Penerapan Metode Logika Fuzzy Untuk Alat Kontrol Kelembapan Tanah Pada Greenhouse Laboratorium Tanah BPTP Jawa Timur

  

Vol. 2, No. 11, November 2018, hlm. 4483-4490 http://j-ptiik.ub.ac.id

Penerapan Metode Logika Fuzzy Untuk Alat Kontrol Kelembapan Tanah

Pada Greenhouse Laboratorium Tanah BPTP Jawa Timur

_{1 2 3} Muhammad Rifqi Maulana , Mochammad Hannats Hanafi Ichsan , Sudarmadi Purnomo _1,2

  Program Studi Teknik Informatika, Fakultas Ilmu Komputer, Universitas Brawijaya ₃ Balai Pengkajian Teknologi Pertanian (BPTP), Badan Litbang Pertanian _{1 2 3} Email: muuhricky@gmail.com, hanas.hanafi@ub.ac.id, segenggam68@gmail.com

  

Abstrak

  Pemeliharaan tanaman mempunyai banyak fungsi. Salah satu fungsinya adalah dapat membantu sebuah analisa pertumbuhan tanaman. Kelembapan tanah juga termasuk hal yang berpengaruh dalam pertumbuhan tanaman. Pada saat kelembapan tanah mempunyai kondisi kering, maka pertumbuhan tanaman akan mengalami sebuah kendala. Sebaliknya jika kelembapan tanah baik, tanaman akan tumbuh dengan baik. Untuk mengatasi hal tersebut diperlukan alat untuk penyiraman secara otomatis dan kontrol berdasarkan kelembapan tanah. Pada penelitian ini metode fuzzy dibutuhkan oleh penulis untuk mengaktifkan automatic valve pada alat kontrol kelembapan tanah. Penggunaan compiler pada penelitian ini adalah NI LabVIEW, cara compiler tersebut bekerja dengan graphical programming dan juga tersedia sebuah user interface untuk memonitor data kelembapan tanah dan tekanan air. Dari hasil pengujian menggunakan metode fuzzy dengan lima membership function untuk memberikan output berupa penyiraman otomatis terhadap automatic valve. Data yang ditunjukan oleh system fuzzy designer menghasilkan data terhadap kelembapan tanah sebesar 4,8453 dan tekanan air sebesar 0,776367 menghasilkan output fuzzy sebesar 4524,42. Sehingga menghasilkan penyiraman air secara otomatis selama 4,5 detik. Hasil tersebut sudah berhasil dalam mengendalikan kelembapan tanah.

  Kata kunci: labview, graphical programming, fuzzy, kelembapan, tekanan, tanah, air

Abstract

  

Plant maintenance has many functions. One of its functions is to help a plant growth analysis. Soil

moisture is also an important factor in plant growth. At the time of soil moisture has a dry condition,

then the growth of plants will experience a constraint. Conversely, if the soil moisture is good, the plant

will grow well. To overcome this required a tool for watering automatically and kontrol based on soil

moisture. In this case researchers used the fuzzy method to enable the automatic valve on the ground

humidity kontrol tool. As a programming application using NI LabVIEW based on graphical

programming with display to monitor soil moisture data. From the test results using fuzzy method with

five membership function to provide output in the form of automatic watering to automatic valve using

simulation mode on fuzzy Designer calculate soil moisture of 4.8453 and water pressure of 0.776367

produce fuzzy output of 4524.42. So as to produce water watering automatically for 4.5 seconds. These

results have been successful in controlling soil moisture.

  Keywords: labview, graphical programming, fuzzy, moisture, pressure, soil, water

  dasar tanaman itu sendiri sampai kepada nutrisi 1.

