Sistem Pemantauan Kualitas Tanaman Sayur Pada Media Tanam Hidroponik Menggunakan Arduino
BAB 2
LANDASAN TEORI
Bab ini membahas tentang teori penunjang dan penelitian terhadap faktor-faktor yang
dapat mempengaruhi kualitas tanaman sayur pada media tanam hidroponik, dengan
menggunakan Arduino untuk memantau kondisi tanaman pada perubahan kadar pH,
konduktivitas listrik pada nutrisi, suhu air, suhu udara dan intentitas cahaya.
2.1 Pemantauan Tanaman Hidroponik
Monitoring atau pemantauan merupakan sebuah proses pengumpulan informasi dari
penerapan suatu program termasuk mengecek apakah suatu program telah berjalan
sesuai dengan rencana yang diinginkan sehingga setiap masalah yang ditemukan dapat
diatasi (Foe, 2013). Pada penelitian ini, pemantauan yang dilakukan yaitu pada
tanaman hidroponik. Tanaman hidroponik merupakan salah satu budidaya pertanian
tanpa menggunakan media tanah, sehingga hidroponik merupakan aktivitas pertanian
yang dijalankan dengan menggunakan air sebagai medium untuk menggantikan tanah.
Sehingga sistem bercocok tanam secara hidroponik dapat memanfaatkan lahan yang
sempit. Pertanian dengan menggunakan sistem hidroponik memang tidak memerlukan
lahan yang luas dalam pelaksanaannya, tetapi dalam bisnis pertanian hidroponik hanya
layak dipertimbangkan mengingat dapat dilakukan di pekarangan rumah, atap rumah
maupun lahan lainnya. (Roidah, 2014) .
Budidaya
tanaman
secara
hidroponik
memiliki
beberapa
keuntungan
dibandingkan dengan budidaya secara konvensional, yaitu pertumbuhan tanaman dapat
di kontrol, tanaman dapat berproduksi dengan kualitas dan kuantitas yang tinggi,
tanaman jarang terserang hama penyakit karena terlindungi, pemberian air irigasi dan
larutan hara lebih efisien dan efektif, dapat diusahakan terus menerus tanpa tergantung
oleh musim, dan dapat diterapkan pada lahan yang sempit (Harris, 1988).
Menurut Zulkarnain (2002), sistem hidroponik sangat mahal, terutama untuk
pemberian nutrisi tanamannya (70 % biaya produksi digunakan untuk hal ini). Dilain
pihak produksi yang rendah disebabkan beberapa hal, yaitu banyak petani yang belum
Universitas Sumatera Utara
8
menerapkan cara budidaya yang baik, seperti penggunaan pupuk yang kurang
berimbang, perawatan yang kurang intensif dan salah perhitungan waktu tanam.
Budidaya hidroponik memungkinkan pemantauan yang lebih akurat dan
fleksibel pada faktor lingkungan di zona akar daripada pengolahan tanah. Peningkatan
pertumbuhan dan produksi tanaman yang berkualitas tinggi juga dapat diharapkan
melalui kontrol zona akar yang optimal.(D. Yumeina, 2016).
Sistem ini memantau kondisi tanaman hidroponik terhadap perubahan kadar pH,
konduktivitas listrik pada nutrisi, suhu air, suhu udara dan intentitas cahaya yang
dikirim oleh sensor ke microcontroller.
2.1.1
Syarat Tumbuh Tanaman Hidroponik Selada
Menurut Darmawan (1997), pertumbuhan selada ‘Grand Rapid’ akan optimal pada
kisaran suhu udara 25° - 26°C dan kelembaban berkisar antara 76-77%. Keadaan suhu
di dalam rumah kaca selama penelitian berkisar antara 27,8° - 33,9°C dengan
kelembaban antara 58,17% - 75,5%. Hasil penelitian penelitian Wulan (2006)
menyatakan konsentrasi larutan hara yang optimum untuk pertumbuhan dan produksi
selada yang dibudidayakan dengan hidroponik adalah EC 1.09-1.15 mS/cm yang
berkisar 1000-1150 mmhos/cm . Pada saat penelitian, pH larutan nutisi berkisar antara
5,62-6,70 pH.
2.1.2 Syarat Tumbuh Tanaman Hidroponik Bayam Merah
Bayam merah dapat tumbuh sepanjang tahun, baik di dataran rendah maupun tinggi.
Oleh karena itu, tanaman ini dapat ditaman di kebun dan pekarangan rumah. Bayam
merah biasa ditanam di tegalan. Waktu tanam yang baik ialah awal musim hujan atau
pada awal musim kemarau. Bayam merah akan tumbuh dengan baik bila ditanam pada
tanah dengan derajat keasaman (pH tanah) sekitar 6-7. Bila pH kurang dari 6, tanaman
bayam merah akan merana. Sementara itu, pada pH di atas 7, tanaman bayam merah
akan mengalami klorosis, yaitu timbul warna putih kekuning-kuningan, terutama pada
daun yang masih muda (Saparinto, 2013). Sedangkan konsentrasi larutan hara
optimum untuk pertumbuhan dan hasil produksi tanaman bayam merah yang
dibudidayakan adalah 1.5-2.0 mS/cm atau 1500-2000 mmhos/cm,
Universitas Sumatera Utara
9
Suhu udara yang dikehendaki sekitar 20-33º. Tanaman ini banyak memerlukan
banyak air, sehingga paling tepat ditanam pada awal musim penghujan. Suhu yang
terlalu rendah dan terlalu tinggi pada larutan nutrisi dapat menyebabkan berkurangnya
penyerapan air dan ion nutrisi, untuk tanaman sayuran suhu optimal antara 5-15˚C.
(Affan, 2004).
