PROPOSAL PENGAPLIKASIAN SISTEM TERTANAM INDONESIA
PROPOSAL PROGRAM KREATIVITAS
MAHASISWA
JUDUL PROGRAM
PENGAPLIKASIAN SISTEM TERTANAM DALAM
PERTANIAN HIDROPONIK
BIDANG KEGIATAN:
PKM PENERAPAN TEKNOLOGI
Diusulkan oleh:
11113003
11113077
13314023
14S15002
14S15035
Daniel Panjaitan
Ester Situmorang
Abednego Ginting
Hilman Situmorang
Christine Siregar
Tahun Angkatan 2013
Tahun Angkatan 2013
Tahun Angkatan 2014
Tahun Angkatan 2015
Tahun Angkatan 2015
INSTITUT TEKNOLOGI DEL
LAGUBOTI
2015
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI ........................................................................................................... 3
DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. 4
RINGKASAN ......................................................................................................... 5
BAB 1. PENDAHULUAN ..................................................................................... 6
1.1
Latar Belakang Masalah ........................................................................... 6
1.2
Identifikasi Masalah ................................................................................. 6
1.3
Batasan Masalah ....................................................................................... 6
1.4
Tujuan Kegiatan ....................................................................................... 7
1.5
Manfaat Kegiatan ..................................................................................... 7
1.6
Luaran Kegiatan ....................................................................................... 7
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................ 8
2.1
Landasan Teori ......................................................................................... 8
2.1.1 Pengertian Pertanian Hidroponik ............................................................ 8
2.1.2 Mikrokontroler Arduino ....................................................................... 10
2.1.3 Modul Wifi ESP8266............................................................................ 10
2.1.4 Panel Surya ........................................................................................... 11
2.1.5 Raspberry Pi .......................................................................................... 12
2.1.6 Sensor pH.............................................................................................. 12
2.1.7 Sensor Soil Moisture............................................................................. 13
2.1.8 Selenoid Valve ...................................................................................... 13
BAB 3. METODE PELAKSANAAN .................................................................. 14
3.1
Jenis dan Pendekatan Kegiatan .............................................................. 14
3.2
Konsep Pembangunan Sistem Tertanam dalam Pertanian Hidroponik .. 15
3.3
Waktu dan Tempat Kegiatan .................................................................. 16
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 17
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Budidaya Sayur Hidroponik ................................................................... 9
Gambar 2 Arduino Board ...................................................................................... 10
Gambar 3 Board Modul ESP8266......................................................................... 10
Gambar 4 Panel Surya ........................................................................................... 11
Gambar 5 Li Ion Battery charging board .............................................................. 11
Gambar 6 Raspberry Pi ......................................................................................... 12
Gambar 7 Sensor pH ............................................................................................. 13
Gambar 8 Sensor Soil Moisture ............................................................................ 13
Gambar 9 Selenoid Valve ..................................................................................... 14
Gambar 10 Model Pendekatan Sistem .................................................................. 15
Gambar 11 Konsep Kerja Sistem .......................................................................... 16
RINGKASAN
Pada era sekarang ini, pertumbuhan pertanian Indonesia berkembang sangat pesat.
Hal ini didukung oleh pengembangan potensi pertanian yang sekarang ini telah
mengarah kearah otomatisasi penggunaan komponen. Hal yang sama terjadi
dalam pertanian dengan sistem hidroponik, yang memberdayakan air sebagai
media untuk bercocok-tanam. Pada pola pertanian ini, proses kontrol air, pH, dan
nutrisi tanaman masih dilakukan secara tradisional dengan proses pemeriksaan
dan penanganan secara manual. Oleh karena itu dibutuhkan sebuah inovasi
pertanian yang berdasar pada penggunaan sistem yang dapat bekerja sendiri tanpa
adanya campur tangan dari manusia, sehingga pola pertanian secara hidroponik ini
dapat dilakukan dengan lebih presisi dan menghasilkan produk yang berkualitas
tinggi. Diharapkan dalam sistem ini, proses manajemen air, pH, dan nutrisi
tanaman akan dilakukan secara otomatis dengan menggunakan sistem tertanam
yang menggunakan mikrokontroller arduino . Hasil yang didapat dari sistem ini
adalah antara lain monitoring dan kontrol pH secara otomatis, waktu pemberian
nutrisi dan waktu pembuangan air secara otomatis sesuai dengan yang dibutuhkan
oleh tanaman, sehingga nantinya sistem ini dapat memberikan hasil dan kualitas
yang baik pada tanaman hidroponik tanpa harus dilakukan secara manual.
BAB 1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Pertanian dengan pola tanam hidroponik merupakan pola pertanian yang sanagat
berkemungkinan untuk berkembang pada era sekarang ini.Hal ini didasari karena
semakin menyempitnya lahan pertanian konvensional yang dapat digunakan
petani tradisional. Perkembangan ini secara tidak langsung menumbuhkan
banayak masalah yang berdampak dalam kehidupan manusia. Hal ini dikarenakan
pada dasarnya, pola pertanian secara hidroponik harus menggunkan kwantitas air
yang besar yang dapat merugikan jika tidak dimanajemen sedemikian rupa. Dan
pada dasarnya, pengembangan pola pertanian hidroponik ini masih memiliki
beberapa halangan, dikarenakan proses manajeman komponen yang dibutuhkakan
di dalamnya (air,pH,nutrisi) masih harus dilakukan secara tradisional.
