Aplikasi Android Monitoring dan Controlling Akuaponik Berbasis Internet Of Things
Nur Ariska Asmarani1, Erfian Junianto2
1Universitas BSI e-mail: [email protected]
2Universitas BSI e-mail: [email protected]
Abstrak
Akuaponik merupakan sistem pertanian berkelanjutan yang mengkombinasikan Akuakultur dengan Hidroponik dalam lingkungan yang bersifat simbiotik. Perawatan dan pemeliharaan Akuaponik harus dilakukan sesering mungkin sedangkan pengawasannya kebanyakan masih dilakukan secara manual, apabila kebun Akuaponik memiliki jumlah yang besar atau sudah pada skala bisnis, kemungkinan kesalahan dalam pengecekan juga akan semakin besar sehingga berdampak pada buruknya kualitas air dan tumbuhan serta tidak optimalnya hasil dari perkebunan Akuaponik. Otomatisasi dibidang pertanian berupa aplikasi Android berbasis Internet of Things (IoT) akan sangat membantu dalam mengurangi kesalahan tersebut. Aplikasi yang dibangun memungkinkan untuk memberi aksi kepada sistem yang berupa monitor suhu dan keasaman air melalui sensor, serta mengontrol pompa air dan buka-tutup pakan secara realtime, serta dapat membuat jadwal pemberian pakan dengan menggunakan basis data Firebase.
Kata Kunci: Akuaponik, Internet of Things, Android, Sensor, Firebase
Abstract
Aquaponics is a sustainable farming system that combines Aquaculture and Hydronics in a symbiotic environment. Aquaponics farming must be through the right approach, both in the aspect of technological innovation and suitable location. As well as some things should be aware of that are within the parameters of the Aquaponics system, there are a temperature rage of water for both plants and fish to grow optimally and good acidity or potential hydrogen (pH). Care and maintenance Aquaponic should being done as often as possible, whereast most are still done manually , if Aquaponic gardens have a large amount or a large business scale, the likelihood of a fault in the checking also increases, thus affecting to the poor quality of water and plants, and also inoptimally of productivity. Automation of agricutural like Android Application based Internet of Things (IoT) would be helpful ini reducing these fault. Built application making it possible to give action to system of monitoring temperature and water acidity from sensors and controlling the water pump and open-close feed in realtime, also can create a feeding schedule using Firebase.
Keywords: Aquaponics, Internet of Things, Android, Sensors, Firebase
1. Pendahuluan
Lahan pertanian yang menjadi semakin sedikit mengharuskan masyarakat memanfaatkan lahan yang ada sebagai tempat untuk bercocok tanam dan dikenal dengan istilah petani kota atau petani urban, istilah ini mempunyai visi untuk membangkitkan kesadaran masyarakat terhadap negara Indonesia sebagai wilayah
agraris dan maritim, dan semakin lama petani urban menjadi sumber inspirasi bagi masyarakat yang ingin terjun dalam dunia agribisnis, tetapi bisa diaplikasikan di kota (Fathulloh & Budiana, 2015). Kegiatan bertani urban, menghasilkan beragam sistem dalam bertani dan sudah dikemas dalam berbagai jenis teknologi seperti Aeroponik, Hidroponik dan Vertikultur. Salah
satu sistem urban agriculture yang sudah terkenal di Indonesia adalah sistem Akuaponik yang menggabungkan cocok tanam tanaman dan budidaya ikan(Saparinto & Susiana, 2014).
Akuaponik- merupakan sistem pertanian berkelanjutan yang mengkombinasikan Akuakultur dengan Hidroponik dalam lingkungan yang bersifat simbiotik. Maksud dari sifat simbiotik ini adalah ekskresi hewan yang dipelihara akan diberikan kepada tanaman agar dipecah menjadi nitrat dan nitrit melalui proses alami, dan dimanfaatkan oleh tanaman sebagai nutrisi (Fathulloh &
Budiana, 2015).