   PENDAHULUAN yang dibutuhkan tanaman dan juga cara

  pemeliharaan, pemanenan , pengolahan sampai Agroteknologi adalah suatu ilmu yang menjadi produksi yang dicapai tidak lupa mempelajari tentang mengelola dan juga memperhatikan dan juga mempelajari mengembangkan komoditas dari benih sampai bagaimana tanah dapat menjadi penunjang menjadi tumbuhan yang menghasilkan produk pertumbuhan tanaman (Yuwono, 2014). Dalam dan hasil. Dalam agroteknologi ada 2 komponen penilitian kali ini penulis fokus terhadap khusus dalam ilmu tersebut yaitu tanah dan pemeliharaan tanaman ynag bukan berawal dari tanaman. Dari pertama mempelajari tentang

  Fakultas Ilmu Komputer Universitas Brawijaya

4483 penumbuhan sebiji benih namun yang sudah tumbuh dan berbuah dimana pada fase itu tanaman hanya perlu pemeliharaan yang konstan dalam arti fokus terhadap pemupukan dan penyiraman secara terus menerus. Sampai saat ini pemeliharaan tanaman yang dilakukan oleh para peniliti maupun petani di BPTP Jawa Timur pada umumnya masih tergolong dalam cara konvensional.

  Penelitian ini dilakukan untuk membantu pemeliharaan tanaman yang ditunjang dengan sebuah teknologi. Dijelaskan di paragraph sebelumnya, penelitian dilakukan pada BPTP Jawa Timur yang berlokasi di daerah Karangploso Malang. Hasil observasi kami pada tanggal 10 May 2017 mendapatkan data terhadap survey lapangan yang dimana pemeliharaan tanaman pada BPTP Jawa Timur sangat konvensional.

  Hasil observasi juga menunjukan bahwa pemeliharaan tanaman pada BPTP Jawa Timur khususnya pada penyiraman tanaman masih manual tidak secara otomatis. Selain itu dalam kegiatan kontrol kelembapan pada greenhouse BPTP Jawa Timur masih dengan cara konvensional yaitu dengan cara menggunakan alat pengukur kelembapan sederhana yang dilakukan secara berkala. Diharapkan dengan penelitian ini yang nantinya dirancang dapat mekontrol kelembaban tanah secara otomatis, memonitoring data kelembapan tanah dan tekanan air secara realtime dan juga penyiraman secara otomatis agar kelembapan pada tanah dapat terjaga dengan baik.

  Pada penelitian sebelumnya telah dirancang sebuah alat penyiraman otomatis namun tidak menggunakan metode yang spesifik. Penelitian ini dikembangkan oleh penulis sendiri ketika menjalani sebuah kuliah kerja nyata (KKN) pada tahun 2016.

  Penelitian yang saat ini dirancang bertujuan juga untuk memperbaiki kekurangan dari penelitian sebelumnya dimana akan diterapkan sebuah metode khusus dalam alat yang nanti akan dirancang. Metode yang digunakan untuk penelitian ini adalah logika Fuzzy karena dapat menggabungkan bermacam macam variable dan menjadikan sebuah himpunan fuzzy lalu menghasilkan sebuah output. Metode Fuzzy juga salah satu metode yang sering digunakan dalam sebuah penilitian agroteknologi (Chung-Liang Chang,Ming-Fong Sie, 2012).

  Berdasarkan informasi yang sudah dijelaskan diatas, maka penulis akan merancang sebuah penelitian yang berjudul Penerapan Metode Logika Fuzzy Untuk Alat Kontrol Kelembapan Tanah Pada Greenhouse Laboratrium Tanah BPTP Jawa Timur. Variabel yang telah dijelaskan sebelumnya menjadi sebuah titik acuan pada keluaran alat yang akan dirancang.

  1.1 Rumusan Masalah

  1. Bagaimana merancang alat kontrol kelembapan tanah untuk menentukan waktu penyiraman yang keluar terhadap lahan prototype tanaman tomat dengan menggunakan metode fuzzy?

  2. Bagaimana implementasi alat dan metode fuzzy untuk kontrol kelembapan tanah pada lahan prototype tanaman tomat?

  3. Bagaimana hasil pengujian alat dan metode fuzzy untuk menentukan durasi penyiraman yang dibutuhkan pada tanaman tomat?

  1.2 Tujuan

  1. Dapat merancangalat kontrol kelembapan tanah untuk menentukan waktu penyiraman yang keluar untuk dibutuhkan pada lahan tanaman tomat dengan menggunakan metode fuzzy.

  2. Mengimplementasikan alat dan metode fuzzy untuk kontrol kelembapan tanah.

  3. Melakukan sebuah pengujian mengenai tingkat akurasi dengan Fuzzy melalui penggunaan alat kontrol kelembapan tanah untuk menentukan durasi penyiraman yang dibutuhkan pada lahan tanaman tomat.