Kelembaban udara pada pagi hari (07.00 WIB) 69,76%, siang hari (12.00
WIB) 50,88% dan pada sore hari (17.00 WIB) 69,95%. Kemasaman larutan nutrisi
dalam bak nutrisi sekitar 6,9 – 7,5. Kondisi seperti ini cocok untuk pertumbuhan
tanaman bayam, sehingga produksinya meningkat.( Mairusmianti, 2011).
Dapat ditanam pada awal musim kemarau pada tanah yang gembur dan subur.
Dan dapat tumbuh pada tanah liat asalkan tanah tersebut diberi pupuk kandang yang
cukup. Untuk penanaman bayam merah di lahan yang luas, pengadaan air dapat
dilakukan dengan mengalirkan air lewat parit yang ada di antara bedengan. Untuk
tanaman bayam merah di halaman rumah atau pekarangan yang sempit, apalagi di
dalam pot, pemenuhan air dapat dilakukan dengan cara menyiraminya (Saparinto,
2013)
2.1.3
Syarat Tumbuh Tanaman Hidroponik Sawi Pakcoy
Pakcoy dikenal sebagai tanaman sayuran daerah iklim sedang (sub-tropis) tetapi saat
ini berkembang pesat di daerah panas (tropis). Suhu udara yang dikehendaki untuk
pertumbuhan sawi adalah daerah yang mempunyai suhu malam hari 15,6°C dan siang
hari 21,1°C. (Sastrahidajat, 1996). Menurut Cahyono (2003), pertumbuhan sawi yang
baik membutuhkan suhu udara yang berkisar antara 19ºC - 21ºC. Sedangkan,
kelembapan yang sesuai untuk pertumbuhan tanaman sawi yang optimal menurut
Cahyono (2003), berkisar antara 80% sampai dengan 90%. Kelembaban yang tinggi
dan lebih dari 90% berpengaruh buruk terhadap pertumbuhan tanaman. Hasil
penelitian Cahyono (2003) menyatakan bahwa konsentrasi larutan hara optimum untuk
pertumbuhan dan hasil produksi tanaman pak choi yang dibudidayakan adalah 1.5-2.0
mS/cm = 1500-2000 mmhos/cm , sedangkan untuk
kondisi pH tanaman Pakcoi
berkisar antara pH 6.5-7.
Tanaman dapat melakukan fotosintesis serta memerlukan energi yang cukup.
Cahaya matahari merupakan energi yang diperlukan untuk tanaman dalam melakukan
fotosintesis. Energi kinetik matahari yang optimal yang diperlukan tanaman untuk
Universitas Sumatera Utara
10
pertumbuhan dan produksi berkisar antara 350 cal / cm2 - 400 cal / cm2 setiap hari
(Cahyono, 2003). Lebih lanjut dinyatakan bahwa tanaman sawi untuk mendapatkan
intensitas cahaya matahari yang cukup memerlukan panjang penyinaran matahari
(fotoperiodisitas) 12-16 jam setiap hari.
Suhu yang terlalu rendah dan terlalu tinggi pada larutan nutrisi dapat
menyebabkan berkurangnya penyerapan air dan ion nutrisi, untuk tanaman sayuran
suhu optimal antara 5-15˚C. (Affan, 2004).
2.2 Perangkat Hardware Yang Digunakan
2.2.1
Sensor PH
Sensor pH merupakan elektroda gelas yang terdiri dari gelembung gelas yang
sensitif pH pada ujungnya, berisi larutan klorida yang diketahui pHnya dan
elektroda. Sensor ini dapat mengukur tingkat keasaman dan basa pada air (Kustanti.
I, 2014)
Pada prinsipnya sistem sensor pH (pH meter) terdiri dari elektroda pH yang
digunakan untuk mendeteksi banyaknya ion H+ dari suatu cairan. Pengukuran pH
dilakukan dengan menggunakan elektroda potensiometrik.. Keluaran dari pH meter
sudah dikalibrasi dalam mV dan kondisi ideal dari elektroda pH pada suhu 25˚C.
Dengan memonitor perubahan tegangan yang disebabkan oleh perubahan aktifitas
ion hidrogen (H+) dalam larutan maka pH larutan dapat diketahui. Tegangan
keluaran dari elektroda akan menunjukkan 0mV ketika dipakai untuk mengukur pH
7.00 (netral). (Rivai. M, 2010)
Gambar 2.1 PH Sensor (Libelium, 2015)
Universitas Sumatera Utara
11
2.2.2
Sensor Suhu Air
DS18B20 merupakan sensor suhu yang memiliki keluaran data dalam bentuk digital.
Berdasarkan lembar data DS18B20, sensor ini membutuhkan catu daya antara 3V –
5.5V.
Komunikasi
antara
DS18B20
dengan
mikrokontroler
ATmega328P
menggunakan komunikasi 1-wire yaitu, jenis komunikasi yang memerlukan 1 pin dari
salah satu port mikrokontroler ATmega328P (Maxim, 2010). Port yang digunakan
untuk komunikasi ini adalah port D pin 3. Pada Rangkaian DS1820 diperlukan resistor
pull-up dengan resistansi sebesar 4.7 KΩ. Resistor pullup juga berfungsi untuk
menyesuaikan level tegangan digital sensor dengan mikrokontroler dikarenakan
perbedaan arus serap (current-sink) dari keduanya. (Idris, 2014)
Gambar 2.2 Water Temprature Sensor (Libelium, 2015)
2.2.3
Electro Conductivity Sensor
Konduktivitas merupakan ukuran yang menyatakan kemampuan bahan dalam
menghantarkan arus dalam hal ini cairan. Satuan konduktivitas ialah siemens atau mho
yang merupakan kebalikan dari satuan resistansi yaitu Ω (Ohm). Saat ini sensor
konduktivitas konvensional memiliki dimensi yang relatif cukup besar serta harga
yang cukup mahal. Sehingga diperlukan teknologi mikroelektronika untuk
memperkecil ukuran sensor tanpa mengurangi fungsi dari sensor tersebut. (Bagus S
dkk, 2013).
