Desain Dan Pengujian Prototipe Sistem Kontrol Mesin Sprayer Dosis Variabel Untuk Aplikasi Penyemprotan Pertanian Presisi

DESAIN DAN PENGUJIAN PROTOTIPE SISTEM KONTROL
MESIN SPRAYER DOSIS VARIABEL UNTUK APLIKASI
PENYEMPROTAN PERTANIAN PRESISI

MUHAMMAD RIZAL

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul desain dan pengujian
prototipe sistem kontrol mesin sprayer dosis variabel untuk aplikasi penyemprotan
pertanian presisi adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing
dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun.
Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun
tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan
dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut

Pertanian Bogor.
Bogor, April 2016

Muhammad Rizal
NIM F151130021

RINGKASAN
MUHAMMAD RIZAL. Desain dan Pengujian Prototipe Sistem Kontrol Mesin
Sprayer Dosis Variabel untuk Aplikasi Penyemprotan Pertanian Presisi. Dibimbing
oleh I DEWA MADE SUBRATA dan RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN.
Usaha peningkatan produksi tanaman seringkali dihadapkan adanya
gangguan hama dan penyakit. Pada setiap tanaman, dalam hal ini penyemprotan
sebaiknya pemberian dosis pestisida menyesuaikan dengan serangan hama, dimana
serangan yang parah diberikan dosis yang banyak, serangan menengah dengan
dosis sedang, dan serangan sedikit diberikan dosis yang kecil. Oleh karena itu
kebiasaan petani dalam mengatasi serangan hama dan penyakit perlu dirubah
dengan cara melakukan penyemprotan pestisida sesuai kebutuhan pada tanaman
(dosis variabel). Di Negara maju telah digunakan sistem pertanian presisi dimana
faktor ketepatan dalam kegiatan pertanian sangatlah penting. Presisi ini mulai dari
penanaman, pemberian pupuk, pemberantasan hama, sampai dengan pemanenan.

Tujuan secara umum dari penelitian ini adalah untuk merancang, pabrikasi dan
menguji kinerja prototipe sistem kontrol mesin sprayer dosis variabel untuk aplikasi
penyemprotan pertanian presisi. Alat dan bahan yang digunakan yaitu peralatan
konstruksi untuk pembuatan prototipe sprayer, peralatan elektronika untuk
pembuatan sistem kontrol, dan peralatan untuk keperluan pengujian. Pendekatan
rancangan terdiri dari dua jenis yaitu rancangan fungsional dan rancangan
struktural. Fungsi dan struktur utama dari sistem yang dibuat adalah sistem
pengontrolan terhadap kecepatan putaran motor pada sprayer, mengontrol lama
semprotan, mengontrol dosis semprotan berdasarkan input intensitas serangan
hama, dan urutan plot semprotan pada mikrokontroler. Pengukuran dan pengujian
meliputi pengujian fungsional kinerja kontrol, kalibrasi alat ukur kecepatan putaran
motor pompa dan jarak deteksi tanaman, pengujian laboratorium untuk ketepatan
posisi semprotan, ketepatan volume semprotan dan ketepatan lama semprotan, dan
pengujian lapangan berdasarkan kondisi tanaman dengan parameter pengukuran
yaitu debit semprotan perplot tanaman dan lama semprotan perplot tanaman.
Hasil pengamatan dan pengukuran dilapangan diperoleh karakteristik
tanaman yaitu serangan hama rata-rata 8.1% dan 15.5 % dengan tinggi tanaman 42
cm, diameter tanaman 30 cm dan 45 cm. Hasil uji laboratorium menunjukkan
bahwa untuk mencapai debit semprotan yang sesuai dengan intensitas serangan
hama digunakan PWM 100-250, kecepatan motor 217-592 rpm, lama semprotan 210 detik/tanaman, dan volume 10-70 ml/tanaman. Hasil uji lapangan pada 120

tanaman menggunakan debit semprotan 10 ml/detik dengan panjang setiap plot 10
m pada intensitas serangan hama 8.1 % dibutuhkan lama semprotan 20 detik, debit
semprotan 8.3 ml/detik per plot tanaman pada intensitas serangan hama 15.5 %
dibutuhkan lama semprotan 60 detik. Rata-rata nilai error untuk hasil volume
semprotan dilahan berdasarkan perhitungan sebesar 34 % dan 13 %. Perbandingan
antara prediksi dan aktual diperoleh akurasi volume semprotan sebesar 66 % untuk
volume 200 ml dan 87 % untuk volume 500 ml.
Kata kunci: Kontrol PWM, Debit variabel, Penyemprotan VRT, penyemprotan
tanaman kubis.

SUMMARY

MUHAMMAD RIZAL. Development of Variable Rate Sprayer Control System
and its Performance Test for Precission Farming Application. Supervised by I
DEWA MADE SUBRATA and RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN.
Efforts to increase crop production are often faced with pests and diseases
problem. At each plant, in this case the dosing pesticide spraying should conform
with pest attacks, where a severe attack was given large doses, medium attack was
given moderate doses, and light attack was given small doses. Therefore, the habit
of farmers in overcoming pests and diseases attack need to be changed that was

spraying pesticides based on crops needed (variable rate). Precision farming which
emphasizes accuracy factor in agriculture activities have been used in some
developed countries. It over whelm planting, fertilizer aplication, pest control and
harvesting. The objective of this research was to design, fabricate and test prototype
control system of variable dose sprayer for precision spraying. This research used
tools and materials, i.e manufacturing equipment to build sprayer prototype,
electronic equipment to construct control systems, and instrument for testing
purposes. Design approach consists of functional and structural design. The main
function of the control system was to control rotation of motor sprayer, to control
spray duration and volume based on intensity of pest severity, spray dose, and
sequence plot to spray. Test was done, included functional test of control system,
calibration of instruments (i.e pump motor rotation), laboratory testing for accuracy
of spraying (volume and spray duration), and field testing based on crop conditions
by measuring parameters ie flow rate/each plot and spray duration/each plot.
Based on observations and field measurements were obtained
characteristics of plants, where average of pest severity about 8.1% and 15.5% with
plant height about 42 cm and plant diameter about 30 and 45 cm. The result of
laboratori test showed that to range of spray flowrate that appropriate with the
intensity of pest severity observed was 100-250 PWM, 217-592 rpm motor, sprays
duration about 2-10 seconds / plants, which gave volume 10-70 ml/plants. The

results of field test at 120 plants used flow rate10 ml/sec, the intensity of pest attacks
8.1% and length of each plot was 10 m, the spray duration was 20 seconds. Flow
rate 8.3 ml/sec, the intensity of pest attacks 15.5% and same length of each plot, the
spray duration was 60 seconds. The average value of error for the results of the
spray volume in land based on a calculation of 34% and 13%. Accuracy between
predict and actual spraying volume was of 66% for 200 ml and 87% for 500 ml.
Keywords: PWM Control, Variable flow rate, VRT spraying, Cabbage spraying.