Budidaya Akuaponik harus melalui pendekatan yang tepat, baik dari aspek inovasi teknologi dan lokasi yang sesuai, serta ada beberapa hal yang harus diperhatikan yang menjadi parameter sistem Akuaponik antara lain: Rentang suhu yang baik untuk tumbuhan maupun ikan agar dapat tumbuh dengan optimal, tingkat keasaman atau potential hidrogen (pH) yang baik, kandungan oksigen terlarut (dissolved oxygen) dalam air, sumber air yang baik untuk kehidupan ikan dengan kondisi air yang tidak keruh dan tidak pula terlampau jernih, kadar amonia yang aman untuk ikan, serta siklus Nitrogen pada Akuaponik (Saparinto & Susiana, 2014).
Permasalahan yang muncul adalah perawatan dan pemeliharaan Akuaponik harus dilakukan sesering mungkin sedangkan pengawasannya kebanyakan masih dilakukan secara manual, apabila kebun Akuaponik memiliki jumlah yang besar atau sudah pada skala bisnis, kemungkinan kesalahan dalam pengecekan juga akan semakin besar sehingga berdampak pada buruknya kualitas air dan tumbuhan serta tidak optimalnya hasil dari perkebunan Akuaponik, otomatisasi dibidang pertanian akan sangat membantu dalam mengurangi kesalahan dalam merawat perkebunan Akuaponik, dalam hal ini Internet of Things (IoT) menjadi teknologi yang tepat (Ray, 2017). Internet of Things adalah sebuah konsep dimana suatu objek yang memiliki kemampuan untuk mentransfer data melalu jaringan tanpa memerlukan interaksi manusia ke manusia atau manusia ke komputer (Firrizqika, 2018), IoT memungkinkan perangkat
komputer secara otomatis dapat melakukan kontrol jarak jauh terhadap suatu sistem dan memungkinkan untuk memberi aksi kepada sistem yang dikontrol secara realtime (Fraifer & Fernström, 2016).
Teknologi IoT dapat diaplikasikan pada berbagai macam platform, salah satunya adalah Android. Android merupakan sebuah sistem operasi yang berfungsi sebagai penghubung antara pengguna dengan perangkat keras pada smartphone atau alat elektronik tertentu, sehingga memungkinkan pengguna dapat berinteraksi dengan device dan menjalankan berbagai aplikasi mobile (Firly, 2018).
Pada penelitian sebelumnya yang telah dilakukan oleh Kabul Rizalul Haqim, Agus ganda Permana, dan Unang Sunarya yaitu Perancangan Web dan Kontroling Aquaponic untuk Budidaya Ikan Lele Berbasis Internet of Things, telah dibuat sebuah web yang dapat memonitor suhu dan pH yang ditampilkan secara grafik dan numerik, serta sebuah sistem pemberi pakan yang dikendalikan jarak jauh. Namun dalam penlitian ini masih menggunakan database lokal sehingga masih terdapat delay beberapa lama (Haqim, Permana, &
Sunarya, 2018).
Dengan menggunakan aplikasi Android berbasis IoT ini, diharapkan pemantauan dan pengawasan Akuaponik yang bekerja lebih baik dan secara otomatis dapat dilakukan melalui smartphone secara realtime tanpa harus selalu datang ke tempat Akuaponik, agar dapat mengurangi kesalahan pada saat melakukan pengecekan dan perawatan sehingga dapat mengoptimalkan perkembangan dari tanaman dan ikan.
2. Metode Penelitian
Untuk membangun aplikasi Android monitoring dan controling Akuaponik berbasi IoT yang dapat mendukung produktivitas Akuaponik maka diperlukan beberapa metode, antara lain:
2.1. Teknik Pengumpulan Data
Teknik pengumpulan data pada penelitian meliputi (Sugiyono, 2018):
Observasi
Melakukan pengamatan langsung terhadap kegiatan yang berhubungan dengan masalah yang diambil. Observasi ini ditujukan untuk mengetahui sistem perkebunan Akuaponik konvensional.
Wawancara
Melakukan pengumpulan data dari narasumber yang berpengalaman pada bidang pertanian Akuaponik dan orang yang ahli dibidang mikrokontroller.
