RANCANG BANGUN PEMANTAUAN DAN PENGENDALIAN KONDISI LINGKUNGAN GREENHOUSE PADA TANAMAN PAPRIKA DENGAN TEKNOLOGI ZIGBEE
ABSTRAK
RANCANG BANGUN PEMANTAUAN DAN PENGENDALIAN KONDISI
LINGKUNGAN GREENHOUSE PADA TANAMAN PAPRIKA DENGAN
TEKNOLOGI ZIGBEE
Oleh
IDA BAGUS MADE DWIPAKRESNA
Pembudidayaan tanaman didalam greenhouse memiliki kendala yaitu dalam hal
pengkondisian lingkungan yang masih dilakukan secara manual. Teknologi
jaringan sensor nirkabel (JSN) dapat diaplikasikan untuk memantau dan
mengendalikan kondisi lingkungan didalam greenhouse. Dalam pembuatan
rancang bangun pemantauan dan pengendalian kondisi lingkungan greenhouse
pada tanaman paprika dengan teknologi zigbee dibagi menjadi lima bagian utama
yaitu node sensor, akusisi data logger, aktuator, node koordinator dan antarmuka
pemantauan beserta data logger. Node sensor berfungsi untuk mengirim data
suhu, kelembaban dan kadar air tanah menuju node koordinator. Node koordinator
menerima data dan meneruskanya ke komputer server untuk ditampilkan
menggunakan software LabView. Aktuator berfungsi mengendalikan kondisi
lingkungan secara otomatis sesuai dengan batas nilai sensor yang telah ditentukan.
Sensor suhu yang digunakan LM35 dengan kesalahan rata –rata tertinggi 0,72°C,
sensor kelembaban yang digunakan DHT11 dengan kesalahan pembacaan ratarata kurang dari 5% dan sensor kadar air tanah yang digunakan soil moisture
dengan kesalahan rata-rata kurang dari 6,95%. Pengiriman data sensor dari node
sensor ke komputer server dapat berjalan dengan baik dengan tingkat akurasi
pengiriman data setiap pengiriman ± 22 detik. Data logger di node sensor dan data
pemantauan di komputer server dapat disimpan dengan format (.xls).
Kata kunci : suhu, kelembaban, kadar air tanah, greenhouse, jaringan sensor
nirkabel (jsn),
ABSTRACT
IMPLEMENTATION OF ENVIRONMENTAL MONITORING AND
CONTROLLING IN GREENHOUSE FOR PAPRIKA BASED ON ZIGBEE
By
IDA BAGUS MADE DWIPAKRESNA
The problem plants cultivation in greenhouse is the environment conditioning
still manually. Implementation of wireless sensor network (WSN) based on
ZigBee technology to monitor and control the environment condition in the
greenhouse is the solution. The process of implementation ZigBee technology on
monitoring and controlling of environmental condition in greenhouse for paprika
is divided on five main parts, they are sensor node, data logger acquisition,
actuator, coordinator node, interface on computer. The function of sensor node is
to transfer data temperature, humidity, and soil moisture strive coordinator node.
The data measurement is received by coordinator node and showed on computer
server using LabView. The function of actuator is to control the environment
condition automatically based on sensor value which had been decided.
Temperature sensor used LM35. The average error data maximum is 0.72°C. The
average error data humidity is less than 5%. Humidity sensor which is used
DHT11. Soil moisture sensor used soil moisture. The average error data is less
than 6.95%. The data sensor transfer from the sensor node to computer server can
be operated as well as the level accurate ± 22 second. Data logger in sensor node
and monitoring data in computer can be saved with (.xls) format.
Keywords: temperature, humidity, soil moisture, greenhouse, wireless sensor
network (WSN).
RANCANG BANGUN PEMANTAUAN DAN PENGENDALIAN
KONDISI LINGKUNGAN GREENHOUSE UNTUK TANAMAN
PAPRIKA DENGAN TEKNOLOGI ZIGBEE
Oleh
IDA BAGUS MADE DWIPAKRESNA
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar
SARJANA TEKNIK
Pada
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Lampung
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2015
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Penulis dilahirkan di desa Rama Nirwana, kecamatan Seputih
Raman, Lampung Tengah, pada tanggal 10 Januari 1993.
Penulis merupakan anak kedua dari tiga bersaudara, dari
Bapak Ida Bagus Swastika dan Ibu Jero Sandat.
Penulis pertama kali mengenyam pendidikan di sekolah dasar
di SD Negeri 02 Buyut Baru, lulus tahun 2005. Sekolah
Menegah Pertama (SMP) Negeri 02 Seputih Raman, lulus
tahun 2008. Sekolah Mengengah Atas (SMA) Negeri 01 Seputih Banyak, lulus
tahun 2011. Penulis melanjutkan pendidikan ke jenjang perguruan tinggi di
Universitas Lampung pada tahun 2011.
Penulis terdaftar sebagai mehasiswa di Universitas Lampung pada Jurusan Teknik
Elektro melalui jalur Undangan Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri
(SNMPTN).Pada semester lima penulis mengambil konsentrasi sistem isyarat
elektronik (SIE) dan penulis juga mengabdikan diri sebagai asisten praktikum
Dasar Teknik Digital di Laboratorium Elektronika Terpadu.
Penulis mengembangkan diri di Unila Robotika Dan Otomasi mulai semester 2
sampai semester 7, pengalaman lomba yang telah diikuti yaitu Kontes Lomba
Robot Line Follower di Politeknik Negeri Jakarta pada tahun 2012 dan Kontes
muatan Roket Indonesia pada tahun 2013. Penulis juga sebagai pembimbing
lomba robotik SMA 2 Bandar Lampung.
Penulis aktif dalam kegiatan lembaga organisasi di Lingkungan Jurusan Teknik
Elektro yaitu Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro (Himatro). Pada periode
2012-2013 dan periode 2013-2014 penulis aktif sebagai anggota di Departemen
Apresiasi Minat dan Bakat (APK) di divisi Litbang. Penulis juga aktif di
organisasi Unit Kegiatan Mahasiswa Hindu Unila (UKM-H) pada periode 20112012 sebagai anggotan Kerohanian dan pada periode 2012-2013 sebagai
Koordinator Fakultas Teknik.
Pada tahun 2014, penulis melaksanakan Kerja Praktik (KP) di PT Indonesia
Ethanol Industry Lampung Tengah selama satu bulan. Selama Kerja Praktik
penulis ditempatkan di divisi elektrik dan instrument. Penulis menyelesaikan
Kerja Praktik dengan menulis sebuah laporan yang berjudul : “Sistem Kontrol
Pada Proses Distilasi Ethanol Pada Tangki T510 Menggunakan Distributed
Control System (DCS) Di PT. Indonesia Ethanol Industry Lampung Tengah”.
Kupersembahkan karya kecil dan sederhana ini
untuk Aji dan Biang tercinta :
Ida Bagus Swastika & Jero Sandat
yang selalu memberi doa dan selalu memberi dukungan
tulus tanpa henti.
Kakaku Ida Bagus Gede Puniatmaja dan adikku Ida
Ayu Komang Dewi Sinta yang selalu menjaga,
menemaniku, mendoakanku dan mendukung
MOTTO
“Jangan Pernah Menaruh Harapan
Di Atas Keraguanmu.”
“To be a winner, all you need is to
give all you have”
ix
SANWACANA
Avgnamastu, segala puji bagi Hyang Widhi Wasa atas limpahan rahmat dan
karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang berjudul
“Rancang
Bangun
Pemantauan
Dan
Pengendalian
Kondisi
Lingkungan
Greenhouse Untuk Tanaman Paprika Dengan Teknologi ZigBee” yang
merupakan suatu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan
Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung.
Tugas Akhir ini dapat terselesaikan berkat doa dan dukungan, motivasi serta
bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis mengucapkan terima kasih
kepada:
1. Bapak Prof. Suharno, M.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik.
2. Bapak Agus Trisanto, Ph. D. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro.
3. Ibu Herlinawati, S.T., M.T. selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro.
4. Bapak Dr. Eng. Helmy Fitriawan, S.T., M.Sc. selaku dosen pembimbing
utama, atas segala bimbingan, arahan, masukan, serta waktu yang telah
diberikan pada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
5. Ibu Dr.,Ir. Sri Ratna Sulistyanti, M.T, selaku dosen pembimbing
pedamping, atas segala bimbingan, arahan, masukan, serta waktu yang
telah diberikan pada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
6. Bapak Agus Trisanto, Ph. D., selaku dosen penguji utama dalam
menyelesaikan tugas akhir ini.
7. Kepala Lab. Teknik Digital Bapak Saiful Alam, S.T., M..T, atas perhatian
dan dukungan yang telah diberikan.
8. Bapak Yuliarto Raharjo, S.T., M.T, atas ilmu dan bimbingan yang telah
diberikan selama di team URO (Unila Robotika Dan Otomasi).
9. Seluruh Ibu/Bapak Dosen Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung,
atas segala pembelajaran, bimbingan yang telah diberikan kepada penulis
selama menjadi mahasiswa Jurusan Teknik Elektro.
10. Mbak Ning, Mas Daryono dan Mbak Stevi atas semua bantuanya dalam
menyelesaikan administrasi di Jurusan Teknik Elektro.
11. Kedua orang tua penulis, Ibu dan Bapak tercinta, terimakasih untuk segala
yang telah diberikan, doa dan usaha, motivasi, dukungan sehingga penulis
dapat menyelesaikan pendidikan hingga perkuliahan.
12. Hendrik Candra sebagai sahabat dan rekan dalam mengerjakan Tugas
Akhir ini.
13. Kawan-kawan seperjuangan, Angkatan 2011 Teknik Elektro Universitas
Lampung atas dukungannya dan kebersamaannya yang luar biasa.
14. All Crew Team URO, Kak Aris, Kak Cahyo, Kak Supri, Kak Ucup,Kak
Hary, Gata, Choi, Arrosyik, dan adik-adik Team URO 2012 dan 2013.
x
15. Teman –teman UKM-H Unila angkatan 2011, Suwito, Adiyatma, Sayu
Tiana, dan Mega yang telah memberikan semangat dan dukungannya.
16. Semua pihak yang tidak disebut satu per satu yang telah membantu serta
mendukung dari awal kuliah sampai terselesaikannya Tugas Akhir ini.
Penulis meminta maaf atas segala kesalahan dan ketidaksempurnaan
dalam penulisan Tugas Akhir ini. Kritik dan saran yang membangun
penulis harapkan demi kemajuan dan kebaikan dimasa mendatang.
Semoga Hyang Widhi Wasa membalas semua kebaikan semua pihak yang
telah membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
Bandar Lampung, Agustus 2015
Penulis,
Ida Bagus Made Dwipakresna
xi
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK
...................................................................................................
i
HALAMAN JUDUL ......................................................................................
iii
LEMBAR PERSETUJUAN ............................................................................
iv
LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................
v
RIWAYAT HIDUP ..........................................................................................
vi
PERSEMBAHAN ............................................................................................
viii
SANWACANA ................................................................................................
ix
DAFTAR ISI ...................................................................................................
xii
DAFTAR TABEL ...........................................................................................
xv
DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................
xvi
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................
xvii
I.
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang .................................................................................
1
1.2. Tujuan Penelitian .............................................................................
3
1.3. Manfaat Penelitian ...........................................................................
4
1.4. Rumusan Masalah ............................................................................
4
1.5. Batasan Masalah ...............................................................................
4
1.6. Hipotesis ...........................................................................................
5
1.7. Sistematika Penulisan ......................................................................
6
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Budidaya Tanaman Paprika Pada Rumah Plastik ............................
8
2.1.1. Suhu dan Kelembaban.............................................................
9
2.1.2. Kadar Air Tanah .....................................................................
9
2.2. Sistem Kendali .................................................................................
10
2.2.1. Sistem Kendali Kalang Terbuka (Open Loop) ......................
10
2.2.2. Sistem Kendali Kalang Tertutup (Close Loop) .....................
12
2.3. Perangkat Keras Untuk Sistem Pemantauan dan Pengendalian .......
14
2.3.1. Arduino Mega .......................................................................
14
2.3.2. Arduino XBee Shield ............................................................
16
2.3.3. Perekaman Data (Data Logger) .............................................
17
2.3.3.1. Prinsip Kerja Data Logger ..............................................
18
2.3.4. Sensor LM35 .........................................................................
20
2.3.5. Sensor Kelembaban DHT11 .................................................
20
2.3.6. Sensor Soil Moisture .............................................................
21
2.3.7. Relay .....................................................................................
22
2.3.8. Water Pump ...........................................................................
26
2.3.9. Fan ........................................................................................
26
2.4. Perangkat Lunak Untuk Sistem Pemantauan dan Pengendalian ......
27
2.4.1. LabView ................................................................................
27
2.4.1.1. Block Diagram Window ..................................................
29
2.4.1.2. Front Panel .....................................................................
29
2.4.2. Software Arduino ..................................................................
30
2.5. ZigBee dan XBee...............................................................................
31
2.6. Regresi Linier ....................................................................................
35
III. METODE PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ..........................................................
