INTISARI
Budidaya dengan tanaman menggunakan greenhouse merupakan salah satu metode yang populer untuk diaplikasikan pada beberapa jenis tanaman. Pada dasarnya kondisi yang dijaga pada greenhouse adalah kondisi lingkungan seperti suhu, kelembaban udara, kelembaban tanah, cahaya dan lain lain sehingga tumbuhan di dalam greenhouse dapat bertumbuh dengan optimal. Namun sayangnya kondisi tersebut masih belum bisa terkontrol dan terpantau dengan baik sehingga pertumbuhan tanaman masih belum maksimal. Oleh karena itu, dibuatlah sebuah sistem yang dapat mengontrol secara otomatis serta dapat memonitor greenhouse tersebut baik di lokasi maupun dari jarak yang jauh.
Sistem ini menggunakan arduino mega 2650 Rev 3 sebagai pusat kontrol dan menggunakan SHT-11 dan YL-69 sebagai sensor untuk mendeteksi kondisi di dalam greenhouse. SHT-11 merupakan sensor untuk mengukur suhu dan kelembaban udara, sementara YL-69 merupakan sensor untuk mengukur kelembaban tanah. Sebagai pengendali di dalam greenhouse terdapat tiga output kendali yaitu air Cooler, humidifier serta pompa air. Nilai pembacaan sensor akan dibandingkan dengan nilai set point yang ada untuk menggerakkan output kendali secara otomatis melalui relay. Terdapat beberapa indikator LED pada control box saat user melihat langsung kondisi greenhouse. Selain itu sistem ini dapat mengirimkan data secara nirkabel dan data akan diolah oleh sistem interface sehingga greenhouse dapat dimonitor dari jarak jauh.
Sistem ini telah berhasil dibuat dan telah dapat mengendalikan greenhouse secara otomatis sesuai dengan batas set point yang ada yaitu untuk suhu udara adalah 290C untuk set
point bawah dan 330C untuk set point atas. Pada kelembaban udara, nilai set point atas adalah 90 % dan set point bawah adalah 80% dan pada kelembaban tanah ,nilai set point bawah adalah 2 dan nilai set point atas adalah 4. Smart Greenhouse juga sudah bisa melakukan monitoring secara jarak jauh dengan menggunakan sistem interface.
ABSTRACT
Cultivation of crops using greenhouse is one popular method to be applied in some types of plants. Basically conditions are maintained in the greenhouse of environmental conditions such as temperature, humidity, soil moisture, light, and others. So the plants in the greenhouse can grow optimally. Unfortunately, these conditions still can not be controlled and monitored well so that plant growth is still not optimal. Therefore, they invented a system that can automatically control and can monitor the greenhouse either on site or from a great distance.
This system uses arduino mega 2650 Rev 3 as a control center and use the SHT-11 and YL-69 as a sensor to detect the condition in the greenhouse. SHT11 is a sensor for measuring temperature and humidity, while the YL-69 is a sensor to measure soil moisture. As a control in the greenhouse, there are three output control which are Air Cooler, Humidifier and water pumps. Value of sensor readings will be compared with the value set
point is there to move the control automatically output via relay. There are several LED
indicators on the control box when a user views a direct greenhouse conditions. Additionally the system can wirelessly transmit data and the data will be processed by the system interface so that the greenhouse can be monitored remotely.
This system has been successfully created and has been able to control greenhouse automatically in accordance with the limits set point that exists is for the air temperature is 290C for the lower set point and 330C for the upper set point. In the air humidity , the set point value is 90 % above and below the set point is 80 % and on soil moisture , below the set point value is 2 and above the set point value is 4. Smart Greenhouse also been able to monitor remotely by using the system interface.
TUGAS AKHIR
SMART GREENHOUSE BERBASIS
MIKROKONTROLER ARDUINO MEGA 2650 REV 3
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat
Memperoleh gelar Sarjana Teknik pada
Program Studi Teknik Elektro
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma
Disusun oleh :
LIKA ABRAHAM LOMO
NIM : 125114042
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
FINAL PROJECT
SMART GREENHOUSE BASED ON
ARDUINO MEGA 2650 REV 3 MICROCONTROLLER
In partial fulfillment of requirements
For the degree of Sarjana Teknik
Department of Electrical Engineering
Faculty of Science and Technology, Sanata Dharma University
LIKA ABRAHAM LOMO
NIM : 125114042
DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
iii
iv
v
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP
Motto :
“For We Live By Faith ,
Not By Sight”
2 Corinthians 5:7
vii
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK
viii
INTISARI
Budidaya dengan tanaman menggunakan greenhouse merupakan salah satu metode yang populer untuk diaplikasikan pada beberapa jenis tanaman. Pada dasarnya kondisi yang dijaga pada greenhouse adalah kondisi lingkungan seperti suhu, kelembaban udara, kelembaban tanah, cahaya dan lain lain sehingga tumbuhan di dalam greenhouse dapat bertumbuh dengan optimal. Namun sayangnya kondisi tersebut masih belum bisa terkontrol dan terpantau dengan baik sehingga pertumbuhan tanaman masih belum maksimal. Oleh karena itu, dibuatlah sebuah sistem yang dapat mengontrol secara otomatis serta dapat memonitor greenhouse tersebut baik di lokasi maupun dari jarak yang jauh.
Sistem ini menggunakan arduino mega 2650 Rev 3 sebagai pusat kontrol dan menggunakan SHT-11 dan YL-69 sebagai sensor untuk mendeteksi kondisi di dalam greenhouse. SHT-11 merupakan sensor untuk mengukur suhu dan kelembaban udara, sementara YL-69 merupakan sensor untuk mengukur kelembaban tanah. Sebagai pengendali di dalam greenhouse terdapat tiga output kendali yaitu Air Cooler, Humidifier serta Pompa air. Nilai pembacaan sensor akan dibandingkan dengan nilai set point yang ada untuk menggerakkan output kendali secara otomatis melalui relay. Terdapat beberapa indikator LED pada control box saat user melihat langsung kondisi greenhouse. Selain itu sistem ini dapat mengirimkan data secara nirkabel dan data akan diolah oleh sistem interface sehingga greenhouse dapat dimonitor dari jarak jauh.
Sistem ini telah berhasil dibuat dan telah dapat mengendalikan greenhouse secara otomatis sesuai dengan batas set point yang ada yaitu untuk suhu udara adalah 290C untuk
set point bawah dan 330C untuk set point atas. Pada kelembaban udara, nilai set point atas adalah 90 % dan set point bawah adalah 80% dan pada kelembaban tanah ,nilai set point bawah adalah 2 dan nilai set point atas adalah 4. Smart Greenhouse juga sudah bisa melakukan monitoring secara jarak jauh dengan menggunakan sistem interface.
ix
ABSTRACT
Cultivation of crops using greenhouse is one popular method to be applied in some types of plants. Basically conditions are maintained in the greenhouse of environmental conditions such as temperature, humidity, soil moisture, light, and others. So the plants in the greenhouse can grow optimally. Unfortunately, these conditions still can not be controlled and monitored well so that plant growth is still not optimal. Therefore, they invented a system that can automatically control and can monitor the greenhouse either on site or from a great distance.
This system uses arduino mega 2650 Rev 3 as a control center and use the SHT-11 and YL-69 as a sensor to detect the condition in the greenhouse. SHT11 is a sensor for measuring temperature and humidity, while the YL-69 is a sensor to measure soil moisture. As a control in the greenhouse, there are three output control which are Air Cooler, Humidifier and water pumps. Value of sensor readings will be compared with the value set
point is there to move the control automatically output via relay. There are several LED
indicators on the control box when a user views a direct greenhouse conditions. Additionally the system can wirelessly transmit data and the data will be processed by the system interface so that the greenhouse can be monitored remotely.
This system has been successfully created and has been able to control greenhouse automatically in accordance with the limits set point that exists is for the air temperature is 290C for the lower set point and 330C for the upper set point. In the air humidity , the set point value is 90 % above and below the set point is 80 % and on soil moisture , below the set point value is 2 and above the set point value is 4. Smart Greenhouse also been able to monitor remotely by using the system interface.
x
KATA PENGANTAR
Syukur dan terima kasih kepada Tuhan Yesus Kristus karena dengan segala
berkat dan bimbingan-Nya maka tugas akhir dengan judul “SMART GREENHOUSE
BERBASIS MIKROKONTROLER ARDUINO MEGA 2650 REV 3” dapat diselesaikan
dengan baik. Selama menulis tugas akhir ini, penulis menyadari bahwa ada begitu
banyak pihak yang telah memberikan bantuan dengan cara masing – masing, sehingga
tugas akhir ini bisa diselesaikan. Oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terima
kasih kepada:
1. Bapak dan Ibu serta adik-adik saya, terima kasih untuk semua perhatian ,
doa dan dukungan sehingga saya dapat menyelesaikan tulisan ini
2. Bapak Sudi Mungkasi, Ph.D.selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi
Univesitas Sanata Dharma.
