Fakultas Ilmu Komputer
4483
Penerapan Metode Logika Fuzzy Untuk Alat Kontrol Kelembapan Tanah
Pada
Greenhouse
Laboratorium Tanah BPTP Jawa Timur
Muhammad Rifqi Maulana1, Mochammad Hannats Hanafi Ichsan2, Sudarmadi Purnomo3
1,2Program Studi Teknik Informatika, Fakultas Ilmu Komputer, Universitas Brawijaya
3Balai Pengkajian Teknologi Pertanian (BPTP), Badan Litbang Pertanian
Email: 1[email protected], 2[email protected], 3[email protected]
Abstrak
Pemeliharaan tanaman mempunyai banyak fungsi. Salah satu fungsinya adalah dapat membantu sebuah analisa pertumbuhan tanaman. Kelembapan tanah juga termasuk hal yang berpengaruh dalam pertumbuhan tanaman. Pada saat kelembapan tanah mempunyai kondisi kering, maka pertumbuhan tanaman akan mengalami sebuah kendala. Sebaliknya jika kelembapan tanah baik, tanaman akan tumbuh dengan baik. Untuk mengatasi hal tersebut diperlukan alat untuk penyiraman secara otomatis dan kontrol berdasarkan kelembapan tanah. Pada penelitian ini metode fuzzy dibutuhkan oleh penulis untuk mengaktifkan automatic valve pada alat kontrol kelembapan tanah. Penggunaan compiler pada penelitian ini adalah NI LabVIEW, cara compiler tersebut bekerja dengan graphical programming dan juga tersedia sebuah user interface untuk memonitor data kelembapan tanah dan tekanan air. Dari hasil pengujian menggunakan metode fuzzy dengan lima membership function untuk memberikan output berupa penyiraman otomatis terhadap automatic valve. Data yang ditunjukan oleh system fuzzy designer menghasilkan data terhadap kelembapan tanah sebesar 4,8453 dan tekanan air sebesar 0,776367 menghasilkan output fuzzy sebesar 4524,42. Sehingga menghasilkan penyiraman air secara otomatis selama 4,5 detik. Hasil tersebut sudah berhasil dalam mengendalikan kelembapan tanah.
Kata kunci: labview, graphical programming, fuzzy, kelembapan, tekanan, tanah, air
Abstract
Plant maintenance has many functions. One of its functions is to help a plant growth analysis. Soil moisture is also an important factor in plant growth. At the time of soil moisture has a dry condition, then the growth of plants will experience a constraint. Conversely, if the soil moisture is good, the plant will grow well. To overcome this required a tool for watering automatically and kontrol based on soil moisture. In this case researchers used the fuzzy method to enable the automatic valve on the ground humidity kontrol tool. As a programming application using NI LabVIEW based on graphical programming with display to monitor soil moisture data. From the test results using fuzzy method with five membership function to provide output in the form of automatic watering to automatic valve using simulation mode on fuzzy Designer calculate soil moisture of 4.8453 and water pressure of 0.776367 produce fuzzy output of 4524.42. So as to produce water watering automatically for 4.5 seconds. These results have been successful in controlling soil moisture.
Keywords: labview, graphical programming, fuzzy, moisture, pressure, soil, water
1. PENDAHULUAN
Agroteknologi adalah suatu ilmu yang mempelajari tentang mengelola dan juga mengembangkan komoditas dari benih sampai menjadi tumbuhan yang menghasilkan produk dan hasil. Dalam agroteknologi ada 2 komponen khusus dalam ilmu tersebut yaitu tanah dan tanaman. Dari pertama mempelajari tentang
penumbuhan sebiji benih namun yang sudah tumbuh dan berbuah dimana pada fase itu tanaman hanya perlu pemeliharaan yang konstan dalam arti fokus terhadap pemupukan dan penyiraman secara terus menerus. Sampai saat ini pemeliharaan tanaman yang dilakukan oleh para peniliti maupun petani di BPTP Jawa Timur pada umumnya masih tergolong dalam cara konvensional.