36
3.2. Alat dan Bahan .................................................................................
36
3.3. Spesifikasi Sistem ............................................................................
37
3.4. Tahapan Perancangan Sistem............................................................
40
xiii
3.4.1. Diagram Alir Perancangan ....................................................
40
3.4.2. Blok Diagram Perancangan Sistem .......................................
41
3.4.3. Perancangan Sistem Perangkat Lunak ...................................
46
3.4.4. Pembuatan Sistem Perangkat Keras ......................................
54
3.4.4.1. Rangkaian Mikrokontroller ........................................
54
3.4.5. Pengujian Perangkat Sistem ..................................................
55
3.4.6. Analisis dan Kesimpulan ......................................................
55
3.4.7. Penulisan Laporan .................................................................
56
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Prinsip Kerja ....................................................................................
57
4.2. Pengujian dan Kalibrasi Alat ...........................................................
59
4.2.1. Pengujian Perangkat Keras ...................................................
59
4.2.1.1. Pengujian dan kalibrasi Instrument .................................
60
A. Pengujian Sensor Suhu ........................................................
60
B. Pengujian Sensor Kelembaban ............................................
62
C. Pengujian Sensor Kadar Air Tanah......................................
64
4.2.1.2. Pengujian Akuisisi Data .................................................
67
i. Pengujian Modul XBee Series 2............................................
67
ii. Pengujian Data Logger ..........................................................
70
4.2.1.3. Pengujian Rangkaian Aktuator ........................................
71
4.2.1.4. Pengujian Rangkaian LCD 2x16 .....................................
73
4.2.2.Pengujian Perangkat Lunak .....................................................
74
4.2.2.1. Pengujian Komunikasi Data Menggunakan LabView ...
74
4.3. Pengujian Sistem Secara Keseluruhan ...........................................
77
V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan ......................................................................................
87
5.2. Saran .................................................................................................
88
DAFTAR PUSTAKA
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
2.1 Spesifikasi XBee ....................................................................................
34
3.1 Alat dan Bahan .......................................................................................
36
4.1 Set Point pengendalian suhu, kelembaban dan kadar air tanah ...............
58
4.2 Hasil pengujian pengukuran suhu LM35 dengan termometer digital .....
61
4.3 Hasil galat pengukuran sensor LM35 dengan LM35 ..............................
62
4.4 Hasil pengujian pengukuran DHT11 dengan kelembaban digital ..........
63
4.5 Data galat hasil pengukuran DHT11 dengan kelembaban digital ............
64
4.6 Pengujian kalibrasi sensor soil moisture ................................................
65
4.7 Data hasil pengukuran soil moisture dengan pengukuran di Lab. .........
66
4.8 Data galat pengukuran soil moisture dengan pengujian di Lab. ............
66
4.9 Hasil pengujian pengiriman data XBee series 2 non line of sight ..........
68
4.10 Hasil pengujian pengiriman data XBee series 2 tapa diberi halangan .
69
4.11 Data pengujian akusisi data logger ........................................................
71
4.12 Pengujian rangkaian aktuator sprinkler ..............................................
72
4.13 Pengujian rangkaian aktuator exhaust fan .............................................
72
4.14 Pengujian rangkaia aktuator water pump ..............................................
73
4.15 Hasil pengujian sensor suhu LM35 saat sistem beroperasi ....................
77
4.16 Data galat/error pengujian sensor LM35 saat sistem beroperasi ...........
78
4.17 Hasil pengujian sensor kelembaban DHT11 saat sistem beroperasi ......
78
4.18 Data galat/error pengujian sensor DHT11 saat sistem beroperasi .........
79
4.19 Hasil pengujian sensor kadar air tanah saat sistem beroperasi .............
79
4.20 Data galat/error pengujian kadar air tanah soil moisture ......................
80
4.21 Hasil pengujian aktuator terhadap nilai sensor .....................................
81
4.22 Akusisi data pada nodal sensor .............................................................
82
4.23 Akusisi data di komputer ......................................................................
82
4.24 Hasil pengujian waktu pengiriman XBee .............................................
83
4.25 Hasil pengendalian jarak jauh ................................................................
84
xv
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN I
Antarmuka Pemantauan Dan Pengendalian Menggunakan
Teknologi ZigBee
LAMPIRAN II
Perangkat Nodal Sensor
LAMPIRAN III
Realisasi Sistem Yang Telah Dibangun Di Greenhouse
LAMPIRAN IV
Listing Program Pada Nodal Sensor
LAMPIRAN V
Datasheet Arduino Mega 2560
LAMPIRAN VI
Datasheet XBee Modul
xvi
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Halaman
2.1 Pengendali kalang terbuka .......................................................................
11
2.2 Pengendali kalang tertutup .......................................................................
12
2.3 Tampak atas Arduino Mega ....................................................................
14
2.4 Konfigurasi pin Arduino Mega ................................................................
15
2.5 Arduino Xbee Shield ..............................................................................
16
2.6 Shield Data Logger pada mikrokontroller Arduino .................................
17
2.7 Proses data logging ..................................................................................
19
2.8 Sensor LM35 ..........................................................................................
20
................................................................................................
21
2.10 Soil Moisture .........................................................................................
22
2.11 Relay saat kondisi NO ............................................................................
23
2.12 Relay saat kondisi NC ............................................................................
24
2.13 Water pump ...........................................................................................
26
2.14 Exhaust fan ...........................................................................................
27
2.15 Jendela blog diagram ............................................................................
29
2.16 Jendela front panel ...............................................................................
30
2.17 Jendela awal software Arduino ..............................................................
31
2.18 Topologi jaringan ZigBee ....................................................................
32
2.19 Ilustrasi prinsip keja modul XBee ........................................................
33
2.20 Modul XBee .........................................................................................
33
3.1 Perancangan sistem tampak atas ............................................................
37
3.2 Perancangan sistem tampak depan .........................................................
38
3.3 Diagram alir perancangan sistem ............................................................
41
3.4 Diagram blog perancangan pemantauan dan pengendalian greenhouse
42
3.5 Blok diagram pengendali suhu greenhouse ...........................................
43
3.6 Blok diagram pengendali kelembaban udara greenhouse ......................
43
3.7 Blok diagram pengendali kadar air tanah disekitar tanaman .................
44
3.8 Rancangan sistem pemantauan dan pengendalian di greenhouse ..........
45
3.9 Jendela front panel pada LabView .........................................................
47
2.9 DHT11
3.10Jendela blok diagram pada pada LabView..............................................
47
3.11 Pemrograman menggunakan arduino .....................................................
48
3.12 Diagram alir program kendali kelembaban ...........................................
49
3.13 Diagram alir program kendali kadar air ................................................
50
3.14 Diagram alir program kendali suhu di greenhouse ...............................
51
3.15 Diagram alir pemantauan menggunakan teknologi ZigBee ..................
52
3.16 Diagram alir pengendalian meggunakan teknologi ZigBee ..................
53
3.17 Diagram koneksi pin mikrokontroller ...................................................
55
4.1 Pengujian dan kalibrasi sensor suhu .......................................................
60
4.2 Pengujian dan kalibrasi sensor kelembaban ............................................
63
4.3 Grafik regresi sensor Soil Moisture ........................................................
65
4.4 Peta pengujian jarak pengiriman XBee series 2 tidak line of sight .........
68
4.5 Peta pengujian jarak pengiriman XBee series line of sight .....................
70
4.6 Rangkaian pengendali aktuator menggunakan relay ...............................
72
4.7 Pengujian LCD 2x16 ...............................................................................
74
4.8 Pengujian komunikasi data ditampilkan menggunkan LabView ............
76
4.9 Grafik pengujian waktu pengiriman XBee dari nodal sensor ke
nodal koordinator ...................................................................................
83
4.10 Pemantauan greenhouse di layar monitor dengan software LabView ...
84
4.11 Grafik pemantauan di layar monitor menggunakan software LabView
85
4.12 Realisasi pengendalian sistem di greenhouse .......................................
85
4.13 Realisasi pengendalian sistem di komputer ...........................................
86
xviii
I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Sistem pertanian tanaman sayuran di Indonesia masih dibudidayakan dilahan
terbuka. Namun, budidaya sayuran pada lahan terbuka menghadapi banyak
masalah yaitu cuaca [1]. Salah satu hasil pertanian sayuran Indonesia adalah
paprika (Capsicum annuum L.). Paprika merupakan tanaman sayuran sejenis
cabai yang memiliki nilai ekonomis cukup tinggi di pasaran [2].
Tanaman paprika membutuhkan kondisi tertentu untuk pertumbuhannya, yaitu
suhu 24°C-30°C pada siang hari dan 9°C-12°C pada malam hari. Tanaman
paprika masih dapat bertahan pada suhu sampai 38°C. Di Indonesia, tanaman
paprika sangat cocok tumbuh di dataran tinggi yang bersuhu 16°C-25°C.
Sedangkan di Belanda tanaman paprika dibudidayakan didalam greenhouse
dengan lingkungan cuaca yang terkontrol. Faktor cuaca didalam greenhouse yang
dikontrol adalah temperature, kelembaban, cahaya dan
[1].
Rumah kaca atau greenhouse merupakan tempat untuk pembudidayaan tanaman
paprika, yang ditutupi dengan bahan plastik, bahan tembus kaca. Fungsi dari
rumah kaca yaitu untuk mengkondisikan keadaan lingkungan paprika agar tetap
maksimal. Tujuan dari pembudidayaan tanaman paprika didalam greenhouse
yaitu untuk memanipulasi kondisi lingkungan disekitar tanaman agar terhindar
dari cuaca ekstrim.
2
Pembudidayaan tanaman didalam greenhouse, mempunyai beberapa kendala yaitu
pengendalian kondisi lingkungan masih dikerjakan secara manual. Pengendalian
kondisi lingkungan secara manual membutuhkan pekerja lebih dari satu orang.
Hal ini mengakibatkan pemborosan dalam penggunaan sumber daya manusia.
Alat ukur yang digunakan untuk memantau kondisi lingkungan juga terbatas
sehingga mengakibatkan pengendalian kondisi lingkungan tanaman tidak
maksimal.
Pemantauan dan pengendalian parameter tersebut membutuhkan suatu sistem
yang dapat bekerja secara otomatis untuk mengendalikan parameter kondisi
lingkungan di greenhouse serta dapat dipantau secara jarak jauh. Teknologi
jaringan sensor nirkabel dapat digunakan sebagai perangkat keras dan perangkat
lunak untuk mengendalikan parameter kondisi lingkungan di greenhouse secara
otomatis dan jarak jauh. Dengan pengendalian kondisi lingkungan secara otomatis
dan pemantauan secara jarak jauh maka penggunaan sumber daya manusia dapat
dioptimalkan.
Pada penelitian rancang bangun pemantauan dan pengendalian kondisi lingkungan
greenhouse untuk tanaman paprika dengan teknologi ZigBee. Penulis merancang
dan membangun pemantauan dan pengendalian parameter kondisi lingkungan di
greenhouse, sehingga tercipta kondisi lingkungan tumbuh yang ideal untuk
tanaman paprika
Sistem kontrol yang dibuat digunakan untuk mengendalikan suhu, kelembaban
dan kadar air tanah pada lahan tanaman paprika dengan menggunakan teknologi
jaringan sensor nirkabel. Data suhu dan kelembaban di lingkungan lahan serta
3
kadar air tanah dikirim menggunakan teknologi ZigBee dan diakses menggunakan
komputer penerima yang terhubung dengan teknologi ZigBee.
ZigBee merupakan teknologi transmisi data secara nirkabel yang dapat
berkomunikasi secara jarak jauh. ZigBee merupakan spesifikasi protocol
komunikasi radio digital berdaya rendah berdasarkan standar IEEE 802.15.4 tahun
2003 dan ZigBee Allience dengan jangkaun maksimal 100 meter. Teknologi
ZigBee banyak di jual di pasaran sehingga mudah untuk di temukan dan harganya
lebih ekonomis. Melihat spesifikasi tersebut, teknologi ZigBee dapat diterapkan
untuk pemantauan kondisi lingkungan greenhouse secara jarak jauh.
LabView (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) sebagai
perangkat lunak yang digunakan untuk pemrosesan dan visualisasi data suhu,
kelembaban lahan dan kadar air dalam tanah. LabView merupakan perangkat
lunak yang digunakan untuk membuat tampilan GUI (Graphical User Interface)
pada pemantauan dan pengendalian tanaman di dalam greenhouse secara jarak
jauh. LabView dapat dihubungkan dengan teknologi ZigBee dan memiliki tool
yang dapat menampilkan data secara grafik yang dikirimkan oleh ZigBee.
