SMART IRRIGATION MENGGUNAKAN WIRELESS
SENSOR NETWORK BERBASIS INTERNET OF THINGS
Ummi Syafiqoh
1), Anton Yudhana
2), Sunardi
3)1
Magister Teknik Informatika, Universitas Ahmad Dahlan, Yogyakarta
2Sistem Informasi, STMIK PPKIA Tarakanita Rahmawati, Tarakan
3
Teknik Elektro, Universitas Ahmad Dahlan, Yogyakarta
1[email protected],
2[email protected],
3[email protected]
ABSTRAK
Irigasi merupakan upaya yang dilakukan manusia untuk mengairi lahan pertanian, tanpa pengairan yang cukup sebagian besar tanaman yang menjadi komoditas pertanian tidak akan tumbuh subur dan siap dipanen. Pada umumnya petani di Indonesia masih menggunakan cara tradisional dalam mengairi lahan pertanian, mereka harus menyiram tanaman satu per satu setiap pagi dan sore. Rutinitas ini cukup merepotkan dan memakan waktu yang lama, serta air yang digunakan lebih boros.Dalam dunia modern saat ini dimana proses otomatis lebih disukai daripada proses manual, telah banyak model irigasi yang dilakukan manusia diantaranya yaitu Smart Irrigation. Smart Irrigation adalah sebuah teknologi yang memungkinkan petani untuk menjadwalkan dengan tepat kapan tanaman perlu disiram dan berapa banyak air yang dibutuhkan tanaman. Dengan memanfaatkan teknologi Wireless Sensor Network dan Internet of Things, maka petani dapat memantau dan mengontrol proses pengairan tanaman dari jarak jauh dengan aplikasi Android yang dimilikinya. Penelitian ini bertujuan untuk membuat desain smart irigasi dengan aplikasi android. Parameter tanah dan air yang akan diuji pada penelitian ini adalah kelembaban tanah (soil moisture), keasaman tanah (pH) dan suhu.
Kata kunci : Smart Irrigation, Wireless Sensor Network, Internet of Things, Android.
ABSTRACT
Irrigation is an effort made by humans to irrigate agricultural land, without adequate irrigation most of the crops that become agricultural commodities will not flourish and are ready to be harvested. In general, farmers in Indonesia still use the traditional way of irrigating agricultural land, they should water the plants one by one every morning and afternoon. This routine is quite troublesome and time consuming, and the water used is more wasteful. In today's modern world where the automatic process is preferred over the manual process, many irrigation models have been done by humans such as Smart Irrigation. Smart Irrigation is a technology that allows farmers to schedule precisely when plants need watering and how much water the plants need. By utilizing Wireless Sensor Network and Internet of Things technology, farmers can monitor and control the process of irrigating plants remotely with their Android applications. This research aims to make smart irrigation design with android application. Parameters to be tested in this research are soil moisture, soil acidity (pH) and temperature.
Keywords : Smart Irrigation, Wireless Sensor Network, Internet of Things, Android.
1. PENDAHULUAN
Irigasi merupakan upaya yang dilakukan manusia untuk mengairi lahan pertanian, tanpa pengairan yang cukup sebagian besar tanaman yang menjadi komoditas pertanian tidak akan tumbuh subur dan siap dipanen. Irigasi memegang peranan yang sangat penting sebab tanaman yang membutuhkan pengairan cukup tidak hanya membutuhkan supply air pada awal penanaman atau masa-masa tertentu saja, akan tetapi pada seluruh periode. Pada umumnya petani di Indonesia masih menggunakan cara tradisional dalam mengairi lahan pertanian, mereka harus menyiram tanaman satu per satu setiap pagi dan sore. Rutinitas ini cukup merepotkan dan memakan waktu yang lama, serta air yang digunakan lebih boros.