Penelitian ini dilakukan untuk membantu pemeliharaan tanaman yang ditunjang dengan sebuah teknologi. Dijelaskan di paragraph sebelumnya, penelitian dilakukan pada BPTP Jawa Timur yang berlokasi di daerah Karangploso Malang. Hasil observasi kami pada tanggal 10 May 2017 mendapatkan data terhadap survey lapangan yang dimana pemeliharaan tanaman pada BPTP Jawa Timur sangat konvensional.
Hasil observasi juga menunjukan bahwa pemeliharaan tanaman pada BPTP Jawa Timur khususnya pada penyiraman tanaman masih manual tidak secara otomatis. Selain itu dalam kegiatan kontrol kelembapan pada greenhouse BPTP Jawa Timur masih dengan cara konvensional yaitu dengan cara menggunakan alat pengukur kelembapan sederhana yang dilakukan secara berkala. Diharapkan dengan penelitian ini yang nantinya dirancang dapat mekontrol kelembaban tanah secara otomatis, memonitoring data kelembapan tanah dan tekanan air secara realtime dan juga penyiraman secara otomatis agar kelembapan pada tanah dapat terjaga dengan baik.
Pada penelitian sebelumnya telah dirancang sebuah alat penyiraman otomatis namun tidak menggunakan metode yang spesifik. Penelitian ini dikembangkan oleh penulis sendiri ketika menjalani sebuah kuliah kerja nyata (KKN) pada tahun 2016.
Penelitian yang saat ini dirancang bertujuan juga untuk memperbaiki kekurangan dari penelitian sebelumnya dimana akan diterapkan sebuah metode khusus dalam alat yang nanti akan dirancang. Metode yang digunakan untuk penelitian ini adalah logika Fuzzy karena dapat menggabungkan bermacam macam variable dan menjadikan sebuah himpunan fuzzy lalu menghasilkan sebuah output. Metode Fuzzy juga salah satu metode yang sering digunakan dalam sebuah penilitian agroteknologi (Chung-Liang Chang,Ming-Fong Sie, 2012).
Berdasarkan informasi yang sudah dijelaskan diatas, maka penulis akan merancang sebuah penelitian yang berjudul Penerapan Metode Logika Fuzzy Untuk Alat Kontrol Kelembapan Tanah Pada Greenhouse Laboratrium Tanah BPTP Jawa Timur. Variabel yang telah dijelaskan sebelumnya menjadi sebuah titik acuan pada keluaran alat yang akan dirancang.
1.1 Rumusan Masalah
1. Bagaimana merancang alat kontrol kelembapan tanah untuk menentukan waktu penyiraman yang keluar terhadap lahan prototype tanaman tomat dengan menggunakan metode fuzzy?
2. Bagaimana implementasi alat dan metode fuzzy untuk kontrol kelembapan tanah pada lahan prototype tanaman tomat?
3. Bagaimana hasil pengujian alat dan metode fuzzy untuk menentukan durasi penyiraman yang dibutuhkan pada tanaman tomat?
1.2 Tujuan
1. Dapat merancangalat kontrol kelembapan tanah untuk menentukan waktu penyiraman yang keluar untuk dibutuhkan pada lahan tanaman tomat dengan menggunakan metode fuzzy.
2. Mengimplementasikan alat dan metode fuzzy untuk kontrol kelembapan tanah. 3. Melakukan sebuah pengujian mengenai
tingkat akurasi dengan Fuzzy melalui penggunaan alat kontrol kelembapan tanah untuk menentukan durasi penyiraman yang dibutuhkan pada lahan tanaman tomat.
2. PERANCANGAN SISTEM
Gambar 1 Perancangan Sistem
2.1 Perancangan Sistem Perangkat Keras Dalam tahap perancangan perangkat keras akan diketahui bagaimana proses sistem yang berhubungan dengan perangkat keras.