Formula yang digunakan dalam pengukuran konduktivitas larutan ialah
�=
1
����
� 1 + ∝ . (� − 25)
Universitas Sumatera Utara
12
Dengan σ merupakan konduktivitas (S atau mho), Ksel merupakan konstansta sel (cm
1
-
), R merupakan resistasi terukur (ohm), α faktor kompensasi temperatur dalam persen
perubahan per °C dan T temperatur terukur dalam °C. EC diukur dalam satuan mS/cm,
nilai EC dapat juga diberikan dalam uS/cm dimana 1 mS/cm = 1000 mmhos/cm
(Mairusmianti, 2011). Gambar sensor Konduktivitas dapat dilihat pada gambar 2.3
Gambar 2.3 Electro Conductivity Sensor (Libelium, 2015)
2.2.4
Light Sensor
Sensor Cahaya (LDR/ Light Dependent Resistor) Photocells fotokonduktif / LDR
(Light Dependent Resistor) dirancang untuk merasakan cahaya 400-700 nm. Resistor
ini bergantung cahaya tersedia dalam berbagai nilai resistansi. LDR dikemas dalam
dua bertimbel header keramik dilapisi plastik. (Romadloni. P. L, 2012)
Gambar 2.4 Light Sensor (Libelium, 2015)
Universitas Sumatera Utara
13
2.2.5
Air Temperature Sensor
Sensor DHT22 merupakan sensor suhu dan kelembapan untuk ruangan. Memiliki
rentang pengukuran suhu dan kelembaban yang lebar. Menyala pada tegangan
minimal 3.3v hingga maksimal 5v dan memiliki rentang deteksi suhu -40°C - +80°C.
(Christoper. G, 2012)
Gambar 2.5 Air Temperature Sensor (Libelium, 2015)
2.2.6
Open Garden Shield
Open Garden adalah sumber alternatif terbuka untuk otomatisasi rumah komersial
untuk kontrol jarak jauh tanaman indoor dan outdoor Anda . Platform ini terdiri dari
tiga kit yang berbeda , masing-masing siap untuk jenis tertentu skenario tanaman yang
tumbuh : dalam ruangan ( rumah dan rumah kaca ) , outdoor ( kebun dan sawah ) dan
hidroponik ( tanaman di instalasi air ) . (Libelium, 2015)
Gambar 2.6 Open Garden Shield (Libelium, 2015)
Universitas Sumatera Utara
14
2.2.7
Open Garden Hydroponic
Board ini adalah board tambahan untuk open garden shield. Dimana board ini
memungkinkan untuk mengontrol keadaan tanaman untuk beberapa parameter yaitu
pH, Electro Conductivity, dan suhu. (Libelium, 2015)
Gambar 2.7 Open Garden Hydroponic (Libelium, 2015)
2.2.8
Arduino UNO
Arduino / Genuino Uno adalah papan mikrokontroler berdasarkan ATmega328P
(datasheet). Ini memiliki 14 digital pin input / output (dimana 6 dapat digunakan
sebagai output PWM), 6 input analog, kristal kuarsa 16 MHz, koneksi USB, jack
listrik, header ICSP dan tombol reset. Ini berisi semua yang diperlukan untuk
mendukung mikrokontroler; hanya menghubungkannya ke komputer dengan kabel
USB atau kekuasaan itu dengan adaptor AC-DC atau baterai untuk memulai. Anda
dapat bermain-main dengan UNO Anda tanpat takut terlalu banyak tentang melakukan
sesuatu yang salah, skenario terburuk Anda dapat mengganti chip yang untuk
beberapa dolar dan mulai dari awal lagi.
"Uno" berarti satu di Italia dan dipilih untuk menandai pelepasan Arduino
Software (IDE) 1.0. Papan Uno dan versi 1.0 dari Arduino Software (IDE) adalah versi
referensi dari Arduino, sekarang berkembang untuk rilis yang lebih baru. Papan Uno
adalah yang pertama dalam serangkaian papan USB Arduino, dan model referensi
untuk platform Arduino; untuk daftar ekstensif papan saat ini, masa lalu atau usang
melihat indeks Arduino papan. (Arduino.cc, 2008)
Universitas Sumatera Utara
15
Gambar 2.8 Arduino UNO (Arduino.CC, 2008)
Spesifikasi pada Arduino Uno adalah sebagai berikut:
o Mikrokontroler : ATmega328
o Tegangan Operasi : 5V
o Tegangan Input (rekomendasi) : 7 - 12 V
o Tegangan Input (batas) : 6-20 V
o Pin digital I/O : 14 (6 diantaranya pin PWM)
o Pin Analog input : 6
o Arus DC per pin I/O : 40 mA
o Arus DC untuk pin 3.3 V : 150 mA
o Flash Memory : 32 KB dengan 0.5 KB digunakan untuk bootloader
o SRAM : 2 KB
o EEPROM : 1 KB
o Kecepatan Pewaktuan : 16 Mhz
2.2.9
GSM / GPRS Shield
GSM Shield atau GPRS (General Packet Radio Service) Shield merupakan produk
untuk wkeperluan nirkabel Arduino. Beroperasi pada frekuensi GSM/GPRS
850/900/1800/1900MHz untuk keperluan pengiriman suara, SMS, dan data dengan
konsumsi data yang rendah. Shield GPRS ini dikendalikan menggunakan AT
commands (GSM 07.07 ,07.05 dan SIMCOM enhanced AT Commands). 3Kompatible
dengan board Arduino UNO, Duemilanove, Seeeduino, dan Mega. (Arduino.cc, 2010)
Universitas Sumatera Utara
16
Gambar 2.9 GSM / GPRS Shield (Arduino.cc , 2010 )
2.3 Penelitian Terdahulu
Pada tahun 2006, Hadian Satria melakukan penelitian untuk membuat Perancangan
Dan Implementasi Sistem Otomatisasi Pemeliharaan Tanaman Hidroponik. Penelitian
ini bertujuan membuat sistem untuk mengotomatisasikan pemeliharaan tanaman
hidroponik yaitu dalam hal penyiraman dan pemberian pupuk dengan waktu yang
telah ditentukan menggunakan motor dc, sensor LDR, dan pompa air berbasis
mikrokontroler AT89S52. Sehingga dapat mempermudah user yang ingin melakukan
pemeliharaan tanaman hidroponik.