Smart Irrigation adalah sebuah sebuah teknologi yang memungkinkan petani untuk menjadwalkan dengan tepat kapan tanaman perlu disiram dan berapa banyak air yang dibutuhkan tanaman. Dengan menggunakan sensor teknologi Internet of Things, para petani dapat memantau tingkat kelembaban tanah di sekitar tanaman mereka, tingkat keasaman tanah, serta memantau kondisi cuaca atau suhu, sehingga mereka dapat menggunakan air dengan lebih efisien dan efektif.
Teknologi utama yang digunakan disini adalah Wireless Sensor Network (WSN), yaitu teknologi yang mengarah kepada konektivitas lingkungan fisik. Pada WSN, node sensor disebar dengan tujuan untuk menangkap adanya gejala atau fenomena yang hendak diteliti. Tiap node dalam WSN dapat melakukan pemantauan lingkungan terbuka secara langsung dengan memanfaatkan beberapa macam sensor.
Internet of Things (IoT) didefinisikan sebagai sebuah konsep dimana suatu objek yang memiliki kemampuan untuk mentransfer data melalui jaringan tanpa memerlukan interaksi manusia ke manusia atau manusia ke komputer. Dengan adanya teknologi WSN dan IoT, memungkinkan petani untuk mendapat informasi yang maksimal tanpa harus berada di area sensor. Informasi dapat diakses dari jarak jauh melalui gadget seperti laptop, smartphone, remote device, server dan sebagainya.
Kajian Pustaka
Pada penelitian ini peneliti mengacu pada 5 penelitian sebelumnya. Penelitian pertama yaitu Sistem Pemantauan Kondisi Tanah Sawah Sebagai Referensi Pemupukan Padi Berbasis Wireless Sensor Network. Pada penelitian ini menggunakan 4 buah node dan routing multi point to point. Pada masing-masing node terdapat 3 buah sensor, yaitu : sensor suhu LM35, sensor kelembaban dan sensor asam-basa pH. Untuk media transmisi wireless ke server menggunakan Zig Bee XBEE S2 [1].
Pada penelitian kedua yaitu Design and Implementation of Smart Irrigation System Using Wireless Sensor Network Based on Internet of Things. Penelitian ini menggunakan Telosb Sensor untuk mengukur suhu, kelembaban, cahaya dan energi, serta sensor VH400 untuk mengukur kelembaban tanah. Node sensor tersebut diprogram menggunakan Tinyos 2.12 dengan sistem operasi Linux [2].
Pada penelitian ketiga yaitu Sistem Monitoring Kualitas Air pada Kolam Ikan Berbasis Wireless Sensor Network Menggunakan Komunikasi Zigbee. Pada penelitian ini dirancang sistem monitoring kualitas air kolam dengan 2 buah node dan dengan 2 topologi yang berbeda yaitu multipoint to point dan bus yang dikoneksikan dengan wireless sensor network. Piranti yang digunakan adalah sensor keasaman (pH), sensor suhu dan Xbee PRO sebagai media komunikasi nirkabel berstandar Zigbee [3].
Pada penelitian selanjutnya yaitu IoT Based Smart Home Garden Watering System using Raspberry Pi 3. Penelitian ini menggunakan aplikasi Android untuk mengendalikan dan memantau peralatan dan teknologi Wi-Fi sebagai komunikasi protokol untuk menghubungkan komponen sistem. Data analog yang diterima dari sensor ditransmisikan sebagai sinyal digital melalui modul Wi-Fi ke sistem Raspberry Pi 3. Sistem yang dibuat mampu memberi tahu pengguna bahwa kekurangan air muncul di suplai air utama dan pengguna juga bisa berkomunikasi dengan sistem dengan mengirim SMS atau email [4].
Pada penelitian terakhir yaitu Penyiram Tanaman Otomatis Berbasis Informasi Sinyal Sensor Kelembaban. Ini bertujuan merancang alat yang digunakan untuk menyiram tanaman secara otomatis dengan input dari sinyal sensor kelembaban tanah. Inti penyiram tanaman ini menggunakan ATMEGA8535 yang mengendalikan relay sebagai kontaktor untuk memompa air. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa percobaan dilakukan untuk membuat perbandingan antara massa air dengan massa tanah (massa tanah dalam kondisi kering) menghasilkan rata-rata perbedaan hasil pengukuran dari instrumen yang dilakukan terhadap ASM (American Standard Method) sebesar 4.391 %. [5].