2.2 Perancangan Prototype
Tahap perancangan prototype berkaitan dengan desain perangkat keras dan juga terhubung dengan sebuah pc/laptop dari sistem yang akan dibangun. Secara keseluruhan skematik dan prototype akan dijelaskan dalam sebuah Gambar 2
Pada Gambar 2 bagian pojok kiri atas terdapat sebuah tanki, ditengah ada dua buah sensor, dibawah terdapat dua sampel tanah sebagai media yang akan dituju, bagian pojok kanan atas terdapat NI MyRIO yang mengendalikan sistem tersebut lalu yang terakhir ada sebuah automatic valve untuk penyiraman
2.3 Perancangan myRIO pada seluruh hardware
Gambar 3 Perancangan myRIO-1900 pada Sensor
Pada Gambar 3, rangkaian elektrik utama berupa dua buah sensor, satu buah driver motor dan satu buah automatic valve sebagai aktuator. Sensor Kelembapan tanah berfungsi untuk membaca kondisi kelembapan tanah pada alat kontrol kelembapan tanah. Sensor Tekanan air berfungsi untuk mendeteksi kondisi tekanan air dari sumber air yang tersedia. Jalur komunikasi yang pertama yaitu komunikasi antara sensor dan NI MyRIO, dengan cara menguhubungkan sensor tekanan air menuju pin 3 pada port A dan menghubungkan sensor kelembapan tanah menuju pin 3 pada port B. Kedua sensor ini juga dihubungkan dengan sebuah vcc dan ground (GND).
Selanjutnya output dari dua buah sensor dikomunikasikan dengan pin 27 port A yang menuju kearah driver motor, driver motor sendiri dikendalikan oleh NI MyRIO dengan pin 11 dan 13 pada port A yang setelah itu mengendalikan sebuah automatic valve.
2.4 Perancangan Perangkat Lunak
Pada tahap ini menjeleaskan bagaimana proses berjalannya sebuah program dalam penelitian ini yang berhubungan dengan perangkat lunak.
2.5 Fungsi Logika Fuzzy
Perancangan desain fuzzy dirancang bermula dari membuat sebuah variable input fuzzy, setelah itu merancang membership function yang dimana nanti setelah itu akan didapatkan sebuah ketentuan untuk rule fuzzy. Setiap variable mempunyai jumlah membership dan rule fuzzy yang berbeda, Pada penelitian ini
penulis merancang lima membership untuk sensor kelembapan dan tiga membership untuk sensor tekanan air.
Untuk tahap perancangan ini, Selanjutnya output dari dua buah sensor dikomunikasikan dengan pin 27 port A yang menuju kearah driver motor, driver motor sendiri dikendalikan oleh NI MyRIO dengan pin 11 dan 13 pada port A yang setelah itu mengendalikan sebuah automatic valve.
Gambar 4 Fuzzy Lima Membership
Pada Gambar 4, input fuzzy terdiri dari dua parameter yaitu input dari sensor kelembapan tanah, dan sensor tekanan.
Tabel 1 Fuzzy Lima Membership
Dari table 1, untuk perpaduan antara tiga
dan lima membership function akan dirancang metode perhitungan secara matematis untuk menghasilkan fuzzy output. Pemilihan menggunakan perpaduan tiga dan lima membership function karena melihat kondisi tanah pada greenhouse BPTP Jawa Timur.
Gambar 5 Logika Fuzzy
Pada Gambar 5 dapat diketahui input Tekanan memiliki sebuah variable input fuzzy, setelah itu merancang membership function yang dimana nanti setelah itu akan didapatkan sebuah ketentuan untuk rule fuzzy. Setiap variable mempunyai jumlah membership dan rule fuzzy yang berbeda.
Gambar 6 Rules fuzzy
Pada Gambar 6 adalah rancangan rule fuzzy yang akan diterapkan. Output akan menghasilkan nilai fuzzy yang berdasarkan pada ouput nilai dari kedua sensor.
Gambar 7 Fuzzy Output
mempunyai skala nilai dari 3000-4100 dan yang terakhir W5 mempunyai skala nilai berkisar 4000-5000 semua nilai ini mempunyai satuan milisecond.
Gambar 8Fuzzy System Designer
Pada Gambar 8 output fuzzy dari nilai Tekanan 0,890374 dan Kelembapan kondisi pada tanah 1,57754 maka nilai Waktu durasi penyiraman adalah sebesar 2557,52 milisecond yang berarti automatic valve akan aktif selama 2557,52 milisecond.
3. IMPLEMENTASI SISTEM
Pada impelentasi sistem akan dijelaskan bagaimana hasil dari perancangan menuju ke tahap implementasi.
