-
TUGAS AKHIR
SISTEM KENDALI HIDROPONIK DALAM
RUANGAN BERBASIS RASPBERRY PI
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 :
ANDRIAN BUDIAWAN LIM
NIM : 155114048
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
2020
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
FINAL PROJECT
CONTROL SYSTEM FOR INDOOR HYDROPONIC
USING RASPBERRY PI
In partial fulfilment of the requirements
for the degree of Sarjana Teknik
Electrical Engineering Study Program
Department of Electrical Engineering
Faculty of Science and Technology, Sanata Dharma University
ANDRIAN BUDIAWAN LIM
NIM : 155114048
ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
2020
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP
MOTTO:
“KESUSAHAN SEHARI CUKUPLAH UNTUK SEHARI,
JANGAN MENUNDA SESUATU UNTUK
DIKERJAKAN”
Skripsi ini saya persembahkan untuk :
Tuhan Yang Maha Kuasa
Keluarga yang selalu memberi dukungan baik moral
maupun materi
Teman – teman elektro USD angkatan 2015 yang selalu
membantu dan sama – sama berjuang
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
viii
INTISARI
Berkebun dengan sistem hidroponik secara tradisional belum
menggunakan
teknologi otomatisasi, seluruh proses meliputi pemberian nutrisi
dan pengukuran variabel
seluruhnya masih dilakukan oleh manusia. Penyinaran juga masih
mengandalkan sinar
matahari yang tidak menentu. Sistem pengukuran, otomatisasi
sistem pemberian nutrisi
dan otomatisasi sistem penyinaran dapat direalisasikan
menggunakan Arduino dan
Raspbery Pi.
Otomatisasi pengukuran dan pengendalian sistem hidroponik dapat
digunakan
untuk membuat semua proses hidroponik menjadi lebih efisien.
Sensor TDS dan sensor
pH yang disambungkan pada Arduino serta sensor LDR yang
disambungkan pada
Raspberry Pi digunakan secara permanen untuk pengukuran data.
Data hasil pengukuran
tersebut akan digunakan untuk mengendalikan aktuator berupa
Motor DC, Diaphragm
Pump dan Lampu LED dengan menggunakan Raspbery Pi sebagai
mikrokontroler
pengendalian dan pemantauan proses. Selain untuk pengendalian,
data tersebut juga akan
ditampilkan pada GUI, disimpan pada data logger dan dikirim ke
aplikasi berbasis IoT (
Internet of Things ).
Sistem pemberian dan pencampuran nutrisi pada air dapat berjalan
dengan baik,
nilai rata – rata kebenaran relatif sistem adalah 98.77%, proses
tersebut berjalan dengan
waktu rata – rata 125 detik. Sistem pengendalian lampu juga
dapat berjalan dengan baik,
nilai rata – rata kebenaran relatif sistem adalah 100%. Sistem
pengukuran modul sensor
TDS dan pH dapat mengukur dengan baik, nilai rata – rata
kebenaran relatif hasil
pengukuran modul sensor TDS adalah 97.16% dan nilai rata – rata
kebenaran relatif hasil
pengukuran modul sensor pH adalah 99.96%. Data hasil pengukuran
serta pengendalian
proses dapat ditampilkan dengan baik pada GUI secara real time,
data tersebut juga
disimpan pada data logger dan dapat dipantau dari jarak jauh
menggunakan aplikasi
berbasis IoT yaitu Cayenne myDevice dengan waktu pengiriman data
rata – rata 3 detik.
Kata Kunci : Hidroponik, Raspberry pi , pengendalian,
Otomatisasi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
ix
ABSTRACT
Gardening with a hydroponic system traditionally has not used
automation
technology, the whole process including the provision of
nutrition and measurement of
variables is all done by humans. The irradiation that plants
needed also still relies on
sunlight, meanwhile the sunlight is uncertain. Measurement
system, provision of nutrition
system automation and radiation system automation can be
implemented using Arduino
and Raspbery Pi.
Automation of measuring and controlling hydroponic systems can
be used to make
all hydroponic processes more efficient. The TDS sensor and the
pH sensor connected to
the Arduino and the LDR sensor connected to the Raspberry Pi are
used permanently for
data measurement. The measurement data will be used to control
the actuator in the form
of a DC Motor, Diaphragm Pumps and LED lights using Raspbery Pi
as microcontroller
for controling and monitoring process. In addition, besides for
controling the process, the
data will also be displayed in the GUI, stored in a data logger
and sent to an IoT (Internet
of Things) based application.
The system of nutrient mixing and stirring in water can work
well, the average
relative value of the system is 98.77%, the process runs with an
average time of 125
seconds. The light control system can also work well, the
relative average value of the
system is 100%. TDS and pH sensor module can also measure well,
the average value of
the relative value of the measurement by the TDS sensor module
is 97.16% and the
average value of the relative value of the measurement by the pH
sensor module is
99.96%. Measurement data and process control can be displayed
properly in the GUI in
real time, the data is also stored in the data logger and can be
monitored remotely using
an IoT-based application, Cayenne myDevice with an average data
transfer time of 3
seconds.
Keywords: Hydroponics, Raspberry pi, Controlling, Automation
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
x
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur dihaturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena
anugerah-Nya,
tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Tugas akhir
merupakan salah syarat kelulusan
di Jurusan Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma Yogyakarta
untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik.
Laporan tugas akhir ini dibuat dalam rangka menyelesaikan tugas
akhir. Namun pada
proses penulisan tugas akhir ini juga tidak lepas dari bantuan
berbagai pihak yang telah
memberikan petunjuk, bimbingan, saran dan pengalaman bagi
penulis, sehingga penulis
ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1. Tuhan yang Maha Esa karena anugerah dan penyertaan-Nya pada
penulis dari
awal memulai proses pengerjaan tugas akhir hingga akhirnya bisa
menyelesaikan
tugas akhir.
2. Bapak Petrus Setyo Prabowo, S.T., M.T. selaku ketua Jurusan
Teknik Elektro,
Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta yang telah
memberikan kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan tugas
akhir
3. Bapak Martanto, S.T., M.T. selaku dosen pembimbing penulis,
yang telah
memberikan petunjuk, bimbingan, dan saran dalam pengerjaan tugas
akhir.
4. Bapak Ir. Tjendro, M.Kom. dan Ibu Ir.Th. Prima Ari Setiyani,
M.T. selaku dosen
penguji penulis, yang telah memberikan petunjuk, bimbingan, dan
saran dalam
pengerjaan tugas akhir.
5. Seluruh dosen dan laboran Teknik Elektro yang telah
memberikan ilmu dan
pengalaman yang bermanfaat bagi penulis.
6. Teman-teman penulis yang telah bersama-sama berjuang
mengerjakan tugas
akhir baik yang ada di yogyakarta maupun yang ada di luar
yogyakarta.
7. Keluarga penulis yang telah mendukung dan memberikan semangat
selama
pengerjaan tugas akhir, memberikan berbagai inspirasi yang
sangat bermanfaat
bagi penulis..
8. Pihak yang ahli dalam bidang hidroponik karena penulis sudah
diberi kesempatan
untuk ikut belajar dan mendapat berbagai pengalaman dalam dunia
hidroponik.
9. Semua pihak yang belum disebutkan yang sudah membantu dan
mendukung
pengerjaan tugas akhir.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ( Bahasa Indonesia )
............................................................................
i
HALAMAN JUDUL ( Bahasa Inggris )
...............................................................................
ii
LEMBAR PERSETUJUAN
.................................................................................................
iii
LEMBAR PENGESAHAN
..................................................................................................
iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
................................................................................
v
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP
..................................................... vi
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK
KEPENTINGAN AKADEMIS
...........................................................................................
vii
INTISARI
...........................................................................................................................
viii
ABSTRACT
.........................................................................................................................
ix
KATA PENGANTAR
...........................................................................................................
x
DAFTAR ISI
.......................................................................................................................
xii
DAFTAR GAMBAR
.........................................................................................................
xvv
DAFTAR TABEL
............................................................................................................
xviii
BAB I PENDAHULUAN
.....................................................................................................
1
1.1. Latar Belakang
............................................................................................................
1
1.2. Tujuan dan Manfaat
....................................................................................................
4
1.3. Batasan Masalah
.........................................................................................................
4
1.4. Metodologi Penelitian
.................................................................................................
5
BAB II DASAR TEORI
........................................................................................................
7
2.1. Kondisi Hidup Selada Grand Rapid
............................................................................
7
2.2. Nutrisi Untuk Hidroponik
...........................................................................................
9
2.3. Nutrient Film Technique
.............................................................................................
9
2.4.Motor DC Gearbox 1:48 L
........................................................................................
11
2.5. Diaphragm Water Pump Motor DC
..........................................................................
12
2.6. RTC
...........................................................................................................................
13
2.7. Modul Sensor Cahaya LDR
......................................................................................
15
2.8. Modul
Relay..............................................................................................................
16
2.9. Lampu LED Biru dan Merah
....................................................................................
17
2.10. Sensor TDS
.............................................................................................................
19
2.11. Sensor pH
................................................................................................................
21
2.12. Arduino Mega 2560
................................................................................................
22
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xiii
2.13. Raspberry Pi 3
.........................................................................................................
23
2.14. Cayenne myDevice
.................................................................................................
25
2.15. Hukum Ohm dan Daya
...........................................................................................
27
BAB III RANCANGAN PENELITIAN
.............................................................................
28
3.1. Model Sistem
............................................................................................................
28
3.2. Perancangan Perangkat Keras
...................................................................................
29
3.2.1. Plant Hidroponik sistem NFT
............................................................................
29
3.2.2. Perancangan Rangkaian Utama
..........................................................................
32
3.2.3. Perancangan Rangkaian Modul Sensor Total Dissolved Solids
......................... 33
3.2.4. Perancangan Rangkaian Modul Sensor pH
........................................................ 34
3.2.5. Perancangan Rangkaian Modul Sensor Light Dependent
Resistor .................... 35
3.2.6. Perancangan Rangkaian Motor
Pengaduk..........................................................
36
3.2.7. Perancangan Rangkaian Lampu LED
................................................................
37
3.2.8. Perancangan Rangkaian Diaphragm
Pump........................................................ 38
3.2.9. Raspberry Pi 3
....................................................................................................
39
3.2.10. Komunikasi Arduino dan Raspberry Pi
........................................................... 40
3.3. Perancangan Perangkat Lunak
..................................................................................
40
3.3.1. Diagram Alir Proses Kerja Sistem
.....................................................................