1.2. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian pada tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Mengembangkan sistem pemantauan dan pengendalian secara jarak jauh pada
lahan
pembudidayaan
tanaman
paprika
di
greenhouse
berbasis
mikrokontroler.
2. Mengembangkan alat yang dapat mengatur kelembaban, suhu dan kadar air
tanah pada lahan greenhouse yang dapat dikendalikan secara otomatis.
4
3. Mengembangkan suatu alat kendali otomatis yang dapat menciptakan kondisi
lingkungan ideal untuk tanaman paprika.
1.3. Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah :
1.
Sistem pemantauan secara jarak jauh (remote) dapat memudahkan dalam
pengendalian parameter lingkungan selama masa pembudidayaan tanaman.
2.
Meningkatkan produksi pada budidaya tanaman paprika di lingkungan
greenhouse.
1.4. Rumusan Masalah
Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1.
Bagaimana merancang dan merealisasikan alat pemantau dan pengendali
tanaman di dalam greenhouse secara jarak jauh menggunakan teknologi
ZigBee.
2.
Bagaimana mengendalikan parameter suhu, kelembaban, dan kadar air tanah
di greenhouse secara berkelanjutan selama masa pembudidayaan.
3.
Bagaimana menyimpan data suhu, kelembaban, dan kadar air tanah pada data
logger dan di komputer dengan format (.xls).
1.5. Batasan Masalah
Penelitian ini menitikberatkan pada pengkondisian lahan dengan lingkungan yang
sesuai parameter yang dibutuhkan oleh tanaman. Adapun batasan masalah dalam
penelitian ini adalah:
5
1.
Membahas secara khusus pengaturan suhu, kelembaban dan kadar air tanah
menggunakan mikrokontroler dan komputer.
2.
Komunikasi
antarmuka
antara
komputer
dengan
mikrokontroler
menggunakan teknologi ZigBee.
3.
Sistem yang berpengaruh terhadap pertumbuhan
tanaman selama masa
budidaya berlangsung.
4.
Sistem kendali yang digunakan untuk menciptakan kondisi parameter yang
dibutuhkan oleh tanaman.
1.6. Hipotesis
Hipotesis tentang hasil akhir penelitian ini yaitu sistem pengatur kondisi lahan
yang ideal di lingkungan greenhouse berdasarkan parameter yang telah
ditentukan. Sistem tersebut dapat bekerja secara otomatis selama masa
pembudidayaan dan dapat mengurangi penggunaan sumber daya manusia.
Parameter yang dikendalikan yaitu suhu, kelembaban udara dan kadar air tanah,
data tersebut dapat disimpan menggunakan data logger dan ditampilkan dari
Liquid Crystal Display (LCD) dan komputer secara nirkabel. Antarmuka antara
mikrokontroler
dengan
komputer
ini
memanfaatkan
teknologi
ZigBee.
Pengendalian kadar air tanah menggunakan pompa air yang dihubungkan dengan
selang dengan sistem penyiraman tetes pada media lahan tanaman. Suhu
menggunakan exhaust fan sebagai pengendalianya dan pengendalian kelembaban
udara menggunakan sprinkler.
6
1.7. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
BAB I PENDAHULUAN
Memuat latar belakang masalah, tujuan, manfaat, rumusan masalah, batasan
masalah, hipotesis dan sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Membahas tentang teori-teori dasar pembudidayaan tanaman paprika didalam
rumah plastik atau greenhouse, sistem kendali kalang terbuka dan kalang tertutup,
perangkat keras dan perangkat lunak yang digunakan dalam pemantauan dan
pengendalian tanaman, dan teknologi ZigBee.
BAB III METODE PENELITIAN
Memuat langkah-langkah penelitian yang dilakukan diantaranya waktu dan
tempat penelitian, alat dan bahan, pembuatan alat, dan pengujian alat.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Membahas tentang hasil pengujian sub sistem perangkat keras dan perangkat
lunak, pengujian XBee series 2, pengujian data logger dan pengujian sistem
secara keseluruhan.
7
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Memuat tentang kesimpulan dan saran tentang penelitian yang telah dilakukan.
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Budidaya Tanaman Paprika (Capsicum annum var. grossum L.) Pada
Rumah Plastik
Tanaman paprika (Capsicum annum var. grossum L.) merupakan tanaman yang
berasal dari Amerika Tengah dan Amerika Selatan dimana banyak spesies telah
dibudidayakan beratus tahun sebelum Colombus mendarat di benua tersebut [3].
Dalam klasifikasi tumbuhan, paprika dimasukkan kedalam family Solanaceae.
Tanaman ini memiliki daun berukuran lebar dan berwarna hijau tua dan bentuk
buah paprika seperti lonceng sehingga di kenal dengan bell pepper. Tanaman
paprika dapat tumbuh pada kondisi suhu 24°C – 30 °C pada siang hari dan 9°C –
12 °C pada malam hari, namun tanaman ini masih dapat bertahan pada suhu 38 °C
[1].
Rumah plastik atau greenhouse yang akan di terapkan sebagai tempat budidaya
tanaman paprika dengan tujuan untuk memudahkan dalam pengendalian kondisi
lingkungan . Adapun kondisi parameter yang akan diciptakan di lingkungan lahan
rumah plastik sebagai berikut :
9
2.1.1. Suhu dan Kelembaban
Pada proses pembudidayaan tanaman paprika suhu dan kelembaban merupakan
variabel yang sangat penting dalam pertumbuhan tanaman paprika mulai dari
pembenihan sampai produksi. Kelembaban merupakan suatu tingkat keadaan
lingkungan udara basah yang disebabkan oleh adanya uap air. Tingkat kejenuhan
sangat dipengaruhi oleh suhu. Suhu yang optimal untuk tanaman paprika adalah
21°C – 23 °C [1].
Pada masa persemaian benih tanaman paprika disimpan didalam lemari pada suhu
20°C-25°C dengan kelembaban udara 70% – 90%. Sedangkan rata – rata
temperatur minimum dirumah palstik bambu konvensional dan rumah plastik
kombinasi kayu metal berturut – turut adalah 14,4°C dan 15,3°C, sedangkan rata –
rata suhu maksimum di rumah plastik bambu konvensional dan rumah plastik
kombinasi kayu metal berturut – turut adalah 32,2°C dan 32,9°C [1].
2.1.2. Kadar Air Tanah
Kadar air tanah optimum dapat dilakukan dengan cara pemberian air yang cukup,
karena air merupakan elemen paling utama dibutuhkan oleh tanaman. Setiap
tanaman mencoba mengabsorpsi air secukupnya dari tanah untuk pertumbuhan,
Jadi kondisi tanaman yang terpenting yaitu air dalam bawah tanah berada dalam
keadaan yang mudah diabsorpsi [4].
10
2.2.
Sistem Kendali
Sistem kendali adalah suatu sistem yang keluaranya dikendalikan pada suatu nilai
tertentu atau untuk mengubah beberapa ketentuan yang telah di tetapkan oleh
masukan ke sistem. Sebagai contoh adalah sebuah kendali suhu pada sistem pusat
pemanas disebuah rumah, mempunyai masukan dan thermostat atau panel kendali
yang telah ditentukan suhunya dan menghasilkan keluaran berupa suhu aktual.
Suhu ini diatur dengan sistem kendali sehingga sesuai dengan nilai yang
ditentukan oleh masukan pada sistem. Bentuk dasar sistem kendali dibagi menjadi
dua bentuk yaitu sistem kendali kalang – terbuka dan sistem kendali – kalang
tertutup [5].
2.2.1. Sistem Kendali Kalang Terbuka (Open Loop)
Sistem kendali kalang terbuka (Open Loop) merupakan sistem kendali dimana
masukan sistem berbasis pengalaman untuk memberikan nilai keluaran yang
diinginkan, dalam hal ini keluaran tidak dapat dimodifikasi untuk mengatasi
perubahan kondisi. Sistem kendali kalang terbuka menggunakan elemen kendali
yang mengirimkan sebuah isyarat untuk mengawali aksi pada saat yang berbeda.
Pengendalian di beberapa sistem diperlukan piranti saklar operasi-detik [5].
Dibawah ini dapat dilihat blog diagram kalang terbuka pada Gambar 2.1
11
Gambar 2.1 Pengendali kalang terbuka
Sistem loop – terbuka memiliki keuntungan berupa sistem yang relatif sederhana
sehingga murah dengan reabilitas yang umumnya cukup baik. Akan tetapi sistem
ini sering kali tidak akurat karena tidak ada koreksi yang dilakukan terhadap error
– error yang terjadi pada sinyal keluaran yang berasl dari gangguan – gangguan
tambahan. Sistem ini mempunyai tiga buah elemen dasar yaitu elemen kontrol,
koreksi, dan proses dimana variabelnya hendak dikendalikan.
1) Elemen kontrol
Elemen ini akan menentukan aksi atau tindakan yang harus diambil
sebagai akibat dari diberikanya masukan berupa sinyal dengan nilai yang
diinginkan ke dalam sistem.
2) Elemen koreksi
Elemen ini mendapat masukan dari pengontrol dan menghasilkan keluaran
berupa tindakan untuk mengubah variabel yang sedang dikontrol.
3) Proses
Merupakan proses di mana suatu variable dikontrol.
Tidak ada perubahan tindakan kontrol yang dilakukan untuk menanggapi
gangguan – gangguan yang mengubah variabel keluaran [5].
12
2.2.2. Sistem Kendali Kalang Tertutup (Close Loop)
Sistem kendali kalang tertutup (Close Loop) merupakan suatu sistem dimana
sebuah isyarat dari keluaran diumpan – balikan ke masukan dan digunakan untuk
mengubah masukan sehingga keluaran dipertahankan pada kondisi ajeg dengan
mengabaikan pada beberapa perubahan kondisi. Dengan kata lain keluaran dari
sistem dapat mempengaruhi nilai masukan [5]. Sistem ini dapat dilihat pada
Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Pengendali Kalang Tertutup [5].
Sistem kalang tertutup terdiri atas sejumlah subsistem – subsistem diantaranya
yaitu :
1) Elemen pembanding, elemen ini membandingkan nilai variabel acuan
yang dikendalikan dengan nilai yang dicapai dan menghasilkan sebuah
galat isyarat yang mengindikasikan besar selisih antara nilai yang dicapai
dengan nilai acuan.
Isyarat galat = isyarat nilai acuan – isyarat nilai terukur
2) Elemn kendali adalah elemen yang menetukan aksi yang harus dilakukan
untuk mengatasi galat yang terjadi. Bagian pengendali seringkali
menggunakan sebuah elemen yang merupakan gabungan antara elemen
kendali dengan unit koreksi.
13
3) Elemen koreksi,elemen ini berfungsi untuk menghasilkan sebuah
perubahan di dalam proses untuk menghilangkan galat dan sering pula
disebut sebagai aktuator.
4) Elemen proses atau plant adalah sistem dengan suatu peubah dikendalikan.
5) Elemen pengukur, elemen ini menghasilkan sebuah isyarat yang
berhubungan dengan kondisi peubah yang dikendalikan dan memberikan
isyarat umapan-balik ke elemn pembanding untuk menentukan aksi jika
terjadi sebuah galat.
Keunggulan suatu sistem kendali yang mempunyai bagian umpan balik adalah :
1) Lebih akurat pada pencocokan antara nilai aktual terhadap nilai peubah
acuan.
2) Sedikit sensitif terhadap gangguan.
3) Sedikit sensitif terhadap perubahan karakteristik komponen.
4) Peningkatan kecepatan tanggapan sehingga lebar – pita, yaitu kelebihan
rentang frekuensi akan segera ditanggapi.
Kelemahanya adalah:
1) Rugi –rugi penguatan pada fungsi alih sistem kalang – terbuka direduksi
dari G ke G/ (1+ GH) dalam kalang umpan balik menggunakan fungsi alih
H.
2) Lebihbesar kesempatan terjadi ketakstabilan.
3) Sistem lebih kompleks, mahal, dan juga sering terjadi gangguan.
14
2.3. Perangkat Keras Untuk Sistem Pemantauan dan Pengendalian
2.3.1. Arduino Mega
Arduino Mega adalah board mikrokontroller berbasis Atmega2560. Memiliki 70
pin input dari output digital dimana 11 pin tersebut dapat digunakan sebagai
output PWM dan 16 pin input analog, 16 MHz osilator Kristal , koneksi USB,
jack power, ICSP header, dan tombol reset seperti ditunjukkan pada Gambar 2.3.
Untuk mendukung mikrokontroller agar dapat digunakan, cukup hanya
menghubungkan Board Arduino Mega ke komputer dengan menggunakan kabel
USB atau listrik dengan AC ke adaptor DC atau baterai untuk menjalankannya.
