertanian, serta semua rekan mahasiswa yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan Skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa Skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari para pembaca yang bersifat membangun untuk kesempurnaan pada masa yang akan datang.
Akhir kata, penulis mengucapkan terima kasih, semoga Skripsi ini bermanfaat bagi pihak yang membutuhkan.
Medan, Maret 2019
Penulis
v
DAFTAR ISI
Hal
RIWAYAT HIDUP... i
ABSTRAK ... ii
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR ISI ... ...iv
DAFTAR TABEL ... vi
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR LAMPIRAN ... viii
PENDAHULUAN Latar Belakang ... 1
Tujuan Penelitian ... 3
Manfaat Penelitian ... ....3
Batasan Masalah ... 3
TINJAUAN PUSTAKA Tanah ... 4
Tanah Ultisol ... 4
Tekstur tanah ... 5
Bahan Organik ... 6
Kerapatan Massa Tanah ... 6
Kadar Air Tanah ... 7
Akuisisi Data ... 8
Sensor Soil Moisture ... 9
Modul Bluetooth HC-05 ... 11
Mikrokontroler ATMEGA328 ... 12
LCD 1602 ... 13
USB To Transistor-Transistor Logic ... 14
Arduino IDE ... 14
Android ... 15
METODOLOGI PENELITIAN Waktu dan Tempat Penelitian ... 17
Alat dan Bahan Penelitian ... 17
Metode Penelitian ... 18
Prosedur Penelitian ... 20
Parameter penelitian ... 24
HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis Sistem ... 25
Perancangan Sistem ... 26
Pencangan dan Pembuatan Alat ... 26
Perancangan Program ... 28
Pengkalibrasian Alat ... 29
Software PLX-DAQ ... 30
Android ... 32
Tanah ... 36
Kadar Air Tanah ... 36
Persentase Kesalahan ... 37
vi KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan ... 39 Saran ... 39 DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
vii
DAFTAR TABEL
No. Hal
1.Konfigurasi pin Module Bluetooth HC-05 ...11
2.Hasil kadar air tanah, tegangan, dan bilangan biner ...30
3.Data kadar air tanah sensor ...36
4.Data kadar air tanah manual (metode gravimetri) ...37
5.Hubungan kadar air tanah sensor, manual dan persentase kesalahan ...37
viii
DAFTAR GAMBAR
No. Hal
1.Diagram segitiga tekstur tanah menurut USDA ...5
2.Diagram blok bagian sistem akuisisi data ...9
3. Alur sistem hardware...10
4.Software Arduino IDE ...15
5. Alat sensor kadar air tanah ...27
6. Hasil pemrograman menggunakan software Arduino IDE ...29
7. Hubungan kadar air tanah dengan tegangan ... 30
8. Tampilan pembuka software PLX-DAQ ... 31
9. Tampilan kotak dialog Data Acquisition for Excel ... 32
10. Tampilan hasil di PC ... 32
11. Tampilan aplikasi Bluetooth Electronics ... 33
12.Tampilan awal aplikasi Bluetooth Electronics di android ...33
13.Tampilan menu pada bluetooth electronics ...34
14.Tampilan pengaturan tampilan kadar air tanah ...34
15.Tampilan bluetooth electronics yang telah jadi ...35
16. Pembacaan kadar air tanah di android ...36
ix
DAFTAR LAMPIRAN
No. Hal
1. Flowchart penelitian ...43
2. Coding pemrograman ...44
3. Dokumentasi penelitian...48
4. Perhitungan kadar air tanah secara manual (metode gravimetri) ... 51
5.Perhitungan persentase kesalahan ... 54
6.Hasil analisis sifat fisik tanah ... 55
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tanah merupakan lapisan permukaan bumi yang berasal dari bebatuan dan telah mengalami serangkaian pelapukan oleh proses alam sehingga membentuk lapisan partikel halus. Tanah sebagai media tumbuh mempunyai empat fungsi utama yaitu sebagai : (1) tempat tumbuh dan berkembangnya perakaran yang mempunyai dua peran utama sebagai penyokong tegak tumbuhnya tanaman dan penyerap hara tanaman. (2) penyedia kebutuhan primer tanaman untuk aktivitas metabolismenya meliputi air, udara dan unsur hara. (3) penyedia kebutuhan sekunder tanaman yang dapat menunjang aktivitasnya agar tetap optimum meliputi zat-zat pemacu tumbuh, antibiotik dan enzim yang berfungsi dalam penyediaan kebutuhan primer. (4) habitat biota tanah yang berdampak positif dalam penyediaan kebutuhan primer maupun sekunder tanaman maupun yang
berdampak negatif sebagai hama dan penyakit tanaman (Saptiningsih, 2007).
Air dalam tanah sangat dibutuhkan oleh tanaman sebagai pendorong proses respirasi dan pertumbuhan tanaman. Kekurangan air tanah akan menyebabkan tanaman menjadi layu kemudian mati, hal ini disebabkan karena penyerapan air lebih rendah daripada penguapan yang terjadi pada tanaman.
Kadar air tanah dapat ditetapkan secara langsung melalui pengukuran perbedaan berat tanah (disebut metode gravimetri) dan secara tidak langsung melalui pengukuran sifat-sifat lain yang berhubungan erat dengan air tanah. Metode langsung secara gravimetri memiliki akurasi yang sangat tinggi namun membutuhkan waktu dan tenaga yang sangat besar. Kebutuhan akan metode yang
2
cepat dalam memonitor fluktuasi kadar air tanah dilapangan menjadi sangat mendesak sebagai jawaban atas tingginya waktu dan tenaga yang dibutuhkan oleh metode gravimetri. Indera manusia terbatas dalam hal mengukur kelembaban tanah secara tepat (Hermawan, 2005).
Teknologi Informasi merupakan suatu teknologi yang digunakan untuk mengolah data, termasuk memproses, mendapatkan, menyusun, menyimpan, memanipulasi data dalam berbagai cara untuk menghasilkan informasi yang berkualitas, yaitu informasi yang relevan, akurat dan tepat waktu. Teknologi ini menggunakan seperangkat komputer untuk mengolah data, sistem jaringan untuk menghubungkan satu komputer dengan komputer yang lainnya sesuai dengan kebutuhan, dan teknologi telekomunikasi digunakan agar data dapat disebar dan diakses secara global. Teknologi informasi ditandai dengan lahirnya komputer dan perkembangannya yang sangat cepat (Wiranto, 2014).
Dalam dunia teknologi, smartphone merupakan salah satu inovasi baru yang dapat menjawab kebutuhan masyarakat di berbagai kalangan. Selain sebagai alat komunikasi, smartphone juga dapat digunakan untuk menyimpan data, sebagai media hiburan, akses internet dan lain sebagainya, sehingga menjadi suatu kebutuhan bagi masyarakat. Banyaknya manfaat dari smartphone memberikan
dampak yang dapat menyentuh segala aspek kehidupan manusia (Riska dan Puji, 2016).
Karena itu dibutuhkan sistem yang dapat memantau kadar air dalam tanah secara otomatis. Dua metode penetapan kadar air tanah secara tidak langsung yang sudah banyak dikenal adalah melalui pengukuran sebaran neutron dan pengukuran waktu hantaran listrik di dalam tanah (time domain
reflectrometry). Prinsip kerja kedua metode tersebut adalah mengukur dinamika sebaran neutron atau waktu hantar listrik di dalam tanah akibat adanya sejumlah air (Hermawan, 2005).
Tujuan Penelitian
Untuk mendapatkan nilai kadar air tanah dengan mengggunakan sensor soil moisture berbasis android dan DAQ di PC.
Manfaat Penelitian
1. Bagi penulis, yaitu sebagai bahan penyusun skripsi untuk menyelesaikan pendidikan di Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara.
2. Bagi mahasiswa, yaitu sebagai informasi pendukung untuk melakukan penelitian lebih lanjut mengenai sistem pengukuran kadar air tanah menggunakan sensor.