3. Bapak Dr. Linggo Sumarno selaku dosen pembimbing yang dengan penuh
kesabaran membimbing, memberikan saran dan kritik yang membantu
penulis dalam menyelesaikan tulisan ini.
4. Bapak Martanto, S.T., M.T dan Djoko Untoro Suwarno, S.Si, M.T sebagai
dosen penguji.
5. Seluruh dosen prodi Teknik Elektro dan laboran yang telah memberikan ilmu
pengetahuan kepada penulis selama kuliah.
6. Teman – teman prosdi Teknik Elektro angkatan 2012, atas kebersamaannya ,
bantuan dan bimbingan mereka selama penulis menjalani studi.
7. Teman-teman PMK APOSTOLOS, Cece, nenu, dovan, imas, ana, dan
teman-teman yang lain atas kebersamaan didalam persekutuan yang
mendukung didalam doa serta semangat untuk menyelesaikan tulisan ini.
8. Semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu atas bantuan,
bimbingan, kritik dan saran.
Dengan rendah hati penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari
sempurna, oleh karena itu berbagai kritik dan saran untuk perbaikan tugas akhir ini sangat
diharapkan. Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak terima
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL (Bahasa Indonesia) ... i
HALAMAN JUDUL (Bahasa Inggris) ... ii
LEMBAR PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP ... vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... vii
INTISARI ... viii
ABSTRACT ... ix
KATA PENGANTAR ... x
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR TABEL ... xv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Tujuan dan Manfaat Penelitian ... 2
1.3 Batasan Masalah ... 3
1.4 Metodologi Penelitian ... 3
BAB II DASAR TEORI ... 5
2.1 Sistem Greenhouse ... 5
2.1.1 LOW Tech Greenhouse ... 5
2.1.2 Medium- Tech Greenhouse ... 5
2.1.3 High-Tech Greenhouse ... 5
2.1.3.1 Temperatur / Suhu ... 6
2.1.3.2 Kelembaban udara & Tanah ... 7
2.1.3.3 Tanaman Hias Ruangan ... 7
2.2 Modul Mikrokontroler Arduino mega 2560 R3 ... 7
2.2.1 Perangkat Lunak Arduino ... 11
2.3 Temperature and Humidity Sensor (SHT11) ... 11
2.3.1 Antarmuka SHT 11 ... 13
2.4 Soil Moisture Sensor (YL-69) ... 15
2.5 LCD ... 16
2.6 Data Logging Shield V1.0 ... 17
2.7 Transistor ... 18
2.8 Relay ... 20
2.9 LED (Light Emitting Dioda) ... 21
xii
BAB III RANCANGAN PENELITIAN ... 25
3. 1 Diagram Blok Sistem ... 25
3. 2 Perancangan Perangkat Keras Mekanik ... 26
3. 3 Perancangan Perangkat Keras Elektronika ... 28
3.3.1 Rangkaian Input Sensor ... 29
3.3.2 Rangkaian Output Kendali ... 29
3.3.3 Rangkaian Output LCD... 30
3.3.4 Rangkaian Data Logging Shield V1.0 ... 31
3.3.5 Rangkaian Push button ... 32
3.3.6 Rangkaian LED ... 33
3.3.7 Rangkaian Keseluruhan & Alokasi Pin... 34
3. 4 Perancangan Diagram Alir ... 36
3.4.1 Perancangan Program Utama ... 36
3.4.2 Subrutin Pengambilan Data Sensor ... 38
3.4.3 Subrutin Kendali ... 39
3.4.4 Subrutin Tombol Status ... 41
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 42
4.1 Bentuk Fisik Smart Greenhouse Dan Sub Sistem Elektronik ... 43
4.1.1 Bentuk Fisik Smart Greenhouse Dan Control box Sistem ... 43
4.1.2 Sub Sistem Elektronik Alat ... 46
4.1.3 Cara Penggunaan Alat ... 46
4.2 Pengujian Alat ... 46
4.2.1 Pengujian Data Logging Shield ... 46
4.2.2 Pengujian Indikator LED Tampilan LCD ... 48
4.2.3 Pengujian Push button ... 49
4.2.4 Pengujian Sensor ... 50
4.3 Pengujian Sistem Secara Keseluruhan ... 52
4.4 Analisa Software ... 56
4.4.1 Program Mikrokontroler ... 56
4.5 Analisa Error Pada Program ... 62
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 64
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. 1 Diagram Blok Sistem ... 2
Gambar 2. 1 Arduino mega 2560 R3 Tampak Depan dan Tampak Belakang [4][5...9
Gambar 2. 2 Alokasi Penempatan Pin Arduino mega 2560 R3 [4][5] ... 9
Gambar 2. 3 Tampilan IDE arduino ... 10
Gambar 2. 4 Sensor SHT 11 ... 12
Gambar 2. 5 Rangkaiam Sensor SHT11 dengan Mikrokontroller[6] ... 12
Gambar 2. 6 Contoh urutan pengukuran untuk nilai "0000'1001 '0011 '000' = 2353 =
75.79%RH ... 14
Gambar 2. 7 YL-69 Soil Moisture Sensor [7] ... 15
Gambar 2. 8 LCD 16x4 [10] ... 16
Gambar 2. 9 RTC DS1307 & Data logging shield [8][9] ... 17
Gambar 2. 10 Pemberian Tegangan Kerja pada Transistor & Tipe PNP,NPN transistor [13] ... 18
Gambar 2. 11 Pulsa Keluaran 1,0 pada Mikrokontroller [13] ... 19
Gambar 2. 12 Rangkaian Transistor dan relay sebagai saklar ... 19
Gambar 2. 13 Konstruksi relay normally open [12] ... 20
Gambar 2. 14 Konstruksi relay normally close [12] ... 21
Gambar 2. 15 Simbol dan bentuk fisik LED[11]... 22
Gambar 2. 16 Rangkaian dasar LED[14] ... 22
Gambar 2. 17 komponem pengenndali (a) air cooler (b) humidifier (c) pompa air ... 23
Gambar 3. 1 Pembagian Sistem...25
Gambar 3. 2 Design prototype smart greenhouse ... 27
Gambar 3. 3 Tampak Atas ... 27
Gambar 3. 4 Tampak depan ... 27
Gambar 3. 5 Tampak Samping ... 28
Gambar 3. 6 Desain box monitoring pada greenhouse ... 28
Gambar 3. 7 Perancangan Input Sensor... 29
Gambar 3. 8 Perancangan Output kendali ... 30
Gambar 3. 9 Perancangan LCD ... 31
Gambar 3. 10 Perancangan data logging Shield V1.0 ... 32
Gambar 3. 11 Perancangan Push button ... 33
Gambar 3. 12 Perancangan LED ... 34
Gambar 3. 13 Perancangan elektronika keseluruhan smart greenhouse ... 35
Gambar 3. 14 Diagram Alir Program Utama ... 37
Gambar 3. 15 Diagram Alir Subrutin Pengambilan Data Sensor ... 38
Gambar 3. 16 Diagram Alir Subrutin Kendali ... 39
Gambar 3. 17 Diagram Alir Subrutin Tombol Status ... 40
Gambar 4. 1 Bentuk fisik smart greenhouse...42
Gambar 4. 2 Alat - alat dalam dari smart greenhouse ... 43
Gambar 4. 3 Bentuk fisik Control box smart greenhouse ... 44
Gambar 4. 4 Bagian dalam Control box dan tampak samping Control box ... 44
Gambar 4. 5 Sub sistem elektronik smart greenhouse ... 45
Gambar 4. 6 Pengujian RTC saat dimatikan dan dihidupkan kembali dalam 1 menit ... 47
Gambar 4. 7 Hasil penyimpanan data pada SD card ... 47
Gambar 4. 8 Kondisi indikator LED dengan nilai parameter pada LCD ... 48
xiv
Gambar 4. 10 Hasil tampilan LCD sebelum start dan sesudah start ... 49
Gambar 4. 11 Saat tombol Start/Stop ditekan ... 50
Gambar 4. 12 Saat tombol status input sensor dan status output sensor ditekan ... 50
Gambar 4. 13 Saat tombol data yang terkirim dan tombol restart ditekan ... 50
Gambar 4. 14 Perbandingan nilai sensor SHT 11 dan alat ukur HTC-2 ... 51
Gambar 4. 15 Gambar sampel dalam pengujian karakteristik sensor ... 52
Gambar 4. 16 Grafik suhu terhadap waktu ... 53
Gambar 4. 17 Grafik kondisi Air cooler terhadap waktu ... 54
Gambar 4. 18 Grafik kelembaban udara terhadap waktu ... 54
Gambar 4. 19 Grafik kondisi humidifier terhadap waktu ... 55
Gambar 4. 20 Grafik kondisi kelembaban tanah terhadap waktu ... 55
Gambar 4. 21 Grafik kondisi pompa air terhadap waktu ... 56
Gambar 4. 22 Setting Timer ... 57
Gambar 4. 23 List program loop (subrutin pengambilan data sensor) ... 57
Gambar 4. 24 List program loop ( pengiriman ke sistem interface ) ... 58
Gambar 4. 25 List Program loop (Subrutin kendali) ... 59