Permasalahan diatas dapat diatasi dengan pengaplikasian Sistem Tertanam pada
pertanian Hidroponik ini. Hal ini dilakukan agar penggunaan air, penanganna pH
dan penaganan nutrisi dapat dilakukan secara otomatis dan lebih presisi. Dalam
pengaplikasiannya, Sistem tertanam untuk pertanian hidroponik ini akan
menggunakan Arduino Uno R3, Modul Wireless Arduino (ESP8266), Raspberry
Pi 2, Selenoid Valve, Automatic Motor, dan Panel Surya. Komponen-komponen
kecil tersebut dapat dibungkus dalam sebuah kotak kecil sehingga lebih mudah
dalam penggunaanya.
1.2 Identifikasi Masalah
Masalah yang diidentifikasi sehingga dilaksanakan kegiatan ini adalah :
a. Kerumitan dalam melakukan penanganan air, pH ,dan nutrisi tanaman.
b. Kebutuhan biaya dalam alat dan jasa untuk melakuakn penangannan pada
tanaman.
c. Membutuhkan waktu penanganan yang lama dalam melakukan pertanian
hidroponik karena dilakukan secara manual.
1.3 Batasan Masalah
Batasan masalah yang perlu diperhatikan dalam pelaksanaan kegiatan ini adalah :
a. Penanganan penggunaan air dalam pertanian hidroponik seharusnya
didasari oleh kadar O2 , dan pH dalam air.
b. Kegiatan ini akan menggunakan sensor O2, sensor pH, Selenoid Valve s
dan motor ebagai aktuator dalam lahan pertanian.
c. Perangkat Raspberry Phi 2 akan digunakan sebagai sebuah server yang
akan melakukan decission making yang akan dikirimkan kepada user
ataupun ke Aktuator.
1.4 Tujuan Kegiatan
Adapun tujuan dari kegiatan ini dilaksanakan adalah :
a. Menciptakan sebuah sistem terintegrasi dengan menggunakan Sistem
Tertanam yang dapat digunakan secara langsung dalam pertanian
Hidroponik
b. Memberikan solusi pada penanganan air, pH dan nutrisi tanaman
hidroponik.
c. Memberikan solusi pertanian secara terinttegrasi untuk mengoptimalkan
hasil pertanian.
1.5 Manfaat Kegiatan
Manfaat yang diperoleh dari hasil pelaksanaan kegiatan ini adalah :
a. Petani akan lebh mudah melakukan penanganan air, pH dan nutrisi pada
pertanian secara hidroponik, sehingga kualitas tanaman dapat dijaga.
b. Biaya akan relatif lebih sedikit dan hemat waktu dikarenakan sistem ini
dapat digunakan secara terus menerus dengan perawatan yang relatif
murah.
1.6 Luaran Kegiatan
Adapun luaran yang diharapkan melalui kegiatan ini adalah sebagai berikut :
a. Terciptanya sebuah prototype yang nantinya dapat digunakan dalam
pertanian hidroponik.
b. Aplikasi web monitoring keadaan lahan pertanian hidroponik.
c. Dokumentasi selama pengerjaan hingga mencapai hasil yang diharapkan.
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Landasan Teori
Pada bagian Landasan teori ini, akan dipaparkan menegenai Pertanian secara
Hidroponik, dan komponen - komponen utama maupun tambahan dalam
pembangunan sistem tertanam untuk pertanian hidroponik.
2.1.1 Pengertian Pertanian Hidroponik
Dalam kajian bahasa, hidroponik berasal dari kata hydro yang berarti air dan
ponos yang berarti kerja. Jadi, hidroponik memiliki pengertian secara bebas teknik
bercocok tanam dengan menekankan pada pemenuhan kebutuhan nutrisi bagi
tanaman, atau dalam pengertian sehari-hari bercocok tanam tanpa tanah. Dari
pengertian ini terlihat bahwa munculnya teknik bertanam secara hidroponik
diawali oleh semakin tingginya perhatian manusia akan pentingnya kebutuhan
pupuk bagi tanaman.
Di mana pun tumbuhnya sebuah tanaman akan tetap dapat tumbuh dengan baik
apabila nutrisi (unsur hara) yang dibutuhkan selalu tercukupi. Dalam konteks ini
fungsi dari tanah adalah untuk penyangga tanaman dan air yang ada merupakan
pelarut nutrisi, untuk kemudian bisa diserap tanaman. Pola pikir inilah yang
akhirnya melahirkan teknik bertanam dengan hidroponik, di mana yang
ditekankan adalah pemenuhan kebutuhan nutrisi.
