RANCANG BANGUN OTOMASI SISTEM IRIGASI TETES BERBASIS REAL TIME CLOCK
LAPORAN TUGAS AKHIR
SYELLA NOVIANTI 021119060
PROGRAM STUDI TEKNOLOGI MEKANISASI PERTANIAN JURUSAN PERTANIAN
POLITEKNIK PEMBANGUNAN PERTANIAN BOGOR
2022
ii
RANCANG BANGUN OTOMASI SISTEM IRIGASI TETES BERBASIS REAL TIME CLOCK
SYELLA NOVIANTI 021119060
Laporan Tugas Akhir
Sebagai salah satu syarat memperoleh sebutan gelar professional Ahli Madya Teknik (A.Md.T)
Pada Program Studi Teknologi Mekanisasi Pertanian
PROGRAM STUDI TEKNOLOGI MEKANISASI PERTANIAN JURUSAN PERTANIAN
POLITEKNIK PEMBANGUNAN PERTANIAN BOGOR
2022
iii
iv
v
vi
ABSTRAK
SYELLA NOVIANTI, Rancang Bangun Otomasi Sistem Irigasi Tetes Berbasis Real Time Clock oleh INTAN KUSUMA WARDANI dan ANNISA NUR ICHNIARSYAH.
Selama ini proses bercocok tanam di lahan sempit memiliki permasalahan yaitu pada proses irigasi. Proses irigasi dan penyiraman masih dilakukan secara manual, maka dibutuhkan suatu pendekatan yang mampu menjembatani proses otomasi melibatkan sensor, hardware, dan perangkat lunak secara real time yaitu konsep teknologi yang memanfaatkan internet. Tujuan penelitian ini untuk merancang serta menguji kinerja otomasi sistem irigasi tetes berbasis real time clock. Data dianalisis menggunakan analisis kuantitatif. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai yang dihasilkan sensor ultrasonik menghasilkan nilai Root Mean Squared Error (RSME) sebesar 1,31 yang artinya nilai perkiraan tidak menjauhi nilai aslinya. Dapat disimpulkan bahwa tingkat akurasi hasil prediksi sudah sangat bagus. Selain itu didapatkan rata-rata debit sebesar 1,29 l/jam. Hasil nilai uji koefisien variasi penetes (CU) sebesar 85,53% dan nilai keseragaman emisi (EU) sebesar 87%. Otomasi sistem irigasi ini menggunakan sistem NTP untuk pengaturan penyiramannya (timer). Hal ini tentunya dapat memudahkan pengguna dalam penyiraman tanamannya.
Kata kunci: keseragaman emisi (EU), koefisien variasi penetes (CU), real time clock, ultrasonik
vii
HALAMAN PERSEMBAHAN
Alhamdulillah segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanaahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulai Mei 2022 sampai bulan Juli 2022 ini adalah “Rancang Bangun Otomasi Sistem Irigasi Tetes Berbasis Real Time Clock”. Penyusunan tugas akhir ini dilakukan sebagai syarat kelulusan dan untuk mendapatkan gelar Ahli Madya Teknik (Amd. T).
Terimakasih kepada papa, mama dan kakak atas kasih sayang yang berlimpah dan tidak berkesudahan, selalu memberikan do’a terbaik, mendukung dalam segala kegiatan dan selalu memberikan semangat selama masa perkuliahan. Semoga cita- cita ini menjadi salah satu hadiah terindah untuk keluarga.
Terimakasih kepada Bapak dan Ibu Dosen, pembimbing, konselor, dan pegawai atas kesempatan belajar selama ini, arahan dan bimbingan yang tak ternilai. Terkhusus terimakasih kepada Dr. Ir. Yul Harry Bahar selaku pembimbing konselor yang telah membimbing selama tiga tahun, juga kepada Pembimbing I dan II, Intan Kusuma Wardani, M.Sc dan Annisa Nur Ichniarsyah, M.Si yang selalu memberi pengarahan dalam Tugas Akhir ini maupun motivasi untuk kedepannya.
Terimakasih kepada rekan-rekan kamar 7 Teratai yang telah menjadi teman baik selama perkuliahan 3 tahun di Polbangtan, serta teman-teman Program studi Teknologi Mekanisasi Pertanian angkatan 2019. Terimakasih untuk kebersamaannya, tawa, canda, suka cita, dan solidaritas yang sangat luar biasa. Tak lupa kepada semua teman-teman, saudara yang tidak bisa disebutkan satu persatu.
Terimakasih juga kepada diri saya Syella Novianti yang sudah kuat sampai pada titik ini, dengan berbagai macam rintangan dan linangan air mata yang sudah terlewati semoga semakin menjadi dewasa untuk kedepannya.
viii
ix
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kota Bogor pada tanggal 19 November 2000 sebagai anak ke 2 dari pasangan bapak Suburudin dan ibu Nuryati.
Pendidikan Sekolah Dasar (SD) ditempuh di SDN Batutulis 2 dan lulus pada tahun 2013, Pendidikan Sekolah Menengah Pertama (SMP) ditempuh di SMPN 13 Kota Bogor dan lulus tahun 2016, Pendidikan Sekolah Menengah Atas (SMA) ditempuh di SMAN 1 Cijeruk Kabupaten Bogor dan lulus pada tahun 2019. Pada tahun 2019 penulis diterima sebagai mahasiswa program diploma 3/sarjana terapan (D-III) di Program Studi Teknologi Mekanisasi Pertanian Jurusan Pertanian di Politeknik Pembangunan Pertanian Bogor. selama mengikuti program D-III, penulis pernah mengikuti Ujian Kenaikan Tingkat (UKT) sabuk hitam taekwondo di Dodik Bela Negara Rindam III Siliwangi Lembang, Bandung pada tahun 2021.
x
DAFTAR ISI
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Rumusan Masalah 2
Tujuan 3
Manfaat 3
TINJAUAN PUSTAKA 4
Rancang Bangun 4
Prototipe 4
Sistem Kendali 4
Sistem Irigasi Tetes 5
Metode Hidroponik Dutch Bucket 6
Mikrokontroler 6
ESP32 7
Liquid Crystal Display (LCD) 8
Sensor Jarak Ultrasonik HC-SR04 8
Modul Relay 9
METODE 10
Waktu dan Tempat 10
Metode Penelitian 10
Metode Bidang Kajian 10
Perancangan 10
Implementasi 11
Pengujian 11
Alat dan Bahan 12
Pengumpulan Data 12
Analisis data 13
Parameter yang diamati 13
HASIL DAN PEMBAHASAN 16
Pembuatan Perangkat Lunak 16
Perancangan Keseluruhan Alat 16
xi
Perancangan I2C LCD 16x4 17
Perancangan Sensor ultrasonik 17
Aktivasi Perangkat Input 18
Aktivasi Perangkat Output 18
Pengujian Perangkat Lunak 18
Source Code 19
Pengujian NTP (Network Time Protocol) 19
Pembuatan Perangkat Keras 20
Pengujian Perangkat Keras 20
Pengujian sensor ultrasonik 21
Pengujian I2C LCD (Liquid Crystal Display) 16x4 24
Pengujian Relay 25
Pengujian Pompa dan Timer Penyiraman 25
Pengukuran Debit Emitter 26
Koefisien Variasi Penetes (CU) 27
Uji Kinerja Sistem Irigasi Tetes (EU) 27
PENUTUP 29
Simpulan 29
Saran 29
DAFTAR PUSTAKA 30
LAMPIRAN 34
xii
DAFTAR GAMBAR
1 Mikrokontroler ESP32 7
2 LCD (Liquid Crystal Display) 16x4 8
3 Sensor jarak ultrasonik HC-SR04 9
4 Relay 2 channel 9
5 Tahapan metode kajian 10
6 Diagram alir kinerja otomasi sistem irigasi tetes 11
7 Perancangan keseluruhan alat 16
8 Rangkaian (a) LCD ke ESP32, (b) ultrasonik ke ESP32 17 9 Alat otomasi sistem irigasi tetes berbasis real time clock 18
10 Proses kegiatan pemograman 19
11 Pengujian NTP pada LCD 19
12 Kalibrasi tinggi air (a) menggunakan meteran, 22
13 Pengujian sensor ultrasonik menggunakan RMSE 22
14 Pembacaan jarak ketinggian air pada LCD 24
15 Pengujian LCD 24
16 Pembacaan aktivitas pompa 26
DAFTAR TABEL
1 Kriteria keseragaman irigasi tetes 14
2 Nilai koefisien keseragaman emitter (EU) 15
3 Analisis delay pada NTP saat pengujian sistem 20
4 Spesifikasi ultrasonik HC-SR04 21
5 Data perhitungan nilai RMSE 23
6 Hasil pengujian relay 25
7 Hasil Pengukuran Debit 26
8 Data perhitungan CU 27
9 Nilai koefisien keseragaman emisi (EU) 28
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Semakin berkurangnya lahan perkotaan untuk bercocok tanam atau bertani membuat para kaum urban melakukan inovasi dengan memanfaatkan lahan sempit untuk meningkatkan pendapatan karena tuntutan kebutuhan ekonomi. Aktivitas bercocok tanam dilahan sempit membutuhkan perhatian dalam manajemen irigasi karena unsur kehidupan biji dan akar tanaman harus dijaga kelembapan pada kisaran 60% (Lutfiyana et al. 2017). Selama ini proses bercocok tanam dilahan sempit memiliki permasalahan yaitu pada proses irigasi. Hal ini dikarenakan para kaum urban memiliki lebih dari satu profesi pekerjaan serta mengalami kesulitan dalam membagi waktu. Sehingga proses irigasi dan penyiraman masih dilakukan secara manual. Agar proses irigasi tidak manual, maka dibutuhkan suatu pendekatan yang mampu menjembatani proses otomasi melibatkan sensor, hardware, dan perangkat lunak secara real time yaitu konsep teknologi yang memanfaatkan internet atau lebih dikenal internet of things (IoT).
