Prototipe Kandang Ayam Cerdas untuk Masa Brooding Berbasis Internet of Things (IoT)

(1)

1

1. Pendahuluan

Di era sekarang ini, kemajuan teknologi sangat pesat. Semakin banyak perusahaan teknologi berkembang menciptakan sebuah sistem yang dapat membantu pekerjaan bahkan memudahkan aktivitas manusia sehari hari-hari. Dalam bidang elektronika dan teknologi komputer salah satunya adalah Mikrokontroler. Sistem mikrokontroler merupakan perangkat yang dapat bertugas melakukan perintah-perintah sesuai dengan fungsi melaksanakan tugas nya secara komplek yang dibuat oleh pemrogram[1]. Kemajuan Sistem mikrokontroler saat ini juga berkembang sangat pesat salah satunya dapat mengontrol sistem elektronik yang terhubung melalui smartphone. Teknologi ini adalah teknologi berbasis Internet of Things (IoT). Salah satu penerapan sistem tersbut pada bidang peternakan. Menurut data statistik tahun 2020, produksi daging ayam ras pedaging mencapai 3.275.325.72 Ton. Keunggulan ayam broiler didukung oleh sifat genetik dan keadaan lingkungan yang meliputi makanan, temperatur lingkungan, dan pemeliharaan[2].

Disamping itu, yang menjadi tolak ukur keberhasilan perkembangan ayam adalah saat ayam memasuki usia brooding. Hal ini dikarenakan pada saat usia brooding, ayam membutuhkan temperatur dengan sistem pemanas ruangan. Berikut parameter suhu masa brooding ideal di dalam ruangan kandang: umur 1 – 7 hari, suhu ideal kandang 35 ℃, umur 8 – 15 hari derajat kandang 32,2 ℃[3]. Dalam tugas akhir ini, penulis merancang sebuah solusi yaitu Prototipe Kandang Ayam Cerdas untuk Masa Brooding Berbasis Internet of Things (IoT), yang dapat memantau kondisi suhu, kelembaban dan tingkat ammonia, tinggi volume pakan dan tinggi volume minum. Selain itu, penulis merancang sistem pemberian pakan, lampu penerangan dan fan yang beroprasi secara otomatis sesuai sepoint, serta terdapat mode power bank yang beroprasi jika catu daya utama off maka ada battrai cadangan untuk menyuplai cayu daya sementara. Pada alat tersebut digunakan sensor sensor yang kemudian di kendalikan mikrokontroler, kemudian nilai sensor hasil pembacaan di kirim ke dalam aplikasi Blynk dengan bantuan internet.

2. Metode

2.1. Mekanik

Alat yang dirancang mengunakan ukuran 80cm x 60cm x 65cm (p x l x t) sebagai media kandang. Terdapat kotak mikrokontroler yang berisi modul modul, LCD 20x 4 I2C(sebagai monitoring) , dan tombol manual, serta terdapat sensor sensor di dalam kandang, tempat pakan dan power supply, yang di gunakan untuk monitoring data suhu kelembaban, ammonia, volume tinggi air dan pakan, tegangan, tinggi pakan. Kemudian mengunakan automasi pemberian pakan yang terbuat dari akrilik yang kemudian mengunakan ulir yang bisa berputar sebagai metode mengeluarkan pakan dari tempat penampungan pakan.

(2)

2

Gambar 1. Desain Alat.

Gambar 2. Alat yang Dibuat.

2.2. Perancangan sistem

Gambar 3 merupakan gambaran alat yang akan direalisasikan. Prototipe Kandang Ayam Cerdas untuk Masa Brooding Berbasis Internet of Things (IoT), Kemudian terdapat box control warna hitam yang di dalam nya berisi ESP 32, relay 4-Channel, 6 button, LCD display.

(3)

3

Kemudian terdapat komponen di luar box control yang digunakan sebagai penunjang box control berfungsi, adaptor 12V/40 A, battrai aki 12 V/12A.

Gambar 3. Diagram Perangkat Keras.

Sensor DHT 11 bekerja pada hari 1-7 dengan set point 32,2- 35℃, Jika suhu ≥ 35⁰𝐶 maka heater akan off, tetapi jika nilai =< 32,2 ℃, heater akan on. Pada hari ke 8-15 dengan set point suhu 29-32,2℃. Jika suhu di dalam kandang => 32,2° heater 0ff [4] , tetapi jika nilai suhu =< 32,2

℃, heater akan on kemudian mengirimkan notifikasi Blynk bahwa heater telah on. jika nilai kelemban =< 60% maka fan akan on kemudian akan mengirimkan notifikasi Blynk bahwa fan telah on. Pada pembacaan sensor MQ 135, jika nilai Ammonia (NH3) di dalam kandang =>25 ppm maka fan akan on[6], kemudian akan mengirimkan notifikasi Blynk bahwa van telah on.