Pada era modern ini, pertanian secara hidroponik dibagi dala beberapa metode
yaitu sebagai berikut ,
Static solution culture (kultur air statis)
Continuous-flow solution culture
Aeroponics
Passive sub-irrigation
Ebb and flow atau flood and drain sub-irrigation
Run to waste
Deep water culture
Bubbleponics
Bioponic
Dalam pertanian hidroponik ini terdapat beberapa keuntungan, yaitu sebagai
berikut,
Tidak membutuhkan tanah
Air akan terus bersirkulasi di dalam sistem dan bisa digunakan untuk
keperluan lain, misal disirkulasikan ke akuarium
Mudah dalam pengendalian nutrisi sehingga pemberian nutrisi bisa lebih
efisien
Relatif tidak menghasilkan polusi nutrisi ke lingkungan
Memberikan hasil yang lebih banyak
Mudah dalam memanen hasil
Steril dan bersih
Bebas dari tumbuhan pengganggu
Media tanam dapat dilakukan selama bertahun-tahun
Bebas dari tumbuhan pengganggu/gulma
Tanaman tumbuh lebih cepat
Contoh pertanian dengan menggunakan pola hidroponik dapat dilihat pada
Gambar 1 Budidaya Sayur Hidroponikdi bawah ini ,
Gambar 1 Budidaya Sayur Hidroponik
2.1.2 Mikrokontroler Arduino
Arduino adalah pengendali mikro single-board yang bersifat open-source,
diturunkan dari wiring platform, dirancang untuk memudahkan penggunaan
elektronik dalam berbagai bidang. Hardware-nya memiliki prosesor Atmel AVR
dan software-nya memiliki bahasa pemrograman sendiri. Board mikrokontroler
arduino dapat dilihat pada Gambar 2 Arduino Board.
Gambar 2 Arduino Board
2.1.3 Modul Wifi ESP8266
ESP8266 adalah modul WiFi compatible Arduino memungkinkan papan Arduino
untuk terhubung ke jaringan menggunakan 802.11 spesifikasi nirkabel (WiFi).
Perangkat ini mampu menghubungkan arduino dengan jaringan karena sudah
dilengkapi dengan sistem Wireless LAN 802.11b / g didalamnya. Shield ini
mendukung protokol jaringan TCP(Transmission Control Protocol) dan
UDP(User Datagram Protocol). Modul wifi ini sudah dilengkapi dengan library
yang compatible dengan arduino sehingga lebih mudah dalam penggunaannya
dengan arduino. Perangkat modul wifi ESP8622 dapat dilihat pada Gambar 3
Board Modul ESP8266.
Gambar 3 Board Modul ESP8266
2.1.4 Panel Surya
Panel surya adalah alat yang terdiri dari sel surya yang mengubah cahaya menjadi
listrik. Disebut surya atau matahari atau "sol" karena matahari merupakan sumber
cahaya terkuat yang dapat dimanfaatkan. Panel surya sering kali disebut sel
photovoltaic, photovoltaic dapat diartikan sebagai "cahaya-listrik". Sel surya atau
sel PV bergantung pada efek photovoltaic untuk menyerap energi matahari dan
menyebabkan arus mengalir antara dua lapisan bermuatan yang berlawanan.
Perangkat panel surya yang akan digunakan pada kegiatan ini adalah panel surya
mini 1.6W 5.5V 266mA. Panel surya ini mampu mengisi 4 baterai kapasitas 1.2 V
sehingga total kapasitas yang diisi 4 x 1.2=2.4 V. Proses pengisian baterai harus
dihentikan jika kapasitas baterai sudah penuh. Hal ini bertujuan untuk menjaga
baterai tidak rusak. Sehingga diperlukan perangkat tambahan sebagai indikator
pengisian baterai. Perangkat yang cocok menempati fungsi indikator pengisian
baterai adalah Li Ion Battery charging board. Perangkat panel surya dapat dilihat
pada Gambar 4 Panel Surya dan Li Ion Battery charging board dapat dilihat pada
Gambar 5 Li Ion Battery charging board dibawah ini.
Gambar 4 Panel Surya
Gambar 5 Li Ion Battery charging board
2.1.5 Raspberry Pi
Raspberry Pi bersifat open source (berbasis Linux), Raspberry Pi bisa
dimodifikasi sesuai kebutuhan penggunanya. Sistem operasi utama Raspberry Pi
menggunakan Debian GNU/Linux dan bahasa pemrograman Python. Salah satu
pengembang OS untuk Raspberry Pi telah meluncurkan sistem operasi yang
dinamai Raspbian, Raspbian diklaim mampu memaksimalkan perangkat
Raspberry Pi. Sistem operasi tersebut dibuat berbasis Debian yang merupakan
salah satu distribusi Linux OS. Bentuk Raspberry Pi dapat dilihat Gambar 6
Raspberry Pi.
Gambar 6 Raspberry Pi
2.1.6 Sensor pH
Sensor pH merupakan elektroda gelas yang terdiri dari gelembung gelas yang
sensitif pH pada ujungnya, Sensor ini berisi larutan klorida dan elektroda.
Sensor pH merupakan sebuah pH meter analog, yang dirancang khusus untuk
kontroler Arduino dan memiliki built-in yang sederhana, koneksi yang mudah
dan fitur yang praktis. Memiliki LED yang bekerja sebagai indikator power, BNC
konektor dan PH2.0 antarmuka sensor. Untuk menggunakannya, cukup
menghubungkan sensor pH dengan konektor BNC, dan pasang antarmuka
PH2.0 ke port input analog dari controller Arduino.
Gambar 7 Sensor pH
2.1.7 Sensor Soil Moisture
Sensor soil moisture adalah 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 resistensi
untuk mendapatkan tingkat kelembaban. Lebih banyak air dalam tanah akan
membuat tanah lebih mudah menghantarkan listrik, sedangkan tanah kering
akan mempersulit untuk menghantarkan listrik (nilai resistensi kurang). Sensor
soil moisture dapat dilihat pada Gambar 8 Sensor Soil Moisture berikut.