Batasan Masalah
1. Jenis tanah yang digunakan adalah tanah ultisol Galang dalam lingkup diluar ruangan.
2. Kedalaman tanah yang akan diukur yaitu 5 cm, 10 cm, dan 20 cm.
3. Pengukuran kadar air tanah tanpa menggunakan tanaman.
4. Pengukuran kadar air tanah pada rentang waktu 6 jam selama 3 kali ulangan.
5. Pengukuran kadar air tanah menggunakan sensor soil moisture dengan Bluetooth.
4
TINJAUAN PUSTAKA
Tanah
Tanah terdiri dari tiga komponen yaitu udara, air dan bahan padat. Udara dianggap tak mempunyai pengaruh teknis sedangkan air sangat mempengaruhi sifat-sifat teknis tanah. Ruang di antara butiran-butiran (ruang ini disebut pori atau voids) sebagian atau seluruhnya dapat terisi oleh air atau udara. Dalam pengertian teknik secara umum, tanah didefinisikan sebagai material yang terdiri dari butiran mineral-mineral padat yang tidak tersementasi (terikat secara kimia) satu sama lain dan dari bahan-bahan yang telah melapuk (yang berpartikel padat) disertai dengan zat cair dan gas yang mengisi ruang-ruang kosong di antara partikel- partikel padat tersebut (Jimmyanto, 2014).
Tanah Ultisol
Kata ultisol berasal dari kata ―ultimus‖ yang artinya terakhir dan ―sola‖
artinya tanah. Dengan demikian, ultisol merupakan tanah yang mengalami pelapukan lanjut. Ultisol merupakan salah satu jenis tanah di Indonesia yang mempunyai sebaran luas, mencapai 45.794.000 ha atau sekitar 25% dari total luas daratan Indonesia. Tanah Ultisol mempunyai tingkat perkembangan yang cukup lanjut, dicirikan oleh penampang tanah yang dalam, kenaikan fraksi liat seiring dengan kedalaman tanah, reaksi tanah masam, dan kejenuhan basa rendah. Pada umumnya Ultisol berwarna kuning kecoklatan hingga merah. Pada klasifikasi lama, Ultisol diklasifikasikan sebagai Podsolik Merah Kuning. Tekstur tanah Ultisol bervariasi dan dipengaruhi oleh bahan induk tanahnya. Tanah Ultisol dari granit yang kaya akan mineral kuarsa umumnya mempunyai tekstur yang kasar seperti liat berpasir (Prasetyo dan Didi, 2006).
Tekstur Tanah
Secara skematis klasifikasi tanah dapat dilihat melalui klasifikasi Segitiga USDA, seperti terlihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Diagram segitiga tekstur tanah menurut USDA (Foth, 1994).
Berdasarkan kelas teksturnya maka Hanafiah (2005) menggolongkan tanah menjadi :
1. Tanah bertekstur pasir, berarti tanah yang mengandung minimal 70 % pasir atau bertekstur pasir atau pasir berlempung.
2. Tanah bertekstur halus atau tanah berliat berarti tanah yang mengandung minimal 37,5 % liat atau bertekstur liat, liat berdebu, liat berpasir.
3. Tanah bertekstur sedang atau tanah berlempung, terdiri dari :
a. Tanah bertekstur sedang tetapi agak halus mencakup lempung liat, lempung berpasir, atau lempung liat berdebu.
b. Tanah bertekstur sedang tetapi sangat halus mencakup tanah yang bertekstur lempung, lempung berdebu, debu.
6
c. Tanah bertekstur sedang tetapi agak halus mencakup lempung liat, lempung liat berpasir, atau lempung liat berdebu.
Bahan Organik
Bahan organik tanah adalah suatu bahan yang kompleks dan dinamis, berasal dari sisa tanaman dan hewan yang terdapat di dalam tanah dan mengalami perombakan secara terus menerus. Bahan organik tanah memberi pengaruh yang dominan dalam fungsi tanah pertanian. Bahan organik tanah dianggap sebagai indikator yang baik dari sistem tanah yang sehat, karena berperan penting dalam berbagai sifat tanah. Peran bahan organik tanah dapat menjadi lebih baik dengan penambahan bahan organik. Peningkatan bahan organik tanah dapat dilakukan dengan pemberian pupuk dan hara yang penting untuk pengurangan kerentanan tanaman terhadap hama, serta untuk nutrisi tanaman (Hatta dan Nurhayati, 2006 ).
Penetapan bahan organik di laboratorium dapat dilakukan salah satunya dengan metode Walkley & Black. Prinsip Metode Walkley & Black adalah C- organik dihancurkan oleh oksidasi Kalium bikromat yang berlebih akibat penambahan asam sulfat. Kelebihan kromat yang tidak direduksi oleh C-organik tanah kemudian ditetapkan dengan jalan titrasi dengan larutan ferro (Mukhlis, 2007).
Kerapatan Massa Tanah
Kerapatan lindak (kerapatan isi, atau bobot isi, bobot volume atau (bulk density), menunjukkan perbandingan antara berat tanah kering dengan volume tanah, termasuk volume pori-pori tanah. Kerapatan isi tanah merupakan petunjuk kepadatan tanah, makin tinggi kerapatan isi tanah makin sulit meneruskan air atau ditembus akar tanaman. Bulk density merupakan dari sifat fisika tanah yang
penting untuk mengetahui karakteristik air tanah dan digunakan sebagai parameter transportasi air dan unsur hara. Faktor-faktor seperti kedalaman, bahan organik, atau kepadatan tanah mempengaruhi nilai bulk density (Yunus, 2004).
Secara keseluruhan, perbedaan nilai bulk density diantara tanah disebabkan
oleh perbedaan ukuran partikel (particle density) (Martin et al., 2016). Tanah yang lebih padat mempunyai bulk density yang lebih
besar dari tanah yang sama tetapi kurang padat. Pada umumnya tanah lapisan atas (top soil) pada tanah mineral mempunyai nilai bulk density yang lebih rendah dibandingkan dengan tanah di bawahnya. Nilai bulk density tanah mineral berkisar 1—1,6 gr/cc, sedangkan tanah organik umumnya memiliki nilai bulk density antara 0,1—0,9 gr/cc. Bulk density banyak mempengaruhi sifat fisik tanah, seperti porositas, kekuatan, daya dukung, kemampuan tanah menyimpan air, drainase, dll (Hardjowigeno, 2003).
Kadar Air Tanah
Kadar kelembaban tanah (Soil Moisture) 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 transport tair bawah tanah. Untuk mengetahui kadar kelembaban tanah dapat digunakan banyak macam teknik, diantaranya dapat dilakukan secara langsung melalui pengukuran perbedaan berat tanah (disebut metode gravimetri) dan secara tidak langsung melalui pengukuran sifat-sifat lain yang berhubungan erat dengan air tanah (Dharma dan Maman, 2015).
Air yang terkandung di dalam tanah dinyatakan sebagai kadar air tanah.
Kadar air tanah yang optimal dalam mendukung kebutuhan tanaman berada pada
8
kondisi kadar air kapasitas lapang. Kadar air kapasitas lapang merupakan kadar air tanah di lapang pada saat air drainase sudah berhenti atau hampir berhenti mengalir karena adanya gaya gravitasi setelah sebelumnya tanah tersebut mengalami jenuh sempurna. Penetapan kadar air tanah dapat dilakukan secara metode gravimetrik, tegangan dan hisapan, hambatan listrik, dan pembauran neutron. Metode gravimetrik merupakan metode yang umum digunakan dalam penetapan kadar air tanah. Sejumlah sampel tanah dikeringkan dalam oven dengan suhu 105oC– 110oC selama 24 jam (Stanny, 2017).
