RANCANG BANGUN PROTOTYPE SISTEM KONTROL TEMPERATUR DAN KELEMBABAN UDARA DENGAN SENSOR HS1101 BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S52 UNTUK RUANG PENYIMPANAN BENIH PADI.
ABSTRAK
Telah dirancang sebuah prototype ruang penyimpanan benih padi
berdasarkan pengontrolan temperatur dan kelembaban. Dengan perancangan yang
sederhana dan biaya yang murah, sistem pengontrolan ini dibangun atas 5 bagian
utama, yaitu sistem sensor (HS1101 dan IC 555), modul pemroses
(mikrokontroler AT89S52), relay, bahasa pemrograman C dan penampil (LCD
2x16 karakter). Berdasarkan data referensi yang dikumpulkan, diperoleh bahwa
nilai temperatur ruang penyimpanan benih padi sebesar 23oC-32oC, sedangkan
nilai kelembaban ruang penyimpanan benih padi sebesar 70%-75%. Data hasil
penelitian dianalisa mengunakan metode grafik dan teori regresi linier. Hasil
analisa data menunjukan bahwa: 1). Frekuensi keluaran sensor HS1101 sebanding
dengan penurunan kelembaban dengan sensitivitas 0,120 % / Hz, 2). Kapasitansi
keluaran sensor HS1101 bertambah secara linear dengan kenaikan kelembaban
(RH) dengan sensitivitas 0,00036 nF/%. 3). Prototype sistem ruang penyimpanan
benih padi dapat dikontrol dengan menggunakan pemanas (lampu 5 watt 220 volt
1 buah) dan kipas (5 VDC 0,15 A 1 buah), 4). Sistem pengontrolan kelembaban
(70%-75%) dan temperatur (dipertahankan 23oC-32oC) terpenuhi dengan
menggunakan bak air yang memiliki luas permukaan bak air 432 cm2 dan jarak
antara bak air dengan sumber panas 10 cm, 5). Lama waktu yang dibutuhan untuk
mencapai kelembaban 70% adalah 70 detik, dibiarkan selama 1370 detik sehingga
kelembaban 75% tercapai. RH masih dibiarkan naik sampai 77%, kemudian
diturunkan ke 75% dalam waktu 720 detik, 6). Pada saat kelembaban prototype
sistem ruang penyimpanan benih padi dibawah batas nilai minimum (70%), maka
pemanas dan kipas hidup (relay berlogika nol), sedangkan jika kelembaban ruang
penyimpanan benih padi diatas batas nilai maksimum (75%), maka pemanas dan
kipas mati (relay berlogika satu).
Kata kunci: Penyimpanan benih padi, Kelembaban, Sensor HS1101 dan IC555,
Mikrokontroler AT89S52, Relay, LCD 2x16 karakter.
1
I. PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Padi (oriza sativa) merupakan salah satu tanaman budidaya strategis di
Indonesia. Hal ini terkait dengan kenyataan bahwa makanan pokok sebagian besar
penduduk Indonesia adalah nasi, yaitu makanan yang berasal dari tanaman padi.
Padi juga merupakan sumber karbohidrat utama bagi mayoritas penduduk dunia
meskipun produksi padi itu sendiri menempati urutan ketiga dari semua serealia,
setelah jagung dan gandum (Wikipedia, 2011). Disamping itu, sebagian besar
penduduk Indonesia berprofesi sebagai petani. Petani padi di Indonesia umumnya
merupakan petani tradisional; artinya, para petani ini bekerja dengan cara dan
peralatan sederhana berdasarkan pengetahuan yang diperolehnya secara turun
temurun.