Gambar 8 Sensor Soil Moisture
2.1.8 Selenoid Valve
Solenoid valve merupakan katup yang dikendalikan dengan arus listrik baik AC
maupun DC melalui kumparan / selenoida. Solenoid valve ini merupakan elemen
kontrol yang paling sering digunakan dalam sistem fluida. Seperti pada sistem
pneumatik, sistem hidrolik ataupun pada sistem kontrol mesin yang membutuhkan
elemen kontrol otomatis. Selenoid Valve akan digunakan sebagai pengendali
pompa air melalui arahan dari mikrokontroller Arduino. Bentuk selenoid valve
dapat dilihat pada Gambar 9 berikut.
Gambar 9 Selenoid Valve
BAB 3. METODE PELAKSANAAN
Pada Bab Metode Pelaksanaan ini akan dibahas bagaimana pengaplikasian Sistem
tertanam pada pertanian pola hidroponik akan dibangun, konsep yang digunakan
dalam pembangunan sistem, pendekatan kegiatan yang digunakan sebagai dasar
pembagunan sistem, skema kerja dari sistem tertanam serta waktu dan tempat
kegiatan akan dilaksanakan.
3.1 Jenis dan Pendekatan Kegiatan
Dalam Pengaplikasian Sistem Tertanam pada pola pertanian hidroponik ini,
pendekata yang dilakukan berdasar pada pemberian notifikasi hasil monitoring
dan aktuasi secara langsung oleh sistem.
Sistem akan terbagi pada empat bagian besar. Bagian pertama akan menangani
masalah sensing kondisi lahan pertanian hidroponik. Bagian kedua akan menagani
masalah decision making dari data hasil sensing yang telah diterima dari bagian
pertama. Pada bagian ini akan digunakan mikrokontroller Arduino yang akan
mengontrol kerja dari 3 bagian lainnya. Bagian ketiga akan bekerja sebagai server,
yang akan menampilkan data hasil monitoring dari data yang akan dikirimkan
oleh mikrokontroller. Bagian ini akan bertindak sebagai fasilitator bagi pihak
terkait agar dapat secara langsung memantau data hasil monitoring dari sensor.
Bagian keempat akan melakukan aktuasi secara langsung pada lahan hidroponik.
Aktuasi ini berdasar pada hasil decision making yang dilakukan oleh
mikrokontroller Arduino. Aktuasi ini berupa penggantian air secara otomatis
dikarenakan kadar oksigen yang berkurang, penambahan pH pada air dan
pemberian nutrisi secara otomatis melalui air. Model pendekatan kegiatan dapat
dilihat pada Gambar 10 Model Pendekatan Sistem di bawah ini.
Gambar 10 Model Pendekatan Sistem
3.2 Konsep Pembangunan Sistem Tertanam dalam Pertanian Hidroponik
Konsep pembangunan Sistem Tertanam dalam Pertanian Hidroponik ini didasari
pada pembagian sistem yang dijelaskan pada bab sebelumnya. Pada Sistem ini
setiap bagian akan bekerja saling interdependent, dimana setiap bagian akan
saling bekerja secara pararel akan tetapi akan saling berketergantungan
dikarenakan aliran data yang terjadi pada setiap bagian sistem. Dalam sistem ini,
Mikrokontroller Arduino akan melakukan setup komponen komponen lainnya
sehingga bagian bagian tersebut akan bekerja dengan ketentuan masing masing.
Setelah bekerja, bagian sensor akan melakukan sensing secara realtime pada lahan
dan memberikan data hasil ke mikrokontroller. Mikrokontroller selanjutnya akan
memproses data tersebut, setelah diproses, data akan dikirimkan ke server untuk
di log dan ditampilkan ke pihak terkait melalui aplikasi berbasis web. Pada saat
yang sama Mikrokontroller akan mengirimkan data tersebut ke actuator sehingga
actuator dapat secara langsung melakukan aktuasi pda kondisi lahan , mulai dari
penggantian air dan penyesuaian pH secara otomatis. Konsep kerja sistem
tertanam tersebut dapat dilihat pada gambar di bawahError! Reference source
not found..
Gambar 11 Konsep Kerja Sistem
3.3 Waktu dan Tempat Kegiatan
Kegiatan ini akan dilakukan pada lahan pertanian hidroponik yang berada di Desa
Pangururan Kabupaten Samosir. Selanjutnya, kegiatan ini akan dilaksanakan
mulai bulan Januari 2016 sampai Mei 2016 dengan waktu kerja selama 120 hari
aktif kerja.
DAFTAR PUSTAKA
Deba168,”Solar Panel Arduino Weather Station”,
http://www.instructables.com/id/SOLAR-POWERED-ARDUINO-WEATHERSTATION/. Diakses pada tanggal 11 Agustus 2015
Oktofani,Yusuf.(2013). Sistem Pengendalian Suhu Dan Kelembaban Berbasis
Wireless Embedded Sistem. Brawijaya.
Sulistia,Andi.(2011). Arduino Uno Sebagai Sistem Kendali Dan Monitoring
Pengaturan Air Pada Tanaman Produksi. Kudus.
Marsela,Tracy.(2012). Sistem Kendali Intensitas Cahaya Rumah Kaca Cerdas
pada Budidaya Bunga Krisan Brawijaya.