Gambar 4. 26 List program loop (penyimpanan data pada SD card) ... 60
Gambar 4. 27 List program loop (saat tombol stop ditekan) ... 60
Gambar 4. 28 List Program loop (cek kondisi tombol) ... 61
Gambar 4. 29 Pengujian waktu pengambilan data sensor ... 62
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Kondisi Suhu Yang Cocok Pada Tanaman ... 6
Tabel 2. 2 Keterangan Pin Arduino mega 2560 R3 [4][5]... 10
Tabel 2. 3 Keterangan Tombol pada Tampilan IDE arduino [4][5] ... 11
Tabel 2. 4 Konfigurasi Pin out SHT 11 [9] ... 13
Tabel 2. 5 Daftar perintah SHT 11 ... 13
Tabel 2. 6 Konfigurasi Pin LCD [10] ... 16
Tabel 2. 7 Konfigurasi Pin Data Logging Shield V1.0 ... 18
Tabel 3. 1 Alokasi Pin Arduino mega 2650...34
Tabel 3. 2 Format Paket Data ... 37
Tabel 3. 3 Kondisi pengendalian sistem smart greenhouse ... 40
Tabel 4. 1 Keterangan dan fungsi alat pada smart greenhouse... ...43
Tabel 4. 2 Keterangan dan fungsi sistem elektronik pada smart greenhouse ... 45
Tabel 4. 3 Kondisi setiap paramater untuk menghidupkan LED sebagai indikator ... 48
Tabel 4. 4 Perbandingan nilai suhu udara dengan alat ukur ... 51
Tabel 4. 5 Perbandingan nilai kelembaban udara dengan alat ukur ... 51
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Pertanian Indonesia merupakan salah satu penghasil komuditas unggulan baik untuk
konsumsi dalam negeri maupun luar negeri. Hal ini menyebabkan semakin banyaknya
metode pertanian yang terus dikembangkan. Salah satu metode yang banyak digunakan
adalah rumah kaca atau yang biasa disebut greenhouse. Greenhouse atau yang lebih
dikenal dengan kumbung di Indonesia secara umum dapat di definisikan sebagai bangunan
kontruksi yang berfungsi untuk menghindari dan memanipulasi kondisi lingkungan agar
tercipta kondisi lingkungan yang dikehendaki dalam pemeliharaan tanaman nantinya
tanaman akan lebih terkontrol dan pertumbuhan akan lebih maksimal dibandingakan
dengan tanaman yang dibudidayakan di luar greenhouse namun pembangunan greenhouse
belum sepenuhnya disesuaikan dengan iklim di tempat membangun greenhouse tersebut.
Pengontrolan greenhouse juga masih banyak menggunakan cara manual sehingga harapan
terpenuhinya kuantitas, kualitas dan kontinyuitas produksi belum optimal karenanya
diperlukan upaya-upaya perbaikan kualitas greenhouse sehingga nantinya pertanian
dengan menggunakan greenhouse dapat menghasilkan hasil yang optimal. Berdasar hal
tersebut, penulis ingin membuat sistem smart greenhouse yang otomatis dan dapat
dimonitoring secara jarak jauh, namun untuk sistem ini penulis akan berfokus pada sistem
kendali pada smart greenhouse saja. Sistem kendali smart greenhouse ini sudah dilengkapi
dengan sensor dan sistem pengendali, sehingga dengan sistem ini suhu dan kelembaban
pada greenhouse dapat dikendalikan. Sistem juga dapat mengetahui kebutuhan air pada
tanah sehingga nantinya sistem dapat menyiram tanaman secara otomatis sesuai dengan
kebutuhan tanaman.
Sudah terdapat beberapa penelitian mengenai greenhouse ini, seperti yang telah
dibuat oleh Subhi P mahasiswa IPB dengan judul “Rancang bangun prototipe sistem
kontrol temperature greenhouse melalui jaringan wireless berbasis mikrokontroler Dstni”.
Pada penelitian tersebut greenhouse dibuat agar temperatur dapat dikendalikan di dalam
greenhouse tersebut [1]. Menggunakan mikrokontroler yang berbebeda penulis akan
membuat greenhouse tersebut namun dengan tambahan sistem irigasi dan pengendalian
Sistem pada alat ini berbasis mikrokontroler yaitu arduino mega 2650 rev 3 dengan
menggunakan menggunakan 2 sensor yaitu sht 11 dan YL-69 seperti yang ditunjukkan
pada diagram blok di gambar 1.1. Data yang dibaca sensor – sensor tersebut berupa data
digital dan analog yang nantinya akan diolah oleh mikrokontroler arduino mega. Nilai dari
input sensor akan dibandingkan dengan nilai set point yang telah ada ada, yang nantinya
akan digunakan pada sistem kendali. Nilai itu akan menghidupkan atau mematikan sistem
kendali. Data pengukuran suhu akan ditampilkan pada LCD dan terdapat juga LED untuk
memperlihatkan beberapa indikator kondisi ruangan yang ada pada greenhouse. Data itu
juga akan dikirim dengan menggunakan modul komunikasi Xbee pro S2B dan data akan
diterima oleh reciever pada PC.
1.2
Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah menghasilkan suatu sistem kendali smart greenhouse
secara otomatis berbasis mikrokontroler arduino mega yang nantinya juga dapat
mengirimikan data nilai input sensor ke PC untuk monitoring greenhouse. Manfaat dari
penelitian ini adalah membantu dan mempermudah petani dalam monitoring serta kendali
pada greenhouse.
1.3
Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah:
Menggunakan Arduino mega 2650 rev 3 sebagai pusat kontrol.
Menggunakan 2 sensor yaitu sht 11dan yl-69 kondisi yang diukur adalah kelembaban tanah kelembabam udara dan suhu udara.
Terdapat 3 output pengendali yaitu Air cooler, humidifier & Pompa Air serta terdapat LCD dan LED sebagai penampil dan indikator.
Terdapat input push button yang digunakan untuk memeperlihatkan status
input dan output pada greenhouse serta data yang terkirim ke sistem interface.
Data dari sensor dibuat menjadi paket data yang nantinya ditampilkan pada LCD serta terdapat juga LED sebagai indikator beberapa kondisi pada
greenhouse.
Greenhouse yang digunakan merupakan prototype dengan ukuran p x l x t =
70 cm x 80 cm x 60 cm dengan design yang lebih rinci yang dijelaskan pada
bab 3.
1.4
Metodologi Penelitian
Metode penulisan yang digunakan adalah:
Studi literatur berupa pengumpulan referensi buku, internet, jurnal, dan artikel.
Studi kasus terhadap alat yang sudah dibuat sebelumnya. Tahap ini dilakukan untuk memahami prinsip kerja dari alat yang telah dibuat sebelumnya.
Perancangan sistem hardware dan software. Tahap ini bertujuan mencari bentuk model yang optimal dari sistem yang dibuat dengan mempertimbangkan dari
berbagai faktor permasalahan dan kebutuhan yang telah ditentukan.
Pembuatan sistem hardware dan software. Sistem bekerja apabila, unit dapat mengambil data setiap sensor lalu dibandingkan dengan nilai setpoint yang
sudah ada. Nantinya dari hasil pembandingan itu akan menghidupkan sistem
kendali untuk mengubah kondisi greenhouse seperti nilai setpoint yang sudah
ada.
mengendalikan greenhouse atau tidak. Penyimpulan hasil perancangan dapat
dilakukan dengan cara menghitung kesalahan pada pengendalian smart
5
BAB II
DASAR TEORI
2.1
Sistem Greenhouse
Greenhouse dirancang dalam bentuk yang berbeda untuk kondisi iklim yang berbeda.
Suatu tanaman memiliki syarat-syarat kondisi tertentu yang merupakan kondisi yang
membantu tanaman tersebut untuk tumbuh subur dan lebih produktif. Penyesuaian iklim di
dalam greenhouse seharusnya dapat dioptimalkan melalui sistem yang dapat membuatnya
sama dengan iklim yang dibutuhkan dalam menanam tanaman tersebut. Berikut ini
beberapa sistem greenhouse yang didasarkan pada teknologi dalam konstruksinya[1][2].