DESAIN DAN PENGUJIAN PROTOTIPE SISTEM KONTROL
MESIN SPRAYER DOSIS VARIABEL UNTUK APLIKASI
PENYEMPROTAN PERTANIAN PRESISI

© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2016
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau
menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB

MUHAMMAD RIZAL

Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016

Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis : Dr Ir Usman Ahmad, M.Agr

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah subhanahu wa ta’ala
atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Karya
ilmiah ini disusun sebagai syarat untuk penyelesaian studi master di program studi

Teknik Mesin Pertanian Dan Pangan, Institut Pertanian Bogor sejak bulan desember
2014-desember 2015. Judul Penelitian yang dilaksanakan adalah Desain dan
Pengujian Prototipe Sistem Kontrol Mesin Sprayer Dosis Variabel untuk Aplikasi
Penyemprotan Pertanian Presisi.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Ir.I Dewa Made Subrata,
M.Agr dan Bapak Dr. Ir. Radite Praeko Agus Setiawan, M.Agr selaku pembimbing
yang telah banyak membimbing penulis dalam menyelesaikan karya ilmiah ini. Di
samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada teman-teman angkatan 2013,
Laboratorium Mekatronika dan Laboratorium Manufaktur yang telah membantu
dalam perancangan dan pengambilan data. Ungkapan terima kasih juga
disampaikan kepada orang tua, keluarga atas segala doa, kasih sayangnya dan
perhatiannya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, April 2016

Muhammad Rizal

DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL

vi

DAFTAR GAMBAR

vi

DAFTAR LAMPIRAN

vi

1 PENDAHULUAN

1

Latar Belakang
Rumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Kegunaan penelitian
Manfaat Penelitian

Ruang Lingkup Penelitian
2 TINJAUAN PUSTAKA
Perlindungan Tanaman
Prinsip dasar sistem penyemprotan sprayer elektrik
Sprayer
Nozzel
Deposit dan Recovery
Sistem pengontrolan sprayer elektrik
Sistem kontrol
Mikrokontroller
Perancangan Arduino Mega 2560
Motor shild/motor driver
Pulse Width Modulation (pwm)
Sensor ultrasonik SR 04
Sensor Rotary Encoder
Komponen aktuator sprayer elektrik
Motor DC
Katup listrik/selenoid valve
Karakteristik lahan dan tanaman kubis
Pengolahan tanah dan pembuatan plot

Penanaman
3 METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat
Alat dan Bahan
Tahapan Penelitian
Pendekatan Rancangan
Rancangan fungsional
Rancangan struktural
Algoritma pengendalian dan rancangan sistem kontrol
Tahapan pengoperasian alat
Prosedur pengukuran dan pengujian
Pengujian fungsional kinerja kontrol

1
2
2
2
2
2
3

3
3
3
4
4
5
5
5
5
6
7
7
8
8
8
9
9
9
10
10
10
10
11
13
13
14
15
16
17
17

Pengujian laboratorium
penentuan intensitas serangan hama
Pengujian Lapangan
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Prototipe sprayer elektrik
Uji kinerja dan kalibrasi sensor ultrasonik SR 04
Kinerja PWM kontrol terhadap kecepatan motor sprayer
Kinerja pengaturan PWM terhadap hasil penyemprotan sprayer
Kinerja pengaturan PWM terhadap luas hasil semprotan sprayer
Hasil uji laboratorium
karakteristik tanaman kubis
Hasil pengujian lapangan terhadap kinerja penyemprotan sprayer

17
18
18
20
20
21
21
23
23
24
24
26

5 KESIMPULAN dan SARAN
Simpulan
Saran

27
27
28

DAFTAR PUSTAKA

28

LAMPIRAN

31

RIWAYAT HIDUP

52

DAFTAR TABEL
1 Fungsional prototipe sprayer
2 Hasil uji laboratorium sprayer dengan dosis yang berbeda
3 Hasil pengujian lapangan

13
24
27

DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26

Ransel sprayer elektrik
4
Nozzle tipe kerucut berlubang
4
Jarak penyemprotan harus optimal
5
Komponen sistem kontrol loop terbuka
5
Arduino mega 2560
6
Motor Driver (L293D)
6
Ilustrasi PWM untuk kendali kecepatan
7
Jarak Ukur Sensor
8
Perancangan Sensor Optocoupler
8
Konstruksi Motor DC
9
Solenoid Valve
9
Bagan alir proses penelitian
11
Desain prototipe sprayer pestisida
14
Diagram alir sistem kontrol
15
Skema pengendalian sistem kontrol
16
Mekanisme pengaplikasian prototipe mesin sprayer
16
Mekanisme pengujian lapangan
19
Prototipe sprayer yang dibuat: (a) motor pompa, (b) nozzle, (c) power
sprayer (aki), dan (d) solenoid valve.
20
Hasil pengujian dan kalibrasi sensor ultrasonik SR 04
21
Uji kecepatan motor pompa
22
Kalibrasi kecepatan motor pompa
22
Hasil pengujian kesesuaian volume semprotan
23
Hasil pengujian luas semprotan sprayer
24
Penentuan persentase serangan hama
25
Pengukuran tinggi dan diameter tanaman
25
Uji lapangan
26

DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Rancangan lengkap mesin sprayer
Explode sprayer
Rancangan lengan sprayer
Rancangan motor pompa
Rancangan rangka sprayer
Rancangan bak sprayer
Rancangan rangkaian sistem kontrol pada software proteus 7
Spesifikasi komponen alat
Tabel hasil kalibrasi sensor ultrasonik

32
33
34
35
36
37
38
39
40

10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

Tabel hasil kalibrasi motor pompa
40
Table hasil pengujian luas semprotan sprayer
41
Hasil pengujian volume semprotan
41
Tabel rata-rata hasil pengujian laboratorium sprayer pada 10 blok
penyemprotan.
42
Tabel hasil pengujian laboratorium sprayer dengan dosis variabel
42
Tabel intensitas serangan hama
43
Perhitungan persentase intensitas serangan hama
43
Tabel hasil uji lapangan (debit dan lama semprotan)
44
Perhitungan tingkat error waktu dan volume semprotan
44
Perhitungan tingkat ketelitian volume semprotan dilahan
45
Program sistem kontrol mesin prototipe sprayer arduino mega 2560 46
Data hasil uji lapangan sistem kontrol prototipe sprayer pada sd card 50