Wikipedia, “Arduino”, https://id.wikipedia.org/wiki/Arduino. Diakses pada
tanggal 10 Agustus 2015
MAHASISWA
JUDUL PROGRAM
PENGAPLIKASIAN SISTEM TERTANAM DALAM
PERTANIAN HIDROPONIK
BIDANG KEGIATAN:
PKM PENERAPAN TEKNOLOGI
Diusulkan oleh:
11113003
11113077
13314023
14S15002
14S15035
Daniel Panjaitan
Ester Situmorang
Abednego Ginting
Hilman Situmorang
Christine Siregar
Tahun Angkatan 2013
Tahun Angkatan 2013
Tahun Angkatan 2014
Tahun Angkatan 2015
Tahun Angkatan 2015
INSTITUT TEKNOLOGI DEL
LAGUBOTI
2015
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI ........................................................................................................... 3
DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. 4
RINGKASAN ......................................................................................................... 5
BAB 1. PENDAHULUAN ..................................................................................... 6
1.1
Latar Belakang Masalah ........................................................................... 6
1.2
Identifikasi Masalah ................................................................................. 6
1.3
Batasan Masalah ....................................................................................... 6
1.4
Tujuan Kegiatan ....................................................................................... 7
1.5
Manfaat Kegiatan ..................................................................................... 7
1.6
Luaran Kegiatan ....................................................................................... 7
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................ 8
2.1
Landasan Teori ......................................................................................... 8
2.1.1 Pengertian Pertanian Hidroponik ............................................................ 8
2.1.2 Mikrokontroler Arduino ....................................................................... 10
2.1.3 Modul Wifi ESP8266............................................................................ 10
2.1.4 Panel Surya ........................................................................................... 11
2.1.5 Raspberry Pi .......................................................................................... 12
2.1.6 Sensor pH.............................................................................................. 12
2.1.7 Sensor Soil Moisture............................................................................. 13
2.1.8 Selenoid Valve ...................................................................................... 13
BAB 3. METODE PELAKSANAAN .................................................................. 14
3.1
Jenis dan Pendekatan Kegiatan .............................................................. 14
3.2
Konsep Pembangunan Sistem Tertanam dalam Pertanian Hidroponik .. 15
3.3
Waktu dan Tempat Kegiatan .................................................................. 16
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 17
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Budidaya Sayur Hidroponik ................................................................... 9
Gambar 2 Arduino Board ...................................................................................... 10
Gambar 3 Board Modul ESP8266......................................................................... 10
Gambar 4 Panel Surya ........................................................................................... 11
Gambar 5 Li Ion Battery charging board .............................................................. 11
Gambar 6 Raspberry Pi ......................................................................................... 12
Gambar 7 Sensor pH ............................................................................................. 13
Gambar 8 Sensor Soil Moisture ............................................................................ 13
Gambar 9 Selenoid Valve ..................................................................................... 14
Gambar 10 Model Pendekatan Sistem .................................................................. 15
Gambar 11 Konsep Kerja Sistem .......................................................................... 16
RINGKASAN
Pada era sekarang ini, pertumbuhan pertanian Indonesia berkembang sangat pesat.
Hal ini didukung oleh pengembangan potensi pertanian yang sekarang ini telah
mengarah kearah otomatisasi penggunaan komponen. Hal yang sama terjadi
dalam pertanian dengan sistem hidroponik, yang memberdayakan air sebagai
media untuk bercocok-tanam. Pada pola pertanian ini, proses kontrol air, pH, dan
nutrisi tanaman masih dilakukan secara tradisional dengan proses pemeriksaan
dan penanganan secara manual. Oleh karena itu dibutuhkan sebuah inovasi
pertanian yang berdasar pada penggunaan sistem yang dapat bekerja sendiri tanpa
adanya campur tangan dari manusia, sehingga pola pertanian secara hidroponik ini
dapat dilakukan dengan lebih presisi dan menghasilkan produk yang berkualitas
tinggi. Diharapkan dalam sistem ini, proses manajemen air, pH, dan nutrisi
tanaman akan dilakukan secara otomatis dengan menggunakan sistem tertanam
yang menggunakan mikrokontroller arduino . Hasil yang didapat dari sistem ini
adalah antara lain monitoring dan kontrol pH secara otomatis, waktu pemberian
nutrisi dan waktu pembuangan air secara otomatis sesuai dengan yang dibutuhkan
oleh tanaman, sehingga nantinya sistem ini dapat memberikan hasil dan kualitas
yang baik pada tanaman hidroponik tanpa harus dilakukan secara manual.
BAB 1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Pertanian dengan pola tanam hidroponik merupakan pola pertanian yang sanagat
berkemungkinan untuk berkembang pada era sekarang ini.Hal ini didasari karena
semakin menyempitnya lahan pertanian konvensional yang dapat digunakan
petani tradisional. Perkembangan ini secara tidak langsung menumbuhkan
banayak masalah yang berdampak dalam kehidupan manusia. Hal ini dikarenakan
pada dasarnya, pola pertanian secara hidroponik harus menggunkan kwantitas air
yang besar yang dapat merugikan jika tidak dimanajemen sedemikian rupa. Dan
pada dasarnya, pengembangan pola pertanian hidroponik ini masih memiliki
beberapa halangan, dikarenakan proses manajeman komponen yang dibutuhkakan
di dalamnya (air,pH,nutrisi) masih harus dilakukan secara tradisional.