  2. PERANCANGAN SISTEM

  Dalam perancangan prototype alat kontrol kelembapan tanah menggunakan sebuah tanki air, satu driver motor, mikrokontroller myRIO, dan satu sensor kelembapan dan satu sensor tekanan air yang diletakan disebuah alas berbahan kayu dan yang terakhir ada sebuah automatic valve. Design umum prototype beserta penempatan komposisinya dapat dilihat pada Gambar 1.

  Gambar 1 Perancangan Sistem

  2.1 Perancangan Sistem Perangkat Keras

  Dalam tahap perancangan perangkat keras akan diketahui bagaimana proses sistem yang berhubungan dengan perangkat keras.

  Gambar 3 Perancangan myRIO-1900 pada Sensor

  2.2 Perancangan Prototype

  Tahap perancangan prototype berkaitan Pada Gambar 3, rangkaian elektrik utama dengan desain perangkat keras dan juga berupa dua buah sensor, satu buah driver motor terhubung dengan sebuah pc/laptop dari sistem dan satu buah automatic valve sebagai aktuator. yang akan dibangun. Secara keseluruhan

  Sensor Kelembapan tanah berfungsi untuk skematik dan prototype akan dijelaskan dalam membaca kondisi kelembapan tanah pada alat sebuah Gambar 2 kontrol kelembapan tanah. Sensor Tekanan air berfungsi untuk mendeteksi kondisi tekanan air dari sumber air yang tersedia. Jalur komunikasi yang pertama yaitu komunikasi antara sensor dan NI MyRIO, dengan cara menguhubungkan sensor tekanan air menuju pin 3 pada port A dan menghubungkan sensor kelembapan tanah menuju pin 3 pada port B. Kedua sensor ini juga dihubungkan dengan sebuah vcc dan ground (GND).

  Selanjutnya output dari dua buah sensor dikomunikasikan dengan pin 27 port A yang menuju kearah driver motor, driver motor sendiri dikendalikan oleh NI MyRIO dengan pin 11 dan

  Gambar 2 Penempatan alat pada prototype

  13 pada port A yang setelah itu mengendalikan sebuah automatic valve.

  Pada Gambar 2 bagian pojok kiri atas

  2.4 Perancangan Perangkat Lunak

  terdapat sebuah tanki, ditengah ada dua buah sensor, dibawah terdapat dua sampel tanah Pada tahap ini menjeleaskan bagaimana sebagai media yang akan dituju, bagian pojok proses berjalannya sebuah program dalam kanan atas terdapat NI MyRIO yang penelitian ini yang berhubungan dengan mengendalikan sistem tersebut lalu yang terakhir perangkat lunak. ada sebuah automatic valve untuk penyiraman

  2.5 Fungsi Logika Fuzzy

  Perancangan desain fuzzy dirancang

  2.3 Perancangan myRIO pada seluruh

  bermula dari membuat sebuah variable input

  hardware

  fuzzy, setelah itu merancang membership function yang dimana nanti setelah itu akan didapatkan sebuah ketentuan untuk rule fuzzy. Setiap variable mempunyai jumlah membership dan rule fuzzy yang berbeda, Pada penelitian ini penulis merancang lima membership untuk dan lima membership function akan dirancang sensor kelembapan dan tiga membership untuk metode perhitungan secara matematis untuk sensor tekanan air. menghasilkan fuzzy output. Pemilihan menggunakan perpaduan tiga dan lima

  Untuk tahap perancangan ini, membership function karena melihat kondisi Selanjutnya output dari dua buah sensor tanah pada greenhouse BPTP Jawa Timur. dikomunikasikan dengan pin 27 port A yang menuju kearah driver motor, driver motor sendiri dikendalikan oleh NI MyRIO dengan pin 11 dan 13 pada port A yang setelah itu mengendalikan sebuah automatic valve.

  Gambar 5 Logika Fuzzy

  Pada Gambar 5 dapat diketahui input Tekanan memiliki sebuah variable input fuzzy, setelah itu merancang membership function yang dimana nanti setelah itu akan didapatkan sebuah ketentuan untuk rule fuzzy. Setiap variable mempunyai jumlah membership dan rule fuzzy yang berbeda.