1

1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tanaman kubis (Brassica oleracea var. capitata L.) merupakan sayuran
dataran tinggi, yang banyak dibudidayakan petani di Indonesia terutama di daerah
pedesaan. Kubis tergolong sayuran yang kaya vitamin seperti vitamin A 200 IU, B
20 IU dan C 120 IU yang sangat berperan bagi kesehatan. Kebutuhan terhadap
sayur-sayuran semakin meningkat dengan meningkatnya jumlah penduduk. Oleh
karena itu, sayur-sayuran terutama kubis perlu ditingkatkan produksinya untuk
memenuhi kebutuhan tersebut. Tanaman perlu dilindungi dari serangan hama dan
penyakit agar produksinya dapat ditingkatkan. Perlindungan serangan hama dan
penyakit terhadap tanaman secara umum dilakukan dengan pestisida atau herbisida,
namun dalam pengaplikasiannya, khususnya di Indonesia, masih dilakukan secara
berlebihan tanpa pengontrolan jumlah dosis. Penggunaan pestisida secara
berlebihan akan membahayakan bagi lingkungan dan kesehatan manusia, oleh
karena itu perlu adanya pengendalian dan pembatasan dari penggunaan pestisida
tersebut untuk mengurangi pencemaran yang diakibatkan oleh residu pestisida.
Kondisi serangan yang berbeda-beda, menyebabkan perbedaan akan
kebutuhan dosis pestisida pada tiap tanaman. Oleh karena itu kebiasaan petani
dalam mengatasi serangan hama dan penyakit perlu dirubah dengan cara melakukan
penyemprotan pestisida hanya pada tanaman yang terjangkit. Tapi
permasalahannya sekarang petani melakukan penyemprotan tanpa mengetahui
distribusi serangan hama. Volume dan dosis pestisida yang seragam disemprotkan
pada tanaman dengan jangkit penyakit yang berbeda sehingga menyebakan
penggunaan pestisida yang berlebihan pada tanaman.
Daun tanaman kubis yang diserang L. huidobrensis memperlihatkan gejala
berupa bintik-bintik putih dan adanya liang korokan larva yang mengular.
Kerusakan daun kubis akibat serangan hama ini hanya berkisar 1.61-5.47%
(Herlinda 2004). Tingkat kerusakan yang ditimbulkan oleh hama tersebut mecapai
60.56% di perlakuan tanpa insektisida, sementara kerusakan tanaman di perlakuan
insektisida mencapai 17,25% (Kumarawati et al. 2013).
Penentuan tingkat identifikasi serangan hama pada tanaman kubis sangat
diperlukan sebagai acuan dalam penyemprotan tanaman presisi. Selama ini petani
melakukan pemberantasan hama pada tanaman kubis tidak melakukan perhitungan
tingkat serangan hama pada tanaman sehingga proses penyemprotanya berdasarkan
keinginan petani bukan sesuai kebutuhan tanaman. Adapun metode penentuan
tingkat serangan hama yang dilakukan petani dengan cara pengamatan langsung
tanpa melalui perhitungan tertentu. Sehingga penentuan jumlah dosis yang akan
diberikan tiap tanaman tidak diketahui.
Di Negara maju telah digunakan sistem pertanian presisi (precision
farming ) dimana faktor ketepatan dalam kegiatan pertanian sangatlah penting dan
berpengaruh dalam produksi pertanian. Presisi ini mulai dari penanaman,
pemberian pupuk, pemberantasan hama, sampai dengan pemanenan. Salah satu
komponen dari pertanian presisi yaitu penggunaan perlakuan yang sesuai dengan
kebutuhan tanaman.

2
Rumusan Masalah
Penggunaan pestisida terhadap hama secara presisi merupakan hal yang
sangat penting untuk pertumbuhan tanaman dan pengendalian hama dan penyakit,
dimana penggunaan pestisida yang berlebihan atau tidak sesuai akan
membahayakan lingkungan dan kehidupan manusia akibat zat kimia yg terdapat
pada pestisida. Karena itu untuk proses penggunaan pestisida secara presisi
dibutuhkan teknologi yang mampu mengontrol dosis pestisida pada saat
penyemprotan.
Tujuan
Penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk :
1. Merancang dan membuat prototipe sprayer pestisida dengan dosis terprogram.
2. Melakukan pengujian kinerja sistem kontrol prototipe sprayer pestisida untuk
pertanian presisi.
Kegunaan
Hasil penelitian ini akan menjadi masukan untuk pengembangan lebih lanjut
desain alat kontrol sprayer secara presisi dan dapat diproduksi oleh industri
sehingga dapat digunakan untuk pertanian di Indonesia.
Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah 1) memberikan solusi dan kemudahan
bagi masyarakat pertanian dalam melakukan penyemprotan hama pada tanaman, 2)
dapat mengurangi penggunaan pestisida pada saat proses penyemprotan tanaman,
3) untuk mengembangkan ilmu pengetahuan dan teknologi diwilayah pertanian.
Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini menitik beratkan pada desain alat pengangkut dan sistem
kontrol sprayer pestisida. Untuk pengujian alat, peneliti hanya menggunakan
tanaman kubis. Adapun batasan penelitian ini adalah 1) kata “presisi” yang
dimaksud pada mesin sprayer pertanian presisi mengacu pada sistem penyemprotan
dosis sesuai dengan serangan hama, 2) proses pengontrolan berbasis mikrokontroler
arduino mega 2560 dengan pengontrolan pada motor pompa sprayer tipe Tasco
MIST-16E, 3) pengambilan data hanya dilakukan pada uji kalibrasi, uji fungsional,
dan uji dilapangan melalui proses penyemprotan pada tanaman kubis.

3

2 TINJAUAN PUSTAKA
Perlindungan tanaman
Tanaman pertanian sering diganggu atau dirusak oleh organisme
pengganggu yang secara ekonomis sangat merugikan petani. Organisme penggangu
tanaman atau yang sering dikenal sebagai hama tanaman, penyakit tanaman dan
gulma (tumbuhan penggangu). Organisme pengganggu tanaman/tumbuhan sering
disebut OPT (Djojosumarto 2008).
Untuk menghindari kerugian karena serangan OPT, tanaman perlu
dilindungi dengan cara mengendalikan OPT tersebut. OPT tidak perlu diberantas
habis karena memang tidak mungkin. Dengan usaha pengendalian, populasi atau
tingkat kerusakan karena OPT ditekan serendah mungkin sehingga secara ekonomis
tidak merugikan (Djojosumarto 2008).
Konsekuensi lingkungan dari penggunaan insektisida sintetik untuk
menghindari kerugian akibat serangan OPT adalah hama-hama telah berkembang
dan menjadi tahan terhadap berbagai formulasi insektisida. Terjadi resistensi hama,
resurjensi, matinya musuh-musuh alami (predator, parasit, dan patogen), dan
organisme lainya, juga terjadinya pencemaran udara, tanah, dan air (Paat et al.
2012).
Penentuan tingkat kerusakan tanaman kubis menurut Sukorini (2006)
adalah mengikuti ketentuan sebagai berikut:
1. Sangat berat, kerusakan >50%
2. Berat, kerusakan 30%-50%
3. Cukup berat, kerusakan 15%-29%
4. Ringan, kerusakan 1%-14%
5. Tidak ada serangan, kerusakan 0%
Prinsip dasar sistem penyemprotan sprayer elektrik
Sprayer
Sprayer elektrik terdiri dari beberapa komponen yang tidak terdapat pada
power sprayer maupun manual sprayer seperti aki 12 V, pompa air tekanan 5.8 bar.
Hasil perbandingan tekanan pada lubang keluaran menunjukan perbedaan tekanan
yang cukup signifikan, yaitu pada sprayer manual 3 bar dan sprayer elektrik 4 bar.
Perbedaan tekanan tersebut mengakibatkan adanya perbedaan debit, panjang
penyemprotan dan luas penyemprotan (Rahman dan Yamin 2014).
Penyemprot ransel konvensional dengan Metode tradisional memakan
waktu yang lama, kurang efektif, dan memerlukan penggunaan tangan untuk
throttle atau pompa untuk menghasilkan tekanan pada interval semprotan. Oleh
karena itu menjadi sangat penting untuk mengembangkan penyemprot yang akan
mengatasi kekurangan tersebut. Adapun produksi penyemprotan tanpa motor
dengan jangkauan tekanan dari 5 sampai 20 liter dan dengan unit bermotor 15
sampai 20 liter. Setiap sprayer dirancang untuk kenyamanan, dan kemudahan
penggunaan. Jenis yang paling umum dari ransel sprayer di Nigeria adalah tipe
mekanik yang membutuhkan operator untuk terus menggerakkan tangan mereka
saat menyemprot cairan yang terkandung dalam ransel. Ransel sprayer yang berat

4
ini dengan mudah menyebabkan kelelahan pada operator, rasa sakit pada punggung,
bahu dan otot-otot tangan. Kebanyakan pemilik rumah, tukang kebun dan
landscapers mengandalkan 2-4 galon ransel penyemprot untuk aplikasi sehari-hari
(Awulu dan Sohotshan 2012).