41
3.3.2. Diagram Alir Sub-routine Pengukuran pH, TDS dan
Pengendalian Proses
Pemberian Nutrisi
.........................................................................................................
42
3.3.3. Diagram Alir Sub-routine Pengendalian Lampu LED
....................................... 44
3.3.4. Perancangan Pemantauan Jarak Jauh
.................................................................
45
3.3.5. Perancangan Graphical User Interface ( GUI )
................................................. 46
BAB IV HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN
................................................ 49
4.1. Sistem Monitoring dan Pengendali Alat
...................................................................
49
4.1.1. GUI Alat
.............................................................................................................
51
4.1.2. Sistem Pengukuran nilai TDS dan
pH................................................................
51
4.1.3. Sistem Pengukuran Cahaya
................................................................................
52
4.1.4. Sistem Pengendalian Proses Pemberian Nutrisi
................................................. 53
4.1.5. Pengendalian Lampu
..........................................................................................
58
4.1.6. Pengujian Pengukuran TDS dan pH dan Pengendalian Proses
Pemberian Nutrisi
61
4.1.7. Pengujian Pengukuran Cahaya dan Pengendalian Lampu
................................. 64
4.1.8. Desain motor pengaduk
......................................................................................
65
4.2. Implementasi Perangkat Keras
.................................................................................
65
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xiv
4.3. Implementasi Perangkat
Lunak.................................................................................
71
4.3.1. Bagian – Bagian GUI
.......................................................................................
721
4.3.2. Manual Penggunaan GUI
...................................................................................
72
4.3.3. Program Pembacaan dan Pemrosesan Data dari Arduino
.................................. 73
4.3.4. Program Penerimaan Data pada Raspberry Pi
................................................... 74
4.3.5. Program Pengukuran Cahaya
.............................................................................
75
4.3.6. Program Proses Pengendalian Pemberian Nutrisi
.............................................. 76
4.3.7. Program Proses Pengendalian Rangakaian Lampu LED
................................... 78
4.3.8. Program Penyimpanan Data
...............................................................................
78
4.3.9. Pengaturan Cayenne
...........................................................................................
80
4.3.10. Sistem Pemantauan Jarak Jauh
.........................................................................
82
4.3.11. Kalibrasi Modul Sensor TDS
...........................................................................
83
4.3.12. Kalibrasi Modul Sensor pH
..............................................................................
86
4.3.13. Kalibrasi Modul Sensor LDR
...........................................................................
88
4.3.14. Perubahan Pada Software
.................................................................................
90
4.3.15. Implementasi Lampu LED
...............................................................................
90
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
..............................................................................
91
5.1. Kesimpulan
...............................................................................................................
91
5.2. Saran
.........................................................................................................................
91
DAFTAR PUSTAKA
..........................................................................................................
92
LAMPIRAN
........................................................................................................................
95
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Diagram Blok Sistem
...............................................................................................
5
Gambar 2.1. Tanaman Selada Grand Rapids
.......................................................................
7
Gambar 2.2. Pencahayaan Pada Bagian – Bagian Ruangan
.................................................. 8
Gambar 2.3. Gambar ilustrasi sistem Nutrient Film Technique
.......................................... 10
Gambar 2.4. Dimensi Gearbox
............................................................................................
12
Gambar 2.5. Pergerakan Diaphragm Pump
.........................................................................
12
Gambar 2.6. Pin RTC DS3231
............................................................................................
13
Gambar 2.7. Siklus perhitungan RTC
.................................................................................
14
Gambar 2.8. Light Dependent Resistor
...............................................................................
15
Gambar 2.9. Modul Relay 2 Channel
..................................................................................
16
Gambar 2.10. Rangkaian Lampu
.........................................................................................
17
Gambar 2.11. SMD LED
.....................................................................................................
18
Gambar 2.12. Skematik Total Dissolved Solid Dfrobot
...................................................... 19
Gambar 2.13. Skematik Total Dissolved Solid Dfrobot
...................................................... 20
Gambar 2.14. Gambar Sensor pH
........................................................................................
21
Gambar 2.15. Gambar Arduino Mega 2560
........................................................................
22
Gambar 2.16. Gambar Pin Arduino Mega 2560
..................................................................
23
Gambar 2.17. Fitur pada Raspberry Pi 3
.............................................................................
23
Gambar 2.18. Pin pada Raspberry Pi 3
................................................................................
24
Gambar 2.19. Dashboard Cayenne myDevices
..................................................................
25
Gambar 2.20. Fitur Bring Your Own Thing
.........................................................................
26
Gambar 2.21. Kondisi Raspberry Pi
....................................................................................
27
Gambar 3.1. Rancangan Plant Hidroponik Sistem NFT
..................................................... 29
Gambar 3.2. Rancangan Plant Hidroponik Sistem NFT
..................................................... 30
Gambar 3.3. Dimensi Bak Penampungan Air dan Nutrisi
.................................................. 31
Gambar 3.4. Dimensi dan Isi Bak Penampungan
................................................................
32
Gambar 3.5. Rangkaian Keseluruhan
..................................................................................
33
Gambar 3.6. Rangkaian Arduino dan modul sensor TDS
................................................... 34
Gambar 3.7. Rangkaian Arduino dan modul sensor pH
...................................................... 35
Gambar 3.8. Rangkaian Modul Sensor LDR dan Raspberry Pi
.......................................... 36
Gambar 3.9. Gambar Rangkaian Motor
Pengaduk..............................................................
36
Gambar 3.10. Gambar Rangkaian Lampu
...........................................................................
37
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xvi
Gambar 3.11. Rangkaian LED line strip MSD
....................................................................
38
Gambar 3.12. Gambar Rangkaian Pompa Nutrisi
...............................................................
38
Gambar 3.13. Penghubungan Raspberry Pi dan Arduino
.................................................... 40
Gambar 3.14. Diagram Alir Utama
.....................................................................................
41
Gambar 3.15. Proses Pengukuran pH,TDS dan Pengendalian Proses
Pemberian Nutrisi .. 43
Gambar 3.16. Proses Pengendalian Lampu LED
................................................................
44
Gambar 3.17. Diagram Pemantauan Jarak Jauh
..................................................................
46
Gambar 3.18. Tampilan GUI
...............................................................................................
47
Gambar 4.1. Bentuk Alat
.....................................................................................................
49
Gambar 4.2. Bentuk Alat Lanjutan
......................................................................................
50
Gambar 4.3. GUI Alat
.........................................................................................................
51
Gambar 4.4. Kondisi GUI setelah batas TDS dimasukan
................................................... 53
Gambar 4.5. Kondisi GUI pada saat Pompa Nutrisi Hidup
................................................. 54
Gambar 4.6. Tampilan Cayenne Pompa Aktif
....................................................................
54
Gambar 4.7. Kondisi Relay dan Pompa Nutrisi
..................................................................
55
Gambar 4.8. Kondisi GUI pada saat Motor Pengaduk Hidup
............................................. 56
Gambar 4.9. Tampilan Cayenne Motor Aktif
......................................................................
56
Gambar 4.10. Kondisi Relay dan Motor Pengaduk
.............................................................
57
Gambar 4.11. Kondisi GUI Pengendalian Lampu
...............................................................
58
Gambar 4.12. Tampilan Cayenne Lampu Aktif
..................................................................
59
Gambar 4.13. Kondisi Relay dan Lampu
............................................................................
59
Gambar 4.14. Lampu
Aktif..................................................................................................
60
Gambar 4.15. Kondisi GUI pada saat Cahaya Cukup dan Lampu Mati
............................. 60
Gambar 4.16. Tampilan Cayenne Lampu Tidak Aktif
........................................................ 61
Gambar 4.17. Data Hasil Pengukuran
.................................................................................
63
Gambar 4.18. Data Hasil Pengukuran
.................................................................................
64
Gambar 4.19. Data Hasil Pengukuran
.................................................................................
64
Gambar 4.20. Motor
Pengaduk............................................................................................
65
Gambar 4.21. Plant Hidroponik
..........................................................................................
65
Gambar 4.22. Bak Penampung Air dan Rangkaian Pengendali
.......................................... 66
Gambar 4.23. Bak Penampung Air Tampak Atas
...............................................................
67
Gambar 4.24. Bagian Dalam Bak Penampung Air
..............................................................
68
Gambar 4.25. Rangkaian Pengendali
..................................................................................
69
Gambar 4.26. Bagian Bak Penampung Nutrisi dan Pompa Nutrisi
..................................... 70
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xvii
Gambar 4.27. Adaptor dan sumber tegangan
......................................................................
70
Gambar 4.28. Bagian – Bagian
GUI....................................................................................
71
Gambar 4.29. Program Pengukuran Data TDS dan pH
....................................................... 74
Gambar 4.30. Program Pembacaan Data dari Arduino ke Raspberry Pi
............................. 74
Gambar 4.31. Fungsi Pengukuran Cahaya
..........................................................................
75
Gambar 4.32. Proses Pengendalian Nutrisi
.........................................................................
76
Gambar 4.33. Proses Pengendalian Pemberian Nutrisi
....................................................... 77
Gambar 4.34. Proses Pengendalian Rangkaian Lampu LED
.............................................. 78
Gambar 4.35. Program Penyimpanan Data
.........................................................................
79
Gambar 4.36. Pembuatan Device Baru
................................................................................
80
Gambar 4.37. Fitur Bring Your Own Thing
.........................................................................
80
Gambar 4.38. Pengaturan Custom Widget
...........................................................................
81
Gambar 4.39. Tampilan Dashboard yang berisi Widget-Widget
........................................ 81
Gambar 4.40. Sistem Pemantauan Jarak Jauh
.....................................................................
82
Gambar 4.41. Sensor dan Alat ukur di udara
......................................................................
84
Gambar 4.42. Sensor dan Alat ukur di udara
......................................................................
84
Gambar 4.43. Sensor dan Alat Ukur di air keran.
...............................................................
85
Gambar 4.44. Sensor dan Alat Ukur di air aquades
............................................................ 85
Gambar 4.45. Sensor dan Alat ukur di aquades dan 2.51 gram
gula................................... 86
Gambar 4.46. Pengukuran Larutan Buffer dengan pH 7.00
................................................ 87
Gambar 4.47. Pengukuran Larutan Buffer dengan pH 4.00
................................................ 87
Gambar 4.48. Pengukuran Larutan Buffer dengan pH 10.1
................................................ 88
Gambar 4.49. Kalibrasi Modul Sensor LDR
Mati...............................................................