  Gambar 4 Fuzzy Lima Membership Gambar 6 Rules fuzzy

  Pada Gambar 4, input fuzzy terdiri dari dua Pada Gambar 6 adalah rancangan rule parameter yaitu input dari sensor kelembapan fuzzy yang akan diterapkan. Output akan tanah, dan sensor tekanan. menghasilkan nilai fuzzy yang berdasarkan pada ouput nilai dari kedua sensor.

  Gambar 7 Fuzzy Output

  Pada Gambar 7, W1 yang berarti waktu output 1 mempunyai skala nilai dari 0-25 lalu

  Tabel 1 Fuzzy Lima Membership

  W2 mempunyai skala nilai dari 1-2100 dan W3 Dari table 1, untuk perpaduan antara tiga mempunyai skala nilai 2000-3100 kemudian W4 mempunyai skala nilai dari 3000-4100 dan yang

  3.3 Implementasi Rangkaian Elektrik

  terakhir W5 mempunyai skala nilai berkisar Pengimplementasian rangkaian elektrik

  4000-5000 semua nilai ini mempunyai satuan pada alat kontrol kelembapan tanah , desain milisecond. penempatan perangkat berada diatas latar berbahan kayu.

  Gambar 8Fuzzy System Designer

  Pada Gambar 8 output fuzzy dari nilai Tekanan 0,890374 dan Kelembapan kondisi pada tanah 1,57754 maka nilai Waktu durasi

  Gambar 10 Implementasi rangkaian elektrik

  penyiraman adalah sebesar 2557,52 milisecond Keterangan: yang berarti automatic valve akan aktif selama

  1. NI myRIO 2557,52 milisecond.

  2. Driver Motor L298N

3. IMPLEMENTASI SISTEM

  3. Automatic Valve Pada impelentasi sistem akan dijelaskan

  4. Sensor Tekanan Air bagaimana hasil dari perancangan menuju ke

  5. Sensor Kelembapan Tanah. tahap implementasi.

3.1 Implementasi Sistem Perangkat Keras

  Implementasi perangkat adalah sebuah tahap pengimplemetasian perangkat keras dari perancangan yang telah dibuat sebelumnya.

  3.2 Implementasi Prototype Gambar 10 Rangkaian Elektrik

  Pada Gambar 10, menunjukan port-port yang saling terhubung antara MyRio terhadap prototype, port dihubungkan dengan sebuha jumper.

  Keterangan :

  1.Port A GND pin 27 ke Automatic Valve

  2.Port A DIO 1 pin 13 ke Direction 4

  Gambar 9 Implementasi prototype

  Automatic Valve Pada tahap implementasi, peneliti memakai

  3.Port A DIO 0 pin 11 ke Direction 3 bahan kayu sebagai alas prototype alat kontrol Automatic Valve kelembapan tanah. Seperti yang telah dijelaskan

  4.Port A DIO 1 pin 3 pada Sensor pada perancangan prototype sebelumnya. Kelembapan Tanah

  Ukuran selang yang digunakan adalah

  5.Port A VCC pin 1 pada Sensor berdiameter 1,5 cm. Kelembapan Tanah

  6.Port A GND pin 6 Driver Motor

  3.6 Fungsi Logika Fuzzy

  5 10 3,87 7 11 4,43 8 12 3,28 6 13 2,11 4 14 3,51 7 15 2,94 5 16 1,79 3 17 2,27 4 18 1,67 3 19 2,03 4 20 3,34 6 21 3,02 6 22 1,83 3 23 2,41 4 24 4,85 6 25 2,67 5 26 4,69 6 27 4,56 9 28 1,72 3 29 4,31

  9 2,52

  6 No Sampel NILAI 1 NILAI 2

  7 2 4,87 9 3 4,16 8 4 1,97 3 5 1,54 3 6 1,47 2 7 3,98 7 8 3,47

  No NILAI 1 NILAI 2 sampel 1 3,75

  Tabel 2 Hasil Pengujian Perbandingan Sensor Kelembapan Tanah Dengan Alat Ukur Kelembapan tanah.

  Dalam pengujian dua buah sensor yang telah dilakukan, didapatkan hasil pengujian dengan nilai yang berbeda terhadap nilai 1 dan nilai 2.

