rancang bangun sistem pengendalian temperature … · 2020. 4. 26. · cara kerja dari plan...

i

TUGAS AKHIR TF 1455565

RANCANG BANGUN SISTEM PENGENDALIANTEMPERATURE RESERVOIR PADA MINI PLANTGREENHOUSE HIDROPONIK BERBASISMIKROKONTROLLER ARDUINO

DINA ASTRI RIANANRP 2412.031.023

Dosen PembimbingHendra Cordova, ST, MT

PROGRAM STUDI D3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASIJURUSAN TEKNIK FISIKAFakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh NopemberSurabaya 2015

ii

FINAL PROJECT - TF 1455565

DESIGN OF TEMPERATURE RESERVOIRCONTROL SYSTEM IN MINI GREENHOUSEHIDROPONIC PLANT BASED ON ARDUINO

DINA ASTRI RIANANRP 2412.031.023

SupervisorHendra Cordova, ST, MT

Department Of Engineering PhysicsFaculty of Industrial TechnologySepuluh Nopember Institute of TechnologySurabaya 2015

DIPLOMA OF METROLOGY AND INSTRUMENTATION ENGINEERING

v

“RANCANG BANGUN SISTEM PENGENDALIANTEMPERATURE RESERVOIR PADA MINIPLANT

GREENHOUSE HIDROPONIK BERBASIS ARDUINO”

Nama : Dina Astri RianaNRP : 2412 031 023Prodi : D3 Metrologi dan InstrumentasiJurusan : Teknik FisikaDosen Pembimbing : Hendra Cordova ST, MT

AbstrakPada sistem pengendalian temperature merupakan suatu

rancangan sistem yang mampu mengendalikan temperaturereservoir pada miniplant greenhouse hidroponik khususnya padatemperature reservoir tangki larutan nutrisi. Plan pengendaliantemperature reservoir ini menggunakan sistem pengendalianbermode on-off dan menggunakan LM35 sebagai sensor suhu,microcontroller sebagai controller, LCD berfungsi untukmenampilkan data dan aktuator yaitu fan. Cara kerja dari planpengendalian ini yaitu sensor LM35 akan mendeteksi perubahansuhu pada tangki larutan nutrisi temperature reservoir yangkemudian diolah oleh microcontroller arduino mega 2560sehingga perubahan suhu dapat ditampilkan melalui LCD. Padatangki larutan nutrisi temperature reservoir dilakukan pengujianuntuk nilai temperature yang sesuai, kemudian ditentukan nilai setpoint yang sesuai yaitu 33°C. pada hasil pengujian dapat terlihatbahwa nilai temperature bergantung pada jam pengambilan, padapukul 24.00 sampai 06.00 nilai tangki temperature reservoirrendah yaitu antara 25°C sampai 27°C, sedangkan pada pukul07.00 sampai 17.00 nilai tangki temperature 27°C sampai 29°C.untuk perhitungan akurasi sistem, didapatkan bahwa sistempengendalian temperature reservoir pada tangki larutan nutrisimempunyai akurasi sebesar 98%.Kata Kunci : Sistem pengendalian temperature, sensor suhu

LM35, Mikrokontroller Arduino Mega 2560

vi

“DESIGN OF TEMPERATURE RESERVOIR CONTROLSYSTEM IN MINI GREENHOUSE HIDROPONIC PLANT

BASED ON ARDUINO”

Name : Dina Astri RianaNRP : 2412 031 023Study of Program : D3 Metrology and InstrumentationDepartment : Teknik Fisika FTI-ITSSupervisor : Hendra Cordova. ST, MT

AbstractThe temperature control system is a system than can control

the temperatur reservoir in miniplant greenhouse hydroponicexpecially in nutrient solution tank reservoir. The temperaturecontrol system are used on-off control mode with LM35 astemperature sensor, microcontroller as controller,LCD asdisplayed of data,and used actuator of fan. . The work principleof the control plant is beginning from temperature sensor. Thetemperature is change of tank reservoir nutrient solution andwould detected by LM35 temperature sensor. Then,theinformation that getting by this sensor will be processed bymicocontroller. The last, the display of temperature is change isappearance in LCD. At the nutrient solution tank reservoirtemperature testing temperature corresponding to the value, andthen determined the appropriate set point value is 33 ° C. on thetest results can be seen that the temperature values depend, at24.00 until 06:00 grades lower reservoir tank temperature isbetween 25 ° C to 27 ° C, while at 07.00 to 17.00 grades tanktemperature of 27 ° C to 29 ° C. for the calculation accuracy ofthe system, it was found that the temperature control system in thereservoir tank nutrient solution has an accuracy of 98%.

Keywords: Temperature control system, temperature sensor ,LM35, microcontroller Arduino Mega 2560

vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur Alhamdulillah kami panjatkan kehadiratAllah SWT serta Nabi Muhammad SAW atas berkah,limpahan rahmat dan hidayah-Nya kepada kami semuasehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir tepatwaktu dengan judul :

“RANCANG BANGUN SISTEM PENGENDALIANTEMPERATURE RESERVOIR PADA MINIPLANT

GREENHOUSE HIDROPONIK BERBASIS ARDUINO”

Tugas akhir ini disusun guna memenuhi persyaratanuntuk memperoleh gelar Diploma pada prodi D3 Metrologidan Instrumentasi Jurusan Teknik Fisika, Fakultas TeknologiIndustri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya.Selama menyelesaikan tugas akhir ini penulis telah banyakmendapatkan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itupada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasihyang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Dr. Ir. Totok Soehartanto, DEA selaku ketuajurusan Teknik Fisika,FTI-ITS

2. Bapak Dr.Ir.Purwadi Agus Darwito,M.Sc selakuKaprodi D3 Metrologi dan Instrumentasi yang telahmemberikan dukungan dan semangat kepada kami.

3. Ibu Ir. Jerri Susatio, MT selaku dosen wali yang selalumemberikan motivasi dan perhatiannya selama penulismenjadi mahasiswa di Jurusan Teknik Fisika

4. Bapak Hendra Cordova,ST,MT, selaku pembimbingtugas akhir yang senantiasa selalu bersabar danmemberikan segala ilmu dan bimbingannya yangdiberikan selama pengerjaan tugas akhir.

5. Bapak dan Ibu dosen Teknik Fisika yang telah banyakmemberikan ilmunya sehingga penulis dapatmenyelesaikan jenjang kuliah sampai tugas akhir ini.

viii

6. Orang Tua saya yang tercinta, dan adik saya, terimakasih atas segala dukungan dan kepercayaan baikmoril, spiritual dan material. Semoga selaludilimpahkan rahmat dan hidayahnya.

7. Komunitas Hidroponik Surabaya yang telah banyakmemberikan ilmu serta referensi pada tugas akhir iniyang sangat membantu dalam proses pengerjaannya.

8. Kelompok Tugas Akhir Hidroponik Project, Bayu,Dzulfikar dan Afandi yang selalu memberi semangat,semoga selalu teringat untuk kebersamaan kita.

9. Teman-teman seperjuangan tugas akhir D3 Metrologidan Instrumentasi angkatan 2012 yang tidak dapatdisebutkan satu persatu dan sahabaat saya novia yangselalu memberi dukungan serta semua pihak yangtelah membantu terselesaikannya Tugas Akhir ini.

10. Kakak-kakak dari lintas jalur maupun alumni yangselalu memberi bimbingan dan pengetahuan seputartugas akhir.

11. Serta semua pihak yang turut membantuterselesaikannya Tugas Akhir ini,terima kasih banyak

Penulis menyadari bahwa terdapat kekurangan dalampenyusunan laporan tugas akhir ini. Karena itu sangatdiharapkan kritik dan saran yang membangun dari semuapihak sehingga mencapai sesuatu yang lebih baik.

Surabaya, 3 Juli 2015

Penulis

ix

DAFTAR ISI

HalHALAMAN JUDUL.................................................................. iLEMBAR PENGESAHAN.....................................................iiiABSTRAK.................................................................................vKATA PENGANTAR ............................................................viiDAFTAR ISI............................................................................ ixDAFTAR GAMBAR...............................................................xiDAFTAR TABEL..................................................................xiii

BAB I. PENDAHULUAN ........................................................11.1 Latar Belakang....................................................................11.2 Rumusan Permasalahan......................................................21.3 Batasan Masalah.................................................................21.4 Tujuan.................................................................................21.5 Sistematika Laporan ...........................................................2

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA.............................................52.1 Hidroponik..........................................................................52.2 Sistem Nutrient Film Technique (NFT) ..............................62.3 Rumah Kaca (Greenhouse) ................................................72.4 Sistem Pengendalian...........................................................82.5 Sensor LM35 ....................................................................112.6 Arduino Mega 2560..........................................................142.7 LCD (Liquid Cristal Display) Ukuran 20x4 ....................18

BAB III. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT ..213.1 Block Diagram Perancangan Alat ....................................213.2 Perancangan Sistem Pengendalian Temperature pada

Greenhouse Hidropoonik ...............................................223.3 Perancangan Local Control Unit (LCU)...........................243.4 Perancangan Hardware ....................................................25

3.4.1 Perancangan Power Supply ....................................253.4.2 Perancangan Sensor LM35.....................................263.4.3 Perancangan Modul Relay......................................27

x

3.4.4 Perancangan Arduino Mega 2560 ..........................293.5 Perancangan Perangkat Lunak Software ............................30