Pada tahun 2009, Chusnul Arif et al melakukan penelitian untuk membuat
Sistem Monitoring Pertumbuhan Tanaman dan Lingkungan Mikro di Dalam
Greenhouse Menggunakan Field Server . Penelitian ini menggunakan FS(Field Server)
yaitu sistem monitor otomatis dengan beberapa sensor dan kamera IP yang bisa
digunakan untuk memonitor pertumbuhan tanaman dan parameter lingkungan.
Penelitian ini menjelaskan tentang aplikasi FS untuk monitoring pertumbuhan tanaman
tomat didalam greenhouse dan parameter lingkungan mikro didalamnya secara online.
FS yang digunakan terdiri dari tiga sensor yaitu fradiasi matahari, suhu udara dan
kelembaban relatif. Selain itu, IP kamera yang digunakan bisa digunakan untuk
mengetahui kondisi tanaman aktual dan dilengkapi dengan video. Dengan
menggunakan IP Public, ketiga parameter tersebut dan kondisi tanaman bisa diketahui
dan diakses secara online dengan jaringan internet dimana saja. Harapannya dengan
sistem monitoring ini, kebutuhan air dan nutrisi bisa juga ditentukan secara real time.
Universitas Sumatera Utara
17
Pada tahun 2014, Ika kustanti melakukan penelitian pengendalian kadar
keasaman pada system hidroponik stroberi menggunakan kontroler PID berbasis
Arduino Uno. Pengendalian dirancang agar kadar keasaman air hidroponik sesuai
dengan setpoint yaitu pH 6 dengan mengendalikan putaran pompa yang berisi cairan
asam dan basa. Pada penelitian ini Arduino UNO yaitu sebuah board mikrokontroler
yang didasarkan pada ATmega328 diaplikasikan sebagai perangkat pengendali kadar
keasaman air hidroponik. Proses perancangan kontroler PID menggunakan metode
root locus dan didapatkan bahwa semua akar berada disebelah kiri bidang s, sehingga
respon yang didapat dari semua pole stabil. Hasil perhitungan parameter PID dengan
pole s = -3.53 didapatkan nilai parameter PID terbaik yaitu Kp = 4.8065, Ki = 5 dan
Kd = 0.6808.
Pada tahun 2012, Pristian Luthfy Romadloni melakukan penelitian untuk
membuat rancang bangun sistem otomasi hidroponik NFT (Nutrient Film Technique).
Pada penelitiannya, ia menggunakan mikrokontroler dengan IC Atmega 328P yang
terintegrasi dengan berbagai sensor, sistem otomasi untuk hidroponik antara lain untuk
mengatur pompa, LED grow light, sistem pemupukan, serta memberikan informasi
suatu keadaan kepada pemilik hidroponik. Penelitian terdahulu dapat dilihat pada
Tabel 2.1 berikut ini :
Tabel 2.1. Penelitian Terdahulu
No.
Peneliti
Alat yang digunakan
Keterangan
Utama, H et al
Motor dc, sensor Light
Menggunakan motor dc,
(2009)
Dependent Resistor
sensor LDR, dan pompa air
(LDR) dan pompa air
untuk mengotomatisasikan
berbasis microcontroller
pemeliharaan tanaman
AT89S52
hidroponik berbasis
(Tahun)
1.
mikrokontroler AT89S52.
Universitas Sumatera Utara
18
2.
Chusnul Arif a
Field Server (FS),
Menggunakan Field Server
et al (2009)
Kamera IP
(FS) untuk dapat memonitor
pertumbuhan tanaman dan
parameter lingkungan
secara otomatis yang
terhubung beberapa sensor
dan kamera IP .
3.
Kustanti (2014)
Root Locus , berbasis
ATmega328 sebagai
microcontroller
perangkat pengendali kadar
ATmega328
keasaman air hidroponik
serta metode root locus
digunakan untuk kontroler
PID
4.
Romadloni
Sensor pH, sensor
Menggunakan Atmega 328P
(2012)
suhu LM35, sensor
yang terintegrasi dengan
LDR, dan sensor
berbagai sensor,system
ultrasonic
otomasi untuk hidroponik.
Perbedaan penelitian yang dilakukan dengan penelitian terdahulu adalah jika
penelitian terdahulu memantau dan melakukan tindakan-tindakan untuk tanaman
hidroponik tersebut. Sedangkan pada penelitian ini, peneliti memantau dan
menampilkan hasil dari pemantauan dalam bentuk data grafik dan table dalam sebuah
web yang dibangun sendiri. Dimana web tersebut berisi sub-sub menu dari keadaan
tanaman hidroponik seperti keadaan keasaman air, suhu air, konduktivitas listrik pada
nutrisi, suhu udara dan intentitas cahaya pada tanaman hidroponik. Dimana jaringan
sensor akan mendapatkan data dari setiap keadaan tanaman, dan akan memberikan
notifikasi atau peringatan kepada user jika keadaan tanaman hidroponik tersebut
melebihi ambang batas yang telah ditentukan.