  4. HASIL

  Pada Gambar 14 merupakan program untuk menampilkan kontrol fuzzy dan juga system dirancang agar user dapat melihat durasi penyriaman ketika program berjalan.

  Gambar 14 Program fuzzy pada LabVIEW

  Pada tahap implementasi logika fuzzy sistem dirancang agar output dapat menghasilkan durasi penyiraman yang tepat.

  Pada Gambar 13, adalah cuplikan dari rancangan code yang fungsinya untuk data sensor tekanan air.

  7.Port A GND pin 12 Sensor Kelembapan

  Gambar 13Code Sensor Tekanan Air

  Gambar 12 adalah potongan program yang berfungsi untuk membaca kondisi kelembapan tanah pada alat yang dibuat. Pada program tersebut terdapat fungsi yang langsung tersedia oleh myRIO sebuah grafik juga akan ditampilkan yang fungsinya agar user dapat melihat perubahan data secara realtime.

  Gambar 12 Code Sensor Kelembapan

  Pada sensor kelembapan tanah berproses ketika sensor ditanam kedalam sampel tanah yang sudah disiapkan.

  3.6 Implementasi Baca Sensor Kelembapan Tanah

  Pada bagian ini akan menjelaskan bagaimana proses dalam sensor ketika berjalan

  3.5 Implementasi Program Baca Sensor

  Pada Gambar 11, Menunjukan ketika implementasi software ketika prototype sedang berjalan.

  3.4 Implementasi Perangkkat Lunak Gambar 11 Implementasi Software

  10.Port B DIO 0 pin 11 ke Sensor Tekanan Air

  9.Port B GND 1 pin 13 ke Sensor Tekanan Air

  8.Port B VCC pin 27 ke Sensor Tekanan Air

  8

  30 2,86

  21 5 0,812204

  14 3 0,736619

  15 3 0,736631 Nilai rata - rata 0,736647

  16 4 0,780247

  17 4 0,780231

  18 4 0,780218

  19 4 0,780222

  20 4 0,780246 Nilai rata - rata 0,780232

  22 5 0,812201

  12 3 0,736664

  23 5 0,812218

  24 5 0,812226

  25 5 0,812216 Nilai rata - rata 0,812213

  Tabel 3 merupakan hasil pengujian terhadap sensor tekanan air. Pada hasil pembacaan sensor tekanan air memiliki nilai yang berbeda sesuai dengan jumlah air yang tertampung didalam sampel tanki.

  Nilai rata-rata error dari kedua output pengujian menghasilkan nilai selisih yang tidak signifikan.

  Tabel 4 Selisih Nilai Error Pada Sistem dengan Fuzzy System Designer

  Tabel 4 menyimpulkan jumlah error sebesar

  24,2. Dengan dicobanya dari 15 sampel maka dapat dihitung nilai rata-rata error pada fuzzy.

  13 3 0,736638

  11 3 0,736681

  5 SUM 91,89 162 MEAN 3,063 5,4

  4 1 0,680092

  Tabel 2 merupakan hasil pengujian perbandingan dari sensor kelembapan tanah dan alat pengukur kelembapan tanah, nilai 1 adalah nilai yang didapatkan dari sensor kelembapan dan nilai 2 berasal dari alat pengukur kelembapan tanah (ETP 299). Hasil ini memberikan perbadingan yang tidak begitu berbeda , perbedaan terlihat karena range nilai dari sensor kelembapan dari 0-5 Volt sedangkan alat pengukur kelembapan memiliki range nilai 1-10.

  Hasil pengujian terhadap sensor tekanan air dilakukan dengan cara lima jenis sampel yang bermula dari jenis pertama adalah mempunyai total air dalam tanki sebesar satu liter sampai kepada jenis yang kelima yaitu lima liter. Setiap jenis diuji sebanyak lima kali kemudian dihitung rata-rata dari setiap jenis tersebut. Dengan ini pengujian terhadap sensor tekanan air mempunyai 25 sampel.