BAB IV. ANALISA DATA....................................................334.1 Pengujian Alat ..................................................................334.2 Pengujian Sistem ..............................................................33

4.2.1 Pengujian Sensor LM35 .........................................364.2.2 Pengujian Respon Sistem Untuk Mencapai Set

point........................................................................374.2.3 Pengujian Sistem Setelah Dikontrol.......................404.2.4 Perhitungan Akurasi ...............................................42

4.3 Analisa Data ......................................................................42

BAB V. PENUTUP.................................................................455.1 Kesimpulan.......................................................................455.2 Saran ................................................................................45

DAFTAR PUSTAKA .............................................................67LAMPIRAN A1 (Data Uji Temperature Reservoirs Sebelum

dikontrol)......................................................A-1LAMPIRAN B1 (Data Uji Temperature Reservoirs Setelah

dikontrol)......................................................B-1

xi

DAFTAR GAMBARHalaman

Gambar 2.1 Hidroponik Nutrient Film Technique..............7Gambar 2.2 Diagram Blok Aliran Sistem Pengendalian

Tertutup ............................................................11Gambar 2.3 Sensor LM35 ......................................................12Gambar 2.4 Prinsip Kerja Sensor LM35 ...............................13Gambar 2.5 Karakteristik dan Rangkaian Sensor LM35 .....14Gambar 2.6 Arduino Mega 2560.........................................16Gambar 2.7 LCD karakter 20x4 ..........................................18Gambar 2.8 Desain rangkaian LCD dengan Arduino mega

2560 ..................................................................19Gambar 3.1 Blok Diagram Perancangan & Pembuatan Alat .21Gambar 3.2 Desain miniplant greenhouse hidroponik...........22Gambar 3.3 Rancangan Plant temperature pada greenhouse

hidroponik..........................................................22Gambar 3.4 Fan dan sensor LM 35........................................23Gambar 3.5 Diagram blok pengendalian temperature ...........24Gambar 3.6 LCU plant pengendalian temperature ................25Gambar 3.7 Rangkaian Power Supply 5 volt .........................26Gambar 3.8 Rangkaian power supply 12 volt .........................26Gambar 3.9 Penempatan sensor LM 35 .................................27Gambar 3.10 Rangkain modul relay ......................................28Gambar 3.11 Display Temperature reservoir pada LCD.......38Gambar 3.12 Eletktrik arduino mega 2560 ............................30Gambar 3.13 Listing program temperature reservoir pada

arduino ...............................................................31Gambar 3.14 Listing tampilan LCD temperature reservoir

pada arduino ......................................................31Gambar 4.1 Grafik perubahan temperatur reservoir

sebelum dikontrol pukul 18.00 -24.00 WI..35Gambar 4.2 Grafik perubahan temperatur reservoir

sebelum dikontrol pukul 00.00 – 17.00 WI .36

xii

Gambar 4.3 Grafik pengujian respon sensor LM35 dari40°C hingga set point 33°C ...........................39

Gambar 4.4 Grafik pengujian temperatur yang dikontrol41

xiii

DAFTAR TABELHalaman

Tabel 2.1 Pin LCD 20x4..............................................................18Tabel 4.1 Pengukuran sistem sebelum dikontrol ...................34Tabel 4.2 Data Pengujian Sensor LM35 .....................................36Tabel 4.3 Data pengujian respon mencapai set point ..........37Tabel 4.4 Data pengujian sistem yang sudah dikontrol ........40Tabel 4.5 Tabel data error (ess) dengan set point 33°C ........41Tabel 4.6 Data perhitungan akurasi .........................................42

1

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangIndonesia sebagai negara agraris memiliki potensi yang

besar sekali dalam bidang pertanian. Sumber alam yangberlimpah serta kondisi alam indonesia yang menunjangmenjadikan negara indonesia memiliki peluang yang besar bagikemajuan agroindustry. Sektor ini berperan sebagai penunjangketersediaan pangan bagi rakyatnya. Seiring perkembanganteknologi, sektor pertanian juga ikut mengalami perkembangan.Salah satu perkembangannya adalah pengembangan pola cocoktanam tanpa media tanah. Pola cocok tanam ini dikenal dengannama hidroponik. Hidroponik berasal dari kata hydro yang berartiair dan ponos yang berarti daya. Pola cocok tanam sistemhidroponik merupakan pola cocok tanam yang memberdayakanair sebagai dasar pembangunan tubuh tanaman. Air disinibukanlah air biasa, tetapi air yang berisi zat zat tertentu yangdapat membantu proses tumbuhnya tanaman dan proses fisiologitanaman

Greenhouse hidroponik adalah suatu metode tanpamenggunakan tanah sebagai metode pertumbuhan tanaman.Metode ini bukan merupakan hal baru dalam dunia pertanian.Namun, masih banyak masyarakat yang belum mengetahuidengan jelas bagaimana cara melakukannya dan apakeuntungannya. Sebelumnya pengendalian temperature reservoirbelum banyak digunakan pada sistem greenhouse. DenganGreenhouse hidroponik sistem pengendalian temperature, petanidapat meningkatkan kualitas dan hasil produksi tanamannya yangdapat dilakukan pada lahan sempit pada perkotaan. Untukmenghasilkan hasil produksi tanaman yag baik, para petani harusmemperhatikan faktor-faktor yang mempengaruhi kualitas daritanaman yang salah satunya adalah temperatur pada Greenhousehidroponik.

Pada tugas akhir ini akan didesain sebuah sistempengendalian pada kontrol temperatur Greenhouse hidroponikberbasis mikrokontroller arduino yang memiliki bagian yaitu

2

LM35 sebagai sensor temperatur yang digunakan untuk kontroltemperature pada greenhouse hidroponik. Pengendalian terletakpada pengaturan fan untuk mengatur temperature padaGreenhouse hidroponik dan sebuah mikrokontroller arduinosebagai pusat dari sistem kontrol.

1.2 Rumusan PermasalanPada pelaksanaan tugas akhir ini permasalahan yang diangkat

adalah bagaimana merancang dan mengontrol temperature padaGreenhouse hidroponik yang digunakan untuk menyesuaikantemperature yang dibutuhkan tanaman dengan menggunakanMikrokontroller Arduino sebagai kontrolernya.

1.3 Batasan MasalahBatasan permasalahan agar pembahasan tidak meluas dan

menyimpang dari tujuan. Adapun batasan permasalahan darisistem yang dirancang ini adalah1. Fokus tugas akhir ini membahas tentang control

Temperature pada reservoir Greenhouse hidroponik dengansensor LM35.

2. Menggunakan mikrokontroler Arduino mega 2560 sebagaikontroler pada sistem Greenhouse hidroponik

3. Menggunakan sensor LM35 sebagai sensor temperaturepada Greenhouse hidroponik

1.4 TujuanTujuan yang dicapai dalam tugas akhir ini adalah

merancang dan mengontrol temperature pada Greenhousehidroponik yang digunakan untuk menyesuaikan temperatureyang dibutuhkan tanaman dengan menggunakan MikrokontrollerArduino sebagai kontrolernya.

1.5 Sistematika LaporanDalam penyusunan tugas akhir ini, sistematika laporan

disusun secara sistematis dan terbagi dalam beberapa bab, yaitudengan perincian sebagai berikut:BAB I Pendahuluan

3

Bab ini berisi tentang penjelasan latar belakang,perumusan masalahan, batasan masalah, tujuan,tugas akhir, metodologi penelitian dansistematika laporan.

BAB II Tinjauan PustakaPada bab ini berisikan tentang teori-teoripenunjang tugas akhir, antara lain teori tentangsistem hidroponik, sistem pengendalian on-off,lampu indikator,LCD dan microcontroller arduinoMega.

BAB III Perancangan dan Pembuatan AlatDalam bab ini akan dijelaskan secara detailmengenai langkah-langkah yang harus dilaluiuntuk mencapai tujuan dan simpulan akhir daripenelitian. Produk akhir dari tahap ini adalahperancangan dan model yang siap untuk dibuat,diuji, dan dianalisa

BAB IV Pengujian Alat dan Analisa DataPada bab ini merupakan tindak lanjut dari bab III,dimana pengujian yang telah dilakukan dan akandidapatkan data, baik data berupa grafik maupuntabulasi, kemudian akan dilakukan analisa danpembahasan.

BAB V Kesimpulan dan SaranDalam bab ini adalah berisi mengenai kesimpulanpokok dari keseluruhan rangkaian penelitian yangtelah dilakukan serta saran yang dapat dijadikanrekomendasi sebagai pengembangan penelitianselanjutnya.

4

\

Halaman ini sengaja dikosongkan

5

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

Dalam pengerjaan tugas akhir adapun teori penunjangyang dipakai sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan antaralain : komponen miniplant sistem pengendalian temperature padagreenhouse Hidroponik yaitu Hidroponik sistem NFT,greenhouse, sistem pengendalian, sensor suhu LM35, ArduinoMega, pengendalian On-Off,LCD,

2.1 HidroponikMenurut Lingga (1985) ,hidroponik berasal darai bahasa

latin yaitu hydroponic. Dibagi menjadi dua suku kata, hydro yangberarti air dan ponous berarti pengerjaan. Definisi hidroponikadalah pengerjaan atau pengelolaan air yang digunakan sebagaimedia tumbuh tanaman dan tempat akar tanaman mengambilunsur hara yang diperlukan. Umumnya media tanam yangdigunakan bersifat porous, seperti pasir, arang sekam, batu apung,kerikil, dan rockwool.