Akuisisi data
Sistem akuisisi data dapat didefinisikan sebagai suatu sistem yang berfungsi untuk mengambil, mengumpulkan dan menyiapkan data, kemudian memproses data tersebut untuk menghasilkan data yang diinginkan. Data Acquisition System (DAS) berupa antarmuka antara lingkungan analog dengan lingkungan digital. Lingkungan analog terdiri atas transducer dan pengkondisian sinyal dengan segala kelengkapannya, sedangkan lingkungan digital meliputi analog to digital converter (ADC) yang selanjutnya dilakukan pemrosesan oleh sistem yang berbasis komputer (Latif et al., 2016).
Data Acquisition (DAQ) merupakan proses mengukur fenomena listrik atau fisik seperti tegangan, arus, suhu, tekanan, atau suara dengan komputer.
Sebuah Sistem DAQ terdiri dari sensor, perangkat keras pengukuran DAQ, dan komputer dengan software yang telah diprogram. Dibandingkan dengan sistem pengukuran tradisional, sistem DAQ berbasis PC mengeksploitasi kekuatan pemrosesan, produktifitas, tampilan, dan kemampuan konektifitas komputer standar industri menyediakan solusi pengukuran yang lebih kuat, fleksibel, dan
hemat biaya. Sistem akuisisi data juga dapat didefinisikan sebagai suatu sistem yang berfungsi untuk mengambil, mengumpulkan dan menyiapkan data, hingga memprosesnya untuk menghasilkan data yang dikehendaki. Jenis serta metode yang di pilih pada umumnya bertujuan untuk menyederhanakan setiap langkah yang dilaksanakan pada keseluruhan proses. Suatu sistem akuisisi data pada umumnya dibentuk sedemikian rupa sehingga sistem tersebut berfungsi untuk mengambil, mengumpulkan dan menyimpan data dalam bentuk yang siap untuk diproses lebih lanjut. Gambar 2 adalah proses akuisisi data.
Gambar 2. Diagram blok bagian sistem akuisisi data (Alfanz et al., 2016).
Sensor Soil Moisture
Sensor adalah transduser yang berfungsi untuk mengolah variasi gerak, panas, cahaya atau sinar, magnetis, dan kimia menjadi tegangan serta arus listrik.
Sensor sendiri adalah komponen penting pada berbagai peralatan. Sensor juga berfungsi sebagai alat untuk mendeteksi dan juga untuk mengetahui magnitude.
Transduser sendiri memiliki arti mengubah, resapan dari bahasa latin traducere Bentuk perubahan yang dimaksud adalah kemampuan merubah suatu energi kedalam bentuk energi lain. Energi yang diolah bertujuan untuk menunjang daripada kinerja piranti yang menggunakan sensor itu sendiri. Sensor sendiri
10
sering digunakan dalam proses pendeteksi untuk proses pengukuran. Sensor yang sering menjadi digunakan dalam berbagai rangkaian elektronik antara lain sensor cahaya atau sinar, sensor suhu, serta sensor tekanan (Arfiansah, 2018).
Sensor soil moisture adalah sensor kelembaban tanah yang bekerja dengan prinsip membaca jumlah kadar air didalam tanah disekitarnya, sensor ini merupakan sensor dengan teknologi rendah namun ideal untuk memantau kadar air tanah untuk tanaman (Pratama et al., 2018).
Hardware sensor kelembaban tanah merupakan sebuah inovasi yang tercipta karena banyak kebakaran hutan yang terjadi di Indonesia. Hardware ini menggunakan sistem microcontroller untuk pengoperasiannya. Microcontroller akan ditunjang dengan Moisture Sensor dan Dot Matrix. Moisture Sensor digunakan sebagai sensor kelembaban tanah sementara Dot Matrix berperan sebagai alat interaksi dengan manusia yang memunculkan ekspresi untuk mengetahui keadaan tanah. Sistem ini diharapkan dapat mempermudah dalam
melakukan penanaman hutan kembali di Indonesia.
Gambar 3. Alur sistem hardware (Saputro et al., 2016).
Start
Moisture Sensor Input Data
Moisture Sensor Baca Data
Output
END
Modul Bluetooth HC-05
Bluetooth merupakan sebuah teknologi komunikasi wireless yang beroperasi pada pita frekuensi 2,4 – 2,83 GHz unlicensed ISM (Industrial, Scientific and Medical). Bluetooth mampu menyediakan layanan komunikasi data antara host-host bluetooth dengan jarak jangkauan layanan yang terbatas (Silvia et al., 2014).
Produk HC Serial Bluetooth terdiri dari modul antarmuka serial Bluetooth dan adaptor Bluetooth. Modul serial Bluetooth digunakan untuk mengubah port serial ke Bluetooth. Modul ini memiliki dua mode: perangkat master dan slaver.
Perangkat yang dinamai bahkan setelah angka didefinisikan sebagai master atau slaver saat keluar dari pabrik dan tidak dapat diubah ke mode lainnya. Tapi untuk perangkat dinamai angka ganjil, pengguna dapat mengatur mode kerja (master atau slaver) dari perangkat dengan perintah AT. Fungsi utama dari modul serial Bluetooth adalah mengganti jalur port serial, seperti:
Satu menghubungkan ke perangkat master Bluetooth sementara yang lain terhubung slaver. Koneksi mereka dapat dibangun setelah pasangan dibuat.
Sambungan Bluetooth ini secara ekivalen disukai untuk sambungan port port serial termasuk RXD, sinyal TXD. Dan mereka dapat berkomunikasi satu sama lain.
Tabel 1. Konfigurasi pin Module Bluetooth HC-05.
Nomor Pin Nama Fungsi
Pin 1 Key Sumber tegangan 5 V
Pin 2 VCC Ground tegangan
Pin 3 GND Mengirim data
Pin 4 TXD Menerima data
Pin 5 RXD -
Pin 6 STATE -
12
1. Ketika MCU memiliki modul salve Bluetooth, MCU dapat berkomunikasi dengan adaptor Bluetooth computer dan ponsel pintar.
2. Perangkat Bluetooth di pasar kebanyakan adalah perangkat salep, seperti printer Bluetooth, GPS Bluetooth. Jadi, kita bisa menggunakan modul master untuk membuat pasangan dan berkomunikasi dengan mereka.
3. Operasi modul serial Bluetooth tidak membutuhkan drive, dan dapat
berkomunikasi dengan perangkat Bluetooth yang lain (Pahuja and Narender, 2014).
Mikrokontroler ATMega328
Mikrokontroler adalah suatu alat, komponen pengontrol atau pengendali yang berukuran kecil (mikro). Mikrokontroler merupakan komputer didalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya. Secara harfiah bisa disebut pengendali kecil sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan komponen-komponen pendukung seperti ICTTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler. Secara teknis hanya ada 2 jenis mikrokontroler yaitu RISC dan CISC. Masing-masing mempunyai keturunan/keluarga sendiri-sendiri. RISC kependekan dari Reduced Instruction Set Computer yang memiliki instruksi terbatas tapi memiliki fasilitas yang lebih banyak. CISC kependekan dari Complex Instruction Set Computer yang memiliki
instruksi lebih lengkap tetapi dengan fasilitas secukupnya (Ahmad dan Tedi, 2012).
Ada banyak jenis mikrokontroller yang dijual dipasaran, salah satunya adalah mikrokontroller ATMEGA. Mikrokontroller ini telah memiliki memori
EEPROM sehingga dapat menyimpan data dan tidak terhapus walaupun aliran listrik ke rangkaian diputus. Adapun fasilitas yang dimiliki ATMEGA328 antara lain: sebuah CPU 8 bit, 12 KB flash ROM, 256 byte RAM, 2 KB EEPROM, Empat buah programmable port I/O yang terdiri dari 8 buah jalur I/O, Range Frekuensi 0 Hz - 24 MHz, 3 buah timer/counter 16 bit, dan interface komunikasi serial (Setiawan et al., 2014).
LCD 1602
LCD (Liquid Crystal Display) merupakan perangkat elektronik dengan tipe Char, yaitu LCD yang memiliki spesifikasi khusus yang hanya bisa menampilkan sedikit karakter bahkan hanya karaker standar saja. Di dunia, LCD memiliki beberapa jenis spesifikasi berdasarkan panjang dan lebarnya karaker yang dapat ditampilkan. Antara lain LCD 8x2, 16x4, dan lain sebagainya tergantung kebutuhan berapa banyak tampilan karakter yang diinginkan.