2.1.1
LOW Tech Greenhouse
Greenhouse ini sangat sederhana, dibuat dari bambu, timber atau material lainnya.
Pada LOW tech tidak ada kontrol spesifik untuk meregulasi parameter lingkungan yang ada
pada greenhouse. Teknik sederhana digunakan untuk menaikkan dan menurunkan
temperatur serta kelembaban. Intensitas cahaya dapat dikurangi dengan menggunakan
bahan penutup atau tirai. Temperatur dapat dikurangi dengan membuat celah ventilasi pada
dinding. Tipe pada tipe ini cocok pada zona iklim dingin. [1][2]
2.1.2
Medium- Tech Greenhouse
Tipe greenhouse ini dibangun dari Glavished Iron (G.I). Sampul canopy dibuat
dengan struktur dan sekrup untuk mempermudah. Keseluruhan struktur kokoh dan kuat
terhadap angin. Pemanas dan pendingin digunakan untuk mengatur temperatur, begitu juga
alat pengatur kelembaban. Sistem ini semiautomatik, sehingga butuh banyak perhatian dan
penjagaan. Kemudian banyak membutuhkan tenaga manusia untuk menjaga lingkungan
idealnya. Tipe ini cocok untuk zona iklim kering dan komposit.[1][2]
2.1.3
High-Tech Greenhouse
Pada tipe ini banyak faktor lingkungan pada greenhouse yang dikontrol dalam satu
waktu [1][2]. Dalam sistem kontrol terdapat sensor, komparator dan operator, signal
receiver. Semua sistem kontrol diusahakan agar merepresentasikan kondisi yang dibaca
variabel, membandingkan dengan pengukuran dalam nilai standar. Adapun yang dikontrol
lebih banyak seperti sistem kontrol temperature, sistem kontrol kelembaban, sistem kontrol
tekanan, sistem kontrol pewaktuan, dan sistem kontrol pencahayaan.
Pada pembuatan alat ini, penulis berkonsetrasi pada sistem kontrol temperatur,
sistem kontrol kelembaban dalam hal ini terdapat 2 hal yaitu udara dan tanah sebagai
irigasi. Berikut ini adalah pengaruh-pengaruh temperatur serta kelembaban udara serta
kelembaban tanah pada tanaman.
2.1.3.1
Temperatur / Suhu
Temperatur atau Suhu sangat berpengaruh pada pertumbuhan tanaman, beberapa
proses pada tanaman yag dipengaruhi oleh suhu adalah proses transpirasi, proses
fotosintetis, serta proses respirasi pada tanaman. Saat temperatur atau suhu tersebut dapat
dijaga dengan baik, pertumbuhan tanaman akan lebih maksimal.Pada evaluasi lahan atau
mencari lokasi untuk tanaman, suhu udara yang digunakan adalah suhu rata-rata tahunan.
Dalam evaluasi kesesuaian lahan tidak berdasarkan suhu kardinal tersebut, tetapi
berdasarkan pembatas pertumbuhan, maka dibuat kisaran suhu pada tabel 2.1 yang
termasuk dalam S1 (sangat sesuai), S2 (cukup sesuai), S3 (sesuai marginal), dan N (tidak
sesuai).
2.1.3.2
Kelembaban udara & Tanah
Kelembaban udara & tanah sangat erat kaitanya dengan kadar air yang dibutuhkan
oleh tanaman. semakin lembab kondisinya pertumbuhan tanaman akan lebih baik dan
maksimal. Kelembaban ini sendri berbanding terbalik dengan temperatur/suhu. Semakin
tinggi suhunya semakin kecil nilai kelembabannya begitupun sebaliknya. Pengaruh
kelembaban pada tanaman hampir sama seperti suhu karena pada dasarnya tumbuhan
sangat membutuhkan air. kelembaban udara & tanah berpengaruh terhadap proses
transpirasi, proses penyerapan air baik itu dari akar ataupun daun, serta proses respirasi dan
fotosintetis.[3]
2.1.3.3
Tanaman Hias Ruangan
Tanaman hias yang akan ditempatkan dalam ruangan berasal dari alam terbuka dan
mempunyai sifat pembawaan yang berbeda-beda, tergantung jenisnya. Beberapa jenis
mempunyai sifat pembawaan mampu hidup dalam ruangan yang minim cahaya, udara
segar bahkan pada kelembaban relatif yang kurang. Jenis-jenis inilah sebetulnya yang
terpilih atau disebut tanaman hias untuk ruangan, tetap indah, sehat dan menarik meski
dalam kondisi lingkungan yang minimum [1]. Jenis-jenisnya antara lain :
Ruangan teduh dan sejuk yaitu jenis-jenis paku, maranta,philodendron.
Ruangan terang tapi tidak ada matahari yaitu monster, scindapsus,
zebrina.
Ruangan agak kesinaran matahari langsung saat siang yaitu
chlorophytum, cordyline, ficus decora, peperomia, sanseviera.
Ruangan bercahaya langsung dekat jendela yaitu coleus, ficus benjamina,
kalanchoe.
Ruangan kering dan terang yaitu aechmea, agave, ficus decora,
sanseviera, vriesia, jenis-jenis kaktus, jenis-jenis sukulen.[7]
2.2
Modul Mikrokontroler Arduino mega 2560 R3
Arduino adalah sebuah platform elektronik yang open source dan memiliki situs
resmi di www.arduino.cc. Situs resmi ini memberikan banyak hal yang dapat digunakan
diunduh secara gratis, pengenalan produk-produk terbaru arduino, dan penyedia referensi
yang sangat membantu saat melakukan pemrograman dengan software arduino.
Nama arduino tidak hanya digunakan untuk menamai board rangkaiannya saja, tetapi
juga untuk menamai bahasa dan software pemrogramannya, serta lingkungan
pemrogramannya atau yang dikenal dengan sebutan Integrated Development Environment
(IDE). Beberapa kelebihan mikrokontroler arduino dibandingkan dengan platform
hardware mikrokontroler lainnya adalah [4][5] :
Modul arduino adalah sebuah platform elektronik yang open source yang berbasis
pada kemudahan dan fleksibilitas penggunaan hardware dan software. Artinya pembaca
dapat mengunduh software dan gambar rangkaian arduino tanpa harus membayar kepada
pembuat arduino. IDE arduino merupakan multiplatform yang dapat dijalankan di berbagai
sistem operasi seperti windows, macintosh, dan linux. Modul arduino mudah digunakan
sebagai sebuah platform komputasi fisik yang sederhana serta menerapkan bahasa
pemrograman processing. Modul arduino merupakan platform interaktif karena dapat
mengambil masukan dari berbagai tombol atau sensor, mampu mengendalikan berbagai
lampu, motor, dan output fisik lainnya.
Modul arduino dapat berdiri sendiri, atau dapat melakukan komunikasi dengan
software yang berjalan di komputer seperti flash, processing, dan maxMSP. Pemrograman
arduino menggunakan kabel yang terhubung dengan port Universal Serial Bus (USB),
bukan port serial. Fitur ini sangat berguna karena banyak komputer sekarang ini tidak
memiliki port serial. Biaya yang dibutuhkan untuk membeli modul arduino cukup murah,
sehingga tidak terlalu menakutkan untuk membuat kesalahan.
Proyek arduino ini dikembangkan dalam dunia pendidikan, sehingga bagi pemula
akan lebih cepat dan mudah untuk mempelajarinya. Proyek arduino memiliki banyak
pengguna dan komunitas di internet yang dapat membantu setiap kesulitan yang dihadapi.
Arduino sudah memproduksi begitu banyak sistem minimum. Beberapa di antaranya
adalah arduino uno, arduino leonardo, arduino ue, arduino mega 2560, arduino mega
ADK, arduino mikro, arduino duemilanove, arduino nano. Dalam pembuatan tugas akhir
ini, akan digunakan salah satu produk arduino yang dikenal dengan nama arduino mega
2560 R3.
Arduino mega 2560 seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.7 adalah sebuah board
mikrokontroler yang berbasis pada IC ATmega 2560. Arduino mega 2560 memiliki 54
tersebut, 15 pin di antaranya dapat digunakan sebagai output Pulse Width Modulation
(PWM), memiliki 16 buah pin analog input, 4 buah pin UARTs yang berfungsi sebagai
port serial hardware, sebuah osilator kristal 16 MHz, sebuah jack female untuk koneksi
USB, jack female adaptor, dan sebuah tombol reset [4][5]. Dalam penelitian ini IC
mikrokontroler yang digunakan adalah ATmega 2560. mikrokontroler ATmega 2560
berbentuk persegi dengan jumlah pin sebanyak 100 buah pin. ATmega 2560 memiliki
kemampuan untuk mengeksekusi instruksi program dalam satu siklus clock tunggal,
sehingga ATmega 2560 mampu mengoptimalkan konsumsi daya dibandingkan kecepatan
pemrosesan program.