89
Gambar 4.50. Kalibrasi Modul Sensor LDR Hidup
............................................................ 89
Gambar 4.51. Spektrum Warna Lampu
...............................................................................
90
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
xviii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Spesifikasi Signal Transmitter Board
................................................................
20
Tabel 2.2. Spesifikasi Signal Transmitter Probe
.................................................................
20
Tabel 2.3. Spesifikasi Modul Sensor pH
.............................................................................
22
Tabel 3.1. Rancangan Pin modul sensor TDS dengan Arduino
.......................................... 34
Tabel 3.1. Penggunaan Pin GPIO pada Raspberry
Pi.......................................................... 39
Tabel 3.2. Format Data yang akan dikirim ke Cayenne
...................................................... 45
Tabel 4.1. Bagian – bagian alat
...........................................................................................
50
Tabel 4.2. Data Hasil Pengujian dan Pengendalian Proses
Pemberian Nutrisi .................. 61
Tabel 4.3. Fungsi Bagian – Bagian GUI
.............................................................................
71
Tabel 4.4. Penentu Durasi Hidup Pompa
............................................................................
76
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
1
BAB I
PEDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Berkebun dengan sistem hidroponik tidak memerlukan banyak ruang
dan
menggunakan media yang relatif lebih bersih dibanding tanah
yaitu air [1]. Begitu juga
dengan penggunaan pupuk dan senyawa kimia, penggunaan pestisida
yang lebih sedikit
dapat membantu melestarikan lebah yang bertugas untuk
penyerbukan dan menghasilkan
sayuran yang lebih sehat supaya aman untuk dikonsumsi.
Penggunaan pupuk sintetis juga
dapat mengurangi polusi, pupuk sintetis yang digunakan pada
tanah cenderung terbuang ke
saluran pembuangan dan akhirnya menuju ke laut yang akan
membahayakan ekosistem laut
[2]. Berbeda dengan sistem hidroponik, hampir seluruh nutrisi
akan diserap oleh tanaman
karena nutrisinya akan berada terus dalam aliran air yang
mengalir secara terus menerus
dalam sistem tertutup. Berkebun dengan cara konvensional yang
masih memerlukan banyak
sumber daya manusia dan lahan yang lebih luas untuk mendapatkan
hasil yang optimal.
Sementara setiap tahun lahan pertanian contohnya di DKI Jakarta
pada tahun 2012
sampai tahun 2016 semakin menurun [3] begitu juga dengan lahan
pemukiman yang
semakin sempit dan padat penduduk maka luas lahan terbuka hijau
menjadi semakin sempit
namun sudah ada solusinya yaitu hunian vertikal [4]. Namun
hunian vertikal juga memiliki
masalah yaitu lahan terbatas yang sulit untuk diperluas sehingga
tidak ada tempat untuk
menanam secara konvensional maka bertanam secara hidroponik bisa
menjadi solusinya
karena dapat dilakukan didalam ruangan [5], dengan beberapa
peralatan pendukung seperti
lampu sebagai pengganti matahari dan piranti lain untuk memantau
kondisi kebun
hidroponik. Berkebun dengan sistem hidroponik di dalam ruangan
juga dapat dilakukan
secara vertical farming sehingga dapat menghemat tempat dan air,
serta tanaman dapat
tumbuh lebih cepat. Selain itu, berkebun di dalam ruangan juga
lebih aman karena resiko
kebun terkontaminasi zat yang tidak diinginkan ( seperti dari
air hujan ) menjadi lebih kecil.
Ruangan dapat di isolasi dan segala variabel seperti lama
penyinaran, intensitas
cahaya, kondisi air serta nutrisi dapat dikontrol, begitu juga
dengan kondisi air dan nutrisi
tidak seperti pada kebun di luar ruangan yang rawan
terkontaminasi air hujan atau pada saat
musim kemarau suhu meningkat sehingga membuat penguapan air
meningkat [6]. Setiap
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
2
tanaman memiliki ketentuan jumlah nutrisi, lama penyinaran,
intensitas cahaya yang
berbeda. Pada setiap fase pertumbuhan dari usia tanaman masih
muda, kemudian remaja lalu
selanjutnya berbunga atau berbuah juga memiliki kebutuhan yang
berbeda – beda [2]. Ketika
menggunakan teknologi maka semua hal tersebut dapat dikontrol,
terlebih bila menggunakan
sistem hidroponik di dalam ruangan yang semakin mempermudah
pengontrolan karena area
yang dikontrol menjadi lebih tertutup, sehingga dengan perawatan
yang tepat maka tanaman
akan tumbuh lebih cepat dan optimal [6].
Kemudian yang menjadi masalah adalah kesulitan memantau kondisi
parameter –
parameter kebun hidroponik secara kasat mata seperti total
dissolved solids pada air dan pH
air, tanpa menggunakan sensor atau alat ukur lain. Penggunaan
alat ukur manual
membutuhkan waktu pada saat proses pengukuran, bila menggunakan
sensor yang dipasang
secara terus menerus pada parameter yang akan diukur maka akan
menjadi lebih mudah
karena data hasil pengukuran parameter akan langsung otomatis
tertampil tanpa proses
campur tangan manusia secara manual seperti mencelup alat ukur
ke air. Manusia tidak bisa
melihat secara seluruh informasi yang ada pada kebun dan tanaman
seperti kadar nutrisi
dalam air, ph air dan intensitas cahaya matahari yang ada,
sehingga manusia memerlukan
bantuan teknologi seperti komputer, kamera, artificial
intelligence, sensor serta aktuator
yang dapat menunjukan nilai yang lebih tepat serta menunjukan
kondisi tanaman [2]. Tanpa
menggunakan alat ukur dan pewaktuan yang tepat, semua parameter
yang menunjang
kebutuhan kebun hidroponik hanya dilakukan dengan perkiraan,
seperti pada jadwal dan
dosis pemberian nutrisi yang tidak dapat dilakukan secara tepat
terlebih bila jumlah kebun
banyak dan lokasi sulit dicapai karena semua harus dilakukan
secara manual, mulai dari
pencampuran nutrisi secara langsung sampai pemberian nutrisi
yang berarti memerlukan
campur tangan manusia. Padahal dengan jumlah kebun yang luas dan
banyak akan memakan
banyak waktu. Selain itu, ketika ingin berkebun sendiri akan
sulit dilakukan karena aktifitas
manusia yang padat, cenderung sibuk dengan berbagai hal dan
waktu termakan habis di jalan
misalkan ketika macet, terutama untuk yang hidup di kota besar,
terlebih pada zaman
sekarang yang semakin maju, manusia lebih menginginkan sesuatu
yang praktis. Sementara
aktivitas berkebun membutuhkan waktu, tenaga dan perhatian yang
cukup banyak bila
dilakukan secara manual. Sehingga ada alternatif lain yaitu
dengan menggunakan aplikasi
dari sistem pengendali menggunakan mikrokontroler yang dapat
bekerja secara otomatis
tanpa memerlukan banyak campur tangan manusia serta dapat
memperlihatkan nilai dari
parameter – parameter yang tidak kasat mata dengan bantuan
sensor-sensor atau alat ukur.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
3
Mikrokontroler, sensor serta aktuator yang digunakan juga dapat
membantu mempercepat
proses pemberian nutrisi serta pengelolaan kebun hidroponik
sehinga waktu yang digunakan
juga dapat menjadi lebih efisien terutama bila kebun hidroponik
yang berukurang cukup
besar.
Pengembangan sistem kontrol hidroponik menggunakan
mikrokontroler sudah pernah
dibuat, salah satunya oleh Maria Angela Kartika (2017) dengan
judul skripsi “Otomatisasi
sistem irigasi dan pemberian kadar nutrisi berdasarkan nilai
Total Dissolve Solid (TDS) pada
hidroponik Nutrient Film Technique”, namun masih dilakukan di
luar ruangan sehingga
pengembangan yang akan dilakukan adalah kebun hidroponik di
dalam ruangan. Pada kebun
hidroponik di dalam ruangan dibutuhkan pencahayaan buatan karena
tidak sepenuhnya
terpapar cahaya matahari langsung. Sebenarnya bila plant kebun
hidroponik terus menerus
terpapar langsung sinar matahari dapat memicu pertumbuhan lumut
yang sangat cepat dan
membuat plant menjadi harus tersumbat serta kotor sehingga harus
lebih sering dibersihkan.
Namun bila tidak terlalu sering terpapar sinar matahari maka
akan memudahkan
perawatannya, hal tersebut dapat dilakukan dengan cara membuat
kebun hidroponik di
dalam ruangan. Untuk menggantikan pencahayaan matahari maka akan
di gunakan lampu
LED khusus untuk pertumbuhan tanaman supaya intensitas cahaya
serta lama penyinaran
bisa di kendalikan. Pemantauan kondisi lingkungan hidup
hidroponik juga tidak boleh
terlupakan, maka akan digunakan Sensor TDS serta sensor pH untuk
memantau kondisi air.
Untuk pencampuran nutrisi dan pemberian nutrisi, alat yang akan
digunakan adalah motor
pengaduk serta pompa motor dc sehingga pencampuran dan pemberian
nutrisi dapat
dilakukan secara otomatis. Bahkan bila dilakukan didalam
ruangan, pengendalian parameter
– parameter dapat menjadi lebih mudah karena berbeda dari lahan
terbuka yang terpapar
berbagai faktor dari luar yang sulit dikendalikan, area yang
harus dipantau juga menjadi
tidak terlalu luas. Pemantauan seluruh parameter tersebut juga
menjadi hal yang akan
dikembangkan yaitu pemantauan plant dapat dilakukan dari jarak
jauh. Pemantauan dari
jarak jauh merupakan hal yang perlu dikembangkan untuk mengikuti
perkembangan jaman.
Internet dijadikan sarana pemantauan jarak jauh karena jaman
sekarang penggunaan internet
sangat mudah dan cukup cepat sehingga menjadi sangat dapat
diandalkan dapat disebut
sebagai konsep Internet of Things (IoT). Pengembangan juga akan
dibuat berdasarkan
konsep Internet of Things. Informasi dari plant akan dapat
dipantau melalui jarak jauh dan
sangat mempermudah proses pemantauan dan pengambilan data,
pemantauan tersebut juga
dapat dilakukan dengan cukup mudah dan hanya membutuhkan koneksi
internet.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
4
1.2. Tujuan dan Manfaat
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membuat suatu sistem
pengendali kadar Total
Dissolved Solids pada air, sistem pemberian nutrisi dan sistem
pencahayaan kebun
hidroponik di dalam ruangan menggunakan mikrokontroler Raspberry
Pi dan Arduino.