Gambar 1 Ransel sprayer elektrik (Awulu dan Sohotshan 2012).
Keterangan. 1 tabung pengiriman, 2 pompa listrik, 3 terminal Pump, 4 Belt 5
penutup Tank, 6 Tank, 7 Belt slide, 8 Nozzle, 9 Lance, 10 Menangani dan 11 Filter.
Nozzle
Salah satu komponen vital dari sprayer adalah nozzle, Nozzle inilah yang
sesungguhnya berfungsi memecah larutan semprot menjadi droplet (Djojosumarto
2008). Nozzle dengan pola semprotan berbentuk kerucut (cone nozzle). Nozzle
krucut umumnya digunakan untuk mengaplikasikan insektisida dan fungsida.
Nozzle ini menghasilkan ukuran droplet yang relatif lebih halus dibandingkan
dengan nozzle kipas (berkisar antara sedang sampai sangat halus), sehingga
penetrasinya kedalam kanopi daun baik sekali.

Gambar 2 Nozzle tipe kerucut berlubang (Djojosumarto 2008).
Deposit dan recovery
Dalam praktek dilapangan, deposit dan recovery sulit untuk dihitung.
Deposit dapat dihitung dengan bantuan fluorecent marker atau kertas hisap.
Selanjutnya pestisida yang menempel pada bidang sasaran dihitung dilaboratorium.
Dengan membandingkan luas aktual bidang sasaran dan luas sampel, deposit dapat
dihitung. Setelah deposit dihitung, recovery dapat dicari dengan mudah. Daripada

5
mencoba menghitung deposit dan recovery, lebih baik jika kita menyemprot dengan
cermat agar pestisida yang hilang tidak terlalu banyak seperti Gambar 3
(Djojosumarto 2008).

Gambar 3 Jarak penyemprotan harus optimal (Djojosumarto 2008).
Keterangan:
A. Penyemprotan terlalu jauh, banyak droplet terbuang
B. Jarak tepat
C. Penyemprotan terlalu dekat, terlalu terkonsentrasi, distribusi tidak merata
Sistem pengontrolan sprayer elektrik
Sistem kontrol
Sistem kontrol loop terbuka adalah sistem kontrol yang keluarannya tidak
berpengaruh pada aksi pengontrolan, jadi keluarannya tidak diukur atau diumpan
balikan untuk dibandingkan dengan masukan (Walangare et al. 2013). Setiap sistem
kendali loop terbuka, keluaran tidak dibandingkan dengan masukan. Sehingga
untuk setiap masukan, terdapat satu kondisi operasi yang tetap. Jadi, ketelitian
sistem bergantung pada kalibrasi (Sumanti et al. 2014).
Masukan

Keluaran

Kontroler

Tanaman

Gambar 4 Komponen sistem kontrol loop terbuka (Sumanti et al. 2014).
Mikrokontroler
Mikrokontroler pada dasarnya adalah Mikroprosesor, perbedaanya adalah
bahwa mikrokontroler telah dilengkapi beberapa komponen pembantu yang telah
diintegrasikan didalamnya, antara lain timer, EPROM. Sehingga mikrokontroler
telah dapat difungsikan untuk keperluan yang spesifik (Caniago 2007).
Perancangan arduino mega 2560
Arduino Mega 2560 adalah papan rangkaian elektronik (electronic board)
open source yang didalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip
mikrokontroler berbasis ATMega 2560 (Audli et al. 2014). Mengendalikan motor
DC digunakan rangkaian Arduino mega 2560 sebagai pengolah dan memberikan

6
data agar motor DC bergerak. Konfigurasi kaki I/O dari Arduino mega 2560
(Siswojo 2013). ditunjukkan dalam Gambar 5.

Gambar 5 Arduino mega 2560 (Windarto 2012).
Motor shild/Motor driver
Motor draiver L293D adalah monolitik, terintegrasi, tegangan tinggi, arus
tinggi dan memiliki 4 channel driver. Pada dasarnya chip yang ada pada motor
draiver bisa menggunakan paling banyak empat motor DC dan memberikan
pasokan listrik hingga 36V. Chip L293D menggunakan H-Bridge. H-Bridge
biasanya sebuah sirkuit listrik yang memungkinkan tegangan yang akan diberikan
ke seluruh beban di kedua arah untuk output, misalnya motor (Kaura et al. 2013).

Gambar 6 Motor Driver (L293D) (Kaura et al. 2013).
Rangkaian driver motor DC disebut dengan half-bridge dikarenakan
konfigurasi/susunan transistornya seperti membentuk huruf H. Transistor-transistor
ini digunakan sebagai switching sehingga motor dapat berputar searah jarum jam
(clockwise) dan berlawanan arah jarum jam ( counter clockwise). Prinsip kerja halfbridge adalah mengatur aliran arus pada motor DC. Apabila aliran arus dibalik
maka motor DC akan berputar ke arah sebaliknya (Patiung et al. 2013).

7
Pulse Width Modulation (pwm)
Pulse Width Modulation (pwm) atau modulasi lebar pulsa, merupakan
sinyal digital berupa gelombang kotak (square wave) dimana duty cycle dari
gelombang kotak tersebut dapat setting sesuai dengan kebutuhan sistem (Khumaedi
et al. 2014). PWM merupakan suatu metoda untuk mengatur kecepatan perputaran
motor dengan cara mengatur presentase lebar pulsa high terhadap periode dari suatu
sinyal persegi dalam bentuk tegangan periodik yang diberikan ke motor sebagai
sumber daya (Yohanes 2011). Pengaturan frekuensi dan duty cycle PWM yang tepat
akan memberikan efisiensi daya yang lebih baik (Sujanarko 2013).

Gambar 7 Ilustrasi PWM untuk kendali kecepatan (Susilo 2010).
Dari Gambar 7 dapat dijelaskan jika dikehendaki kecepatan penuh maka
diberikan 5 volt konstan, jika dikehendaki kecepatan bervariasi maka diberikan
pulsa yang lebar dengan level 1 dan level 0 bervariasi. Satu periode pulsa memiliki
waktu yang sama sehingga dalam contoh, kecepatan motor akan berubah dari
setengah kecepatan penuh mendekati kecepatan penuh. Jadi yang dirasakan oleh
transistor pengendali di dalam chip adalah tegangan rata-ratanya, dimana semakin
besar duty cyclenya maka akan menaikkan tegangan rata-rata sehingga arus yang
mengalir ke beban motor juga semakin meningkat dan bahkan mempengaruhi
kecepatan motor DC (Susilo 2010).
Sensor ultrasonik SR 04
Gelombang ultrasonik adalah gelombang dengan besar frekuensi diatas
frekuensi gelombang suara (speech signals) yaitu lebih dari 20 KHz (Khumaedi et
al. 2014). HC-SR04 merupakan sensor jarak yang memanfaatkan gelombang suara
ultrasonik didalam proses pengukuran jarak suatu objek. Untuk menghubungkan
mikrokontroller dengan modul HC-SR04 diperlukan 4 pin yaitu VCC (5 volt), pin
ground, pin echo serta pin trigger. Pin trigger berfungsi untuk memberikan pulsa
trigger, sedangkan pin echo adalah pin yang berfungsi untuk memberikan rentang
waktu pantulan suara (Rismawan 2015).