Sistem Irigasi tetes merupakan salah satu sistem irigasi yang efektif dan efisien, hal ini dikarenakan pada sistem irigasi tetes, air dan nutrisi langsung diberikan ke sistem perakaran tanaman. Irigasi tetes diberikan berdasarkan tingkat kebutuhan air pada tanaman, salah satu pendekatannya adalah berdasarkan ketersediaan lengas di dalam tanah. Hasil yang diperoleh dari persentase keseragaman debit air yang dipancarkan oleh keseluruhan emitter menurut klasifikasi emission uniformity (EU%) adalah sangat baik yaitu di atas 95%. Durasi waktu penyiraman dan volume untuk pemberian tetesan air irigasi pada lahan penelitian saling berbanding lurus, semakin lama waktu pemberian air melalui tetesan emitter maka semakin besar volume 0,725−2,381 jam. Hasil uji statistik untuk mengetahui pengaruh perlakuan tinggi muka air pada tangki reservoir terhadap tingkat pertumbuhan tanaman memberikan hasil tidak ada pengaruh yang nyata perlakuan tinggi muka air terhadap tinggi tanaman dan jumlah daun sebagai parameter tingkat pertumbuhan tanaman (Dewangga 2015).
Salah satu upaya yang dapat dilakukan dalam melakukan pemberian irigasi adalah dengan menggunakan sistem otomasi berbasis mikrokontroler untuk
2
melakukan penyiraman sesuai dengan kebutuhan tanaman (Delya 2014). Aplikasi sistem kontrol otomatis pada irigasi tetes dapat memberikan nilai efisiensi yang tinggi dalam penggunaan air karena bekerja berdasarkan batas kritis hingga kapasitas lapang. Kontrol otomatis juga dapat mengurangi rutinitas kerja dalam mengairi tanaman (Candra et al. 2015).
Metode pemberian air irigasi dengan tetesan di dekat tanaman atau irigasi tetes (trickle/drip irrigation) diperkenalkan pertama kali tahun 1869 di Jerman.
namun perkembangannya baru terjadi tahun 1960 di Israel. Kelebihan utama sistem irigasi tetes adalah efisiensinya paling tinggi dibanding sistem irigasi lainnya, sedangkan kelemahannya terletak pada tingginya biaya investasi dan pengoperasian yang membutuhkan tenaga terlatih.
Berdasarkan latar belakang tersebut, dapat dikatakan bahwa pertanian Indonesia membutuhkan alat pengairan otomatis dan tempat bertanam yang tidak memerlukan banyak lahan serta maksimal dalam penggunaan air. Manfaat teknologi internet sebagai sarana terbaik untuk otomasi sistem irigasi otomatis yang terintegrasi dengan mikrokontroler Node MCU ESP32. Sistem akan secara otomatis menyalakan pompa air masuk apabila sensor HC-SR04 mengindikasikan pasokan air pada tanki penampung rendah. Sistem NTP (Network Time Protocol) juga akan secara otomatis menyalakan pompa penyiraman sesuai timer yang sudah diatur. Hal ini memudahkan kita untuk memonitor kapasitas air dalam tanki dan jadwal penyiraman secara otomatis menggunakan koneksi internet. Tujuan utama dilakukan penelitian ini adalah untuk melakukan rancang bangun otomasi sistem irigasi tetes berbasis real time clock dengan tingkat kinerja yang baik.
Rumusan Masalah
Identifikasi masalah yang diambil dari latar belakang dalam kegiatan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Bagaimana merancang dan membuat perangkat keras untuk mendeteksi kondisi ketinggian air dan irigasi otomatis secara real time?
2. Bagaimana perancangan elektronikanya?
3. Bagaimana uji otomasi kinerja sistem irigasi tetes berbasis real time?
3 Tujuan
Tujuan dari pelaksanaan tugas akhir ini adalah:
1. Membuat otomasi sistem irigasi tetes berbasis real time
2. Menguji perangkat lunak otomasi sistem irigasi tetes berbasis real time 3. Menguji kinerja otomasi sistem irigasi tetes berbasis real time
Manfaat
Manfaat dari penelitian tugas ini diharapkan dapat berguna bagi:
1. Mahasiswa
Sarana berlatih dan menambah wawasan mengenai perancangan otomasi sistem irigasi tetes. Selain itu dapat melatih keahlian profesional yang dimiliki mahasiswa dalam bidang sistem otomasi berbasis mikrokontroler dan sensor.
2. Institusi
Sebagai bahan masukan dan pertimbangan guna pengembangan sistem instalasi dutch bucket yang lebih baik lagi.
4
TINJAUAN PUSTAKA
Rancang Bangun
Perancangan merupakan salah satu hal yang penting dalam membuat program. Adapun tujuan dari perancangan ialah untuk memberi gambaran yang jelas lengkap kepada pemogram dan ahli teknik yang terlibat. Perancangan harus berguna dan mudah dipahami sehingga mudah digunakan. Perancangan atau rancang merupakan serangkaian prosedur untuk menterjemahkan hasil analisa dan sebuah sistem ke dalam bahasa pemograman untuk mendeskripsikan dengan detail bagaimana komponen-komponen sistem di implementasikan (Nurlaila 2014).
Prototipe
Model prototipe ialah sebuah metode yang mengharuskan pengembang perangkat lunak membuat sebuah mockup berupa model aplikasi, sangat cocok pada kondisi dimana pengguna tidak bisa menyajikan informasi secara jelas mengenai kebutuhan yang sesuai dengan keinginannya (Yurindra 2017). Hasil dari model prototipe berupa mockup yang akan menjadi rujukan model desain yang akan digunakan saat melatih, presentasi, penilaian sebuah desain, promosi, atau keperluan lain (Sukamto dan Shalahuddin 2015).
Sistem Kendali
Sistem kendali adalah suatu susunan komponen yang terhubung atau tersusun sedemikian rupa sehingga dapat memerintah, mengarahkan, atau mengatur diri sendiri atau sistem lain. Istilah lain sistem kendali atau teknik kendali adalah teknik pengaturan, sistem pengendalian, atau sistem pengontrolan (Firmansyah 2020).
Dalam rangka memenuhi kebutuhan sistem kontrol, struktur sistem kontrol dapat digolongkan ke dalam dua bagian besar, yaitu sistem kendali loop tertutup (close- loop) dan sistem kendali loop terbuka (open-loop) (Lukman 2018).
5
Sistem Irigasi Tetes
Irigasi tetes merupakan sebuah teknik irigasi yang memiliki kegunaan untuk menjaga kelembaban tanah dalam kondisi optimal dengan tingkat efisiensi pemakaian air sebesar 90% hingga 95%. Penggunaan teknik ini dapat meminimalisir evaporasi, aliran permukaan dan perlokasi (Ardiansyah et al. 2018).
Keuntungan dari penggunaan irigasi tetes diantaranya adalah tidak diperlukannya perataan lahan, hanya daerah perakaran yang terbasahi, mencegah terjadinya erosi, biaya tenaga kerja rendah, suplai air dapat diatur dengan baik dan sistem pemupukan dapat dilakukan bersamaan dengan irigasi (Widiastuti dan Wijayanto 2018).
Menurut Tribowo (2017) keunggulan irigasi tetes yaitu anggaran biaya yang dikeluarkan rendah dalam tenaga kerja, meningkatnya nilai guna air, meningkatkan pertrumbuhan tanaman dan hasil, mengoptimalkan dalam pemberian pupuk, mengoptimalkan dalam penekanan garam, serta mencegah terjadinya pertumbuhan gulma, sedangkan kelemahan irigasi tetes memerlukan perawatan secara optimal, terjadi kerusakan pada komponen sistem irigasi tetes, pembatasan dalam tanaman dan membutuhkan tenaga kerja yang paham dalam pengoperasian sistem irigasi tetes.
Irigasi tetes memiliki beberapa unit komponen untuk dapat menyalurkan air ke tanaman. Unit komponen tersebut terdiri dari unit utama (head unit), pipa utama, pipa pembagi (manifold), pipa lateral dan alat aplikasi yang terdiri dari emitter (Ridwan 2013).