Sensor ultrasonik bekerja mengukur ketinggian volume pakan, jika nilai volume ketinggian pakan =<10 cm maka akan mengirimkann notifikasi kepada Blynk untuk menambahkan pakan pada kotak penampungan. Sensor tegangan bekerja mengukur tegangan pada power supply, jika nilai tegangan power supply <12 volt atau nilai tegangan 0 volt maka akan mengirimkann notifikasi kepada Blynk bahwa catu daya mengunakan supply cadangan(Power Bank). Water level mengukur ketinggian air minum jika nilai volume ketinggian air =<10 cm maka akan mengirimkan notifikasi kepada peternak untuk mengisi air minum kembali. RTC Blynk merupakan pembacaan waktu yang digunakan untuk mengatur program agar bisa bekerja sesuai set point jam-jam yang di tentukan seperti memberi pakan, menghidupkan dan mematikan lampu penerangan.

(4)

4

Gambar 4. Gaftar Alir Sistem.

2.3. Elektrik

Pada Gambar 7 dijelaskan rangkaian skematik alat menggunakan ESP 32 Dev kit V1 sebagai mikrokontroler ini memiliki antarmuka yang lengkap, juga memiliki WiFi yang sudah tertanam pada mikrokontroler sehingga tepat untuk digunakan pada ini. Digunakan pin header yang dihubungkan pada setiap modul sensor DHT 11, MQ135, Water Level, Ultrasonik dan pada alat yang dirancang digunakan Catu daya 12V untuk daya pada heater, lampu dan fan serta tegangan 5V untuk catu daya mikrocontroler. Lalu terdapat Modul emergency UPS yang digunakan untuk switch tegangan jika catu daya utama mati akan secara otomatis powerbank (baterai Aki 12V) menyala mengantikan catu daya utama.

Gambar 5. Skematik Alat.

(5)

5 2.4. Tampilan Aplikasi

Gambar 8 merupakan tampilan aplikasi Blynk yang sangat berperan penting dalam alat yang di rancang. Pada aplikasi mempunyai tampilan yang dapat memonitor suhu, kelembaban, ammonia, Volume tinggi pakan, Volume tinggi minum, tegangan pada catu daya dan waktu. Terdapat juga tombol virtual yang digukan sebagai pengendalian alat secara manual.

Gambar 6. Tampilan Aplikasi Blynk.

3. Hasil dan Pembahasan

3.1. Pengujian Alat Pakan

Pada pengujian ini dirancang pemberian pakan secara automasi. Adapun pemberian pakan selama 1 hari sebanyak 3 kali, yaitu pada jam 7 pagi, jam 12 siang dan jam 22.00. Pada proses pemberian pakan tidak digunakan sensor berat untuk mengukur berat keluaran pakan, dan digunakan delay pada program agar motor dan katup pembuka (Servo) bisa bekerja sesuai set delay yang ditentukan.

Gambar 7. Notifikasi pada Aplikasi Blynk jika Diberikan secara Manual dan Otomatis.

(6)

6

Tabel 1. Percobaan Pemberian Pakan.

Usia Ayam Frekuensi Pakan Banyak Pakan per-1 ekor

(Gram)

Servo dan Motor

1-3 3 kali tiap jam(07.00- 12.00-22.00)

43-63 High

4-7 3 kali tiap jam(07.00- 12.00-22.00)

73-116 High

8-9 3 kali tiap jam(07.00- 12.00-22.00)

136-150 High

10-12 3 kali tiap jam(07.00- 12.00-22.00)

163-196 High

13-14 3 kali tiap jam(07.00- 12.00-22.00)

220-226 High

15 3 kali tiap jam(07.00- 12.00-22.00)

246-286 High

Pada alat yang dirancang digunakan manual button yang berfungsi saat pakan yang dikeluarkan terjadi trouble, sehingga pakan tidak bekerja secara automasi maka peternak bisa memberikan pakan secara manual dengan menekan tombol pakan yang terdapat pada kotak.

Juga dirancang peringatan notifikasi bahwa pakan sudah diberikan yang berlaku untuk pemberian pakan secara otomatis maupun manual.