Kultur hidroponik adalah metode penanaman tanpamenggunakan media tumbuh dari tanah. Secara harfiahhidroponik berarti penanaman dalam air yang mengandung usurhara. Dalam praktek sekarang ini, hidroponik tidak terleps daripenggunaan media tumbuh lain yang bukan tanah sebagaipenopang pertumbuhan tanaman (Rosliani dan sumarni 2005).Berbagai sistem hidroponik dikelompokkan menjadi dua, yaitukultur subtract dan kultur air. Pada kultur substrat, penanamandilakukan menggunakan media tanam padat berpori sebagaitempat dimana akar tanaman tumbuh. Media tanam yangdigunakan dapat berupa media organik, anorganik, atau campurandari keduanya. Pada kultur air penanam dilakukan tidakmenggunakan media tanam atau media tumbuh, sehingga akartanaman tumbuh di dalam larutan nutrisi atau di udara. Kultur airdibagi menjadi tiga kelompok, yaitu hidroponik larutan diam,hidroponik dengan larutan nutrisi yang disirkulasi, dan aeroponik.Sistem hidroponik pada larutan yag didunakan pada tugas akhir

6

ini mengacu kepada larutan nutrisi yang mengalir dengan aliranyang pelan.

Berdasarkan penggunaan larutan nutrisinya, hidroponikdigolongkan menjadi dua, yaitu hidroponik sistem terbuak danhidroponik sistem tertutup. Pada hidroponik sistem terbuka,larutan nutrisi dialirkan ke daerah perakaran tanaman dankelebihannya dibiarkan hilang. Sedangkan hidroponik sitemtertutup, kelebihan larutan nutrisi diberikan, ditampung dandisirkulasikan kembali ke daerah perakaran tanaman (chadirin2007).

Saat ini dikenal 8 macam teknik hidroponik modern yaituNutrient Film Techique (NFT), Static Aerated Technique (SAT),Ebb and Flow Technique (EFT), Deep flow Technique (DFT),Aerated Flow Technique (DIT), Root Mist Technique (RMT) danFrog Feed Technique (FFT) (Chaidirin, 2007).

2.2 Sistem Nutrient Film Technique (NFT)Hidroponik sisten Nutrient Film Techique (NFT)

dikategorikan sebagai sistem hidroponik tertutup. Nutrient FilmTechique (NFT) adalah metode budidaya yang akar tanamannyaberada di lapisan air dangkal tersiskulasi yang mengandungnutrisisesuai kebutuhan tanaman. Kata “film” pada hidroponik NutrientFilm Techique menunjukan aliran tipis. Dengan demikian,hidroponik hanya menggunakan aliran air (nutrient) sebagaimedianya. Perakaran dapat berkembang di dalam larutan nutrisidan sebagian lainnya di atas permukaan larutan. Aliran larutansangat dangkal, jadi bagian atas perakaran berkembang di atas airyang lebab tetepi berada di udara. Di sekeliling perakaran initerdapat selapis larutan nutrisi (affan 2004).

Pada sistem NFT, talang talang berbentuk segiempatdisusun miring (kemiringan 1-5%) sehingga larutan nutrisimegalir dari bagian atas ke bawah mengikuti gaya gravitasi.Larutan nutrisi ini berasal dari sebuah tangki yang dipompakanke saluran ke saluran distribusi dengan pompa submersible.Setelah masuk ke talang, larutan nutrisi keluar melalui outet

7

kemudian masuk ke saluran distribusi yang menuju ke tangki lagidan akan dipompakan kembali ke dalam talang (Untung, 2004).

Gambar 2.1 Hidroponik Nutrient Film Technique [2]

Beberapa keuntungan yang diperoleh dari budidayahidroponik sistem NFT seperti dikutip dari chadirin (2007),antara lain :1. Teknik NFT dapat mempersingkat masa tanam karena

tanaman dapat tumbuh lebih cepat dari tanam yangdibudidayakan secara konvensional di tanah, sehugga dapatmenambah musim tanam pertahunnya.

2. Pemberian nutrisi lebih mudah dikontrol secara tepat sesuaikebutuhan tanaman.

3. Terhindar dari kekeringan karena nutrisi dan airdisirkulasikan secara teratur pada daerah perakaran tanaman.

4. Pengendalian temperature lebih mudah dilakukan dengancara mengontrol temperature larutan nutrisi pada tingkatyang optimum bagi daerah perakaran tanaman.

2.3 Rumah Kaca (Greenhouse)Menurut Nelson (1981), rumah kaca atau greenhouse

didefinisikan sebagai suatu bangunan yang memiliki struktur atap

8

dan dinding yang bersifat tembus cahaya dan dapat masuk dantanaman terhindar dari kondisi lingkungan yang tidakmenguntungkan antar lain curah hujan yang deras, tiupan anginayang kencang, keadaan suhu yang terlalu rendah atau tinggisehingga dapat menghambat pertumbuhan tanaman. Biasanyabudidaya tanaman dengan cara hidroponik dilakukan didalamgreenhouse lebih mudah dikendalikan sehingga dari tanamanyang ditanam dengan sistem hidroponik mendapatkanpertumbuhan dan produktivitas yang optimal.

Indonesia merupakan negara tropis yang hanya memilikidua musim, yaitu musim kemarau an musim penghujan sehinggafungsi greenhouse lebih ditekankan sebagai sarana pelindungtanaman terhadap iklim yang tidak menguntugkan. Terutamauntuk mengurangi intensitas matahari dan terpaan curah hujanserta pelindung darai serangan hama dan penyakit tanaman.

Disamping itu, iklim dalam greenhouse dapat direkayasa,seperti konsentrasi O2,temperature, kelembapan, dan lain lain.

2.4 Sistem PengendalianSistem pengendalian adalah susunan komponen-komponen

fisik yang dirakit sedemikian rupa sehingga berfungsi untukmengendalikan sistem itu sendiri atau sistem lain yangberhubungan dengan sebuah proses. Atau dengan pengertian lainsistem pengendalian adalah suatu proses/pengendalian terhadapsuatu atau beberapa besaran sehingga berada pada suatu hargaatau range tertentu. Hampir semua proses dalam dunia industrimembutuhkan peralatan-peralatan otomatis untuk mengendalikanparameter-parameter prosesnya. Otomatisasi tidak saja diperlukandemi kelancaran operasi, keamanan, ekonomi, maupun mutuproduk, tetapi lebih merupakan kebutuhan pokok. Kita tidak akanmungkin menjalankan suatu proses industri tanpa sistempengendalian.

Ada banyak parameter yang harus dikendalikan didalamsuatu proses. Di antaranya, yang paling umum, adalah tekanan(pressure), aliran (flow), suhu (temperature), atau ketinggianpermukaan zat cair (level) dan ada juga beberapa parameter lain

9

diluar keempat parameter diatas bila dibutuhan dalam suatupengendalian proses, gabungan serta kerja alat-alat pengendalianotomatis itulah yang dinamakan sistem pengendalian proses(process control system). Sedangkan semua peralatannya yangmembentuk sistem pengendalian disebut instrumentasipengendalian proses (process control instrumentation). Berikutini merupakan istilah dan elemen-elemen yang perlu diketahuidalam sistem pengendalian.

Process adalah operasi atau perkembangan alamiah yangberlangsung secara kontinyu yang ditandai oleh suatuderetan perubahan kecil yang berurutan dengan cara yangrelative tetap dan menuju kesuatu hasil atau keadaan akhirtertentu.

Plant adalah seperangkat peralatan, mungkin hanya terdiridari beberapa bagian mesin yang bekerja bersama-sama,yang dilakukan untuk melakukan suatu operasi tertentu.Atau dengan kata lain plant adalah objek yangdikendalikan.

System (sistem) adalah kombinasi dari beberapakomponen yang bekerja bersama sama dan melakukansuatu sasaran tertentu.

Controlled Variable adalah besaran atau variabel yangdikendalikan. Besaran ini pada diagram kotak disebut jugadengan output proses atau process variable.

Manipulated Variable adalah input dari suatu proses yangdapat dimanipulasi atau diubah-ubah besarnya agar processvariable atau control variable besarnya sama dengansetpoint.

Disturbance adalah suatu sinyal yang cenderungmempunyai pengaruh yang merugikan pada harga keluaransystem.

Sensing Element adalah bagian yang paling ujung suatusistem pengukuran (measuring system), bagian ini jugadisebut dengan sensor atau primary element.

10

Transducer adalah unit pengalih sinyal sedangkanTransmitter adalah alat yang berfungsi membaca sinyalsensing element dan mengubahnya menjadi sinyal yangdapat dimengerti oleh controller.

Measurrement Variable adalah sinyal yang keluar daritransmitter. Besaran ini merupakan cerminan besarnyasinyal sistem pengukuran.

Setpoint adalah besar process variable yang dikehendaki.Sebuah controller akan selalu berusaha menyamakancontrolled variable dengan setpoint.