Irigasi tetes dalam pemberian air ada beberapa metode yang dilakukan dalam metode pemberian air pada irigasi tetes yaitu sebagai berikut:
1. irigasi bawah permukaan (sub-surface irrigation), irigasi ini diberikan digunakan dengan emitter yang berada di bawah permukaan;
2. irigasi tetes (drip irrigation), yaitu dilakukan pemberian air ke permukaan tanah yang berada disekitar perakaran tanaman dengan menggunakan emitter dengan debit pemberian sangat rendah dengan 12 l/jam;
3. irigasi percik (spray irrigation), pada metode ini air irigasi diberikan dengan menggunakan penyemprot kecil (micro sprinkler) ke permukaan tanah. Debit pemberian irigasi percik sampai dengan 115 l/jam;
6
4. bubbler irrigation merupakan metode irigasi yang menggunakan pipa kecil yang langsung ke dalam permukaan tanah dengan debit 225 l/jam dengan mengontrol aliran ke dalam aliran permukaan (run off) dan erosi, seringkali dikombinasikan dengan cara penggenangan (basin) dan alur (furrow);
Metode Hidroponik Dutch Bucket
Metode dutch bucket adalah sistem yang menggunakan tetesan air untuk menyalurkan nutrisi ke dalam bucket. Lalu sisa air tetesan nutrisi itu akan keluar kembali dari bucket tanaman dan di alirkan kembali ke ember yang menampung nutrisi. Dutch bucket menyediakan zona pasokan akar dengan air dan udara yang konstan. Budaya bucket menggabungkan konsep banjir, drainase, dan NFT ini menciptakan sistem penanaman besar yang bisa digunakan untuk penanam buah (Lestari et al. 2019).
Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah sistem komputer yang dikemas kedalam satu chip IC yang dapat mengerjakan beberapa tugas yang telah diprogram sebelumnya sesuai dengan perintah yang ingin dijalankan. Mikrokontroler berfungsi sebagai otak dari suatu rangkaian dimana sensor mengumpulkan data analog dan mengubahnya menjadi data digital untuk menggerakan aktuator (Chamim 2012). Mikrokontroler berfungsi sebagai pengontrol rangkaian elektronik dan menyimpan program didalamnya. Mikrokontroler ada berbagai jenis, salah satunya adalah ATMega yang ditanamkan pada board arduino. Arduino banyak digunakan karena selain open- sorce, arduino juga mudah dipelajari dan cukup murah dibandingkan produk lain (Wardoyo dan Anggoro 2015).
Mikrokontroler Arduino Uno (ATMega328) merupakan sebuah perangkat kontrol otomatis yang dapat berfungsi mengontrol, mengambil serta menyimpan data sehingga dapat digunakan untuk merancang rangkaian elektronik kendali on/off irigasi. Untuk mengetahui kinerja dari rangkaian kendali on/off irigasi perlu dilakukan penerapan di bidang budidaya pertanian. Parameter pengamatan berupa perubahan kadar lengas, kinerja sistem kendali on/off irigasi, jumlah air irigasi, tinggi tanaman, jumlah daun tanaman, panjang dan lebar daun tanaman, berat
7
tanaman dan produktivitas tanaman. Setting point untuk kadar lengas yaitu batas bawah 25,47% dan batas atas 28,73% (Chaer et al. 2016).
ESP32
Espressif System (ESP32) adalah mikrokontroler penerus dari mikrokontroler ESP8266. Pada mikrokontroler ini sudah tersedia modul WiFi dalam chip sehingga sangat mendukung untuk membuat sistem aplikasi Internet of Things. Keunggulan mikrokontroler ESP32 dibanding dengan mikrokontroler yang lain, mulai dari pin out nya yang lebih banyak, pin analog lebih banyak, memori yang lebih besar, terdapat bluetooth 4.0 low energy serta tersedia WiFi yang memungkinkan untuk mengaplikasikan Internet of Things dengan mikokontroler ESP32 (Muliadi et al.
2020).
ESP32 merupakan modul Wi-Fi yang berfungsi sebagai perangkat tambahan mikrokontroler seperti Arduino agar dapat terhubung langsung dengan Wi-Fi dan membuat koneksi TCP/IP. Modul ini membutuhkan daya sekitar 3.3 v dengan memiliki tiga mode Wi-Fi yaitu Station, Access Point dan Both (Keduanya). Modul ini juga dilengkapi dengan prosesor, memori dan GPIO dengan jumlah pin bergantung jenis ESP32 yang kita gunakan. Sehingga modul ini bisa berdiri sendiri tanpa menggunakan mikrokontroler apapun karena sudah memiliki perlengkapan layaknya mikrokontroler. Pada alat penyiraman otomatis, pin ESP32 yang digunakan ada 3 yaitu pin supply, pin GPIO, dan pin sistem minimum (Ulpah et al.
2020). Mikrokontroler ESP32 dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1 Mikrokontroler ESP32 (Sumber: jakartanotebook.com)
8
Liquid Crystal Display (LCD)
Liquid Crystal Display (LCD) adalah modul penampil yang banyak digunakan karena tampilannya menarik. LCD merupakan kristal cair pada layar yang digunakan sebagai tampilan dengan memanfaatkan listrik untuk mengubah- ubah bentuk kristal-kristal cairnya sehingga membentuk tampilan angka dan atau huruf pada layar. Ada dua tipe utama dari tampilan LCD, yaitu numerik (biasa digunakan pada jam dan kalkulator) dan teks alphanumerik (biasa digunakan pada photocoupler dan mobile telephone) (Nasrullah et al. 2012). LCD 16x4 dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2 LCD (Liquid Crystal Display) 16x4 (Sumber: cablematic.com)
Sensor Jarak Ultrasonik HC-SR04
Sensor ultrasonik merupakan sebuah perangkat yang bekerja pada prinsip pantulan sebuah gelombang suara yang digunakan untuk mendeteksi keberadaan suatu benda tertentu di depannya. Prinsip pengukuran jarak menggunakan sensor ultrasonik HC-SR04 adalah ketika pulsa trigger diberikan pada sensor, transmitter akan mulai memancarkan gelombang ultrasonik, pada saat yang sama sensor akan menghasilkan output TTL transisi naik menandakan sensor mulai menghitung waktu pengukuran , setelah receiver menerima pantulan yang dihasilkan oleh suatu objek maka pengukuran waktu anak dihentikan dengan menghasilkan output TTL transisi turun. Sensor HC-SR04 banyak digunakan pada Project Arduino maupun seperti pada robot jenis obstacle atau robot pemadam api. Selain itu dapat juga diterapkan pada kendaraan untuk mencegah tabrakan dan sebagai radar sederhana.
Frekuensi yang digunakan berkisar di antara 40 – 400 KHz (Puspasari et al. 2019).
Sensor jarak ultrasonik HC-SR04 dapat dilihat pada Gambar 3.
9
Gambar 3 Sensor jarak ultrasonik HC-SR04 (Sumber: nn-digital.com)
Modul Relay
Relay adalah sebuah perangkat yang menggunakan elektromagnet untuk menghasilkan gaya sebagai pembuka atau penutup kontak switch. Suatu relay terbagi dari dua bagian yaitu coil dan contact. Coil adalah bagian gulungan kawat yang berfungsi untuk menerima arus listrik, sedangkan contact adalah saklar yang pergerakannya tergantung dari ada atau tidaknya arus pada coil. Contact pada relay sendiri terdiri dari dua jenis yakni Normally Open contact (NO) dan Normally Closed contact (NC). Normally open contact mempunyai kondisi open pada kondisi awal (unenergized state), sedangkan normally closed contact memiliki kondisi close pada kondisi awal. Relay bekerja pada saat coil menerima arus listrik (energized). Akibat dari adanya arus listrik pada coil adalah munculnya gaya elektromagnet, yang kemudian akan menarik bagian armature yang berpegas, sehingga kontak akan bergeser (Bacharuddin 2017). Gambar relay 2 channel dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4 Relay 2 channel (Sumber: Shopee.co.id)
10
METODE
Waktu dan Tempat
Kegiatan Tugas Akhir (TA) ini dilaksanakan di kampus Polbangtan Bogor yang berlokasi di Jalan Aria Surialaga No. 1 Kelurahan Pasir Jaya, Kecamatan Bogor Barat, Kota Bogor, Provinsi Jawa Barat. Kegiatan TA ini dilaksanakan selama 8 minggu, terhitung dari tanggal 23 Mei − 16 Juli 2022.
Metode Penelitian
Penelitian ini menggunakan analisis data secara kuantitatif yaitu melakukan analisis data yang diperoleh dari hasil pengukuran. Menurut Sugiyono (2010) pendekatan kuantitatif merupakan metode penelitian yang digunakan untuk menliti pada populasi atau sample tertentu, pengumpulan data menggunakan instrumen penelitian, analisis data bersifat kuantitatif/statistik dengan tujuan untuk menguji hipotesis yang telah ditetapkan.