Gambar 2.3 Tampak atas Arduino Mega
Adapun spesifikasi Arduino Mega adalah sebagai berikut:
a.
Daya
Arduino Mega dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan catu daya
eksternal (otomatis). Kisaran kebutuhan daya yang disarankan untuk board Mega
adalah 7 sampai dengan 12 volt, jika diberi daya kurang dari 7 volt kemungkinan
pin 5v dapat beroperasi tetapi tidak stabil kemudian jika diberi daya lebih dari
12V, regulator tegangan bisa panas dan dapat merusak board Arduino.
15
b.
Memori
ATmega2560 memiliki 256 KB (dengan 8 KB digunakan untuk bootloader), 8
KB dari SRAM dan 4 KB EEPROM.
c.
Input dan Output
Konfigurasi pin pada arduino Mega dapat dilihat pada Gambar 2.4. dibawah ini:
Gambar 2.4 Konfigurasi pin board Ardiono Mega
Masing-masing dari 32 pin digital digunakan sebagai input atau output, 11 pin
digunakan sebagai keluaran PWM, 10 pin digunakan sebagai komunikasi, dan 16
pin digunakan sebagai input analog.
d.
Komunikasi
Arduino Mega memiliki sejumlah fasilitas untuk berkomunikasi dengan
komputer, Arduino lain, atau mikrokontroller lainnya. ATmega2560 menyediakan
UART TTL (5V) untuk komunikasi serial, yang tersedia di pin digital 0 (RX) dan
1 (TX). Sebuah ATmega8U2 sebagai saluran komunikasi serial melalui USB dan
sebagai port virtual com untuk perangkat lunak pada komputer. Firmware U2
menggunakan driver USB standar COM, dan tidak ada driver eksternal yang
16
diperlukan. Namun, pada Windows diperlukan, sebuah file inf. Perangkat lunak
Arduino terdapat monitor serial yang memungkinkan digunakan memonitor data
tekstual sederhana yang akan dikirim ke atau dari board Arduino. LED RX dan
TX di papan arduino akan berkedip ketika data sedang dikirim melalui chip USBto-serial dengan koneksi USB ke komputer (tetapi tidak untuk komunikasi serial
pada pin 0 dan 1).
2.3.2. Arduino XBee Shield
Arduino XBee Shield memungkinkan sebuah papan arduino untuk berkomunikasi
secara nirkabel menggunakan ZigBee. XBee Sheild terhubung dengan board
arduino menggunakan header dengan kaki yang panjang yang menembus shield.
Hal ini bertujuan untuk menjaga layout lain dan memungkinkan shield lain untuk
ditumpuk diatasnya. XBee Shield dapat berkomunikasi secara nirkabel apabila
memenuhi ketentuan IEEE 802.15.4. Arduino XBee Sheild sangat cocok untuk
board arduino UNO dan Mega.
Gambar 2.5 Arduino XBee Shield
17
Gambar 2.5. merupakan bentuk Arduino XBee Sheild. Arduino Shield
menyediakan pin header untuk penggunaan pin digital 2 sampai 7 dan pin analog,
yang ditutpi oleh Shield (pin digital 8 sampai 13 yang tidak terhalang oleh shield,
sehingga pengguna dapat menggunkan header di board itu tersebut).
2.3.3. Perekaman Data (Data Logger)
Data logger merupakan sebuah perangkat elektronik yang berfungsi untuk
mencatat data dari waktu ke waktu baik yang berinteraksi dengan sensor dan
instrument didalamnya maupun eksternal sensor dan instrumen. Data logger
memiliki ukuran fisik kecil, bertenaga baterai, portabel, dan dilengkapi dengan
mikroprosesor, memori internal untuk menyimpan data dan sensor. Data logger
dapat disimpan di dalam Micro SD yang dihubungkan dengan pin inpu output
mikrokontroler. Pin mikrokontroler yang dihubungkan dengan Micro SD adalah
MISO, MOSI, SCK, dan CS. Pada
Gambar 2.6. Shield Data logger pada
mikrokontroler arduino yang akan digunakan
Gambar 2.6 Shield Data logger pada mikrokontroler arduino
18
Fungsi umum dari data logger yaitu sebagai berikut :
Mengambil data dari sensor secara berkala. Hal ini memungkinkan untuk
mengambil banyak pembacaan pada interval waktu mulai dari beberapa
mikrodetik, jam, bahkan berhari – hari.
Menyajikan data dalam bentuk tampilan yang sesuai pada layar PC.
Fasilitas mem-plot grafik akan sangat berguna, hal ini dikarenakan
komputer dapat menghasilkannya dengan cepat dan memungkinkan
perangkat lunak ini dapat menganalisis hasil dan melakukan perhitungan
data.
Mencetak data tabel atau grafik pada kertas menggunakan printer yang
terhubung pada komputer tersebut.
Menyimpan data pada hardisk komputer sebagai arsip data peyimpanan.
Pada tugas akhir ini penulis menggunkan data logger untuk peyimpanan data
sensor setiap beberapa detik, memori internal yang digunakan yaitu Mikro SD
yang terdapat pada board shield data logger seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 2.6. Prinsip kerja data logger dapat dijelaskan sebagai berikut.
2.3.3.1. Prinsip Kerja Data Logger
Proses data logging secara umum dapat dijelaskan pada Gambar 2.7 sebagai
berikut.
19
Akusisi
Log
Offline
Analysis
Online
Analysis
Display,Sharing,
Reporting
Gambar 2.7 Proses data logging
Secara umum pada Gambar 2.7. dapat dijelaskan sebagai berikut:
Akusisi, pada tahap ini melibatkan sensor. Data logger bekerja
menggunakan sensor untuk mengkonversikan fenomena fisik dan stimuli
kedalam sinyal seperti tegangan maupun arus. Sinyal tersebut kemudian
dikonversikan menjadi data biner oleh ADC (Analog to Digital
Converter). Data biner sangat mudah dianalisa oleh perangkat lunak dan
disimpan didalam memori.
Online Analysis, pada tahap ini merupakan tahap analisis yang akan
dilakukan sebelum menyimpan data. Salah satu contohnya adalah
mengkonversikan tegangan hasil pengukuran kedalam bentuk satuan yang
lebih spesifik, misalnya suhu. Dengan cara tersebut kita dapat melakukan
kalkulasi yang komplek dan kompresi data sebelum penyimpanan.
Log, pada langkah ini mengacu pada data penyimpanan data dianalisis
termasuk format yang akan diperlukan untuk file data. Biasanya data hasil
analisis online disimpan dalam memory card untuk kemudian disimpan ke
database di komputer.
Offline Analysis, tahap ini mencakup analisis yang dilakukan setelah
menyimpan data. Salah satu contoh umum yaitu mencari tren data historis
atau reduksi data, smoothing, estimasi, atau prediksi.
20
2.3.4. Sensor LM35
Sensor LM35 merupakan komponen elektronika yang digunakan untuk mengubah
besaran suhu ke besaran elektrik berupa tegangan. Sensor ini memiliki keakuratan
tinggi dan mudah dalam perancangan penggunaanya.
Gambar 2.8 Sensor LM35
Gambar 2.8. merupakan bentuk dari sensor LM35, memiliki 3 pin kaki dengan
fungsi sebagai Vs, GND, dan Output.
a.
Memiliki sensitivitas suhu, dengan sekala linier antara tegangan dan suhu 10
mV/oC sehingga dapat langusng dikalibrasi dengan satuan celcius.
b.
Akurasi dalam kalibrasi yaitu 0,50C pada suhu 250C.
c.
Memiliki rentang nilai operasi suhu -550C sampai +1500C.
d. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 Volt.
e. Memiliki arus yang rendah yaitu 60 µA.
f. Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 Ω untuk beban 1 mA.
g. Memiliki ketidak linieran sekitar ±1/40C.
2.3.5. Sensor Kelembaban DHT 11
DHT11 adalah modul sensor suhu dan kelembaban udara yang mempunyai
jangkauan pengukuran suhu antara 0°C-50oC dan jangkauan pengukuran
21
kelembaban udara 20% – 95% RH. Modul sensor ini
memiliki akurasi
pengukuran suhu sekitar 2 oC. Dan memiliki akurasi pengukuran kelembaban 5%.
Gambar 2.9 DHT 11
Spesifikasi dari DHT 11 adalah sebagai berikut:
Tegangan suply
: + 5V
Range temperatur
: 0°C – 50 oC keakuratan ± 2 oC.
Range kelembaban
: 20% -90 % RH, keakuratan ± 5 %.
Output
: Sinyal digital.
2.3.6. Sensor Soil Moisture
Sensor Soil Moisture merupakan sensor kelembaban tanah yang bekerja dengan
prinsip membaca jumlah kadar air dalam tanah di sekitarnya. Sensor ini
merupakan sensor dengan teknologi rendah namun ideal untuk memantau kadar
air tanah untuk tanaman. Sensor ini menggunakan dua konduktor untuk
melewatkan arus melalui tanah, kemudian membaca nilai resistansi untuk
mendapatkan tingkat kelembaban. Prinsip kerja dari sensor ini yaitu jika semakin
banyak air di dalam tanah sekitar sensor maka tanah akan lebih mudah
22
menghantar listrik (nilai resitansi lebih kecil), sedangkan apabila tanah disekitar
sensor kering maka akan mempersulit untuk menghantar listrik (nilai resitansi
besar). Sensor ini bekerja dengan tegangan sebesar 3,3v sampai 5v dengan output
tegangan sebesar 0-4,5v. Sensor ini memiliki 3 pin yang terdiri dari pin ground,
vcc, dan data. Pada Gambar 2.10. dibawah terlihat sensor soil moisture
Gambar 2.10 Soil Moisture
2.3.7. Relay
Relay adalah saklar elektronik yang dapat membuka atau menutup rangkaian
dengan menggunakan kontrol dari rangkaian elektronik lain. Relay dapat kita
gunakan untuk switching atau kontrol beban. Relay pada aplikasi kontrol sering
digunakan sebagai switching input ataupun output pada PLC atau mikrokontroler.
Bagian utama dari relay elektromaknetik yaitu sebagai berikut:
1) Kumparan elektromagnetik
2) Saklar atau kontaktor
3) Swing atu armature
4) Spring (pegas)
23
Pada relay elektromagnetik memiliki tiga kondisi saklar, ketiga kondisi saklar
relay tersebut akan berubah ketika mendapatkan sumber tegangan pada
elektomagnetnya. Ketiga posisi saklar tersebut sebagai berikut:
Posisi Normally Open (NO)
Kondisi NO terjadi saat relay mendapat sumber tegangan pada
elektromagnetnya. Posisi ini saat relay terhubung ke terminal NO contact.
Pada Gambar 2.11. menjelaskan kondisi saat relay NO.
Gambar 2.11 Relay saat kondisi NO
Keterangan Gambar 2.11. :
Armature merupakan tuas logam bias naik turun. Tuas akan turun
jika tertarik oleh magnet ferromagnetik dan akan kembali naik jika
sifat kemagnetan feromagnetik sudah hilang.
Spring merupakan pegas yang berfungsi untuk menarik tuas.
Ketika sifat feromagnetik hilang, maka spring berfungsi untuk
menarik tuas keatas.
24
NC Contact atau Normali Close Contact merupakan kontak yang
secara default terhubung dengan kontak sumber ketika posisi OFF.
NO Contact atau Normali Open Contact merupakan kontak yang
akan terhubung dengan dengan kontak sumber ketika posisi ON.
Elektromagnet merupakan kabel lilitan yang membelit logam
feromagnetik. Fungsi dari elektromagnetik yaitu sebagai magnet
buatan yang sifatnya sementara. Kumparan kawat dapat menjadi
logam magnet ketika lilitan dialiri arus litrik dan menjadi logam
biasa ketika arus listrik diputus.
Dari Gambar 2.11 dapat dijelaskan bahwa pada saat elektromagnet diberi
sumber tegangan maka terdapat medan magnet yang menarik armature,
sehingga saklar relay terhubung NO (Normaly Open).
Posisi Normally Close
Kondisi NC terjadi saat relay tidak m endapat
sumber
tegangan
pada
elektromagnetnya. Posisi ini saat relay terhubung ke terminal NC. Gambar
2.12 menjelaskan kondisi relay NC.
Gambar 2.12 Realy saat kondisi NC
25
Keterangan Gambar 2.12. :
Armature merupakan tuas logam bias naik turun. Tuas akan turun
jika tertarik oleh magnet feromagnetik dan akan kembali naik jika
sifat kemagnetan feromagnetik sudah hilang.
Spring merupakan pegas yang berfungsi untuk menarik tuas.
Ketika sifat feromagnetik hilang, maka spring berfungsi untuk
menarik tuas keatas.