Universitas Sumatera Utara
LANDASAN TEORI
Bab ini membahas tentang teori penunjang dan penelitian terhadap faktor-faktor yang
dapat mempengaruhi kualitas tanaman sayur pada media tanam hidroponik, dengan
menggunakan Arduino untuk memantau kondisi tanaman pada perubahan kadar pH,
konduktivitas listrik pada nutrisi, suhu air, suhu udara dan intentitas cahaya.
2.1 Pemantauan Tanaman Hidroponik
Monitoring atau pemantauan merupakan sebuah proses pengumpulan informasi dari
penerapan suatu program termasuk mengecek apakah suatu program telah berjalan
sesuai dengan rencana yang diinginkan sehingga setiap masalah yang ditemukan dapat
diatasi (Foe, 2013). Pada penelitian ini, pemantauan yang dilakukan yaitu pada
tanaman hidroponik. Tanaman hidroponik merupakan salah satu budidaya pertanian
tanpa menggunakan media tanah, sehingga hidroponik merupakan aktivitas pertanian
yang dijalankan dengan menggunakan air sebagai medium untuk menggantikan tanah.
Sehingga sistem bercocok tanam secara hidroponik dapat memanfaatkan lahan yang
sempit. Pertanian dengan menggunakan sistem hidroponik memang tidak memerlukan
lahan yang luas dalam pelaksanaannya, tetapi dalam bisnis pertanian hidroponik hanya
layak dipertimbangkan mengingat dapat dilakukan di pekarangan rumah, atap rumah
maupun lahan lainnya. (Roidah, 2014) .
Budidaya
tanaman
secara
hidroponik
memiliki
beberapa
keuntungan
dibandingkan dengan budidaya secara konvensional, yaitu pertumbuhan tanaman dapat
di kontrol, tanaman dapat berproduksi dengan kualitas dan kuantitas yang tinggi,
tanaman jarang terserang hama penyakit karena terlindungi, pemberian air irigasi dan
larutan hara lebih efisien dan efektif, dapat diusahakan terus menerus tanpa tergantung
oleh musim, dan dapat diterapkan pada lahan yang sempit (Harris, 1988).
Menurut Zulkarnain (2002), sistem hidroponik sangat mahal, terutama untuk
pemberian nutrisi tanamannya (70 % biaya produksi digunakan untuk hal ini). Dilain
pihak produksi yang rendah disebabkan beberapa hal, yaitu banyak petani yang belum
Universitas Sumatera Utara
8
menerapkan cara budidaya yang baik, seperti penggunaan pupuk yang kurang
berimbang, perawatan yang kurang intensif dan salah perhitungan waktu tanam.
Budidaya hidroponik memungkinkan pemantauan yang lebih akurat dan
fleksibel pada faktor lingkungan di zona akar daripada pengolahan tanah. Peningkatan
pertumbuhan dan produksi tanaman yang berkualitas tinggi juga dapat diharapkan
melalui kontrol zona akar yang optimal.(D. Yumeina, 2016).
Sistem ini memantau kondisi tanaman hidroponik terhadap perubahan kadar pH,
konduktivitas listrik pada nutrisi, suhu air, suhu udara dan intentitas cahaya yang
dikirim oleh sensor ke microcontroller.
2.1.1
Syarat Tumbuh Tanaman Hidroponik Selada
Menurut Darmawan (1997), pertumbuhan selada ‘Grand Rapid’ akan optimal pada
kisaran suhu udara 25° - 26°C dan kelembaban berkisar antara 76-77%. Keadaan suhu
di dalam rumah kaca selama penelitian berkisar antara 27,8° - 33,9°C dengan
kelembaban antara 58,17% - 75,5%. Hasil penelitian penelitian Wulan (2006)
menyatakan konsentrasi larutan hara yang optimum untuk pertumbuhan dan produksi
selada yang dibudidayakan dengan hidroponik adalah EC 1.09-1.15 mS/cm yang
berkisar 1000-1150 mmhos/cm . Pada saat penelitian, pH larutan nutisi berkisar antara
5,62-6,70 pH.
2.1.2 Syarat Tumbuh Tanaman Hidroponik Bayam Merah
Bayam merah dapat tumbuh sepanjang tahun, baik di dataran rendah maupun tinggi.
Oleh karena itu, tanaman ini dapat ditaman di kebun dan pekarangan rumah. Bayam
merah biasa ditanam di tegalan. Waktu tanam yang baik ialah awal musim hujan atau
pada awal musim kemarau. Bayam merah akan tumbuh dengan baik bila ditanam pada
tanah dengan derajat keasaman (pH tanah) sekitar 6-7. Bila pH kurang dari 6, tanaman
bayam merah akan merana. Sementara itu, pada pH di atas 7, tanaman bayam merah
akan mengalami klorosis, yaitu timbul warna putih kekuning-kuningan, terutama pada
daun yang masih muda (Saparinto, 2013). Sedangkan konsentrasi larutan hara
optimum untuk pertumbuhan dan hasil produksi tanaman bayam merah yang
dibudidayakan adalah 1.5-2.0 mS/cm atau 1500-2000 mmhos/cm,
Universitas Sumatera Utara
9
Suhu udara yang dikehendaki sekitar 20-33º. Tanaman ini banyak memerlukan
banyak air, sehingga paling tepat ditanam pada awal musim penghujan. Suhu yang
terlalu rendah dan terlalu tinggi pada larutan nutrisi dapat menyebabkan berkurangnya
penyerapan air dan ion nutrisi, untuk tanaman sayuran suhu optimal antara 5-15˚C.
(Affan, 2004).