Semua nilai – nilai dari sensor serta keadaan aktuator sistem
juga menjadi data digital yang
ditampilkan pada Graphical User Interface.
Manfaat penelitian ini bagi dunia pertanian adalah menyediakan
sebuah sistem
pengendali yang dapat digunakan untuk otomatisasi proses
berkebun sehingga tidak
memerlukan banyak campur tangan manusia serta dapat memperoleh
nilai parameter –
parameter yang ada pada lingkungan tempat tanaman hidup dengan
jelas dan aktual supaya
dapat memberikan nutrisi yang tepat dan pencahayaan yang cukup
sehingga tanaman dapat
bertumbuh dengan cepat dan berkembang secara optimal.
1.3. Batasan Masalah
Pada tugas akhir ini akan dibuat sistem pengendali kebun
hidroponik berbasis
Raspberry Pi. Batasan masalah pada alat yang akan dibuat adalah
sebagai berikut :
1. Jenis tanaman yang ditanam adalah Selada Grand Rapid.
2. Jumlah tanaman yang ditanam adalah 16 tanaman.
3. Modul Sensor TDS untuk mengukur kondisi air terkait Total
Dissolved Solids
dalam air dengan rentang pengukuran dari 0 sampai 1000 ppm.
4. Modul Sensor pH untuk mengukur Kondisi air terkait pH dalam
air dengan rentang
pengukuran dari 0 sampai 14.
5. Modul RTC sebagai sumber pewaktuan untuk penjadwalan
penyinaran.
6. Penyinaran menggunakan lampu LED berwarna merah dan biru
.
7. Pencampuran nutrisi menggunakan pengaduk yang digerakan oleh
motor dc.
8. Pemberian nutrisi menggunakan diaphragm pump motor dc untuk
mengalirkan
nutrisi ke bak air utama.
9. Mikrokontroler Raspberry Pi 3 untuk pembuatan GUI, sistem
kontrol, pengolah
data dan mengirimkan data melalui internet.
10. Mikrokontroler Arduino Mega 2560 untuk pembacaan nilai
sensor analog dan
pengiriman data ke Raspberry Pi 3.
11. Informasi dapat dipantau dari jarak jauh melalui aplikasi
android Cayenne
myDevice.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
5
1.4. Metodologi Penelitian
Metode penelitian yang digunakan dalam penyusunan tugas akhir
ini adalah :
1. Studi Pustaka
Studi pustaka menggunakan sumber berupa buku cetak maupun
elektronik,
video, website, jurnal penelitian dan wawancara mengenai sistem
hidroponik,
kondisi hidup dan nutrisi untuk selada grand rapid, piranti
pendukung seperti
lampu, mikrokontroler dan berbagai sensor-sensor yang akan
digunakan seperti
sensor pH dan Total Dissolved Solids.
2. Percobaan
Percobaan penggunaan sensor-sensor dan penanaman tanaman yang
akan
digunakan supaya dapat lebih mengenal karakteristik dari
masing-masing aspek.
Informasi yang didapat akan digunakan saat melakukan perancangan
dan
pembuatan alat supaya dapat disesuaikan dengan kemampuan aspek
yang ada.
3. Perancangan dan pembuatan alat
Sensor pH
Arduino Mega 2560
Raspberry Pi 3
RTC
Sensor
Analog TDS
Pompa motor dc
Nutrisi A
Pompa motor dc
Nutrisi B
Lampu Merah &
Biru
Motor Pengaduk
Internet
GUI
Relay 1
Relay 2Sensor LDR
Gambar 1.1. Diagram Blok Sistem
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
6
Penentuan hardware yang akan digunakan, meliputi jenis
sensor-sensor yang
akan digunakan untuk perkembangan tanaman hidroponik, begitu
juga dengan
software yang akan digunakan meliputi untuk pemrograman,
pemantauan jarak
jauh serta melakukan pengiriman data dari sensor-sensor menuju
mikrokontroler.
Lalu akan diolah di mikrokontroler untuk dapat mengirimkan
perintah untuk
melakukan sesuatu sebagai tindak lanjut dari data yang didapat
serta pembuatan
GUI untuk mempermudah pengamatan. Setelah menentukan semuanya
maka
dilanjut dengan pembuatan plant , seperti gambar 1.1, sensor
yang akan digunakan
adalah sensor pH dan sensor TDS kemudian data dari sensor-sensor
akan dibaca
oleh Arduino dan dikirim ke Raspberry Pi untuk pengolahan data,
sistem kontrol
dan pengiriman data jarak jauh maupun ditampilkan pada GUI. Alat
yang akan
dikontrol adalah solenoid valve, lampu dan motor sementara RTC
akan digunakan
untuk sumber pewaktuan dalam penjadwalan.
4. Pengamatan dan Pengambilan Data
Pengambilan data berupa total dissolved solids dan pH di air,
kesesuaian
jadwal penyinaran, pemberian nutrisi serta urutan pelaksanaan
pemberian serta
pencampuran nutrisi dengan pengaturan yang sudah dibuat.
Pengamatan dari data-
data yang telah didapat seperti kesesuaian jadwal penyinaran
yang telah dibuat,
urutan pelaksanaan pemberian nutrisi berkaitan dengan data TDS
di air selanjutnya
proses pengadukan sampai pengukuran nilai TDS kembali. Data –
data tersebut
diambil untuk kebutuhan pembahasan dan pembuatan kesimpulan.
5. Pembahasan dan Kesimpulan
Pembahasan dan kesimpulan diambil berdasarkan pengamatan
dari
percobaan yang telah dilakukan lalu dibandingkan dengan teori
serta perancangan.
Pembahasan mengenai data yang didapat setelah dilakukan
percobaan
dibandingkan dengan perancangan, bila sesuai atau tidak sesuai
maka akan
dianalisis pada bagian pembahasan. Setelah beberapa pembahasan
dilakukan
maka ditarik kesimpulan akhir dari pelaksanaan perancangan.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
7
BAB II
DASAR TEORI
2.1. Kondisi Hidup Selada Grand Rapid
Gambar 2.1. Tanaman Selada Grand Rapid
Selada grand rapid biasa ditanam di dataran tinggi, namun bisa
juga ditanam di dataran
rendah-menengah, penanaman selada grand rapid tidak hanya bisa
dilakukan dengan media
tanam berupa tanah tapi dapat dilakukan juga dengan cara
hidroponik. Selada grand rapids
termasuk sayuran yang tumbuh cukup cepat sehingga menguntungkan
secara ekonomi,
benih selada grand rapids membutuhkan waktu tanam 25 hingga 30
hari untuk dapat siap
digunakan menjadi bibit, setelah menjadi bibit selada grand
rapid dapat ditanam langsung
pada media tanam dan biasanya dapat dipanen 20 hingga 30 hari
setelah penanaman,
sehingga total penanamannya dari benih sampai bisa dipanen
adalah 40 hingga 60 hari [7].
Selada grand rapids seperti pada gambar 2.1, termasuk jenis
sayuran daun atau selada daun
yang dikonsumsi adalah bagian daun. Berkebun dengan teknik
hidroponik sangat baik untuk
jenis sayuran daun dan sayuran buah sehingga selada Grand Rapids
sangat cocok untuk
ditanam dengan teknik hidroponik. Aspek terpenting dari berkebun
secara hidroponik adalah
air itu sendiri. Selada Grand Rapids membutuhkan air dengan pH
antara 6.0 – 7.0 dan total
dissolved solids sebesar 560 – 840 ppm [8].
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
8
Untuk kondisi udara, selada air harus mendapatkan CO2 yang cukup
sehingga harus
ada ventilasi yang cukup untuk sirkulasi udara, namun tidak
boleh terkena cahaya matahari
langsung untuk mencegah pertumbuhan alga dan lumut pada plant,
suhu udara yang optimal
adalah lebih dari 13 derajat celcius pada malam hari dan kurang
dari 24 derajat celcius pada
siang hari [9]. Ketika tanaman atau bibit terpapar suhu udara
yang terlalu panas ( lebih dari
26 derajat celcius ) selama waktu yang cukup lama maka tanaman
akan mengalami bolting,
yaitu keadaan ketika tanaman masih muda tetapi sudah mulai
menghasilkan biji sehingga
membuat tanaman tersebut tidak dapat dipanen hasil daun atau
buah dan tidak dapat
digunakan. Penggunaan sistem berkebun hidroponik dalam ruangan
membuat suhu ruangan
dapat diatur dan relatif lebih rendah daripada diluar ruangan.
Berkebun dalam ruangan juga
dapat dibantu menggunakan air conditioner untuk semakin
menurunkan suhu ruangan
sehingga selada dapat tumbuh lebih optimal. Berkebun dalam
ruangan dapat dilakukan untuk
tumbuhan selada karena tumbuhan sayuran seperti selada, bayam,
dan arugula dapat tumbuh
dengan baik pada kebun yang teduh. Sayuran daun membutuhkan
setidaknya dua jam
penyinaran matahari dalam sehari, untuk dapat tumbuh dengan
baik. Sedangkan sayuran
buah yang tanamannya harus berbunga terlebih dahulu seperti
tomat, timun, cabai, waluh
dan terong tidak cocok untuk ditanam pada kebun yang teduh [10].
Jenis tanaman
berdasarkan kebutuhan cahaya dibagi menjadi 4 jenis yaitu
tanaman dengan pencahayaan
rendah ( 500 – 2500 lux ) , tanaman dengan pencahayaan sedang (
2500 – 10000 ), tanaman
dengan pencahayaan terang ( 10000 – 20000 ) dan tanaman dengan
pencahayaan sangat
terang ( 20000 – 50000). Pencahayaan 500 lux setara dengan
ruangan kantor pada umumnya
atau ruangan dengan jendela, sedangkan pencahayaan 10000 – 25000
lux setara dengan
pencahayaan di luar ruangan tanpa terkena sinar matahari
langsung, dan untuk pencahayaan
32000 – 100000 lux setara dengan pencahayaan di luar ruangan
dengan terkena sinar
matahari langsung seperti pada gambar 2.2. Selada termasuk jenis
tanaman dengan
kebutuhan pencahayaan rendah sehingga cocok ditanam pada kebun
di dalam ruangan
dengan jendela [11].