Gambar 2. 1 Arduino mega 2560 R3 Tampak Depan dan Tampak Belakang [4][5
2.2.1
Perangkat Lunak Arduino
Lingkungan pemrograman arduino dikenal dengan Integrated Development
Environment (IDE) [4][5]. Lingkungan pemrograman yang digunakan untuk menulis baris
program dan mengunggahnya ke dalam board arduino dibuat lebih mudah dan dapat
berjalan pada beberapa sistem operasi seperti windows, macintosh, dan linux.
IDE arduino membutuhkan beberapa pengaturan yang digunakan untuk mendeteksi
board arduino yang sudah dihubungkan ke komputer. Beberapa pengaturan tersebut adalah
mengatur jenis board yang digunakan sesuai dengan board yang terpasang dan mengatur
jalur komunikasi data melalui perintah serial port. Kedua pengaturan tersebut dapat
ditemukan pada pull down menu tools.
2.3
Temperature and Humidity Sensor (SHT11)
SHT 11 merupakan suatu sensor keluarga Sensirion yang digunakan untuk
melakukan pengukuran kelembaban dan suhu. Sensor kelembaban digital dan suhu SHT11
adalah seri sensor versi serba “reflow” yang menggabungkan akurasi yang baik dengan
harga yang kompetitif. Sensor kelembaban kapasitif tersedia sampai dengan volume yang
tinggi dan sebagai setiap jenis sensor lainnya dari keluarga SHTxx, sensor ini sepenuhnya
dikalibrasi dan menyediakan output digital. Terdapat beberapa fitur dari sensor ini, pada
data Sheet dijelaskan Fitur-Fitur Tersebut diantaranya sebagai berikut [6]
Output digital dan telah terkalibrasi
Antarmuka : 2-wire serial (bukan I2C). Dapat menggunakan protokol I2C standar
Supply : 2,4 - 5,5 VDC.
Sensor kelembaban : range = 0-100 %RH, resolusi = 0,03 %RH, akurasi = +/-3,0 %RH.
Sensor suhu : range = -40 to +123,8 C, resolusi = 0,01 C, akurasi = +/-0,4 C
Sensor bekerja stabil dalam kisaran normal yang direkomendasikan. Risiko jangka
panjang untuk kondisi di luar jangka normal, terutama pada kelembaban> 80% RH,
mungkin sementara mengimbangi sinyal RH (+3% RH setelah 60h). Setelah kembali ke
kisaran normal dengan sendirinya perlahan-lahan akan kembali menuju keadaan kalibrasi.
Prosedur rekondisi untuk mempercepat menghilangkan offset. paparan berkepanjangan
dalam kondisi ekstrim dapat mempercepat penuaan/kerusakan [6].
Tegangan pasokan SHT11 harus berada dalam kisaran 2,4 -5.5V, tegangan suplai
yang disarankan adalah 3.3V. Power supply pin Supply Voltage (VDD) dan Ground (GND) Gambar 2. 4 Sensor SHT 11
harus dipisahkan dengan kapasitor 100 nF. Antarmuka serial SHT11 yang dioptimalkan
untuk sensor pembacaan dan konsumsi daya yang efektif. Sensor tidak dapat ditangani
oleh protokol I2C, namun, sensor dapat dihubungkan ke bus I2C tanpa gangguan dengan
perangkat lain yang terhubung ke bus. Controller harus beralih antara protokol. Kelebihan
dari sensor ini sendiri adalah Telah dikalibrasi sepenuhnya,Keluaran digital,Rendah
konsumsi daya,dan stabilitas jangka panjang yang baik [6]
2.3.1
Antarmuka SHT 11
Untuk memulai suatu transmisi, sekuensial "Transmission Start" harus dikeluarkan,
[image:30.595.81.512.205.681.2]yang terdiri dari suatu penurunan garis DATA saat SCK dalam keadaan HIGH (berlogika Tabel 2. 4 Konfigurasi Pin out SHT 11 [9]
1), kemudian diikuti oleh suatu pulsa rendah (berlogika 0) di SCK dan mengangkat DATA
kembali saat SCK masih dalam keadaan HIGH (berlogika 1). Perintah berikutnya terdiri
dari 3 bit alamat (bit "000") dan 5 bit perintah. SHT11 menunjukkan penerimaan yang
tepat dari setiap perintah dengan menarik pin DATA LOW (ACK bit) setelah penurunan
dari clock SCK ke-8. Garis DATA dilepaskan (dan menjadi HIGH) setelah penurunan dari
clock SCK ke-9. Pada tabel 2.5 merupakan daftar perintah SHT 11.
Setelah mengeluarkan perintah pengukuran ('00000101' untuk RH dan '00000011'
untuk Suhu) seperti pada tabel. mikrokontroler harus menunggu untuk penyelesaian
pengukuran. Hal ini membutuhkan rata-rata 11/55/210 ms untuk pengukuran 8/12/14 bit.
Ketepatan waktu bervariasi hingga :1:15% dari kecepatan osilator internal. Untuk
penyelesaian sinyal dari sebuah pengukuran, SHT-ll menurunkan garis data dan masuk
pada mode idle. mikrokontroler harus menunggu hingga sinyal "data ready" sebelum SCK
memulai kembali untuk mengeluarkan data. Pengukuran data disimpan hingga dikeluarkan
kembali. Selanjutnya, mikrokontroler dapat melanjutkan tugas-tugas berikutnya. Dua byte
dari pengukuran dan satu byte dari CRC checksum yang kemudian akan dikirimkan.
mikrokontroler harus menjawab tiap byte dengan menarik garis DATA menjadi LOW.
Semua nilai-nilai pertama adalah MSB (Contohnya SCK kelima adalah MSB untuk nilai Gambar 2. 6 Contoh urutan pengukuran untuk nilai "0000'1001 '0011 '000'
12bit dan untuk hasil 8bit, byte pertama tidak dipergunakan). Komunikasi berakhir setelah
menjawab bit dari CRC data. Jika CRC - 8 checksum tidak digunakan, maka pengontrol
akan mengakhiri komunikasi setelah pengukuran data LSB dengan menyimpan ACK
HIGH. Alat secara otomatis kembali pada mode "sleep" setelah pengukuran dan
komunikasi telah berakhir. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada gambar 2.6.
2.4
Soil Moisture Sensor (YL-69)
Ini merupakan electrical resistance sensor. Sensor ini terdiri dari dua elektroda
Sehingga sensor kelembaban tanah ini dapat membaca kadar air di sekitarnya. Arus akan
dilewatkan pada elektroda melalui tanah dan perlawanan terhadap arus dalam tanah akan
menentukan nilai kelembaban tanah. Di sisi lain ketika kelembaban tanah rendah modul
sensor pada output tingkat resistensinya akan tinggi sementara jika kelmbapan tanah tinggi
tingkat resitansinya akan rendah. pada sensor ini terdapat driver untuk masukan tegangan
serta keluaran sehingga sensor ini memiliki dua output yaitu digital dan analog. Keluaran
digital yang mudah digunakan namun tidak seakurat output analog. pada gambar 2.7
ditunjukkan model sensor YL-69 serta drivernya.[7]
Berikut ini adalah Spesifikasi dari YL-69[7] :
Vcc power supply : 3.3V or 5V
Current : 35mA
Signal output voltage : 0-4.2V
Outputs : Analog dan Digital
Panel Dimension : 3.0cm by 1.6cm
[image:32.595.89.522.229.747.2]Probe Dimension : 6.0cm by 3.0cm
2.5
LCD
LCD (liquid cell display) merupakan salah satu alat komponen elektronika yang
berfungsi untuk menampilkan data berupa karakter, huruf, angka dll [10]. Nantinya pada
penerapanya LCD ini akan menampilkan beberapa status dari smart greenhouse ini.LCD
tipe ini memiliki 4 baris dimana masing-masing baris memuat 16 karakter. Selain sangat
mudah dioperasikan, kebutuhan daya LCD ini sangat rendah [10]. Sementara untuk
[image:33.595.86.509.226.769.2]konfgurasi pin dapat dilihat pada tabel 2.6 berikut
Gambar 2. 8 LCD 16x4 [10]
2.6
Data Logging Shield V1.0
Data logging Shield sudah dilengkapi dengan soket SD card serta RTC yang dapat
berkomuniasi dengan Arduino melalui pin SPI. SD card ini dapat digunakan untuk
menyimpan data dari Arduino dan untuk menyimpan file untuk ditampilkan pada LCD
berupa karakter huruf maupun gambar. Arduino membutuhkan library SD.h untuk dapat
berkomunikasi dengan SD card. Library SD.h hanya dapat membaca SD card dengan
format FAT16 dan kapasitas maksimal 2 Giga Byte (GB), Dari Shield itu terdapat RTC
DS1307 yang merupakan IC berdaya rendah yang bekerja dengan binary coded desimal
(BCD) dalam perhitungan jam atau kalender yang dilengkapi dengan non-volatile Static
Random-Access Memory (NVSRAM) sebesar 56 byte [8][9]. NVSRAM merupakan
teknologi pengganti dari sistem battery backed static random-access memory (BBSRAM).