Metode Bidang Kajian
Metode perancangan prototipe otomasi sistem irigasi tetes terdiri dari tahap analisis, perancangan, implementasi dan pengujian. Alur pada metode ini dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5 Tahapan metode kajian
Perancangan
Setelah tahapan analisis dilakukan, tahapan selanjutnya adalah perancangan alat yang terdiri dari perancangan desain alat (prototipe) yang membantu dalam proses menciptakan alat, perancangan flowchart yang berfungsi untuk memahami rangkaian proses alat, dan skema rangkaian. Pompa dirancang untuk menyala 5 kali
Analisis Perancangan Implementasi Pengujian
11
dalam sehari dengan durasi bukaan 5 menit. Perangkat lunak yang dibutuhkan untuk membangun sistem kendali irigasi ini adalah:
1. Arduino IDE 1.8.3, untuk membuat program pengendali sistem, Tahap perancangan alat ini menggunakan mikrokontroler ESP32 dimana sudah diisikan dengan source code yang sudah dirancang sesuai kebutuhan alat.
2. Fritzing, untuk membuat blok diagram rangkaian hardware dalam tahap perancangan sistem. Diagram alir kinerja alat dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6 Diagram alir kinerja otomasi sistem irigasi tetes
Implementasi
Tahap implementasi dilakukan setelah hasil dari tahap perancangan telah dibuat dan disetujui oleh pihak pembimbing. Tahapan ini meliputi pembuatan rangkaian, pembuatan kode program dan menyatukannya dimana selanjutnya akan siap menjadi prototipe otomasi sistem kendali irigasi tetes yang siap diuji.
Pengujian
Tahap pengujian adalah tahapan akhir untuk mengetahui hasil uji yang didapat apakah sudah sesuai dengan tujuan dari perancangan alat. Pada tahapan ini, dilakukan pengujian sistem selama kurang lebih 3 hari dengan 5 kali pengulangan selama 2 jam sekali dengan durasi 5 menit dimulai pukul 07.00 hingga pukul 15.00.
12
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini diantaranya adalah:
1. alat tulis;
2. kamera;
3. laptop/pc;
4. solder; dan 5. gunting.
Bahan yang dibutuhkan dalam penelitian ini diantaranya adalah:
1. parameter internet (ESP32); 7. stepdown 5 volt;
2. sensor ultrasonik; 8. i2c LCD 16x4;
3. instalasi dutch bucket; 9. relay 2 channel 5 volt;
4. pompa air DC 12 volt; 10. adaptor 12 volt;
5. pompa air celup 12 volt; 11. selang ½”; dan 6. kabel jumper; 12. papan board vcb.
Pengumpulan Data
Pengumpulan data merupakan salah satu hal yang sangat penting dalam pelaksanaan tugas akhir karena tanpa data maka tujuan dan rumusan masalah yang akan dikaji tidak akan tercapai. Pengumpulan data dilakukan dengan dua cara yaitu sebagai berikut:
1. Data primer
Data primer merupakan data atau informasi yang diambil langsung dari subjek penelitian yang bersumber dilapangan atau lokasi penelitian. Salah satu data yang diperlukan yaitu tingkat keseragaman penyebaran air dilahan.
2. Data sekunder
Data sekunder adalah sumber data penelitian yang diambil secara tidak langsung melalui media perantara seperti dokumen dan studi pustaka yang dipublikasikan maupun yang tidak dipublikasikan. Salah satu data yang diperlukan adalah profil institusi terkait.
13 Analisis data
Tahap analisis merupakan tahapan awal dalam mengerjakan proyek yang bertujuan untuk mencari sebuah problem serta solusi yang digunakan sebagai penyelesaian atas problem tersebut. Analisis masalah yang digunakan yaitu dengan melakukan diskusi dengan pembimbing yang membantu dalam proses pembuatan serta perancangan alat yang akan dibuat. Analisis data dilakukan dengan mengolah data dan informasi yang diperoleh dari wawancara, observasi, dan dokumentasi.
Hasil dari analisis data adalah kesimpulan dan saran yang dapat ditindak lanjuti.
Parameter yang diamati
Parameter yang akan diamati yaitu sebagai berikut:
1. RMSE (Root Mean Square Error)
Root Mean Square Error (RMSE) merupakan besarnya tingkat kesalahan hasil prediksi, semakin kecil (mendekati 0) nilai RMSE maka hasil prediksi akan semakin akurat. Nilai RMSE dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:
𝑅𝑀𝑆𝐸 = √ ∑(Aktual−Prediksi)²
𝑛 (1)
Keterangan:
n : jumlah pengujian 2. Debit penetes (Q)
Menurut Naswir (2008) debit penetes berdasarkan pengukuran volume air langsung di lapangan menggunakan metode volumetrik dihitung dengan rumus:
𝑄 = 𝑉
𝑡 (2)
Keterangan:
Q : debit penetes (l/jam) t : waktu (jam)
V : volume (liter)
3. Koefisien variasi penetes (CU)
Koefisien variasi penetes adalah parameter statis yang merupakan pembanding nilai standar deviasi penetes dengan rataan debit penetes, dari sejumlah sampel penetes yang diuji dengan head operasi yang sama. Nilai
14
koefisien keseragaman (CU) dapat diperoleh dari persamaan berikut (Keller (1990 dalam Khoerunnisa 2009):
CU = 100 {1 − ∑{𝑥𝑖−𝑥̅}
∑𝑥𝑖 } (3)
Keterangan:
CU : koefisien keseragaman air (%) 𝑋𝑖 : volume air pada wadah ke-1 (ml)
𝑥̅ : nilai rata-rata dari volume air pada wadah (ml)
∑(𝑥𝑖 − 𝑥) : jumlah deviasi rata-rata pengukuran (ml)
Dalam perhitungan koefisien variasi penetes terdiri dari beberapa klasifikasi menurut Prijono (2013) mengemukakan bahwa standar nilai koefisien variasi penetes dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Kriteria keseragaman irigasi tetes Kriteria Keseragaman
Irigasi Tetes
Coeffisient Uniformity (CU) (%)
Sangat Baik 91 – 100
Baik 81 – 90
Cukup Baik 71 – 80
Jelek 51 – 70
Tidak Layak <50
4. Uji Kinerja Sistem Irigasi Tetes (EU)
Parameter yang digunakan untuk menguji kerja sistem irigasi ini adalah keseragaman emisi (EU). Menurut Sapei (2003), keseragaman aplikasi air merupakan salah satu faktor penentu efisiensi irigasi yang dihitung dengan persamaan koefisien keseragaman irigasi dengan menggunakan persamaan Christiansen:
EU = 100 (1 - 1,27
√𝑁𝑒 x 𝑆
𝑄𝑎) x Qmin
𝑄𝑎 (4)
15 Keterangan:
EU : keseragaman emisi (%) Qmin : debit penetes terkecil (l/jam) Qa : debit penetes rata-rata (l/jam) Ne : jumlah penetes
S : Standar deviasi
Dalam perhitungan koefisien keseragaman emitter terdiri beberapa klasifikasi menurut velthuzend et al. (2017) mengemukakan bahwa evaluasi nilai koefisien keseragaman air irigasi tetes didasarkan pada nilai koefisien keseragaman yang telah Meriam dan Keller dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Nilai koefisien keseragaman emitter (EU) Nilai Koefisien Keseragaman (EU)
(%)
Kelas
>90% Sangat Baik
80-90 Baik
70-80 Cukup/Sedang
<70% Buruk
16
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pembuatan Perangkat Lunak
Pembuatan perangkat lunak meliputi beberapa tahapan di antaranya yaitu perancangan keseluruhan alat, perancangan i2c LCD, aktivasi perangkat input, dan aktivasi perangkat output.
Perancangan Keseluruhan Alat
Desain keseluruhan alat mencakup elemen-elemen penting yang saling terintegrasi satu sama lain. Unsur-unsur penting tersebut adalah rangkaian masukan, rangkaian kendali, rangkaian keluaran dan program perangkat lunak yang terintegrasi. Rangkaian ini tersusun dari komponen-komponen elektronika yang bertujuan agar mikrokontroler dapat mengatur dan mengontrol semua kinerja alat (Puspaningrum et al. 2020). Perancangan alat secara keseluruhan dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7 Perancangan keseluruhan alat
Berikut penjabaran dari Gambar 7:
1. LCD terdapat 4 konektor masing-masing ada VCC, GND, SCL, SDA akan disambungkan ke pin ESP32 yaitu, VCC LCD dihubungkan ke 5v ESP32;
2. GND LCD dihubungkan GND arduino, SDA dihubungkan ke pin D21 ESP32, dan SCL dihubungkan ke D22 ESP32;
3. modul relay terdapat 4 konektor yang dihubungkan ke pin ESP32. Pin 5v ESP32 dihubungkan ke VCC relay, pin GND ESP32 dihubungkan ke GND relay, pin 11 dan 12 ESP32 dihubungkan ke IN1 dan IN2 relay;
17
4. pompa celup akan dihubungkan ke modul relay, salah satu kabel pompa akan diputus dan bagian kabel kearah pompa dihubungkan ke pin 1 dan 4 pada channel modul relay. Kemudian kabel kearah listrik dihubungkan ke pin 2 dan 5 pada channel modul relay;
5. stepdown disambung ke relay untuk variabel tegangan yang dibutuhkan, karena kita punya catu daya yang besar maka untuk menyuplay daya yang lebih kecil maka diperlukan penurun tegangan, sehingga hanya menggunakan 1 suplay tegangan terpusat;
Perancangan I2C LCD 16x4
Modul Liquid Crystal Display (LCD) merupakan modul tampilan universal, karena dapat menampilkan berbagai tampilan berupa huruf, angka dan karakter lainnya, serta dapat menampilkan berbagai teks dan pesan singkat lainnya (Pindrayana et al. 2018). Saat merancang alat ini, LCD digunakan untuk menampilkan pompa mati dan waktu saat pompa mati secara real time. Rangkaian LCD ke ESP32 dapat dilihat pada Gambar 8.
a b
Gambar 8 Rangkaian (a) LCD ke ESP32, (b) ultrasonik ke ESP32 Perancangan Sensor ultrasonik
Sensor jarak yang digunakan pada rancangan ini berfungsi sebagai indikator masukan kepada mikrokontroler ESP32 agar dapat memberikan masukan kondisi yang menjadi syarat beroperasinya sistem. Perancangan sensor ultrasonik dapat dilihat pada Gambar 8.