Error adalah selisih antara setpoint dikurangi denganprocess variable. Error bisa negatif dan bisa juga positif.Bila setpoint lebih besar dari process variable, maka errordikatakan negatif demikian juga sebaliknya.

Controller adalah elemen yang mengerjakan tiga dariempat tahap langkah pengendalian yaitu membandingkansetpoint dengan measurement variable, menghitung berapabanyak koreksi yang dilakukan, dan mengeluarkan sinyalkoreksi sesuai dengan hasil perhitungan sebelumnya.

Feedback (Umpan Balik) adalah sifat dari suatu sistemuntaian tertutup yang memungkinkan keluarannya bisadibandingkan dengan masukan sistem itu agar tindakanpengendalian yang tepat sebagai fungsi dari keluaran danmasukannya bisa terjadi.

Final Control Element adalah bagian terakhir dariinstrumentasi sistem pengendalian. Bagian ini berfungsiuntuk mengubah measurement variable dengan caramemanipulasi besarnya manipulated variable, berdasarkanperintah controller[2].

Dan berikut ini merupakan diagram blok umum sistempengendalian tertutup.

11

Gambar 2.2 Diagram Blok Aliran Sistem Pengendalian Tertutup

Secara garis besar suatu rangkaian pengendalian prosesdibagi menjadi empat langkah, yaitu: mengukur –membandingkan – menghitung – mengkoreksi. Langkah pertamayaitu mengukur, merupakan tugas dari sensor. Langkahberikutnya adalah membandingkan apakah hasil pengukuran darisensor sudah sesuai dengan apa yang dikehendaki. Apabila terjadiketidaksesuaian antara setpoint dengan hasil pengukuran makaakan dilakukan perhitungan untuk menentukan aksi apa yangdilakukan supaya sesuai dengan setpoint yang diinginkan. Padalangkah kedua dan ketiga ini adalah tugas dari pengendali.Langkah terakhir adalah melakukan pengkoreksian yangmerupakan tugas dari aktuator.

2.5 Sensor LM35LM35 adalah komponen sensor suhu berukuran kecil seperti

transistor (TO-92). Komponen yang sangat mudah digunakan inimampu mengukur suhu hingga 1500C. Dengan tegangankeluaran yang terskala linear dengan suhu terukur, yakni 10milivolt per 10C. LM35 dapat disuplai dengan tegangan mulai4V-30V DC dengan arus pengurasan 60 μA, memiliki tingkatefek self-heating (efek pemanasan oleh komponen itu sendiriakibat adanya arus yang bekerja melewatinya) yang rendah(0,080C).

12

Gambar 2.3 Sensor LM35 [4]

Sensor suhu LM35 digunakan untuk mengetahui besarnyasuhu ruangan. IC ini akan mengubah nilai suhu menjadi besarantegangan. Jangkauan (range) suhu yang mampu dirasakan olehLM35 adalah dari -55°C sampai dengan 150°C. Tegangankeluaran sensor ini akan mengalami perubahan 10 mV untuksetiap perubahan suhu. Sensor suhu LM35 merupakan komponenelektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhumenjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. LM35 memilikikeakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkandengan sensor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaranimpedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapatdengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khususserta tidak memerlukan penyetelan lanjutan. Meskipun tegangansensor ini dapat mencapai 30 volt akan tetapi yang diberikan kesensor adalah sebesar 5 volt, sehingga dapat digunakan dengancatu daya tunggal dengan ketentuan bahwa LM35 hanyamembutuhkan arus sebesar 60 μA hal ini berarti LM35mempunyai kemampuan menghasilkan panas (self-heating) darisensor yang dapat menyebabkan kesalahan pembacaan yangrendah yaitu kurang dari 0,5 ºC pada suhu 25 ºC .

13

Gambar 2.4 Prinsip kerja sensor LM35 TS [4]

Gambar diatas menunjukan bentuk dari LM35 tampak depandan tampak bawah. 3 pin LM35 menujukan fungsi masing-masing pin diantaranya, pin 1 berfungsi sebagai sumber tegangankerja dari LM35, pin 2 atau tengah digunakan sebagai tegangankeluaran atau Vout dengan jangkauan kerja dari 0 Volt sampaidengan 1,5 Volt dengan tegangan operasi sensor LM35 yangdapat digunakan antar 4 Volt sampai 30 Volt. Keluaran sensor iniakan naik sebesar 10 mV setiap derajad celcius sehinggadiperoleh persamaan sebagai berikut :

Vout = 10mV/°C (2.1)

Secara prinsip sensor akan melakukan penginderaan padasaat perubahan suhu setiap suhu 1 ºC akan menunjukan tegangansebesar 10 mV. Pada penempatannya LM35 dapat ditempelkandengan perekat atau dapat pula disemen pada permukaan akantetapi suhunya akan sedikit berkurang sekitar 0,01 ºC karenaterserap pada suhu permukaan tersebut. Dengan cara seperti inidiharapkan selisih antara suhu udara dan suhu permukaan dapatdideteksi oleh sensor LM35 sama dengan suhu disekitarnya, jika

14

suhu udara disekitarnya jauh lebih tinggi atau jauh lebih rendahdari suhu permukaan, maka LM35 berada pada suhu permukaandan suhu udara disekitarnya. Jarak yang jauh diperlukanpenghubung yang tidak terpengaruh oleh interferensi dari luar,dengan demikian digunakan kabel selubung yang ditanahkansehingga dapat bertindak sebagai suatu antenna penerima dansimpangan didalamnya, juga dapat bertindak sebagai perata arusyang mengkoreksi pada kasus yang sedemikian, denganmengunakan metode bypass kapasitor dari Vin untuk ditanahkan.Berikut ini adalah karakteristik dari sensor LM35.

Gambar 2.5 Karakteristik sensor dan rangkaian sensor LM35 [5]

1. LM35 memiliki sensitivitas 10 mVolt/ºC dan dapat dikalibrasilangsung dalam celcius.

2. LM35 bekerja pada tegangan tegangan 4 sampai 30 volt3. LM35 beroperasi pada arus > 60 µA.4. Sensor LM35 memiliki Range suhu -55 ºC sampai +150 ºC.5. LM35 tidak memerlukan pengkondisian sinyal

2.6 Arduino MEGA 2560Arduino Mega2560 adalah papan mikrokontroler

berbasiskan ATmega2560 (datasheet ATmega2560). ArduinoMega2560 memiliki 54 pin digital input/output, dimana 15 pindapat digunakan sebagai output PWM, 16 pin sebagai inputanalog, dan 4 pin sebagai UART (port serial hardware), 16 MHzkristal osilator, koneksi USB, jack power, header ICSP, dan

15

tombol reset. Ini semua yang diperlukan untuk mendukungmikrokontroler. Cukup dengan menghubungkannya ke komputermelalui kabel USB atau power dihubungkan dengan adaptor AC-DC atau baterai untuk mulai mengaktifkannya. ArduinoMega2560 kompatibel dengan sebagian besar shield yangdirancang untuk Arduino Duemilanove atau Arduino Diecimila.Arduino Mega2560 adalah versi terbaru yang menggantikan versiArduino Mega.

Arduino Mega2560 berbeda dari papan sebelumnya, karenaversi terbaru sudah tidak menggunakan chip driver FTDI USB-to-serial. Tapi, menggunakan chip ATmega16U2 (ATmega8U2pada papan Revisi 1 dan Revisi 2) yang diprogram sebagaikonverter USB-to-serial. Arduino Mega2560 Revisi 2 memilikiresistor penarik jalur HWB 8U2 ke Ground, sehingga lebihmudah untuk dimasukkan ke dalam mode DFU. ArduinoMega2560 Revisi 3 memiliki fitur-fitur baru berikut:a. 1.0 pinout : Ditambahkan pin SDA dan pin SCL yang dekat

dengan pin AREF dan dua pin baru lainnya ditempatkandekat dengan pin RESET, IOREF memungkinkan shielduntuk beradaptasi dengan tegangan yang tersedia padapapan. Di masa depan, shield akan kompatibel baik denganpapan yang menggunakan AVR yang beroperasi dengan 5Volt dan dengan Arduino Due yang beroperasi dengantegangan 3.3 Volt. Dan ada dua pin yang tidak terhubung,yang disediakan untuk tujuan masa depan.

b. Sirkuit RESET.c. Chip ATmega16U2 menggantikan chip ATmega8U2.