Studi Pustaka
Melakukan pengumpulan data berupa informasi dari buku, artikel, literatur atau tulisan pada situs internet atau media lainnya. Studi pustaka yang dilakukan bertujuan untuk mengetahui secara rinci mengenai Akuaponik, IoT dan pemrograman Android.
2.2. Metode Pengembangan Aplikasi Metode pengembangan aplikasi yang digunakan adalah model Waterfall.
Metode ini sering dinamakan siklus hidup klasik (Classic Life Cycle) karena memiliki gambaran dengan pendekatan yang sistematis dan juga berurutan pada pengembangan perangkat lunak dengan tahapan sbagai berikut (Sommerville, 2011):
Requirements analysis and definition Layanan sistem, kendala, dan tujuan ditetapkan oleh hasil konsultasi dengan pengguna yang kemudian didefinisikan secara rinci dan berfungsi sebagai spesifikasi sistem.
System and software design Tahapan perancangan sistem mengalokasikan kebutuhan-kebutuhan sistem baik perangkat keras maupun perangkat lunak dengan membentuk arsitektur sistem secara keseluruhan. Perancangan perangkat lunak melibatkan identifikasi dan penggambaran abstraksi sistem dasar perangkat lunak dan hubungannya.
Implementation and unit testing Pada tahap ini, perancangan perangkat lunak direalisasikan sebagai serangkaian program atau unit program. Pengujian melibatkan verifikasi bahwa setiap unit memenuhi spesifikasinya.
Integration and system testing Unit-unit individu program atau program digabung dan diuji sebagai sebuah sistem lengkap untuk memastikan apakah sesuai dengan
kebutuhan perangkat lunak atau tidak.
Setelah pengujian, perangkat lunak dapat dikirimkan kepada customer.
Operation and maintenance Biasanya (walaupun tidak selalu), tahapan ini merupakan tahapan yang paling panjang.
Sistem dipasang dan digunakan secara nyata. Maintenance melibatkan pembetulan kesalahan yang tidak ditemukan pada tahapan-tahapan sebelumnya, meningkatkan implementasi dari unit sistem, dan meningkatkan layanan sistem sebagai kebutuhan baru.
3. Hasil dan Pembahasan 3.1. Analisa Kebutuhan Aplikasi
Analisa kebutuhan padaaplikasi dapat dilihat pada tabel.1 berikut.
Tabel 1. Analisa Kebutuhan Aplikasi
Analisa Kebutuhan Software
Sistem Operasi Windows 10 64-bit
Android Studio Android SDK Manager Arduino IDE Firebase Real Time Database
Analisa Kebutuhan
Hardware
PC
Processor Intel Core i3
RAM sebesar 4 GB
Arduino
Wemos D1 WiFi ESP8266 pH Sensor Module V.1.1 pH Sensor Probe MSP340 Temperature Probe sensor Waterproof DS18B20 Motor Servo Micro SG90 Relay Module
Analisa Kebutuhan Pengguna
Minimal dapat digunakan pada Android versi 4.4 kitkat Hanya dapat digunakan pada platform Android
3.2. Desain
Tahapan desain ini adalah bagian dalam menterjemahkan kebutuhan- kebutuhan software yang sudah dianalisa, pada sebuah perancangan perangkat lunak yang dapat diperkirakan sebelum melakukan pengkodean atau implementasi program.
3.2.1. Database
Perancangan basis data digunakan untuk memodelkan aplikasi yang akan dibangun berdasarkan sudut pandang struktur basis datanya (database). Pada penelitian ini, perancangan basis data dilakukan dengan menggunakan NoSQL embedded documents data modeling. Hal ini dilakukan karena Firebase real time database menyimpan data dalam bentuk single JSON document. Proses perancangan basis data ini, menghasilkan sebuah rancangan single document database model.