Smart Irrigation
Smart Irrigation adalah sebuah sistem dimana pengairan tanaman dilakukan ketika di mana air dibutuhkan dengan jumlah yang sesuai di lokasi yang benar dan waktu terbaik untuk meningkatkan
Wireless Sensor Network (WSN)
Wireless Sensor Network atau jaringan sensor nirkabel didefinisikan sebagai salah satu jenis dari jaringan nirkabel terdistribusi, yang memanfaatkan teknologi Embedded System (sistem benam) dan seperangkat node sendor, untuk melakukan proses sensor, monitoring, perngiriman data, dan penyajian informasi ke pengguna, melalui komunikasi di internet. Sensor meliputi banyak jenis, antara lain kelembababan, radiasi, temperatur, tekanan, mekanik, gerakan, getaran, posisi dan lain-lain. Setiap jenis sensor memiliki perangkat lunak (aplikasi, sistem operasi) dan perangkat keras masing-masing, yang akan digabungkan dan dijalankan ke dalam sistem Wireless Sensor Network [6].
Internet of Things
Internet of Things atau dikenal juga dengan singkatan IoT, merupakan sebuah konsep yang bertujuan untuk memperluas manfaat dari konektivitas internet yang tersambung secara terus-menerus. Adapun kemampuan seperti berbagai data, remote control, dan sebagainya, termasuk juga pada benda di dunia nyata. Contohnya bahan pangan, elektronik, koleksi, peralatan apa saja, termasuk benda hidup yang semuanya tersambung ke jaringan lokal dan global melalui sensor yang tertanam dan selalu aktif.
2. METODE PENELITIAN
Parameter tanah dan air yang akan diuji pada penelitian ini adalah kelembaban tanah (soil moisture), keasaman tanah (pH) dan suhu, yang akan diuji menggunakan sensor berikut :
Sensor DS18B20 Waterproof
Sensor DS18B20 merupakan sensor digital yang memiliki 12-bit ADC internal. Sangat presisi, sebab jika tegangan referensi sebesar 5Volt, maka akibat perubahan suhu, ia dapat merasakan perubahan terkecil sebesar 5/(212-1) =0.0012 Volt ! Pada rentang suhu -10 sampai +85 derajat Celcius, sensor ini memiliki
akurasi +/-0.5 derajat. Sensor ini bekerja menggunakan protokol komunikasi 1-wire (one-wire).
Gambar 2.1
Sensor DS18B20 Waterproof
Sumber: https://indonesian.alibaba.com/product-detail/ds18b20-waterproof-temperature-sensors-digital-tempprobe-60544430177.html
Sensor pH Meter Analog Kit
Sensor pH Meter Analog Kit adalah alat ukur pada tingkat keasaman cairan (pH) yang menggunakan pengideraan pengukur standar industri sebagai komponen utamanya. Elektroda sensor terbuat dari membran kaca sensitif dengan impendasi kecil sehingga menghasilkan hasil pengukuran dengan respon cepat dan stabilitas terhadap suhu tinggi. Hasil pembacaan sensor bisa langsung diakses oleh mikrokontroler melalui antarmuka pH 2.0 yang terdapat pada sensor. Sensor ini sangat ideal untuk aplikasi pengukuran pH cairan dalam jangka panjang.
Gambar 2.2 Sensor pH Meter Analog Kit
Sumber : https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images? q=tbn:ANd9GcQV9Rmvg5f2omAap9mOmv0bxYXbmcw- M2EBRvbOT12CBfNFBdxw SISTEM ARSITEKTUR Gambar 2.3 Sistem Arsitektur WSN Sumber : Pratama, 2015 Dari gambar tersebut maka dapat dijelaskan sebagai berikut :
1. Sensor Node
Sensor node merupakan node yang berfungsi untuk membaca data-data yang ada di lingkungan sesuai dengan obyek yang akan dipantau. Untuk keperluan pembacaan atau penginderaan, node ini dapat dilengkapi dengan satu atau beberapa perangkat sensor.