Dalam melakukan kegiatan usaha pertanian, ada tiga tahap penting yang
perlu diperhatikan, yaitu tahap pra-produksi, tahap produksi, dan tahap pascapanen atau pemasaran (untuk skala agribisnis). Dalam tahap pra-produksi, salah
satu komponen yang menentukan keberhasilan usaha bercocok-tanam ini adalah
ketersediaan benih padi yang baik dan cukup. Namun, untuk mendapatkan benih
padi yang baik dan cukup itu tidaklah mudah. Salah satu penyebabnya adalah
karena benih padi selalu mengalami penurunan daya tumbuh (viabilitas) seiring
lama masa penyimpanannya. Kemunduran atau penurunan daya tumbuh ini
merupakan hal yang tidak dapat dicegah atau dihindari, tetapi dapat diperlambat,
yaitu dengan cara penyimpanan yang tepat (Harrington, 1972). Ketika benih
2
kehilangan berat kering sebesar 2% saja, biasanya benih tersebut sudah
mengalami kemunduran kualitas sehingga sudah tidak layak lagi untuk digunakan
(Saul and Harris, 1978). Indonesia yang berada di daerah khatulistiwa dengan
curah hujan yang tinggi menyebabkan temperatur dan kelembaban di negeri ini
relatif tinggi sehingga menyebabkan kadar air di dalam benih padi secara alami
sulit dipertahankan di bawah 14% (Gunarto, 1980).
Laju kemunduran daya hidup benih padi dipengaruhi oleh kadar airnya
(Sutopo, 1984). Sebagaimana diketahui, benih padi merupakan material yang
higroskopis (mudah menyerap air). Oleh sebab itu, kadar air di dalam benih padi
sangat bergantung pada kelembaban dan temperatur udara di dalam ruang
penyimpanannya. Jika tekanan uap air di dalam benih padi lebih besar daripada
tekanan uap air yang ada di udara, maka uap air akan menerobos keluar dari benih
padi, dan sebaliknya (Katrasapoetra, 1986).
Kadar air yang terlalu tinggi dapat menyebabkan benih padi berkecambah
sebelum ditanam, sementara penyimpanan menyebabkan naiknya aktivitas
pernafasan (respirasi) yang dapat berakibat terkurasnya bahan cadangan makanan
di dalam benih padi. Selain itu, naiknya aktivitas pernafasan tersebut dapat
merangsang perkembangan cendawan patogen di dalam tempat penyimpanan,
sementara kadar air yang terlalu rendah juga akan menyebabkan kerusakan pada
embrio (Mugnisjah, 1990). Dalam batas tertentu, makin rendah kadar air benih
padi makin lama daya hidup benih padi tersebut. Kadar air optimum dalam
penyimpanan bagi sebagian besar benih padi adalah antara 13%-14%, dengan
kelembaban relatif udara sekitar 70%-75% dan suhu 27o-32oC (Rasminah, 2010).
3
Berdasarkan survei awal dan wawancara yang telah penulis lakukan di
Balai Pengkajian Teknologi Pertanian (BPTP) Sumatera Barat di Sukarami,
Kabupaten Solok, diperoleh informasi bahwa alat pengontrol temperatur dan
kelembaban udara di dalam ruangan penyimpanan benih padi di lembaga
pemerintah itu sudah tidak lagi berfungsi dengan baik sejak 2008, sehingga untuk
pengaturan temperatur dan kelembaban di dalam ruangan itu petugas hanya
mengandalkan pada alat pendingin (air conditioner, AC) dan pintu ruangan yang
dibuka-tutup berdasarkan pengamatan pada alat ukur temperatur dan kelembaban
yang terpasang di dalam ruangan tersebut. Semua kegiatan pengontrolan itu, baik
menghidup-matikan AC maupun membuka-tutup pintu ruang penyimpanan benih,
dilakukan secara manual. Hal ini menyebabkan proses penyimpanan benih
menjadi tidak optimal dan hasilnya pun menjadi kurang baik.
Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi (iptek) yang demikian
pesat, terutama di bidang elektronika dan instrumentasi, telah memungkinkan
untuk membuat berbagai alat ukur dan sistem kontrol yang bekerja secara
otomatis berdasarkan masukan dari sensor. Berbagai besaran fisis kini dapat
dideteksi dan dikontrol dengan menggunakan sistem instrumentasi berbasis
mikrokontroler. Dalam penelitian ini sebuah sistem instrumentasi berbasis
mikrokontroler dirancang untuk pengontrol temperatur dan kelembaban udara
yang dapat dimanfaatkan pada ruang penyimpanan benih.