3.1 Implementasi Sistem Perangkat Keras Implementasi perangkat adalah sebuah tahap pengimplemetasian perangkat keras dari perancangan yang telah dibuat sebelumnya. 3.2 Implementasi Prototype
Gambar 9 Implementasi prototype
Pada tahap implementasi, peneliti memakai bahan kayu sebagai alas prototype alat kontrol kelembapan tanah. Seperti yang telah dijelaskan pada perancangan prototype sebelumnya. Ukuran selang yang digunakan adalah berdiameter 1,5 cm.
3.3 Implementasi Rangkaian Elektrik
Pengimplementasian rangkaian elektrik pada alat kontrol kelembapan tanah , desain penempatan perangkat berada diatas latar berbahan kayu.
Gambar 10 Implementasi rangkaian elektrik
Keterangan: 1. NI myRIO
2. Driver Motor L298N 3. Automatic Valve 4. Sensor Tekanan Air 5. Sensor Kelembapan Tanah.
Gambar 10 Rangkaian Elektrik
Pada Gambar 10, menunjukan port-port yang saling terhubung antara MyRio terhadap prototype, port dihubungkan dengan sebuha jumper.
Keterangan :
1.Port A GND pin 27 ke Automatic Valve 2.Port A DIO 1 pin 13 ke Direction 4 Automatic Valve
3.Port A DIO 0 pin 11 ke Direction 3 Automatic Valve
4.Port A DIO 1 pin 3 pada Sensor Kelembapan Tanah
6.Port A GND pin 6 Driver Motor
7.Port A GND pin 12 Sensor Kelembapan 8.Port B VCC pin 27 ke Sensor Tekanan
3.4 Implementasi Perangkkat Lunak
Gambar 11 Implementasi Software
Pada Gambar 11, Menunjukan ketika implementasi software ketika prototype sedang berjalan.
3.5 Implementasi Program Baca Sensor Pada bagian ini akan menjelaskan bagaimana proses dalam sensor ketika berjalan
3.6 Implementasi Baca Sensor Kelembapan Tanah
Pada sensor kelembapan tanah berproses ketika sensor ditanam kedalam sampel tanah yang sudah disiapkan.
Gambar 12 Code Sensor Kelembapan
Gambar 12 adalah potongan program yang berfungsi untuk membaca kondisi kelembapan tanah pada alat yang dibuat. Pada program tersebut terdapat fungsi yang langsung tersedia oleh myRIO sebuah grafik juga akan ditampilkan yang fungsinya agar user dapat melihat perubahan data secara realtime.
Gambar 13Code Sensor Tekanan Air
Pada Gambar 13, adalah cuplikan dari rancangan code yang fungsinya untuk data sensor tekanan air.
3.6 Fungsi Logika Fuzzy
Pada tahap implementasi logika fuzzy sistem dirancang agar output dapat menghasilkan durasi penyiraman yang tepat.
Gambar 14 Program fuzzy pada LabVIEW
Pada Gambar 14 merupakan program untuk menampilkan kontrol fuzzy dan juga system dirancang agar user dapat melihat durasi penyriaman ketika program berjalan.
4. HASIL
Dalam pengujian dua buah sensor yang telah dilakukan, didapatkan hasil pengujian dengan nilai yang berbeda terhadap nilai 1 dan nilai 2.
Tabel 2 Hasil Pengujian Perbandingan Sensor Kelembapan Tanah Dengan Alat Ukur Kelembapan tanah.
30 2,86 5
SUM 91,89 162
MEAN 3,063 5,4
Tabel 2 merupakan hasil pengujian perbandingan dari sensor kelembapan tanah dan alat pengukur kelembapan tanah, nilai 1 adalah nilai yang didapatkan dari sensor kelembapan dan nilai 2 berasal dari alat pengukur kelembapan tanah (ETP 299). Hasil ini memberikan perbadingan yang tidak begitu berbeda , perbedaan terlihat karena range nilai dari sensor kelembapan dari 0-5 Volt sedangkan alat pengukur kelembapan memiliki range nilai 1-10.
Hasil pengujian terhadap sensor tekanan air dilakukan dengan cara lima jenis sampel yang bermula dari jenis pertama adalah mempunyai total air dalam tanki sebesar satu liter sampai kepada jenis yang kelima yaitu lima liter. Setiap jenis diuji sebanyak lima kali kemudian dihitung rata-rata dari setiap jenis tersebut. Dengan ini pengujian terhadap sensor tekanan air mempunyai 25 sampel.