NC contact atau normali close contact merupakan kont
RANCANG BANGUN PEMANTAUAN DAN PENGENDALIAN KONDISI
LINGKUNGAN GREENHOUSE PADA TANAMAN PAPRIKA DENGAN
TEKNOLOGI ZIGBEE
Oleh
IDA BAGUS MADE DWIPAKRESNA
Pembudidayaan tanaman didalam greenhouse memiliki kendala yaitu dalam hal
pengkondisian lingkungan yang masih dilakukan secara manual. Teknologi
jaringan sensor nirkabel (JSN) dapat diaplikasikan untuk memantau dan
mengendalikan kondisi lingkungan didalam greenhouse. Dalam pembuatan
rancang bangun pemantauan dan pengendalian kondisi lingkungan greenhouse
pada tanaman paprika dengan teknologi zigbee dibagi menjadi lima bagian utama
yaitu node sensor, akusisi data logger, aktuator, node koordinator dan antarmuka
pemantauan beserta data logger. Node sensor berfungsi untuk mengirim data
suhu, kelembaban dan kadar air tanah menuju node koordinator. Node koordinator
menerima data dan meneruskanya ke komputer server untuk ditampilkan
menggunakan software LabView. Aktuator berfungsi mengendalikan kondisi
lingkungan secara otomatis sesuai dengan batas nilai sensor yang telah ditentukan.
Sensor suhu yang digunakan LM35 dengan kesalahan rata –rata tertinggi 0,72°C,
sensor kelembaban yang digunakan DHT11 dengan kesalahan pembacaan ratarata kurang dari 5% dan sensor kadar air tanah yang digunakan soil moisture
dengan kesalahan rata-rata kurang dari 6,95%. Pengiriman data sensor dari node
sensor ke komputer server dapat berjalan dengan baik dengan tingkat akurasi
pengiriman data setiap pengiriman ± 22 detik. Data logger di node sensor dan data
pemantauan di komputer server dapat disimpan dengan format (.xls).
Kata kunci : suhu, kelembaban, kadar air tanah, greenhouse, jaringan sensor
nirkabel (jsn),
ABSTRACT
IMPLEMENTATION OF ENVIRONMENTAL MONITORING AND
CONTROLLING IN GREENHOUSE FOR PAPRIKA BASED ON ZIGBEE
By
IDA BAGUS MADE DWIPAKRESNA
The problem plants cultivation in greenhouse is the environment conditioning
still manually. Implementation of wireless sensor network (WSN) based on
ZigBee technology to monitor and control the environment condition in the
greenhouse is the solution. The process of implementation ZigBee technology on
monitoring and controlling of environmental condition in greenhouse for paprika
is divided on five main parts, they are sensor node, data logger acquisition,
actuator, coordinator node, interface on computer. The function of sensor node is
to transfer data temperature, humidity, and soil moisture strive coordinator node.
The data measurement is received by coordinator node and showed on computer
server using LabView. The function of actuator is to control the environment
condition automatically based on sensor value which had been decided.
Temperature sensor used LM35. The average error data maximum is 0.72°C. The
average error data humidity is less than 5%. Humidity sensor which is used
DHT11. Soil moisture sensor used soil moisture. The average error data is less
than 6.95%. The data sensor transfer from the sensor node to computer server can
be operated as well as the level accurate ± 22 second. Data logger in sensor node
and monitoring data in computer can be saved with (.xls) format.
Keywords: temperature, humidity, soil moisture, greenhouse, wireless sensor
network (WSN).
RANCANG BANGUN PEMANTAUAN DAN PENGENDALIAN
KONDISI LINGKUNGAN GREENHOUSE UNTUK TANAMAN
PAPRIKA DENGAN TEKNOLOGI ZIGBEE
Oleh
IDA BAGUS MADE DWIPAKRESNA
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk mencapai gelar
SARJANA TEKNIK
Pada
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Lampung
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2015
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Penulis dilahirkan di desa Rama Nirwana, kecamatan Seputih
Raman, Lampung Tengah, pada tanggal 10 Januari 1993.
Penulis merupakan anak kedua dari tiga bersaudara, dari
Bapak Ida Bagus Swastika dan Ibu Jero Sandat.
Penulis pertama kali mengenyam pendidikan di sekolah dasar
di SD Negeri 02 Buyut Baru, lulus tahun 2005. Sekolah
Menegah Pertama (SMP) Negeri 02 Seputih Raman, lulus
tahun 2008. Sekolah Mengengah Atas (SMA) Negeri 01 Seputih Banyak, lulus
tahun 2011. Penulis melanjutkan pendidikan ke jenjang perguruan tinggi di
Universitas Lampung pada tahun 2011.
Penulis terdaftar sebagai mehasiswa di Universitas Lampung pada Jurusan Teknik
Elektro melalui jalur Undangan Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri
(SNMPTN).Pada semester lima penulis mengambil konsentrasi sistem isyarat
elektronik (SIE) dan penulis juga mengabdikan diri sebagai asisten praktikum
Dasar Teknik Digital di Laboratorium Elektronika Terpadu.
Penulis mengembangkan diri di Unila Robotika Dan Otomasi mulai semester 2
sampai semester 7, pengalaman lomba yang telah diikuti yaitu Kontes Lomba
Robot Line Follower di Politeknik Negeri Jakarta pada tahun 2012 dan Kontes
muatan Roket Indonesia pada tahun 2013. Penulis juga sebagai pembimbing
lomba robotik SMA 2 Bandar Lampung.
Penulis aktif dalam kegiatan lembaga organisasi di Lingkungan Jurusan Teknik
Elektro yaitu Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro (Himatro). Pada periode
2012-2013 dan periode 2013-2014 penulis aktif sebagai anggota di Departemen
Apresiasi Minat dan Bakat (APK) di divisi Litbang. Penulis juga aktif di
organisasi Unit Kegiatan Mahasiswa Hindu Unila (UKM-H) pada periode 20112012 sebagai anggotan Kerohanian dan pada periode 2012-2013 sebagai
Koordinator Fakultas Teknik.
Pada tahun 2014, penulis melaksanakan Kerja Praktik (KP) di PT Indonesia
Ethanol Industry Lampung Tengah selama satu bulan. Selama Kerja Praktik
penulis ditempatkan di divisi elektrik dan instrument. Penulis menyelesaikan
Kerja Praktik dengan menulis sebuah laporan yang berjudul : “Sistem Kontrol
Pada Proses Distilasi Ethanol Pada Tangki T510 Menggunakan Distributed
Control System (DCS) Di PT. Indonesia Ethanol Industry Lampung Tengah”.
Kupersembahkan karya kecil dan sederhana ini
untuk Aji dan Biang tercinta :
Ida Bagus Swastika & Jero Sandat
yang selalu memberi doa dan selalu memberi dukungan
tulus tanpa henti.
Kakaku Ida Bagus Gede Puniatmaja dan adikku Ida
Ayu Komang Dewi Sinta yang selalu menjaga,
menemaniku, mendoakanku dan mendukung
MOTTO
“Jangan Pernah Menaruh Harapan
Di Atas Keraguanmu.”
“To be a winner, all you need is to
give all you have”
ix
SANWACANA
Avgnamastu, segala puji bagi Hyang Widhi Wasa atas limpahan rahmat dan
karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang berjudul
“Rancang
Bangun
Pemantauan
Dan
Pengendalian
Kondisi
Lingkungan
Greenhouse Untuk Tanaman Paprika Dengan Teknologi ZigBee” yang
merupakan suatu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan
Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung.
Tugas Akhir ini dapat terselesaikan berkat doa dan dukungan, motivasi serta
bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis mengucapkan terima kasih
kepada:
1. Bapak Prof. Suharno, M.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik.
2. Bapak Agus Trisanto, Ph. D. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro.
3. Ibu Herlinawati, S.T., M.T. selaku Sekretaris Jurusan Teknik Elektro.
4. Bapak Dr. Eng. Helmy Fitriawan, S.T., M.Sc. selaku dosen pembimbing
utama, atas segala bimbingan, arahan, masukan, serta waktu yang telah
diberikan pada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
5. Ibu Dr.,Ir. Sri Ratna Sulistyanti, M.T, selaku dosen pembimbing
pedamping, atas segala bimbingan, arahan, masukan, serta waktu yang
telah diberikan pada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
6. Bapak Agus Trisanto, Ph. D., selaku dosen penguji utama dalam
menyelesaikan tugas akhir ini.
7. Kepala Lab. Teknik Digital Bapak Saiful Alam, S.T., M..T, atas perhatian
dan dukungan yang telah diberikan.
8. Bapak Yuliarto Raharjo, S.T., M.T, atas ilmu dan bimbingan yang telah
diberikan selama di team URO (Unila Robotika Dan Otomasi).
9. Seluruh Ibu/Bapak Dosen Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung,
atas segala pembelajaran, bimbingan yang telah diberikan kepada penulis
selama menjadi mahasiswa Jurusan Teknik Elektro.
10. Mbak Ning, Mas Daryono dan Mbak Stevi atas semua bantuanya dalam
menyelesaikan administrasi di Jurusan Teknik Elektro.
11. Kedua orang tua penulis, Ibu dan Bapak tercinta, terimakasih untuk segala
yang telah diberikan, doa dan usaha, motivasi, dukungan sehingga penulis
dapat menyelesaikan pendidikan hingga perkuliahan.
12. Hendrik Candra sebagai sahabat dan rekan dalam mengerjakan Tugas
Akhir ini.
13. Kawan-kawan seperjuangan, Angkatan 2011 Teknik Elektro Universitas
Lampung atas dukungannya dan kebersamaannya yang luar biasa.
14. All Crew Team URO, Kak Aris, Kak Cahyo, Kak Supri, Kak Ucup,Kak
Hary, Gata, Choi, Arrosyik, dan adik-adik Team URO 2012 dan 2013.
x
15. Teman –teman UKM-H Unila angkatan 2011, Suwito, Adiyatma, Sayu
Tiana, dan Mega yang telah memberikan semangat dan dukungannya.
16. Semua pihak yang tidak disebut satu per satu yang telah membantu serta
mendukung dari awal kuliah sampai terselesaikannya Tugas Akhir ini.
Penulis meminta maaf atas segala kesalahan dan ketidaksempurnaan
dalam penulisan Tugas Akhir ini. Kritik dan saran yang membangun
penulis harapkan demi kemajuan dan kebaikan dimasa mendatang.
Semoga Hyang Widhi Wasa membalas semua kebaikan semua pihak yang
telah membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
Bandar Lampung, Agustus 2015
Penulis,
Ida Bagus Made Dwipakresna
xi
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK
...................................................................................................
i
HALAMAN JUDUL ......................................................................................
iii
LEMBAR PERSETUJUAN ............................................................................
iv
LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................
v
RIWAYAT HIDUP ..........................................................................................
vi
PERSEMBAHAN ............................................................................................
viii
SANWACANA ................................................................................................
ix
DAFTAR ISI ...................................................................................................
xii
DAFTAR TABEL ...........................................................................................
xv
DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................
xvi
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................
xvii
I.
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang .................................................................................
1
1.2. Tujuan Penelitian .............................................................................
3
1.3. Manfaat Penelitian ...........................................................................
4
1.4. Rumusan Masalah ............................................................................
4
1.5. Batasan Masalah ...............................................................................
4
1.6. Hipotesis ...........................................................................................
5
1.7. Sistematika Penulisan ......................................................................
6
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Budidaya Tanaman Paprika Pada Rumah Plastik ............................
8
2.1.1. Suhu dan Kelembaban.............................................................
9
2.1.2. Kadar Air Tanah .....................................................................
9
2.2. Sistem Kendali .................................................................................
10
2.2.1. Sistem Kendali Kalang Terbuka (Open Loop) ......................
10
2.2.2. Sistem Kendali Kalang Tertutup (Close Loop) .....................
12
2.3. Perangkat Keras Untuk Sistem Pemantauan dan Pengendalian .......
14
2.3.1. Arduino Mega .......................................................................
14
2.3.2. Arduino XBee Shield ............................................................
16
2.3.3. Perekaman Data (Data Logger) .............................................
17
2.3.3.1. Prinsip Kerja Data Logger ..............................................
18
2.3.4. Sensor LM35 .........................................................................
20
2.3.5. Sensor Kelembaban DHT11 .................................................
20
2.3.6. Sensor Soil Moisture .............................................................
21
2.3.7. Relay .....................................................................................
22
2.3.8. Water Pump ...........................................................................
26
2.3.9. Fan ........................................................................................
26
2.4. Perangkat Lunak Untuk Sistem Pemantauan dan Pengendalian ......
27
2.4.1. LabView ................................................................................
27
2.4.1.1. Block Diagram Window ..................................................
29
2.4.1.2. Front Panel .....................................................................
29
2.4.2. Software Arduino ..................................................................
30
2.5. ZigBee dan XBee...............................................................................
31
2.6. Regresi Linier ....................................................................................
35
III. METODE PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ..........................................................