Contohnya LCD 1602 dengan panjang 16 karakter dan lebar 2 baris yang digunakan sebagai display atau tampilan monitoring dalam suatu sistem elektronik seperti menampilkan data angka ataupun kata-kata yang diambil dari sensor (Najoan et al., 2017).
Tampilan LCD terdiri dari 2 bagian, yakni bagian panel LCD yang terdiri dari banyak ―titik‖ LCD dan sebuah mikrokontroler yang menempel di panel yang berfungsi untuk mengatur ―titik-titik‖ LCD tadi menjadi huruf atau angka yang terbaca. Huruf atau angka yang akan ditampilkan kemudian dikirim ke LCD dalam bentuk kode ASCII. Kode ASCII ini diterima dan diproses oleh mikrokontroler didalam LCD menjadi ―titik-titik‖ LCD yang terbaca sebagai huruf atau angka (Fahmi dan Yuda, 2015).
14
USB to Transistor-Transistor Logic
USB adalah suatu alat yang menghubungkan arduino dengan suatu perangkat yang menggunakan komunikasi melalui port USB. Pada tugas akhir ini digunakan USB to Transistor-Transistor Logic (TTL). USB tersebut sesuai untuk Arduino UNO dan mendukung bila dihubungkan dengan smartphone berbasis android (Primariadi et al., 2015).
Arduino IDE
Arduino IDE (Integrated Development Environment) merupakan software untuk memprogram mikrokontroler Arduino. Dalam aplikasi Arduino IDE telah terdapat compiler berbasis GCC (GNU C Compiler). Arduino IDE menggunakan bahasa pemrograman C dan memiliki library yang bersifat open source sehingga setiap orang dapat menggunakan atau membuat library sendiri sesuai dengan keperluan (Toto et al., 2015).
Arduino IDE adalah software yang ditulis menggunakan java dan berdasarkan pengolahan seperti, avr-gcc, dan perangkat lunak open source lainnya. Arduino IDE terdiri dari:
1. Editor program, sebuah window yang memungkinkan pengguna menulis dan mengedit program dalam bahasa processing.
2. Verify / Compiler, sebuah modul yang mengubah kode program (bahasa processing) menjadi kode biner. Bagaimanapun sebuah
microcontroller tidak akan bisa memahami bahasa processing, yang dipahami oleh microcontroller adalah kode biner.
3. Uploader, sebuah modul yang memuat kode biner dari komputer ke dalam memori microcontroller di dalam papan arduino.
Gambar 4. Software Arduino IDE.
Pada Gambar 4. terdapat menu bar, kemudian toolbar dibawahnya, dan sebuah area putih untuk editing sketch, area hitam dapat kita sebut sebagai progress area, dan paling bawah dapat kita sebut sebagai ―status bar‖
(Nugroho, 2014).
Android
Android adalah sistem operasi berbasis Linux yang dirancang untuk perangkat bergerak layar sentuh seperti telepon pintar dan komputer tablet.
Antarmuka pengguna android umumnya berupa manipulasi langsung yaitu memberikan gerakan sentuh pada layar. Android merupakan subset perangkat lunak untuk perangkat mobile yang meliputi sistem operasi, middleware dan aplikasi yang di release oleh google. Arsitektur android sebagai berikut:
a. Aplikasi
Level aplikasi ini nantinya memuat aplikasi yang dikembangkan oleh para programmer.
16
b. Application framework
Pengembang aplikasi mempunyai akses penuh menuju framework API yang sama dengan yang digunakan oleh apliksai inti. Arsitektur aplikasi dirancang agar komponen aplikasi dapat digunakan kembali dengan mudah.
c. Libraries
Android menyertakan libraries C/C++ yang digunakan oleh berbagai komponen dari sistem Android. Kemampuan libraries dapat diakses oleh pengembang aplikasi Android melalui Aplication Framework Android.
d. Android runtime
Android terdiri dari satu set core libraries yang menyediakan sebagian besar fungsi yang sama dengan core libraries bahasa pemrograman Java.
e. Kernel Linux
Android bukan Linux, akan tetapi Android dibangun di atas kernel Linux 2.6 sehingga kehandalannya dapat dipercaya (Ramadhan dan Victor, 2014).
17
METODOLOGI PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Mei sampai dengan September 2018 di halaman Program Studi Keteknikan Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara, sedangkan pembuatan alatnya dilakukan di Jalan Perona 1 Gang Keluarga No. 35 F Medan Selayang 2, dan untuk analisis sifat fisik tanah dilakukan di Laboratorium Riset Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara.
Alat dan Bahan Penelitian
Adapun alat-alat yang digunakan adalah AVOmeter berfungsi untuk mengukur arus, tegangan dan hambatan, timbangan digital berfungsi untuk menimbang berat tanah, penggaris berfungsi untuk mengukur tinggi tanah, oven yang berfungsi untuk mengeringkan tanah, cawan berfungsi sebagai wadah ketika akan mengovenkan tanah, kamera digital berfungsi untuk dokumentasi, komputer sebagai media pemrograman, gerinda berfungsi untuk memotong akrilik, bor berfungsi untuk melubangi akrilik, obeng berfungsi untuk mengendurkan dan mengetatkan baut, pisau cutter berfungsi untuk memotong kabel, kabel jumper untuk menghubungkan jalur elektrik yang digunakan untuk menghubungkan atau memutus hubungan pada suatu jalur, solder digunakan untuk memanaskan timah solder saat proses penyambungan atau pelepasan kabel atau komponen. USB to TTL untuk mentransfer data ke microcontroller, sedangkan perangkat lunak (software) yang digunakan untuk mendukung penelitian ini adalah Arduino IDE yang berfungsi untuk melakukan pemrograman.
18
Bahan-bahan yang digunakan adalah sensor Soil Moisture berfungsi untuk membaca objek, HC-05 berfungsi untuk mengirim data ke android, LCD (Liquid Crystal Display) 1602 berfungsi untuk menampilkan data kadar air tanah, perangkat keras (Hardware) microcontroller ATMEGA328 berfungsi untuk mengendalikan semua program yang dihubungkan, sitem minimum (PCB) berfungsi untuk tempat merangkai, tanah sebagai sampel yang akan diuji, polybag sebagai media untuk mengisi tanah, ADS 1115 berfungsi sebagain konversi ADC 16 bit, FTDI berfungsi untuk mengirim data dari alat komputer, transistor BC 547 berfungsi sebagai swicthing, kabel pelangi berfungsi untuk menghubungkan alat ke sensor, jack DC sebagai konektor supply tegangan, dioda 3A berfungsi untuk pengaman arus balik, on-off berfungsi sebagai saklar, trimpod berfungsi sebagai pengatur kontras pada layar, LED sebagai indikator, pin reader sebagai konektor, baut 3 mili berfungsi untuk menyatukan kerangka alat, akrilik berfungsi untuk membuat kerangka alat, terminal berfungsi sebagai konektor, kapasitor kramik 22 Pf sebagai pembantu pembangkit frekuensi, kristal 16 MHz berfungsi sebagai pembangkit frekuensi (osylator), timah berfungsi untuk melengketkan komponen alat ke PCB, resistor 10 K sebagai tahanan, dan lem akrilik berfungsi untuk merekatkan kerangka alat.
Metode Penelitian
Pada penelitian ini, metode yang digunakan adalah studi literatur (kepustakaan) dan pengamatan tentang sensor kadar air tanah, kemudian dilakukan pengujian alat dengan parameter.