Permasalahan diatas dapat diatasi dengan pengaplikasian Sistem Tertanam pada
pertanian Hidroponik ini. Hal ini dilakukan agar penggunaan air, penanganna pH
dan penaganan nutrisi dapat dilakukan secara otomatis dan lebih presisi. Dalam
pengaplikasiannya, Sistem tertanam untuk pertanian hidroponik ini akan
menggunakan Arduino Uno R3, Modul Wireless Arduino (ESP8266), Raspberry
Pi 2, Selenoid Valve, Automatic Motor, dan Panel Surya. Komponen-komponen
kecil tersebut dapat dibungkus dalam sebuah kotak kecil sehingga lebih mudah
dalam penggunaanya.
1.2 Identifikasi Masalah
Masalah yang diidentifikasi sehingga dilaksanakan kegiatan ini adalah :
a. Kerumitan dalam melakukan penanganan air, pH ,dan nutrisi tanaman.
b. Kebutuhan biaya dalam alat dan jasa untuk melakuakn penangannan pada
tanaman.
c. Membutuhkan waktu penanganan yang lama dalam melakukan pertanian
hidroponik karena dilakukan secara manual.
1.3 Batasan Masalah
Batasan masalah yang perlu diperhatikan dalam pelaksanaan kegiatan ini adalah :
a. Penanganan penggunaan air dalam pertanian hidroponik seharusnya
didasari oleh kadar O2 , dan pH dalam air.
b. Kegiatan ini akan menggunakan sensor O2, sensor pH, Selenoid Valve s
dan motor ebagai aktuator dalam lahan pertanian.
c. Perangkat Raspberry Phi 2 akan digunakan sebagai sebuah server yang
akan melakukan decission making yang akan dikirimkan kepada user
ataupun ke Aktuator.
1.4 Tujuan Kegiatan
Adapun tujuan dari kegiatan ini dilaksanakan adalah :
a. Menciptakan sebuah sistem terintegrasi dengan menggunakan Sistem
Tertanam yang dapat digunakan secara langsung dalam pertanian
Hidroponik
b. Memberikan solusi pada penanganan air, pH dan nutrisi tanaman
hidroponik.
c. Memberikan solusi pertanian secara terinttegrasi untuk mengoptimalkan
hasil pertanian.
1.5 Manfaat Kegiatan
Manfaat yang diperoleh dari hasil pelaksanaan kegiatan ini adalah :
a. Petani akan lebh mudah melakukan penanganan air, pH dan nutrisi pada
pertanian secara hidroponik, sehingga kualitas tanaman dapat dijaga.
b. Biaya akan relatif lebih sedikit dan hemat waktu dikarenakan sistem ini
dapat digunakan secara terus menerus dengan perawatan yang relatif
murah.
1.6 Luaran Kegiatan
Adapun luaran yang diharapkan melalui kegiatan ini adalah sebagai berikut :
a. Terciptanya sebuah prototype yang nantinya dapat digunakan dalam
pertanian hidroponik.
b. Aplikasi web monitoring keadaan lahan pertanian hidroponik.
c. Dokumentasi selama pengerjaan hingga mencapai hasil yang diharapkan.
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Landasan Teori
Pada bagian Landasan teori ini, akan dipaparkan menegenai Pertanian secara
Hidroponik, dan komponen - komponen utama maupun tambahan dalam
pembangunan sistem tertanam untuk pertanian hidroponik.
2.1.1 Pengertian Pertanian Hidroponik
Dalam kajian bahasa, hidroponik berasal dari kata hydro yang berarti air dan
ponos yang berarti kerja. Jadi, hidroponik memiliki pengertian secara bebas teknik
bercocok tanam dengan menekankan pada pemenuhan kebutuhan nutrisi bagi
tanaman, atau dalam pengertian sehari-hari bercocok tanam tanpa tanah. Dari
pengertian ini terlihat bahwa munculnya teknik bertanam secara hidroponik
diawali oleh semakin tingginya perhatian manusia akan pentingnya kebutuhan
pupuk bagi tanaman.
Di mana pun tumbuhnya sebuah tanaman akan tetap dapat tumbuh dengan baik
apabila nutrisi (unsur hara) yang dibutuhkan selalu tercukupi. Dalam konteks ini
fungsi dari tanah adalah untuk penyangga tanaman dan air yang ada merupakan
pelarut nutrisi, untuk kemudian bisa diserap tanaman. Pola pikir inilah yang
akhirnya melahirkan teknik bertanam dengan hidroponik, di mana yang
ditekankan adalah pemenuhan kebutuhan nutrisi.