36
3.2. Alat dan Bahan .................................................................................
36
3.3. Spesifikasi Sistem ............................................................................
37
3.4. Tahapan Perancangan Sistem............................................................
40
xiii
3.4.1. Diagram Alir Perancangan ....................................................
40
3.4.2. Blok Diagram Perancangan Sistem .......................................
41
3.4.3. Perancangan Sistem Perangkat Lunak ...................................
46
3.4.4. Pembuatan Sistem Perangkat Keras ......................................
54
3.4.4.1. Rangkaian Mikrokontroller ........................................
54
3.4.5. Pengujian Perangkat Sistem ..................................................
55
3.4.6. Analisis dan Kesimpulan ......................................................
55
3.4.7. Penulisan Laporan .................................................................
56
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Prinsip Kerja ....................................................................................
57
4.2. Pengujian dan Kalibrasi Alat ...........................................................
59
4.2.1. Pengujian Perangkat Keras ...................................................
59
4.2.1.1. Pengujian dan kalibrasi Instrument .................................
60
A. Pengujian Sensor Suhu ........................................................
60
B. Pengujian Sensor Kelembaban ............................................
62
C. Pengujian Sensor Kadar Air Tanah......................................
64
4.2.1.2. Pengujian Akuisisi Data .................................................
67
i. Pengujian Modul XBee Series 2............................................
67
ii. Pengujian Data Logger ..........................................................
70
4.2.1.3. Pengujian Rangkaian Aktuator ........................................
71
4.2.1.4. Pengujian Rangkaian LCD 2x16 .....................................
73
4.2.2.Pengujian Perangkat Lunak .....................................................
74
4.2.2.1. Pengujian Komunikasi Data Menggunakan LabView ...
74
4.3. Pengujian Sistem Secara Keseluruhan ...........................................
77
V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan ......................................................................................
87
5.2. Saran .................................................................................................
88
DAFTAR PUSTAKA
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel
Halaman
2.1 Spesifikasi XBee ....................................................................................
34
3.1 Alat dan Bahan .......................................................................................
36
4.1 Set Point pengendalian suhu, kelembaban dan kadar air tanah ...............
58
4.2 Hasil pengujian pengukuran suhu LM35 dengan termometer digital .....
61
4.3 Hasil galat pengukuran sensor LM35 dengan LM35 ..............................
62
4.4 Hasil pengujian pengukuran DHT11 dengan kelembaban digital ..........
63
4.5 Data galat hasil pengukuran DHT11 dengan kelembaban digital ............
64
4.6 Pengujian kalibrasi sensor soil moisture ................................................
65
4.7 Data hasil pengukuran soil moisture dengan pengukuran di Lab. .........
66
4.8 Data galat pengukuran soil moisture dengan pengujian di Lab. ............
66
4.9 Hasil pengujian pengiriman data XBee series 2 non line of sight ..........
68
4.10 Hasil pengujian pengiriman data XBee series 2 tapa diberi halangan .
69
4.11 Data pengujian akusisi data logger ........................................................
71
4.12 Pengujian rangkaian aktuator sprinkler ..............................................
72
4.13 Pengujian rangkaian aktuator exhaust fan .............................................
72
4.14 Pengujian rangkaia aktuator water pump ..............................................
73
4.15 Hasil pengujian sensor suhu LM35 saat sistem beroperasi ....................
77
4.16 Data galat/error pengujian sensor LM35 saat sistem beroperasi ...........
78
4.17 Hasil pengujian sensor kelembaban DHT11 saat sistem beroperasi ......
78
4.18 Data galat/error pengujian sensor DHT11 saat sistem beroperasi .........
79
4.19 Hasil pengujian sensor kadar air tanah saat sistem beroperasi .............
79
4.20 Data galat/error pengujian kadar air tanah soil moisture ......................
80
4.21 Hasil pengujian aktuator terhadap nilai sensor .....................................
81
4.22 Akusisi data pada nodal sensor .............................................................
82
4.23 Akusisi data di komputer ......................................................................
82
4.24 Hasil pengujian waktu pengiriman XBee .............................................
83
4.25 Hasil pengendalian jarak jauh ................................................................
84
xv
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN I
Antarmuka Pemantauan Dan Pengendalian Menggunakan
Teknologi ZigBee
LAMPIRAN II
Perangkat Nodal Sensor
LAMPIRAN III
Realisasi Sistem Yang Telah Dibangun Di Greenhouse
LAMPIRAN IV
Listing Program Pada Nodal Sensor
LAMPIRAN V
Datasheet Arduino Mega 2560
LAMPIRAN VI
Datasheet XBee Modul
xvi
DAFTAR GAMBAR
Gambar
Halaman
2.1 Pengendali kalang terbuka .......................................................................
11
2.2 Pengendali kalang tertutup .......................................................................
12
2.3 Tampak atas Arduino Mega ....................................................................
14
2.4 Konfigurasi pin Arduino Mega ................................................................
15
2.5 Arduino Xbee Shield ..............................................................................
16
2.6 Shield Data Logger pada mikrokontroller Arduino .................................
17
2.7 Proses data logging ..................................................................................
19
2.8 Sensor LM35 ..........................................................................................
20
................................................................................................
21
2.10 Soil Moisture .........................................................................................
22
2.11 Relay saat kondisi NO ............................................................................
23
2.12 Relay saat kondisi NC ............................................................................
24
2.13 Water pump ...........................................................................................
26
2.14 Exhaust fan ...........................................................................................
27
2.15 Jendela blog diagram ............................................................................
29
2.16 Jendela front panel ...............................................................................
30
2.17 Jendela awal software Arduino ..............................................................
31
2.18 Topologi jaringan ZigBee ....................................................................
32
2.19 Ilustrasi prinsip keja modul XBee ........................................................
33
2.20 Modul XBee .........................................................................................
33
3.1 Perancangan sistem tampak atas ............................................................
37
3.2 Perancangan sistem tampak depan .........................................................
38
3.3 Diagram alir perancangan sistem ............................................................
41
3.4 Diagram blog perancangan pemantauan dan pengendalian greenhouse
42
3.5 Blok diagram pengendali suhu greenhouse ...........................................
43
3.6 Blok diagram pengendali kelembaban udara greenhouse ......................
43
3.7 Blok diagram pengendali kadar air tanah disekitar tanaman .................
44
3.8 Rancangan sistem pemantauan dan pengendalian di greenhouse ..........
45
3.9 Jendela front panel pada LabView .........................................................
47
2.9 DHT11
3.10Jendela blok diagram pada pada LabView..............................................
47
3.11 Pemrograman menggunakan arduino .....................................................
48
3.12 Diagram alir program kendali kelembaban ...........................................
49
3.13 Diagram alir program kendali kadar air ................................................
50
3.14 Diagram alir program kendali suhu di greenhouse ...............................
51
3.15 Diagram alir pemantauan menggunakan teknologi ZigBee ..................
52
3.16 Diagram alir pengendalian meggunakan teknologi ZigBee ..................
53
3.17 Diagram koneksi pin mikrokontroller ...................................................
55
4.1 Pengujian dan kalibrasi sensor suhu .......................................................
60
4.2 Pengujian dan kalibrasi sensor kelembaban ............................................
63
4.3 Grafik regresi sensor Soil Moisture ........................................................
65
4.4 Peta pengujian jarak pengiriman XBee series 2 tidak line of sight .........
68
4.5 Peta pengujian jarak pengiriman XBee series line of sight .....................
70
4.6 Rangkaian pengendali aktuator menggunakan relay ...............................
72
4.7 Pengujian LCD 2x16 ...............................................................................
74
4.8 Pengujian komunikasi data ditampilkan menggunkan LabView ............
76
4.9 Grafik pengujian waktu pengiriman XBee dari nodal sensor ke
nodal koordinator ...................................................................................
83
4.10 Pemantauan greenhouse di layar monitor dengan software LabView ...
84
4.11 Grafik pemantauan di layar monitor menggunakan software LabView
85
4.12 Realisasi pengendalian sistem di greenhouse .......................................
85
4.13 Realisasi pengendalian sistem di komputer ...........................................
86
xviii
I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Sistem pertanian tanaman sayuran di Indonesia masih dibudidayakan dilahan
terbuka. Namun, budidaya sayuran pada lahan terbuka menghadapi banyak
masalah yaitu cuaca [1]. Salah satu hasil pertanian sayuran Indonesia adalah
paprika (Capsicum annuum L.). Paprika merupakan tanaman sayuran sejenis
cabai yang memiliki nilai ekonomis cukup tinggi di pasaran [2].
Tanaman paprika membutuhkan kondisi tertentu untuk pertumbuhannya, yaitu
suhu 24°C-30°C pada siang hari dan 9°C-12°C pada malam hari. Tanaman
paprika masih dapat bertahan pada suhu sampai 38°C. Di Indonesia, tanaman
paprika sangat cocok tumbuh di dataran tinggi yang bersuhu 16°C-25°C.
Sedangkan di Belanda tanaman paprika dibudidayakan didalam greenhouse
dengan lingkungan cuaca yang terkontrol. Faktor cuaca didalam greenhouse yang
dikontrol adalah temperature, kelembaban, cahaya dan
[1].
Rumah kaca atau greenhouse merupakan tempat untuk pembudidayaan tanaman
paprika, yang ditutupi dengan bahan plastik, bahan tembus kaca. Fungsi dari
rumah kaca yaitu untuk mengkondisikan keadaan lingkungan paprika agar tetap
maksimal. Tujuan dari pembudidayaan tanaman paprika didalam greenhouse
yaitu untuk memanipulasi kondisi lingkungan disekitar tanaman agar terhindar
dari cuaca ekstrim.
2
Pembudidayaan tanaman didalam greenhouse, mempunyai beberapa kendala yaitu
pengendalian kondisi lingkungan masih dikerjakan secara manual. Pengendalian
kondisi lingkungan secara manual membutuhkan pekerja lebih dari satu orang.
Hal ini mengakibatkan pemborosan dalam penggunaan sumber daya manusia.
Alat ukur yang digunakan untuk memantau kondisi lingkungan juga terbatas
sehingga mengakibatkan pengendalian kondisi lingkungan tanaman tidak
maksimal.
Pemantauan dan pengendalian parameter tersebut membutuhkan suatu sistem
yang dapat bekerja secara otomatis untuk mengendalikan parameter kondisi
lingkungan di greenhouse serta dapat dipantau secara jarak jauh. Teknologi
jaringan sensor nirkabel dapat digunakan sebagai perangkat keras dan perangkat
lunak untuk mengendalikan parameter kondisi lingkungan di greenhouse secara
otomatis dan jarak jauh. Dengan pengendalian kondisi lingkungan secara otomatis
dan pemantauan secara jarak jauh maka penggunaan sumber daya manusia dapat
dioptimalkan.
Pada penelitian rancang bangun pemantauan dan pengendalian kondisi lingkungan
greenhouse untuk tanaman paprika dengan teknologi ZigBee. Penulis merancang
dan membangun pemantauan dan pengendalian parameter kondisi lingkungan di
greenhouse, sehingga tercipta kondisi lingkungan tumbuh yang ideal untuk
tanaman paprika
Sistem kontrol yang dibuat digunakan untuk mengendalikan suhu, kelembaban
dan kadar air tanah pada lahan tanaman paprika dengan menggunakan teknologi
jaringan sensor nirkabel. Data suhu dan kelembaban di lingkungan lahan serta
3
kadar air tanah dikirim menggunakan teknologi ZigBee dan diakses menggunakan
komputer penerima yang terhubung dengan teknologi ZigBee.
ZigBee merupakan teknologi transmisi data secara nirkabel yang dapat
berkomunikasi secara jarak jauh. ZigBee merupakan spesifikasi protocol
komunikasi radio digital berdaya rendah berdasarkan standar IEEE 802.15.4 tahun
2003 dan ZigBee Allience dengan jangkaun maksimal 100 meter. Teknologi
ZigBee banyak di jual di pasaran sehingga mudah untuk di temukan dan harganya
lebih ekonomis. Melihat spesifikasi tersebut, teknologi ZigBee dapat diterapkan
untuk pemantauan kondisi lingkungan greenhouse secara jarak jauh.
LabView (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) sebagai
perangkat lunak yang digunakan untuk pemrosesan dan visualisasi data suhu,
kelembaban lahan dan kadar air dalam tanah. LabView merupakan perangkat
lunak yang digunakan untuk membuat tampilan GUI (Graphical User Interface)
pada pemantauan dan pengendalian tanaman di dalam greenhouse secara jarak
jauh. LabView dapat dihubungkan dengan teknologi ZigBee dan memiliki tool
yang dapat menampilkan data secara grafik yang dikirimkan oleh ZigBee.