Kelembaban udara pada pagi hari (07.00 WIB) 69,76%, siang hari (12.00
WIB) 50,88% dan pada sore hari (17.00 WIB) 69,95%. Kemasaman larutan nutrisi
dalam bak nutrisi sekitar 6,9 – 7,5. Kondisi seperti ini cocok untuk pertumbuhan
tanaman bayam, sehingga produksinya meningkat.( Mairusmianti, 2011).
Dapat ditanam pada awal musim kemarau pada tanah yang gembur dan subur.
Dan dapat tumbuh pada tanah liat asalkan tanah tersebut diberi pupuk kandang yang
cukup. Untuk penanaman bayam merah di lahan yang luas, pengadaan air dapat
dilakukan dengan mengalirkan air lewat parit yang ada di antara bedengan. Untuk
tanaman bayam merah di halaman rumah atau pekarangan yang sempit, apalagi di
dalam pot, pemenuhan air dapat dilakukan dengan cara menyiraminya (Saparinto,
2013)
2.1.3
Syarat Tumbuh Tanaman Hidroponik Sawi Pakcoy
Pakcoy dikenal sebagai tanaman sayuran daerah iklim sedang (sub-tropis) tetapi saat
ini berkembang pesat di daerah panas (tropis). Suhu udara yang dikehendaki untuk
pertumbuhan sawi adalah daerah yang mempunyai suhu malam hari 15,6°C dan siang
hari 21,1°C. (Sastrahidajat, 1996). Menurut Cahyono (2003), pertumbuhan sawi yang
baik membutuhkan suhu udara yang berkisar antara 19ºC - 21ºC. Sedangkan,
kelembapan yang sesuai untuk pertumbuhan tanaman sawi yang optimal menurut
Cahyono (2003), berkisar antara 80% sampai dengan 90%. Kelembaban yang tinggi
dan lebih dari 90% berpengaruh buruk terhadap pertumbuhan tanaman. Hasil
penelitian Cahyono (2003) menyatakan bahwa konsentrasi larutan hara optimum untuk
pertumbuhan dan hasil produksi tanaman pak choi yang dibudidayakan adalah 1.5-2.0
mS/cm = 1500-2000 mmhos/cm , sedangkan untuk
kondisi pH tanaman Pakcoi
berkisar antara pH 6.5-7.
Tanaman dapat melakukan fotosintesis serta memerlukan energi yang cukup.
Cahaya matahari merupakan energi yang diperlukan untuk tanaman dalam melakukan
fotosintesis. Energi kinetik matahari yang optimal yang diperlukan tanaman untuk
Universitas Sumatera Utara
10
pertumbuhan dan produksi berkisar antara 350 cal / cm2 - 400 cal / cm2 setiap hari
(Cahyono, 2003). Lebih lanjut dinyatakan bahwa tanaman sawi untuk mendapatkan
intensitas cahaya matahari yang cukup memerlukan panjang penyinaran matahari
(fotoperiodisitas) 12-16 jam setiap hari.
Suhu yang terlalu rendah dan terlalu tinggi pada larutan nutrisi dapat
menyebabkan berkurangnya penyerapan air dan ion nutrisi, untuk tanaman sayuran
suhu optimal antara 5-15˚C. (Affan, 2004).
2.2 Perangkat Hardware Yang Digunakan
2.2.1
Sensor PH
Sensor pH merupakan elektroda gelas yang terdiri dari gelembung gelas yang
sensitif pH pada ujungnya, berisi larutan klorida yang diketahui pHnya dan
elektroda. Sensor ini dapat mengukur tingkat keasaman dan basa pada air (Kustanti.
I, 2014)
Pada prinsipnya sistem sensor pH (pH meter) terdiri dari elektroda pH yang
digunakan untuk mendeteksi banyaknya ion H+ dari suatu cairan. Pengukuran pH
dilakukan dengan menggunakan elektroda potensiometrik.. Keluaran dari pH meter
sudah dikalibrasi dalam mV dan kondisi ideal dari elektroda pH pada suhu 25˚C.
Dengan memonitor perubahan tegangan yang disebabkan oleh perubahan aktifitas
ion hidrogen (H+) dalam larutan maka pH larutan dapat diketahui. Tegangan
keluaran dari elektroda akan menunjukkan 0mV ketika dipakai untuk mengukur pH
7.00 (netral). (Rivai. M, 2010)
Gambar 2.1 PH Sensor (Libelium, 2015)
Universitas Sumatera Utara
11
2.2.2
Sensor Suhu Air
DS18B20 merupakan sensor suhu yang memiliki keluaran data dalam bentuk digital.
Berdasarkan lembar data DS18B20, sensor ini membutuhkan catu daya antara 3V –
5.5V.
Komunikasi
antara
DS18B20
dengan
mikrokontroler
ATmega328P
menggunakan komunikasi 1-wire yaitu, jenis komunikasi yang memerlukan 1 pin dari
salah satu port mikrokontroler ATmega328P (Maxim, 2010). Port yang digunakan
untuk komunikasi ini adalah port D pin 3. Pada Rangkaian DS1820 diperlukan resistor
pull-up dengan resistansi sebesar 4.7 KΩ. Resistor pullup juga berfungsi untuk
menyesuaikan level tegangan digital sensor dengan mikrokontroler dikarenakan
perbedaan arus serap (current-sink) dari keduanya. (Idris, 2014)
Gambar 2.2 Water Temprature Sensor (Libelium, 2015)
2.2.3
Electro Conductivity Sensor
Konduktivitas merupakan ukuran yang menyatakan kemampuan bahan dalam
menghantarkan arus dalam hal ini cairan. Satuan konduktivitas ialah siemens atau mho
yang merupakan kebalikan dari satuan resistansi yaitu Ω (Ohm). Saat ini sensor
konduktivitas konvensional memiliki dimensi yang relatif cukup besar serta harga
yang cukup mahal. Sehingga diperlukan teknologi mikroelektronika untuk
memperkecil ukuran sensor tanpa mengurangi fungsi dari sensor tersebut. (Bagus S
dkk, 2013).