Pada era modern ini, pertanian secara hidroponik dibagi dala beberapa metode
yaitu sebagai berikut ,
Static solution culture (kultur air statis)
Continuous-flow solution culture
Aeroponics
Passive sub-irrigation
Ebb and flow atau flood and drain sub-irrigation
Run to waste
Deep water culture
Bubbleponics
Bioponic
Dalam pertanian hidroponik ini terdapat beberapa keuntungan, yaitu sebagai
berikut,
Tidak membutuhkan tanah
Air akan terus bersirkulasi di dalam sistem dan bisa digunakan untuk
keperluan lain, misal disirkulasikan ke akuarium
Mudah dalam pengendalian nutrisi sehingga pemberian nutrisi bisa lebih
efisien
Relatif tidak menghasilkan polusi nutrisi ke lingkungan
Memberikan hasil yang lebih banyak
Mudah dalam memanen hasil
Steril dan bersih
Bebas dari tumbuhan pengganggu
Media tanam dapat dilakukan selama bertahun-tahun
Bebas dari tumbuhan pengganggu/gulma
Tanaman tumbuh lebih cepat
Contoh pertanian dengan menggunakan pola hidroponik dapat dilihat pada
Gambar 1 Budidaya Sayur Hidroponikdi bawah ini ,
Gambar 1 Budidaya Sayur Hidroponik
2.1.2 Mikrokontroler Arduino
Arduino adalah pengendali mikro single-board yang bersifat open-source,
diturunkan dari wiring platform, dirancang untuk memudahkan penggunaan
elektronik dalam berbagai bidang. Hardware-nya memiliki prosesor Atmel AVR
dan software-nya memiliki bahasa pemrograman sendiri. Board mikrokontroler
arduino dapat dilihat pada Gambar 2 Arduino Board.
Gambar 2 Arduino Board
2.1.3 Modul Wifi ESP8266
ESP8266 adalah modul WiFi compatible Arduino memungkinkan papan Arduino
untuk terhubung ke jaringan menggunakan 802.11 spesifikasi nirkabel (WiFi).
Perangkat ini mampu menghubungkan arduino dengan jaringan karena sudah
dilengkapi dengan sistem Wireless LAN 802.11b / g didalamnya. Shield ini
mendukung protokol jaringan TCP(Transmission Control Protocol) dan
UDP(User Datagram Protocol). Modul wifi ini sudah dilengkapi dengan library
yang compatible dengan arduino sehingga lebih mudah dalam penggunaannya
dengan arduino. Perangkat modul wifi ESP8622 dapat dilihat pada Gambar 3
Board Modul ESP8266.
Gambar 3 Board Modul ESP8266
2.1.4 Panel Surya
Panel surya adalah alat yang terdiri dari sel surya yang mengubah cahaya menjadi
listrik. Disebut surya atau matahari atau "sol" karena matahari merupakan sumber
cahaya terkuat yang dapat dimanfaatkan. Panel surya sering kali disebut sel
photovoltaic, photovoltaic dapat diartikan sebagai "cahaya-listrik". Sel surya atau
sel PV bergantung pada efek photovoltaic untuk menyerap energi matahari dan
menyebabkan arus mengalir antara dua lapisan bermuatan yang berlawanan.
Perangkat panel surya yang akan digunakan pada kegiatan ini adalah panel surya
mini 1.6W 5.5V 266mA. Panel surya ini mampu mengisi 4 baterai kapasitas 1.2 V
sehingga total kapasitas yang diisi 4 x 1.2=2.4 V. Proses pengisian baterai harus
dihentikan jika kapasitas baterai sudah penuh. Hal ini bertujuan untuk menjaga
baterai tidak rusak. Sehingga diperlukan perangkat tambahan sebagai indikator
pengisian baterai. Perangkat yang cocok menempati fungsi indikator pengisian
baterai adalah Li Ion Battery charging board. Perangkat panel surya dapat dilihat
pada Gambar 4 Panel Surya dan Li Ion Battery charging board dapat dilihat pada
Gambar 5 Li Ion Battery charging board dibawah ini.
Gambar 4 Panel Surya
Gambar 5 Li Ion Battery charging board
2.1.5 Raspberry Pi
Raspberry Pi bersifat open source (berbasis Linux), Raspberry Pi bisa
dimodifikasi sesuai kebutuhan penggunanya. Sistem operasi utama Raspberry Pi
menggunakan Debian GNU/Linux dan bahasa pemrograman Python. Salah satu
pengembang OS untuk Raspberry Pi telah meluncurkan sistem operasi yang
dinamai Raspbian, Raspbian diklaim mampu memaksimalkan perangkat
Raspberry Pi. Sistem operasi tersebut dibuat berbasis Debian yang merupakan
salah satu distribusi Linux OS. Bentuk Raspberry Pi dapat dilihat Gambar 6
Raspberry Pi.
Gambar 6 Raspberry Pi
2.1.6 Sensor pH
Sensor pH merupakan elektroda gelas yang terdiri dari gelembung gelas yang
sensitif pH pada ujungnya, Sensor ini berisi larutan klorida dan elektroda.
Sensor pH merupakan sebuah pH meter analog, yang dirancang khusus untuk
kontroler Arduino dan memiliki built-in yang sederhana, koneksi yang mudah
dan fitur yang praktis. Memiliki LED yang bekerja sebagai indikator power, BNC
konektor dan PH2.0 antarmuka sensor. Untuk menggunakannya, cukup
menghubungkan sensor pH dengan konektor BNC, dan pasang antarmuka
PH2.0 ke port input analog dari controller Arduino.
Gambar 7 Sensor pH
2.1.7 Sensor Soil Moisture
Sensor soil moisture adalah 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 resistensi
untuk mendapatkan tingkat kelembaban. Lebih banyak air dalam tanah akan
membuat tanah lebih mudah menghantarkan listrik, sedangkan tanah kering
akan mempersulit untuk menghantarkan listrik (nilai resistensi kurang). Sensor
soil moisture dapat dilihat pada Gambar 8 Sensor Soil Moisture berikut.