Gambar 2.2. Pencahayaan Pada Bagian – Bagian Ruangan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
9
2.2. Nutrisi Untuk Hidroponik
Air pada umumnya tidak mengandung mineral dan vitamin yang cukup
untuk tanaman
dapat tumbuh secara optimal, tidak seperti tanah. Terlebih air
sumur atau air distilasi yang
memiliki ppm hampir mendekati 0 ppm, namun air dengan kandungan
tds mendekati 0 ppm
bagus untuk tanaman hidroponik karena dianggap steril dan bersih
dari berbagi unsur dan
partikel yang tidak diinginkan. Sehingga untuk dapat memenuhi
kebutuhan nutrisi tanaman
maka dibutuhkan nutrisi tambahan. Nutrisi tambahan yang akan
digunakan adalah nutrisi ab
mix, yaitu nutrisi a dan b . Nutrisi ab mix terdiri dari
berbagai mineral dengan takaran yang
berbeda – beda untuk memenuhi kebutuhan setiap jenis sayuran,
nutrisi A berisi unsur –
unsur makro yang dibutuhkan untuk pertumbuhan tanaman seperti N
( Nitrogen ), Ca (
Kalsium ), K ( Kalium ), Mg ( Magnesium ), S ( Sulfur ) dan P (
Fosfor ) sedangkan nutrisi
B berisi unsur – unsur mikro yang dibutuhkan untuk pertumbuhan
tanaman seperti Fe ( Besi
), Mn ( Mangan ), Cu ( Tembaga ), B ( Boron ), Zn ( Zink ), Mo (
Molibdenum ). Untuk jenis
sayuran daun seperti selada, nutrisi ab mix yang digunakan
dengan kandungan sekitar 1000
– 1300 ppm. Nutrisi a dan nutrisi b tidak boleh dicampur pada
saat belum akan digunakan
pada bak penampung air utama sehingga tempat penyimpanan nutrisi
harus dipisah, nutrisi
dalam bentuk serbuk memiliki pH yang sangat tinggi karena dalam
bentuk padat sehingga
masing – masing nutrisi harus dilarutkan terlebih dahulu dengan
volume air yang
dicampurkan adalah untuk nutrisi dengan ukuran 500 ml maka air
yang dibutuhkan adalah
500 ml. Pada setiap tahapan pertumbuhan tanaman membutuhkan
nutrisi yang berbeda –
beda. Pada saat tanaman masih berupa biji, nutrisi yang
dibutuhkan adalah sekitar 1 ml,
selanjutnya setelah tanaman sudah mulai berkecambah nutrisi yang
dibutuhkan naik menjadi
2 ml, kemudian setelah tanaman sudah mulai tumbuh menjadi benih
nutrisi yang dibutuhkan
naik menjadi 3 ml. Setelah tanaman tumbuh dan berdaun 4 maka
tanaman sudah dapat
dipindahkan ke talang utama dan nutrisi yang dibutuhkan adalah 5
ml. Ketika tumbuhan
sudah mulai dalam fase pendewasaan maka nutrisi yang diberikan
sekitar 560 sampai 840
ppm. Batas volume air yang dicampurkan dengan nutrisi adalah
setiap 990 ml air maka
nutrisi a yang digunakan adalah 5 ml dan nutrisi b yang
digunakan adalah 5 ml sehingga
total menjadi 1 liter campuran air dan nutrisi, dan berlaku
berkelipatan.
2.3. Nutrient Film Technique
Nutrient Film Technique adalah salah satu sistem hidroponik yang
cocok untuk
tanaman sayuran daun, Selada Grand Rapid termasuk tanaman
sayuran daun yang berarti
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
10
bagian tanaman yang dimanfaatkan adalah bagian daun. Pada sistem
NFT, tanaman yang
masih berupa benih ditanam terlebih dahulu pada media tanam
rockwool yang dibasahi air
namun tidak sampai menggenang, baru kemudian setelah benih sudah
menjadi bibit dan siap
untuk ditanam dari mulai proses peremajaan sampai tanaman siap
untuk dipanen, bibit
tersebut dapat dipindahkan ke media tanam sistem hidroponik
yaitu talang pipa dengan air
yang mengalir ( pada sistem NFT ) seperti pada gambar 2.2.
Gambar 2.3. Gambar ilustrasi sistem Nutrient Film Technique
Konsep sistem Nutrient Film Technique adalah mengalirkan air
berisi nutrisi ke akar
tanaman dengan ketinggian dan aliran air yang rendah, air yang
dialirkan dipenuhi oleh
oksigen dan nutrisi yang cukup untuk kebutuhan hidup tanaman.
Air berisi nutrisi tersebut
dialirkan melalui saluran berupa talang dengan kemiringan 5-10
derajat supaya air dapat
mengalir, untuk posisi akar tanaman atau media tanam diatur
ketinggiannya supaya dapat
menyentuh aliran air dari talang [12], namun bisa juga
ditambahkan media seperti kain flanel
untu membantu air dapat diserap oleh rockwool yang berisi akar
tanaman bila akar tidak
dapat mencapai air langsung karena pada dasarnya sistem NFT
menggunakan air ang
mengalir bukan menggenang. Hidroponik dengan sistem Nutrient
Film Technique ini
memiliki keunggulan daripada sistem lain yaitu air nutrisi
dialirkan terus menerus dengan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
11
ketinggian rendah sehingga tidak ada genangan air yang terlalu
tinggi pada talang dan tidak
akan merendam akar tanaman secara terus menerus, hal ini menjadi
pembeda dengan sistem
hidroponik lainnya, namun pompa air harus hidup terus menerus
untuk mengalirkan air
dengan kata lain sistem ini cukup bergantung pada listrik.
Kondisi nutrisi yang terus menerus
dapat disalurkan ke akar tanaman menjadikan sistem ini memiliki
beberapa kelebihan.
Kelebihan pertama adalah pertumbuhan tanaman lebih cepat
dibandingkan sistem lain
karena kebutuhan akar tanaman untuk air, nutrisi dan oksigennya
dapat tercukupi dengan
baik. Kondisi tersebut dapat dicapai dengan adanya aliran air
pada talang yang dapat
disentuh oleh akar tanaman sehingga langsung terkena aliran
nutrisi seperti pada gambar 2.3.
Selanjutnya, nutrisi untuk tanaman ditampung terlebih dahulu
pada bak penampungan,
sehingga lebih mudah untuk melakukan kontrol komposisi atau
nilai nutrisi yang diinginkan,
setelah nilai komposisi yang diinginkan dapat terpenuhi maka
campuran nutrisi dan air
tersebut bisa dialirkan ke seluruh talang. Nutrisi tersebut
terus - menerus mengalir, sehingga
kotoran atau residu nutrisi yang mengendap pada talang dapat
diminimalisir dan dapat
tertampung pada bagian akhir dari talang karena air yang
mengalir terus menerus dan dibantu
oleh posisi talang yang miring. Kelebihan selanjutnya adalah
pada saat listrik mati dan air
tidak mengalir, karena media tanam pada masa pembenihan yaitu
rockwool masih ikut
ditanam pada talang, maka air yang tersimpan pada rockwool masih
cukup untuk tumbuhan
dapat bertahan ketika aliran airnya berhenti, tidak seperti
sistem tanam lain yang biasanya
langsung memberikan air pada akar tanaman seperti pada sistem
aeroponik.
Pemberian nutrisi yang dialirkan pada satu talang yang sama
memungkinkan nutrisi
yang didapatkan tiap tanaman seragam, sehingga pertumbuhannya
pun bisa seragam dan
optimal, kebutuhan oksigen akar pun dapat terpenuhi karena air
yang terus mengalir
sehingga akar akan memiliki waktu yang cukup untuk mendapatkan
oksigen. Tidak seperti
pada sistem DFT, air pada sistem DFT dibiarkan menggenang dan
baru mengisi kembali
ketika air pada talang terlalu sedikit.
2.4. Motor DC Gearbox 1:48 L
Motor Direct Current atau Motor DC adalah jenis motor yang
mendapat sumber
tegangan DC dan mengkonversi energi listrik tersebut menjadi
rotasi mekanik. Rotasi dapat
terjadi karena medan magnet yang terbentuk ketika arus mengalir
dan memicu rotor yang
terpasang pada poros untuk berputar. Terdapat beberapa jenis
motor DC yaitu motor DC
dengan brush dan tanpa brush.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
12
Gambar 2.4. Dimensi Gearbox
Motor DC yang akan digunakan adalah motor DC yang sudah tertanam
dalam gearbox
untuk memperbesar torsi dan mengurangi kecepatan sehingga
mengasilkan tenaga putar
yang lebih besar. Penggunaan gearbox menjadikan ukuran motor DC
dapat menjadi lebih
kecil tetapi tetap memproduksi tenaga yang besar [13]. Tegangan
kerja dan arus motor DC
yang digunakan adalah 3V dengan arus kurang lebih 160 mA dan 6V
dengan arus kurang
lebih 240 mA. Pada saat tegangan 3V kecepatan putar motor DC 130
± 10% rpm, untuk
tegangan 6V kecepatan putar motor DC 290 ± 10% rpm. Motor DC
Gearbox yang akan
digunakan adalah yang berbentuk L dengan 1 shaft seperti gambar
2.4.
2.5. Diaphragm Water Pump Motor DC
Gambar 2.5. Pergerakan Diaphragm Pump
Diaphragm Water Pump Motor DC adalah sebuah pompa dengan
pergerakan yang
menggunakan kombinasi dari gerakan katup karet yang saling
berlawanan, sehingga
terbentuk ruang sementara untuk air terkumpul, kedua gerakan
katup karet ini saling menarik
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
13
dan mengeluarkan cairan dari lubang masukan dan keluaran. Dua
lapisan (diaphragm) yang
dihubungkan oleh saluran melalui bagian tengah tempat ruang
sementara. Fungsi ruang
sementara adalah untuk mengarahkan udara tekan ke bagian
belakang lapisan diafragma
nomor satu yang menyebabkannya air keluar dari ruang sementara.
Lapisan diafragma
nomor satu menyebabkan air bergerak keluar dari pompa. Pada saat
yang sama diafragma
nomor dua menghisap air. Air di lapisan diafragma nomor dua
didorong keluar
menyebabkan tekanan mendorong air ke sisi penghisap. Katup bola
penghisap terdorong
keluar dari tempatnya sehingga cairan dapat mengalir melewati
katup bola ke dalam ruang
cairan.
Ketika diafragma nomor satu mendapat tekanan dan telah mencapai
ujung saluran,
pergerakan air berubah dari lapisan diafragma nomor satu ke
diafragma nomor dua melalui
katup air. Air terkompresi mendorong diafragma nomor dua
menjauhi ruang sementara
sehingga diafragma nomor satu tertarik ke arah ruang sementara.