Teknologi NVSRAM dan BBSRAM dapat bekerja dengan tenaga cadangan yang diperoleh
dari baterai koin 3V atau 3,3V. Teknologi NVSRAM merupakan pengembangan dari
teknologi standar SRAM. Teknologi NVSRAM memiliki dua kemampuan tambahan selain
untuk membaca dan menulis data seperti yang dimiliki oleh teknologi SRAM. Kemampuan
tambahan tersebut antara lain adalah untuk menyimpan dan mengingat data. Teknologi
SRAM masih digunakan oleh DS1307 ketika proses membaca dan menulis data dilakukan
[9].Dalam perancangan penelitian ini, teknologi NVSRAM yang diadaptasikan ke dalam
IC DS1307 digunakan untuk menghitung detik, menit, dan jam serta untuk menghitung
penanggalan hari, bulan, dan tahun. Format perhitungan jam dapat diatur ke dalam
perhitungan 24 jam atau 12 jam [9]. Permintaan data waktu dari mikrokontroler dan
pengiriman data dari IC DS1307 dilakukan melalui jalur komunikasi dua arah pada port
I2C atau yang dikenal dengan port SDA dan port SCL pada Shield ini berada pada pin A4
dan A5. Bentuk fisik dan konfigurasi pin data logging Shield V1.0 dapat dilihat pada
Gambar 2.9 dan tabel 2.7
2.7
Transistor
Transistor merupakan salah satu komponem elektronika yang terbuat dari bahan
semikonduktor [13]. Terdapat 2 jenis transistor yaitu jenis NPN dan jenis PNP. Struktur
transistor NPN dan PNP diperlihatkan pada gambar dibawah ini. cara untuk meberikan
tegangan kerja pada transistor, untuk transistor jenis NPN maupun jenis PNP, yaitu dengan
memberikan tegangan maju (forward biased) pada basis-emittor (BE=base-Emitter) dan tegangan balik (revesed biased) pada basis – kolektor (BC = base-collector) seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.10.
Pada smart greenhouse ini transistor akan digunakan sebagai switching transistor
yang nantinya akan menggerakkan relay. Sebagai switching transistor, daerah kerja
transistor adalah di daerah saturasi dan daerah cut-off seperti daerah yang ditunjukkan pada
[image:35.595.83.525.215.637.2]gambar. Agar nantinya transistor dapat bekerja di daerah cut-off, maka dapat dilakukan Tabel 2. 7 Konfigurasi Pin Data Logging Shield V1.0
dengan Vb dan menentukan Tahananan Rb, dan juga Tahanan Beban RL. Untuk
mendapatkan on-off yang bergantian dengan periode tertentu, maka dapat dilakukan
dengan memberikan tegangan Vb berupa pulsa seperti gambar 2.11 Apabila Vb=0 maka
transistor off (Cut-off). Apabila Vb= V1
Nantinya transistor akan dirangkai dengan relay sebagai saklar pada alat pengendali
dengan rangkaian seperti gambar 2.12
Sehingga rumus untuk merancang nilai driver di atas adalah
RB = ( VS x hfe)/5xIL
Dimana
IL = VS/RL
IL = Arus beban
Gambar 2. 11 Pulsa Keluaran 1,0 pada Mikrokontroller [13]
VS = Tegangan Catu untuk Relay (12v)
RL = Resistansi beban (data sheet relay ) dan Hfe (data sheet transistor)
2.8
Relay
Relay adalah saklar mekanik yang dikendalikan atau dikontrol secara elektronik
(elektro magnetik). Saklar pada relay akan terjadi perubahan posisi off ke on pada saat
diberikan energi elektro magnetik pada armatur relay tersebut. Relay pada dasarnya terdiri
dari 2 bagian utama yaitu saklar mekanik dan sistem pembangkit elektromagnetik
(induktor inti besi) [12]. saklar atau kontaktor relay dikendalikan menggunakan tegangan
Listrik yang diberikan ke induktor pembangkit magnet untuk menrik armatur tuas saklar
atau kontaktor relay. Relay yang ada dipasaran terdapat berbagai bentuk dan ukuran
dengan tegangan kerja dan jumalh saklar yang berfariasi. Relay dibutuhkan dalam
rangkaian elektronika sebagai eksekutor sekaligus interface antara beban dan sistem
kendali elektronik yang berbeda sistem power supply. Secara fisik antara saklar atau
kontaktor dengan elektromagnet relay terpisah sehingga antara beban dan sistem kontrol
terpisah. Bagian utama relay elektro mekanik adalah kumparan electromagnet Saklar atau
kontaktor, Swing Armatur dan Spring (Pegas). Relay elektro mekanik memiliki kondisi
saklar atau kontaktor dalam 3 posisi. Ketiga posisi saklar atau kontaktor relay ini akan
berubah pada saat relay mendapat tegangan sumber pada elektromagnetnya [12]. Ketiga
posisi saklar relay tersebut adalah :
Posisi Normally Open (NO), yaitu posisi saklar relay yang terhubung ke terminal NO (Normally Open). Kondisi ini akan terjadi pada saat relay
mendapat tegangan sumber pada elektromagnetnya. Konstruksinya
[image:37.595.87.527.250.734.2]diperilhatkan pada gambar 2.13
Posisi Normally Colse (NC), yaitu posisi saklaar relay yang terhubung ke terminal NC (Normally Close). Kondisi ini terjadi pada saat relay tidak
mendapat tegangan sumber pada elektromagnetnya. Konstruksinya
diperlihatkan pada gambar 2.14
Posisi Change Over (CO), yaitu kondisi perubahan armatur saklar relay yang berubah dari posisi NC ke NO atau sebaliknya dari NO ke NC. Kondisi ini
terjadi saat sumber tegangan diberikan ke elektromagnet atau saat sumber
tegangan diputus dari elektromagnet relay.
Relay dapat digunakan untuk mengontrol motor AC dengan rangkaian kontrol DC
atau beban lain dengan sumber tegangan yang berbeda antara tegangan rangkaian kontrol
dan tegangan beban [12]. Diantara aplikasi relay yang dapat ditemui diantaranya adalah
relay sebagai kontrol on/off yang dirangkai dengan transistor seperti pada sub bab
sebelumnya.
2.9
LED (Light Emitting Dioda)
LED (Light Emitting Dioda ) adalah dioda yang dapat memancarkan cahaya pada
saat mendapat arus bias maju (forward bias). Led dapat memancarkan cahaya karena
menggunakan dopping galium, arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda diata
dapat menhasilkan cahaya dengan warna yang berbeda. led merupakann salah satu jenis
dioda, sehingga hanya akan mengalirkan arus listrik satu arah saja. Led akan memancarkan
[image:38.595.84.526.139.631.2]dengan dioda pada umumnya, kemampuan mengalirkan arus pada led cukup rendah yaitu
maksimal 20 mA [11]. Apabila led dialiri arus lebih besar dari 20 mA maka led akan
rusak, sehingga pada rangkaian led dipasang sebuah resistor sebgai pembatas arus. Simbol
dan bentuk fisik dari LED dapat dilihat pada gambar 2.15
Dari gambar 2.15 dapat diketahui bahwa led memiliki kaki 2 buah seperti dengan
dioda yaitu kaki anoda dan kaki katoda. Pada gambar diatas kaki anoda memiliki ciri fisik
lebih panjang dari kaki katoda pada saat masih baru. Pemasangan led agar dapat menyala
adalah dengan memberikan tegangan bias maju yaitu dengan memberikan tegangan positif
ke kaki anoda dan tegangan negatif ke kaki katoda[11].
Konsep pembatas arus pada dioda adalah dengan memasangkan resistor secara seri
pada salah satu kaki led. Rangkaian dasar untuk menyalakan led membutuhkan sumber
tegangan led dan resistor sebagai pembatas arus seperti pada gambar 2.16
Besarnya arus maksimum pada LED (Light Emitting Dioda) adalah 20 mA,
sehingga nilai resistor harus ditentukan. Dimana besarnya nilai resistor berbanding lurus
dengan besarnya tegangan sumber yang digunakan. Secara matematis besarnya nilai
resistor pembatas arus LED (Light Emitting Dioda) dapat ditentukan menggunakan
[image:39.595.90.527.166.659.2]persamaan berikut [11].