18 Aktivasi Perangkat Input
Perangkat input terhubung dengan ESP32 akan aktif dengan memanggil fungsi EEPROM.read();. Setelah fungsi-fungsi tersebut aktif, selanjutnya dipanggil di void loop(); sehingga fungsi tersebut akan diulang secara terus menerus selama sistem aktif.
Aktivasi Perangkat Output
Perangkat output yang terhubung dengan ESP32 akan aktif dengan memanggil digitalWrite(relay, LOW); pada saat waktu penyiraman yang kemudian membuka solenoid valve. Fungsi tersebut dipanggil di void loop(); sehingga fungsi tersebut akan diulang secara terus menerus selama sistem aktif. Hasil alat sistem otomasi sistem irigasi tetes berbasis real time clock dapat dilihat pada Gambar 9.
Gambar 9 Alat otomasi sistem irigasi tetes berbasis real time clock Pengujian Perangkat Lunak
Pengujian perangkat lunak bertujuan untuk menemukan kesalahan, kekurangan, atau ketidaksesuaian program kendali pada Arduino IDE dengan perangkat elektronik untuk dapat ditanamkan pada mikrokontroler. Pengujian perangkat lunak dilakukan dengan menggunakan teknik pengujian white box.
Pengujian white box merupakan pengujian terhadap program kendali yang akan ditanamkan pada mikrokontroler prototipe sistem kendali irigasi. Penelitian pengembangan metode white box pernah dilakukan oleh Barus et al. (2015).
Penelitiannya membangun pengembangan prototipe yang akan diterapkan di metode white box.
19 Source Code
Kode program yang akan diujikan adalah struktur logika untuk perintah otomasi sistem irigasi tetes berbasis real time clock. Proses kegiatan pemograman dapat dilihat pada Gambar 10.
Gambar 10 Proses kegiatan pemograman Pengujian NTP (Network Time Protocol)
Pengujian NTP dilakukan untuk mengetahui kemampuan alat untuk berfungsi menjadi nilai input untuk membuka solenoid valve sebagai penyiraman otomatis.
Pengujian dilakukan ketika sistem aktif terkoneksi ke wifi. Standar waktu yang akan digunakan adalah standar waktu Greenwich Mean Time +7 (GMT). Standar waktu tersebut akan diterima dengan menggunakan NTP, sehingga tidak perlu diset secara manual oleh peneliti. Hal ini akan memperkecil kemungkinan kesalahan input waktu pada jam. Pengujian NTP yang dilakukukan pada penelitian ini menunjukan bahwa waktu yang ditampilkan pada tampilan LCD sesuai dengan waktu yang ditampilkan pada open cam dapat dilihat pada Gambar 11.
Gambar 11 Pengujian NTP pada LCD
20
Network Time Protocol bekerja mengirimkan perintah program penjadwalan waktu ESP32 untuk mengatur modul relay yang berfungsi untuk menghidupkan pompa air. Berikut hasil pengujian delay NTP dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Analisis delay pada NTP saat pengujian sistem No Jam Menit Detik Modul Relay Keterangan
1 7 00 00 ON POMPA ON
2 7 05 00 OFF POMPA OFF
3 9 00 00 ON POMPA ON
4 9 05 00 OFF POMPA OFF
5 11 00 00 ON POMPA ON
6 11 05 00 OFF POMPA OFF
7 13 00 00 ON POMPA ON
8 13 05 00 OFF POMPA OFF
9 15 00 00 ON POMPA ON
10 15 05 00 OFF POMPA OFF
Tabel 3 menunjukkan bahwa tidak ditemukan delay pada saat pengujian NTP di alat otomasi sistem irigasi tetes berbasis real time clock. Timer dari NTP berfungsi untuk memberikan jadwal penyiraman pada pompa, aktivitas NTP saling berkaitan dengan relay karena fungsi relay sebagai penggerak (driver) pompa penyiraman.
Pembuatan Perangkat Keras
Produk yang dihasilkan dari penelitian ini adalah prototipe sistem irigasi yang terkoneksi dengan internet menggunakan modul wi-fi ESP32 yang berfungsi sebagai pengolah data dan penghubung untuk penyiraman secara otomatis.
Pembuatan perangkat keras berdasarkan perancangan yang telah dibuat tentunya memerlukan alat dan bahan dalam pelaksanaannya. Selain memerlukan alat yang telah teridentifikasi pada perancangan perangkat keras, pembuatan perangkat keras juga memerlukan alat dan bahan lain yang tidak teridentifikasi pada perancangan perangkat keras.
Pengujian Perangkat Keras
Pengujian perangkat keras dilakukan dengan cara menguji komponen penunjang sistem secara keseluruhan. Pengujian ini dilakukan untuk menemukan kesalahan atau kekurangan pada sistem dan kondisi dari kinerja peralatan yang ada pada perangkat keras sistem secara keseluruhan. Tahap pengujian terdiri dari pengujian sensor ultrasonik untuk mengukur ketinggian air pada tandon utama,
21
NTP (Network Time Protocol) untuk jadwal penyiraman, serta LCD display, selanjutnya akan dilakukan pembahasan terhadap hasil pengujian secara keseluruhan.
Pengujian sensor ultrasonik
Sensor ultrasonik dipasang pada tanki dan memancarkan gelombang ultrasonik. Ketika gelombang ultrasonik dipancarkan oleh sensor ini dan terdapat objek yang menyebabkan gelombang tersebut terpantul, maka sensor tersebut akan memberikan data ke mikrokontroler. Spesifikasi sensor ultrasonik HC-SR04 dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4 Spesifikasi ultrasonik HC-SR04
Parameter Nilai
Tegangan kerja 5 v (DC)
Arus kerja 15 mA
Frekuensi kerja 40 kHz
Jarak maksimum 4 m
Jarak minimum 2 cm
Sudut pengukuran 15º
Akurasi pengukuran 3 mm
Karakteristik linieritas sensor ultrasonik diuji agar dapat mengukur jarak ketinggian air dengan akurat. Linieritas merupakan salah satu karakteristik suatu sensor yang harus terpenuhi karena sensor dikatakan mampu mewakili besaran yang diukurnya jika memiliki sifat linier. Pengujian dilakukan dengan cara menempatkan sensor tersebut di tangki kontrol, kemudian mengukur ketinggian air yang berbeda-beda. Selanjutnya hasil pembacaan sensor ultrasonik tersebut dibandingkan dengan ketinggian air sebenarnya yang diukur dengan menggunakan meteran.
Pengujian ini dilakukan akuisisi pengukuran jarak sensor ultrasonik dengan jarak sebenarnya menggunakan meteran per 10 cm sampai jarak 60 cm. Berikut perbandingan pengukuran menggunakan sensor ultrasonik dan meteran dapat dilihat pada Gambar 12.
22
a b
Gambar 12 Kalibrasi tinggi air (a) menggunakan meteran, (b) menggunakan ultrasonik
Uji coba dan kalibrasi sensor diperlukan untuk mengetahui seberapa akurat sensor dapat membaca nilai yang dihasilkan dengan menghitung Root Mean Square Error (RMSE) yang dihitung berdasarkan nilai didapatkan dan dibagi dengan jumlah sampel data yang diambil, kemudian diakar kuadratkan sehingga mendapatkan nilai rata-rata kegagalan yang dihasilkan. Data pengujian sensor dapat dilihat pada Gambar 13.
Gambar 13 Pengujian sensor ultrasonik menggunakan RMSE
Gambar 13 menunjukkan hasil pengujian sensor jarak ketinggian air 10 cm sampai dengan 60 cm. Dari gambar tersebut terlihat bahwa terdapat perbedaan hasil pembacaan pengukuran antara sensor dan alat ukur standar, selisih tersebut kemudian dibandingkan untuk mendapatkan persamaan koreksi kalibrasi.
Persamaan koreksi y = 0,909x+2,6402 dapat digunakan untuk mengkalibrasi
y = 0,909x + 2,6402 R² = 0,9921
0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0
0 10 20 30 40 50 60 70
Nilai sensor (cm)
Ketinggian air Aktual (cm)
23
pengukuran sensor ultrasonik dengan nilai R² = 0,9921. Data perhitungan nilai RMSE dapat dilihat pada Tabel 5.