Gambar 1. Single Document database model
3.2.2. Diagram UML A. Use Case Diagram
Use Case diagram digunakan untuk menggambarkan sistem dari sudut pandang pengguna sistem tersebut (user) sehingga pembuatan use case diagram lebih dititik beratkan pada fungsionalitas yang ada pada sistem, bukan berdasarkan alur atau urutan kejadian. Sebuah use case diagram mempresentasikan sebuah interaksi antara aktor dengan sistem. Kemampuan aplikasi untuk dapat berinteraksi dengan pengguna digambarkan dalam use case diagram pada gambar 2 berikut.
Gambar 2. Use Case Diagram User Dari gambar 2 tdapat dilihat sistem ini terdiri dari 1 aktor dan 6 usecase. Untuk lebih jelasnya, spesifikasi dari usecase diagram (pengaksesan melalui perangkat Android) dapat dilihat pada tabel 2 berikut.
Tabel 2. Spesifikasi Monitor dan Control Akuaponik
Actor Use
Use Case Monitor dan Control Akuaponik
Description User membuat akun dan
masuk dengan
menggunakan akun tersebut sebelum memilih Fragment Monitor atau Control untuk melakukan monitoring dan controlling Akuaponik
Pre Condition
Sistem menampilkan menu awal
Post Condition
Aktor berhasil membuat akun dan masuk ke aplikasi dengan menggunakan akun tersebut dan melakukan monitoring pH dan suhu air dan kontrol pompa air dan pakan, serta membuat jadwal pakan ikan pada Akuaponik, B. Class Diagram
Class Diagram pada aplikasi ini memiliki 4 tabel yaitu User yang dapat mengakses Sensors, Schedule dan Control, dengan 1 User dapat melihat (get) nilai sensor, menyimpan (save), mengedit (update), menghapus (delete), dan melihat (get) jadwal pakan, serta dapat mengubah (update) dan melihat (get) fungsi kontrol pompa dan pakan ikan, sebagaimana terlihat pada gambar 3.
Gambar 3. Class Diagram 3.2.3. Desain Mikrokontroler
Desain mikrokontroler yang dibuat sebagai berikut.
A. Rangkaian Mikrokontroler
Gambar 4. Rangkaian Mikrokontroler Desain rangkaian mikrokontroler dapat dilihat pada gambar 4 yang dapat diuraikan sebagai berikut:
1. Mikrokontroler Wemos ESP8266 dengan Wifi shield
2. Sensor pH Module sensor pH V.1.1 dan pH Probe MSP340, dihubungkan pada port A0 yang ditandai dengan kabel berwarna hijau dan kabel merah sebagai kabel positif di tegangan 5 volt 3. Relay pada port D3 ditandai dengan
kabel berwarna biru, membutuhkan tegangan listrik sebesar 3,3 volt 4. Sensor Suhu DS18B20 Waterproof
dihubungkan pada port D4 ditandai dengan kabel berwarna ungu, dan tegangan listrik sebesar 5v dihubungkan melalui Breadboard 5. Motor Servo dihubungkan pada port D2
ditandai dengan kabel berwarna
kuning, membutuhkan tegangan sebesar 5 volt
6.
Breadboard digunakan untukmenghubungkan komponen
elektronika tanpa harus melakukan penyolderan
.
B. Skema Internet of Things
Gambar 5. Skema Internet of Things Gambar 5 menunjukkan bagaimana mikrokontroler dan aplikasi dapat saling terhubung melalui internet, beserta perubahan data dan aksi dari aplikasi Android yang disimpan pada basis data Firebase yang juga membutuhkan internet.
3.3. Testing
Testing atau pengujian sistem merupakan hal yang paling penting yang bertujuan untuk menemukan kesalahan- kesalahan atau kekurangan-kekurangan pada aplikasi yang akan diuji. Pengujian ini bermaksud untuk mengetahui aplikasi maupun alat yang dibuat sesuai dengan kinerjanya dan juga sesuai dengan perancangan aplikasi dan alat.