1.2. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian pada tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Mengembangkan sistem pemantauan dan pengendalian secara jarak jauh pada
lahan
pembudidayaan
tanaman
paprika
di
greenhouse
berbasis
mikrokontroler.
2. Mengembangkan alat yang dapat mengatur kelembaban, suhu dan kadar air
tanah pada lahan greenhouse yang dapat dikendalikan secara otomatis.
4
3. Mengembangkan suatu alat kendali otomatis yang dapat menciptakan kondisi
lingkungan ideal untuk tanaman paprika.
1.3. Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah :
1.
Sistem pemantauan secara jarak jauh (remote) dapat memudahkan dalam
pengendalian parameter lingkungan selama masa pembudidayaan tanaman.
2.
Meningkatkan produksi pada budidaya tanaman paprika di lingkungan
greenhouse.
1.4. Rumusan Masalah
Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1.
Bagaimana merancang dan merealisasikan alat pemantau dan pengendali
tanaman di dalam greenhouse secara jarak jauh menggunakan teknologi
ZigBee.
2.
Bagaimana mengendalikan parameter suhu, kelembaban, dan kadar air tanah
di greenhouse secara berkelanjutan selama masa pembudidayaan.
3.
Bagaimana menyimpan data suhu, kelembaban, dan kadar air tanah pada data
logger dan di komputer dengan format (.xls).
1.5. Batasan Masalah
Penelitian ini menitikberatkan pada pengkondisian lahan dengan lingkungan yang
sesuai parameter yang dibutuhkan oleh tanaman. Adapun batasan masalah dalam
penelitian ini adalah:
5
1.
Membahas secara khusus pengaturan suhu, kelembaban dan kadar air tanah
menggunakan mikrokontroler dan komputer.
2.
Komunikasi
antarmuka
antara
komputer
dengan
mikrokontroler
menggunakan teknologi ZigBee.
3.
Sistem yang berpengaruh terhadap pertumbuhan
tanaman selama masa
budidaya berlangsung.
4.
Sistem kendali yang digunakan untuk menciptakan kondisi parameter yang
dibutuhkan oleh tanaman.
1.6. Hipotesis
Hipotesis tentang hasil akhir penelitian ini yaitu sistem pengatur kondisi lahan
yang ideal di lingkungan greenhouse berdasarkan parameter yang telah
ditentukan. Sistem tersebut dapat bekerja secara otomatis selama masa
pembudidayaan dan dapat mengurangi penggunaan sumber daya manusia.
Parameter yang dikendalikan yaitu suhu, kelembaban udara dan kadar air tanah,
data tersebut dapat disimpan menggunakan data logger dan ditampilkan dari
Liquid Crystal Display (LCD) dan komputer secara nirkabel. Antarmuka antara
mikrokontroler
dengan
komputer
ini
memanfaatkan
teknologi
ZigBee.
Pengendalian kadar air tanah menggunakan pompa air yang dihubungkan dengan
selang dengan sistem penyiraman tetes pada media lahan tanaman. Suhu
menggunakan exhaust fan sebagai pengendalianya dan pengendalian kelembaban
udara menggunakan sprinkler.
6
1.7. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
BAB I PENDAHULUAN
Memuat latar belakang masalah, tujuan, manfaat, rumusan masalah, batasan
masalah, hipotesis dan sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Membahas tentang teori-teori dasar pembudidayaan tanaman paprika didalam
rumah plastik atau greenhouse, sistem kendali kalang terbuka dan kalang tertutup,
perangkat keras dan perangkat lunak yang digunakan dalam pemantauan dan
pengendalian tanaman, dan teknologi ZigBee.
BAB III METODE PENELITIAN
Memuat langkah-langkah penelitian yang dilakukan diantaranya waktu dan
tempat penelitian, alat dan bahan, pembuatan alat, dan pengujian alat.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Membahas tentang hasil pengujian sub sistem perangkat keras dan perangkat
lunak, pengujian XBee series 2, pengujian data logger dan pengujian sistem
secara keseluruhan.
7
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Memuat tentang kesimpulan dan saran tentang penelitian yang telah dilakukan.
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Budidaya Tanaman Paprika (Capsicum annum var. grossum L.) Pada
Rumah Plastik
Tanaman paprika (Capsicum annum var. grossum L.) merupakan tanaman yang
berasal dari Amerika Tengah dan Amerika Selatan dimana banyak spesies telah
dibudidayakan beratus tahun sebelum Colombus mendarat di benua tersebut [3].
Dalam klasifikasi tumbuhan, paprika dimasukkan kedalam family Solanaceae.
Tanaman ini memiliki daun berukuran lebar dan berwarna hijau tua dan bentuk
buah paprika seperti lonceng sehingga di kenal dengan bell pepper. Tanaman
paprika dapat tumbuh pada kondisi suhu 24°C – 30 °C pada siang hari dan 9°C –
12 °C pada malam hari, namun tanaman ini masih dapat bertahan pada suhu 38 °C
[1].
Rumah plastik atau greenhouse yang akan di terapkan sebagai tempat budidaya
tanaman paprika dengan tujuan untuk memudahkan dalam pengendalian kondisi
lingkungan . Adapun kondisi parameter yang akan diciptakan di lingkungan lahan
rumah plastik sebagai berikut :
9
2.1.1. Suhu dan Kelembaban
Pada proses pembudidayaan tanaman paprika suhu dan kelembaban merupakan
variabel yang sangat penting dalam pertumbuhan tanaman paprika mulai dari
pembenihan sampai produksi. Kelembaban merupakan suatu tingkat keadaan
lingkungan udara basah yang disebabkan oleh adanya uap air. Tingkat kejenuhan
sangat dipengaruhi oleh suhu. Suhu yang optimal untuk tanaman paprika adalah
21°C – 23 °C [1].
Pada masa persemaian benih tanaman paprika disimpan didalam lemari pada suhu
20°C-25°C dengan kelembaban udara 70% – 90%. Sedangkan rata – rata
temperatur minimum dirumah palstik bambu konvensional dan rumah plastik
kombinasi kayu metal berturut – turut adalah 14,4°C dan 15,3°C, sedangkan rata –
rata suhu maksimum di rumah plastik bambu konvensional dan rumah plastik
kombinasi kayu metal berturut – turut adalah 32,2°C dan 32,9°C [1].
2.1.2. Kadar Air Tanah
Kadar air tanah optimum dapat dilakukan dengan cara pemberian air yang cukup,
karena air merupakan elemen paling utama dibutuhkan oleh tanaman. Setiap
tanaman mencoba mengabsorpsi air secukupnya dari tanah untuk pertumbuhan,
Jadi kondisi tanaman yang terpenting yaitu air dalam bawah tanah berada dalam
keadaan yang mudah diabsorpsi [4].
10
2.2.
Sistem Kendali
Sistem kendali adalah suatu sistem yang keluaranya dikendalikan pada suatu nilai
tertentu atau untuk mengubah beberapa ketentuan yang telah di tetapkan oleh
masukan ke sistem. Sebagai contoh adalah sebuah kendali suhu pada sistem pusat
pemanas disebuah rumah, mempunyai masukan dan thermostat atau panel kendali
yang telah ditentukan suhunya dan menghasilkan keluaran berupa suhu aktual.
Suhu ini diatur dengan sistem kendali sehingga sesuai dengan nilai yang
ditentukan oleh masukan pada sistem. Bentuk dasar sistem kendali dibagi menjadi
dua bentuk yaitu sistem kendali kalang – terbuka dan sistem kendali – kalang
tertutup [5].
2.2.1. Sistem Kendali Kalang Terbuka (Open Loop)
Sistem kendali kalang terbuka (Open Loop) merupakan sistem kendali dimana
masukan sistem berbasis pengalaman untuk memberikan nilai keluaran yang
diinginkan, dalam hal ini keluaran tidak dapat dimodifikasi untuk mengatasi
perubahan kondisi. Sistem kendali kalang terbuka menggunakan elemen kendali
yang mengirimkan sebuah isyarat untuk mengawali aksi pada saat yang berbeda.
Pengendalian di beberapa sistem diperlukan piranti saklar operasi-detik [5].
Dibawah ini dapat dilihat blog diagram kalang terbuka pada Gambar 2.1
11
Gambar 2.1 Pengendali kalang terbuka
Sistem loop – terbuka memiliki keuntungan berupa sistem yang relatif sederhana
sehingga murah dengan reabilitas yang umumnya cukup baik. Akan tetapi sistem
ini sering kali tidak akurat karena tidak ada koreksi yang dilakukan terhadap error
– error yang terjadi pada sinyal keluaran yang berasl dari gangguan – gangguan
tambahan. Sistem ini mempunyai tiga buah elemen dasar yaitu elemen kontrol,
koreksi, dan proses dimana variabelnya hendak dikendalikan.
1) Elemen kontrol
Elemen ini akan menentukan aksi atau tindakan yang harus diambil
sebagai akibat dari diberikanya masukan berupa sinyal dengan nilai yang
diinginkan ke dalam sistem.
2) Elemen koreksi
Elemen ini mendapat masukan dari pengontrol dan menghasilkan keluaran
berupa tindakan untuk mengubah variabel yang sedang dikontrol.
3) Proses
Merupakan proses di mana suatu variable dikontrol.
Tidak ada perubahan tindakan kontrol yang dilakukan untuk menanggapi
gangguan – gangguan yang mengubah variabel keluaran [5].
12
2.2.2. Sistem Kendali Kalang Tertutup (Close Loop)
Sistem kendali kalang tertutup (Close Loop) merupakan suatu sistem dimana
sebuah isyarat dari keluaran diumpan – balikan ke masukan dan digunakan untuk
mengubah masukan sehingga keluaran dipertahankan pada kondisi ajeg dengan
mengabaikan pada beberapa perubahan kondisi. Dengan kata lain keluaran dari
sistem dapat mempengaruhi nilai masukan [5]. Sistem ini dapat dilihat pada
Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Pengendali Kalang Tertutup [5].
Sistem kalang tertutup terdiri atas sejumlah subsistem – subsistem diantaranya
yaitu :
1) Elemen pembanding, elemen ini membandingkan nilai variabel acuan
yang dikendalikan dengan nilai yang dicapai dan menghasilkan sebuah
galat isyarat yang mengindikasikan besar selisih antara nilai yang dicapai
dengan nilai acuan.
Isyarat galat = isyarat nilai acuan – isyarat nilai terukur
2) Elemn kendali adalah elemen yang menetukan aksi yang harus dilakukan
untuk mengatasi galat yang terjadi. Bagian pengendali seringkali
menggunakan sebuah elemen yang merupakan gabungan antara elemen
kendali dengan unit koreksi.
13
3) Elemen koreksi,elemen ini berfungsi untuk menghasilkan sebuah
perubahan di dalam proses untuk menghilangkan galat dan sering pula
disebut sebagai aktuator.
4) Elemen proses atau plant adalah sistem dengan suatu peubah dikendalikan.
5) Elemen pengukur, elemen ini menghasilkan sebuah isyarat yang
berhubungan dengan kondisi peubah yang dikendalikan dan memberikan
isyarat umapan-balik ke elemn pembanding untuk menentukan aksi jika
terjadi sebuah galat.
Keunggulan suatu sistem kendali yang mempunyai bagian umpan balik adalah :
1) Lebih akurat pada pencocokan antara nilai aktual terhadap nilai peubah
acuan.
2) Sedikit sensitif terhadap gangguan.
3) Sedikit sensitif terhadap perubahan karakteristik komponen.
4) Peningkatan kecepatan tanggapan sehingga lebar – pita, yaitu kelebihan
rentang frekuensi akan segera ditanggapi.
Kelemahanya adalah:
1) Rugi –rugi penguatan pada fungsi alih sistem kalang – terbuka direduksi
dari G ke G/ (1+ GH) dalam kalang umpan balik menggunakan fungsi alih
H.
2) Lebihbesar kesempatan terjadi ketakstabilan.
3) Sistem lebih kompleks, mahal, dan juga sering terjadi gangguan.
14
2.3. Perangkat Keras Untuk Sistem Pemantauan dan Pengendalian
2.3.1. Arduino Mega
Arduino Mega adalah board mikrokontroller berbasis Atmega2560. Memiliki 70
pin input dari output digital dimana 11 pin tersebut dapat digunakan sebagai
output PWM dan 16 pin input analog, 16 MHz osilator Kristal , koneksi USB,
jack power, ICSP header, dan tombol reset seperti ditunjukkan pada Gambar 2.3.
Untuk mendukung mikrokontroller agar dapat digunakan, cukup hanya
menghubungkan Board Arduino Mega ke komputer dengan menggunakan kabel
USB atau listrik dengan AC ke adaptor DC atau baterai untuk menjalankannya.