Tabel 3Hasil Pengujian Sensor Tekanan Air No
Tabel 3 merupakan hasil pengujian terhadap sensor tekanan air. Pada hasil pembacaan sensor tekanan air memiliki nilai yang berbeda sesuai dengan jumlah air yang tertampung didalam sampel tanki.
Nilai rata-rata error dari kedua output pengujian menghasilkan nilai selisih yang tidak signifikan.
Tabel 4 Selisih Nilai Error Pada Sistem dengan Fuzzy System Designer
5. KESIMPULAN 1. Kesimpulan
Sistem yang telah dirancang dapat mengetahui waktu siram pada alat kontrol kelembapan tanah berdasarkan kelembapan tanah dan tekanan air menggunakan logika fuzzy.Sistem yang telah diimplementasikan dapat menjadikan data sensor sebagai parameter waktu siram pada alat kontrol kelembapan tanah.Sistem yang telah diimplementasikan dapat menampilkan data sensor yang mudah dimengerti manusia kedalam sebuah tampilan user interface.Sistem yang telah diimplementasikan telah berhasil mengetahui cara kerja sensor yang terhubung pada perangkat myRIO dalam durasi penyiraman pada suatu kelembapan tanah dan tekanan air menggunakan logika fuzzy.Sistem menghasilkan suatu besaran tingkat error pada sistem dan tingkat respon sistem.
5. DAFTAR PUSTAKA
A. Abdurachman, Umi Haryati, Ishak Juarsah. (2016). PENETAPAN KADAR AIR TANAH. Diambil kembali dari
http://balittanah.litbang.pertanian.go.id: http://balittanah.litbang.pertanian.go.id/ document.php?folder=ind/dokumentasi/ buku/buku%20sifat%20fisik%20tanah &filename=12gravimetrik&ext=pdf BURROUGH, P. A. (1989). Fuzzy
mathematical methods for soil survey and land evaluation. European Journal of Soil Science, 50-62.
Cahyono, I. B. (2008). Tomat Usaha Tani & Penanganan Pascapanen. yogyakarta: kanisius.
Chung-Liang Chang,Ming-Fong Sie. (2012). A Multistaged Fuzzy Logic.
Dadios, P. E. (2012). Fuzzy Logic - Controls, Concepts, Theories and Applications.
INTECH.
EDITYA, A. S. (2017). REALTIME AUGMENTED REALITY KONTROL. REALTIME
AUGMENTED REALITY KONTROL, 2-4.
Instrument, N. (t.thn.). Benefits of Programming Graphically in NI LabVIEW. Diambil kembali dari http://www.ni.com:
http://www.ni.com/white-paper/14556/en/
Las, I. (2006). Sifat Fisik Tanah dan Metode Analisisnya. Bogor.
Mahmudy, W. F. (2013). Algoritma Evolusi.
Malang: Program Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer (PTIIK)
Universitas Brawijaya.
Mohd Azlan Abu, M. Y. (2013). Development and simulation of an agriculture control system using fuzzy logic method and Visual Basic environment.
Development and simulation of an agriculture control system using fuzzy logic method and Visual Basic environment, 1-3.
Purnama, D. I. (2017, Juli 15). Green House. (M. Rifqi, Pewawancara)
Putri Asriya, M. Y. (2016). Rancang Bangun Sistem Kontrol Kelembaban Tanah.
Rancang Bangun Sistem Kontrol Kelembaban Tanah, 327-328.
Setyawan, G. E. (2012). Logika Fuzzy. Diambil kembali dari lecture.ub.ac.id:
gembong.lecture.ub.ac.id
Sutedjo, I. M. (2010). PENGANTAR ILMU TANAH TERBENTUKNYA TANAH DAN TANAH PERTANIAN. Rineka Cipta.
Tim Penulis PS. (2009). Budi Daya Tomat secara Komersial. Jakarta: Penebar Swadaya.
Ying Bai and Dali Wang. (2013). Fundamentals of Fuzzy Logic Control – Fuzzy Sets,. Yuwono, T. (2014). Pengantar Ilmu Pertanian.