3.3.1. Black Box Testing pada Aplikasi Tabel 3. Pengujian Black Box Aplikasi No Pengujian Hasil yang
diharapkan 1 Login User dapat masuk
akun apabila memasukkan Email dan Password dengan benar
2 Register User dapat membuat akun apabila
memasukkan Email dan Password dengan benar 3 Aplikasi
menampilkan pembacaan sensor suhu secara realtime
Derajat suhu air tampil pada antarmuka aplikasi dan berubah-ubah sesuai suhu air sebenarnya 4 Aplikasi
menampilkan pembacaan sensor pH secara realtime
Ukuran pH air tampil pada antarmuka aplikasi dan berubah-ubah sesuai pH air sebenarnya 5 Menyalakan
pompa
Pompa air
menyala, CardView berubah warna menjadi hijau, status pompa menjadi ON, dan muncul toast
“Pompa Dinyalakan”
6 Mematikan pompa
Pompa air mati, CardView kembali berwarna menjadi abu-abu, status pompa menjadi OFF, dan muncul toast “Pompa Dimatikan”
7 Membuka tangki pakan
Tangki pakan terbuka dalam beberapa detik, CardView berubah warna menjadi hijau, status pakan menjadi ON, dan muncul toast
“Pakan Dihidupkan”
8 Mengatur waktu jadwal pemberian pakan ikan dan
mengaktifkan tombol switch
Muncul satuan waktu yang ditentukan, tersimpan di Firebase, muncul toast “Jadwal Dihidupkan”, dan tangki pakan terbuka setiap jam yang telah
ditentukan 9 Mengaktifkan
tombol switch tanpa
Muncul toast
“Jadwal Belum Ditentukan”
mengatur waktu jadwal 10 Aplikasi
menampilkan deskripsi aplikasi pada fragment About
Deskripsi aplikasi tampil pada antarmuka
11 Logout Keluar dari akses user dan kembali ke Menu Login 3.3.2. Black Box Testing pada Alat
Tabel 4. Penguian Black Box Alat No Pengujian Hasil yang
diharapkan 1 Sensor pH Angka pH tampil
pada aplikasi 2 Sensor suhu Derajat suhu tampil
pada aplikasi 3 Daya Seluruh komponen
yang memerlukan daya listrik dapat dihubungkan satu sama lain dan dapat bekerja sebagaimana mestinya 4 Pompa air Pompa air pada
akuarium dapat menyala dan mati yang dapat dikontrol pada aplikasi
5 Pakan ikan Tangki pakan ikan pada akuarium dapat membuka dan menutup yang dapat dikontrol pada aplikasi 6 Jadwal
Pakan
Tangki pakan ikan pada akuarium dapat membuka dan menutup sesuai jadwal yang telah ditentukan
Tabel 5. Pengujian Pengiriman Data Sensor
No Sensor Jaringan Waktu respon
Jumlah tidak
ada respon
1 Sensor pH
EDGE 5-6
detik 2
3G 3-4
detik 1
4G 2-3
detik 1
2 Sensor suhu
EDGE 5-6
detik 2
3G 3-4
detik 1
4G 2-3
detik 1
Tabel 6. Pengujian Pengiriman Perintah
No Jenis
Perintah Jaringan Waktu respon
Jumlah tidak
ada respon
1
Buka- tutup Pompa
air
EDGE 6-7 detik 3 3G 3-4 detik 2 4G 2-3 detik 1
2
Buka- tutup Pakan
Ikan
EDGE
6-10
detik 4
3G 5-6 detik 4 4G 3-4 detik 3
3 Jadwal pakan
EDGE 5-6 detik 3 3G 3-4 detik 2 4G 2-3 detik 1 Berdasarkan hasil pengujian blackbox yang telah dilakukan dapat ditarik kesimpulan bahwa pada proses masih memungkinkan terjadi kesalahan, namun secara fungsionalitas sistem sudah dapat menghasilkan output yang diharapkan.
3.4. Implementasi
Aplikasi Monitoring dan Controlling Akuaponik berbasis Internet of Things ini dibuat dengan 2 jenis implementasi, yaitu implementasi dalam segi aplikasi dan implementasi dalam segi alat atau mikrokontroler yang dipasang pada Akuaponik.
3.4.1. User Interface
Implementasi antarmuka dibuat berdasarkan aplikasi yang sudah dibangun,
berikut adalah beberapa tampilan implementasi antarmuka.