16

Gambar 2.6 Arduino Mega2560[10]

Berikut ini merupakan spesifikasi dari MikrokontrollerArduino Mega 2560 : Cip mikrokontroller : ATmega 2560 Tegangan operasi : 5V Tegangan masukkan yang direkomendasikan : 7-12V Batas tegangan masukkan : 6-20V Jumlah pin input/output digital : 54 (dengan 15 pin

untuk keluaran PWM) Jumlah pin analog Input : 16 Arus DC di setiap pin I/O : 40mA Arus DC untuk pin 3,3V : 50mA Kapasitas penyimpanan (Flash memory) : 256Kb dengan

8Kb digunakan untuk bootloader mikrokontroller SRAM : 8Kb EEPROM : 4Kb Kecepatan clock : 16MHz

Arduino Mega dapat diaktifkan melalui koneksi USBatau dengan catu daya eksternal. Sumber daya dipilih secaraotomatis. Sumber daya eksternal (non-USB) dapat berasal baikdari adaptor AC-DC atau baterai. Adaptor dapat dihubungkandengan mencolokkan steker 2,1 mm yang bagian tengahnyaterminal positif ke ke jack sumber tegangan pada papan. Jika

17

tegangan berasal dari baterai dapat langsung dihubungkanmelalui header pin Gnd dan pin Vin dari konektor POWER.Papan Arduino ATmega2560 dapat beroperasi dengan pasokandaya eksternal 6 Volt sampai 20 volt. Jika diberi tegangan kurangdari 7 Volt, maka, pin 5 Volt mungkin akan menghasilkantegangan kurang dari 5 Volt dan ini akan membuat papan menjaditidak stabil. Jika sumber tegangan menggunakan lebih dari 12Volt, regulator tegangan akan mengalami panas berlebihan danbisa merusak papan. Rentang sumber tegangan yang dianjurkanadalah 7 Volt sampai 12 Volt. Pin tegangan yang tersedia padapapan Arduino adalah sebagai berikut:

a. VIN : Adalah input tegangan untuk papan Arduino ketikamenggunakan sumber daya eksternal (sebagai ‘saingan’tegangan 5 Volt dari koneksi USB atau sumber daya ter-regulator lainnya). Anda dapat memberikan teganganmelalui pin ini, atau jika memasok tegangan untuk papanmelalui jack power, kita bisa mengakses/mengambiltegangan melalui pin ini.

b. 5V : Sebuah pin yang mengeluarkan tegangan ter-regulator 5 Volt, dari pin ini tegangan sudah diatur (ter-regulator) dari regulator yang tersedia (built-in) padapapan. Arduino dapat diaktifkan dengan sumber dayabaik berasal dari jack power DC (7-12 Volt), konektorUSB (5 Volt), atau pin VIN pada board (7-12 Volt).Memberikan tegangan melalui pin 5V atau 3.3V secaralangsung tanpa melewati regulator dapat merusak papanArduino.

c. 3V3 : Sebuah pin yang menghasilkan tegangan 3,3 Volt.Tegangan ini dihasilkan oleh regulator yang terdapatpada papan (on-board). Arus maksimum yang dihasilkanadalah 50 mA.

d. GND : Pin Ground atau Massa.e. IOREF : Pin ini pada papan Arduino berfungsi untuk

memberikan referensi tegangan yang beroperasi padamikrokontroler. Sebuah perisai (shield) dikonfigurasidengan benar untuk dapat membaca pin tegangan IOREF

18

dan memilih sumber daya yang tepat atau mengaktifkanpenerjemah tegangan (voltage translator) pada outputuntuk bekerja pada tegangan 5 Volt atau 3,3 Volt.

2.7 LCD (Liquid Cristal Display) Ukuran 20x4LCD (Liquid Crystal Display) adalah komponen elektronika

yang digunakan sebagai penampil data, berupa data karakter,huruf, angka hingga grafik. LCD sudah berupa modul yang siappakai, dengan harga yang murah, serta dapat menampilkanbanyak bentuk data dengan pemrograman yang lebih mudah daripada komponen penampil elektronik lainnya. Di dalam LCD inimemiliki beberapa pin data, pengatur kecerahan layar ataukontras layar, serta pengendali catu daya (Nur, 2012).

Gambar 2.7 LCD karakter 20x4

Berikut merupakan tabel pin dari LCD 20x4 :

Tabel 2.1. Pin LCD 20x4Pin Simbol I/O Deskripsi1 VSS -- Ground2 VCC -- Daya Masukan + 5 V3 VEE -- Sumber daya untuk pengaturan

kecerahan tampilan4 RS I Daftar Pilihan RS (Register Select) =

0 untuk pilihan instruksi. RS =1untuk pilihan data.

19

5 R/W I R/W(Read/Write) =0 untuk menulisperintah, R/W= 1 untuk membaca

atau menjalankan perintah6 E I Enable7 DB0 I/O (tidak disambungkan kemanapun

karena menggunakan data 4 bit) -8 DB1 I/O (tidak disambungkan kemanapun



karena menggunakan data 4 bit) -11 DB4 I/O Data 4 bit12 DB5 I/O Data 4 bit13 DB6 I/O Data 4 bit14 DB7 I/O Data 4 bit15 LED + -- VCC16 LED - -- Ground

Gambar 2.8 Desain rangkaian LCD dengan Arduino mega 2560

20

“Halaman ini sengaja dikosongkan”

21

BAB IIIPERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT

3.1 Blok Diagram Perancangan AlatKonsep dasar perancangan dan pembuatan sistem

pengendalian temperature dilakukan dengan tahap-tahap sebagaiberikut.

Gambar 3.1 Blok diagram perancangan dan pembuatan alat

22

3.2 Perancangan Sistem Pengendalian Temperature padaGreenhouse HidroponikPada perancangan sistem kontrol plant temperature pada

greenhouse hidroponik, mengatur variabel kontrol yaitutemperature.

Gambar 3.2 Desain miniplant greenhouse hidroponik

Gambar 3.3 Rancangan plant temperature pada greenhouseHidroponik

23

Pada plant greenhouse hidroponik temperature padareservoir akan dideteksi oleh sensor LM 35. Sensor LM35 padaplant ini terdapat 2 fungsi, yaitu berfungsi untuk memonitoringdan menampilkan temperature pada tangki reservoir serta untukmengontrol kinerja fan, ketika fan harus berhenti (off) dan ketikafan harus bekerja (on).

Gambar 3.4 Fan dan sensor LM 35

Dari sensor LM35 akan mengirimkan sinyal menuju arduinoyang berfungsi sebagai controller. Dari arduino, data dari sensorakan diolah. Jika data yang masuk ke arduino lebih dari set point(290C) maka arduino akan memerintahkan fan untuk bekerja(on), begitu juga sebaliknya. Jika data yang masuk ke arduinokurang dari set point (300C) maka arduino akan memerintahkanfan untuk berhenti (off). Rangkaian yang menyambungkan dariarduino menuju fan yaitu modul relay untuk menggerakan fan.Selain itu, peningkatan temperature yang terjadi pada reservoirakan ditampilkan melalui LCD 4 x 20. Sensor LM 35 diletakan diPIN di arduino, kemudian LCD diletakan di PIN di arduino, sertamodul relay yang nantinya akan tersambung ke relay dan akanmenggerakan fan diletakan di PIN. Berikut merupakan diagramblok pengendalian temperature.

Tangkipendingin

fan

24

Gambar 3.5 Diagram blok pengendalian temperature

3.3 Perancangan Local Control Unit (LCU)Perancangan LCU ini terdiri dari 2 bagian yaitu perancangan

hardware dan software. Untuk perancangan hardware dimulaidari rancangan plant pengendalian temperature, power supply,rancangan sensor pada plant pengendalian temperature,rangkaian arduino sebagai controller, rangkaian modul relay, danpenampilan data pada LCD. Untuk perancangan softwaredimulai dari perancangan listing code pada software Visual Basic.Berikut merupakan gambar LCU pada pengendalian temperaturepada plant greenhouse hidroponik.

25

Gambar 3.6 LCU plant pengendalian temperature

3.4 Perancangan HardwareDalam pembuatan plant pengendalian temperature pada

tangki perlu adanya perancangan hardware meliputi powersupply, sensor, perancangan tangki, microcontroller, rangkaiandriver relay, dan LCD.3.4.1 Perancangan power supply

Dalam pembuatan rangkaian power supply terdapatbeberapa komponen dalam perangkaian ini yaitu regulator yangmempunyai tegangan IC 7805 dan IC 7812. Regulator IC 7805dan regulator IC 7812 dapat mengeluarkan tegangan 5 Volt dan9 Volt DC. Untuk menghasilkan tegangan 5 Volt terdiri daribeberapa komponen yaitu, dioda IN 5399 yang merupakan diodayang dapat melewatkan arus maksimal 2 A, kapasitor 1000 uFdan 220uF, serta IC 7805. Sedangkan dioda IN 5401 berfungsiuntuk menghasilkan tegangan sebesar 12 Volt dengan arusmaksimal 3 A. Selain itu, membutuhkan kapasitor 2200uF dan1000uF, serta IC 7824. Dioda yang dipakai dalam rangkaian

Arduino

PowerSupply

Relay

26

mempunyai fungsi yang spesifik yaitu untuk menjadikan sinyalAC sinusoidal yang melewatinya menjadi sinyal DC setengahgelombang (half wave).

Gambar 3.7 Rangkaian power supply 5 volt

Gambar 3.8 Rangkaian power supply 12 voltKapasitor mempunyai fungsi untuk memperhalus sinyal

DC dari dioda. Kemudian sinyal DC keluaran dari kapasitor akandi masukkan ke IC 7805, 7812. Hasil keluaran dari IC 7805 dan7812 adalah tegangan 5 Volt dan 12 Volt.

3.4.2 Perancangan Sensor LM35Sensor LM 35 bekerja dengan cara sensor akan melakukan

pengindraan pada saat perubahan temperature setiap temperature30 ºC akan menunjukan tegangan sebesar mV Untukmemperjelas rangkaian sensor LM 35 dapat dilihat gambardibawah ini.