8

Gambar 8 Jarak ukur sensor (Joi 2014).
Sensor Rotary Encoder
Rotary Encoder adalah divais elektromekanik yang dapat memonitor
gerakan dan posisi (Audli et al. 2014). Optocoupler merupakan suatu komponen
yang bekerja berdasarkan picu cahaya optic optocoupler termasuk dalam sensor,
dimana terdiri dari dua bagian yaitu transmitter dan receiver (Santoso et al. 2013).
Sensor optocoupler digunakan sebagai pengukur kecepatan putaran motor DC
(Direct Current). Penempatan sensor ini tepat sejajar dengan motor DC (Direct
Current), jadi setiap perubahan kecepatan dari motor DC (Direct Current) akan ikut
mempengaruhi perubahan jumlah pulsa Sistem perancangan dan hasil perancangan
optocoupler. ditunjukkan pada Gambar 9 (Siswojo 2014). Untuk mengetahui
kecepatan motor DC yang sebenarnya, perlu ditambahkan sensor kecepatan. Sensor ini
dapat berupa rotary encoder yang menghasilkan pulsa-pulsa yang frekuensinya
sebanding dengan kecepatan putar motor DC (Surindra 2016).

.
Gambar 9 Perancangan sensor optocoupler (Siswojo 2014).
Komponen aktuator sprayer elektrik
Motor DC
Motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi
listrik menjadi energi mekanik (Khumaedi et al. 2014). Motor DC merupakan jenis
motor yang menggunakan tegangan searah sebagai sumber tenaganya. Dengan
memberikan beda tegangan pada kedua terminal tersebut, motor akan berputar pada
satu arah, dan bila polaritas dari tegangan tersebut dibalik maka arah putaran motor
akan terbalik pula. Polaritas dari tegangan yang diberikan pada dua terminal
menentukan arah putaran motor sedangkan besar dari beda tegangan pada kedua
terminal menentukan kecepatan motor (Yohanes 2011).Untuk aplikasi robot mobile,
biasanya dapat digunakan beberapa aktuator. Salah satunya yang paling umum

9
digunakan adalah motor listrik DC. Untuk aplikasi yang menggunakan motor listrik
ini, kita hanya membutuhkan dua manipuilasi pengendalian motor DC meliputi arah
motor dan kecepatan dari motor (Ratulangi et al. 2015).

Gambar 10 Konstruksi Motor DC (Ratulangi et al. 2015).
Katup listrik / Solenoid valve
Solenoid valve adalah komponen kontrol yang salah satu kegunaannya yaitu
untuk menggerakan tabung cylinder, solenoid valve adalah katup listrik yang
mempunyai koil sebagai penggeraknya yang mana ketika koil mendapat supply
tegangan maka koil tersebut akan berubah menjadi medan magnet sehingga
menggerakan piston pada bagian dalamnya ketika piston berpindah posisi maka
pada lubang keluaran A atau B dari solenoid valve akan keluar udara yang berasal
dari P atau supply, pada umumnya solenoid valve mempunyai tegangan kerja
100/200 VAC namun ada juga yang mempunyai tegangan kerja 12 VDC (Joi 2014).

Gambar 11 Solenoid valve (Joi 2014).
Karakteristik lahan dan tanaman kubis
Pengolahan tanah dan pembuatan plot
Pengolahan tanah dilakukan dengan mencangkul tanah sedalam 20 cm,
kemudian dibiarkan selama 2 minggu dan diolah kembali. Selanjutnya dibuat plot
dengan panjang 200 cm, lebar 180 cm dan tinggi 25 cm. Jarak antar plot 40 cm dan
antar blok 50 cm (Marliah 2013).
Penanaman

10
Penanaman dilakukan pada dua petak berukuran 100 m2 dan masing-masing
ditanam 400 tanaman dengan jarak tanam 50 cm x 50 cm. Penanaman bibit kubis
pada masing-masing petak dilakukan setelah bibit berumur 28 hari (jumlah daun 45 helai). Kedua petak tersebut diberikan perlakuan tanpa insektisida dan perlakuan
insektisida. Jenis insektisida yang digunakan adalah Prevathon TM 50 SC yang
berbahan aktif klorantraniliprol dosis 0.5-1 ml/liter air dan volume semprot 6 l/are.
Penyemprotan insektisida di lapang dilakukan setelah tanaman kubis berumur 10
hari setelah tanam (hst). Penyemprotan insektisida dilakukan 3 kali dalam 1 bulan
dengan interval waktu 10 hari. Pengambilan sampel tanaman dilakukan secara
diagonal. Pada masing-masing garis diagonal diambil 2 titik sampel (unit sampel)
dengan jarak 2 m x 2 m, sehingga pada masing-masing petak terdapat 9 unit sampel
(Kumarawati 2013).

3 METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan bulan Desember 2014 – Desember 2015.
Bertempat di Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepadjo Departemen Teknik
Mesin dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor, di laboratorium Mekatronika dan
Robotika devisi Teknik Mesin dan Otomasi, Departemen Teknik Mesin dan
Biosistem Fateta IPB dan Pegujian lapangan dilaksanakan di lahan Teaching Farm
Sadifa Fakultas Pertanian IPB.
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dibedakan menjadi peralatan konstruksi untuk
pembuatan prototipe, peralatan elektronika untuk pembuatan sistem kontrol, dan
peralatan untuk keperluan pengujian. Peralatan konstruksi antara lain peralatan
bengkel konstruksi, mesin perbengkelan dan pengerjaan logam. Peralatan untuk
pembuatan alat kontrol antara lain solder, obeng, bor, dan tang potong. Peralatan
untuk pengujian antara lain multimeter, tachometer tipe DT-2234C, stopwatch, pita
ukur, kamera digital, dan gelas ukur/tabung ukur. Rangkaian elektronika
pendukung, seperti sakelar, adaptor dan pengaman beban lebih (sekring). Peralatan
untuk pembuatan desain antara lain komputer dan software solidworks 2011 untuk
pembuatan desain sistem mekanik, proteus 7 profesional untuk pembuatan
rangkaian mikrokontroler, dan arduino 1.0.6 untuk pembuatan program
mikrokontroler.
Bahan yang digunakan untuk konstruksi mesin adalah (1) plat baja berbagai
ukuran, (2) baut dan mur berbagai jenis, (3) besi poros berbagai ukuran (4) nozzel,
dan (5) sprayer elektrik tipe tasco mist 16 E. Bahan yang digunakan untuk rangkaian
mikrokontroler adalah (1) arduino mega 2560, (2) sensor ultrasonik SR 04, (3)
motor shild L293D, (4) motor DC, (5) selenoid valve, (6) DI-smart rotary encoder
(sensor kecepatan motor), dan (7) bahan habis pakai untuk pengujian (pestisida, air,
dan tanaman kubis).
Tahapan Penelitian

11
Berdasarkan permasalahan yang akan diselesaikan dalam bidang pertanian
khususnya penyemprotan pestisida maka perlu adanya perencanaan penelitian yang
akan dilakukan, adapun rencana tersebut terdiri atas beberapa tahapan yaitu:
Mulai
Studi Pustaka

Identifikasi sistem
Merancang/modifikasi mesin
sprayer
Merancang/modifikasi sistem kontrol
Merancang algoritma pengendalian
Tidak
Pengujian fungsional

Berhasil
ya
Kalibrasi prototipe mesin sprayer
Pengujian laboratorium
Kalibrasi prototipe mes

Berhasil
ya
Pengujian lapangan
Pengambilan
data
Pengolahan data

Selesai
Gambar 12 Bagan alir proses penelitian.