Pada bilik pompa nomor
dua, katup bola pelepasan terdorong dari tempatnya, sedangkan
pada bilik pompa nomor
satu terjadi sebaliknya. Setelah menyelesaikan stroke, katup
udara mengarahkan udara lagi
ke bagian belakang diafragma nomor satu dan memulai kembali
siklus seperti pada gambar
2.5. [14]. Diaphragm Pump terdiri dari beberapa jenis
berdasarkan penggeraknya, untuk
diaphragm pump motor dc, pergerakan lapisan diafragma dan katup
digerakan oleh motor
dc secara elektro-mekanikal.
2.6. RTC
Gambar 2.6. Pin RTC DS3231
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
14
Real-time clock ( RTC ) adalah integrated circuit yang berfungsi
menunjukan waktu
sebenarnya ( current time ) secara terus menerus. Informasi
tersebut dapat dibaca oleh
mikroprosesor, biasanya melalui interface untuk memfasilitasi
software yang bergantung
pada waktu, supaya dapat bekerja dengan baik. RTC seperti pada
gambar 2.6. tidak
membutuhkan banyak daya, sehingga RTC dapat terus bekerja
meskipun sistem utamanya
berhenti bekerja dan dapat menunjukan waktu sebenarnya. RTC
biasa digunakan hampir
pada semua instrumentasi, bidang otomasi hingga house metering.
RTC biasanya
dihubungkan dengan peralatan lain, seperti IC untuk komunikasi
broadband yang digunakan
pada radio mobil [15].
Gambar 2.7. Siklus perhitungan RTC
Siklus perhitungan dari oscillator seperti pada gambar 2.7,
dapat dipertahankan oleh
RTC, biasanya clock eksternal sebesar 32.768kHz, kapasitor
internal berbasis oscilator, atau
embedded quartz crystal. RTC dapat mendeteksi ripple 50/60Hz
pada power supply utama
atau mendeteksi dan mengakumulasi transisi yang muncul dari
epoch unit dari GPS. RTC
yang dapat melakukan operasi seperti phase locked loop (PLL),
menggeser referensi clock
internal dari RTC menjadi “lock” ke external signal. Jika RTC
kehilangan referensi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
15
eksternal, RTC dapat mendeteksi hal tersebut (karena PLLnya
tidak terkunci) dan free run
dari osilator internal. Beberapa jenis RTC dapat mempertahankan
pengaturan oscilator pada
titik terakhir yang diketahui sebelum terkunci dengan input.
Sebuah RTC yang dijalankan dari referensi internalnya sendiri
akan menyebabkan
error yang berkaitan dengan akurasi absolut dari referensi
crystal, RTC juga dipengaruhi
oleh sejumlah kondisi termasuk suhu. Crystal dapat beroprasi
pada rentang suhu yang telah
ditentukan, biasanya sekitar -10 ° C ~ 60 ° C - dan akurasinya
berkurang jika diluar rentang
suhu yang telah ditentukan.
Daya yang dibutuhkan oleh RTC harus berkelanjutan dan sangat
rendah. Daya yang
digunakan RTC berasal dari sirkuit digital ketika perangkat
aktif, tetapi beralih ke sumber
daya yang terhubung terus-menerus ketika sirkuit dimatikan.
Sumber daya ini dapat berupa
baterai khusus, superkapasitor yang terisi daya, atau catu daya
terpisah dari listrik.
Banyak RTC dapat mendeteksi perubahan ini dan masuk ke kondisi
daya sangat
rendah ketika daya semua sirkuit dimatikan kecuali sirkuit yang
penting untuk menjaga
clock agar menghemat baterai. RTC juga dapat menjalankan fungsi
alarm, ketika waktu yang
telah ditentukan tercapai sehingga memicu RTC untuk mengeluarkan
output yang dapat
membangunkan prosesor.
2.7. Modul Sensor Cahaya LDR
Gambar 2.8. Light Dependent Resistor
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
16
LDR (Light Dependent Resistor) adalah salah satu jenis resistor
yang nilai
resistansinya akan berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya
yang mengenai sensor.
LDR seperti pada gambar 2.8, dapat digunakan sebagai sensor
cahaya. Nilai resistansi dari
sensor ini sangat bergantung pada intensitas cahaya. Semakin
banyak cahaya yang
mengenainya, maka akan semakin menurun nilai resistansinya.
Sebaliknya jika semakin
sedikit cahaya yang mengenai sensor (gelap), maka nilai
hambatannya akan menjadi
semakin besar sehingga arus listrik yang mengalir akan terhambat
[16]. Sensor LDR ini akan
digunakan untuk mengendalikan lampu sebagai pengganti matahari,
ketika sensor LDR
mendeteksi adanya sinar matahari maka lampu akan mati dan ketika
sensor LDR tidak
mendeteksi adanya sinar matahari maka lampu akan menyala.
2.8. Modul Relay
Gambar 2.9. Modul Relay 2 Channel
Relay pada dasarnya adalah saklar yang dioperasikan secara
elektrik atau
elektromekanis. Relay adalah sakelar elektromagnetik yang
dioperasikan oleh arus listrik
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
17
yang relatif kecil yang dapat menghidupkan atau mematikan arus
listrik yang jauh lebih
besar. Inti dari sebuah relay adalah sebuah elektromagnet berupa
gulungan kawat yang
menjadi magnet sementara ketika dialiri listrik. Relay dapat
mengendalikan sebuah
rangkaian elektronik dengan membuka dan menutup kontak di
rangkaian lain. Relay pada
dasarnya memiliki dua kondisi, normally open dan normally
closed. Pada relay normally
open (NO), kontak dalam kondisi terbuka ketika tidak dialiri
arus, dan ketika dialiri arus
maka kontak tertutup. Pada relay normally closed (NC), kontak
dalam kondisi tertutup ketika
tidak dialiri arus, dan ketika dialiri arus maka kontak terbuka
[17]. Beberapa relay juga bisa
digabungkan menjadi sebuah modul seperti pada gambar 2.9 yaitu
modul relay 2 channel
yang terdiri dari 2 buah relay.
Relay biasa digunakan untuk mengalihkan arus yang lebih kecil
pada rangkaian
kontrol dan tidak digunakan untuk mengendalikan alat yang
membutuhkan daya besar
kecuali motor kecil dan solenoid yang membutuhkan arus kecil.
Relay juga banyak
digunakan untuk mengganti koil start, elemen pemanas, lampu
pilot, dan alarm suara.
2.9. Lampu LED Biru dan Merah
Gambar 2.10. Rangkaian Lampu
LED atau Light Emitting Diode adalah suatu semikonduktor yang
memancarkan
cahaya monokromatik yang tidak koheren ketika diberi tegangan.
Lampu LED yang
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
18
digunakan akan dihubungkan menggunakan relay untuk
menghubungkannya ke sumber
tegangan karena raspberry tidak bisa memberi tegangan yang cukup
untuk menghidupkan
lampu LED seperti pada gambar 2.10. Lampu LED digunakan untuk
hidroponik
berhubungan dengan panjang gelombangnya yang cocok untuk proses
fotosintesis tanaman.
Lampu LED dapat meningkatkan proses pertumbuhan tanaman sehingga
dapat menjadi
lebih optimal [18].
Lampu LED yang cocok untuk digunakan pada hidroponik khususnya
tanaman selada
dan lobak adalah lampu berwarna merah, biru dan sedikit warna
hijau akan membantu proses
pertumbuhan dan perkembangan tanaman. LED merah memiliki panjang
gelombang sekitar
625 - 660 nm dan LED biru memiliki panjang gelombang sekitar 450
- 465 nm. Penggunaan
kombinasi antara lampu LED berwarna merah dan biru akan
meningkatkan pertumbuhan
tanaman menjadi lebih baik [19]. Lampu LED akan digunakan
sebagai pengganti sinar
matahari, sensor LDR akan digunakan sebagai acuan untuk lampu
LED. Ketika cahaya
matahari dideteksi oleh sensor LDR sudah cukup maka lampu akan
mati tetapi ketika sensor
LDR tidak mendeteksi adanya cahaya matahari yang cukup seperti
pada saat mendung atau
berawan, maka lampu akan hidup. Jarak antara lampu dengan
tanaman setiap masa
pertumbuhan berbeda, namun kebutuhan cahaya yang dibutuhkan
tanaman harus memenuhi
jumlah lux yang dibutuhkan, hal tersebut dapat diatur melalui
jarak antara lampu dengan
tanaman sesuai dengan kebutuhan.
LED yang akan digunakan Surface Mount Device LED yaitu metode
untuk membuat
sirkuit elektromagnetik dengan komponen – komponen dibentuk
langsung dalam PCB.
Teknologi SMD LED lebih efektif dan lebih terang dari LED biasa
[20]. Ukuran SMD LED
lebih kecil dan ringan, konsumsi daya pun lebih rendah yaitu
berkisar antara 2 sampai 6 volt,
dengan arus 0.02 A sampai 0.03 A. Satu strip SMD LED terdiri
atas 3 LED dan 2 resistor
seperti pada gambar 2.11.
Gambar 2.11. SMD LED
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
19
2.10. Sensor TDS
Gambar 2.12. Skematik Total Dissolved Solid Dfrobot
Sensor analog TDS pada gambar 2.12, adalah sebuah sensor untuk
mengukur bahan
padat yang terlarut dalam satu liter air dengan satuan parts-per
million. Semakin tinggi nilai
TDS maka semakin banyak bahan padat yang terlarut dalam air, dan
sebaliknya semakin
rendah nilai TDS maka semakin sedikit bahan padat yang terlarut
dalam air [21]. Moul
sensor TDS mendapat nilai pengkuran dari bagian probe yang
dicelupkan ke dalam air yang
terhubung dengan modul probe, kemudian nilai pengukuran tersebut
akan diolah pada
Arduino, pada penggunaan pertama kali modul sensor harus
dikalibrasi. Sensor analog TDS
mendapat tegangan masukan dari Arduino yang akan digunakan
sebagai tegangan referensi
untuk menentukan nilai ADC, sedangkan nilai analog didapat dari
probe yang dicelupkan
dalam cairan. Listrik dialirkan pada probe dengan dua elektroda
berbeda yang dicelupkan
dalam cairan, kemudian arus yang timbul karena perpindahan
ion-ion akan digunakan untuk
mengukur konduktivitas cairan, semakin banyak jumlah ion yang
ada maka semakin tinggi
konduktivitas cairan, semakin sedikit jumlah ion ada maka
semakin rendah konduktivitas
cairan. Pada pengukuran total dissolved solids, semakin banyak
partikel terlarut maka
semakin tinggi jumlah ion sehingga semakin tinggi konduktivitas
air dan sebaliknya.