3.2. Pengujian Sensor Tinggi Volume Pakan dan Tinggi Air Minum

Gambar 8. Uji Coba Sensor Water Level.

(7)

7

Gambar 9. Notifikasi pada Aplikasi Blynk Jika Water Level Kurang atau Sama dengan Set Point.

Tabel 2. Percobaan Volume Water Sensor.

Pengaris(cm) Nilai Sensor(cm)

Notifikasi Error (%)

1,1 1,1 Ada 0

3,1 3,2 Tidak ada 3,2

2,6 2,7 Tidak ada 3,8

3,6 3,7 Tidak ada 2,7

Gambar 10. Uji Coba Sensor Ultrasonik.

Gambar 11. Notifikasi pada Aplikasi Blynk, Jika Tinggi Volume Pakan Kurang dari Set Point

Tabel 3. Percobaan Volume Pakan.

Pengaris(cm) Nilai Sensor(cm)

12,9 13 Tidak ada 2,3

16,5 18 Tidak ada 2,8

7,9 8 Tidak ada 1,2

9,1 7 ada 4,4

Pengujian pembacaan sensor cukup baik dalam pengukurannya, dengan nilai error dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

(8)

8

𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 =𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑆𝑒𝑏𝑒𝑛𝑎𝑟𝑛𝑦𝑎 − 𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑆𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟

𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑆𝑒𝑏𝑒𝑛𝑎𝑟𝑛𝑦𝑎 × 100%

𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = |^15,9−16,5

15,9 | × 100%=2,4%

Dari Persamaan 1 didapatkan nilai rata-rata error untuk ketinggian air adalah 2,4% dan untuk level pakan adalah 2,6%.

3.3. Pengujian Sensor Suhu dan Kelembaban

Pada percobaan ini dilakukan untuk mengetahui apakah sensor suhu kelembaban dapat berkerja ketika sensor membaca suhu kelembaban di dalam kandang. Jika nilai pembacaan kurang dari set point yang sudah ditentukan maka dikirimkan notifikasi bahwa pemanas menyala, jika set point melebihi maka fan akan menyala dan mengirimkan notifikasi bahwa fan menyala.

Gambar 12. Pembacaan Sensor DHT11.

Gambar 13. Notifikasi pada Aplikasi Blynk, Suhu Kurang Set Point.

Gambar 14. Notifikasi pada Aplikasi Blynk, Suhu Melebihi Set Point.

Tabel 4. Nilai Pembaaan Sensor DHT.

Dari tabel di atas dilakukan pembandingan suhu dan kelembapan yang diperoleh sensor DHT 11 dengan alat ukur hygrometer digital. Uji coba dilakukan sebanyak 15 kali percobaan

(9)

9

dengan meletakkan alat ukur dan sensor DHT 11 di dalam kandang ayam. Pada percobaan pengukuran suhu didapatkan nilai error pada waktu 1- 7 hari nilai 0,3°C - 2,8 °C (rata-rata

1,5 %). Pada hari 8- 15 nilai 0,6 – 3,3 (rata-rata 1,3%). Sedangkan untuk kelembapan didapatkan nilai error pada waktu 1- 7 hari nilai sebesar 0- 0,7% (rata-rata 0,2 %). Pada waktu 8-15 nilai kelembaban 0-4,2(rata-rata 2,5%). Untuk nilai errornya dapat dihitung dengan persamaan:

𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = |^36,0−35,0

36,0 | × 100%=0,2%

3.4 Pengujian Sensor tegangan

Pada percobaan ini dilakukan untuk mengetahui apakah sensor Tegangan dapat berkerja ketika sensor membaca tidak adanya tegangan inputan utama. Jika nilai pembacaan kurang dari set point yang sudah ditentukan dengan inputan <=10V maka dikirimkan notifikasi bahwa alat bekerja dengan catu daya cadangan yang mengunakan aki 12Volt.

Data DHT 11(℃)

Termom eter (℃)

Rerata Suhu Salatiga

% Error

DHT11 (℃)

Hygro meter (%)