2. Route Node
Route Node merupakan node yang berfungsi untuk meneruskan paket data dari sebuah node ke node lain. Node ini berguna untuk keperluan komunikasi Multi Hop. Dalam implementasi praktisnya terkadang sensor node juga dapat berperan sebagai router node tergantung kondisi dan peran yang akan dijalankan.
3. Sink Node
Sink Node merupakan node yang berfungsi untuk mengumpulkan data penginderaan dari Sensor Node, kemudian meneruskannya ke perangkat atau sistem lain. Misalkan saja ke database server untuk penyimpanan.
Lapisan WSN merupakan lapisan utama yang digunakan untuk mengambil data dari sensor, sedangkan lapisan server digunakan sebagai penyimpan data hasil penginderaan sensor node serta pengolahannya. Adapun lapisan terakhir merupakan lapisan aplikasi yang berisi perangkat untuk keperluan visualisasi atau analisis data bagi pengguna. Ketiganya terhubung melalui jaringan publik seperti internet, dengan integrasi jaringan internet diharapkan dapat digunakan atau agar dapat dimonitor atau dikendalikan oleh
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian sistem meliputi pengujian perangkat keras dan perangkat lunak. Pengujian dilakukan untuk mengetahui hasil kerja perangkat dan sistem yang dirancang. Pengujian dilakukan dengan melakukan percobaan untuk melihat kemungkinan kesalahan yang terjadi dari setiap proses. Pengujian bisa dirinci sebagai berikut :
Pengujian Perangkat Keras (Hardware)
Pengujian perangkat keras meliputi pengujian terhadap sensor yang digunakan yaitu sensor DS18B20 Waterproof dan sensor pH meter Analog Kit. Kedua sensor tersebut diuji dengan menggunakan sampel air yang tersedia. Adapun rincian dari pengujiannya adalah sebagai berikut :
Pengujian Sensor DS18B20 Waterproof
Pengujian sensor DS18B20 Waterproof bertujuan untuk mengetahui akurasi dari perangkat pengukur suhu yang digunakan, sehingga diketahui nilai suhu air sawah yang sebenarnya. Bahan uji yang digunakan dalam pengujian ini yaitu sampel air murni, air panas dan air dingin yang diasumsikan sebagai air sawah. Kemudian hasilnya akan dibandingkan dengan alat ukur Digital Thermostat With Probe. Hasil pengujian akurasi pengukuran suhu disajikan pada tabel 4.1.
Tabel 3.1 Pengujian Pengukuran Suhu Tanah No Sampel Air Sensor DS18B20
Waterproof Digital Thermostat With Probe Error (%) 1 Air Dingin 12.78 12.56 1.75 2 Air Murni 29.62 29.60 0.07 3 Air Panas 61.00 61.56 0.91 Rata-rata 0,91
Berdasar persamaan 1 dan 2 maka diperoleh nilai rata-rata error sensur suhu dengan sampel air dingin yaitu 1.75%, atau bisa dikatakan bahwa akurasinya adalah 98.25%. Sedangkan nilai rata-rata error sensor suhu dengan sampel air murni yaitu 0.07%, sehingga nilai akurasinya adalah 99.93%. Pada sampel dengan air panas diperoleh nilai rata-rata errornya yaitu 0.91% dan nilai akurasinya adalah 99.09%. Dari hasil pengujian dengan ketiga sampel air tersebut maka diperoleh rata-rata akurasi sensor DS18B20 yaitu 99.09%, sehingga dapat disimpulkan bahwa kinerja dari sensor sudah bekerja secara efektif.
Pengujian Sensor pH Meter Analog Kit
Pengujian sensor pH Meter Analog Kit dilakukan dengan menaruhkan probe sensor pH ke dalam tiga buah gelas yang berisi air murni, air jeruk dan air sabun yang diasumsikan sebagai air persawahan. Selanjutnya sensor pH air dihubungkan ke perangkat pengendalian Arduino Uno dan hasilnya ditampilkan melalui LCD kemudian dilakukan dengan membandingkan alat ukur pH Meter – Pen Type PH-009. Hasil pengujian akurasi pengukuran pH disajikan pada tabel 3 2.