Pada pengamatan tentang sensor kadar air tanah, dilakukan dengan 3 kali pengulangan dan dengan menggunakan T0 5 cm (pada waktu 0 jam di kedalaman
5 cm), T6 5 cm (pada waktu 6 jam di kedalaman 5 cm), T0 10 cm (pada waktu 0 jam di kedalaman 10 cm), T6 10 cm (pada waktu 6 jam di kedalaman 10 cm), T0 20 cm (pada waktu 0 jam di kedalaman 20 cm), T6 20 cm (pada waktu 6 jam di kedalaman 20 cm).
Pada penelitian ini pengambilan data menggunakan data acquisition software PLX-DAQ. Proses pengambilan atau pengumpulan data secara langsung atau otomatis dari sebuah alat ke sebuah komputer dengan menggunakan microsoft excel. Data tersebut dapat langsung masuk ke komputer secara otomatis dengan disambungkan menggunakan USB.
Pada penelitian ini alat sensor kadar air tanah menggunakan Bluetooth HC-05, yaitu sebuah komunikasi wireless yang berfungsi untuk menghubungkan data dari alat ke HP android dengan jarak tertentu yaitu 10 meter, hal ini sesuai dengan Silvia et al (2014), bluetooth ini bekerja pada radio 2,4 – 2,83 GHz, bluetooth ini dapat ditemukan dipasaran dengan harga yang relatif murah.
Microcontroller adalah sebuah komputer kecil di dalam satu IC (Integrated Circuit) yang berisi CPU (Central Processing Unit), memori, timer, saluran komunikasi serial dan paralel, port input/output, ADC (Analog to Digital Converter). Microcontroller digunakan untuk suatu tugas dan menjalankan suatu program. Microcontroller ini juga berfungsi untuk mengubah data analog menjadi data digital, Hal ini sesuai dengan Ahmad dan Tedi (2012).
Dalam penelitian ini untuk memprogram mikrokontroller pada alat menggunakan software Arduino IDE berfungsi untuk pemrograman dengan kode biner, agar terprogram dengan baik, coding pada penelitian ini sesuai dengan Lampiran (2).
20
Dalam penelitian ini alat bisa dikoneksikan langsung ke android dengan bluetooth HC-05, dengan mendownload aplikasi Bluetooth Electronics pada Play Store di Android. Android merupakan subset perangkat lunak untuk perangkat mobile yang meliputi sistem operasi, middleware dan aplikasi yang di release oleh Google.
Prosedur Penelitian Analisis sistem
Langkah-langkah yang dipakai untuk dalam menganalisis sistem pengukuran kadar air tanah dengan sensor soil moisture berbasis android dan DAQ di PC adalah sebagai berikut:
1. Mengidentifikasi masalah.
Yaitu dengan cara mempelajari dan mengumpulkan data dari setiap bagian yang terlibat dalam pengolahan data.
2. Memahami kerja dari sistem yang ada.
Yaitu dengan cara mempelajari secara terinci bagaimana sistem yang ada beroperasi.
3. Menganalisis sistem.
Yaitu menganalisis kelemahan sistem dan kebutuhan informasi bagi pemakai.
4. Perbaikan sistem.
Setelah mempelajari berbagai kelemahan yang ada pada sistem yang lama, langkah selanjutnya melakukan perbaikan.
Perancangan sistem
Langkah-langkah yang dipakai dalam melakukan perancangan sistem yang digunakan untuk membantu dalam memperkirakan nilai kadar air tanah dengan
menggunakan sensor soil moisture berbasis android dan DAQ di PC sebagai berikut:
1. Mendifinisikan kebutuhan, meliputi: merancang komponen input dari program berupa format dan proses, serta hasil akhir berupa output.
2. Merancang dan membuat alat.
3. Menulis kode program (bahasa pemrograman), dalam hal ini menulis kode program dengan menggunakan bahasa C.
4. Mendiagnosa kesalahan dalam penulisan kode program.
5. Melakukan perbaikan bila terdapat kesalahan dalam penulisan kode program Bila tidak terdapat kesalahan dilanjutkan dengan mengkalibrasi alat.
6. Mendiagnosa kesalahan program. Bila pada program terdapat kesalahan maka segera dilakukan perbaikan.
7. Bila program sudah benar maka segera dilakukan pengujian dengan menggunakan data.
8. Mendiagnosa kesalahan program dan melakukan perbaikan bila masih terdapat kesalahan.
9. Dokumentasi program.
Pembuatan alat
- Disiapkan komponen-komponen alat seperti sensor Soil Moisture, HC-05, microcontroller ATMEGA328, LCD 1602, sistem minimum, dan lain-lain.
- Dirangkai semua komponen-komponen yang dibutuhkan.
- Diprogram microcontoller sesuai rangkaian.
- Dilakukan pembuatan mekanik.
22
Penyiapan media
- Disiapkan jenis tanah ultisol galang.
- Ditentukan sifat fisik tanah, yang terdiri dari tekstur tanah, C organik, dan Bulk Density.
- Di kering anginkan tanah.
- Dialuskan tanah yang sudah dikering anginkan.
- Diayak tanah yang sudah dialuskan.
- Dimasukkan tanah kedalam polybag setinggi 24 cm.
- Dilakukan pemantapan tanah.
Pengkalibrasian alat
- Disiapkan tanah kering oven (dioven minimal 24 jam) sebanyak 1 kg sebagai media pengambilan data.
- Disiapkan air bersih.
- Disiapkan alat.
- Disiapkan penyemprot air (Spray).
- Disiapkan gelas ukur.
- Dimasukkan sensor kedalam tanah kering oven, tutup tanah dari udara luar untuk menghindari uap air terserap ke tanah kering.
- Dikondisikan kepadatan tanah pada saat pembacaan sensor mendekati kepadatan tanah dilapangan.
- Dibaca bacaan voltase yang tertera pada layar dan dicatat.
- Diambil sampel tanah untuk dianalisis persentase kadar air tanahnya.
- Dicabut kembali sensor kadar air tanah.
- Ditentukan interval pemberian air ke tanah setiap 50 ml hingga mencapai 250 ml.
- Disemprot air ke tanah sebanyak 50 ml, diusahakan semua air masuk kedalam tanah.
- Dihomogenkan air dalam tanah, dengan cara mengaduk tanah, hingga air sudah terdistribusi merata pada tanah.
- Dipadatkan tanah mendekati kepadatan tanah dilapangan, kemudian dimasukkan kembali sensor kadar air tanah.
- Diulangi prosedur 4 dan 6.
- Diulangi prosedur 8 hingga 10.
- Ditambahkan air dengan jumlah yang tetap yaitu sebanyak 50 ml hingga total pemberian air 250 ml.
Nilai KA K
K ...(1) Nilai biner nilai voltase
, ...(2) (Earl, 2019).
- Hasil dapat dilihat pada Lampiran 7.
Pengambilan data
- Disiapkan tanah yang sudah dalam polybag.
- Diukur ketinggian tanah yaitu 5 cm, 10 cm, dan 20 cm.
- Disiapkan alat sensor kadar air tanah.
- Disambungkan alat ke laptop dengan melalui USB.
- Dimasukkan sensor yang pertama untuk kedalaman 5 cm, sensor yang kedua untuk kedalaman 10 cm, dan sensor yang ketiga yaitu 20 cm.
24
- Dicatat bacaan sensor untuk waktu 0 jam.
- Diambil tanah dengan cawan dengan masing-masing ketinggian.
- Diovenkan tanah selama 24 jam.
- Dicatat bacaan sensor suntuk waktu 6 jam.
- Diambil tanah dengan cawan dengan masing-masing ketinggian.
- Diovenkan tanah selama 24 jam.
- Dihitung hasilnya dengan menggunakan metode gravimetri.
- Dibandingkan data kadar air manual dengan data kadar air bacaan sensor dengan rumus persen kesalahan.
Parameter Penelitian
- Parameter yang diamati yaitu kadar air tanah dengan waktu 6 jam.
- Persentase kesalahan.