IN 5401

7812

27

Gambar 3.9 Penempatan sensor LM 35Sensor LM35 berfungsi sebagai pendeteksi temperature

reservoir pada t sngki reservoir sehingga user mengetahuipeningkatan dan penurunan temperature setiap detik atau menit.Selain itu, sensor LM35 berfungsi untuk mengontrol on off fan.Output dari sensor LM35 akan masuk ke PIN Arduino sebagaiinput.3.4.3 Perancangan Modul Relay

Pada sistem pengendalian temperature pada greenhousehidroponik ini membutuhkan rangkaian modul relay yangberfungsi untuk menggerakan atau mengaktifkan relay 12 V.Output dari arduino hanya bernilai 0-5 V tidak dapat langsusngmasuk ke relay 12 V sehingga membutuhkan rangkaian driverrelay. Pada rangkaian driver relay membutuhkan komponentransistor BD 140, IC optocoupler, diode 1N4002, IC optocouplerPC817, led, resistor 56 Ώ dan resistor 10 KΏ.

Cara kerja rangkaian modul relay ini yaitu rangkaian modulrelay diberi input 5 V dan input dari arduino. Jika tegangan yangmasuk ke rangkaian modul relay 5 V dari supply dan arduinotidak memberikan tegangan, maka tegangan 5 V akan masuk keIC optocoupler PC817 yang nantinya tegangan 5 V akanditeruskan ke kaki basis transistor BD 140, maka transistor akanmenghantarkan arus negatif dari kaki emitor menuju kakikolektor sehingga dapat menghasilkan tegangan 9 V. Jika dapatmenghasilkan tegangan 12 V maka relay 12 V akan dapat bekerja

SensorLM35

28

atau on. Begitu juga sebaliknya jika tegangan yang masuk kerangkaian driver relay 5 V dari supply dan minsys jugamemberikan tegangan 5 V, maka tidak ada tegangan yang masukke IC optocoupler PC817 sehingga tidak ada tegangan yangmasuk ke kaki basis transistor BD 140, maka tidak dapatmenghasilkan tegangan 9 V yang artinya tidak dapatmenghasilkan tegangan 9 V dan tidak dapat mengaktifkan relay 9V.

Gambar 3.10 Rangkain modul relay

Gambar 3.11 Display temperature reservoir pada LCD

Displaypada LCD

29

3.4.4 Perancangan Arduino Mega 2560Arduino merupakan platform elektronik atau papan

rangkaian elektronik yang bersifat open source dan didalamnyaterdapat komponen utama berupa chip mikrokontroller berbasisATMega. Chip mikrokontroller didalam Arduino tergantungdengan jenis jenis arduino yang digunakan. Misal Arduino Mega2560 didalamnya terdapat chip mikrokontroller berbasis ATMega2560. Mikrokontroller tersebut berupa suatu chip atau integratedcircuit (IC) yang dapat diprogram dengan menggunakankomputer (Windarto,dkk 2012) . Selain itu arduino merupakangabungan dari hardware, bahasa pemrograman, dan integrateddevelopment environment (IDE) yang sudah canggih. IDE disinimerupakan sebuah software yang berperan dalam menulisprogram, meng-compile menjadi suatu kode biner dan kemudianmengupload ke dalam memori mikrokontroller (Anonim, 2013) .Program yang dibuat dan di upload ke dalam arduino bertujuanagar suatu rangkaian elektronik dapat membaca input, kemudianmemberikan input untuk diproses ATMega, dan selanjutnyamenghasilkan suatu output yang diinginkan. Output darirangkaian elektronika tersebut bisa berupa tegangan, sinyal,vibration, gerakan, keterangan, dan lain sebagainya. Pada sisisoftware arduino dapat digunakan di multiplatform seperti linux,windows, dan mac. Analog Input/Output pada arduino

Arduino mempunyai tegangan output 0 volt dan 5 volt.Sehingga suatu rangkaian elektronika yang dihubungkan denganarduino akan memperoleh input dari arduino hanya di 0 volt atau5 volt. Input yang diberikan arduino dikenal sebagai digital inputdengan logika 1 (HIGH) atau 5 volt dan 0 (LOW) atau 0 volt(Windarto,dkk 2012).

30

Gambar 3.12 Elektrik arduino mega 2560

3.5 Perancangan Perangkat Lunak SoftwarePada tahap ini melakukan perancangan elemen pengondisian

sinyal dan pemrosesan sinyal pada mikrokontroller. Pada sistemmonitoring ini pengondisian sinyal dan pemrosesan sinyaldilakukan di dalam perangkat kontrol yaitu mikrokontrpeollerArduino Mega 2560. Pada pengondisian sinyal dan pemrosesansinyal dilakukan melalui program software pemrogramanArduino Mega 2560. Sinyal yang dikondisikan dan diprosesadalah nilai keluaran dari setiap sensor tegangan dan arus. Padatahap ini pula dilakukan pengondisian program agar dapattertampil di LCD (Liquid Crystal Display) karakter 20x4. Berikutmerupakan tampilan software Arduino :

arduino

31

Gambar 3.13 Listing program temperature reservoir padaarduino

Gambar 3.14 Listing tampilan LCD temperature reservoirpada arduino

32

Ketika coding program sudah jadi maka dilakukanpengintegrasian antara hardware dengan software. Didalamsoftware dilakukan penyamaan Port Personal Computer (PC)yang digunakan untuk melakukan proses uploading programyang ada ke mikro chip Arduino Mega 2560. Kemudian hasilprogram dapat dilihat pada LCD ataupun dari serial monitorsoftware Arduino apakah sudah sesuai dengan program yangdiinginkan

33

BAB IVPENGUJIAN DAN ANALISA DATA

4.1 Pengujian AlatPada bab ini menjelaskan tentang pengujian alat pada

miniplant greenhouse hidroponik. Setelah dilakukan perancangandan pembuatan sistem pengendalian temperatur pada tangkireservoir maka perlu dilakukan pengujian terhadap hardwaredan software yang telah dibuat. Selanjutnya dilakukan analisasecara menyeluruh terhadap hasil pengujian. Pengujian ini perludilakukan untuk mengetahui performansi alat secara keseluruhanyaitu pada perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak(software).

Sistem kerja pada pengendalian temperatur tangkireservoir pada plant miniplant greenhouse hidroponik bertujuanuntuk menjaga temperatur dalam tangki reservoir sesuai denganset point. Pada pengendalian temperatur ini menggunakan sensorLM35 (temperatur senrsor) untuk mendeteksi suhu ruangan padatangki reservoir miniplant greenhouse hidroponik. KeluaranLM35 berupa tegangan yang kemudian masuk ke ADC padakaki pin Arduino Mega 2560 sebagai kontroler dari sistempengendalian temperatur. Arduino sebagai kontroler dari sistempengendalian temperatur. Arduino inilah yang yang memberikanperintah on/off ke aktuator melalui modul relay yang telahterhubung pada fan. Ketika temperatur dalam reservoir melebihiset point suhu sekitar 33ºC maka kontroler akan mengaktifkanfan. Sebaliknya ketika temperatur kurang dari set point makakontroler akan mematikan fan.

4.2 Pengujian SistemPada pengujian Temperature reservoir pada tangki

larutan nutrisi ini dilakukan dengan 2 tahap yaitu pengujiansistem sebelum dikontol dan pengujian sistem setelah dikontroldengan diberikan nilai set point. Pengujian sistem menggunakanset point yang bebeda-beda untuk mengetahui lama waktuproses untuk temperatur mencapai set point yang ditentukan.

34

Berikut adalah pengujian sistem yag belum di control pada plantminiplant greenhouse hidroponik dengan pengukuran perubahansuhu yang terjadi pada tangki reservoir.

Tabel 4.1 Pengukuran sistem sebelum dikontrol

No Temperatur(°C)

TeganganVout (mV)

Waktu(jam)

1 30.275 0,30 18.00

2 28.81 0,28 19.00

3 27.34 0,28 20.00

4 28.32 0,28 21.00

5 27.83 0,27 22.00

6 27.67 0,27 23.00

7 27.20 0,27 24.00

8 27.34 0,27 1.00

9 29.46 0,28 2.00

10 30.11 0,30 3.00

11 30.92 0,30 4.00

12 31.25 0,30 5.00

13 30.59 0,30 6.00

14 29.62 0,28 7.00

15 29.62 0,28 8.00

16 29.46 0,29 9.00

17 28.15 0,28 10.00

18 29.13 0,28 11.00

19 28.15 0,28 12.00

20 28.15 0,28 13.00

21 27.50 0,27 14.00

22 28.15 0,27 15.00

23 31.25 0,30 16.00

24 35.15 0,36 17.00

35

Dari tabel diatas telah dilakukan pengujian pada planttangki reservoir larutan nutrisi miniplant greenhouse hidroponikyang belum dikontrol. Dengan cara mengukur perubahantemperatur terhadap waktu dengan menggunakan sensor LM35sebagai pendeteksi temperatur dalam tangki reservoir denganwaktu tempuh 24 jam (1 hari). Dengan begitu akan mudahmengatur aktuator

Gambar 4.1 Grafik perubahan temperatur reservoir sebelumdikontrol pukul 18.00 -24.00 WIB

26

27

28

29

30

31

18.00 20.00 22.00 24.00

tem

pera

ture

°C

pukul (jam)