A. Antarmuka Halaman Login
Tampilan halaman Login dapat dilihat pada gambar 6.
Gambar 6. Antarmuka halaman Login B. Antarmuka Halaman Register
Tampilan halaman Register dapat dilihat pada gambar 7.
Gambar 7. Antarmuka halaman Register C. Antarmuka Fragment Monitor Tampilan Fragment Monitor dapat dilihat pada gambar 8.
Gambar 8. Antarmuka Fragment Monitor D. Antarmuka Fragment Control
Tampilan Fragment Control dapat dilihat pada gambar 9.
Gambar 9. Antarmuka Fragment Control Tampilan basis data pada Firebase dapat dilihat pada gambar 10.
Gambar 10. Tampilan pada Firebase
E. Antarmuka Fragment About
Tampilan Fragment About dapat dilihat pada gambar 11.
Gambar 11. Antarmuka Fragment About F. Antarmuka Logout
Tampilan Logout dapat dilihat pada gambar 12.
Gambar 12. Antarmuka Logout 3.4.2. Alat
Gambar-gambar berikut menunjukkan seluruh komponen alat yang digunakan dalam aplikasi monitoring dan controlling Akuaponik berbasis IoT yang dihubungkan dengan mikrokontroler dan daya disambungkan dengan Breadboard. Wemos membutuhkan daya dari lisrik secara
langsung, dapat menggunakan kabel USB atau kabel power supply.
Gambar 13. Rangkaian Mikrokontroler
Gambar 14. Rangkaian MIkrokontroler dengan Akuarium
4. Kesimpulan
Dalam penelitian ini telah berhasil membuat sistem monitor dan kontrol berbasis aplikasi Android yang diimplementasikan pada Akuaponik yang penulis buat. Sistem ini dibuat untuk memberi kemudahan dalam perawatan Akuaponik tanpa perlu berada di lokasi.
Dengan aplikasi ini diharapkan dapat mengurangi kesalahan dalam pengecekan khususnya pada suhu dan keasaman air serta mengontrol pompa air dan pakan ikan secara mobile. Salah satu kelebihan yang ada pada aplikasi ini adalah, pengguna dapat mengatur jadwal pemberian pakan ikan, dan basis data yang digunakan adalah Firebase sehingga monitoring dan controlling dapat dilakukan secara realtime dan cepat sesuai kecepatan koneksi internet yang digunakan.
Daftar Pustaka
Fathulloh, & Budiana, N. S. (2015).
Akuaponik Panen Sayur Bonus Ikan.
Jakarta: Penebar Swadaya.
Firly, N. (2018). Create Your Own Android Application. Jakarta: Elex Media Komputindo.
Firrizqika, A. (2018). Definisi dan Manfaat Internet of Things. Retrieved May 23, 2019, from www.plimbi.com
Fraifer, M., & Fernström, M. (2016).
Designing an IoT Smart Parking Prototype System. Jitter, 1(December), 1–12.
Haqim, K. R., Permana, A. G., & Sunarya, U.
(2018). Perancangan Web Monitoring Dan Kontrolling Aquaponic Untuk Budidaya Ikan Lele Berbasis Internet Of Things Designing Web Monitoring and Controlling Aquaponic For Cultivation of Catfish Farming Based On Internet of Things, 4(3), 2786–
2808.
Ray, P. P. (2017). Internet of things for smart agriculture: Technologies, practices and future direction. Journal of Ambient Intelligence and Smart Environments, 9(4), 395–420.
https://doi.org/10.3233/AIS-170440 Saparinto, C., & Susiana, R. (2014).
Panduan Lengkap Budi Daya Ikan dan Sayuran dengan Sistem Akuaponik (1st ed.). Yogyakarta: Andi Publisher.
Sommerville, I. (2011). Software Engineering. (M. Horton, Ed.) (9th ed.).
Boston: Pearson.
Sugiyono. (2018). Metode Penelitian Kuantitatif, Kualitatif, R&D (23rd ed.).
Bandung: Alfabeta.