Untuk keperluan pengontrolan kelembaban dan temperatur di dalam ruang
penyimpanan benih padi digunakan sensor HS1101 sebagai sensor kelembaban
udara di dalam ruangan dengan pertimbangan antara lain bahwa sensor tersebut
4
memberikan hasil pengukuran yang cukup baik, akurasi sampai 5% (data sheet
HS1101, 2011). Untuk pengontrolan sistem secara keseluruhan, digunakan
AT89S52 dengan pertimbangan bahwa mikrokontroler buatan ATMEL ini
memiliki fitur ISP (in system programmable) dimana EEPROM di dalamnya
berteknologi flash yang dapat diisi dengan pulsa 5 volt. Teknologi ini
memungkinkan dirancang suatu sistem elektronik dengan menanamkan ataupun
menghapus programnya secara langsung dari komputer (PC) ke sistem yang
dirancangnya.
Berdasarkan uraian tersebut, dilakukan penelitian yang terkait dengan
upaya pengontrolan ruang penyimpanan benih padi tersebut secara otomatis.
1.2
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah merancang bangun suatu sistem kontrol
temperatur dan kelembaban udara untuk ruang penyimpanan benih padi.
1.3
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat bagi pemerintah,
khususnya Balai Pengkajian Teknologi Pertanian (BPTP) Sukarami Sumatera
Barat dalam melakukan penyimpanan benih padi unggul, maupun bagi
masyarakat petani padi pada umumnya dalam upaya mendapatkan benih padi
unggul dalam jumlah yang cukup.
5
1.4
Batasan Masalah
Penelitian ini difokuskan pada perancangan sistem perangkat-keras
(hardware) dan perangkat-lunak (software) sistem pengontrolan temperatur dan
kelembaban udara di dalam ruang tertutup berukuran tertentu (30 cm x 45 cm x 45
cm) dengan menggunakan sensor HS1101 dan mikrokontroler AT89S52.
RANCANG BANGUN PROTOTYPE SISTEM KONTROL
TEMPERATUR DAN KELEMBABAN UDARA DENGAN
SENSOR HS1101 BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S52
UNTUK RUANG PENYIMPANAN BENIH PADI
TESIS
Oleh
LAILA KATRIANI
0921220005
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS ANDALAS
2011
RANCANG BANGUN PROTOTYPE SISTEM KONTROL
TEMPERATUR DAN KELEMBABAN UDARA DENGAN
SENSOR HS1101 BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S52
UNTUK RUANG PENYIMPANAN BENIH PADI
Oleh
LAILA KATRIANI
0921220005
Tesis
Sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar Magister Sains
pada Program Pasca Sarjana Universitas Andalas
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS ANDALAS
2011
Telah dirancang sebuah prototype ruang penyimpanan benih padi
berdasarkan pengontrolan temperatur dan kelembaban. Dengan perancangan yang
sederhana dan biaya yang murah, sistem pengontrolan ini dibangun atas 5 bagian
utama, yaitu sistem sensor (HS1101 dan IC 555), modul pemroses
(mikrokontroler AT89S52), relay, bahasa pemrograman C dan penampil (LCD
2x16 karakter). Berdasarkan data referensi yang dikumpulkan, diperoleh bahwa
nilai temperatur ruang penyimpanan benih padi sebesar 23oC-32oC, sedangkan
nilai kelembaban ruang penyimpanan benih padi sebesar 70%-75%. Data hasil
penelitian dianalisa mengunakan metode grafik dan teori regresi linier. Hasil
analisa data menunjukan bahwa: 1). Frekuensi keluaran sensor HS1101 sebanding
dengan penurunan kelembaban dengan sensitivitas 0,120 % / Hz, 2). Kapasitansi
keluaran sensor HS1101 bertambah secara linear dengan kenaikan kelembaban
(RH) dengan sensitivitas 0,00036 nF/%. 3). Prototype sistem ruang penyimpanan
benih padi dapat dikontrol dengan menggunakan pemanas (lampu 5 watt 220 volt
1 buah) dan kipas (5 VDC 0,15 A 1 buah), 4). Sistem pengontrolan kelembaban
(70%-75%) dan temperatur (dipertahankan 23oC-32oC) terpenuhi dengan
menggunakan bak air yang memiliki luas permukaan bak air 432 cm2 dan jarak
antara bak air dengan sumber panas 10 cm, 5). Lama waktu yang dibutuhan untuk
mencapai kelembaban 70% adalah 70 detik, dibiarkan selama 1370 detik sehingga
kelembaban 75% tercapai. RH masih dibiarkan naik sampai 77%, kemudian
diturunkan ke 75% dalam waktu 720 detik, 6). Pada saat kelembaban prototype
sistem ruang penyimpanan benih padi dibawah batas nilai minimum (70%), maka
pemanas dan kipas hidup (relay berlogika nol), sedangkan jika kelembaban ruang
penyimpanan benih padi diatas batas nilai maksimum (75%), maka pemanas dan
kipas mati (relay berlogika satu).