Grafik temperature reservoir sebelum dikontrolpukul 18.00-24.00 WIB

temperaturereservoir18.00-24.00

36

Gambar 4.2 Grafik perubahan temperatur reservoir sebelumdikontrol pukul 00.00 – 17.00 WIB

4.2.1 Pengujian Sensor LM35Pada pengujian sensor LM35 ini dilakukan dengan

memberikan panas pada sensor menggunakan heater denganmemperhatikan suhu dan tegangan yang dihasilkan. Data hasilpengujian sensor LM35 adalah sebagai berikut :

Tabel 4.2 Data Pengujian sensor LM35

25

27

29

31

33

35

37

0.00 4.00 8.00 12.00 16.00

tem

pera

ture

°C

pukul (jam)

Grafik temperature reservoir sebelumdikontrol pukul 00.00-17.00 WIB

temperaturereservoir 00.00-17.00

No Temperatur (°C) TeganganVout (mV)

1 40.04 0.412 39.06 0.403 38.57 0.394 37.11 0.385 36.62 0.376 35.79 0.367 34.22 0.358 33.61 0.34

37

4.2.2 Pengujian Respon Sistem Untuk Mencapai Set pointPada pengujian dibawah ini adalah pengujian temperatur

reservoir hingga mencapai set point 33°C selama satu menit.Percobaan ini dilakukan dengan mengamati perubahan temperaturpada reservoir tiap 1 detik dari temperatur 40°C hingga menncapiset point yaitu 33°C. data hasil pengujian adalah sebagai berikut :

Tabel 4.3 Data pengujian respon mencapai set pointNo Temperatur

(°C)TeganganVout (mV)

Waktu(detik)

1 40.53 0.41 02 40.53 0.41 13 40.53 0.41 24 40.53 0.41 35 39.55 0.40 46 39,55 0,40 67 39.55 0.40 78 39.55 0.40 89 38.57 0.39 9

10 39.06 0.39 1011 38.57 0.39 1112 38.57 0.39 1213 37.60 0.38 1314 37.60 0.38 1415 38.09 0.38 1516 38.09 0.38 1617 37.11 0.37 1718 37.11 0.37 1819 37.11 0.37 1920 37.11 0.37 2021 36.62 0.37 2122 36.62 0.37 2224 36.62 0.37 2425 36.13 0.36 25

38

Lanjutan Tabel 4.3 Data pengujian respon mencapai set pointNo Temperature

(°C)Tegangan

Vout (mV)Waktu(detik)

26 36.13 0.36 2627 36.13 0.36 2728 35.64 0.36 2829 35.64 0.36 2930 35.64 0.36 3031 35.16 0.36 3132 35.64 0.36 3233 35.16 0.35 3334 35.16 0.35 3435 34.67 0.35 3536 34.67 0.35 3638 34.67 0.35 3839 34.67 0.35 3940 35.16 0.35 4041 34.18 0.35 4142 34.67 0.35 4243 34.18 0.35 4344 34.67 0.35 4445 34.67 0.35 4546 34.18 0.35 4647 34.67 0.35 4748 33.69 0.34 4849 34.18 0.34 4950 34.18 0.34 5051 34.18 0.34 5152 33.69 0.34 5253 33.69 0.34 5354 33.69 0.34 5455 33.69 0.34 5556 33.20 0.33 56

39

Lanjutan Tabel 4.3 Data pengujian respon mencapai set pointNo Temperature

(°C)Tegangan

Vout (mV)Waktu(detik)

57 33.69 0.34 5758 33.20 0.33 5859 33.20 0.33 5960 33.20 0.33 60

Pada data diatas merupakan data respon sensor LM35utuk mencapai set point selama 1 menit. Pada pengujian dimulaipada suhu 40°C hingga mencapai set point 33°C. pada saattemperatur reservoir mengalami kenaikan temperatur paka fanakan aktif dan mendinginkan temperatur reservoir. Grafikpengujian respon sistem pada set point 33°C adalah sebagaiberikut :

Gambar 4.3 Grafik pengujian respon sensor LM35 dari40°C hingga set point 33°C

32333435363738394041

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60

Tem

pera

ture

°C

pukul (detik)

Data pengujian respon mencapai set point

DataResponTempeture

40

4.2.3 Pengujian Sistem Setelah DikontrolPada pengujian dibawah ini adalah pengujian temperatur

reservoir yang telah dikontrol menggunakan LM35. Percobaandilakukan dengan mengamati perubahan temperatur yaitu apabilatemperatur melebihi set point maka kontroler akan mengaktifkanfan. Sebaliknya ketika temperatur kurang dari set point makakontroler akan mematikan fan. Data hasil pengujian temperaturpada sistem yang sudah dikontrol adalah sebagai berikut :

Table 4.4 Data pengujian sistem yang sudah dikontrolNo Set Point

°CTemperatur (°C)

PembacaanWaktu(Jam)

1 33 25.88 02 33 25.39 13 33 25.22 24 33 24.90 35 33 24.90 46 33 25.72 57 33 25.88 78 33 25.72 89 33 25.88 9

10 33 25.90 1011 33 25.90 1112 33 25.90 1213 33 26.37 1314 33 27.65 1415 33 27.28 1516 33 28.10 1617 33 28.32 1718 33 27.67 1819 33 27.18 1920 33 26.05 2021 33 25.98 2122 33 25.72 2223 33 25.55 2324 33 25.55 24

41

Pada data diatas merupakan data temperaturreservoir yangsudah dikontrol, dimana ketika temperatur reservoir melebihi setpoint yaitu 33°C. maka kontroler akan mengaktifkan kontroler.Pada tabel diatas

Gambar 4.4 Grafik pengujian temperatur yang dikontrol

Pada grafik diatas dapat diketahui data MP (maximumovershoot) pada data ke 17 yaitu mencapai suhu +5°C . Selain itudapat pula ditentukan ess (error steady state ) yaitu (Output – setpoint ) sebagai berikut :

Tabel 4.5 Tabel data error (ess) dengan set point 33°C

Datake-

SetPoint

Temperature (°C )Pembacaan

Ess(Pembacaan -

Set Point)14 33 27.65 5.3515 33 27.28 5.7216 33 28.10 4.9017 33 28.32 4.6818 33 27.67 5.33

Rata-rata ess 4.55

24

25

26

27

28

29

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

tem

pera

ture

°C

pukul (jam)

Grafik Pengujian Temperature yang dikontrol

GrafikPenujianTemperature yangdikontrol

42

4.2.4 Perhitungan AkurasiAkurasi yaitu kedekatan hasil pengukuran alat ukur terhadap

harga sebenarnya. Perhitungan akurasi menggunakan rumussebagai berikut :

%1001

n

nn

Y

XYA ( 4.1 )

dengan :A = AkurasiYn = Nilai SebenarnyaXn = Nilai Pengukuran

Tabel 4.9 Data perhitungan akurasi

No PembacaanLM35 (°C)

PembacaanTermometer (°C)

PerhitunganAkurasi

1 27 26 97,60%2 28 27 97,60%3 29 28 97,60%4 30 30 100%5 31 30 97,60%6 32 32 100%7 33 32 97,60%

Rata-rata akurasi relatif 98%

4.3 Analisa DataPada Rancang Bangun pengendalian temperatur reservoir

pada Miniplant greenhouse hidoponik ini pengujian sistemmenggunakan set point yang telah ditentukan sesuai dengantemperatur ruang miniplant greenhouse yaitu pada temperatur33°C, hal ini agar kondisi temperatur pada miniplant greenhousetetap terjaga agar pertumbuhan tanaman sesuai yang diharapkan.

Pada tahap pengujian temperatur reservoir pada tangkilarutan nutris dilakukan untuk pengambilan data untukmengetahui temperatur pada reservoir sebelum dilakukanpengendalian dengan sensor, dan didapatkan nilai temperaturyang berbeda pada setiap jam serta kondisi cuaca. Pengambilan

43

data sebelum dikontrol dilakukan mulai pukul 18.00 dan selesaipada pukul 17.00. setelah diamati temperatur pada jam 18.00sampai 05.00 temperatur reservoir antara 27°C sampai 29°C. danpada pukul 07.00 sampai 17.00 temperatur reservoir antara 30°Csampai 35°C.

Pada pengujian respon sistem dilakukan pengambilan datadari temperatur 40°C hingga mencapai set point yaitu 33°C untukmengetahui respon dari sensor dan kerja aktuator ketikatemperatur melebihi set point maka kontroler akan mengaktifkanaktuator untuk mendingikan temperatur pada reservoir hinggamencapai set point selama 1 menit. Dari data yag didapatkanaktuator aktif ketika diberi gangguan temperatur reservoirmencapai 40°C dan akan mendinginkan hingga set point 33°C.

Setelah dilakukan uji sistem yang telah dilakukanpengendalian pengambilan data selama 1 menit dengan set point33°C. nilai pembacaan pada yang didapatkan setelah dilakukanpengendalian pada sistem antara 25°C sampai 30°C dan tidakmelebihi dari set point yang diberikan yang dapat diketahuibahwa sistem berjalan baik yaitu temperatur pada reservoir tidakmemlebihi set point. Untuk perhitungan akurasi sistemdidapatkan bahawa sistem mempunyai akurasi 98%. Kendala yagdidapatkan dalam pengujian data yaitu pengambilan data secaramanual dan otomatis yang memiliki beberapa perbedaan dari datadan uji sensor.