  Tabel 3Hasil Pengujian Sensor Tekanan Air No sampel

  Total air dalam tanki dalam liter Nilai tekanan(Volt)

  1 1 0,680073

  2 1 0,680061 No sampel Total air dalam tanki dalam liter Nilai tekanan(Volt)

  3 1 0,680051

  5 1 0,680013 Nilai rata - rata 0,680058

  2 0,692215 Nilai rata - rata 0,692236

  6 2 0,692206

  7

  2 0,692221

  8

  2 0,692247

  9

  2 0,692281

  10

  Perhitungan dilakukan dengan cara menjumlah seluruh selisih error lalu dibagi dengan jumlah sampel lalu dikalikan dengan 100% maka hasil akhir nilai error fuzzy dalam hitungan persen adalah 1,61%.

• – Fuzzy Sets,. Yuwono, T. (2014). Pengantar Ilmu Pertanian.

  http://www.ni.com: http://www.ni.com/white- paper/14556/en/

  Ying Bai and Dali Wang. (2013). Fundamentals of Fuzzy Logic Control

  secara Komersial. Jakarta: Penebar Swadaya.

  Cipta. Tim Penulis PS. (2009). Budi Daya Tomat

  TANAH TERBENTUKNYA TANAH DAN TANAH PERTANIAN. Rineka

  Sutedjo, I. M. (2010). PENGANTAR ILMU

  Setyawan, G. E. (2012). Logika Fuzzy. Diambil kembali dari lecture.ub.ac.id: gembong.lecture.ub.ac.id

  Rancang Bangun Sistem Kontrol Kelembaban Tanah , 327-328.

  (M. Rifqi, Pewawancara) Putri Asriya, M. Y. (2016). Rancang Bangun Sistem Kontrol Kelembaban Tanah.

  Purnama, D. I. (2017, Juli 15). Green House.

  Development and simulation of an agriculture control system using fuzzy logic method and Visual Basic environment , 1-3.

  Malang: Program Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer (PTIIK) Universitas Brawijaya. Mohd Azlan Abu, M. Y. (2013). Development and simulation of an agriculture control system using fuzzy logic method and Visual Basic environment.

  Las, I. (2006). Sifat Fisik Tanah dan Metode Analisisnya. Bogor. Mahmudy, W. F. (2013). Algoritma Evolusi.

  Programming Graphically in NI LabVIEW . Diambil kembali dari

  5. KESIMPULAN 1. Kesimpulan

  Instrument, N. (t.thn.). Benefits of

  AUGMENTED REALITY KONTROL , 2-4.

  AUGMENTED REALITY KONTROL. REALTIME

  INTECH. EDITYA, A. S. (2017). REALTIME

  Chung-Liang Chang,Ming-Fong Sie. (2012). A Multistaged Fuzzy Logic. Dadios, P. E. (2012). Fuzzy Logic - Controls, Concepts, Theories and Applications.

  Penanganan Pascapanen. yogyakarta: kanisius.

  BURROUGH, P. A. (1989). Fuzzy mathematical methods for soil survey and land evaluation. European Journal of Soil Science , 50-62. Cahyono, I. B. (2008). Tomat Usaha Tani &

  http://balittanah.litbang.pertanian.go.id: http://balittanah.litbang.pertanian.go.id/ document.php?folder=ind/dokumentasi/ buku/buku%20sifat%20fisik%20tanah &filename=12gravimetrik&ext=pdf

  TANAH . Diambil kembali dari

  (2016). PENETAPAN KADAR AIR

  5. DAFTAR PUSTAKA A. Abdurachman, Umi Haryati, Ishak Juarsah.

  Sistem yang telah dirancang dapat mengetahui waktu siram pada alat kontrol kelembapan tanah berdasarkan kelembapan tanah dan tekanan air menggunakan logika fuzzy.Sistem yang telah diimplementasikan dapat menjadikan data sensor sebagai parameter waktu siram pada alat kontrol kelembapan tanah.Sistem yang telah diimplementasikan dapat menampilkan data sensor yang mudah dimengerti manusia kedalam sebuah tampilan user interface.Sistem yang telah diimplementasikan telah berhasil mengetahui cara kerja sensor yang terhubung pada perangkat myRIO dalam durasi penyiraman pada suatu kelembapan tanah dan tekanan air menggunakan logika fuzzy.Sistem menghasilkan suatu besaran tingkat error pada sistem dan tingkat respon sistem.

  Yogyakarta: Universitas Gajah Mada.