Tabel 5 Data perhitungan nilai RMSE Pengujian
ke-
Nilai Aktual (cm)
Nilai sensor (cm)
Error Square Error
1 10 10,23 -0,23 0,05
2 20 20,04 -0,04 0,001
3 30 30,63 -0,63 0,39
4 40 40,14 -0,14 0,01
5 50 49,57 0,43 0,18
6 60 56,87 3,13 9,79
Jumlah Error 2,52 10,45
Jumlah Data 6
Root Mean Squared Error (RMSE) 1,31
Hasil pengujian pada tabel 5 didapatkan bahwa nilai yang dihasilkan sensor ultrasonik mengarah ke lebih besar (+) dari nilai kalibrasi alat ukur penggaris. Hal ini memungkinkan kesalahan pembacaan nilai pada sensor dapat terjadi sehingga didapatkan hasil yang kurang akurat dibandingkan menggunakan alat ukur meteran.
Perbedaan yang cukup terlihat tetapi tidak signifikan antara sensor ultrasonik dengan meteran, dari hasil pengujian yang dilakukan sebanyak 3 kali pengulangan pada 6 kali percobaan didapatkan Root Mean Squared Error (RSME) sebesar 1,31 yang artinya nilai perkiraan tidak menjauhi nilai aslinya dapat disimpulkan bahwa tingkat akurasi hasil prediksi sudah sangat bagus hal itu dapat dilihat dari angka kesalahan yang relatif kecil. Hasil penghitungan RMSE ini sudah sesuai dengan penelitian yang telah dilakukan oleh Perteka et al. (2020) mengenai sistem kontrol dan monitoring tanaman hidroponik aeroponik berbasis internet of things yang melakukan kalibrasi sensor ultrasonik dengan perhitungan RMSE.
Penyebab kurang akuratnya pengukuran jarak sensor karena jangkauan ultrasonik yang terbatas dan pada ketinggian ini permukaan air sangat tidak stabil.
Berikut pembacaan jarak ketinggian air yang tertera pada layar LCD 16x4 dapat dilihat pada Gambar 14.
24
Gambar 14 Pembacaan jarak ketinggian air pada LCD
Pengujian I2C LCD (Liquid Crystal Display) 16x4
Display merupakan salah satu dari dua indikator yang digunakan sistem sebagai penanda kadar yang dideteksi. Display LCD ini digunakan untuk menampilkan beberapa informasi seperti informasi, informasi kadar dan fitur yang disediakan oleh alat. Pengujian rangkaian LCD 16x4 bertujuan untuk memastikan bahwa rangkaian yang dibuat dapat berjalan dengan baik. Indikator keberhasil dari pengujian LCD 16x4 adalah cukup dengan menampilkan sebuah tulisan sesuai dengan yang dinginkan pada layar LCD.
Proses pengujian LCD 16x4 ini akan ditampilkan tulisan hasil pengujian pada layar LCD seperti pada Gambar 15. Tahap proses pengujian dengan cara mengunduh kode program yang sebelumnya telah dibuat ke dalam mikrokontroler.
Proses mengunduh kode program tersebut akan dikatakan berhasil apabila layar LCD 16x4 dapat menampilkan data-data sesuai dengan kode program yang dibuat.
Gambar 15 Pengujian LCD
25
Pada LCD ini menggunakan I2C yang membantu memudahkan untuk penyambungan pin dengan komponen lainnya. Namun penggunaan I2C ini memiliki kelemahan yaitu pembacaan yang mudah berubah-ubah. Adapun penyebab hal tersebut bisa terjadi di antaranya yaitu kabel jumper, baut yang berada di belakang I2C mudah bergeser, dan juga penggunaan wifi dari handphone. Untuk mengatasi hal tersebut ada beberapa hal yang dapat dilakukan diantaranya wiring kabel di solder agar tidak mudah bergeser dan menggunakan koneksi wifi yang stabil.
Pengujian Relay
Penggunaan relay dimaksudkan untuk mengontrol kinerja pompa yang telah di atur oleh ESP3 agar memenuhi jadwal penyiraman yang telah ditetapkan oleh NTP. Berikut hasil pengujian relay dapat dilihat pada Tabel 6.
Tabel 6 Hasil pengujian relay
No Jam Menit Detik Keterangan
1 7 00 00 RELAY ON
2 7 05 00 RELAY OFF
3 9 00 00 RELAY ON
4 9 05 00 RELAY OFF
5 11 00 00 RELAY ON
6 11 05 00 RELAY OFF
7 13 00 00 RELAY ON
8 13 05 00 RELAY OFF
9 15 00 00 RELAY ON
10 15 05 00 RELAY OFF
Tabel 6 menunjukkan bahwa kinerja relay sudah sesuai dengan rencana yang diharapkan. Relay aktif ketika pompa pengisian tandon mendeteksi ketinggian air diatas 10 cm dan pada saat jadwal penyiraman berlangsung.
Pengujian Pompa dan Timer Penyiraman
Pengujian pompa bertujuan untuk mengetahui apakah alat dapat berfungsi atau tidak. Pengujian ini dilakukan berdasarkan waktu penyiraman, pompa menyala setiap 2 jam sekali dimulai pukul 07.00 hingga pukul 15.00 selama durasi tiap penyiraman 5 menit. Saat penyiraman berlangsung, input relay dalam kondisi low, dan aksi pompa dalam keadaan terbuka, begitupun sebaliknya ketika penyiraman selesai kondisi input relay dalam keadaan high dan aksi pompa berada dalam keadaan tertutup. Pembacaan aktivitas pompa dapat dilihat pada Gambar 16.
26
Gambar 16 Pembacaan aktivitas pompa
Gambar 16 menunjukkan bahwa kedua pompa sedang dalam keadaan “ON”.
Pompa 1 adalah pompa pengisi tandon yang akan hidup jika sensor ultrasonik membaca ketinggian air lebih dari 5-10 cm. Sedangkan pompa 2 adalah pompa penyiraman tanaman yang akan hidup sesuai dengan waktu penyiraman pada NTP.
Pengukuran Debit Emitter
Debit emitter merupakan volume air yang keluar dari emitter per satuan waktu. Debit ini dapat diketahui melalui pengukuran debit setiap emitter.
Pengamatan yang dilakukan pada penelitian tugas akhir ini menggunakan keseluruhan lubang tanaman dikarenakan ukuran instalasi yang kecil yaitu 6 emitter. Pengukuran debit irigasi menggunakan komponen volume, waktu, dan debit dari 6 emitter. Pengukuran debit irigasi merupakan kegiatan penting karena dapat menunjukkan kinerja dari pengelolaan sistem irigasi. Hasil pengukuran debit emitter dapat dilihat pada Tabel 7.
Tabel 7 Hasil Pengukuran Debit
Pengukuran hari ke-
Volume rata-rata (l)
Waktu rata-rata (jam)
Debit rata-rata (l/jam)
1 0,0946 0,08 1,1825
2 0,1078 0,08 1,3475
3 0,1076 0,08 1,345
Rata-rata 0,103 0,08 1,291
Tabel 7 menunjukkan bahwa volume yang didapatkan setiap emitter sistem yang dirancang memiliki jumlah yang hampir sama sehingga debit yang dihasilkannya pun tidak berbeda jauh. Hasil pengukuran menujukkan bahwa
27
volume rata-rata tetesan debit emitter yang diuji selama 3 hari adalah 0,103 liter dan rata-rata debit selama 3 hari pengujian adalah sebesar 1,291 l/jam. Volume terbanyak yang dikeluarkan yaitu sebesar 0,13 liter dan volume terendah yaitu sebesar 0,07 liter.
Hasil ini sudah sesuai dengan penelitian yang telah dilakukan Yanto et al.
2014, didapatkan debit rata-rata tetesan yang menggunakan tekanan pompa sebesar 1,19 l/jam. Perbedaan tetesan air dari tiap emitter tidak terlalu signifikan, karena emitter yang digunakan sudah diatur sedemikian rupa tetesan airnya. Lokasi emitter juga mempengaruhi air yang menetes karena terjadi loss saat air didistribusikan.
Koefisien Variasi Penetes (CU)
Emitter dapat diuji melalui perhitungan koefisien keseragaman (CU) maka diperlukan nilai standar deviasi dari seluruh pengujian. Nilai CU didapat dengan menghitung nilai standar deviasi terlebih dahulu. Hasil perhitungan nilai standar deviasi dapat dilihat pada Lampiran 1 sampai 3. Data perhitungan CU dapat dilihat pada Tabel 8.
Tabel 8 Data perhitungan CU
Pengujian hari ke- Jumlah debit per- hari (l/jam)
Jumlah standar deviasi
Nilai CU (%)
1 36,62 6,05 83,47
2 47,40 6,88 85,47
3 47,16 6,86 85,43
Rata-rata 43,72 6,59 85,53
Berdasarkan kriteria keseragaman irigasi tetes menurut pada Tabel 2 maka sistem irigasi tetes otomatis yang telah dirancang ini tergolong baik untuk digunakan, yaitu dengan menghasilkan rata-rata koefisien keseragaman irigasi CU sebesar 85,53%. Hasil ini sudah sesuai dengan penelitian mengenai irigasi tetes yang telah dilakukan oleh Afriyana et al. (2012) yaitu dengan menggunakan emitter jenis line sources yang menunjukkan tingkat keseragaman yang cukup baik dengan nilai keseragaman penyebaran sebesar 74,6%.