Gambar 2.3 Tampak atas Arduino Mega
Adapun spesifikasi Arduino Mega adalah sebagai berikut:
a.
Daya
Arduino Mega dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan catu daya
eksternal (otomatis). Kisaran kebutuhan daya yang disarankan untuk board Mega
adalah 7 sampai dengan 12 volt, jika diberi daya kurang dari 7 volt kemungkinan
pin 5v dapat beroperasi tetapi tidak stabil kemudian jika diberi daya lebih dari
12V, regulator tegangan bisa panas dan dapat merusak board Arduino.
15
b.
Memori
ATmega2560 memiliki 256 KB (dengan 8 KB digunakan untuk bootloader), 8
KB dari SRAM dan 4 KB EEPROM.
c.
Input dan Output
Konfigurasi pin pada arduino Mega dapat dilihat pada Gambar 2.4. dibawah ini:
Gambar 2.4 Konfigurasi pin board Ardiono Mega
Masing-masing dari 32 pin digital digunakan sebagai input atau output, 11 pin
digunakan sebagai keluaran PWM, 10 pin digunakan sebagai komunikasi, dan 16
pin digunakan sebagai input analog.
d.
Komunikasi
Arduino Mega memiliki sejumlah fasilitas untuk berkomunikasi dengan
komputer, Arduino lain, atau mikrokontroller lainnya. ATmega2560 menyediakan
UART TTL (5V) untuk komunikasi serial, yang tersedia di pin digital 0 (RX) dan
1 (TX). Sebuah ATmega8U2 sebagai saluran komunikasi serial melalui USB dan
sebagai port virtual com untuk perangkat lunak pada komputer. Firmware U2
menggunakan driver USB standar COM, dan tidak ada driver eksternal yang
16
diperlukan. Namun, pada Windows diperlukan, sebuah file inf. Perangkat lunak
Arduino terdapat monitor serial yang memungkinkan digunakan memonitor data
tekstual sederhana yang akan dikirim ke atau dari board Arduino. LED RX dan
TX di papan arduino akan berkedip ketika data sedang dikirim melalui chip USBto-serial dengan koneksi USB ke komputer (tetapi tidak untuk komunikasi serial
pada pin 0 dan 1).
2.3.2. Arduino XBee Shield
Arduino XBee Shield memungkinkan sebuah papan arduino untuk berkomunikasi
secara nirkabel menggunakan ZigBee. XBee Sheild terhubung dengan board
arduino menggunakan header dengan kaki yang panjang yang menembus shield.
Hal ini bertujuan untuk menjaga layout lain dan memungkinkan shield lain untuk
ditumpuk diatasnya. XBee Shield dapat berkomunikasi secara nirkabel apabila
memenuhi ketentuan IEEE 802.15.4. Arduino XBee Sheild sangat cocok untuk
board arduino UNO dan Mega.
Gambar 2.5 Arduino XBee Shield
17
Gambar 2.5. merupakan bentuk Arduino XBee Sheild. Arduino Shield
menyediakan pin header untuk penggunaan pin digital 2 sampai 7 dan pin analog,
yang ditutpi oleh Shield (pin digital 8 sampai 13 yang tidak terhalang oleh shield,
sehingga pengguna dapat menggunkan header di board itu tersebut).
2.3.3. Perekaman Data (Data Logger)
Data logger merupakan sebuah perangkat elektronik yang berfungsi untuk
mencatat data dari waktu ke waktu baik yang berinteraksi dengan sensor dan
instrument didalamnya maupun eksternal sensor dan instrumen. Data logger
memiliki ukuran fisik kecil, bertenaga baterai, portabel, dan dilengkapi dengan
mikroprosesor, memori internal untuk menyimpan data dan sensor. Data logger
dapat disimpan di dalam Micro SD yang dihubungkan dengan pin inpu output
mikrokontroler. Pin mikrokontroler yang dihubungkan dengan Micro SD adalah
MISO, MOSI, SCK, dan CS. Pada
Gambar 2.6. Shield Data logger pada
mikrokontroler arduino yang akan digunakan
Gambar 2.6 Shield Data logger pada mikrokontroler arduino
18
Fungsi umum dari data logger yaitu sebagai berikut :
Mengambil data dari sensor secara berkala. Hal ini memungkinkan untuk
mengambil banyak pembacaan pada interval waktu mulai dari beberapa
mikrodetik, jam, bahkan berhari – hari.
Menyajikan data dalam bentuk tampilan yang sesuai pada layar PC.
Fasilitas mem-plot grafik akan sangat berguna, hal ini dikarenakan
komputer dapat menghasilkannya dengan cepat dan memungkinkan
perangkat lunak ini dapat menganalisis hasil dan melakukan perhitungan
data.
Mencetak data tabel atau grafik pada kertas menggunakan printer yang
terhubung pada komputer tersebut.
Menyimpan data pada hardisk komputer sebagai arsip data peyimpanan.
Pada tugas akhir ini penulis menggunkan data logger untuk peyimpanan data
sensor setiap beberapa detik, memori internal yang digunakan yaitu Mikro SD
yang terdapat pada board shield data logger seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 2.6. Prinsip kerja data logger dapat dijelaskan sebagai berikut.
2.3.3.1. Prinsip Kerja Data Logger
Proses data logging secara umum dapat dijelaskan pada Gambar 2.7 sebagai
berikut.
19
Akusisi
Log
Offline
Analysis
Online
Analysis
Display,Sharing,
Reporting
Gambar 2.7 Proses data logging
Secara umum pada Gambar 2.7. dapat dijelaskan sebagai berikut:
Akusisi, pada tahap ini melibatkan sensor. Data logger bekerja
menggunakan sensor untuk mengkonversikan fenomena fisik dan stimuli
kedalam sinyal seperti tegangan maupun arus. Sinyal tersebut kemudian
dikonversikan menjadi data biner oleh ADC (Analog to Digital
Converter). Data biner sangat mudah dianalisa oleh perangkat lunak dan
disimpan didalam memori.
Online Analysis, pada tahap ini merupakan tahap analisis yang akan
dilakukan sebelum menyimpan data. Salah satu contohnya adalah
mengkonversikan tegangan hasil pengukuran kedalam bentuk satuan yang
lebih spesifik, misalnya suhu. Dengan cara tersebut kita dapat melakukan
kalkulasi yang komplek dan kompresi data sebelum penyimpanan.
Log, pada langkah ini mengacu pada data penyimpanan data dianalisis
termasuk format yang akan diperlukan untuk file data. Biasanya data hasil
analisis online disimpan dalam memory card untuk kemudian disimpan ke
database di komputer.
Offline Analysis, tahap ini mencakup analisis yang dilakukan setelah
menyimpan data. Salah satu contoh umum yaitu mencari tren data historis
atau reduksi data, smoothing, estimasi, atau prediksi.
20
2.3.4. Sensor LM35
Sensor LM35 merupakan komponen elektronika yang digunakan untuk mengubah
besaran suhu ke besaran elektrik berupa tegangan. Sensor ini memiliki keakuratan
tinggi dan mudah dalam perancangan penggunaanya.
Gambar 2.8 Sensor LM35
Gambar 2.8. merupakan bentuk dari sensor LM35, memiliki 3 pin kaki dengan
fungsi sebagai Vs, GND, dan Output.
a.
Memiliki sensitivitas suhu, dengan sekala linier antara tegangan dan suhu 10
mV/oC sehingga dapat langusng dikalibrasi dengan satuan celcius.
b.
Akurasi dalam kalibrasi yaitu 0,50C pada suhu 250C.
c.
Memiliki rentang nilai operasi suhu -550C sampai +1500C.
d. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 Volt.
e. Memiliki arus yang rendah yaitu 60 µA.
f. Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 Ω untuk beban 1 mA.
g. Memiliki ketidak linieran sekitar ±1/40C.
2.3.5. Sensor Kelembaban DHT 11
DHT11 adalah modul sensor suhu dan kelembaban udara yang mempunyai
jangkauan pengukuran suhu antara 0°C-50oC dan jangkauan pengukuran
21
kelembaban udara 20% – 95% RH. Modul sensor ini
memiliki akurasi
pengukuran suhu sekitar 2 oC. Dan memiliki akurasi pengukuran kelembaban 5%.
Gambar 2.9 DHT 11
Spesifikasi dari DHT 11 adalah sebagai berikut:
Tegangan suply
: + 5V
Range temperatur
: 0°C – 50 oC keakuratan ± 2 oC.
Range kelembaban
: 20% -90 % RH, keakuratan ± 5 %.
Output
: Sinyal digital.
2.3.6. Sensor Soil Moisture
Sensor Soil Moisture merupakan sensor kelembaban tanah yang bekerja dengan
prinsip membaca jumlah kadar air dalam tanah di sekitarnya. Sensor ini
merupakan sensor dengan teknologi rendah namun ideal untuk memantau kadar
air tanah untuk tanaman. Sensor ini menggunakan dua konduktor untuk
melewatkan arus melalui tanah, kemudian membaca nilai resistansi untuk
mendapatkan tingkat kelembaban. Prinsip kerja dari sensor ini yaitu jika semakin
banyak air di dalam tanah sekitar sensor maka tanah akan lebih mudah
22
menghantar listrik (nilai resitansi lebih kecil), sedangkan apabila tanah disekitar
sensor kering maka akan mempersulit untuk menghantar listrik (nilai resitansi
besar). Sensor ini bekerja dengan tegangan sebesar 3,3v sampai 5v dengan output
tegangan sebesar 0-4,5v. Sensor ini memiliki 3 pin yang terdiri dari pin ground,
vcc, dan data. Pada Gambar 2.10. dibawah terlihat sensor soil moisture
Gambar 2.10 Soil Moisture
2.3.7. Relay
Relay adalah saklar elektronik yang dapat membuka atau menutup rangkaian
dengan menggunakan kontrol dari rangkaian elektronik lain. Relay dapat kita
gunakan untuk switching atau kontrol beban. Relay pada aplikasi kontrol sering
digunakan sebagai switching input ataupun output pada PLC atau mikrokontroler.
Bagian utama dari relay elektromaknetik yaitu sebagai berikut:
1) Kumparan elektromagnetik
2) Saklar atau kontaktor
3) Swing atu armature
4) Spring (pegas)
23
Pada relay elektromagnetik memiliki tiga kondisi saklar, ketiga kondisi saklar
relay tersebut akan berubah ketika mendapatkan sumber tegangan pada
elektomagnetnya. Ketiga posisi saklar tersebut sebagai berikut:
Posisi Normally Open (NO)
Kondisi NO terjadi saat relay mendapat sumber tegangan pada
elektromagnetnya. Posisi ini saat relay terhubung ke terminal NO contact.
Pada Gambar 2.11. menjelaskan kondisi saat relay NO.
Gambar 2.11 Relay saat kondisi NO
Keterangan Gambar 2.11. :
Armature merupakan tuas logam bias naik turun. Tuas akan turun
jika tertarik oleh magnet ferromagnetik dan akan kembali naik jika
sifat kemagnetan feromagnetik sudah hilang.
Spring merupakan pegas yang berfungsi untuk menarik tuas.
Ketika sifat feromagnetik hilang, maka spring berfungsi untuk
menarik tuas keatas.
24
NC Contact atau Normali Close Contact merupakan kontak yang
secara default terhubung dengan kontak sumber ketika posisi OFF.
NO Contact atau Normali Open Contact merupakan kontak yang
akan terhubung dengan dengan kontak sumber ketika posisi ON.
Elektromagnet merupakan kabel lilitan yang membelit logam
feromagnetik. Fungsi dari elektromagnetik yaitu sebagai magnet
buatan yang sifatnya sementara. Kumparan kawat dapat menjadi
logam magnet ketika lilitan dialiri arus litrik dan menjadi logam
biasa ketika arus listrik diputus.
Dari Gambar 2.11 dapat dijelaskan bahwa pada saat elektromagnet diberi
sumber tegangan maka terdapat medan magnet yang menarik armature,
sehingga saklar relay terhubung NO (Normaly Open).
Posisi Normally Close
Kondisi NC terjadi saat relay tidak m endapat
sumber
tegangan
pada
elektromagnetnya. Posisi ini saat relay terhubung ke terminal NC. Gambar
2.12 menjelaskan kondisi relay NC.
Gambar 2.12 Realy saat kondisi NC
25
Keterangan Gambar 2.12. :
Armature merupakan tuas logam bias naik turun. Tuas akan turun
jika tertarik oleh magnet feromagnetik dan akan kembali naik jika
sifat kemagnetan feromagnetik sudah hilang.
Spring merupakan pegas yang berfungsi untuk menarik tuas.
Ketika sifat feromagnetik hilang, maka spring berfungsi untuk
menarik tuas keatas.
NC contact atau normali close contact merupakan kont