44

“Halaman ini sengaja dikosongkan”

45

BAB VPENUTUP

5.1 KesimpulanSetelah dilakukan tahap perancangan alat yang kemudian

dilakukan analisa data, maka dapat disimpulkan bahwa :1. Telah dirancang alat pengendalian temperature reservoir

pada miniplant greenhouse hidroponik menggunakansensor suhu LM35, mikrokontroller arduino mega 2560serta fan sebagai aktuator

2. Pada uji sensor LM35 untuk temperature reservoirgreenhouse hidroponik diperoleh nilai untuk set point33°C

3. Pada uji respon waktu atau settling time sensor LM35menggunakan temperature 40°C sebagai gangguan danditurunkan ke nilai set point yaitu 33°C. Hasil yangdidapatkan yaitu untuk kembali ke set poin 33°C denganfan membutuhkan waktu sekitar 60 detik denganovershoot 2,16°C pada detik ke 40 dan 0,69°C pada detikke 48.

4. Setelah dilakukan pengontrolan pada set poin 33°C yangdiambil selama 24 jam maka temperature reservoir larutanutrisi pada hidroponik tetap terjaga pada batas set pointersebut. Nilai pembacaan terhadap pengendalian tersebutpada rentang ukur 24,90°C sampai 28,32°C . Sehinggadapat disimpulkan bahwa alat dapat berjalan dengan baiksesuai set poin yang telah diberikan.

5. Untuk perhitungan akurasi sistem didapatkan bahawasistem pengendalian temperature miniplant greenhousehidroponik mempunyai akurasi 98% dengan nilai rata-rata error -0,17.

5.2 SaranAdapun saran yang dapat diberikan pada tugas akhir kali

ini adalah :

46

1. Pada tugas akhir pengendalian temperature reservoirminiplant Greenhouse hidroponik dengan sensor LM35sering terjadi error sehingga nilai data yang didapatkurang maksimal. Sehingga untuk tugas akhir selanjutnyauntuk menggunakan sensor selain LM35.

A-1

LAMPIRAN A(Data Uji Temperature Reservoir)

Tabel A.1 Data Uji Temperature Reservoir sebelum dikontroldengan sensor LM35Tanggal 11-06-2015

No Temperatur (°C) Pukul (jam)

1 32.23 18.20

2 28.32 18.40

3 28.81 19.00

4 28.81 19.20

5 28.81 19.40

6 28.81 20.00

7 28.81 20.20

8 28.32 20.40

9 27.34 21.00

10 28.81 21.20

11 28.81 21.40

12 28.32 22.00

13 27.34 22.20

14 27.83 22.40

15 27.34 23.00

16 28.32 23.20

17 27.34 23.20

18 27.34 24.00

19 27.34 0.20

20 26.37 0.40

21 27.34 1.00

22 27.34 1.20

A-2A-4

Tabel A.1. Lanjutan

No Temperatur (°C) Pukul (jam)23 27.34 1.4024 28.81 2.0025 29.79 2.2026 29.79 2.4027 29.79 3.0028 30.76 3.2029 29.79 3.4030 30.76 4.0031 30.76 4.2032 31.25 4.4033 31.25 5.0034 31.25 5.2035 31.25 5.4036 30.76 6.0037 30.27 6.2038 30.76 6.4039 30.27 7.0040 28.81 7.2041 29.79 7.4042 28.81 8.0043 29.3 8.2044 30.76 8.4045 30.27 9.0046 29.79 9.0047 29.79 9.20

A-3A-5

Tabel A.1. Lanjutan


A-2A-4

Tabel A.1. Lanjutan


A-3A-5

Tabel A.1. Lanjutan

No Temperatur (°C) Pukul (jam)93 28.32 2.0094 28.32 2.2095 28.32 2.4096 27.34 3.0097 28.81 3.2098 28.81 3.4099 28.32 4.00

100 27.34 4.20101 28.32 4.40102 28.32 5.00103 28.32 5.20104 27.34 5.40105 27.83 6.00106 27.34 6.20107 27.83 6.40108 28.32 7.00109 28.32 7.20110 28.81 7.40111 28.81 8.00

B-1

LAMPIRAN B(Data Uji Temperature Reservoir Setelah Dikontrol)

Tabel B.1 Data Uji Temperature Reservoir Setelah dikontrolTanggal 11-06-2015

NoTemperatur per (20

menit)Temperature

rata-rata waktu

1 25.8825.88 12 25.88

3 25.88

4 26.3925.72333333 25 25.39

6 25.39

7 25.8825.88666667 38 25.88

9 25.90

10 25.9025.90 411 25.90

12 25.90

13 25.9025.90 514 25.90

15 25.90

16 25.8825.88 617 25.88

18 25.88

19 26.3726.37 720 26.37

21 26.37

B-2

Tabel B.1. Lanjutan


menit)Temperature

rata-rata waktu

22 27.8327.65 823 27.32

24 27.79

25 27.2827.28 926 27.28

27 27.28

28 28.128.10 1029 28.1

30 28.131 28.32

28.32 1132 28.32

33 28.3234 27.83

27.67 1235 27.83

36 27.3437 27.34

27.18 1338 27.34

39 26.8640 26.66

25.98 1441 25.39

42 25.943 26.37

26.04 1544 25.88

45 25.8846 26.37

25.72 1647 25.39

48 25.39

B-3

Tabel B.1. Lanjutan


menit)Temperature

rata-rata waktu49 25.88

25.55 1750 25.39

51 25.3952 25.39

25.55 1853 25.39

54 25.8855 25.88

25.88 1956 25.88

57 25.8858 25.88

25.88 2059 25.88

60 25.8861 25.88

25.88 2162 25.88

63 25.8864 25.88

25.88 2265 25.88

66 25.8867 25.88

25.88 2368 25.88

69 25.8870 26.37

26.69 2471 26.37

72 27.34

DAFTAR PUSTAKA

1. Abrar, Auliya. 2014. “Analisis Termal Daerah PerakaranPada Media Tanam Hidroponik Untuk Tanaman Selada DiDataran Rendah Tropika”. [jurnal]. IPB. Bogor

2. Dena Kusuma, Wahdani. 2009. “Simulasi Larutan Nutrisi DiTangki Dan Bedeng Pada Desain Bedeng Hidroponik SecaraNutrient Film Technique (NFT)”. [jurnal]. IPB. Bogor

3. Diansari, Muthia. 2008. “Pengatur Suhu, Kelembapan, WaktuPemberian Nutrisi Dan Waktu Pembuangan Air Untuk PolaCocok Tanam Hidroponik Berbasis Mikrokontroler AVRATMEGA 8535”. [jurnal]. UI. Jakarta

4. Hariatun Kusyunarti, Saptasari 2008. “PenggunaanProgrammable Logic Controller (PLC) untuk PengendalianKelembapan Udara Dan Temperature Larutan Nutrisi PadaBudidaya Tanaman Hidroponik Dengan Sistem EBB danFlow”. [jurnal]. IPB. Bogor

5. Elviana. 2008. “Pengaruh Pendinginan Siang/Malam LarutanNutrisi Terhadap Pertumbuhan Selada Secara Nutrient FilmTechnique (NFT)”. [jurnal]. IPB. Bogor

6. Malvino,Prinsip-prinsip Elektroniks,Jakarta,Erlangga,1996.7. Teknik Elektro Links. Rangkaian Sensor suhu LM35.

http://telinks.wordpress.com/2010/04/09/rangkaian-sensor-suhu-lm35/. Tanggal akses 20-03-2015 [ONLINE]

8. Tutorial Elektronika. Apa dan Bagaimana KarakteristikSensor.http://tutorialelektronika.blogspot.com/2009/02/apadan bagaimana-karakteristik-sensor.html. Tanggal akses: 20-03-2015 [ONLINE]

9. Arduino. 2014. Arduino Mega 2560,http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega2560. Tanggalakses : 20-03-2015 [ONLINE]

10.http://RangkaianDriverRelayPraktisMenggunakanTransistorBipolarTeknikElektroLinks.htm [ONLINE]

11. alldatasheet.com (diakses pada tanggal 29 Juni 2015 pukul14:04 WIB) [ONLINE]

BIODATA PENULIS

Penulis dilahirkan di Surabaya padatanggal 13 Nopember 1993. Pada saat inibertempat tinggal di Jl. Dukoh DesaSukolilo Kecamatan Sukodadi KaupatenLamongan. Pada tahun 2006, penulismenyelesaikan pendidikan dasar di SDNSukodadi I Lamongan. Pada Tahun 2009menyelesaikan pendidikan tingjkatmenengah di SMPN 2 Lamongan. Pada

tahun 2012 menyelesaikan pendidikan tingkat menengah diSMAN 3 Lamongan. Pada tahun 2015 ini, penulis mampumenyelesaikan pendidikan Diploma di Program Studi D3Metrologi dan Instrumentasi, Jurusan Teknik Fisika, FakultasTeknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh NopemberSurabaya. Penulis dapat dihubungi melalui alamat email berikut:[email protected]

rancang bangun sistem pengendalian temperature … · 2020. 4. 26. · cara kerja dari plan...

Documents