Gambar 8 Sensor Soil Moisture
2.1.8 Selenoid Valve
Solenoid valve merupakan katup yang dikendalikan dengan arus listrik baik AC
maupun DC melalui kumparan / selenoida. Solenoid valve ini merupakan elemen
kontrol yang paling sering digunakan dalam sistem fluida. Seperti pada sistem
pneumatik, sistem hidrolik ataupun pada sistem kontrol mesin yang membutuhkan
elemen kontrol otomatis. Selenoid Valve akan digunakan sebagai pengendali
pompa air melalui arahan dari mikrokontroller Arduino. Bentuk selenoid valve
dapat dilihat pada Gambar 9 berikut.
Gambar 9 Selenoid Valve
BAB 3. METODE PELAKSANAAN
Pada Bab Metode Pelaksanaan ini akan dibahas bagaimana pengaplikasian Sistem
tertanam pada pertanian pola hidroponik akan dibangun, konsep yang digunakan
dalam pembangunan sistem, pendekatan kegiatan yang digunakan sebagai dasar
pembagunan sistem, skema kerja dari sistem tertanam serta waktu dan tempat
kegiatan akan dilaksanakan.
3.1 Jenis dan Pendekatan Kegiatan
Dalam Pengaplikasian Sistem Tertanam pada pola pertanian hidroponik ini,
pendekata yang dilakukan berdasar pada pemberian notifikasi hasil monitoring
dan aktuasi secara langsung oleh sistem.
Sistem akan terbagi pada empat bagian besar. Bagian pertama akan menangani
masalah sensing kondisi lahan pertanian hidroponik. Bagian kedua akan menagani
masalah decision making dari data hasil sensing yang telah diterima dari bagian
pertama. Pada bagian ini akan digunakan mikrokontroller Arduino yang akan
mengontrol kerja dari 3 bagian lainnya. Bagian ketiga akan bekerja sebagai server,
yang akan menampilkan data hasil monitoring dari data yang akan dikirimkan
oleh mikrokontroller. Bagian ini akan bertindak sebagai fasilitator bagi pihak
terkait agar dapat secara langsung memantau data hasil monitoring dari sensor.
Bagian keempat akan melakukan aktuasi secara langsung pada lahan hidroponik.
Aktuasi ini berdasar pada hasil decision making yang dilakukan oleh
mikrokontroller Arduino. Aktuasi ini berupa penggantian air secara otomatis
dikarenakan kadar oksigen yang berkurang, penambahan pH pada air dan
pemberian nutrisi secara otomatis melalui air. Model pendekatan kegiatan dapat
dilihat pada Gambar 10 Model Pendekatan Sistem di bawah ini.
Gambar 10 Model Pendekatan Sistem
3.2 Konsep Pembangunan Sistem Tertanam dalam Pertanian Hidroponik
Konsep pembangunan Sistem Tertanam dalam Pertanian Hidroponik ini didasari
pada pembagian sistem yang dijelaskan pada bab sebelumnya. Pada Sistem ini
setiap bagian akan bekerja saling interdependent, dimana setiap bagian akan
saling bekerja secara pararel akan tetapi akan saling berketergantungan
dikarenakan aliran data yang terjadi pada setiap bagian sistem. Dalam sistem ini,
Mikrokontroller Arduino akan melakukan setup komponen komponen lainnya
sehingga bagian bagian tersebut akan bekerja dengan ketentuan masing masing.
Setelah bekerja, bagian sensor akan melakukan sensing secara realtime pada lahan
dan memberikan data hasil ke mikrokontroller. Mikrokontroller selanjutnya akan
memproses data tersebut, setelah diproses, data akan dikirimkan ke server untuk
di log dan ditampilkan ke pihak terkait melalui aplikasi berbasis web. Pada saat
yang sama Mikrokontroller akan mengirimkan data tersebut ke actuator sehingga
actuator dapat secara langsung melakukan aktuasi pda kondisi lahan , mulai dari
penggantian air dan penyesuaian pH secara otomatis. Konsep kerja sistem
tertanam tersebut dapat dilihat pada gambar di bawahError! Reference source
not found..
Gambar 11 Konsep Kerja Sistem
3.3 Waktu dan Tempat Kegiatan
Kegiatan ini akan dilakukan pada lahan pertanian hidroponik yang berada di Desa
Pangururan Kabupaten Samosir. Selanjutnya, kegiatan ini akan dilaksanakan
mulai bulan Januari 2016 sampai Mei 2016 dengan waktu kerja selama 120 hari
aktif kerja.
DAFTAR PUSTAKA
Deba168,”Solar Panel Arduino Weather Station”,
http://www.instructables.com/id/SOLAR-POWERED-ARDUINO-WEATHERSTATION/. Diakses pada tanggal 11 Agustus 2015
Oktofani,Yusuf.(2013). Sistem Pengendalian Suhu Dan Kelembaban Berbasis
Wireless Embedded Sistem. Brawijaya.
Sulistia,Andi.(2011). Arduino Uno Sebagai Sistem Kendali Dan Monitoring
Pengaturan Air Pada Tanaman Produksi. Kudus.
Marsela,Tracy.(2012). Sistem Kendali Intensitas Cahaya Rumah Kaca Cerdas
pada Budidaya Bunga Krisan Brawijaya.
Wikipedia, “Arduino”, https://id.wikipedia.org/wiki/Arduino. Diakses pada
tanggal 10 Agustus 2015