Uji Kinerja Sistem Irigasi Tetes (EU)
Kelayakan suatu sistem irigasi tetes didapat menggunakan nilai keseragaman emisi (EU) dengan Persamaan 4. Keseragaman emisi yang beragam dipengaruhi oleh keseragaman emitter (penetes), pemasangan emitter pada sistem, dan pemeliharaan emitter. Pada umumnya faktor utama yang mempengaruhi suatu
28
emitter berjalan sesuai kinerja yaitu adanya perbedaan tinggi pipa manifold dan perbedaan tekanan laju air pada pipa manifold sehingga berpengaruh terhadap keseragaman debit emitter. Nilai koefisien keseragaman emisi (EU) dapat dilihat pada Tabel 9.
Tabel 9 Nilai koefisien keseragaman emisi (EU)
Pengujian Hari ke-
Qmin (l/jam)
Qa (l/jam)
S/Qa EU
(%)
1 1,25 1,57 0,23 88,27
2 1,13 1,52 0,27 86,23
3 1,13 1,67 0,25 87,25
Rata-rata 87,25
Tabel 9 menunjukkan hasil penghitungan keseragaman emisi (EU) didapatkan nilai rata-rata EU sebesar 87,25% yang menunjukan keseragaman emisi selama 3 (tiga) hari pengujian termasuk dalam klasifikasi baik dikarenakan memiliki nilai antara 80%-90%. Hal ini sudah sesuai dengan penelitian perhitungan EU yang telah dilakukan oleh Yanto et al. 2014 mengenai aplikasi sistem irigasi tetes didapatkan nilai EU yang masih di bawah nilai keseragaman penyebaran yang disarankan yaitu sebesar 64,49%.
29
PENUTUP
Simpulan
Berdasarkan uraian pada bab-bab sebelumnya, maka dapat ditarik beberapa simpulan sebagai berikut:
1. Otomasi sistem irigasi tetes berbasis real time clock pada penelitian ini dirancang untuk mengendalikan ketinggian air tandon menggunakan sensor ultrasonik.
Selain itu otomasi sistem irigasi ini menggunakan sistem NTP untuk pengaturan penyiramannya (timer).
2. Perangkat lunak yang digunakan untuk otomasi sistem irigasi tetes berbasis real time clock telah berhasil diuji dan bekerja dengan baik dengan menggunakan analisis delay.
3. Pengujian otomasi sistem irigasi tetes berbasis real time clock dengan menghasilkan parameter CU sebesar 85,53% dan EU sebesar 87,25% dalam kategori baik. Selain itu, pengujian juga memperhatikan kinerja sensor ultrasonik yang membaca keakuratan ketinggian air untuk pengisian tandon.
Saran
Saran yang diajukan dalam rangka pengembangan penelitian prototipe sisitem kendali irigasi tetes ini adalah sebagai berikut:
1. Pemakaian wifi portable memudahkan koneksi terhadap sistem agar tetap stabil.
2. Penggunaan kabel wiring yang lebih baik lagi untuk meminimalisir terjadinya error pada tiap komponen.
3. Melakukan penelitian lebih lanjut agar mendapatkan nilai CU dan EU lebih baik lagi.
30
DAFTAR PUSTAKA
Abbas H, Rafiuddin S, Budi J. 2015. Rancang Bangun Smart Greenhouse Sebagai Tempat Budidaya Tanaman Menggunakan Solar Cell Sebagai Sumber Listrik. in Proc. SNTTM XIV, pp. 1-15, 7-8
Afriyana D. Tusi A. Oktafri. 2012. Analisi Pola Pembasahan Tanah dengan Sistem Irigasi Tetes Bertekanan Rendah. Jurnal Teknik Pertanian Lampung. 1(1):
43-50
Ardiansah I, Putri SH, Wibawa AY, Rahmah DM. 2018. Optimalisasi Ketersediaan Air Tanaman dengan Sistem Otomasi Irigasi Tetes Berbasis Arduino Uno dan Nilai Kelembaban Tanah. Jurnal Teknik Informatika. 10(2):78-84
Artono, Budi, Rakhmad GP. 2017. Penerapan Internet Of Things (IOT) untuk kontrol lampu menggunakan arduino berbasis web. Jurnal Teknologi Informasi dan Terapan. 5(1):9-16
Bacharuddin F. 2017. Sistem peringatan sisa pulsa pada KWH meter digital prabayar. Jurnal Teknik Elektro. 19(1):68-80
[BALITBANG] Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian. 2017. Inovasi Teknologi Pertanian
Barus AC, Hutasoit DI, Siringoringo JH, Siahaan YA. 2015. White Box Testing Tool Prototype Development. The 5th International Conference on Electrical Engineering and Informatics. Bali: IEEE
Candra H, Triyono S, Kadir ZM, Tusi A. 2015. Rancang bangun dan uji kinerja sistem kontrol otomatis pada irigasi tetes menggunakan mikrokontroler arduino mega. Jurnal Teknik Pertanian Lampung. 4(4):235-244
Chaer MSI, Sirajuddin H, Abdullah, AP. 2016. Aplikasi Mikrokontroler Arduino Pada Sistem Irigasi Tetes Untuk Tanaman Sawi. Jurnal Ilmiah Rekayasa Pertanian dan Biosistem. 4(2):228-238
Chamim. 2012. Mikrokontroler Belajar Code Vision AVR Mulai Dari Nol.
Yogyakarta: Graha Ilmu
Delya R. 2014.Rancang bangun sistem hidroponik pasang surut otomatis untuk budidaya tanaman cabai. Jurnal Teknik Pertanian Lampung. 4(1):19-26
31
Dewangga DA. 2015. Pembangunan sistem irigasi tetes terkendali berbasis sensor lengas tanah [tesis]. Yogyakarta: Universitas Gajah Mada
Duli N. 2019. Metodologi Penelitian Kuantitatif : Beberapa Konsep Dasar Untuk Penulisan Skripsi & Analisis Data Dengan SPSS (Cetakan pertama ed).
Yogyakarta: Penerbit DEEPUBLISH (Grup Penerbitan CV BUDI UTAMA) Dyah NR. 2020. Greenhouse Sebagai Wadah Penelitian Hortikultura pada Balai Penelitian Dan Pengembangan Tanaman Pangan Di Pemalang. Jurnal Ilmiah Mahasiswa Arsistektur. 3(2):461-470
Firmansyah G, Indrihastuti N. 2020. Sistem hybrid kendali sepeda berenergi listrik.
Jurnal Cahaya Bagaskara. 5(1):46-51
Franata R, Okta F, Ahmad T. 2015. Rancang Bangun Sistem Irigasi Tetes Otomatis Berbasis Perubahan Kadar Air Tanah Dengan Menggunakan Mikrokontroler Arduino Nano. Jurnal Teknik Pertanian Lampung.4(1):19-26
Ginting E. 2015. Pengaruh Faktor Budaya, Sosial, Pribadi dan Psikologis Terhadap Keputusan Pembelian Laptop Merek “Asus”. Jakarta: Universitas Budi Luhur
Khoerunnisa N. 2009. Mempelajari Karakteristik Hidrolika Pipa Sub-Unit Jaringan Irigasi Tetes Pada Sistem Hidroponik [Skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor
Lestari Y, Khusumadewi A, Fathurrohman A, Fitroni H, Ubaidillah. 2019.
Pemanfaatan Lahan Sempit Dengan Hidroponik Dutch bucket System Untuk Mewujudkan Ecogreen-Pesantren Melalui Program Santripreneur Di Pondok Pesantren K.H.A. Wahid Hasyim Bangil Pasuruan. Jurnal SOEROPATI.
2(1):72-86
Lomo LA. 2016. Smart Greenhouse Berbasis Mikrokontroler Arduino Mega 2650 REV 3 [skripsi]. Yogyakarta: Universitas Sanata Dharma
Lukman A. 2018. Sistem Informasi Manajemen. KITA Publisher
Lutfiyana L, Hudallah N, Suryanto A. 2017. Rancang bangun alat ukur suhu tanah, kelembaban tanah, dan resistansi. Jurnal Teknik Elektro. 9(2):80-86
Nasrullah E, Trisanto A, Utami L. 2011. Rancang bangun sistem penyiraman tanaman secara otomatis menggunakan sensor suhu lm35 berbasis mikrokontroler atmega8535. Electrician. 5(3):182-192
32
Naswir. 2008. Rancangan Sistem Fertigasi Mikro untuk Menunjang Pertanian Lahan Sempit. Ringkasan Disertasi Sekolah Pascasarjana. Institut Pertanian Bogor: Bogor
Nurlaila H. 2014. Rancang Bangun Sistem Informasi Koperasi Berbasis Web Pada Koperasi Warga Baru Mts N 17 Jakarta. Jakarta: Universitas Islam Negeri Syarif hidayatullah
Morib MA. 2012. Kelayakan Bangunan Rumah Tinggal Sederhana (Setengah Bata) Terhadap Kerusakan Akibat Gempa. Jurnal UKRIM. 17(1):67-74
Muliadi, Imran A, Rasul M. 2020. Pengembangan tempat sampah pintar menggunakan ESP32. Jurnal Media Elektrik. 17(2):73-79
Perteka PDB, Piarsa IN, Wibawa KS. 2020. Sistem Kontrol dan Monitoring Tanaman Hidroponik Aeroponik Berbasis Internet of Things. Jurnal Ilmiah Merpati. 8(3):197-210
Pratama H, Haritman E, Gunawan T. 2012. Akuisisi data kinerja sensor ultrasonik berbasis sistem komunikasi serial menggunakan mikrokontroler atmega 32. Electrans. 11(2): 36-43.