Pengukuran konduktivitas tersebut juga bergantung suhu referensi
yaitu 25 derajat celcius.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
20
Gambar 2.13. Skematik Total Dissolved Solid Dfrobot
Sensor Analog TDS ini terdiri dari dua bagian, yaitu Signal
Transmitter Board dengan
spesifikasi pada tabel 2.1. dan Signal Transmitter Probe dengan
spesifikasi pada tabel 2.2,
kedua bagian tersebut terdapat pada gambar 2.13.
Tabel 2.1. Spesifikasi Signal Transmitter Board
No Variabel Keterangan
1 Tegangan Masukkan 3,3 volt sampai 5,5 volt
2 Tegangan Keluaran 0 volt sampai 2,3 volt
3 Arus 3 sampai 6 mili Ampere
4 Range pengukuran TDS 0 sampai 1000 part per million
5 Akurasi pengukuran ± 10 %
6 Koneksi elektroda XH2.54-2P
7 Koneksi modul PH2.0-3P
Tabel 2.2. Spesifikasi Signal Transmitter Probe
No Variabel Keterangan
1 Jumlah Jarum 2 buah
2 Panjang 83 cm
3 Koneksi XH2.54-2P
4 Jenis probe Tahan air
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
21
2.11. Sensor pH
Gambar 2.14. Gambar Sensor pH
PH meter adalah alat ukur untuk mengukur derajat keasaman atau
kebasaan suatu
cairan, pada Ph meter digital terdapat elektroda khusus yang
berfungsi untuk mengukur pH
bahan-bahan semi padat [22]. PH meter ini terdiri dari dua
bagian yaitu elektroda (probe
pengukur), penghubung probe dan rangkaian seperti pada gambar
2.14. Probe atau Elektroda
berbentuk batang seperti struktur biasanya terbuat dari kaca.
Pada bagian bawah elektroda
ada bohlam, bohlam merupakan bagian sensitif dari probe yang
berisi sensor. Dalam probe
terdapat dua elektroda, masing – masing elektroda terpisah,
elektroda tersebut tidak seperti
elektroda normal (potongan sederhana dari kawat logam);
masing-masing memiliki mini
chemical set. Pada elektroda pertama yaitu elektroda kaca
terdapat kawat listrik perak dalam
larutan kalium klorida yang terletak di dalam membran tipis yang
terbuat dari kaca khusus
yang mengandung garam logam (biasanya senyawa natrium dan
kalsium). Elektroda kedua
disebut elektroda referensi yang memiliki kawat kalium klorida
dalam larutan kalium
klorida.
Kalium klorida di dalam elektroda kaca adalah larutan netral
dengan pH 7, sehingga
mengandung sejumlah ion hidrogen (H +). Perdaann pH larutan
diukur pada Elektroda gelas
dengan mengukur perbedaan voltase yang dihasilkan oleh ion
hidrogen masing – masing
larutan. Ion hidrogen yang bergerak ke arah permukaan luar dari
elektroda kaca
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
22
menggantikan beberapa ion logam di dalamnya, sementara beberapa
ion logam bergerak dari
elektroda kaca ke larutan, proses ini disebut pertukaran ion.
Penukar ion juga terjadi pada
permukaan bagian dalam elektroda gelas dari larutan. Kedua
larutan di masing - masing sisi
kaca memiliki keasaman yang berbeda, sehingga jumlah pertukaran
ion yang berbeda terjadi
di kedua sisi gelas. Ini menciptakan tingkat aktivitas
hidrogen-ion yang berbeda pada dua
permukaan kaca, yang berarti jumlah muatan listrik yang berbeda
menumpuk di atasnya.
Beda potensial atau tegangan kecil yang terjadi karena perbedaan
muatan muncul di antara
kedua sisi kaca, yang menghasilkan perbedaan tegangan antara
elektroda perak dan
elektroda referensi yang muncul sebagai hasil pengukuran.
Pada PH Meter terdapat sebuah LED sebagai indikator, konektor
BNC dan interface
sensor PH2.0 yang akan digunakan untuk menghubungkan analog
input Arduino dengan
sensor. Spesifikasi Modul sensor pH terdapat pada tabel 2.3.
Tabel 2.3. Spesifikasi Modul Sensor pH
No Variabel Keterangan
1 Tegangan Masukkan 5 0.2V (AC DC)
2 Arus Kerja 5 sampai 10 mili Ampere
3 Range pengukuran pH 0 - 14
4 Range Suhu -10 sampai 50 derajat celcius
5 Response Time 5 detik
6 Settling Time 60 detik
7 Output Analog
2.12. Arduino Mega 2560
Gambar 2.15. Gambar Arduino Mega 2560
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
23
Arduino Mega 2560 adalah mikrokontroler berbasis Atmega2560.
Kelebihan Arduino
Mega adalah memiliki memory dan pin I/O yang lebih banyak
daripada mikrokontroler pada
umumnya yaitu 54 pin I/O digital ( 15 pin digunakan untuk PWM )
dan 16 pin analog seperti
pada gambar 2.16. Arduino Mega ini menggunakan clock dengan
frekuensi 16MHz. Pada
Arduino Mega 2560 tersedia dua buah pin untuk tegangan masukkan
yaitu 5 volt dan 3.3
volt [23].
Gambar 2.16. Gambar Pin Arduino Mega 2560
2.13. Raspberry Pi 3
Gambar 2.17. Fitur pada Raspberry Pi 3
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
24
Raspberry Pi 3 adalah sebuah keping komputer kecil dengan CPU,
GPU, port USB
dan pin masukan keluaran yang dapat melakukan beberapa fungsi
seperti komputer.
Raspberry Pi 3 yang akan digunakan adalah model b, Raspberry Pi
3 memiliki perubahan
fitur yang signifikan yaitu Network Boot, USB Boot, dan wifi
seperti pada gambar 2.17.
Raspberry Pi 3 memiliki 40 pin GPIO [24]. Raspberry Pi 3 juga
memiliki fitur untuk
Graphical User Interface (GUI). Raspberry Pi 3 akan digunakan
sebagai sistem kontrol untuk
alat, data dari sensor yang dihubungkan ke Arduino akan dikirim
ke Raspberry Pi untuk
diproses sehingga dapat digunakan untuk sistem kontrol, selain
itu data tersebut akan
ditampilkan pada GUI yang dapat dibuat pada Raspberry Pi serta
data tersebut akan dikirim
melalui internet. Fitur wifi pada Raspberry Pi 3 ini akan
digunakan untuk mengirimkan data
melalui internet ke aplikasi cayenne myDevice [25].
Seperti pada gambar 2.18. pada Raspberry Pi tersedia berbagai
macam pin seperti pin
sumber tegangan, pin sistem komunikasi, ground, serta pin GPIO
atau General-Purpose
Input Output. Pin GPIO dapat digunakan untuk menghubungkan
Raspberry Pi dengan
perangkat – perangkat lain seperti sensor dan akuator. Data
dapat dikirim dan diterima
melalui pin tersebut, data dari sensor dapat dikirim ke
Raspberry Pi dan Raspberry Pi pun
dapat mengirimkan data atau perintah ke aktuator. GPIO
memungkinkan Raspberry Pi untuk
mengirim dan menerima perintah serta data dari alat lain seperti
Arduino.
Gambar 2.18. Pin pada Raspberry Pi 3
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
25
2.14. Cayenne myDevice
Gambar 2.19. Dashboard Cayenne myDevices
Cayenne adalah sebuah aplikasi yang dipublikasikan oleh
myDevices. Cayenne adalah
sebuah dashboard berbasis web dan aplikasi android yang
memungkinkan untuk mengatur
banyak device dalam sebuah panel kontrol dari jarak jauh seperti
pada gambar 2.19. ( sampai
saat ini hanya Arduino dan Raspberry Pi yang dapat terhubung )
[26]. Cayenne dapat
digunakan untuk mewujudkan kebutuhan jaman sekarang untuk
Internet of Things dan
kesulitan dalam menghubungkan peralatan elektronik dengan sangat
mudah, dan sampai saat
ini masih dapat digunakan secara gratis.
Cayenne dapat digunakan secara gratis, hanya dengan mengunduh
aplikasi cayenne
pada smartphone , cayenne dapat digunakan langsung untuk
terhubung dengan
mikrokontroler yang akan digunakan melalui sambungan wifi.
Setelah tersambung dan
melakukan beberapa pengaturan, cayenne dapat digunakan untuk
menambahkan pengaturan
untuk alat tambahan seperti sensor, lampu, motor, valve, relay
dan aktuator lainnya, dapat
juga ditambahkan pengaturan untuk tambahan analog, digital dan
PWM. Melalui cayenne
juga dapat dilakukan pengaturan GPIO Interface via dashboard
cayenne. Tampilan pada
dashboard cayenne dapat diatur sesuai dengan kebutuhan. Cayenne
memiliki data berbagai
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
26
jenis sensor atau perangkat yang dapat digunakan untuk sebagai
widget yang akan
ditampilkan pada dashboard, namun tidak semua sensor sudah ada
dalam data cayenne.
Ketika sensor yang diinginkan untuk digunakan pada dashboard
belum ada pada cayenne
maka fitur Bring Your Own Thing bisa digunakan untuk menambahkan
custom widget atau
tampilan secara manual dengan mengisi informasi sensor yang
digunakan seperti nama
sensor, jenis sensor, bentuk data tampilan yang diingikan
seperti data analog atau data
digital, icon widget seperti pada gambar 2.20.
Gambar 2.20. Fitur Bring Your Own Thing
Data yang tertampil pada widget dihubungkan dengan protokol
jaringan MQTT yang
menggunakan TCP / IP, penggunaan MQTT memungkinkan untuk
terjadinya koneksi dua
arah seperti memberikan perintah untuk mematikan perangkat
dengan menekan tombol
shutdown. Kondisi penggunaan RAM, suhu dari mikrokontroler serta
informasi lain terkait
mikrokontroler juga dapat dipantau seperti pada gambar 2.21.