Rerata Kelembaban

Salatiga

% Error

1 34,8 35,0 23,0 0,5 58,0 56,0 28,5 0,3

2 35,8 35,0 22,8 2,2 55,0 55,0 23,0 0,0

3 34,4 36,0 23,0 1,6 52,0 54,0 17,8 0,3

4 34,0 35,0 22,0 2,8 57,0 52,0 17,7 0,7

5 34,6 35,0 24,0 1,1 55,0 58,0 20,0 0,5

6 34,1 34,0 23,0 0,3 67,0 60,0 23,0 0,1

7 35,0 36,0 23,7 2,6 63,0 69,0 25,6 0,1

1-7 hari Rata- rata

34,6 35,1 23,0 1,5 58,1 57,7 22,2 0,2

8 32,4 32,0 23,0 1,2 73,0 75,0 25,0 2,6

9 32,8 33,0 24,0 0,6 73,0 73,0 24,7 0,0

10 31,0 30,0 23,8 3,3 73,0 76,0 24,7 1,3

11 32,2 32,0 23,0 0,6 71,0 71,0 24,7 0,0

12 31,8 32,0 23,0 0,6 72,0 76,0 27,6 5,2

13 32,3 32,0 23,0 0,9 74,0 74,0 18,0 0,0

14 32,2 32,0 22,0 0,6 74,0 71,0 24,7 4,2

15 31,9 31,0 24,0 2,9 68,0 73,0 25,0 6,8

8-15 hari Rata”

32,0 31,7 23,2 1,3 72,2 73,6 24,3 2,5

(10)

10

Gambar 15. Sensor Tegangan.

Gambar 16. Notifikasi pada Aplikasi Blynk pada Mode Power Bank.

Tabel 5. Nilai Pembaaan Sensor tegangan Multimeter

(Volt)

Nilai Sensor

(Volt)

12,2 12,0 Tidak ada 1,6

11,5 11,2 Tidak ada 2,6

10,4 10,0 Ada 3,8

6,0 6,0 Ada 0

0,0 0,0 Ada 0

Pengujian pembacaan sensor cukup baik dalam pengukurannya, dengan nilai error dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = |^12,2−12,0

12,2 | × 100%=1,6%

Dari Persamaan (1) didapatkan nilai rata-rata error untuk sensor tegangan adalah 1,6%.

(11)

11 3.5 Pengujian Sensor Ammonia

Pada percobaan ini dilakukan untuk mengetahui apakah sensor Ammonia (MQ 135) dapat berkerja ketika sensor membaca adanya gas di dalam kandang. Jika nilai pembacaan melebihi set point 25 PPM maka fan akan menyala untuk mengurangi gas di dalam kandang dan mengirimkan notifikasi bahwa ammonia tinggi sehingga fan menyala.

Tabel 16. Nilai Pembaaan Sensor Ammonia.

Tabel 17. notifiksi Sensor Kadar Ammonia Lebih atau Sama dengan Set Point.

Tabel 6. Nilai Pembaaan Sensor Ammonia.

Nilai Sensor

Notifikasi Nilai Sensor 0,006 Tidak

aktif

0,006 12,539 Tidak ada 12,539

54,846 Ada 54,846

45,057 Ada 45,057

Sensor MQ 135 yang digunakan untuk mengukur gas ammonia mengunakan kalibrasi sensor.

a. Kalibrasi Sensor Ammonia (MQ135)

Rangkaian sensor MQ-135 merupakan rangkaian pembagi tegangan, sumber tegangan DC 5V, nilai tegangan yang dikirimkan oleh sensor MQ135 merupakan nilai yang digunakan dalam proses kalibrasi, sehingga dapat diubah menjadi PPM (parts per million).

Dengan pengujian kalibrasi sensor amonia, prosedur pengujian dilakukan dalam wadah tertutup. Pada sensor amonia MQ-135, proses kalibrasi sensor dapat menggunakan informasi yang terdapat pada data sheet.

(12)

12

Gambar 18. Datasheet MQ-135.

Grafik yang membandingkan PPM dan Rs/Ro. Seperti dapat dilihat dari gambar di atas, proporsi hambatan udara segar adalah konstan. Dari rata-rata grafik, nilai Rs/Ro dapat diperkirakan sebagai berikut.

Rs/Ro = 3,6

Dari datasheet dapat ditemukan rumus untuk menghitung nilai Rs, persamaanya adalah sebagai berikut.

Resistansi Sensor (Rs): Rs = (Vc/VRL-1)xRL

Dari persamaan di atas diketahui bahwa nilai Vc mewakili tegangan sumber (+5V) dan nilai RL diukur sebagai 10k ohm. Kemudian digunakan program Arduino untuk mendapatkan nilai Rs. Pengukuran Ro sekitar 50K.