Kata kunci: Penyimpanan benih padi, Kelembaban, Sensor HS1101 dan IC555,
Mikrokontroler AT89S52, Relay, LCD 2x16 karakter.
1
I. PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Padi (oriza sativa) merupakan salah satu tanaman budidaya strategis di
Indonesia. Hal ini terkait dengan kenyataan bahwa makanan pokok sebagian besar
penduduk Indonesia adalah nasi, yaitu makanan yang berasal dari tanaman padi.
Padi juga merupakan sumber karbohidrat utama bagi mayoritas penduduk dunia
meskipun produksi padi itu sendiri menempati urutan ketiga dari semua serealia,
setelah jagung dan gandum (Wikipedia, 2011). Disamping itu, sebagian besar
penduduk Indonesia berprofesi sebagai petani. Petani padi di Indonesia umumnya
merupakan petani tradisional; artinya, para petani ini bekerja dengan cara dan
peralatan sederhana berdasarkan pengetahuan yang diperolehnya secara turun
temurun.
Dalam melakukan kegiatan usaha pertanian, ada tiga tahap penting yang
perlu diperhatikan, yaitu tahap pra-produksi, tahap produksi, dan tahap pascapanen atau pemasaran (untuk skala agribisnis). Dalam tahap pra-produksi, salah
satu komponen yang menentukan keberhasilan usaha bercocok-tanam ini adalah
ketersediaan benih padi yang baik dan cukup. Namun, untuk mendapatkan benih
padi yang baik dan cukup itu tidaklah mudah. Salah satu penyebabnya adalah
karena benih padi selalu mengalami penurunan daya tumbuh (viabilitas) seiring
lama masa penyimpanannya. Kemunduran atau penurunan daya tumbuh ini
merupakan hal yang tidak dapat dicegah atau dihindari, tetapi dapat diperlambat,
yaitu dengan cara penyimpanan yang tepat (Harrington, 1972). Ketika benih
2
kehilangan berat kering sebesar 2% saja, biasanya benih tersebut sudah
mengalami kemunduran kualitas sehingga sudah tidak layak lagi untuk digunakan
(Saul and Harris, 1978). Indonesia yang berada di daerah khatulistiwa dengan
curah hujan yang tinggi menyebabkan temperatur dan kelembaban di negeri ini
relatif tinggi sehingga menyebabkan kadar air di dalam benih padi secara alami
sulit dipertahankan di bawah 14% (Gunarto, 1980).
Laju kemunduran daya hidup benih padi dipengaruhi oleh kadar airnya
(Sutopo, 1984). Sebagaimana diketahui, benih padi merupakan material yang
higroskopis (mudah menyerap air). Oleh sebab itu, kadar air di dalam benih padi
sangat bergantung pada kelembaban dan temperatur udara di dalam ruang
penyimpanannya. Jika tekanan uap air di dalam benih padi lebih besar daripada
tekanan uap air yang ada di udara, maka uap air akan menerobos keluar dari benih
padi, dan sebaliknya (Katrasapoetra, 1986).
Kadar air yang terlalu tinggi dapat menyebabkan benih padi berkecambah
sebelum ditanam, sementara penyimpanan menyebabkan naiknya aktivitas
pernafasan (respirasi) yang dapat berakibat terkurasnya bahan cadangan makanan
di dalam benih padi. Selain itu, naiknya aktivitas pernafasan tersebut dapat
merangsang perkembangan cendawan patogen di dalam tempat penyimpanan,
sementara kadar air yang terlalu rendah juga akan menyebabkan kerusakan pada
embrio (Mugnisjah, 1990). Dalam batas tertentu, makin rendah kadar air benih
padi makin lama daya hidup benih padi tersebut. Kadar air optimum dalam
penyimpanan bagi sebagian besar benih padi adalah antara 13%-14%, dengan
kelembaban relatif udara sekitar 70%-75% dan suhu 27o-32oC (Rasminah, 2010).