Sehingga cayenne dapat
digunakan untuk memantau informasi yang dibutuhkan dari jarak
jauh, seperti untuk
mengetahui nilai yang dibaca sensor TDS, sensor pH, kondisi
motor, kondisi lampu dan
kondisi diaphragm pump.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
27
Gambar 2.21. Kondisi Raspberry Pi
2.15. Hukum Ohm dan Daya
Hukum Ohm adalah hubungan antara arus, tegangan dan hambatan.
Arus diartikan
sebagai aliran positif dari sumber menuju negatif sumber dengan
satuan Ampere (A).
Tegangan diartikan sebagai jumlah yang dibutuhkan untuk
mengalirkan arus dengan satuan
Volt (V). Hambatan adalah lawan dari aliran arus, aliran arus
dihalangi oleh hambatan [27].
𝑉 = 𝐼 𝑥 𝑅 (2.1)
Keterangan :
V = Tegangan ( Volt )
I = Arus ( Ampere )
R = Hambatan ( Ohm )
Selain 3 variabel diatas ada satu varibel lain yaitu daya. Daya
diartikan sebagai besar
energi yang dikonsumsi atau dihasilkan dalam sebuah rangkaian
dengan satuan Watt ( W ).
𝑃 = 𝑉 𝑥 𝐼 (2.2)
Keterangan :
P = Daya ( Watt )
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
28
BAB III
RANCANGAN PENELITIAN
3.1. Model Sistem
Proses sistem seperti terdapat pada gambar 1.1., dimulai pada
saat tombol start ditekan
lalu nilai – nilai awal pada sensor serta kondisi awal motor,
lampu, diaphragm pump nutrisi
a dan diaphragm pump nutrisi b akan diatur dan dimunculkan pada
GUI, selanjutnya sensor
TDS dan pH akan langsung melakukan pengukuran terhadap nilai
total dissolved solids
dalam air dengan satuan ppm. Data yang diperoleh merupakan data
analog yang diambil
oleh Arduino untuk dikonversi ke dalam bentuk data digital
melalui pengolahan dan
perhitungan yang dilakukan dalam program Arduino untuk masing –
masing pH dan TDS.
Setelah itu data pH dan TDS yang sudah diolah dikirimkan ke
Raspberry Pi 3 melalui
komunikasi serial untuk ditampilkan pada GUI dan dikirim ke
aplikasi Cayenne melalui
jaringan internet yang sama. Selain ditampilkan, data TDS juga
akan digunakan untuk
menentukan perintah apa yang akan dilakukan pada proses
selanjutnya, sedangkan untuk
data pH hanya akan ditampilkan karena tidak ada proses lebih
lanjut karena nilai pH tidak
berubah terlalu drastis dan aman untuk tanaman seperti yang
sudah dijelaskan pada sub bab
2.1. Bila nilai ppm yang terbaca oleh sensor belum memenuhi
batas nilai yang diinginkan
maka diaphragm pump yang dikendalikan oleh Raspberry Pi 3 akan
bekerja untuk memulai
proses pemberian nutrisi. Diaphragm pump akan aktif sehingga
cairan nutrisi bisa dialirkan
ke dalam bak penampung air utama selanjutnya bercampur ke dalam
air supaya dapat
meningkatkan nilai TDS dalam air supaya dapat memenuhi keadaan
TDS yang diinginkan
dengan cara mengatur durasi hidup diaphragm pump supaya dapat
mengeluarkan cairan
nutrisi sesuai dengan jumlah yang sesuai, setelah diaphragm pump
mati maka motor
pengaduk air yang dikendalikan oleh Raspberry Pi akan aktif
untuk mengaduk air selama 10
detik supaya nutrisi dapat tercampur secara merata dengan air
dan pembacaan sensor TDS
akan menjadi lebih akurat, setelah itu kondisi ppm air akan
kembali diukur oleh Sensor TDS,
bila nilai ppm air sudah memenuhi maka akan ada waktu delay
proses pemberian nutrisi
berikutnya. Semua nilai atau keadaan setiap alat seperti
diaphragm pump, motor dan sensor
– sensor dapat diketahui melalui GUI dan juga dikirim melalui
jaringan internet yang sama
supaya dapat dipantau melalui jarak jauh yaitu menggunakan
aplikasi Cayenne. Untuk
menghentikan keseluruhan proses terdapat tombol berhenti. Ketika
tombol berhenti ditekan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
29
maka semua proses akan berhenti, namun bila proses sedang
berjalan maka proses akan
diselesaikan terlebih dahulu baru kemudian semuanya mati.
3.2. Perancangan Perangkat Keras
Perancangan perangkat keras pada penelitian ini terdiri dari
Arduino dan sensor -
sensor yang ada akan dipasang pada plant utama yaitu talang dan
bak penampung air, lalu
Arduino akan dihubungkan ke Raspberry Pi, selanjutnya Raspberry
Pi akan dihubungkan ke
perangkat keras yang akan dikontrol seperti relay – relay,
motor, diaphragm pump dan
lampu.
3.2.1. Plant Hidroponik sistem NFT
Gambar 3.1. Rancangan Plant Hidroponik Sistem NFT
Pada plant hidroponik yang akan dibuat menggunakan sistem NFT
berbahan dasar
pipa dan akan dilubangi serta dihubungkan dengan urutan
berundak-undak, selain itu akan
dibuat juga bak penampungan air secara terpisah untuk tempat
penampungan air dan
pencampuran nutrisi yang dihubungkan dengan pipa kecil dari
pompa air yang berada di
dalam bak penampungan air menuju baris pipa paling atas dan pada
bagian baris pipa paling
bawah terdapat sebuah pipa kecil yang kembali mengalir ke bak
penampungan untuk
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
30
menampung air yang dipompa ke pipa paling atas. Sementara bak
penampungan nutrisi a
dan b terletak diatas bak penampungan yang dihubungkan dengan
pipa serta dibatasi oleh
diaphragm pump untuk pemberian nutrisi seperti pada gambar 3.1.
Selain pompa air, sensor
TDS, sensor pH dan motor pengaduk akan berada di dalam bak
penampungan air. Untuk
mikrokontroler akan ditempatkan diatas bak penampungan dan
dibawah bak nutrisi.
Gambar 3.2. Rancangan Plant Hidroponik Sistem NFT
Pada plant hidroponik akan terdapat 4 baris pipa berdiameter 6.3
cm dengan panjang
1 meter seperti pada gambar 3.2 , pada pipa talang paling atas
terdapat 2 lubang, lubang
pertama yang terletak di ujung kanan terhubung dengan pipa
berukuran 0.5” yang mendapat
masukan air dari pompa air dari bak penampungan air, lubang
kedua yang terletak di ujung
kiri terhubung dengan pipa talang dibawahnya dengan pipa
berukuran 0.5”, kemudian pipa
ke dua dan ke tiga juga dihubungkan dengan pipa 0.5” dengan
posisi yang sama. Untuk pipa
talang ke empat terdapa dua lubang yaitu yang terhubung dengan
lubang pipa ketiga dan
lubang yang terletak di kanan pipa untuk mengalirkan air kembali
ke bak penampung air.
Masing – masing pipa palang akan dilubangi sebanyak 4 buah
lubang besar dengan ukuran
lubang berdiameter 5 cm, pada penanaman tanaman menggunakan
hidroponik tidak boleh
terlalu dekat sehingga dibutuhkan jarak antar tanaman, jarak
antara lubang yang dibuat
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
31
adalah 15 cm. Setiap talang diposisikan miring sekitar 5 derajat
supaya air dapat mengalir ,
bila talang diposisikan lurus maka air tidak dapat mengalir
dengan lancar ke bawah dan
malah menggenang, hal tersebut harus dihindari karena ketika
akar tanaman terendam dalam
waktu yang lama maka akan meningkatkan resiko menjadi busuk
seperti yang sudah
dijelaskan pada sub bab 2.3. Kemiringan talang dapat diatur
sesuai dengan kebutuhan
mengacu pada ketinggian air yang mengalir di dalam talang yaitu
berkisar antara 1 sampai
2 centimeter.
Gambar 3.3. Dimensi Bak Penampungan Air dan Nutrisi
Nutrisi yang digunakan ada dua yaitu nutrisi a dan b, sehingga
tempat nutrisi a dan b
harus dipisah, begitu juga dengan diaphragm pump yang digunakan.
Bak nutrisi a dan b
memiliki dimensi yang sama yaitu 27 cm x 24 cm x 20 cm,
sedangkan untuk bak
penampungan air nutrisi memiliki dimensi 50 cm x 50 cm x 40 cm
seperti pada gambar 3.3.
Nutrisi a dan b memiliki jumlah tertentu untuk dimasukkan ke
dalam air sehingga dipisah
dan memang nutrisi a dan b tidak boleh dicampur sebelum
dimasukan ke dalam air. Tempat
diaphragm pump dan bak nutrisi terletak di sebelah bak penampung
air. Diaphragm pump
terletak diatas penutup bak nutrisi yang ditempatkan di kotak
berbeda untuk menghindari
resiko alat – alat terkena air bila terjadi kebocoran pada pompa
nurisi. Pompa air, sensor
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
32
TDS dan sensor pH berada di dalam bak penampung, begitu juga
dengan motor pengaduk
yang akan digunakan untuk mengaduk air serta nutrisi sebelum
kembali dialirkan dan
diambil nilainya dan pompa air yang digunakan untuk mengalirkan
air. Motor pengaduk
beserta kabel – kabel ditempatkan di dalam pipa pada bagian atas
bak penampung yang
digunakan sebagai penyangga motor pengaduk.
Gambar 3.4. Dimensi dan Isi Bak Penampungan
Bagian dalam dari bak penampungan berisi motor, pengaduk, sensor
TDS dan pompa
air dengan posisi seperti pada gambar 3.4. Sensor TDS akan
selalu berada didalam air untuk
mengukur kandungan TDS pada air. Setelah nilai nutrisi yang
dibaca oleh TDS tidak
memenuhi ketentuan maka solenoid valve diatas akan bekerja dan
cairan nutrisi akan masuk,
kemudian pengaduk akan mengaduk cairan supaya tercampur merata
sehingga air yang
dipompa oleh pompa air tidak sepenuhnya berisi cairan
nutrisi.
3.2.2. Perancangan Rangkaian Utama
Rangkaian Utama secara keseluruhan seperti gambar 3.5, terdiri
dari Modul Sensor
TDS, Modul Sensor pH yang terhubung dengan Arduino untuk
mendapatkan nilai
analognya, kemudian di dalam Arduino nilai pengukuran tersebut
diolah supaya datanya
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
-
33
menjadi digital dan kemudian di kirim ke Raspbery Pi melalui
komunikasi serial.