Gambar 2. 15 Simbol dan bentuk fisik LED[11]
� = Vs − Volt, ampere
Dimana :
R = resistor pembatas arus (Ohm)
Vs = tegangan sumber yang digunakan untuk mensupply tegangan ke LED
(volt)
2 volt = tegangan LED (volt)
0,02 A = arus maksimal LED (20 mA)
2.10
Komponem Pengendalian Smart greenhouse
Greenhouse ini memiliki 3 komponem utama sebagai pengendali untuk kondisi
[image:40.595.84.510.149.657.2]Berikut ini akan dijelaskan masing-masing komponem. Air cooler merupakan kipas angin
yang bisa mendinginkan ruangan yang panas menjadi sejuk. Berbeda dengan air
conditioner sistem pendinginannya mengunakan air digin memberikan efek dingin ke
ruangan panas. Karena itu air cooler dapat secara signifikan menurunkan panas pada
greenhouse ini. Air cooler ini dapat menampung sekitar 5 L air dengan input 220 VAC dan
daya 100 watt.
Mesin pompa pendorong untuk meningkatkan tekanan air untuk penggunaan air
kran, ataupun irigasi. Pompa air yang digunakan ini berukuran 25 x 25 x 25. Tekanan yang
dihasilkan nantinya akan diatur dengan menggunakan valve jika terlalu besar. Untuk input
sumber dari pompa ini adalah 220 VAC. Humidifier merupakan alat yang digunakan
melembabkan udara kering di dalam ruangan. Alat ini akan mengubah air menjadi uap air
berbentuk kabut sehingga meningkatkan kelembebapan disekitarnya. Humidifier yang
25
BAB III
RANCANGAN PENELITIAN
3. 1
Diagram Blok Sistem
Perancangan sistem smart greenhouse ini dibagi menjadi menjadi dua bagian utama,
yaitu:
Perancangan hardware yang terdiri dari mikrokontroler dan perangkat pendukung seperti, 2 sesnsor utama yaitu soil moisture sensor (YL-69) dan
temperature & humidity sensor (SHT11), relay, serta perangkat pengendali
seperti Air cooler, pompa air dan humidifier.
Perancangan software yang terdiri dari pemograman utama, dan subrutin- subrutinnya seperti subrutin status alat, subrutin pengambilan data sensor dan
subrutin kendali pada greenhouse. Komunikasi antara mikrokontroler dan
central unit akan menggunakan modul komunikasi yaitu xbee pro. Penulis
mengerjakan pada bagian yang digaris merah di diagram blok pada gambar 3.1.
Berikut merupakan keterangan cara kerja sistem yang ditunjukkan gambar 3.1:
Data sensor yang diambil adalah Suhu dan kelembaban udara menggunankan sensor SHT11, serta sensor kelembaban tanah menggunkan sensor YL-69. Data
tersebut kemudian diolah oleh mikrokontroler untuk dijadikan sebuah paket data
yang nanntinya akan ditampilkan pada LCD.
Dari data yang didapat, mikrokontroler mengontrol sistem untuk pengendalian
greenhouse dengan membandingkan nilai input sensor dengan nilai set point yang
sudah ada. Dari hasil pembandingan tersebut nantinya akan menghidupkan alat-alat
pengendali pada greenhouse sehingga nantinya kondisi greenhouse dapat dibuat
sesuai dengan nilai set point yang sudah ada.
Data Logging Shield V1.0 digunakan sebagai pewaktu dan penyimpan data pada mikrokontroler.
Untuk berkomunikasi dengan sistem interface digunakan modul komunikasi Xbee pro, tapi penulis tidak membuat untuk komunikasinya, penulis hanya mebuat
pengendalian pada greenhouse.
Secara keseluruhan, pertama mikrokontroler akan mengambil data dari setiap sensor. Data tersebut yang akan dibandingkan dengan set point untuk
menghidupkan sistem kendali. Waktu pengambilan data akan diatur oleh RTC.
Kemudian keseluruhan data dirubah menjadi paket data yang nantinya ditampilkan
pada LCD. Ketika waktu sesuai dengan jadwal pengambilan paket data, maka data
yang ditampilkan pada LCD akan berubah sesuai dengan waktu yang telah
ditentukan. Terdapat juga lampu LED yang nantinya akan menjadi indikator untuk
beberapa kondisi pada greenhouse.
3. 2
Perancangan Perangkat Keras Mekanik
Perancangan ini merupankan design smart greenhouse yang dibuat oleh penulis
berupa gambar 3 dimensi yang nantinya akan menjadi panduan untuk membuat alat yang
sebenarnya. Pada gambar 3.2 ditunjukan design untuk greenhouse tersebut dengan ukuran
panjang x lebar x tinggi adalah 70 cm x 60 cm x 80 cm. Greenhouse ini nantinya akan
terbuat dari Alumunium dan kaca. Pada greenhouse ini akan terdapat air cooler,
humidifier dan sistem pengairan yang akan diletakkan di dalam greenhouse.
Pompa air akan diletakkan diluar greenhouse yang ditunjukkan pada gambar 3.2.
Sementara untuk meletakkan pusat kontrolnya, juga terdapat kotak di depan greenhouse
seperti pada gambar 3.4. Kotak ini nantinya digunakan untuk meletakkan
mikrokontroler,LCD, LED dan tombol sebagai pusat kontrol. User nantinya akan melihat
mudah untuk dipindahkan. Untuk kedua sensor, SHT 11 akan diletakkan diatas selang
irigasi, sementara YL-69 akan ditanam ditanah yang ada pada greenhouse.
Gambar 3. 2 Design prototype smart greenhouse
[image:44.595.85.518.125.756.2]
3. 3
Perancangan Perangkat Keras Elektronika
Perancangan ini merupankan perancangan sistem elektronika pada hardware yang
nantinya akan digunakan. Terdapat beberapa bagian untuk perancangan ini, yaitu Gambar 3. 5 Tampak Samping
perancangan untuk Input sensor, Output kendali, output LCD serta perancangan data
logging Shield V1.0
3.3.1
Rangkaian Input Sensor
2 sensor yang digunakan menggunakan 2 port mikrokontroler yang berbeda. Untuk
SHT11 menggunakan port digital 10 dan 9 sementara untuk YL-69 menggunakan port
analog 0. YL-69 menggunakan port analog disebabkan belum terkalibrasi, dan pembacaan
akan lebih akurat dengan menggunakan port analog. Sementara untuk SHT11, telah
terkalibrasi dan sensitivitas sensor sendiri telah diperlihatkan pada data sheet.Pada gambar
3.7 ditunjukkan perancangan elektronika untuk input sensor.
3.3.2
Rangkaian Output Kendali
Terdapat 3 alat yang digunakan untuk pengendalian greenhouse ini yaitu Air cooler,
humidifier, dan pompa air. Karena ketiganya menggunakan sumber AC, untuk itu greenhouse ini mengunakan relay dan transistor yang dibuat mengunakan metode switching transistor sehingga nantinya bisa mengolah nilai 1 atau 0 yang diberikan oleh
mikrokontroler. Untuk nilai pada resistor yang digunakan sebagai Switching transistor
seperti yang dijelaskan pada bab 2 untuk transistor, dilakukan perhitungan agar nantinya
transistor dapat berada pada kondisi cut off yang digunakan untuk mendrive coil pada
digunakan adalah IN4001 serta relay yang digunakan adalah relay 12 V dengan coil
resistance sekitar 400 Ω dan nilai hfe min transistor 30 pada data sheet [15] Sehingga
peracangan untuk nilai Rb adalah :
IL = 12/400
= 0.03
Sehingga Rb = (VSxhFE)/(5xIL)
= (12×30)/(5×0,03) = 2500 Ohm
maka nilai Rb = 2500 Ω. Perancangan untuk output kendali diperlihatkan pada gambar 3.8.
3.3.3
Rangkaian Output LCD
Pada perancangan elektronika greenhouse ini LCD yang digunakan pada LCD
character 16x4 yang berfungsi untuk menampilkan data setiap sensor. Berdasarkan
datasheet tegangan kontras (pin Vo) maksimum LCD ini adalah 5 volt, nantinya akan
membatasi tegangan pada pin ini. Tujuannya adalah mengatur contras pada LCD tersebut.