Kemudian untuk nilai Rs (resistansi sensor), menggunakan Persamaan (3) dan menghitung pada program Arduino, nilai Rs adalah sekitar 250K. Hubungan antara Rs/Ro dan PPM adalah logaritmik dan dapat dinyatakan sebagai berikut.

log(y) = m*log(x)+b

Untuk menentukan nilai m dan b, terlebih dahulu ditentukan dua titik (x1, y1) dan (x2, y2) pada grafik fungsi NH3. Jadi dua titik didefinisikan pada (19,2) dan (100,1).

m = [log(y2) - log(y1)] / [log(x2) log(x1)]

(13)

13 m = log(1/2) / log(100/19) m = -0,417

Selanjutnya untuk mencari nilai PPM, digunakan persamaan berikut.

PPM = 10^{[log(rasio) - b]/m}

Semua perhitungan kalibrasi dimasukkan ke dalam program arduino dan diinisialisasi saat melakukan pembacaan sensor untuk PPM. [3]

3.6 Pengujian LED, Fan dan Heater

Pada perancangan ini dirancang lampu LED secara otomatis. pada jam 17.00 LED akan hidup untuk penerangan di daam kandang dan jam 06.00 LED akan mati.

a. Pengujian LED Otomatis

Tabel 7. Hasil Pengamatan Lampu LED.

Jam Notifikasi LED On/Off

17.00 Aktif On

06.00 Aktif On

17.00 Aktif On

06.00 Aktif On

b. Pengujian LED Manual

Tabel 8. Hasil Pengamatan lampu LED.

Button LED Notifikasi

On aktif ada

Off aktif ada

Off aktif ada

c. Pengujian Fan Manual

Tabel 9. Hasil Pengamatan Lampu LED.

(14)

14

Button Fan Notifikasi

On aktif ada

d. Pengujian Heater Manual

Tabel 10. Hasil Pengamatan lampu LED.

Button Heater Notifikasi

On aktif ada

Pada tabel di atas diunjukkan bahwa button manual berfungsi dengan baik. Fungsi button manual yaitu sebagai pengendali manual yang mematikan atau menghidupkan LED, heater, Fan secara real time.

3.7 Pengujian Kandang Ayam Cerdas untuk Masa Brooding

Tabel 11. Hasil Pengamatan Mengunakan Automasi Kandang Ayam Cerdas untuk Masa Brooding Berbasis Internet of Things (IoT).

Tabel 12. Hasil pengujian Bobot Ayam.

No Hari ke Keterangan Hasil

1 ^{Hari ke 1} Pada hari pertama ayam berumur

1-2 hari mempunyai bobot 36 gram belum adanya tumbuh bulu

baru pada sayap ayam

2 Hari ke 10 Pada hari ke-10 ayam mempunyai

berat rata rata bobot 295 gram dan tumbuh sayap baru

(15)

15

Ayam Ke- Bobot

1 419

2 449

3 487

4 451

5 398

6 411

7 517

8 419

9 447

Pada pengujian tersebut dari 10 ekor ayam, 9 ayam hidup sedangkan 1 ayam mati. Ini dikarenakan bibit yang kurang bagus dan adanya penyebab lainnya seperti pada proses pengantaran, yang kemudian ayam terpapar penyakit dan ayam tidak mau mengkonsumsi makan.

𝐾𝑒𝑏𝑒𝑟ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙𝑎𝑛 = 𝐴𝑦𝑎𝑚 𝐻𝑖𝑑𝑢𝑝

𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑎𝑦𝑎𝑚 𝑠𝑒𝑚𝑢𝑙𝑎× 100%

𝐾𝑒𝑏𝑒𝑟ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙𝑎𝑛 = ⁹

10× 100% = 90%

3.4. Kesimpulan

Dari hasil pengujian yang telah dilakukan, didapatkan kesimpulan sebagai berikut.

Bibit ayam DOC boiler sangat berpengaruh terhadap tumbuh kembang dan kesehatan Ayam tersebut . Hasil pengembangan alat kandang ayam cerdas untuk masa brooding dengan sistem monitoring dan pengendalian berbasis internet of Things berjalan dengan baik karrna dapat di pantau dan di kendalikan jarak jauh dan hasil akhir pada hari ke-15 bobot ayam sangat normal dan optimal, sedangkan perawatan secara manual memerlukan tenaga yang cukup banyak dikarenakan perlu memonitoring 24 jam. Koneksi internet yang buruk dapat menghambat proses pengiriman data sensor pengendalian waktu untuk sistem dapat bekerja sesuai jam dan menit yang sudah di program seperti pemberian pakan, notifikasi dan lampu otomatis

3 Hari ke 15 Pada hari ke-15 ayam mempunyai berat rata rata 385 - 517 gram , sayap tumbuh lebat kemudian tumbuh pial/jengger pada kepala

ayam