Formula yang digunakan dalam pengukuran konduktivitas larutan ialah
�=
1
����
� 1 + ∝ . (� − 25)
Universitas Sumatera Utara
12
Dengan σ merupakan konduktivitas (S atau mho), Ksel merupakan konstansta sel (cm
1
-
), R merupakan resistasi terukur (ohm), α faktor kompensasi temperatur dalam persen
perubahan per °C dan T temperatur terukur dalam °C. EC diukur dalam satuan mS/cm,
nilai EC dapat juga diberikan dalam uS/cm dimana 1 mS/cm = 1000 mmhos/cm
(Mairusmianti, 2011). Gambar sensor Konduktivitas dapat dilihat pada gambar 2.3
Gambar 2.3 Electro Conductivity Sensor (Libelium, 2015)
2.2.4
Light Sensor
Sensor Cahaya (LDR/ Light Dependent Resistor) Photocells fotokonduktif / LDR
(Light Dependent Resistor) dirancang untuk merasakan cahaya 400-700 nm. Resistor
ini bergantung cahaya tersedia dalam berbagai nilai resistansi. LDR dikemas dalam
dua bertimbel header keramik dilapisi plastik. (Romadloni. P. L, 2012)
Gambar 2.4 Light Sensor (Libelium, 2015)
Universitas Sumatera Utara
13
2.2.5
Air Temperature Sensor
Sensor DHT22 merupakan sensor suhu dan kelembapan untuk ruangan. Memiliki
rentang pengukuran suhu dan kelembaban yang lebar. Menyala pada tegangan
minimal 3.3v hingga maksimal 5v dan memiliki rentang deteksi suhu -40°C - +80°C.
(Christoper. G, 2012)
Gambar 2.5 Air Temperature Sensor (Libelium, 2015)
2.2.6
Open Garden Shield
Open Garden adalah sumber alternatif terbuka untuk otomatisasi rumah komersial
untuk kontrol jarak jauh tanaman indoor dan outdoor Anda . Platform ini terdiri dari
tiga kit yang berbeda , masing-masing siap untuk jenis tertentu skenario tanaman yang
tumbuh : dalam ruangan ( rumah dan rumah kaca ) , outdoor ( kebun dan sawah ) dan
hidroponik ( tanaman di instalasi air ) . (Libelium, 2015)
Gambar 2.6 Open Garden Shield (Libelium, 2015)
Universitas Sumatera Utara
14
2.2.7
Open Garden Hydroponic
Board ini adalah board tambahan untuk open garden shield. Dimana board ini
memungkinkan untuk mengontrol keadaan tanaman untuk beberapa parameter yaitu
pH, Electro Conductivity, dan suhu. (Libelium, 2015)
Gambar 2.7 Open Garden Hydroponic (Libelium, 2015)
2.2.8
Arduino UNO
Arduino / Genuino Uno adalah papan mikrokontroler berdasarkan ATmega328P
(datasheet). Ini memiliki 14 digital pin input / output (dimana 6 dapat digunakan
sebagai output PWM), 6 input analog, kristal kuarsa 16 MHz, koneksi USB, jack
listrik, header ICSP dan tombol reset. Ini berisi semua yang diperlukan untuk
mendukung mikrokontroler; hanya menghubungkannya ke komputer dengan kabel
USB atau kekuasaan itu dengan adaptor AC-DC atau baterai untuk memulai. Anda
dapat bermain-main dengan UNO Anda tanpat takut terlalu banyak tentang melakukan
sesuatu yang salah, skenario terburuk Anda dapat mengganti chip yang untuk
beberapa dolar dan mulai dari awal lagi.
"Uno" berarti satu di Italia dan dipilih untuk menandai pelepasan Arduino
Software (IDE) 1.0. Papan Uno dan versi 1.0 dari Arduino Software (IDE) adalah versi
referensi dari Arduino, sekarang berkembang untuk rilis yang lebih baru. Papan Uno
adalah yang pertama dalam serangkaian papan USB Arduino, dan model referensi
untuk platform Arduino; untuk daftar ekstensif papan saat ini, masa lalu atau usang
melihat indeks Arduino papan. (Arduino.cc, 2008)
Universitas Sumatera Utara
15
Gambar 2.8 Arduino UNO (Arduino.CC, 2008)
Spesifikasi pada Arduino Uno adalah sebagai berikut:
o Mikrokontroler : ATmega328
o Tegangan Operasi : 5V
o Tegangan Input (rekomendasi) : 7 - 12 V
o Tegangan Input (batas) : 6-20 V
o Pin digital I/O : 14 (6 diantaranya pin PWM)
o Pin Analog input : 6
o Arus DC per pin I/O : 40 mA
o Arus DC untuk pin 3.3 V : 150 mA
o Flash Memory : 32 KB dengan 0.5 KB digunakan untuk bootloader
o SRAM : 2 KB
o EEPROM : 1 KB
o Kecepatan Pewaktuan : 16 Mhz
2.2.9
GSM / GPRS Shield
GSM Shield atau GPRS (General Packet Radio Service) Shield merupakan produk
untuk wkeperluan nirkabel Arduino. Beroperasi pada frekuensi GSM/GPRS
850/900/1800/1900MHz untuk keperluan pengiriman suara, SMS, dan data dengan
konsumsi data yang rendah. Shield GPRS ini dikendalikan menggunakan AT
commands (GSM 07.07 ,07.05 dan SIMCOM enhanced AT Commands). 3Kompatible
dengan board Arduino UNO, Duemilanove, Seeeduino, dan Mega. (Arduino.cc, 2010)
Universitas Sumatera Utara
16
Gambar 2.9 GSM / GPRS Shield (Arduino.cc , 2010 )
2.3 Penelitian Terdahulu
Pada tahun 2006, Hadian Satria melakukan penelitian untuk membuat Perancangan
Dan Implementasi Sistem Otomatisasi Pemeliharaan Tanaman Hidroponik. Penelitian
ini bertujuan membuat sistem untuk mengotomatisasikan pemeliharaan tanaman
hidroponik yaitu dalam hal penyiraman dan pemberian pupuk dengan waktu yang
telah ditentukan menggunakan motor dc, sensor LDR, dan pompa air berbasis
mikrokontroler AT89S52. Sehingga dapat mempermudah user yang ingin melakukan
pemeliharaan tanaman hidroponik.