Error (%) ilai bacaan sensor – nilai sebenarnya
nilai bacaan sensor ...(3)
25
HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis Sistem
Tanah merupakan media sebagai tempat tumbuh dan berkembangnya tanaman. Kadar air tanah merupakan banyaknya air yang terkandung di dalam tanah. Kadar air tanah yang optimal dalam mendukung kebutuhan tanaman berada pada kondisi kadar air kapasitas lapang. Dalam proses respirasi dan pertumbuhan tanaman, kadar air tanah tentu saja sangat mempengaruhi. Salah satu kegiatan pengukuran kadar air tanah yang paling umum dikakukan adalah dengan pengukuran kadar air tanah secara langsung dengan metode Gravimetri.
Umumnya kegiatan pengukuran kadar air tanah yang biasa dilakukan oleh para petani dan para peneliti dilakukan secara manual atau dengan menggunakan metode gravimetri. Kegiatan tersebut dilakukan dengan cara mengumpulkan sejumlah sampel tanah dikeringkan dalam oven dengan suhu 105oC - 110oC selama 24 jam dimana metode tersebut membutuhkan waktu dan tenaga yang sangat besar. Kebutuhan akan metode yang cepat dalam memonitor fluktuasi kadar air tanah dilapangan menjadi sangat mendesak. Indera manusia terbatas dalam hal mengukur kelembaban tanah secara cepat dan tepat. Untuk mendapatkan nilai kadar air tanah dengan metode gravimetri, maka akan merusak tanah yang ada disekitar tanaman.
Berdasarkan besarnya waktu dan tenaga yang dipakai dalam menentukan nilai kadar air tanah, maka diperlukan suatu sistem yang dapat membantu manusia khususnya petani dan peneliti dalam menentukan nilai kadar air tanah.
Perkembangan teknologi informasi memungkinkan mempermudah dalam hal menentukan nilai kadar air tanah yakni dengan bantuan sensor, android, dan
26
komputer. Hal tersebut dapat dilakukan dengan melakukan perancangan sistem pengukuran kadar air tanah yang sistem kerjanya dapat dilakukan secara otomatis.
Tentu saja hal ini sangat membantu petani dan peneliti dalam menentukan nilai kadar air tanah yang dimana untuk menentukan nilai kadar air tanah secara manual dapat memakan waktu dan tenaga yang sangat besar. Proses pengukuran dengan menggunakan pengolahan sistem berupa sensor soil moisture yang dapat menghasilkan data kemudian dilakukan pengkoneksian ke android dan komputer sehingga dapat menentukan nilai kadar air tanah.
Pemanfaatan sensor soil moisture berbasis android dan DAQ di PC untuk menentukan nilai kadar air tanah merupakan solusi yang tepat dalam menyelesaikan permasalahan tersebut.
Perancangan Sistem
Tahap pembuatan alat sistem pengukuran kadar air tanah dengan sensor soil moisture berbasis android dan DAQ di PC dilakukan dengan beberapa software dan aplikasi berupa arduino IDE, PLX-DAQ, aplikasi Bluetooth Electronics untuk di android. Tahap perancangan sistem terdiri dari perancangan dan pembuatan alat sensor soil moisture, perancangan program, pengkalibrasian alat, memasukkan software PLX-DAQ di komputer, kemudian memasang aplikasi bluetooth electronics di android, perancangan proses validasi serta verifikasi.
Perancangan sistem ini perlu dilakukan agar mendapatkan nilai kadar air tanah yang maksimal.
Perancangan dan Pembuatan Alat
Pada penelitian ini, fungsi dari sensor yaitu untuk menentukan nilai kadar air pada tanah. Sensor yang digunakan yaitu sensor soil moisture yang berjumlah
1 2
4 5 6 3
3 buah, sensor pertama pada kedalaman 5 cm, sensor kedua pada kedalaman 10 cm, dan sensor ketiga pada kedalaman 20 cm.
Perangkaian
Sensor dihubungkan ke ADS 115 untuk mendapatkan ketelitian yang lebih baik, karena ADS 115 merupakan ADC 16 byte. Data yang dikirim dari sensor ke ADS 115, dikonversi dan dikirim ke mikrokontroler, melalui komunikasi I2C, data diproses di mikrokontroler, dan kemudian dikirim ke android, ke PC, dan ditampilkan pada LCD yang terdapat pada alat.
Gambar 5. Alat sensor kadar air tanah.
Keterangan:
1. Kerangka alat: terbuat dari bahan akrilik, berfungsi untuk melindungi komponen-komponen yang terdapat di dalam.
2. LCD (Liquid Crystal Display): LCD yang berfungsi untuk menampilkan data yang berupa angka yang diambil dari sensor. Pada penelitian ini LCD yang digunakan yaitu LCD 1602, dimana LCD ini memiliki spesifikasi panjang 16 karakter, dan lebar 2 baris.
3. USB: berfungsi untuk menghubungkan alat ke Personal Computer (PC). Data yang keluar dari alat akan dikirimkan ke PC melalui USB.
28
4. Sensor yang digunakan merupakan sensor soil moisture yang berfungsi untuk membaca jumlah kadar air di dalam tanah yang berada disekitarnya.
Spesifikasi dari sensor soil moisture yaitu terbuat dari timah dan tembaga, sensor telah dikalibrasi sepenuhnya, keluaran dalam bentuk digital, rendah konsumsi daya, stabilitas jangka panjang yang baik, harga cukup terjangkau, sangat mudah digunakan, panjang penyidikan sampai 21 cm, dan sensor ini bisa kontak langsung dengan tanah. Pada gambar terdapat tiga sensor pada Gambar 5 dapat dilihat pada bagian 4 untuk sensor 1, pada bagian 5 sensor 2 dan pada bagian 6 sensor 3 yang mana sensor 1 sampai 3 memiliki fungsi yaitu sensor 1 untuk membaca pada kedalaman 5 cm, sensor 2 untuk membaca pada kedalaman 10 cm, dan sensor 3 untuk membaca pada kedalaman 20 cm.
Perancangan Program
Dalam penelitian yang dilakukan untuk proses pemrograman pada alat menggunakan software Arduino IDE, dimana software ini adalah aplikasi lintas platform yang ditulis dalam bahasa pemrograman java yang berfungsi untuk pemrograman dengan menggunakan kode biner, dan bahasa yang digunakan yaitu dengan menggunakan bahasa C. Bahasa C lebih mudah dimengerti untuk pemula, dan bahasa C ini lebih mudah dipahami. Bahasa C ini sangat cocok digunakan untuk membuat berbagai aplikasi, mulai dari sistem operasi seperti windows atau linux, antivirus, software, pengolah gambar, hingga compiler untuk bahasa pemrograman serta untuk merancang aplikasi yang berhubungan langsung dengan sistem operasi dan hardware. Agar terprogram dengan baik dan benar, coding pada penelitian ini dapat dilihat secara lengkap sesuai dengan Lampiran (2).
Berikut merupakan tampilan pemrograman pada software Arduino IDE.
Gambar 6. Hasil pemrograman menggunakan software Arduino IDE.
Pengkalibrasian Alat
Kalibrasi merupakan proses pengecekan dan pengaturan akurasi dari alat ukur dengan cara membandingkannya dengan standart/tolak ukur. Dalam penelitian ini alat ukur yang dikalibrasi adalah sensor soil moisture dengan standart/tolak ukurnya yaitu dengan metode Gravimetri. Kalibrasi diperlukan untuk memastikan bahwa hasil pengukuran yang dilakukan akurat dan konsisten.
Dalam penelitian ini, alat harus selalu dikalibrasi setelah alat dipakai agar terjaga keakuratan dari alat tersebut.
Cara pengkalibrasian alat yaitu dengan memasukkan sensor kedalam tanah, kemudian sensor akan membaca nilai besaran tegangan listrik. Untuk mendapatkan nilai kadar air tanah maka diambil sampel tanah kemudian dilakukan dengan metode Gravimetri. Nilai tegangan listrik yang didapatkan akan dikonversi menjadi nilai kelembaban tanah. Untuk mendapatkan nilai kadar air tanah dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 1. Dan untuk mendapatkan nilai biner dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 2.