Tidak

12
Berdasarkan Gambar 12, tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini,
yaitu :
1. Melakukan studi pustaka untuk mencari atau menentukan komponen-komponen
dan sistem yang akan digunakan dalam menyelesaikan permasalahan yang ingin
diselesaikan dalam penelitian yang dilakukan.
2. Mempersiapkan semua komponen dan peralatan yang digunakan baik peralatan
utama maupun peralatan pendukung dan membuat rangkaian pendukung yang
akan digunakan.
3. Merancang prototipe mesin sprayer dengan menggunakan beberapa komponen
peralatan yang terdiri atas rancangan rangka dudukan untuk sprayer elektrik
yang mengikuti panjang dan lebar dari sprayer elektrik, merancang dudukan
nozzle mengikuti jarak antara dua tanaman kubis dan berdasarkan tinggi
tanaman agar pada saat penyemprotan sesuai dengan luas kanopi tanaman.
4. Merancang sistem kontrol dengan pembuatan program mikrokontroler yang
meliputi pemilihan bahasa pemrograman, kompilasi dan proses download
program ke chip mikrokontroler. Bahasa pemrograman yang digunakan adalah
bahasa C. Kode-kode bahasa C ditulis dalam sebuah editor dalam program
Arduino IDE 1.0.6. Menguji program yang telah dibuat dengan menggunakan
software proteus 7 profesional. Pemrograman dilakukan sebanyak dua kali,
dimana pada program pertama untuk mengontrol solenoid valve dan motor listrik
dari sprayer. Program kedua dibuat untuk sensor yang digunakan baik itu sensor
kecepatan motor dan sensor untuk deteksi tanaman. Pengujian program yang
telah dibuat disimulasikan pada software Proteus 7 Profesional.
5. Merancang algoritma pengendalian dengan menggunakan sistem PWM (pulse
width modulation) yang berfungsi untuk mengendalikan motor sprayer agar pada
saat penyemprotan sesuai dengan dosis yang dibutuhkan tanaman.
6. Pengujian fungsional dilakukan untuk mengetahui hasil dari pemrograman yang
telah dibuat yang berdasarkan atas dosis yang telah digunakan. Baik dari kontrol
motor listrik pada sprayer maupun fungsi dari pembacaan sensor.
7. Kalibrasi prototipe mesin dilakukan untuk mengetahui pola keluaran dari
prototipe mesin terhadap pestisida yang digunakan, selanjutnya hasil kalibrasi
ini menjadi masukan untuk mikrokontroler dalam mengontrol laju keluaran
prototipe mesin sprayer dalam aplikasi di lapangan. Selain itu kalibrasi juga
dilakukan untuk menguji ketahanan alat, dalam hal ini konsistensi keluaran
prototipe mesin sprayer setelah beberapa kali penggunaan.
8. Pengujian laboratorium prototipe mesin sprayer dilakukan dengan cara
mengaplikasikan protipe sistem kontrol mesin sprayer melalui pengukuran dari
hasil penyemprotan, yang berdasarkan atas luas penyemprotan yang dilakukan
dengan menggunakan kertas isap, Pengukuran debit hasil penyemprotan, dan
kesesuaian penggunaan dosis pestisida yang diberikan. Untuk pengukuran debit
dapat dilihat pada wadah pengukuran yang digunakan jika tidak sesuai maka
harus dilakukan pengecekan kembali pada hasil pengujian program terhadap
komponen yang digunakan.
9. Pengujian lapangan dilakukan untuk mengetahui kesesuaian dari pengujian
laboratorium yang terdiri atas pengujian ketepatan waktu penyemprotan,
ketepatan pemberian dosis, ketepatan pembacaan sensor, dan luas hasil
penyemprotan.

13
10. Pengambilan data berdasarkan atas hasil pengujian prototipe mesin sprayer
yang telah dilakukan baik itu pengujian laboratorium ataupun pengujian
lapangan.
11. Pengolahan data dilakukan untuk menganalisa kinerja dari sistem yang telah
dibuat.
Pendekatan Rancangan
Rancangan fungsional
Secara keseluruhan konsep pengembangan sistem kontrol pada prototipe
mesin sprayer pertanian presisi memiliki fungsi sebagai berikut:
Tabel 1 Fungsional prototipe sprayer
No
Fungsi
1. Mengontrol dosis semprotan
secara presisi

2.

Mendeteksi tanaman kubis
berdasarkan jarak antara
tanaman dan sensor

3.

Mengatur
sprayer

4.

Melakukan
penyemprotan
berdasarkan atas kecepatan
putaran motor

5.

Mengatur volume semprotan
sprayer

luas

semprotan

Mekanisme
Menggunakan mikrokontroler arduino mega
untuk mengontrol komponen sensor dan
elektronik lainnya berdasarkan waktu
semprotan. Arduino mega memiliki
kecepatan waktu lebih tinggi dalam
mengolah data yaitu 16 MHz dan memiliki
digital pin yang lebih banyak (54 pin)
dibandingkan dengan arduino Uno yang
hanya memiliki kecepatan waktu 8 MHz.
Menggunakan sensor ultrasonik SR 04 yang
memiliki jangkauan deteksi yang lebih jauh
dibandingkan sensor yang lainnya yaitu (2
cm - 500 cm), dan memiliki resolusi yang
lebih kecil yaitu (1 cm).
Berdasarkan pengaturan tinggi lengan
sprayer yang menyebabkan semprotan akan
semakin luas dimana posisi nozzel pada
sprayer menghadap kebawah atau vertikal
sehingga
hasil
semprotan
langsung
keseluruh bagian tanaman.
Menggunakan pengaturan nilai PWM yang
diberikan pada motor sehingga kecepatan
motor dapat berputar sesuai dengan
kecepatan yang diinginkan. Adapun
mekanisme lain yang dapat digunakan yaitu
dengan sistem PID tetapi memiliki tingkat
kesulitan yang lebih tinggi dibandingkan
dengan sistem PWM.
Menggunakan solenoid valve yang diatur
berdasarkan waktu buka tutup katup
solenoid yang berfungsi secara otomatis.
Penggunaan solenoid valve lebih baik
dibandingkan dengan kran manual yang
harus diputar setiap mengubah volume
semprotan.