3
Berdasarkan survei awal dan wawancara yang telah penulis lakukan di
Balai Pengkajian Teknologi Pertanian (BPTP) Sumatera Barat di Sukarami,
Kabupaten Solok, diperoleh informasi bahwa alat pengontrol temperatur dan
kelembaban udara di dalam ruangan penyimpanan benih padi di lembaga
pemerintah itu sudah tidak lagi berfungsi dengan baik sejak 2008, sehingga untuk
pengaturan temperatur dan kelembaban di dalam ruangan itu petugas hanya
mengandalkan pada alat pendingin (air conditioner, AC) dan pintu ruangan yang
dibuka-tutup berdasarkan pengamatan pada alat ukur temperatur dan kelembaban
yang terpasang di dalam ruangan tersebut. Semua kegiatan pengontrolan itu, baik
menghidup-matikan AC maupun membuka-tutup pintu ruang penyimpanan benih,
dilakukan secara manual. Hal ini menyebabkan proses penyimpanan benih
menjadi tidak optimal dan hasilnya pun menjadi kurang baik.
Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi (iptek) yang demikian
pesat, terutama di bidang elektronika dan instrumentasi, telah memungkinkan
untuk membuat berbagai alat ukur dan sistem kontrol yang bekerja secara
otomatis berdasarkan masukan dari sensor. Berbagai besaran fisis kini dapat
dideteksi dan dikontrol dengan menggunakan sistem instrumentasi berbasis
mikrokontroler. Dalam penelitian ini sebuah sistem instrumentasi berbasis
mikrokontroler dirancang untuk pengontrol temperatur dan kelembaban udara
yang dapat dimanfaatkan pada ruang penyimpanan benih.
Untuk keperluan pengontrolan kelembaban dan temperatur di dalam ruang
penyimpanan benih padi digunakan sensor HS1101 sebagai sensor kelembaban
udara di dalam ruangan dengan pertimbangan antara lain bahwa sensor tersebut
4
memberikan hasil pengukuran yang cukup baik, akurasi sampai 5% (data sheet
HS1101, 2011). Untuk pengontrolan sistem secara keseluruhan, digunakan
AT89S52 dengan pertimbangan bahwa mikrokontroler buatan ATMEL ini
memiliki fitur ISP (in system programmable) dimana EEPROM di dalamnya
berteknologi flash yang dapat diisi dengan pulsa 5 volt. Teknologi ini
memungkinkan dirancang suatu sistem elektronik dengan menanamkan ataupun
menghapus programnya secara langsung dari komputer (PC) ke sistem yang
dirancangnya.
Berdasarkan uraian tersebut, dilakukan penelitian yang terkait dengan
upaya pengontrolan ruang penyimpanan benih padi tersebut secara otomatis.
1.2
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah merancang bangun suatu sistem kontrol
temperatur dan kelembaban udara untuk ruang penyimpanan benih padi.
1.3
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat bagi pemerintah,
khususnya Balai Pengkajian Teknologi Pertanian (BPTP) Sukarami Sumatera
Barat dalam melakukan penyimpanan benih padi unggul, maupun bagi
masyarakat petani padi pada umumnya dalam upaya mendapatkan benih padi
unggul dalam jumlah yang cukup.
5
1.4
Batasan Masalah
Penelitian ini difokuskan pada perancangan sistem perangkat-keras
(hardware) dan perangkat-lunak (software) sistem pengontrolan temperatur dan
kelembaban udara di dalam ruang tertutup berukuran tertentu (30 cm x 45 cm x 45
cm) dengan menggunakan sensor HS1101 dan mikrokontroler AT89S52.
RANCANG BANGUN PROTOTYPE SISTEM KONTROL
TEMPERATUR DAN KELEMBABAN UDARA DENGAN
SENSOR HS1101 BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S52
UNTUK RUANG PENYIMPANAN BENIH PADI
TESIS
Oleh
LAILA KATRIANI
0921220005
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS ANDALAS
2011
RANCANG BANGUN PROTOTYPE SISTEM KONTROL
TEMPERATUR DAN KELEMBABAN UDARA DENGAN
SENSOR HS1101 BERBASIS MIKROKONTROLER AT89S52
UNTUK RUANG PENYIMPANAN BENIH PADI
Oleh
LAILA KATRIANI
0921220005
Tesis
Sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar Magister Sains
pada Program Pasca Sarjana Universitas Andalas
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS ANDALAS
2011