30
Tabel 2. Hasil kadar air tanah, tegangan, dan bilangan biner.
Tegangan (mV) Bilangan biner Kelembaban tanah (%)
650 20800 8,322
715 22880 12,211
781 24992 21,39
830 26560 24,02
863 27616 26,99
Dari hasil konversi terlihat bahwa kadar air tanah berbanding lurus dengan nilai tegangan keluaran sensor, yaitu semakin tinggi kadar air tanah semakin besar pula nilai tegangan keluaran sensor. Setelah didapatkan nilai kadar air, tegangan dan bilangan biner, maka dibuat persamaan ke dalam microsoft excel. Berikut adalah persamaannya.
Gambar 7. Hubungan kadar air tanah dengan tegangan.
Dan setelah didapatkan persamaannya seperti Gambar 7, maka persamaan tersebut dimasukkan ke dalam program dengan menggunakan software Arduino IDE.
Software PLX-DAQ
Akuisisi data adalah suatu sistem yang berfungsi untuk mengambil, mengumpulkan dan menyiapkan data, kemudian memproses data tersebut untuk menghasilkan data yang diinginkan. Data Acquisition System (DAS) berupa antarmuka antara lingkungan analog dengan lingkungan digital. Pada penelitian ini pengambilan data menggunakan data acquisition software PLX-DAQ.
y = 0,0914x - 51,551 R² = 0,9789
0 5 10 15 20 25 30
0 200 400 600 800 1000
Kadar air tanah (%)
Tegangan (mV)
Prinsip kerjanya adalah dari alat yang telah dibuat, data di kirim ke USB to Transistor-Transistor-logic, kemudian data dikonversi dari sinyal Transistor- Transistor-logic ke USB, dari USB data dikirim ke PC melalui aplikasi software yang telah didownload yaitu PLX-DAQ.
Sistem integrasi dengan PC yaitu alat dihuhubungkan ke personal computer dengan menggunakan USB, dan kita tinggal membuka software PLX- DAQ yang sudah kita download, maka data akan masuk secara otomatis ke PC.
Integrasinya bisa dihubungkan ke PC secara realtime. Untuk pembangunan tampilan di PC cukup mendownload software PLX-DAQ. Berikut merupakan langkah-langkahnya:
Langkah pertama yaitu dengan mendownload software PLX-DAQ, setelah terdownload maka buka software PLX-DAQ
Gambar 8. Tampilan pembuka software PLX-DAQ.
Selanjutnya klik tombol ― K‖ pada kotak dialog yang muncul, kemudian akan muncul kotak dialog yang baru, seperti pada Gambar 9.
32
Gambar 9. Tampilan kotak dialog Data Acquisition for Excel.
Setelah muncul kotak dialaog Data Acquisition for Excel, sambungkan alat sensor soil moisture ke laptop dengan US , kemudian klik ―Connect‖ dan data akan muncul secara realtime seperti Gambar 10.
Gambar 10. Tampilan hasil di PC.
Android
Android merupakan subset perangkat lunak untuk perangkat mobile yang meliputi sistem operasi, middleware dan aplikasi yang di release oleh Google.
Dalam penelitian ini tampilan data kadar air tanah bisa dilihat langsung dengan
smartphone android, alat bisa dikoneksikan langsung ke android dengan bluetooth HC-05 yang jarak maksimalnya yaitu 10 meter, dengan mendownload aplikasi Bluetooth Electronics pada Play Store di Android.
Prinsip kerja pembacaan kadar air tanah di android yaitu sensor dibaca melalui mikrokontroler, di dalam alat terdapat bluetooth HC-05, mikrokontroler mengirim data ke bluetooth berupa sinyal listrik, dari sinyal bluetooth dikonversi menjadi sinyal frekuensi, sehingga bisa menjadi wireless dan dapat ditangkap oleh android dengan menggunakan aplikasi bluetooth electronics yang telah di download di Play Store. Berikut langkah-langkahnya:
Pertama download aplikasi bluetooth electronics pada Play Store, dibawah ini merupakan tampilan Bluetooth electronics.
Gambar 11. Tampilan aplikasi Bluetooth Electronics.
Setelah terdownload, hidupkan bluetooth pada android kemudian buka aplikasi Bluetooth Electronics pada android dan akan muncul tampilan seperti Gambar 12.
Gambar 12. Tampilan awal aplikasi Bluetooth Electronics di android.
34
Setelah muncul tampilan android seperti gambar diatas, pilih salah satu kotak seperti pada tanda merah, kemudian klik ―Edit‖ dan akan muncul seperti Gambar 13.
Gambar 13. Tampilan menu pada bluetooth electronics.
Setelah muncul tampilan pada Gambar 13, langkah pertama klik ―Text‖ kemudian akan muncul pilihan kotak-kotak, langkah selanjutnya buat kotak-kotak seperti gambar diatas. Untuk membuat judul ―sistem pengukuran kadar air tanah‖ klik kotak yang paling atas, kemudian klik ―Edit‖ setelah itu pada kolom ―Default Text‖ ketik ―sistem pengukuran kadar air tanah‖ setelah itu langsung klik ― K‖.
Kemudian untuk pengaturan kotak untuk tampilan data kadar air tanah serta interval waktunya, adapun langkah-langkahnya seperti Gambar 14.
Gambar 14. Tampilan pengaturan tampilan kadar air tanah.
1
2 2 2 2
3
Pilih kotak pertama yang ditandai merah, kemudian klik tombol ―Edit‖, setelah itu akan muncul kotak dialog, dan pada Receive Character tulis ― ‖ dan setelah itu klik tombol ― K‖ karena untuk sensor yang pertama kode pemrograman di Arduino IDE ditulis dengan huruf ― ‖. Kemudian Pilih kotak kedua yang ditandai merah, kemudian klik tombol ―Edit‖, setelah itu akan muncul kotak dialog, dan pada Receive Character tulis ― ‖ dan setelah itu klik tombol ― K‖ karena untuk sensor yang kedua kode pemrograman di rduino IDE ditulis dengan huruf ― ‖.
Selanjutnya Pilih kotak ketiga yang ditandai merah, kemudian klik tombol ―Edit‖, setelah itu akan muncul kotak dialog, dan pada Receive Character tulis ―C‖ dan setelah itu klik tombol ― K‖ karena untuk sensor yang ketiga kode pemrograman di rduino IDE ditulis dengan huruf ―C‖. Dan yang terakhir Pilih kotak keempat yang ditandai merah, kemudian klik tombol ―Edit‖, setelah itu akan muncul kotak dialog, dan pada Receive Character tulis ―I‖ dan setelah itu klik tombol ― K‖
karena untuk interval waktu kode pemrograman di Arduino IDE ditulis dengan huruf ―I‖. Setelah sudah diatur dengan baik semuanya, maka akan jadilah seperti Gambar 15.
Gambar 15. Tampilan bluetooth electronics yang telah jadi.
Setelah sudah jadi, kembali ke tampilan awal bluetooth electronics dan pilih kotak yang sudah jadi, selanjutnya klik ―Connect‖, lalu pilih ―Bluetooth Classic‖,
36
kemudian ―Next‖, pada menu paired Devices klik ―HC- ‖, kemudian klik
―connect‖ setelah sudah terkoneksi kembali ke tampilan awal bluetooth electronics, pilih kotak yang sudah jadi, dan kemudian klik ―Run‖ maka akan munculah data kadar air tanah di android. Berikut merupakan tampilan data kadar air tanah di android.
Gambar 16. Pembacaan kadar air tanah di android.
Tanah
Tanah yang digunakan pada penelitian ini adalah tanah ultisol Galang dengan komposisi pasir 74,56%, debu 8,16%, dan liat 17, 28%. Tanah ini dikategorikan tekstur lempung berpasir. Kandungan C-organik di dalam tanah 0,07% dengan kerapatan massa tanah (bulk density) 6,04 gram.