Prayugo S. 2007. Media Tanam untuk Tanaman Hias. Penebar Swadaya: Jakarta Prijono S. 2013. Bahan Ajar Mata Kuliah Irigasi dan Drainase: IrigasiTetes (Drip
Irrigation). Malang. Universitas Brawijaya
Pindrayana K, Borman RI, Prasetyo B, Samsugi S. Prototipe Pemandu Parkir Mobil Dengan Output Suara Manusia Mengunakan Mikrokontroler Arduino Uno.
Jurnal Ilmu Pendidikan Teknik Elektro. 2(2):71–82
Puspaningrum AS, Firdaus F, Ahmad I, Anggono H. 2020. Perancangan Alat Deteksi Kebocoran Gas Pada Perangkat Mobile Android Dengan Sensor MQ- 2. Jurnal Teknologi dan Sistem Tertanam. 1(1):1–10
Puspasari F, Fahrurrozi I, Satya TP, Setyawan G, Fauzan MRA, Admoko EMD.
2019. Sensor Ultrasonik HCSR04 Berbasis Arduino Due Untuk Sistem Monitoring Ketinggian. Jurnal Fis dan Apl. 15(2):36-39
Ridwan D. 2013. Model jaringan irigasi tetes berbahan lokal untuk pertanian lahan sempit. Jurnal Irigasi. 8:90-98
Ridwan M. 2015. Pemanfaatan clay ex. bengalon sebagai agregat kasar buatan dan pasir ex. tenggarong dalam campuran beton dengan metode standar nasional
33
indonesia 03-2847-2002. Jurnal Keilmuan dan Aplikasi Teknik Sipil.
4(1):1368-1380
Sapei A. 2006. Irigasi Tetes. Institut Pertanian Bogor: Bogor
Saptomo SK, Isnaeni R, Setiawan BI. 2013. Irigasi curah otomatis berbasis sistem pengendali mikro. Jurnal Irigasi. 8(2):115-125
Setiawan BI, Saptomo SK. 2014. Sistem kontrol irigasi otomatis nirkabel. Jurnal Irigasi. 9(2):108-114
Sugiyono. 2010. Metode Penelitian Kuantitatif, Kualitatif dan R&D. Bandung:
Afabeta Pr
Sukamto RA, Shalahuddin M. 2015. Rekayasa Perangkat Lunak: Terstruktur dan berorientasi objek. Bandung: Informatika
Tribowo IR. 2017. Perancangan Irigasi Tetes Untuk Tanaman Hortikultur.
Lembaga Pengetahuan Indonesia (LIPI) Pusat Pengembangan Teknologi Tepat Guna: Jakarta
Ulpah N, Kamelia L, Prabowo T, Elektro T, Elektro T, Sains F. 2020. Rancang Bangun Penyiraman Otomatis Berbasis IoT Menggunakan Smartphone.
Bandung: UIN Sunan Gunung Djati
Velthuzend A, Idrus M, Kuswandi D, Suprapto dan Darmaputra I. 2017. Kinerja Irigasi Tetes Tipe Emitter Aries pada Tanaman Pisang Cavendhis di PT Nusantara Tropical Farm. Jurnal Peenelitian Pertanian Terapan.18(1):33-38 Wardani A. 2017. Purwarupa Perangkat IOT Untuk Smart Greenhouse Berbasis
Mikrokontroler. Bandung: Universitas Telkom
Wardoyo S, Anggoro SP. 2015. Pengantar Mikrokontroler dan Aplikasi pada Arduino. Yogyakarta: Teknosain
Widiastuti I, Wijayanto DS. 2018. Implementasi Teknologi Irigasi Tetes pada Budidaya Tanaman Buah Naga. Jurnal Keteknikan Pertanian. 6(1):1-8 Yanto H, Tusi A, Triyono S. 2014. Aplikasi Sistem Irigasi Tetes Pada Tanaman
Kembang Kol (Brassica Oleracea Var. Botrytis L. Subvar. Cauliflora DC) Dalam Greenhouse. Jurnal Teknik Pertanian Lampung. 3(2):141-154
Yulrio EMPAM. 2016. Rancang Bangun Pengukur Kadar Alkohol Berbasis Arduino. Coding Jurnal Komputer dan Aplikasi. 4(2):107-118
Yurindra. 2017. Software Engineering. Yogyakarta: Deepublish
34
LAMPIRAN
Lampiran 1 Perhitungan Standar Deviasi Hari Ke-1
Sampel X1 X-x X2
1 1,25 1,1554 1,334949 2 1,13 1,0354 1,072053 3 1,13 1,0354 1,072053
4 1 0,9054 0,819749
5 1 0,9054 0,819749
6 0,88 0,7854 0,616853 7 1,38 1,2854 1,652253 8 1,25 1,1554 1,334949 9 1,25 1,1554 1,334949 10 1,13 1,0354 1,072053
11 1 0,9054 0,819749
12 1 0,9054 0,819749
13 1,5 1,4054 1,975149 14 1,25 1,1554 1,334949 15 1,25 1,1554 1,334949 16 1,13 1,0354 1,072053
17 1 0,9054 0,819749
18 1 0,9054 0,819749
19 1,5 1,4054 1,975149 20 1,5 1,4054 1,975149 21 1,25 1,1554 1,334949 22 1,13 1,0354 1,072053 23 1,13 1,0354 1,072053
24 1 0,9054 0,819749
25 1,5 1,4054 1,975149 26 1,5 1,4054 1,975149 27 1,25 1,1554 1,334949 28 1,13 1,0354 1,072053 29 1,13 1,0354 1,072053
30 1 0,9054 0,819749
35
Lampiran 2 Perhitungan Standar Deviasi Hari Ke-2
Sampel X1 X-x X2
1 1,63 1,5222 2,317093 2 1,5 1,3922 1,938221 3 1,25 1,1422 1,304621 4 1,13 1,0222 1,044893 5 1 0,8922 0,796021 6 1 0,8922 0,796021 7 1,5 1,3922 1,938221 8 1,5 1,3922 1,938221 9 1,5 1,3922 1,938221 10 1,25 1,1422 1,304621 11 1,13 1,0222 1,044893 12 1 0,8922 0,796021 13 1,63 1,5222 2,317093 14 1,5 1,3922 1,938221 15 1,5 1,3922 1,938221 16 1,38 1,2722 1,618493 17 1,25 1,1422 1,304621 18 1,25 1,1422 1,304621 19 1,5 1,3922 1,938221 20 1,5 1,3922 1,938221 21 1,5 1,3922 1,938221 22 1,38 1,2722 1,618493 23 1,38 1,2722 1,618493 24 1,25 1,1422 1,304621 25 1,5 1,3922 1,938221 26 1,5 1,3922 1,938221 27 1,5 1,3922 1,938221 28 1,25 1,1422 1,304621 29 1,25 1,1422 1,304621 30 1,13 1,0222 1,044893
36
Lampiran 3 Perhitungan Standar Deviasi Hari Ke-3
Sampel X1 X-x X2
1 1,5 1,3924 1,938778 2 1,5 1,3924 1,938778 3 1,25 1,1424 1,305078 4 1,25 1,1424 1,305078 5 1,13 1,0224 1,045302 6 1,13 1,0224 1,045302 7 1,5 1,3924 1,938778 8 1,5 1,3924 1,938778 9 1,38 1,2724 1,619002 10 1,25 1,1424 1,305078 11 1,13 1,0224 1,045302 12 1 0,8924 0,796378 13 1,5 1,3924 1,938778 14 1,5 1,3924 1,938778 15 1,5 1,3924 1,938778 16 1,5 1,3924 1,938778 17 1,38 1,2724 1,619002 18 1,25 1,1424 1,305078 19 1,5 1,3924 1,938778 20 1,5 1,3924 1,938778 21 1,38 1,2724 1,619002 22 1,38 1,2724 1,619002 23 1,25 1,1424 1,305078 24 1 0,8924 0,796378 25 1,5 1,3924 1,938778 26 1,5 1,3924 1,938778 27 1,5 1,3924 1,938778 28 1,38 1,2724 1,619002 29 1,25 1,1424 1,305078 30 1,25 1,1424 1,305078
37 Lampiran 4 Dokumentasi kegiatan
Kegiatan penyolderan Kegiatan pengukuran daya stepdown menggunakan avometer
Pengisian tandon untuk pengujian sesnor ultrasonik
Pengukuran jarak ketinggian air sensor ultrasonik
38
Lampiran 5 Gambar teknik instalasi dutch bucket prototipe sistem kendali irigasi