Pada tahun 2009, Chusnul Arif et al melakukan penelitian untuk membuat
Sistem Monitoring Pertumbuhan Tanaman dan Lingkungan Mikro di Dalam
Greenhouse Menggunakan Field Server . Penelitian ini menggunakan FS(Field Server)
yaitu sistem monitor otomatis dengan beberapa sensor dan kamera IP yang bisa
digunakan untuk memonitor pertumbuhan tanaman dan parameter lingkungan.
Penelitian ini menjelaskan tentang aplikasi FS untuk monitoring pertumbuhan tanaman
tomat didalam greenhouse dan parameter lingkungan mikro didalamnya secara online.
FS yang digunakan terdiri dari tiga sensor yaitu fradiasi matahari, suhu udara dan
kelembaban relatif. Selain itu, IP kamera yang digunakan bisa digunakan untuk
mengetahui kondisi tanaman aktual dan dilengkapi dengan video. Dengan
menggunakan IP Public, ketiga parameter tersebut dan kondisi tanaman bisa diketahui
dan diakses secara online dengan jaringan internet dimana saja. Harapannya dengan
sistem monitoring ini, kebutuhan air dan nutrisi bisa juga ditentukan secara real time.
Universitas Sumatera Utara
17
Pada tahun 2014, Ika kustanti melakukan penelitian pengendalian kadar
keasaman pada system hidroponik stroberi menggunakan kontroler PID berbasis
Arduino Uno. Pengendalian dirancang agar kadar keasaman air hidroponik sesuai
dengan setpoint yaitu pH 6 dengan mengendalikan putaran pompa yang berisi cairan
asam dan basa. Pada penelitian ini Arduino UNO yaitu sebuah board mikrokontroler
yang didasarkan pada ATmega328 diaplikasikan sebagai perangkat pengendali kadar
keasaman air hidroponik. Proses perancangan kontroler PID menggunakan metode
root locus dan didapatkan bahwa semua akar berada disebelah kiri bidang s, sehingga
respon yang didapat dari semua pole stabil. Hasil perhitungan parameter PID dengan
pole s = -3.53 didapatkan nilai parameter PID terbaik yaitu Kp = 4.8065, Ki = 5 dan
Kd = 0.6808.
Pada tahun 2012, Pristian Luthfy Romadloni melakukan penelitian untuk
membuat rancang bangun sistem otomasi hidroponik NFT (Nutrient Film Technique).
Pada penelitiannya, ia menggunakan mikrokontroler dengan IC Atmega 328P yang
terintegrasi dengan berbagai sensor, sistem otomasi untuk hidroponik antara lain untuk
mengatur pompa, LED grow light, sistem pemupukan, serta memberikan informasi
suatu keadaan kepada pemilik hidroponik. Penelitian terdahulu dapat dilihat pada
Tabel 2.1 berikut ini :
Tabel 2.1. Penelitian Terdahulu
No.
Peneliti
Alat yang digunakan
Keterangan
Utama, H et al
Motor dc, sensor Light
Menggunakan motor dc,
(2009)
Dependent Resistor
sensor LDR, dan pompa air
(LDR) dan pompa air
untuk mengotomatisasikan
berbasis microcontroller
pemeliharaan tanaman
AT89S52
hidroponik berbasis
(Tahun)
1.
mikrokontroler AT89S52.
Universitas Sumatera Utara
18
2.
Chusnul Arif a
Field Server (FS),
Menggunakan Field Server
et al (2009)
Kamera IP
(FS) untuk dapat memonitor
pertumbuhan tanaman dan
parameter lingkungan
secara otomatis yang
terhubung beberapa sensor
dan kamera IP .
3.
Kustanti (2014)
Root Locus , berbasis
ATmega328 sebagai
microcontroller
perangkat pengendali kadar
ATmega328
keasaman air hidroponik
serta metode root locus
digunakan untuk kontroler
PID
4.
Romadloni
Sensor pH, sensor
Menggunakan Atmega 328P
(2012)
suhu LM35, sensor
yang terintegrasi dengan
LDR, dan sensor
berbagai sensor,system
ultrasonic
otomasi untuk hidroponik.
Perbedaan penelitian yang dilakukan dengan penelitian terdahulu adalah jika
penelitian terdahulu memantau dan melakukan tindakan-tindakan untuk tanaman
hidroponik tersebut. Sedangkan pada penelitian ini, peneliti memantau dan
menampilkan hasil dari pemantauan dalam bentuk data grafik dan table dalam sebuah
web yang dibangun sendiri. Dimana web tersebut berisi sub-sub menu dari keadaan
tanaman hidroponik seperti keadaan keasaman air, suhu air, konduktivitas listrik pada
nutrisi, suhu udara dan intentitas cahaya pada tanaman hidroponik. Dimana jaringan
sensor akan mendapatkan data dari setiap keadaan tanaman, dan akan memberikan
notifikasi atau peringatan kepada user jika keadaan tanaman hidroponik tersebut
melebihi ambang batas yang telah ditentukan.
Universitas Sumatera Utara