Kadar Air Tanah
Kadar kelembaban tanah (soil moisture) adalah jumlah air yang tertampung di dalam tanah dimana air tersebut mengisi bagian pori-pori tanah yang diukur dalam satuan persen (%), hal ini sesuai dengan pernyataan Dharma dan Maman (2015). Berikut merupakan nilai kadar air tanah dengan sensor dan dengan metode Gravimetri.
Tabel 3. Data kadar air tanah sensor.
Ulangan T0 5 cm (%)
T6 5 cm (%)
T0 10 cm (%)
T6 10 cm (%)
T0 20 cm (%)
T6 20 cm (%)
1 41,75 37,64 41,27 36,60 40,87 33,98
2 41,74 37,12 40,08 36,73 38,66 35,13
3 42,02 38,52 39,8 35,35 38,82 34,83
Rata-rata 41,83 37,76 40,38 36,22 39,85 34,64
Tabel 4. Data kadar air tanah manual (Metode Gravimetri).
Ulangan T0 5 cm (%)
T6 5 cm (%)
T0 10 cm (%)
T6 10 cm (%)
T0 20 cm (%)
T6 20 cm (%)
1 42,75 38,64 42,27 37,60 41,87 35,83
2 42,94 38,32 41,28 37,93 39,86 36,33
3 43,32 39,82 41,10 36,65 40,12 35,28
Rata-rata 43,00 38,92 41,55 37,39 40,61 35,81 Dari data kadar air tanah pada Tabel 3 dan Tabel 4 didapatkan bahwa nilai kadar air tanah berbeda-beda pada setiap ketinggian. Pada penelitian ini semakin dalam tanah maka semakin rendah nilai kadar airnya. Pada Tabel 3 tanah kedalaman T0 5 cm kadar airnya lebih tinggi dari pada kedalaman T0 10 cm dan T0 20 cm. Pada kedalaman T6 5 cm juga kadar airnya lebih tinggi dari pada kedalaman T6 10 cm dan T6 20 cm. Begitu juga pada tabel 4 tanah kedalaman T0 5 cm kadar airnya lebih tinggi dari pada kedalaman T0 10 cm dan T0 20 cm.
Pada kedalaman T6 5 cm juga kadar airnya lebih tinggi dari pada kedalaman T6 10 cm dan T6 20 cm. Hal ini menunjukkan bahwa jumlah kadar air suatu tanah ditentukan oleh faktor-faktor berupa evaporasi, laju infiltrasi serta tergantung oleh jenis tekstur tanah tersebut.
Persentase Kesalahan
Persentase kesalahan adalah jumlah penyimpangan dari nilai-nilai yang akurat yang dinyatakan dalam satuan persen (%). Dalam penelitian ini persentase kesalahan dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 3.
Tabel 5. Hubungan kadar air tanah sensor, manual dan persentase kesalahan.
Kedalaman Kadar air tanah sensor (%)
Kadar air tanah manual (metode Gravimetri)
(%)
Persentase kesalahan (%)
T0 5 cm 41,83 43,00 2,79
T6 5 cm 37,76 38,92 3,07
T0 10 cm 40,38 41,55 2,89
T6 10 cm 36,22 36,65 3,23
T0 20 cm 39,85 40,61 1,91
T6 20 cm 34,64 35,81 3,38
38
Berdasarkan data kadar air tanah yang didapat dari hasil penelitian maka dapat di peroleh tingkat error atau persentase kesalahan dari nilai kadar air tanah yang didapatkan yaitu sebagai berikut, T0 5 cm sebesar 2,79%, T6 5 cm sebesar 3,07%, T0 10 cm sebesar 2,89%, T6 10 cm sebesar 3,23%, T0 20 cm sebesar 1,91% dan T6 20 cm sebesar 3,38%.
Menurut Asriya dan Meqorry (2016) bahwa pengukuran kelembaban tanah menggunakan sensor soil moisture memperoleh nilai error yang relatif kecil yaitu rata-ratapersentase kesalahan sebesar 2,15 %. Perbedaan nilai pengukuran yang diperoleh antara sensor dengan alat ukur moisture meter disebabkan oleh adanya perubahan tegangan keluaran yang tidak stabil pada sensor. Sedangkan pada penelitian ini persentase kesalahan yang didapatkan yaitu T0 5 cm sebesar 2,79%, T6 5 cm sebesar 3,07%, T0 10 cm sebesar 2,89%, T6 10 cm sebesar 3,23%, T0 20 cm sebesar 1,91% dan T6 20 cm sebesar 3,38%.
Pada penelitian ini sensor soil moisture dapat dikatakan cukup akurat dan layak untuk dipakai, karena Menurut Utami dan Wildian (2013) dengan error sebesar 7 % dapat dikatakan cukup akurat untuk mengukur kadar air dengan menggunakan sensor.
39
KESIMPULAN
Kesimpulan
1. Tingkat error atau persentase kesalahan dari nilai kadar air tanah yang di dapatkan yaitu, T0 5 cm sebesar 2,7%, T6 5 cm sebesar 2,9%, T0 10 cm sebesar 2,81%, T6 10 cm sebesar 3,12%, T0 20 cm sebesar 1,87% dan T6 20 cm sebesar 3,26%.
2. Sensor soil moisture dikatakan cukup akurat dan dikatakan layak untuk dipakai, karena dengan error sebesar 7 % dapat dikatakan cukup akurat untuk mengukur kadar air dengan menggunakan sensor.
Saran
1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan pengaplikasian SMS gateway agar pembacaan di Android tidak bergantung dengan jarak.
2. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan menggunakan tanaman.
40
DAFTAR PUSTAKA
Ahmad H. N, dan Tedi A., 2012. Pemanfaatan RPID (Radio Frequency Identification) untuk Keamanan Pintu Lemari berbasis Mitrokontroler ATMEGA328. Jurnal Teknologi Informasi dan Komunikasi. STMIK Subang.
Alfanz R., Agus N, dan Joddy A. L., Perancangan dan Implementasi Sistem Monitoring Produksi Biogas pada Biodigester. Jurnal Nasional Teknik Elektro. 5: 129-134.
Arfiansah I., 2018. Alat Ukur Suhu Tubuh Manusia Secara Digital menggunakan Sensor Lm 35 Mikrokontroller Arduino. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Sumatera Utara; Medan.
Asriya P, dan Meqorry Y., 2016. Rancang Bangun Sistem Monitoring Kelembaban Tanah menggunakan Wireless Sensor berbasis Arduino Uno. Jurnal Fisika Unand. 5: 327-333.
Dharma P. A. F. S. D, dan Maman A., 2018. Prototipe Pemantauan Kadar Air Tanah atau Kelembaban pada Tanah menggunakan Arduino dan Protokol Zigbee/IEEE 802.15.4. pada Platform M2M. E-proceeding of Engineering. 2: 6049-6050.
Earl, B., 2019. Adafruit 4-Channel ADC Breakouts. Adafruit Industries.Accesses from: https://learn.adafruit.com/adafruit-4-channel-adc-breakouts.
Fahmi E, dan Yuda P., 2015. Sistem Automatic Meter Reading Bulanan Melalui SMS berbasis Mikrokontroler. Jurnal ICT. 6: 29-37.
Foth H. D, 1994. Fundamentals Of Soil Science Eight Edition. John WilleySons.
New York.
Hanafiah K. A., 2005. Dasar-Dasar Ilmu Tanah. PT Raja Grafindo Persada.
Jakarta.
Hardjowigeno S., 2003. Ilmu Tanah. Akademika Presindo. Jakarta.
Hatta M, dan Nurhayati. 2006. Pengaruh Penambahan Bahan Organik pada Tanah Bekas Tsunami terhadap Pertumbuhan dan Produksi beberapa Varietas Kacang Hijau di Desa Blang Krueng. Jurnal Floratek. 2:100-106.
Hermawan B., 2005. Monitoring Kadar Air Tanah melalui Pengukuran Sifat Dielektrik pada Lahan Jagung. Jurnal Ilmu Pertanian Indonesia. 7: 15-2.