14
Rancangan struktural
Prototipe mesin sprayer yang dibuat terdiri atas beberapa komponen yaitu
unit pengontrol, komponen sensor dan sprayer elektrik. Desain mesin sprayer
terdiri atas beberapa komponen utama yaitu (1) Sprayer elektrik kapasitas tangki 16
liter, charger 100-240 volts, output 12V DC 1000 ma, dan kapasitas pompa 12 volts,
tekanan max 40 PSI. (2) Mikrokontroler arduino mega 2560 spesifikasi tegangan
operasi 5 volt, tegangan masukan 6-20 volt, digital I / O 54 pin (dari 15 yang
memberikan output PWM) dan masukan analog 16 Pin. (3) Nozzel (cone nozzle).
(4) Solenoid valve spesifikasi tegangan kerja 12 volt, tekanan operasi 0.02-0.8 MPa.
(5) Sensor deteksi tanaman (sensor ultrasonic SR 04) dengan jangkauan deteksi 2500 cm, tegangan kerja 5 volt, resolusi 1 cm, dan frekuensi 40 kHz, (6) luas
semprotan diatur berdasarkan pengaturan tinggi lengan semprotan, (7) pengukuran
kecepatan motor pompa dilakukan dengan sensor smart rotary encoder dengan
(piringan derajat 36 lubang, sumber 3.5-5.5 volt, dan kecepatan baca sensor 1500
Hz dengan 36 lubang berarti 2500 RPM. Desain prototipe mesin sprayer pestisida
dapat dilihat pada Gambar 13.

Gambar 13 Desain prototipe sprayer pestisida.
a. Perancangan unit pengontrol
Perancangan unit kontrol dibutuhkan beberapa komponen elektronik
yang terdiri atas motor pompa 12 volt sprayer elektrik tipe tasco yang
kecepatannya dikontrol berdasarkan system PWM, Mikrokontroler arduino
mega tipe 2560 sebagai pengontrol keseluruhan komponen, sensor rotary
encoder digunakan sebagai sensor kecepatan motor pompa, sensor ultrasonik

15
sebagai pendeteksi tanaman, dan selenoid valve untuk mengontrol lama
semprotan.
b. Perancangan unit pengangkut sprayer
Panjang prototipe mesin sprayer terdiri atas panjang dudukan sprayer 45
cm yang berdasarkan ukuran panjang sprayer tipe tasco, panjang pengendali 60
cm dengan tujuan untuk mempermudah pengendalian alat pada saat
pengaplikasian dilahan dan jarak pegangan alat 35 cm. Maka panjang
keseluruhan alat yang dibuat yaitu 140 cm.
c. Perancangan bagian penyemprotan
Bagian penyemprotan terdiri atas jarak antara roda 40 cm berdasarkan
lebar antar bedengan, jarak antara nozzel 140 cm, tinggi nozzel 25 cm dari sisi
atas tanaman dengan tujuan pada saat penyemprotan sesuai dengan plot
tanaman dengan asumsi tinggi lahan dan tanaman sama. Nozzel dengan tipe
(cone nozzle) sebanyak 2 buah yang dipasang pada kedua sisi alat.
Algoritme pengendalian dan rancangan sistem kontrol
Unit kontrol berfungsi untuk mengontrol keseluruhan sistem, salah satunya
sebagai pengatur dosis dan pengatur kecepatan motor sprayer. Unit ini juga
berfungsi untuk melakukan akuisisi data kecepatan motor, dan keberadaan tanaman.
Adapun sistem kontrol motor DC yang digunakan berdasarkan atas pengontrolan
PWM. Diagram alir sistem kontrol dan skema pengendalian sistem kontrol dapat
dilihat pada Gambar 14 dan 15.

Gambar 14 Diagram alir sistem kontrol

16

Gambar 15 Skema pengendalian sistem kontrol
Tahapan pengoperasian alat
Prototipe mesin sprayer yang digunakan pada penelitian ini adalah berupa
rancangan desain prototipe sprayer pestisida (Gambar 13). Adapun urutan tahapan
pengoperasian mesin sprayer ini adalah (1) menyalakan mikrokontroler dan sprayer,
(2) menginput intensitas serangan hama, dosis semprotan dan urutan area
semprotan pada mikrokontroler arduino mega 2560, (3) mengoperasikan prototipe
sprayer pada lahan dan mendeteksi tanaman dengan menggunakan sensor
ultrasonic SR 04 berdasarkan urutan area tanaman yang diinput, (4) Motor listrik
pada sprayer secara otomatis berfungsi untuk memberikan semprotan yang
berdasarkan PWM kecepatan putaran motor, (5) solenoid valve secara otomatis
berfungsi mengatur lamanya penyemprotan, (6) Nozzel (cone nozzle) digunakan
untuk menghasilkan memberikan semprotan dalam bentuk butiran sesuai dengan
plot tanaman. Adapun perubahan dosis semprotan sprayer dapat diatur berdasarkan
nilai PWM dan lama semprotan yang digunakan pada motor pompa dan solenoid
valve prototipe sprayer.

Gambar 16 Mekanisme pengaplikasian prototipe mesin sprayer.

17
Prosedur Pengukuran dan Pengujian
Pengujian fungsional kinerja kontrol
Uji fungsional dilakukan pada sistem kontrol komponen prototipe mesin
sprayer untuk mengetahui dan memastikan bahwa setiap bagian dapat berfungsi
dengan baik. Uji fungsional tersebut meliputi (1) uji kendali kecepatan motor, (2)
uji pengukuran jarak sensor ultrasonik, (3) uji kalibrasi alat ukur, dan (4) uji kendali
solenoid valve saat penyemprotan.
Pengujian laboratorium
Pengujian fungsional dan kalibrasi alat ukur dilakukan di laboratorium
dengan mengkalibrasi terlebih dahulu sensor penghitung putaran atau rotary
encoder dengan alat ukur tacometer sebelum digunakan untuk pengukuran dan
pengujian. Selain putaran motor, alat pengukur jarak (sensor ultrasonik) juga
dikalibrasi menggunakan alat ukur yang sudah terstandar. Adapun uji kalibrasi
yaitu:
1. Pengujian dan pengukuran luas areal penyemprotan dilakukan dengan cara
melakukan penyemprotan pada 5 kertas isap dengan tinggi nozel (30 cm, 35 cm,
dan 40 cm) pada 4 nilai PWM yang berbeda yaitu (100, 150, 200 dan 250). Hal
ini dilakukan dengan tujuan untuk menyesuaikan hasil penyemprotan dengan
luas kanopi tanaman. Dengan menggunakan persamaan 1 yaitu:
A = π r2

(1)

Keterangan
A = luas lingkaran (cm2)
Π = 3.14
r = jari-jari lingkaran
2. Pengujian, pengukuran dan kalibrasi sensor deteksi tanaman (Ultrasonic SR
04 )dilakukan pengujian dengan menggunakan 5 jarak yang ditentukan yaitu
(10 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm, dan 50 cm) dengan menggunakan pita ukur. Hal
ini dilakukan dengan tujuan menyesuaikan pembacaan jarak pada sensor
dengan jarak yang sebenarnya pada meteran agar pada saat pengaplikasian pada
tanaman sesuai dengan jarak tanaman kubis dimana proses pengukuranya
berdasarkan gelombang yang dipancarkan dari sensor.
3. Pengujian kalibrasi kecepatan motor dilakukan dengan cara menginput 4 nilai
PWM yang sudah ditentukan yaitu (100, 150, 200 dan 250) pada mikrokontroler
arduino mega dengan mengukur rpm kecepatan motor dengan tachometer tipe
DT-2234C dan mengukur kecepatan putaran motor dengan sensor rotary
encoder. Hal ini dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui penggunaan PWM,
kecepatan motor, dan membandingkan perbedaan hasil pengukuran kecepatan
putaran motor antara tachometer dan sensor rotary encoder.
4. Melakukan pengukuran volume penyemprotan dengan cara mengukur hasil
penyemprotan yang dikeluarkan pada sprayer dengan 4 nilai PWM yang
digunakan yaitu (100, 150, 200 dan 250). Pengukuran ini dilakukan dengan cara
menyemprotkan sprayer pada tabung ukur berdasarkan waktu yang ditentukan