Rangkaian LCD character 16x4 ditunjukkan pada gambar 3.9
3.3.4
Rangkaian Data Logging Shield V1.0
Data logging shield V1.0 ini akan digunakan sebagai pewaktu dan penyimpan data
pada greenhouse sehingga alat dapat diatur untuk melakukan sensing sesuai waktu yang
diinginkan serta menyimpan data tersebut. Terdapat 2 IC utama pada shield ini yaitu IC
untuk RTC dan SD cardnya. Untuk RTC teradapat 2 port pada shield ini yang nantinya
akan dimasukkan pada port arduino mega yaitu port 4 dan 5 sebagai port SDL dan SDA.
Sementara untuk SD card terdapat 4 port yaitu untuk keperluan SPI (Serial Peripheral
Interface) yaitu 10, 11, 12, 13 sebagai MISO, MOSI, SCK dan SS. Pin tersebut
dimasukkan ke pin SPI pada arduino mega seperti yang dijelaskan pada Bab 2
sebelumnya. Pada gambar 3.10 akan ditunjukkan perancangan elektronika untuk data
logging shield V1.0
3.3.5
Rangkaian Push button
Penggunaan push button pada greenhouse ini digunakan untuk beberapa fungsi.
Fungsi tersebut adalah sebagai tombol untuk mengecek status pada alat. Terdapat 5 tombol
yang nantinya digunakan, yaitu untuk tombol untuk status input data sensor dan status
output kendali, tombol untuk status pengiriman data, tombol start /stop untuk
mengehentikan dan melanjutkan kerja sistem dan tombol restart eksternal yang nantinya
digunakan untuk mengulang proses pada mikrokontroler. Push button yang digunakan
yang digunakan adalah jenis tombol tekan NC (Normally Close) dan berhambatan pull up,
jadi ketika tombol ditekan maka akan berlogika satu (HIGH), apabila dilepas akan
berlogika nol (LOW). Rangkaian reset yang dibentuk berdasarkan schematic rangkaian
papan arduino uno rev3. Rangkaian reset terdiri dari komponen resistor sebesar 10 KΩ,
dan kapasitor sebesar 100nF.. Pin reset mikrokontroler adalah aktif rendah, sehingga
transisi dari tinggi ke rendah saat tombol reset ditekan akan menyebabkan reset
mikrokontroler. Berdasarkan data sheet ATmega2650 lebar pulsa minimum yang
diperlukan untuk melakukan reset adalah 2,5us. Resistor pull-up akan menjaga agar pin
reset tidak berlogika rendah secara tidak sengaja. Untuk melindungi pin reset dari derau,
dapat menambahkan kapasitor yang terhubung dengan pin reset dan ground. Untuk
mengetahui besar kapasitor dengan persamaan berikut:
2,5uS =
∗ � ∗ ∗ 3∗�
c =
,5∗ −6∗ ∗ � ∗ ∗ 3 = 6uF
Sementara untuk nilai resisor pada tombol lainnya adalah 22 KΩ sesuai dengan
rekomendasi dari data sheet atmega2650. Rangkaian Push button ditunjukkan pada
gambar 3.11.
3.3.6
Rangkaian LED
Penggunaan LED pada greenhouse ini adalah sebagai indikator kondisi di dalam
greenhouse. Indikator – indikator tersebut seperti yang ditunjukan pada gambar 3.5. LED
akan diberikan resistor sebagai pembatas arus pada LED,sehingga arus akan masuk sesuai
dengan yang dibutuhkan LED. Ini karena LED sangan sensitif pada arus tinggi yang dapat
menyebabkan LED tersebut rusak. Perancangan elektronika untuk output LED ditunjukkan
pada gambar 3.12 Perancangan nilai resistor pada LED dapat dilihat pada persamaan
berikut :
� = , ampere5 − Volt � = .5 KΩ
3.3.7
Rangkaian Keseluruhan & Alokasi Pin
Rangkaian sebelumnya digabungkan menjadi satu kesatuan sebagai kontrol smart
greenhouse. Untuk Alokasi pin pada arduino mega ditunjukkan pada tabel 3.1 dan untuk
perancangannya dintunjukkan pada gambar 3.13
Gambar 3. 12 Perancangan LED
3. 4
Perancangan Diagram Alir
Perancangan ini merupankan perancangan alur program yang nantinya akan menjadi
panduan untuk membuat program pada software arduino. Terdapat beberapa bagian untuk
perancangan ini, yaitu perancangan program utama, Subrutin pengambilan data sensor,
Subrutin kendali dan Subrutin tombol status.
3.4.1
Perancangan Program Utama
Perancangan program utama ini dibuat dalam bentuk diagram alir yang di tunjukkan
pada gambar 3.14. Diagram ini akan menjadi acuan untuk membuat program pada arduno
mega 2650 sebagai kontrol pada hardware. Program dimulai dengan inisialisasi port
mikrokontroler untuk port analog dan digital sebagai input dan output pada hardware ini.
Selanjutnya sistem akan mengecek apakah RTC dan SD card dapat bekerja dengan baik.
Setelah itu dilakukan Setup untuk timer yang nantinya digunakan untuk looping saat
pengambilan data.
Saat looping timer akan mulai menghitung 1 sampai 10. Dalam hitungan tersebut
yang dilakukan program adalah melakukans pendambilan data sensor, subrutin kendali,
status output, kirim paket data, dan cek input button, namun sebelumnya terdapat tombol
start untuk memulai program looping. Penyimpanan data pengukuran dari kedua sensor
ditetapkan dengan menyimpankan sejumlah karakter dalam paket data yang disimpan
sebanyak 47 karakter dalam setiap 1 menit dan setiap data berjumlah 47 karakter. Format
paket data yang digunakan adalah berektensi.csv (Comma Separated Values) dimana suatu
format data dalam basis data dimana setiap penyimpanan dipisahkan dengan koma (,) atau
titik koma (;) dan format ini dapat dibuka didalam MS.Excel ataupun Notepad/wordpad.
Setiap karakter dipisahkan dengan karakter “#”, data pengukuran yang dikirimkan adalah
tanggal, jam, status sistem kontrol dan 3 data sensor (suhu, kelembaban udara, kelembaban
tanah). Format data tersebut disesuaikan dengan kebutuhan. Berikut ini bentuk format
datanya HH:mm:SS# dd-MM-yyyy#1#1#1#Saaaa#Ubbbb#Tccc# dan penjelasan mengenai
format data dapat dilihat pada tabel 3.2
Setelah paket data disimpan apabila waktu yang ditunjukkan telah 1 menit maka
program akan melakukan looping untuk kembali mengecek kondisi greenhouse. Looping
Tabel 3. 2 Format Paket Data
3.4.2
Subrutin Pengambilan Data Sensor
Pada diagram alir subrutin pengambilan data sensor, terdapat 2 tahap utama yaitu
pengambilan data sensor digital dan data sensor analog. Data sensor digital diambil dari
SHT 11 dan dapat langsung masuk pada tahap selanjutnya, sementara untuk YL-69 akan
dilakukan konversi sebelumnya dari analog ke digital agar dapat diolah oleh
mikrokontroler. Diagram alir subrutin pengambilan data sensor di perlihatkan pada gambar
3.15.
3.4.3
Subrutin Kendali
Pada Subrutin ini data yang telah di ambil dari sensor dan di konversi sebelumnya
akan dibandingkan dengan nilai-nilai set point yang sudah di tetapkan. Nilai – nilai ini
dibuat penulis untuk mengondisikan tanaman tropis pada greenhouse. Nilai-nilai tersebut
ditunjukkan pada tabel 3.3. Saat nilai sensor melewati batas bawah atau batas atas nilai set
point maka itu akan menghidupkan atau mematikan alat-alat pengandali tersebut. Untuk
[image:56.595.90.532.78.582.2]diagram alir subrutin kendali diperlihatkan pada gambar 3.16
Tabel 3. 3 Kondisi pengendalian sistem smart greenhouse
3.4.4
Subrutin Tombol Status
Pada subrutin ini terdapat beberapa perintah yang nantinya akan dilakukan oleh
Tombol atau push button yang ada pada greenhouse ini. Perintah itu adalah untuk
menampilkan nilai input sensor dan status output kendali pada LCD. Perintah ini dibuat
agar nantinya user dapat membaca data dengan mudah karena pada tampilan utama LCD
[image:58.595.86.510.216.625.2]hanya menampilkan paket data. Diagram alir untuk subrutin tombol status terdapat pada
42
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi gambar fisik hardware yang dibuat, pembahasan tentang hardware,
hasil pengujian rangkaian, hasil pengambilan data, pembahasan tentang data yang
diperoleh, dan pembahasan tentang program yang digunakan di mikrokontroler. Data yang
akan dibahas terdiri dari data hasil pengambilan data sensor dan pengiriman paket data
ke sitem interface. Hasil pengujian berupa data-data yang diperoleh dapat memperlihatkan
bahwa hardware atau software yang dirancang telah bekerja dengan baik atau tidak.
Berdasarkan data-data tersebut dapat dil