Tabel 3.2 Pengujian Pengukuran pH Tanah No Sampel Air pH Meter
Analog Kit
Digital pH Meter
Keterangan Error (%)
1 Air Jeruk 2.88 3.50 Asam 17.71
2 Air Murni 6.39 6.80 Normal 6.03
Berdasar persamaan 1 dan 2 maka diperoleh nilai rata-rata error sensur pH dengan sampel air jeruk yaitu 17.71%, atau bisa dikatakan bahwa akurasinya adalah 82.29%. Sedangkan nilai rata-rata error sensor suhu dengan sampel air murni yaitu 6.03%, sehingga nilai akurasinya adalah 93.97%. Pada sampel dengan air sabun diperoleh nilai rata-rata errornya yaitu 2.26% dan nilai akurasinya adalah 97.74%. Dari hasil pengujian dengan ketiga sampel air tersebut maka diperoleh rata-rata akurasi sensor pH Meter Analog Kit yaitu 91.33%, sehingga dapat disimpulkan bahwa kinerja dari sensor sudah bekerja secara efektif.
PENGUJIAN PERANGKAT LUNAK (SOFTWARE)
Desain Smart Irigasi yang akan dirancang menggunakan aplikasi Android Studio. Android adalah sistem operasi mobile yang diinstal pada smart phone. Dengan aplikasi ini pengguna diharapkan dapat memantau dan mengontrol sistem pengairan tanaman dari jarak jauh dari aplikasi android mereka.
4. PENUTUP
Smart Irigasi merupakan teknologi penting yang bertujuan untuk menghemat air dalam proses pengairan tanaman. Dengan menggunakan wireless sensor network dan berbasis Internet of Things memberikan kemudahan bagi pengguna untuk memantau tanaman dari jarak jauh dan melakukan proses pengairan dengan lebih mudah.
5. DAFTAR PUSTAKA
[1]. Khoiruddin, Nur Fahmi, Emansa Asri Putra, and Dwi Harinitha, 2015, “Sistem Pemantauan Kondisi Tanah Sawah Sebagai Referensi Pemupukan Padi Berbasis Wireless Sensor Network”, Jurnal Aksara Elementer Politeknik Caltex Riau, Volume. 4, no. 2, 127-134.
[2]. N. A. Fawzi, A. Sadeq, and A. Jalal, 2017, “Design and Implementation of Smart Irrigation System Using Wireless Sensor Network Based on Internet of Things", International Journal of Scientific & Engineering Research, Volume. 8, no. 4, pp. 109–113.
[3]. Lintang, Elba, Firdaus, and Ida Nurcahyani, 2017, “Sistem Monitoring Kualitas Air pada Kolam Ikan Berbasis Wireless Sensor Network Menggunakan Komunikasi Zigbee", Prosiding SNATIF ke-4, pp. 35–40.
[4]. B. R. Sandhya, M. Pallavi, and M. Chandrashekar, 2017, “IoT Based Smart Home Garden Watering System Using Raspberry Pi 3", International Journal of Innovative Research In Science, Engineering and Technology, pp. 101–106.
[5]. Yudhana, A. dan Putra, Muhammad Caesar Febriansyah, 2016,“Penyiram Tanaman Otomatis Berbasis Informasi Sinyal Sensor Kelembaban", Prosiding Annual Research Seminar 2016, vol. 2, no. 1.pp. 277- 280
[6]. Pratama, I Putu Agus Eka and Sinung Suakanto, 2015, Wireless Sensor Network, Bandung, Penerbit Informatika.
[7]. https://indonesian.alibaba.com/product-detail/ds18b20-waterproof-temperature-sensors-digital-temp-probe-60544430177.html
[8]. https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQV9Rmvg5f2omAap9mOmv0bx Gambar 3.1