18
yaitu (1-10 detik). Kemudian menghitung debit hasil penyemprotan
berdasarkan waktu yang digunakan dengan persamaan 2.
V
t
Keterangan:
Q = debit (ml/s)
V = volume (ml)
t = waktu (s)
Q=

(2)

5. Pengujian dan pengukuran penyemprotan prototipe sprayer dengan dosis yang
berbeda dilakukan dengan cara menyemprotkan sprayer dengan 3 nilai PWM
yang suda ditentukan yaitu (150, 200 dan 250) dengan waktu yang sama yaitu
20 detik tiap plot penyemprotan. Mengukur waktu dan volume hasil semprotan
berdasarkan 3 nilai PWM yang digunakan. Menghitung debit semprotan
berdasarkan waktu dan volume hasil semprotan yang dilakukan.
Penentuan intensitas serangan hama
Identifikasi serangan hama pada tanaman berdasarkan jumlah tititk
serangan dengan metode pengamatan langsung dilakukan dengan beberapa tahap
yaitu:
1. Menentukan objek tanaman yang terkena hama, lalu mengukur tinggi dan
diameter tanaman.
2. Mengambil gambar tanaman tersebut.
3. Menentukan jumlah titik jangkit hama pada tanaman berdasarkan foto yang
suda diambil dengan aplikasi gambar paint.
4. Menghitung persentase serangan hama berdasarkan jumlah grid yang sudah
ditentukan dengan titik jangkit hama pada tanaman dengan persamaan 3.
T
H = ( ) × 100%
D

(3)

Keterangan:
H = Serangan hama (%)
T = jumlah grid yang terdeteksi
D = jumlah grid yang ditentukan
Pengujian lapangan
Pengujian lapangan dilakukan dengan beberapa tahap yaitu:
1. Menyiapkan modifikasi protipe mesin sprayer yang telah dibuat dan diuji di
laboratorium.
2. Menginput hasil identifikasi serangan hama, dosis semprotan, dan urutan plot
semprotan pada mikrokontroler.
3. Melakukan pengujian penyemprotan berdasarkan input pada mikrokontroler.
Melakukan pengujian penyemprotan berdasarkan identifikasi serangan hama
dengan kode P1 (penyemprotan sedang dengan debit semprotan 8.3 ml/detik
per plot tanaman dengan intensitas serangan hama 1-10%), dan P2

19
(penyemprotan banyak dengan debit semprotan 10 ml/detik per plot tanaman
dengan intensitas serangan hama 11-20%). Menghitung kecepatan maju
operator pada saat penyemprotan dengan persamaan 4.
s
v=
(4)
t
Keterangan:
v = kecepatan (m/s)
s = jarak (m)
t = waktu (detik)
4. Melakukan pengujian lama penyemprotan berdasarkan waktu on solenoid valve
dan nilai PWM motor pompa sesuai dengan Mekanisme pengujian lapangan
pada Gambar 17. Menghitung persentase error debit serta lama semprotan pada
tanaman dengan persamaan 5.
Error =

P-R
×100%
P

Keterangan:
P = Perintah mikrokontroler (detik)
R = Nilai hasil pengukuran (detik)

Keterangan:
1. Sprayer
2. Bedengan
3. Baris tanaman (B1-B6)
4. Panjang plot (10 m)
5. Lebar plot (50 cm)
6. Plot tanaman (V = 200 ml)
7. Plot tanaman (V = 500 ml)
8. Jarak antara bedengan (40 cm)
9. Jarak tanaman (50 cm x 50 cm)
10. Tanaman

Gambar 17 Mekanisme pengujian lapangan.

5

20
HASIL DAN PEMBAHASAN
Prototipe sprayer elektrik
Hasil pembuatan prototipe sprayer elektrik dengan sistem kontrol terdiri
atas 4 bagian utama sprayer yaitu box kontrol digunakan untuk mengontrol sprayer,
yang didalamnya terdapat rangkaian mikrokontroler arduino mega 2560, draiver
motor L293D, sd card, lcd 16 x 2, potensiometer, dan led, dengan dimensi box yaitu
lebar 18 cm dan panjang 35 cm. Alat pengangkut sprayer menggunakan 3 roda
dengan dimensi rancangan yaitu lebar rangka 30 cm, panjang rangka 45 cm, tinggi
rangka sprayer 56 cm, dan panjang alat kendali 60 cm. Sprayer elektrik digunakan
sebagai penampung pestisida memiliki kapasitas tampungan 16 liter dengan motor
pompa dan power sprayer 12 volt. Dimensi sprayer yaitu lebar 30 cm, panjang 40
cm dan tinggi 56 cm. Lengan penyemprot terdiri atas 2 solenoid valve (kran
elektrik) dan 2 nozzel (tipe cone nozzle) dengan dimensi lengan penyemprot yaitu
panjang 20 cm dan tinggi 30 cm. hasil pembuatan prototipe sprayer dapat dilihat
pada Gambar 18.

(a)

(b)

(c)

(d)

Gambar 18 Prototipe sprayer yang dibuat: (a) motor pompa, (b) nozzel, (c) power
sprayer (aki), dan (d) solenoid valve.

21
Prototipe sprayer yang dibuat terdiri atas 2 kombinasi sistem kontrol yaitu
sistem kontrol motor pompa berdasarkan pengaturan kecepatan putaran motor
dengan sistem PWM dan sistem kontrol solenoid valve yang berdasarkan
pengaturan buka tutup katub solenoid atau disebut juga sistem on/off. Adapun
sistem deteksi tanaman dilakukan berdasarkan jarak sensor ultrasonik dengan
tanaman. Berdasarkan pengukuran volume semprotan diperoleh Kapasistas
semprotan prototipe sprayer yang dibuat sebesar 220 ml/menit atau sekitar 13.2
l/jam.
Uji kinerja dan kalibrasi sensor ultrasonic SR 04
Pengkalibrasian sensor ultrasonic SR 04 diperoleh hasil pembacaan yang
berbeda dari jarak yang sesungguhnya yaitu ( 10 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm,dan 50
cm) dengan rata-rata hasil pembacaan sensor yaitu (9 cm, 19 cm, 29 cm, 39 cm, dan
49 cm), dengan perbedaan pengukuran sebanyak 1 cm. adapun perbedaan
pengukuran jarak disebabkan oleh perubahan sudut sensor pada saat pengaplikasian
sehingga hasil pembacaan jarak sensor yang berdasarkan gelombang berbeda
dengan jarak yang sebenarnya. Perbedaan jarak hasil pengujian dengan jarak hasil
perhitungan dapat disebabkan oleh adanya noise pada saat pengujian (Prawiroredjo
dan Asteria 2013). Hal ini sesuai spesifikasi sensor ultrasonic SR 04 yang tercantum
dalam (data sheet ultrasonic SR 04) yaitu memiliki resolusi sebesar 1 cm.